CN108247424B - 一种机床加工温度的测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机床加工温度的测试方法及装置，涉及机床加工领域，该机床加工温度的测试方法包括：在机床温度达到动态平衡时，获取机床目标区域的基本图像信息和温度分布状态信息；根据所述温度分布状态信息确定所述目标区域的测温关键点，根据所述基本图像信息确定所述测温关键点在机床目标区域的位置；控制测试装置对所述测温关键点进行温度测试。本发明通过预先获取机床目标区域的基本图像信息和温度分布状态信息来确定温度测试的关键点，并控制测试装置对所述测温关键点进行温度测试，通过结合热成像测温先获取测温关键点再通过接触式测温对目标区域的关键点进行测温，可以快速的获取准确的测温结果。

Description

一种机床加工温度的测试方法及装置

技术领域

本发明涉及机床加工领域，尤其涉及一种机床加工温度的测试方法及装置。

背景技术

在机床加工的过程中，加工精度是评价机床质量的重要指标，据资料显示机床行业由于热变形引起加工误差占总误差的40％以上，而产生热变形的原因是各种热源导致的机床温度场变化。

随着PCB上的线路与零件越来越密集，对PCB板的精度要求不断提高，从而使得PCB机床加工精度要求也越来越高，甚至要求机床加工误差控制在几个微米内，为此，就需要尽力降低热变形对机床加工精度的影响，所以，对PCB机床关键部位实施有效的温度监测必不可少。

由于影响PCB机床温度变化的因素众多，其中包括电机发热，水冷因素和导轨滑块的摩擦生热等的影响，很难从经验上判断机床或其某一部分的温度场情况，同时，PCB机床的三维尺寸较大，不宜逐个点进行测量，因此需要能找出温度场的关键点，并能进行准确测量温度值的方法。

要研究PCB机床温度对加工精度的影响，就需要对机床进行有效的温度测量，而温度测量主要是接触与非接触两种测温方式。

接触测温技术是利用热敏元件与被测介质之间的热交换，最后达到热平衡，通过热敏元件本身的温度反映被测介质的温度。

非接触测温技术主要以红外热成像测温技术为主，在以下两种情况下具有明显的优势：(1)温度分布不均匀的大面积目标的表面温度场的测量；(2)在有限的区域内快速确定过热点或过热区域的测量。其中，非接触测温技术所测得的物体表面温度，不是直接测量到的，而是以测到的辐射能计算出来的。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：接触测温技术虽然比较简单可靠，但由于热电偶和热敏电阻只能对单点测温，而且再一次测温中，所允许的测温点数有限，不适用与大面积的测温；非接触测温技术在实际测量时，测量精度受被测表面的发射率和反射率，背景辐射，大气衰减，测量距离，环境温度等因素的影响，所以在实际应用中，很难获得准确的温度值。

发明内容

为了克服现有技术中相关产品的不足，本发明提出一种机床加工温度的测试方法及装置，结合接触测温技术和非接触测温技术，解决前述两种技术单一实施时的缺点，获取对机床工作温度更好的测试效果。

本发明提供了一种机床加工温度的测试方法，包括：在机床温度达到动态平衡时，获取机床目标区域的基本图像信息和温度分布状态信息；根据所述温度分布状态信息确定所述目标区域的测温关键点，根据所述基本图像信息确定所述测温关键点在机床目标区域的位置；控制测试装置对所述测温关键点进行温度测试。

作为本发明的进一步改进，所述在机床温度达到动态平衡时，获取机床目标区域的基本图像信息和温度分布状态信息包括：在启动机床之后，对机床的运行时间进行计时；在计时的时间达到预设阈值时确定机床温度达到动态平衡，并获取机床目标区域的基本图像信息和温度分布状态信息。

