一种高速滚珠丝杠的热变形检测方法技术

本发明专利技术一种高速滚珠丝杠的热变形检测方法属于滚珠丝杠检测相关技术领域，特别涉及采用红外温度传感器及电涡流传感器为敏感元件，以labview为手段进行热变形的检测的方法。采用电涡流传感器和红外温度传感器作为检测元件，用电涡流传感器对滚珠丝杠的浮动端进行测量，得到滚珠丝杠热变形量；用3个红外温度传感器分别对滚珠丝杠的左、中、右部位进行在线测量，得到滚珠丝杠的温度值，通过对所得温度值计算得到滚珠丝杠热变形的理论值，对比分析测量值和理论值，检测滚珠丝杠热变形是否合格。被检测的滚珠丝杠左端采用固定安装，右端采用浮动安装方式。该测量方法简单，精度高，灵敏度高，测量准确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于滚珠丝杠检测相关
，特别涉及采用红外温度传感器及电涡流传感器为敏感元件，以IabView为手段进行热变形的检测的方法。
技术介绍
近年来，随着装备制造业整体技术水平不断提高，对数控机床、精密仪器和各种精密机械设备中的关键零部件——滚珠丝杠的性能要求也越来越高。其高速化和精密化为国内外所共同关注，高速化和精密化的同时其定位精度等性能指标也会受到不同程度地影响。由于国外高精技术产品进口受限以及对相关关键技术的封锁，目前国内高速滚珠丝杠的发展水平和国外相比还有不小的差距。除了原材料和加工设备的精度等因素外，没有完善的试验检测手段是制约其发展的一个重要原因。滚珠丝杠属于细长轴类零件，其长径比较大，刚性比较差，使用过程中很容易产生热变形。由于滚珠丝杠热变形的不均勻性和非线性特征，其热变形误差的大小随着使用过程而变化，丝杠热伸长对数控机床定们精度和重复定位精度的影响不可避免。山东济宁博特精密丝杠有限公司，申请号200620161148. 4的专利技术专利“高速精密滚珠丝杠副综合性能测试仪”中，对于热位移的测量，采用高精度电感测微仪，其分辨率为 0. 1 μ m ；电感测微仪选用以80C552单片机为核心，内部定时器TO工作在自动分频方式，产生50KHz方波信号，经运算放大器滤波后提供一个正信号加至电感测头内线圈上，电位器用于调零。当测头的铁芯处于线圈中间位置时，电位器也处于中间位置，此时由线圈组成的电感桥处于平衡状态，无信号输出；若铁芯上下微小移动则电桥失去平衡，输出信号经集成放大器放大后，再由相敏整流为直流量，最后接至80c552的P5 口进行A/D转换，转换结果经数据处理后送数码管显示，并存储上位机读取。该方法在使用时候需要多次调零，使用极其不便，且所测得的数据没有比照标准。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术难题是针对目前缺少丝杠热变形测量手段的现状，克服现有技术的不足，专利技术一种高速精密滚珠丝杠热变形检测方法，该方法以电涡流传感器和红外温度传感器为传感元件。在某些导致其产生热变形的敏感位置上，设置温度传感器，将采集温度信号通过采集卡传给计算机，通过Iabview软件滤波分析处理，进行温度的实时显示， 并且计算得同热变形的理论曲线，在机械结构上采用“固定-浮动”的方式装夹被测丝杠， 浮动端与丝杠不存在相对位移，在尾座安装电涡流传感器，滚珠丝杠的热变形量可以通过电涡流传感器对浮动支撑端的测量获得。数据采集卡接收电涡流传感器转化后的电压信号，并发送到工控机。工控机将电涡流传感器测得的数据绘制成曲线图以完成了滚珠丝杠在负载状态下的热变形的在线实时测量，并用实际检测值与应用Iabview软件计算出热变形的理论值进行对比，判断丝滚珠丝杠变形合格与否。1.