王谦

摘 要： 温度和热误差的检测是进行热误差建模和补偿的前提。本文从检测系统的构建方案、温度测量系统的组建、热误差测量系统的组建及检测软件的开发四个方面详细阐述了一种数控机床热误差检测系统的开发组建思路。

关键词： 数控机床；热误差检测；开发组建

中图分类号：TG659 文献标识码：A

温度和热误差的检测是进行热误差建模的前提，要想实现热误差的高精度建模，则首先要进行温度和热误差的高精度采集。为实现数控机床上各测温点温度和相应坐标轴热误差的高精度采集，本文对一种数控机床热误差检测系统的开发组建做了深入研究。

1 热误差检测系统的总体构建方案

本文设计开发的热误差检测系统主要包含两个部分：温度测量系统和热误差测量系统，温度测量系统用于测量和采集加工中心上布置的各温度传感器的实时温度值，热误差测量系统用于测量和采集加工中心主轴方向上的热误差，其总体结构如图1所示。该系统的主要工作是把位移传感器采集到的位移信号和温度传感器采集到的温度信号传给数据采集卡，数据采集卡經A/D转换后将信号传输给计算机上的软件，软件自动完成对数据的保存、显示和运算处理。

图1 热误差检测系统的总体构建方案

该系统的硬件部分主要由计算机、位移传感器、温度传感器、数据采集卡及配套的测量设备组成，软件部分主要是利用LABVIEW软件开发的应用程序，包括热变形采集、温度采集、数据处理和自动建模四个模块。

2 热误差检测系统的开发组建

2.1 温度测量系统的组建

温度测量系统的组成如表1所示，该系统主要负责由温度传感器检测加工中心上各个测温点的温度数据，然后将这些检测到的数据经过温度采集卡传送给PC，PC调用软件部分的数据处理模块对送来的温度值进行保存和分析，并保存成EXCEL格式，然后再通过LABVIEW调用MATLAB程序访问已保存的EXCEL表格，完成对数据的分析和建模运算。

在本检测系统中测量温度选择的是DS18B20数字温度传感器，温度采集卡选用的是AVR单片机，该温度采集卡的主要任务是将温度值从温度传感器送来的数据中分离出来并传给计算机中的LABVIEW程序。

2.2 热误差测量系统的组建

热误差测量系统的组成如表2所示，该系统主要负责测量加工中心主轴热误差的数值，热误差的测量究其根本就是位移量的测量，本实验热误差的测量采用高精度电感测量仪，利用电感微位移传感器测得数控机床热误差的数据，由数据采集卡采集并送入计算机，计算机调用LABVIEW程序对热误差数据进行处理、分析和保存，然后再通过LABVIEW调用MATLAB程序访问已保存的数据，完成对数据的分析和热误差的预测建模。

在本检测系统中检测热误差选择的仪器设备是电感式位移测量仪，进行热误差数据的采集选用的是USB5935数据采集卡，该采集卡的主要任务是采集电感测量仪检测的位移数据并传给计算机中的LABVIEW程序。

3检测系统软件部分的开发

本检测系统的软件部分主要是利用LABVIEW软件开发的应用程序，包括热变形采集、温度采集、数据处理和自动建模四个模块。这些功能LABVIEW本身就具有，我们只需对它们做相应开发并添加到软件的应用部分。

LABVIEW是使用图形化编程语言的编程系统，使用它开发的程序是框图的形式而非文本形式，它具有功能强大的函数库，包括数据采集、数据分析、数据存储及数据显示等，它能够与MATLAB实现无缝链接并调用其进行数学运算。本文使用LABVIEW开发的检测系统的软件部分，具有丰富的前面板人机界面和直观的图表显示，能够实现温度和热误差的实时采样和在线热误差建模，并可通过对采样时间的设置实现每隔一定时间的自动采样。

热误差检测系统软件部分的主要功能是，接收数据采集卡所采集的加工中心上多个测温点的温度值和相应坐标轴的热误差值，并把它们显示在前面板上，然后调用相应模块分析、处理这些传输来的数据，并把处理结果存储成一定的格式，再通过LABVIEW调用MATLAB访问已存储数据，参照MATLAB中设定的数学模型算法进行数学运算，推导出热误差的预测模型，从而建立热误差的补偿模型。

4 结束语

温度和热误差的检测，是进行热误差建模和补偿的关键环节。检测数据质量的高低直接影响到热误差模型的精度。通过检测、采集温度和热误差数据，进而分析计算热误差与温度之间的变化规律，才能拟合出热误差与温度的变化所遵循的精准数学模型，即建立高精度的热误差模型。