作为本发明的进一步改进，在对所述机床进行计时之前，所述方法还包括：设定机床温度达到动态平衡所需时间的预设阈值。

作为本发明的进一步改进，所述温度分布状态信息为热红外图像信息，所述根据所述温度分布状态信息确定所述目标区域的测温关键点，根据所述基本图像信息确定所述测温关键点在机床目标区域的位置包括：解析所获取的所述温度分布状态信息；根据解析的结果确定在红外图像信息中所述目标区域的测温关键点；通过对比所述热红外图像信息和所述基本图像信息确定所述测温关键点在机床目标区域的位置。

作为本发明的进一步改进，所述控制测试装置对所述测温关键点进行温度测试包括：根据所述测温关键点在机床目标区域的位置生成对应的控制指令；执行所述控制指令控制测试装置对所述测温关键点进行温度测试。

本发明提供了一种机床加工温度的测试装置，包括：获取模块，用于在机床温度达到动态平衡时，获取机床目标区域的基本图像信息和温度分布状态信息；处理模块，用于根据所述温度分布状态信息确定所述目标区域的测温关键点，并根据所述基本图像信息确定所述测温关键点在机床目标区域的位置；测试控制模块，用于控制测试装置对所述测温关键点进行温度测试。

作为本发明的进一步改进，所述获取模块包括：计时单元，用于在启动机床之后，对机床的运行时间进行计时；信息获取单元，在计时的时间达到预设阈值时确定机床温度达到动态平衡，并获取机床目标区域的基本图像信息和温度分布状态信息。

作为本发明的进一步改进，所述获取模块还包括：设定单元，用于设定机床温度达到动态平衡所需时间的预设阈值。

作为本发明的进一步改进，所述温度分布状态信息为热红外图像信息，所述处理模块包括：解析单元，用于解析所获取的所述温度分布状态信息；确定单元，用于根据解析的结果确定在红外图像信息中所述目标区域的测温关键点；对比单元，用于通过对比所述热红外图像信息和所述基本图像信息确定所述测温关键点在机床目标区域的位置。

作为本发明的进一步改进，所述测试控制模块包括：指令生成单元，用于根据所述测温关键点在机床目标区域的位置生成对应的控制指令；指令执行单元，用于执行所述控制指令控制测试装置对所述测温关键点进行温度测试。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

本发明通过预先获取机床目标区域的基本图像信息和温度分布状态信息来确定温度测试的关键点，并控制测试装置对所述测温关键点进行温度测试，通过结合热成像测温先获取测温关键点再通过接触式测温对目标区域的关键点进行测温，可以快速的获取准确的测温结果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本本发明所述机床加工温度的测试方法的流程示意图；

图2为本本发明所述机床加工温度的测试方法的另一流程示意图；

图3为本本发明所述机床加工温度的测试方法的另一流程示意图；

图4为本本发明所述机床加工温度的测试方法的另一流程示意图；

图5为本本发明所述机床加工温度的测试装置的原理结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

参阅图1所示，为本发明所述机床加工温度的测试方法的流程示意图，包括：

S101：在机床温度达到动态平衡时，获取机床目标区域的基本图像信息和温度分布状态信息。

在本发明实施例中，所述的基本图像信息是目标区域的可见光的图像信息，所述的温度分布状态信息是目标区域的热红外图像信息，所述的目标区域是指机床需要进行温度测试的位置。

S102：根据所述温度分布状态信息确定所述目标区域的测温关键点，根据所述基本图像信息确定所述测温关键点在机床目标区域的位置。

在本发明实施例中，所述的测温关键点是指目标区域内温度最高的位置，在其他的实施方式中，由于任务需求，所述的测温关键点也可以是温度最低的位置。

S103：控制测试装置对所述测温关键点进行温度测试。

在本发明的实施例中，所述的测试装置为接触式测试装置，包括多个用于温度测试的热电阻传感器，所述测试装置预先安装在机床的目标区域上，通过所述热电阻传感器直接对所述测温关键点进行温度测试可以获得准确的测试结果。