本专利技术采用的技术方案是，，其特征是，采用电涡流传感器和红外温度传感器作为检测元件， 用电涡流传感器10对滚珠丝杠的浮动端进行测量，得到滚珠丝杠热变形量的测量值；用 3个红外温度传感器分别对滚珠丝杠的左、中、右部位进行在线测量，得到滚珠丝杠的温度值，通过对所得温度值计算得到滚珠丝杠热变形的理论值，对比分析测量值和理论值，检测滚珠丝杠热变形是否合格；具体步骤如下1)被检测滚珠丝杠的安装，左端采用固定安装，直接安装到固定支撑6里，右端采用浮动安装方式；尾座4安装在导轨5上，安装在尾座4上轴承座20的左端安装有轴套19， 通过上螺钉16、下螺钉14将压盖17与轴套19固连，滚珠丝杠1通过涨紧套18安装到轴套 19里。后端盖21用螺钉拧紧在轴承座20的右端。滚珠丝杠1的螺母安装在模拟工作台2 下方的螺母座3中。2)确定传感器的布置位置；在滚珠丝杠的左端布置左红外温度传感器7，中部布置中红外温度传感器8，右端布置右红外温度传感器9，用来测量滚珠丝杠温度的变化；电涡流传感器10安装在电涡流传感器支架15上，电涡流传感器支架15通过磁座13，安装在床身上；通过电涡流传感器10测量胀紧套18锁紧端盖的端面变动量间接得到滚珠丝杠1 的热变形量。3)高速数据采集卡初始化；将采集卡11插入工控机内一个空闲的PCI插槽，通过 Sch68-68-EPM的屏蔽电缆与SCB-68屏蔽接线盒连接，外部信号传感器的信号线接到接线盒里，模拟输入左端红外温度传感器的接线口 a连接左端红外温度传感器7，模拟输入中部红外温度传感器的接线口 b连接中部红外温度传感器8，模拟输入右端红外温度传感器的接线口 c连接右端红外温度传感器9，模拟输入电涡流传感器的接线口 d连接电涡流传感器，左端红外温度传感器的接线口 a在高速数据采集卡11上对应的输出端口为左端红外温度传感器的输出口 a’，中部红外温度传感器的接线口 b在采集卡11上对应的输出端口为中部红外温度传感器的输出口 b’，右端红外温度传感器的接线口 c在采集卡11上对应的输出端口为右端红外温度传感器的输出口 c’，电涡流传感器的接线口 d在采集卡11上对应的输出端口为电涡流传感器的输出口 d’，然后将左端红外温度传感器的输出口 a’、中部红外温度传感器的输出口 b’、右端红外温度传感器的输出口 C’、电涡流传感器的输出口 d’一起接到工控机12上。完成硬件连接之后，即可安装该卡的驱动程序；a.运行labview DAQ程序，在select DAQ Devices对话框选择PCI6250型数据采集卡，完成了 DAQ卡的安装。b.调用DAQ卡编好的程序，对卡进行初始化。设置的参数有采集卡的设备号及地址码，然后进行参数设置，设置每一通道的采集信号极性，输入方式，增益阻抗；采样频率， 位数。4)采集传感器布置点的温度信号及滚珠丝杠热变形信号；启动测试软件，在设置区输入相关参数，包括被测滚珠丝杠的最高转速、加速度、工作台负载、滚珠丝杠型号、滚珠丝杠编号、滚珠丝杠导程、滚珠丝杠直径；在控制区对检测进行控制，开始测试，生成报表， 查看记录，停止测试，数据保存，显示清除；通过设置区输入测试条件，在控制区启动测试开始后，通过显示区可以方便观察实时数据的记录情况，显示最大值和最小值。5)用labview处理数据得出热变形的理论曲线。将采集的数据通过接口导入到编好的labview程序里，通过分析温度变化，计算得出热变形的理论曲线；于滚珠丝杠采用5固定-浮动的方式安装，滚珠丝杠发热后向自由端伸长，其浮动端最大的热伸长量为 AL0 = P*9*L式中AL0为热伸长量，单位是mm; P为热膨胀系数，P = 12. 0*10_6°C ―1 ； θ为滚珠丝杠的平均温升，单位是。C ；L为滚珠丝杠的有效行程，单位mm6)将所计算得到的值在坐标中显示出来，得到相对时间的热变形点坐标，将这些点连起来就得到热变形理论曲线，将所测量得到的热变形曲线跟理论的热变形曲线比较， 采用拉依达准则III >3S，剔除异常点后，在预先编好的软件中，Iabview程序要对所得的热变形曲线进行分析，判断其热变形是否合格；若所有点都在区域内则为合格，反之为不合格；用拉依达准则判断粗大误差时以给定的置信概率99. 