CN111895947A - 一种基于三坐标测量机的温度补偿系统及温度补偿方法 - Google Patents

一种基于三坐标测量机的温度补偿系统及温度补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于几何量测量装备技术领域,特别涉及一种基于三坐标测量机的温度补偿系统及温度补偿方法。所述温度补偿系统包括温度传感器组件、转换装置、处理器和三坐标测量机;所述温度传感器组件安装在三坐标测量机和待测工件上,用于获取三坐标测量机和待测工件位置的温度感应信号,将所述温度感应信号发送至转换装置。本发明提出的温度补偿系统,使三坐标测量机具备一定的环境适应性,可以满足车间以及工作现场的测量需求,拓宽了三坐标测量机工作环境、应用范围和应用领域,提升了其测量精度及稳定性,有较大的实用意义。

Description

一种基于三坐标测量机的温度补偿系统及温度补偿方法
技术领域
本发明属于几何量测量装备技术领域,特别涉及一种基于三坐标测量机的温度补偿系统及温度补偿方法。
背景技术
三坐标测量机的制造商在进行机器安装、调试以及误差补偿过程中,对现场温度控制要求比较严格。如果对精度要求比较高,测量机气浮导轨精密加工、测量机误差补偿及精度检验等均需要在理想的温度环境下进行。同时,用于计量校准测量机的各种更为精密的仪器及量具,诸如激光干涉仪、块规和标准球等,只有在特定的温度环境条件下,才能保证计量校准精度度的稳定性和可靠性。
测量机部分零部件自身的精度和相对位置的精度,诸如气浮导轨直线度、三轴垂直度以及一些标准器的热膨胀系数等,在特定的温度范围内才可以确定。并且,待测工件的温度变化也是影响测量结果准确性的一个主要因素。一般在待测工件测量前,需要将待测工件放置在恒温情况下,定温至特定时间,才能保证最终测量结果可溯源。
现有技术中,三坐标测量机一般应用在20±2℃甚至更高的环境温度范围内。环境温度以及环境温度每小时变化量、每天温度变化量、工作环境各方向上温度分布梯度的变化会导致三坐标测量机自身零部件、待测量工件及补偿数据的出现变化,从而影响三坐标测量机测量精度,进而使得测量数据不能溯源,这在坐标计量领域是非常严重的问题。同时也使得三坐标测量机适用范围受限,不能有更大范围的应用,难以满足工业制造业发展的需求。
发明内容
针对上述问题,本发明提供了一种基于三坐标测量机的温度补偿系统,所述温度补偿系统包括温度传感器组件、转换装置、处理器和三坐标测量机;
所述温度传感器组件安装在三坐标测量机和待测工件上,用于获取三坐标测量机和待测工件位置的温度感应信号,将所述温度感应信号发送至转换装置;
所述转换装置,用于获取所述温度传感器组件发送的温度感应信号,对所述温度感应信号进行滤波和转换处理,生成温度数据,将所述温度数据发送至处理器;
所述处理器,用于获取所述转换装置发送的温度数据,根据所述温度数据,结合补偿算法,计算出温度修正补偿数据,将所述温度修正补偿数据发送至三坐标测量机的控制系统;
所述三坐标测量机的控制系统,用于获取所述处理器发送的温度修正补偿数据,根据所述温度修正补偿数据调整三坐标测量机的测量参数。
进一步的,所述三坐标测量机包括检测探头、操作台、X轴移动组件、Y轴移动组件和Z轴移动组件;
所述操作台用于放置待测工件;
所述三坐标测量机的检测探头安装在所述Z轴移动组件的一端,所述Z轴移动组件可控制所述检测探头沿Z轴方向移动,Z轴方向与操作台台面垂直;
所述Z轴移动组件安装在Y轴移动组件的一端,所述Y轴移动组件可控制所述检测探头和Z轴移动组件沿Y轴方向移动,Y轴方向与操作台台面平行,且与所述Z轴方向垂直;
所述Y轴移动组件安装在X轴移动组件的一端,所述X轴移动组件可控制所述检测探头、Y轴移动组件和Z轴移动组件沿X轴方向移动,X轴方向与操作台台面平行,且分别与所述Y轴方向和Z轴方向垂直。
进一步的,所述温度传感器组件包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器;
所述第一温度传感器安装在所述X轴移动组件上,用于采集X轴移动组件处的温度感应信号;
所述第二温度传感器安装在所述Y轴移动组件上,用于采集Y轴移动组件处的温度感应信号;
所述第三温度传感器安装在所述Z轴移动组件上,用于采集Z轴移动组件处的温度感应信号;
所述第四温度传感器安装在所述待测工件上,用于采集待测工件处的温度感应信号。
进一步的,所述处理器采用的补偿算法包括简单热变形温度补偿法、复杂热变形温度补偿法中的一种或多种。