本发明所述的机床加工温度的测试方法通过预先获取机床目标区域的基本图像信息和温度分布状态信息来确定温度测试的关键点，并控制测试装置对所述测温关键点进行温度测试，通过结合热成像测温先获取测温关键点再通过接触式测温对目标区域的关键点进行测温，可以快速的获取准确的测温结果。

在上述实施例的基础上，参阅图2所示，为本发明所述机床加工温度的测试方法的另一流程示意图，所述在机床温度达到动态平衡时，获取机床目标区域的基本图像信息和温度分布状态信息还包括以下步骤：

S201：设定机床温度达到动态平衡所需时间的预设阈值。

在本发明实施例中，所述的机床温度达到动态平衡是指机床在刚开始运动时，发热部件以及附近的受热部件的温度都会得到上升，所述的机床在工作的过程中需要通过冷水循环冷却来控制温度，避免温度过高损失器件，在温度上升一段时间后，因为冷水循环冷却的作用，这些部件的温度会呈现稳定的周期性波动(类似于正弦函数曲线)，此时即可认为机床的温度变化达到了动态平衡。

而动态平衡时的最高温度值和最低温度值在实际测温中也是微弱起伏的，这个微弱起伏受到车间环境温度变化和机床的机身的影响无法排除，本发明实施例所述机床温度达到动态平衡就根据机床的运行时间而定，故不同的机床在不同场景下其达到动态平衡所需的运行时间不同，所述机床达到动态平衡所需的运行时间即为所述的预设阈值，每个机床的预设阈值是机床在启动前就预先调试获取的，本发明实施例根据机床事先的调试数据来对应设定每个机床的预设阈值，在其他的实施方式中，所述的预设阈值也可以大于机床达到动态平衡所需的运行时间，根据工作流程或需求可以另行设定。

S202：在启动机床之后，对机床的运行时间进行计时。

S203：在计时的时间达到预设阈值时确定机床温度达到动态平衡，并获取机床目标区域的基本图像信息和温度分布状态信息。

在本发明实施例中，所述的基本图像信息是目标区域的可见光的图像信息，所述的温度分布状态信息是目标区域的热红外图像信息。

本发明实施例所述机床加工温度的测试方法通过对不同场景下的不同机床分别设定不同的预设阈值，能够有效合理的获得机床目标区域准确的基本图像信息和温度分布状态信息。

在上述实施例的基础上，参阅图3所示，为本发明所述机床加工温度的测试方法的另一流程示意图，所述根据所述温度分布状态信息确定所述目标区域的测温关键点，根据所述基本图像信息确定所述测温关键点在机床目标区域的位置还包括以下步骤：

S301：解析所获取的所述温度分布状态信息。

本发明实施例所述的温度分布状态信息为热红外图像信息，所述的热红外图像信息是对波长的辐射记录的图像，根据温度不同显示为颜色分层的多个区域，其中，温度越高的位置颜色越深，在本发明实施例中，温度最高的地方显示为红色，本发明实施例通过对获取的所述温度分布状态信息进行解析，确定在目标区域中温度最高的位置，即确定所述目标区域的测温关键点。。

S302：根据解析的结果确定在红外图像信息中所述目标区域的测温关键点。

S303：通过对比所述热红外图像信息和所述基本图像信息确定所述测温关键点在机床目标区域的位置。

由于所述热红外图像信息和所述基本图像信息是同一区域不同波长的显示图像，通过所述热红外图像信息确定目标区域的测温关键点，再通过对比所述热红外图像信息和所述基本图像信息即可确定所述测温关键点在机床目标区域的具体位置。

本发明实施例所述机床加工温度的测试方法通过解析所获取的所述温度分布状态信息，并根据所述基本图像信息可以准确的寻找到在机床目标区域的测温关键点具体位置，方便后续进行温度的准确测试。

