数控机床热误差建模中的温度传感器优化研究.pdf

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1、现代设计技术文章编号:1006-3269(2007)03-0005-04数控机床热误差建模中的温度传感器优化研究1,22林伟青,傅建中(1.福建农林大学机电工程学院,福州350002;2.浙江大学机械工程系,杭州310027)摘要:介绍了温度传感器的选择方法,讨论了温1数控机床热误差建模中的温度传感器度传感器的布置原则,对国内外常用的几种温度传感器的优化布置方法进行了比较分析,对今后进一步的研究趋势做出选择了展望.目前,国内外学者多通过实验建立热误差与机关键词:数控机床;热误差;温度传感器;敏床温度场关系的数学模型

2、,在加工过程中实时测量感点机床的温度场并计算热变形,然后反馈给数控系统中图分类号:TP2文献标识码:A进行误差补偿.如何选择有效的测温元件,搭建测温系统,获取机床温度变化量,是实现机床热变形建模随着精密及超精密加工技术的发展及自动化系[4]与补偿的重要因素.统的出现,人们对数控机床的加工精度提出了更高在数控机床上使用的温度传感器的发展大致经的要求.大量研究表明,热误差是机床的最大误差[1,2]历了以下3个阶段:传统温度传感器、模拟集成温度源,占机床总误差的40%~70%.单纯依赖改进传感器/控制器、智能温度传感器.

3、机床结构设计等硬件改良方法,或直接对温度控制传统温度传感器以热电阻、热电偶、热敏电阻为来减小机床热误差,既提高了成本而效果并不理想.代表.这些传感器一般以模拟信号输出,需要后续信通过建立数控机床热误差模型,进而实现热误差补[3]号处理与A/D转换电路的配合.此类传感器存在线偿的方法,实践证明最为经济有效.性度差、信号量小、抗干扰能力差等缺点.模拟集成在数控机床的热误差测量、建模及其补偿研究温度传感器采用硅半导体集成工艺制成;模拟集成中,温度测点的布置和选择是一个难点.传感器的数温度控制器主要包括温控开关、可编程温度

4、控制器,目及位置选取涉及成本、效益等多方面的问题.从经自成系统,工作时不受微处理器的控制,具有一定的济方面考虑,希望采用尽可能少的传感器,但传感器市场占用率.传统的温度传感器与模拟集成温度传太少了势必降低识别精度.因此,对温度传感器进行感器/控制器应用十分广泛,但由于新型智能温度优化,确定传感器的最佳数目与最优位置,具有重要传感器无法比拟的优势,正逐渐将它们替代.的实用价值,其优化布置策略成为热误差辨识建模目前,国际上新型温度传感器正从模拟式向数研究中的关键技术.字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展.智能温度传

5、感器(亦称数字温度传感器)是微电子技术、收稿日期:2007-06-07计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶,其内部基金项目:国家自然科学基金资助项目(50675199);浙江省科技计划资助项目(2005E10049)包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器作者简介:林伟青(1977-),女,福建福州人,博士研究生,讲师,主(或寄存器)和接口电路.由于数字温度传感器相对要研究方向为先进制造技术、数控技术.传统温度传感器具有抗干扰能力强、分辨力高、线性度好、成本低等优点.因此,在设计数控机床的测温Group

6、Technology&ProductionModernizationVol.24,No.3,2007#5#现代设计技术系统时,优先考虑选择使用数字温度传感器作为温度测量元件.2温度传感器布置原则2.1温度敏感点在数控机床热误差控制补偿技术中,合理选择测温点的位置是其关键所在.由于热误差是时间的函数,所以在误差测量的同时,必须记录机床的温度场特征.实验表明,数控机床表面及内部各点的温升对机床热误差的影响程度不同,总存在这么一些点,这些点的温升变化将引起机床热误差的明显变化,图1一台卧式加工中心上的温度传感器布置图在热

7、误差补偿系统中,只有将这些点作为模型的输入,才能在保证精度的情况下,使测温点数最少,实3温度传感器布置优化时补偿时计算速度快,补偿效果最佳,这些点被称为[5]影响数控机床热误差的敏感点.一般说来,机床上温度测点数越多,所建立的热2.2温度传感器布置原则误差预测模型越精确,对热误差的估计也越精确.但温度传感器应能迅速、准确地反映温度信息的过多的温度测点数会大大增加数据处理的工作量,变化,以提高系统的检测精度.依据温度敏感点理同时也考虑到温度测量系统的成本,有必要对测温论,应该将温度传感器布置在对信号的变化反应最点进行

8、优化运算和处理.测温点的优化是指在保证敏感、受其他测点干扰最小的地方,即温度变化最敏热误差模型精度的条件下,以较少的测温点代替众感的地方,以精确地反映温度变量信号的变化.要成多的测温点,以简化热误差建模与补偿系统.对测温功地实现热态建模,系统必须满足可控性和可观性传感器布点位置优化,目前国内外采用了以下几种条件,对于温度传感器的布置,在满足可观性条件方法:[

