CN113857936B - 一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法、系统和机床 - Google Patents

一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法、系统和机床 Download PDF

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CN113857936B CN202111310777.4A CN202111310777A CN113857936B CN 113857936 B CN113857936 B CN 113857936B CN 202111310777 A CN202111310777 A CN 202111310777A CN 113857936 B CN113857936 B CN 113857936B
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Abstract

本发明提供一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法、系统和机床，所述方法包括：在各个测试温度条件下，通过机器视觉方法计算出所述机床立柱相对于标准工作温度时的测试偏移量；根据各个测试温度和对应的测试偏移量，分析出二者之间的对应关系；基于对目标工件的加工需求制定出机床的预加工参数；通过温度传感器感测出机床立柱的当前温度值，并将当前温度值代入上述对应关系中，计算得到机床立柱相对于标准工作温度时的偏移量，并将偏移量作为热补偿值；将机床的预加工参数与热补偿值进行相加，得到修正后的加工参数；由机床采用修正后的加工参数对目标工件进行加工。本发明实现对机床加工热误差的补偿，提升了机床的加工精度。

Description

一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法、系统和机床
技术领域
本发明涉及机床加工技术领域，尤其涉及一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法、系统和机床。
背景技术
数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。
制造技术的发展对数控机床的精度和可靠性提出了越来越高的要求，近年来，随着数控机床整机及零部件设计、制造、装配和材料等相关技术的不断进步，几何误差、刀具磨损、伺服等误差在数控机床整体误差中所占的比例逐渐减小，当前热误差是数控机床最大的误差源，且占据机床总误差的40%~70%，因此，如何减小热误差给机床加工精度带来的影响是当前亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述至少一个技术问题，本发明提出了一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法、系统和机床，能够有效降低热误差对机床加工精度的影响，进一步提升机床的可靠性。
本发明第一方面提出了一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法，所述方法包括：
拟定关于机床立柱的多个测试温度，并在各个测试温度条件下，通过机器视觉方法计算出所述机床立柱相对于标准工作温度时的测试偏移量；
根据各个测试温度和对应的测试偏移量，分析出二者之间的对应关系；
待需要对目标工件进行加工时，基于对所述目标工件的加工需求制定出机床的预加工参数；
通过温度传感器感测出机床立柱的当前温度值，并将当前温度值代入上述对应关系中，计算得到所述机床立柱相对于标准工作温度时的偏移量，并将所述偏移量作为热补偿值；
将所述机床的预加工参数与所述热补偿值进行相加，得到修正后的加工参数；
由所述机床采用修正后的加工参数对所述目标工件进行加工作业。
本方案中，将所述机床的预加工参数与所述热补偿值进行相加，得到修正后的加工参数；由所述机床采用修正后的加工参数对所述目标工件进行加工作业，具体包括：
将所述当前温度值作为所述机床立柱的初始温度，且为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
根据所述预加工参数获取不同加工时刻对所述目标工件的加工量，预设加工量与所述机床立柱的增热量成正比例关系，由不同时刻的加工量，并根据所述正比例关系计算得到所述机床立柱在不同加工时刻的增热量；
