机床主轴热误差监测系统技术方案

本发明专利技术公开了机床主轴热误差监测系统，包括温度传感标签、RFID读写器、激光位移传感器测试系统和上位机控制系统，其中，RFID读写器和激光位移传感器控制系统接收上位机控制系统测量命令，RFID读写器接收的测量命令输出至温度传感标签，温度传感标签测量的温度信息输出至RFID读写器并传输给上位机控制系统，激光位移传感器控制系统将与获取温度信息对应时刻的热变形信号输出给上位机控制系统，上位机控制系统对热变形信息和温度信息进行处理，得到热误差信息。本发明专利技术操作简单、抗干扰能力强、响应速度快，对机床主轴热误差进行在线监测，实现了温度信息与热变形信息的无线传输与处理，提高了机床热误差的监测效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了机床主轴热误差监测系统，包括温度传感标签、RFID读写器、激光位移传感器测试系统和上位机控制系统，其中，RFID读写器和激光位移传感器控制系统接收上位机控制系统测量命令，RFID读写器接收的测量命令输出至温度传感标签，温度传感标签测量的温度信息输出至RFID读写器并传输给上位机控制系统，激光位移传感器控制系统将与获取温度信息对应时刻的热变形信号输出给上位机控制系统，上位机控制系统对热变形信息和温度信息进行处理，得到热误差信息。本专利技术操作简单、抗干扰能力强、响应速度快，对机床主轴热误差进行在线监测，实现了温度信息与热变形信息的无线传输与处理，提高了机床热误差的监测效率。【专利说明】机床主轴热误差监测系统
本专利技术涉及机床主轴热误差的动态测量领域，特别涉及一种机床主轴热误差的监测系统。
技术介绍
机床主轴热误差主要表现在温度和热变形两个方面，主轴温升和热变形产生的误差是影响机床加工精度的重要因素。目前，机床主轴温度监测多采用布线安装温度传感器获取温度信号，在机床复杂工况下造成一些重要的温度测量点布线困难，也影响了故障检测。另一方面，机床主轴热变形监测多采用电涡流位移传感器采集位移信号，还不能满足机床主轴热变形测量的高精度和实时测量要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种机床主轴热误差监测系统，克服了温度监测采用有线方式的缺点，并提高了热变形监测的精度和实时性。根据本专利技术的一个方面，提供了机床主轴热误差监测系统，包括温度传感标签、RFID读写器、激光位移传感器测试系统和上位机控制系统，其中，RFID读写器和激光位移传感器控制系统接收上位机控制系统测量命令，RFID读写器接收的测量命令输出至温度传感标签，温度传感标签测量的温度信息输出至RFID读写器并传输给上位机控制系统，激光位移传感器控制系统将与获取温度信息对应时刻的热变形信号输出给上位机控制系统，上位机控制系统对热变形信息和温度信息进行处理，得到热误差信息。其有益效果是:由于温度传感标签与RFID读写器之间无线传输，因此可以实现高速旋转主轴上进行温度实时测量；由于采用激光位移传感器控制系统采集热变形信息，精度高、响应快，因此可以实现主轴高精度、实时性的热变形监测。在一些实施方式中，温度传感标签包括第一微控制单元、温度传感单元、时钟芯片、第一无线收发单元、第一存储芯片和第一供电单元，其中，测量命令通过第一无线收发单元传输给第一微控制单元，温度传感单元接收第一微控制单元的控制命令，采集温度信息，采集的温度信号与时钟芯片输出的时钟信号由第一微控制单元控制，通过第一无线收发单元传输给RFID读写器。其有益效果是:可以实现上位机控制系统测量命令的接收以及机床主轴温度信息的采集与传输。在一些实施方式中，RFID读写器包括第二微控制单元、第二无线收发单元、第二存储芯片、串口芯片和第二供电单元，其中，上位机控制系统测量命令通过串口芯片输出至第二微控制单元，第二无线收发单元接收第二微控制单元的控制命令，将测量命令传输给温度传感标签，温度传感标签测量的温度信息通过第二无线收发单元输出至第二微控制单元，第二微控制单元通过串口芯片传输给上位机控制系统。其有益效果是:可以实现上位机控制系统测量命令的接收以及机床主轴温度信息的传输。在一些实施方式中，激光位移传感器测试系统包括激光位移传感器、控制器、变压器和USB串口，其中，测量命令通过USB串口输出至控制器，激光位移传感器接收所述控制器的控制命令，采集热变形信息，采集的热变形信息由控制器控制，通过USB串口传输给上位机控制系统。其有益效果是:可以实现上位机控制系统测量命令的接收以及机床主轴热变形信息的采集与传输。