在上述实施例的基础上，参阅图4所示，为本发明所述机床加工温度的测试方法的另一流程示意图，所述控制测试装置对所述测温关键点进行温度测试还包括以下步骤：

S401：根据所述测温关键点在机床目标区域的位置生成对应的控制指令。

在本发明的实施例中，所述的测试装置为接触式测试装置，包括多个用于温度测试的热电阻传感器，所述的热电阻传感器均匀分布在目标区域的各个位置，所述热电阻传感器的数量根据目标区域的大小和实际需求设置；所述测试装置预先安装在机床的目标区域上，通过所述热电阻传感器直接对所述测温关键点进行温度测试可以获得准确的测试结果。本发明实施例根据所述测温关键点在机床目标区域的位置生成对应的控制指令，所述的控制指令用于控制所述测试装置上与所述测温关键点位置对应的热电阻传感器进行温度测试。

在某些情况下，前述步骤所确定的测温关键点对应的位置并没有布置所述热电阻传感器，由于所述的测温关键点在所述热成像红外图像中显示的实际大小并不是一个点，而是本发明实施例默认选择的一小块区域，且所述热电阻传器均匀分布在所述目标区域上，本发明实施例在所述测温关键点对应的位置并没有布置所述热电阻传感器时，默认选择最靠近所述测温关键点的热电阻传感器作为温度测试的执行主体，在忽略外部带来的影响时，布置数量较多的热电阻传感器时可以同样得到理想的准确测温结果。

在本发明的其他实施方式中，也可以通过程序控制或人工的方式调整所述热电阻传感器的安装位置，使所述的测温关键点与至少一个所述热电阻传感器的位置对应，获取准确的测温结果。

S402：执行所述控制指令控制测试装置对所述测温关键点进行温度测试。

本发明实施例执行所述控制指令控制测试装置上对应的热电阻传感器对所述测温关键点进行温度测试，并获取相应的温度测试数据。

本发明实施例所述机床加工温度的测试方法通过生成对应的控制指令来控制测试装置对测温关键点进行温度测试可以快速准确的获得目标区域关键位置的温度数据。

通过上述过程，本发明实施例所述机床加工温度的测试方法结合热成像测温先获取测温关键点再通过接触式测温对目标区域的关键点进行测温，既可以获取目标区域的温度场分布数据，又可以快速的获取目标区域关键位置的准确测温结果，在实施本发明的过程中，可以实时的获取机床相应的温度变化数据。

参阅图5所示，为本发明所述机床加工温度的测试装置的原理结构示意图，所述的机床加工温度的测试装置包括获取模块1、处理模块2以及测试控制模块3。

所述获取模块1用于在机床温度达到动态平衡时，获取机床目标区域的基本图像信息和温度分布状态信息，所述的基本图像信息是目标区域的可见光的图像信息，所述的温度分布状态信息是目标区域的热红外图像信息，所述的目标区域是指机床需要进行温度测试的位置；所述获取模块1包括设定单元11、计时单元12和信息获取单元13。

所述设定单元11用于设定机床温度达到动态平衡所需时间的预设阈值，在本发明实施例中，所述的机床温度达到动态平衡是指机床在刚开始运动时，发热部件以及附近的受热部件的温度都会得到上升，所述的机床在工作的过程中需要通过冷水循环冷却来控制温度，避免温度过高损失器件，在温度上升一段时间后，因为冷水循环冷却的作用，这些部件的温度会呈现稳定的周期性波动(类似于正弦函数曲线)，此时即可认为机床的温度变化达到了动态平衡。

而动态平衡时的最高温度值和最低温度值在实际测温中也是微弱起伏的，这个微弱起伏受到车间环境温度变化和机床的机身的影响无法排除，本发明实施例所述机床温度达到动态平衡就根据机床的运行时间而定，故不同的机床在不同场景下其达到动态平衡所需的运行时间不同，所述机床达到动态平衡所需的运行时间即为所述的预设阈值，每个机床的预设阈值是机床在启动前就预先调试获取的，所述设定单元11根据机床事先的调试数据来对应设定每个机床的预设阈值，在其他的实施方式中，所述的预设阈值也可以大于机床达到动态平衡所需的运行时间，根据工作流程或需求可以另行设定。