7%为标准，以三倍测量列的标准偏差限为依据，凡超过此界限的误差，就认为它不属于随机误差的范畴，而是粗大误差；含有粗大误差的测量值称为异常值，异常值是不可取的，从测量数据中剔除；用拉依达准本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种高速滚珠丝杠的热变形检测方法，其特征是，采用电涡流传感器和红外温度传感器作为检测元件，用电涡流传感器（１０）对滚珠丝杠的浮动端进行测量，得到滚珠丝杠热变形量的测量值；用３个红外温度传感器分别对滚珠丝杠的左、中、右部位进行在线测量，得到滚珠丝杠的温度值，通过对所得温度值计算得到滚珠丝杠热变形的理论值，对比分析测量值和理论值，检测滚珠丝杠热变形是否合格；具体步骤如下：１）被检测滚珠丝杠的安装，左端采用固定安装，直接安装到固定支撑（６）里，右端采用浮动安装方式；尾座（４）安装在导轨（５）上，安装在尾座（４）上轴承座（２０）的左端安装有轴套（１９），通过上螺钉（１６）、下螺钉（１４）将压盖（１７）与轴套（１９）固连，滚珠丝杠（１）通过涨紧套（１８）安装到轴套（１９）里；后端盖（２１）用螺钉拧紧在轴承座（２０）的右端；滚珠丝杠（１）的螺母安装在模拟工作台（２）下方的螺母座（３）中；２）确定传感器的布置位置；在滚珠丝杠的左端布置左红外温度传感器（７），中部布置中红外温度传感器（８），右端布置右红外温度传感器（９），用来测量滚珠丝杠温度的变化；电涡流传感器（１０）安装在电涡流传感器支架（１５）上，电涡流传感器支架（１５）通过磁座（１３），安装在床身上；通过电涡流传感器（１０）测量胀紧套（１８）锁紧端盖的端面变动量间接得到滚珠丝杠（１）的热变形量；３）高速数据采集卡初始化；将采集卡（１１）插入工控机内一个空闲的ＰＣＩ插槽，通过Ｓｃｈ６８－６８－ＥＰＭ的屏蔽电缆与ＳＣＢ－６８屏蔽接线盒连接，外部信号传感器的信号线接到接线盒里，模拟输入左端红外温度传感器的接线口（ａ）连接左端红外温度传感器（７），模拟输入中部红外温度传感器的接线口（ｂ）连接中部红外温度传感器（８），模拟输入右端红外温度传感器的接线口（ｃ）连接右端红外温度传感器（９），模拟输入电涡流传感器的接线口（ｄ）连接电涡流传感器，左端红外温度传感器的接线口（ａ）在高速数据采集卡（１１）上对应的输出端口为左端红外温度传感器的输出口（ａ’），中部红外温度传感器的接线口（ｂ）在采集卡（１１）上对应的输出端口为中部红外温度传感器的输出口（ｂ’），右端红外温度传感器的接线口（ｃ）在采集卡（１１）上对应的输出端口为右端红外温度传感器的输出口（ｃ’），电涡流传感器的接线口（ｄ）在采集卡（１１）上对应的输出端口为电涡流传感器的输出口（ｄ’），然后将左端红外温度传感器的输出口（ａ’）、中部红外温度传感器的输出口（ｂ’）、右端红外温度传感器的输出口（ｃ’）、电涡流传感器的输出口（ｄ’）一起接到工控机（１２）上；完成硬件连接之后，即可安装该卡的驱动程序；ａ．运行ｌａｂｖｉｅｗ　ＤＡＱ程序，在ｓｅｌｅｃｔ　ＤＡＱ　Ｄｅｖｉｃｅｓ对话框选择ＰＣＩ６２５０型数据采集卡，完成了ＤＡＱ卡的安装；ｂ．调用ＤＡＱ卡编好的程序，对卡进行初始化；设置的参数有采集卡的设备号及地址码，然后进行参数设置，设置每一通道的采集信号极性，输入方式，增益阻抗；采样频率，位数；４）采集传感器布置点的温度信号及滚珠丝杠热变形信号；启动测试软件，在设置区输入相关参数，包括被测滚珠丝杠的最高转速、加速度、工作台负载、滚珠丝杠型号、滚珠丝杠编号、滚珠丝杠导程、滚珠丝杠直径；在控制区对检测进行控制，开始测试，生成报表，查看记录，停止测试，数据保存，显示清除；通过设置区输入测试条件，在控制区启动测试开始后，通过显示区可以方便观察实时数据的记录情况，显示最大值和最小值；５）用ｌａｂｖｉｅｗ处理数据得出热变形的理论曲线；将采集的数据通过接口导入到编好的ｌａｂｖｉｅｗ程序里，通过分析温度变化，计算得出热变形的理论曲线；于滚珠丝杠采用固定－浮动的方式安装，滚珠丝杠发热后向自由端伸长，其浮动端最大的热伸长量ΔＬθ为：ΔＬθ＝ρ＊θ＊Ｌ式中：ΔＬθ为热伸长量，单位是ｍｍ；ρ为热膨胀系数，ρ＝１２．