在一些实施方式中，上位机控制系统包括上位机、上位机软件、二极管报警灯、RS232串口和USB组成，其中，上位机通过上位机软件同步发送测量命令，通过RS232串口输出至RFID读写器，通过USB串口输出至激光位移传感器控制系统，上位机通过上位机软件对采集到的温度信息和热变形信息实时显示并存储，根据上位机软件判断出温度值或热变形值超出设定理论阈值时，由上位机控制二极管报警灯报警。其有益效果是:可以实现同步发送测量命令并实时显示与存储温度信息和热位移信息，并对超出热误差范围时进行报警。本专利技术的有益效果在于:操作简单、抗干扰能力强、响应速度快，对机床主轴热误差进行在线监测，实现了温度信息与热变形信息的无线传输与处理，提高了机床热误差的监测效率。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术的一实施方式的立式加工中心主轴热误差监测系统结构图；图2为主轴热误差测点分布图；图3是温度传感标签的原理框图；图4是RFID读写器与上位机控制系统的原理框图；图5是激光位移传感器测试系统与上位机控制系统的原理框图；图6是温度传感标签的工作流程图；图7是RFID读写器的工作流程图；图8是激光位移传感器测试系统的工作流程图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。图1示意性地显示了根据本专利技术的一种实施方式的机床主轴热误差监测系统。如图1所示，为立式加工中心主轴热误差监测系统，包括温度传感标签100、RFID读写器200、激光位移传感器测试系统300和上位机控制系统400，温度传感标签100与RFID读写器200之间无线通讯，RFID读写器200与上位机控制系统400通过RS232串口连接，激光位移传感器测试系统300与上位机控制系统400通过USB串口连接。如图1、3、4、5所示，温度传感标签100包括第一微控制单元101(MSP430F149)、温度传感单元102 (DS18B20)、时钟芯片103 (DS1302)、第一无线收发单元104 (nRF905)、第一存储芯片105 (AT24C02)和第一供电单元106。温度传感标签100用于采集并无线传输主轴温度、型号等信息，温度传感标签100内部的电子标签与温度传感单元102之间采用有线通讯。第一微控制单元101控制温度传感单元102采集温度信息，测量完毕后通过I/O端口传输给第一微控制单元101，然后第一微控制单元101读取时钟芯片103内的时间信息并和温度信息一起经第一存储芯片105打包处理和存储，最后通过第一无线收发单元104传输给RFID读写器200。如图1、3、4、5所示，RFID读写器200包括第二微控制单元201 (MSP430F149)、第二无线收发单元202 (nRF905)、第二存储芯片203 (AT24C02)、串口芯片204 (MAX3232)和第二供电单元205。RFID读写器200用于接收命令控制字、温度传感标签信号。第二微控制单元201通过第二无线收发单元202接收温度传感标签100发送的温度信息，并通过串口芯片204将温度信息传输给上位机控制系统400，上位机控制系统400发出测量指令通过串口芯片204传输给第二微控制单元201，再通过第二无线收发单元202向温度传感标签100发送测量指令。如图1、3、4、5所示，激光位移传感器测试系统300包括激光位移传感器301(LK-G30)、控制器302、变压器303和USB串口 304。激光位移传感器301最小分辨率可达Iμ m，通过控制器302对其测头、输出值的条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
机床主轴热误差监测系统，其特征在于，包括温度传感标签、RFID读写器、激光位移传感器测试系统和上位机控制系统，其中，所述RFID读写器和所述激光位移传感器控制系统接收所述上位机控制系统测量命令，所述RFID读写器接收的所述测量命令输出至所述温度传感标签，所述温度传感标签测量的温度信息输出至RFID读写器并传输给上位机控制系统，所述激光位移传感器控制系统将与所述获取温度信息对应时刻的热变形信号输出给上位机控制系统，上位机控制系统对所述热变形信息和温度信息进行处理，得到热误差信息。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁江，吕晶，邱自学，薛伯军，居振华，邵建新，
申请(专利权)人：南通大学，南通国盛机电集团有限公司，
类型：发明
国别省市：