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1、现代设计技术文章编号:1006-3269(2007)03-0005-04数控机床热误差建模中的温度传感器优化研究1,22林伟青,傅建中(1.福建农林大学机电工程学院,福州350002;2.浙江大学机械工程系,杭州310027)摘要:介绍了温度传感器的选择方法,讨论了温1数控机床热误差建模中的温度传感器度传感器的布置原则,对国内外常用的几种温度传感器的优化布置方法进行了比较分析,对今后进一步的研究趋势做出选择了展望.目前,国内外学者多通过实验建立热误差与机关键词:数控机床;热误差;温度传感器;敏床温度场关系的数学模型

2、,在加工过程中实时测量感点机床的温度场并计算热变形,然后反馈给数控系统中图分类号:TP2文献标识码:A进行误差补偿.如何选择有效的测温元件,搭建测温系统,获取机床温度变化量,是实现机床热变形建模随着精密及超精密加工技术的发展及自动化系[4]与补偿的重要因素.统的出现,人们对数控机床的加工精度提出了更高在数控机床上使用的温度传感器的发展大致经的要求.大量研究表明,热误差是机床的最大误差[1,2]历了以下3个阶段:传统温度传感器、模拟集成温度源,占机床总误差的40%~70%.单纯依赖改进传感器/控制器、智能温度传感器.

3、机床结构设计等硬件改良方法,或直接对温度控制传统温度传感器以热电阻、热电偶、热敏电阻为来减小机床热误差,既提高了成本而效果并不理想.代表.这些传感器一般以模拟信号输出,需要后续信通过建立数控机床热误差模型,进而实现热误差补[3]号处理与A/D转换电路的配合.此类传感器存在线偿的方法,实践证明最为经济有效.性度差、信号量小、抗干扰能力差等缺点.模拟集成在数控机床的热误差测量、建模及其补偿研究温度传感器采用硅半导体集成工艺制成;模拟集成中,温度测点的布置和选择是一个难点.传感器的数温度控制器主要包括温控开关、可编程温度

4、控制器,目及位置选取涉及成本、效益等多方面的问题.从经自成系统,工作时不受微处理器的控制,具有一定的济方面考虑,希望采用尽可能少的传感器,但传感器市场占用率.传统的温度传感器与模拟集成温度传太少了势必降低识别精度.因此,对温度传感器进行感器/控制器应用十分广泛,但由于新型智能温度优化,确定传感器的最佳数目与最优位置,具有重要传感器无法比拟的优势,正逐渐将它们替代.的实用价值,其优化布置策略成为热误差辨识建模目前,国际上新型温度传感器正从模拟式向数研究中的关键技术.字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展.智能温度传

5、感器(亦称数字温度传感器)是微电子技术、收稿日期:2007-06-07计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶,其内部基金项目:国家自然科学基金资助项目(50675199);浙江省科技计划资助项目(2005E10049)包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器作者简介:林伟青(1977-),女,福建福州人,博士研究生,讲师,主(或寄存器)和接口电路.由于数字温度传感器相对要研究方向为先进制造技术、数控技术.传统温度传感器具有抗干扰能力强、分辨力高、线性度好、成本低等优点.因此,在设计数控机床的测温Group

6、Technology&ProductionModernizationVol.24,No.3,2007#5#现代设计技术系统时,优先考虑选择使用数字温度传感器作为温度测量元件.2温度传感器布置原则2.1温度敏感点在数控机床热误差控制补偿技术中,合理选择测温点的位置是其关键所在.由于热误差是时间的函数,所以在误差测量的同时,必须记录机床的温度场特征.实验表明,数控机床表面及内部各点的温升对机床热误差的影响程度不同,总存在这么一些点,这些点的温升变化将引起机床热误差的明显变化,图1一台卧式加工中心上的温度传感器布置图在热

7、误差补偿系统中,只有将这些点作为模型的输入,才能在保证精度的情况下,使测温点数最少,实3温度传感器布置优化时补偿时计算速度快,补偿效果最佳,这些点被称为[5]影响数控机床热误差的敏感点.一般说来,机床上温度测点数越多,所建立的热2.2温度传感器布置原则误差预测模型越精确,对热误差的估计也越精确.但温度传感器应能迅速、准确地反映温度信息的过多的温度测点数会大大增加数据处理的工作量,变化,以提高系统的检测精度.依据温度敏感点理同时也考虑到温度测量系统的成本,有必要对测温论,应该将温度传感器布置在对信号的变化反应最点进行

8、优化运算和处理.测温点的优化是指在保证敏感、受其他测点干扰最小的地方,即温度变化最敏热误差模型精度的条件下,以较少的测温点代替众感的地方,以精确地反映温度变量信号的变化.要成多的测温点,以简化热误差建模与补偿系统.对测温功地实现热态建模,系统必须满足可控性和可观性传感器布点位置优化,目前国内外采用了以下几种条件,对于温度传感器的布置,在满足可观性条件方法:[

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