０＊１０－６℃－１；θ为滚珠丝杠的平均温升，单位是℃；Ｌ为滚珠丝杠的有效行程，单位ｍｍ６）将所计算得到的值在坐标中显示出来，得到相对时间的热变形点坐标，将这些点连起来就得到热变形理论曲线，将所测量得到的热变形曲线跟理论的热变形曲线比较，采用拉依达准则｜Ｘｄ｜＞３Ｓ，剔除异常点后，在预先编好的软件中，ｌａｂｖｉｅｗ程序要对所得的热变形曲线进行分析，判断其热变形是否合格；若所有点都在区域内则为合格，反之为不合格；用拉依达准则判断粗大误差时以给定的置信概率９９．７％为标准，以三倍测量列的标准偏差限为依据，凡超过此界限的误差，就认为它不属于随机误差的范畴，而是粗大误差；含有粗大误差的测量值称为异常值，异常值是不可取的，从测量数据中剔除；用拉依达准则判断和剔除含有粗大误差的异常值时，应先算出等精度独立测量列Ｘｉ（ｉ＝１，２…ｎ）的平均值及残余误差并按贝塞尔公式算出该测量列的标准偏...

【技术特征摘要】
1. 一种高速滚珠丝杠的热变形检测方法，其特征是，采用电涡流传感器和红外温度传感器作为检测元件，用电涡流传感器(10)对滚珠丝杠的浮动端进行测量，得到滚珠丝杠热变形量的测量值；用3个红外温度传感器分别对滚珠丝杠的左、中、右部位进行在线测量， 得到滚珠丝杠的温度值，通过对所得温度值计算得到滚珠丝杠热变形的理论值，对比分析测量值和理论值，检测滚珠丝杠热变形是否合格；具体步骤如下1)被检测滚珠丝杠的安装，左端采用固定安装，直接安装到固定支撑(6)里，右端采用浮动安装方式；尾座⑷安装在导轨(5)上，安装在尾座⑷上轴承座00)的左端安装有轴套(19)，通过上螺钉(16)、下螺钉(14)将压盖(17)与轴套(19)固连，滚珠丝杠(1)通过涨紧套(18)安装到轴套(19)里；后端盖用螺钉拧紧在轴承座OO)的右端；滚珠丝杠(1)的螺母安装在模拟工作台(2)下方的螺母座(3)中；2)确定传感器的布置位置；在滚珠丝杠的左端布置左红外温度传感器(7)，中部布置中红外温度传感器(8)，右端布置右红外温度传感器(9)，用来测量滚珠丝杠温度的变化； 电涡流传感器(10)安装在电涡流传感器支架(1 上，电涡流传感器支架(1 通过磁座 (13)，安装在床身上；通过电涡流传感器(10)测量胀紧套(18)锁紧端盖的端面变动量间接得到滚珠丝杠(1)的热变形量；3)高速数据采集卡初始化；将采集卡(11)插入工控机内一个空闲的PCI插槽，通过 Sch68-68-EPM的屏蔽电缆与SCB-68屏蔽接线盒连接，外部信号传感器的信号线接到接线盒里，模拟输入左端红外温度传感器的接线口(a)连接左端红外温度传感器(7)，模拟输入中部红外温度传感器的接线口(b)连接中部红外温度传感器(8)，模拟输入右端红外温度传感器的接线口(c)连接右端红外温度传感器(9)，模拟输入电涡流传感器的接线口(d) 连接电涡流传感器，左端红外温度传感器的接线口(a)在高速数据采集卡(11)上对应的输出端口为左端红外温度传感器的输出口(a’)，中部红外温度传感器的接线口(b)在采集卡 (11)上对应的输出端口为中部红外温度传感器的输出口(b’)，右端红外温度传感器的接线口(c)在采集卡(11)上对应的输出端口为右端红外温度传感器的输出口(C’)，电涡流传感器的接线口(d)在采集卡(11)上对应的输出端口为电涡流传感器的输出口(d’)，然后将左端红外温度传感器的输出口(a’)、中部红外温度传感器的输出口(b’)、右端红外温度传感器的输出口(c’)、电涡流传感器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑兴民，张雪，王福吉，刘健佐，卢晓红，
申请(专利权)人：大连高金数控集团有限公司，大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91