对不同加工时刻的增热量沿时间轴进行累加，得到不同加工时刻的累加增热量；
根据热量关系式
Figure 64663DEST_PATH_IMAGE002
计算出所述机床立柱在不同加工时刻的预测温度，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为第
Figure 264701DEST_PATH_IMAGE004
加工时刻的累加增热量，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为机床立柱的比热容，
Figure 992485DEST_PATH_IMAGE006
为机床立柱的质量，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为第
Figure 277973DEST_PATH_IMAGE004
加工时刻的预测温度；
将得到的不同加工时刻的预测温度代入所述对应关系中，计算得到所述机床立柱在不同加工时刻相对于标准工作温度时的动态偏移量，并将所述机床立柱的动态偏移量作为所述机床在不同加工时刻的动态热补偿值
将不同加工时刻的动态热补偿值与预加工参数沿着时间轴进行累加，得到修正后的动态加工参数；
由所述机床采用修正后的动态加工参数对所述目标工件进行加工作业。
本方案中，对不同加工时刻的增热量沿时间轴进行累加，得到不同加工时刻的累加增热量，具体包括：
预设外界环境温度为
Figure 811723DEST_PATH_IMAGE008
，判断初始温度
Figure 335108DEST_PATH_IMAGE001
与外界环境温度
Figure 499373DEST_PATH_IMAGE008
之间的大小；
当初始温度
Figure 537736DEST_PATH_IMAGE001
小于环境温度
Figure 547280DEST_PATH_IMAGE008
时，则外界环境向机床立柱传热，根据热传导原理计算外界环境向所述机床立柱沿时间轴的传热量；
将所述传热量和所述增热量沿时间轴进行累加，得到不同加工时刻的累加增热量；
直至根据热量关系式
Figure 190751DEST_PATH_IMAGE002
计算出第
Figure DEST_PATH_IMAGE009
加工时刻的预测温度
Figure 57076DEST_PATH_IMAGE010
与外界环境温度为
Figure 582735DEST_PATH_IMAGE008
相等，之后则由机床立柱向外界环境散热，根据热传导原理计算所述机床立柱向外界环境沿时间轴的散热量；
将所述增热量与所述散热量沿时间轴进行相减，得到不同加工时刻的累加增热量。
本方案中，在由所述机床采用修正后的动态加工参数对所述目标工件进行加工作业之后，所述方法还包括：
采用所述温度传感器感测所述机床立柱不同加工时刻的真实温度；
分别将相同加工时刻的真实温度与预测温度进行比对，并计算二者的差值绝对值；
判断所述差值绝对值是否超过第一预设阈值，如果否，则由所述机床继续按照修正后的动态加工参数进行加工作业，如果是，则记录当前加工时刻为更新时刻，并对更新时刻之后的动态加工参数进行更新，得到更新后的动态加工参数；
由所述机床采用更新后的动态加工参数对所述目标工件进行继续加工作业。
本方案中，对更新时刻之后的动态加工参数进行更新，得到更新后的动态加工参数，具体包括：
通过温度传感器在更新时刻感测获取所述机床立柱的真实温度
Figure DEST_PATH_IMAGE011
；
根据所述预加工参数获取在更新时刻之后不同加工时刻对所述目标工件的加工量，预设加工量与所述机床立柱的增热量成正比例关系，由不同时刻的加工量，并根据所述正比例关系计算得到所述机床立柱在在更新时刻之后不同加工时刻的增热量；
对更新时刻之后不同加工时刻的增热量沿时间轴进行累加，得到更新时刻之后不同加工时刻的累加增热量；
根据热量关系式
Figure 192708DEST_PATH_IMAGE012
计算出所述机床立柱在更新时刻之后不同加工时刻的预测温度，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为更新时刻之后第
Figure 425106DEST_PATH_IMAGE014
加工时刻的累加增热量，
Figure 494956DEST_PATH_IMAGE005
为机床立柱的比热容，
Figure 180015DEST_PATH_IMAGE006