所述计时单元12用于在启动机床之后，对机床的运行时间进行计时。

所述信息获取单元13用于在计时的时间达到预设阈值时确定机床温度达到动态平衡，并获取机床目标区域的基本图像信息和温度分布状态信息。

所述处理模块2用于根据所述温度分布状态信息确定所述目标区域的测温关键点，并根据所述基本图像信息确定所述测温关键点在机床目标区域的位置，所述的测温关键点是指目标区域内温度最高的位置，在其他的实施方式中，由于任务需求，所述的测温关键点也可以是温度最低的位置；所述处理模块2包括解析单元21、确定单元22以及对比单元23。

所述解析单元21用于解析所获取的所述温度分布状态信息，本发明实施例所述的温度分布状态信息为热红外图像信息，所述的热红外图像信息是对波长的辐射记录的图像，根据温度不同显示为颜色分层的多个区域，其中，温度越高的位置颜色越深，在本发明实施例中，温度最高的地方显示为红色，所述解析单元21通过对获取的所述温度分布状态信息进行解析，确定在目标区域中温度最高的位置。

所述确定单元22用于根据解析的结果确定在红外图像信息中所述目标区域的测温关键点。

所述对比单元23用于通过对比所述热红外图像信息和所述基本图像信息确定所述测温关键点在机床目标区域的位置，由于所述热红外图像信息和所述基本图像信息是同一区域不同波长的显示图像，通过所述热红外图像信息确定目标区域的测温关键点，再通过所述对比单元23对比所述热红外图像信息和所述基本图像信息即可确定所述测温关键点在机床目标区域的具体位置。

所述测试控制模块3用于控制测试装置对所述测温关键点进行温度测试，所述的测试装置为接触式测试装置，包括多个用于温度测试的热电阻传感器，所述测试装置预先安装在机床的目标区域上，通过所述热电阻传感器直接对所述测温关键点进行温度测试可以获得准确的测试结果；所述测试控制模块3包括指令生成单元31和指令执行单元32。

所述指令生成单元31用于根据所述测温关键点在机床目标区域的位置生成对应的控制指令；在本发明的实施例中，所述的测试装置为接触式测试装置，包括多个用于温度测试的热电阻传感器，所述的热电阻传感器均匀分布在目标区域的各个位置，所述热电阻传感器的数量根据目标区域的大小和实际需求设置；所述测试装置预先安装在机床的目标区域上，通过所述热电阻传感器直接对所述测温关键点进行温度测试可以获得准确的测试结果。所述指令生成单元31根据所述测温关键点在机床目标区域的位置生成对应的控制指令，所述的控制指令用于控制所述测试装置上与所述测温关键点位置对应的热电阻传感器进行温度测试。

在某些情况下，所述处理模块2所确定的测温关键点对应的位置并没有布置所述热电阻传感器，由于所述的测温关键点在所述热成像红外图像中显示的实际大小并不是一个点，而是本发明实施例默认选择的一小块区域，且所述热电阻传器均匀分布在所述目标区域上，本发明实施例在所述测温关键点对应的位置并没有布置所述热电阻传感器时，默认选择最靠近所述测温关键点的热电阻传感器作为温度测试的执行主体，在忽略外部带来的影响时，布置数量较多的热电阻传感器时可以同样得到理想的准确测温结果。

在本发明的其他实施方式中，也可以通过程序控制或人工的方式调整所述热电阻传感器的安装位置，使所述的测温关键点与至少一个所述热电阻传感器的位置对应，获取准确的测温结果。