基于上述温度补偿系统,本发明还提供了一种基于三坐标测量机的温度补偿方法,所述温度补偿方法包括:
温度传感器组件获取三坐标测量机和待测工件位置的温度感应信号,将所述温度感应信号发送至转换装置;
转换装置获取所述温度传感器组件发送的温度感应信号,对所述温度感应信号进行滤波和转换处理,生成温度数据,将所述温度数据发送至处理器;
处理器获取所述转换装置发送的温度数据,根据所述温度数据,结合补偿算法,计算出温度修正补偿数据,将所述温度修正补偿数据发送至三坐标测量机的控制系统;
三坐标测量机的控制系统获取所述处理器发送的温度修正补偿数据,根据所述温度修正补偿数据调整三坐标测量机的测量参数。
进一步的,所述温度传感器组件获取三坐标测量机的温度感应信号包括:获取三坐标测量机上X轴移动组件、Y轴移动组件、Z轴移动组件处的温度感应信号。
本发明提出的温度补偿系统,使三坐标测量机具备一定的环境适应性,可以满足车间以及工作现场的测量需求,拓宽了三坐标测量机工作环境、应用范围和应用领域,提升了其测量精度及稳定性,有较大的实用意义。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图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示出了根据本发明实施例的温度补偿系统的结构示意图;
图2示出了根据本发明实施例的温度补偿系统的场景示意图。
图中:1、操作台;2、X轴移动组件;3、Y轴移动组件;4、Z轴移动组件;5、第一温度传感器;6、第二温度传感器;7、第三温度传感器;8、待测工件;9、第四温度传感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种基于三坐标测量机的温度补偿系统,示例性的,如图1所示,所述温度补偿系统包括温度传感器组件、转换装置、处理器和三坐标测量机。
所述温度传感器组件安装在三坐标测量机和待测工件上,用于获取三坐标测量机和待测工件位置的温度感应信号,将所述温度感应信号发送至转换装置;
所述转换装置,用于获取所述温度传感器组件发送的温度感应信号,对所述温度感应信号进行滤波和转换处理,生成温度数据,将所述温度数据发送至处理器;
所述处理器,用于获取所述转换装置发送的温度数据,根据所述温度数据,结合补偿算法,计算出温度修正补偿数据,将所述温度修正补偿数据发送至三坐标测量机的控制系统。
所述补偿算法包括但不限于简单热变形温度补偿法、复杂热变形温度补偿法。所述简单热变形温度补偿算法公式为:Δl=lαΔt,其中,Δl为伸长量,l为运动距离,α为线膨胀系数(1/℃),Δt为当前温度与20℃的偏差。
所述三坐标测量机的控制系统,用于获取所述处理器发送的温度修正补偿数据,根据所述温度修正补偿数据调整三坐标测量机的测量参数。
以处理器采用简单热变形温度补偿算法为例进行说明:如果三坐标测量机的控制系统获取的温度修正补偿数据表示测量点温度升高,则控制系统调整测量参数向与运动方向相反的方向减小Δl;反之,如果温度降低,则控制系统调整测量参数向与运动方向相同的方向增大|Δl|。
示例性的,如图2所示,所述三坐标测量机包括检测探头、操作台1、X轴移动组件2、Y轴移动组件3和Z轴移动组件4。
所述操作台1用于放置待测工件8。
所述三坐标测量机的检测探头安装在所述Z轴移动组件4的一端,所述Z轴移动组件4可控制所述检测探头沿Z轴方向移动,Z轴方向与操作台1台面垂直;Y轴移动组件3可控制所述检测探头和Z轴移动组件4沿Y轴方向移动,Y轴方向与操作台1台面平行,且与所述Z轴方向垂直;X轴移动组件2可控制所述检测探头、Y轴移动组件3和Z轴移动组件4沿X轴方向移动,X轴方向与操作台1台面平行,且分别与所述Y轴方向和Z轴方向垂直。
所述温度传感器组件包括但不限于第一温度传感器5、第二温度传感器6、第三温度传感器7和第四温度传感器9;所述第一温度传感器5安装在所述X轴移动组件2上,用于采集X轴移动组件2处的温度感应信号;所述第二温度传感器6安装在所述Y轴移动组件3上,用于采集Y轴移动组件3处的温度感应信号;所述第三温度传感器7安装在所述Z轴移动组件4上,用于采集Z轴移动组件4处的温度感应信号;所述第四温度传感器9安装在所述待测工件8上,用于采集待测工件8处的温度感应信号。