为机床立柱的质量，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为更新时刻之后第
Figure 859258DEST_PATH_IMAGE014
加工时刻的预测温度；
将得到的更新时刻之后不同加工时刻的预测温度代入所述对应关系中，计算得到所述机床立柱在更新时刻之后不同加工时刻相对于标准工作温度时的动态偏移量，并将所述机床立柱的动态偏移量作为所述机床在更新时刻之后不同加工时刻的动态热补偿值
以所述更新时刻为时间起点，将不同加工时刻的动态热补偿值与预加工参数沿着时间轴进行累加，得到更新后的动态加工参数。
本方案中，通过温度传感器感测出机床立柱的当前温度值，具体包括：
预设所述机床立柱有n个温度感测点，每个温度感测点对应设置一个温度传感器；预设n个温度感测点对所述机床立柱整体形变的影响权重分别为
Figure 946163DEST_PATH_IMAGE016
，且
Figure DEST_PATH_IMAGE017
；
由n个温度传感器分别采集获取各个温度感测点的局部温度值
Figure 419870DEST_PATH_IMAGE018
；
将各个温度感测点的局部温度值
Figure 654542DEST_PATH_IMAGE018
分别乘以对应的权重
Figure 75159DEST_PATH_IMAGE016
，得到所述机床立柱的当前温度值
Figure DEST_PATH_IMAGE019
。
本发明第二方面还提出一种基于视觉检测的机床立柱热补偿系统，包括存储器和处理器，所述存储器中包括一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法程序，所述基于视觉检测的机床立柱热补偿方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：
拟定关于机床立柱的多个测试温度，并在各个测试温度条件下，通过机器视觉方法计算出所述机床立柱相对于标准工作温度时的测试偏移量；
根据各个测试温度和对应的测试偏移量，分析出二者之间的对应关系；
待需要对目标工件进行加工时，基于对所述目标工件的加工需求制定出机床的预加工参数；
通过温度传感器感测出机床立柱的当前温度值，并将当前温度值代入上述对应关系中，计算得到所述机床立柱相对于标准工作温度时的偏移量，并将所述偏移量作为热补偿值；
将所述机床的预加工参数与所述热补偿值进行相加，得到修正后的加工参数；
由所述机床采用修正后的加工参数对所述目标工件进行加工作业。
本方案中，将所述机床的预加工参数与所述热补偿值进行相加，得到修正后的加工参数；由所述机床采用修正后的加工参数对所述目标工件进行加工作业，具体包括：
将所述当前温度值作为所述机床立柱的初始温度，且为
Figure 78887DEST_PATH_IMAGE001
；
根据所述预加工参数获取不同加工时刻对所述目标工件的加工量，预设加工量与所述机床立柱的增热量成正比例关系，由不同时刻的加工量，并根据所述正比例关系计算得到所述机床立柱在不同加工时刻的增热量；
对不同加工时刻的增热量沿时间轴进行累加，得到不同加工时刻的累加增热量；
根据热量关系式
Figure 926757DEST_PATH_IMAGE002
计算出所述机床立柱在不同加工时刻的预测温度，其中
Figure 648726DEST_PATH_IMAGE003
为第
Figure 873034DEST_PATH_IMAGE004
加工时刻的累加增热量，
Figure 668951DEST_PATH_IMAGE005
为机床立柱的比热容，
Figure 750040DEST_PATH_IMAGE006
为机床立柱的质量，
Figure 896987DEST_PATH_IMAGE007
为第
Figure 721724DEST_PATH_IMAGE004
加工时刻的预测温度；
将得到的不同加工时刻的预测温度代入所述对应关系中，计算得到所述机床立柱在不同加工时刻相对于标准工作温度时的动态偏移量，并将所述机床立柱的动态偏移量作为所述机床在不同加工时刻的动态热补偿值
将不同加工时刻的动态热补偿值与预加工参数沿着时间轴进行累加，得到修正后的动态加工参数；
由所述机床采用修正后的动态加工参数对所述目标工件进行加工作业。
本方案中，对不同加工时刻的增热量沿时间轴进行累加，得到不同加工时刻的累加增热量，具体包括：
预设外界环境温度为
Figure 637727DEST_PATH_IMAGE008
，判断初始温度
Figure 827400DEST_PATH_IMAGE001