所述指令执行单元32用于执行所述控制指令控制测试装置对所述测温关键点进行温度测试，所述指令执行单元32执行所述控制指令控制测试装置上对应的热电阻传感器对所述测温关键点进行温度测试，并获取相应的温度测试数据。

通过上述过程，本发明实施例所述机床加工温度的测试方法结合热成像测温先获取测温关键点再通过接触式测温对目标区域的关键点进行测温，既可以获取目标区域的温度场分布数据，又可以快速的获取目标区域关键位置的准确测温结果，在实施本发明的过程中，可以实时的获取机床相应的温度变化数据。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机床加工温度的测试方法，其特征在于，包括：

在机床温度达到动态平衡时，获取机床目标区域的基本图像信息和温度分布状态信息；

根据所述温度分布状态信息确定所述目标区域的测温关键点，根据所述基本图像信息确定所述测温关键点在机床目标区域的位置；

通过对应的测试装置对所述测温关键点进行温度测试。

2.根据权利要求1所述的机床加工温度的测试方法，其特征在于，所述在机床温度达到动态平衡时，获取机床目标区域的基本图像信息和温度分布状态信息包括：

在启动机床之后，对机床的运行时间进行计时；

在计时的时间达到预设阈值时确定机床温度达到动态平衡，并获取机床目标区域的基本图像信息和温度分布状态信息。

3.根据权利要求2所述的机床加工温度的测试方法，其特征在于，在对所述机床进行计时之前，所述方法还包括：

设定机床温度达到动态平衡所需时间的预设阈值。

4.根据权利要求1所述的机床加工温度的测试方法，其特征在于，所述温度分布状态信息为热红外图像信息，所述根据所述温度分布状态信息确定所述目标区域的测温关键点，根据所述基本图像信息确定所述测温关键点在机床目标区域的位置包括：

解析所获取的所述温度分布状态信息；

根据解析的结果确定在红外图像信息中所述目标区域的测温关键点；

通过对比所述热红外图像信息和所述基本图像信息确定所述测温关键点在机床目标区域的位置。

5.根据权利要求1所述的机床加工温度的测试方法，其特征在于，所述通过对应的测试装置对所述测温关键点进行温度测试包括：

根据所述测温关键点在机床目标区域的位置生成对应的控制指令；

执行所述控制指令控制测试装置对所述测温关键点进行温度测试。

6.一种机床加工温度的测试装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于在机床温度达到动态平衡时，获取机床目标区域的基本图像信息和温度分布状态信息；

处理模块，用于根据所述温度分布状态信息确定所述目标区域的测温关键点，并根据所述基本图像信息确定所述测温关键点在机床目标区域的位置；

测试控制模块，用于通过对应的测试装置对所述测温关键点进行温度测试。

7.根据权利要求6所述的机床加工温度的测试装置，其特征在于，所述获取模块包括：

计时单元，用于在启动机床之后，对机床的运行时间进行计时；

信息获取单元，在计时的时间达到预设阈值时确定机床温度达到动态平衡，并获取机床目标区域的基本图像信息和温度分布状态信息。

8.根据权利要求7所述的机床加工温度的测试装置，其特征在于，所述获取模块还包括：

设定单元，用于设定机床温度达到动态平衡所需时间的预设阈值。

9.根据权利要求6所述的机床加工温度的测试装置，其特征在于，所述温度分布状态信息为热红外图像信息，所述处理模块包括：

解析单元，用于解析所获取的所述温度分布状态信息；

确定单元，用于根据解析的结果确定在红外图像信息中所述目标区域的测温关键点；

对比单元，用于通过对比所述热红外图像信息和所述基本图像信息确定所述测温关键点在机床目标区域的位置。

10.根据权利要求6所述的机床加工温度的测试装置，其特征在于，所述测试控制模块包括：

指令生成单元，用于根据所述测温关键点在机床目标区域的位置生成对应的控制指令；

指令执行单元，用于执行所述控制指令控制测试装置对所述测温关键点进行温度测试。

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