所述第一温度传感器5、第二温度传感器6、第三温度传感器7和第四温度传感器9分别采集各自位置处的温度感应信号,并将各位置的温度感应信号通过数据线发送至转换装置;转换装置获取到各温度传感器发送的温度感应信号,对所述温度感应信号进行滤波和转换处理,生成温度数据,并将所述温度数据发送至处理器;所述处理器获取所述转换装置发送的温度数据,根据所述温度数据,结合补偿算法,计算出温度修正补偿数据,将所述温度修正补偿数据发送至三坐标测量机的控制系统;所述三坐标测量机的控制系统获取所述处理器发送的温度修正补偿数据,根据所述温度修正补偿数据调整三坐标测量机的测量参数。
具体的,所述温度数据包括但不限于环境温度每小时变化量、环境温度每天变化量、工作环境各方向上温度分布梯度变化量。
本发明提出的温度补偿系统,使三坐标测量机具备一定的环境适应性,可以满足车间以及工作现场的测量需求,拓宽了三坐标测量机工作环境、应用范围和应用领域,提升了其测量精度及稳定性,有较大的实用意义。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于三坐标测量机的温度补偿系统,其特征在于,所述温度补偿系统包括温度传感器组件、转换装置、处理器和三坐标测量机;
所述温度传感器组件安装在三坐标测量机和待测工件上,用于获取三坐标测量机和待测工件位置的温度感应信号,将所述温度感应信号发送至转换装置;
所述转换装置,用于获取所述温度传感器组件发送的温度感应信号,对所述温度感应信号进行滤波和转换处理,生成温度数据,将所述温度数据发送至处理器;
所述处理器,用于获取所述转换装置发送的温度数据,根据所述温度数据,结合补偿算法,计算出温度修正补偿数据,将所述温度修正补偿数据发送至三坐标测量机的控制系统;
所述三坐标测量机的控制系统,用于获取所述处理器发送的温度修正补偿数据,根据所述温度修正补偿数据调整三坐标测量机的测量参数。
2.根据权利要求1所述的基于三坐标测量机的温度补偿系统,其特征在于,所述三坐标测量机包括检测探头、操作台(1)、X轴移动组件(2)、Y轴移动组件(3)和Z轴移动组件(4);
所述操作台(1)用于放置待测工件(8);
所述三坐标测量机的检测探头安装在所述Z轴移动组件(4)的一端,所述Z轴移动组件(4)可控制所述检测探头沿Z轴方向移动,Z轴方向与操作台1台面垂直;
所述Z轴移动组件(4)安装在Y轴移动组件(3)的一端,所述Y轴移动组件(3)可控制所述检测探头和Z轴移动组件(4)沿Y轴方向移动,Y轴方向与操作台1(1)台面平行,且与所述Z轴方向垂直;
所述Y轴移动组件(3)安装在X轴移动组件(2)的一端,所述X轴移动组件(2)可控制所述检测探头、Y轴移动组件(3)和Z轴移动组件(4)沿X轴方向移动,X轴方向与操作台(1)台面平行,且分别与所述Y轴方向和Z轴方向垂直。
3.根据权利要求2所述的基于三坐标测量机的温度补偿系统,其特征在于,所述温度传感器组件包括第一温度传感器(5)、第二温度传感器(6)、第三温度传感器(7)和第四温度传感器(9);
所述第一温度传感器(5)安装在所述X轴移动组件(2)上,用于采集X轴移动组件(2)处的温度感应信号;
所述第二温度传感器(6)安装在所述Y轴移动组件(3)上,用于采集Y轴移动组件(3)处的温度感应信号;
所述第三温度传感器(7)安装在所述Z轴移动组件(4)上,用于采集Z轴移动组件(4)处的温度感应信号;
所述第四温度传感器(9)安装在所述待测工件(8)上,用于采集待测工件(8)处的温度感应信号。
4.根据权利要求1所述的基于三坐标测量机的温度补偿系统,其特征在于,所述处理器采用的补偿算法包括简单热变形温度补偿法、复杂热变形温度补偿法中的一种或多种。
5.一种基于三坐标测量机的温度补偿方法,其特征在于,所述温度补偿方法包括:
温度传感器组件获取三坐标测量机和待测工件位置的温度感应信号,将所述温度感应信号发送至转换装置;
转换装置获取所述温度传感器组件发送的温度感应信号,对所述温度感应信号进行滤波和转换处理,生成温度数据,将所述温度数据发送至处理器;
处理器获取所述转换装置发送的温度数据,根据所述温度数据,结合补偿算法,计算出温度修正补偿数据,将所述温度修正补偿数据发送至三坐标测量机的控制系统;
三坐标测量机的控制系统获取所述处理器发送的温度修正补偿数据,根据所述温度修正补偿数据调整三坐标测量机的测量参数。
6.根据权利要求5所述的基于三坐标测量机的温度补偿方法,其特征在于,所述温度传感器组件获取三坐标测量机的温度感应信号包括:获取三坐标测量机上X轴移动组件(2)、Y轴移动组件(3)、Z轴移动组件(4)处的温度感应信号。
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