与外界环境温度
Figure 22496DEST_PATH_IMAGE008
之间的大小；
当初始温度
Figure 323027DEST_PATH_IMAGE001
小于环境温度
Figure 421433DEST_PATH_IMAGE008
时，则外界环境向机床立柱传热，根据热传导原理计算外界环境向所述机床立柱沿时间轴的传热量；
将所述传热量和所述增热量沿时间轴进行累加，得到不同加工时刻的累加增热量；
直至根据热量关系式
Figure 782007DEST_PATH_IMAGE002
计算出第
Figure 903547DEST_PATH_IMAGE009
加工时刻的预测温度
Figure 70086DEST_PATH_IMAGE010
与外界环境温度为
Figure 695103DEST_PATH_IMAGE008
相等，之后则由机床立柱向外界环境散热，根据热传导原理计算所述机床立柱向外界环境沿时间轴的散热量；
将所述增热量与所述散热量沿时间轴进行相减，得到不同加工时刻的累加增热量。
本发明第三方面还提出一种机床，所述机床包括执行机构和控制模块，所述控制模块用于控制所述执行机构对目标工件进行加工，所述控制模块包括存储器和处理器，所述存储器中包括一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法程序，所述基于视觉检测的机床立柱热补偿方法程序被所述处理器执行时，实现如上述的一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法的步骤。
本发明提出的一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法、系统和机床，能够实现对机床加工的热补偿，进而提升了机床的加工精度和稳定性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1示出了本发明一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法的流程图；
图2示出了本发明一种基于视觉检测的机床立柱热补偿系统的框图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
图1示出了本发明一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法的流程图。
如图1所示，本发明第一方面提出一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法，所述方法包括：
S102，拟定关于机床立柱的多个测试温度，并在各个测试温度条件下，通过机器视觉方法计算出所述机床立柱相对于标准工作温度时的测试偏移量；
S104，根据各个测试温度和对应的测试偏移量，分析出二者之间的对应关系；
S106，待需要对目标工件进行加工时，基于对所述目标工件的加工需求制定出机床的预加工参数；
S108，通过温度传感器感测出机床立柱的当前温度值，并将当前温度值代入上述对应关系中，计算得到所述机床立柱相对于标准工作温度时的偏移量，并将所述偏移量作为热补偿值；
S110，将所述机床的预加工参数与所述热补偿值进行相加，得到修正后的加工参数；
S112，由所述机床采用修正后的加工参数对所述目标工件进行加工作业。
可以理解，机床在加工过程中则会沿着机床立柱上的滑轨进行移动，并实现对工件的车削、铣削加工，然而由于机床立柱为金属材料（如钢材）制成，在机床加工过程中，所产生的滑动摩擦会增加机床立柱的温度，而机床立柱在温度升高过程中，则会膨胀，相应的，当温度降低时，在会收缩。综上，机床立柱的膨胀或收缩则会影响机床的加工精度，本发明则通过分析温度变化对机床立柱形变影响，从而计算出相对于标准工作温度的偏移量，并将该偏移量作为热补偿值，从而形成对预加工参数的修正，有效提升了机床的加工精度和稳定性。
根据本发明的具体实施例，通过机器视觉方法计算出所述机床立柱相对于标准工作温度时的测试偏移量，具体包括：
固定所述机床立柱与图像采集器之间的位置关系；
将机床立柱设定在标准工作温度下，并通过图像采集器获取机床立柱的第一图像数据，通过图像分析从所述第一图像数据中提取所述机床立柱的第一轮廓；
将机床立柱设定在测试温度下，并通过所述图像采集器获取机床立柱的第二图像数据，通过图像分析从所述第二图像数据中提取所述机床立柱的第二轮廓；
将所述第一图像数据与所述第二图像数据进行重叠，并计算所述第二轮廓相对于第一轮廓在纵横两轴方向的偏移量，
根据图像与实物之间尺寸比例关系，对所述偏移量进行同比例放大处理，获取最终的测试偏移量。
可以理解，本发明通过机器视觉方法计算获取测试偏移量，替代了传统人工测量的方式，节省了人力成本，自动化程度高，减少了人为因素的影响，进一步提升了偏移量的测量精度。
根据本发明的实施例，将所述机床的预加工参数与所述热补偿值进行相加，得到修正后的加工参数；由所述机床采用修正后的加工参数对所述目标工件进行加工作业，具体包括：
将所述当前温度值作为所述机床立柱的初始温度，且为
Figure 288895DEST_PATH_IMAGE001
；
根据所述预加工参数获取不同加工时刻对所述目标工件的加工量，预设加工量与所述机床立柱的增热量成正比例关系，由不同时刻的加工量，并根据所述正比例关系计算得到所述机床立柱在不同加工时刻的增热量；
对不同加工时刻的增热量沿时间轴进行累加，得到不同加工时刻的累加增热量；
根据热量关系式
Figure 632152DEST_PATH_IMAGE002
计算出所述机床立柱在不同加工时刻的预测温度，其中
Figure 602382DEST_PATH_IMAGE003
为第
Figure 613063DEST_PATH_IMAGE004
加工时刻的累加增热量，
Figure 315440DEST_PATH_IMAGE005
为机床立柱的比热容，
Figure 208309DEST_PATH_IMAGE006
为机床立柱的质量，
Figure 654334DEST_PATH_IMAGE007
为第
Figure 316260DEST_PATH_IMAGE004
加工时刻的预测温度；
将得到的不同加工时刻的预测温度代入所述对应关系中，计算得到所述机床立柱在不同加工时刻相对于标准工作温度时的动态偏移量，并将所述机床立柱的动态偏移量作为所述机床在不同加工时刻的动态热补偿值
将不同加工时刻的动态热补偿值与预加工参数沿着时间轴进行累加，得到修正后的动态加工参数；
由所述机床采用修正后的动态加工参数对所述目标工件进行加工作业。
可以理解，机床加工过程中会对机床立柱造成升温影响，通常机床是连续作业的，此时如果采用温度传感器实时检测机床立柱温度，如果根据当前温度来调整或修正加工参数，则不能及时反馈给机床的控制系统。换言之，在当前时间感测的温度后，可以根据温度计算得到偏移量，即热补偿值，然而由于机床是连续作业的，上述当前时间计算得到热补偿值只能适用于上述当前时间，如果采用当前时间计算的热补偿值来调整加工参数，则会造成修正后的加工参数永远是滞后于温度感测时间，进而造成加工不良的影响。然而本发明则通过结合整个预加工参数，由于预加工参数包括各个时刻对工件的加工量，进而根据加工量计算出对机床立柱的增热量，再由增热量计算出不同加工时刻的预测温度。从而根据预测温度提前为每个加工时刻计算出对应的修正加工参数，从而解决了热补偿滞后的问题。可以理解，加工参数可以为加工程序，当启动加工时，则会按照预定的加工程序进行不同时刻的相应加工。例如时刻t1对工件进行圆孔加工，时刻t2对工件进行圆角加工等等。
根据本发明的实施例，对不同加工时刻的增热量沿时间轴进行累加，得到不同加工时刻的累加增热量，具体包括：
预设外界环境温度为
Figure 189538DEST_PATH_IMAGE008
，判断初始温度
Figure 772966DEST_PATH_IMAGE001
与外界环境温度
Figure 819419DEST_PATH_IMAGE008
之间的大小；
当初始温度
Figure 539114DEST_PATH_IMAGE001
小于环境温度
Figure 147075DEST_PATH_IMAGE008
时，则外界环境向机床立柱传热，根据热传导原理计算外界环境向所述机床立柱沿时间轴的传热量；
将所述传热量和所述增热量沿时间轴进行累加，得到不同加工时刻的累加增热量；
直至根据热量关系式
Figure 952220DEST_PATH_IMAGE002
计算出第
Figure 5626DEST_PATH_IMAGE009
加工时刻的预测温度
Figure 642144DEST_PATH_IMAGE010
与外界环境温度为
Figure 857225DEST_PATH_IMAGE008
相等，之后则由机床立柱向外界环境散热，根据热传导原理计算所述机床立柱向外界环境沿时间轴的散热量；
将所述增热量与所述散热量沿时间轴进行相减，得到不同加工时刻的累加增热量。
可以理解，在计算累加增热量还应考虑外界环境对机床立柱的影响，本发明综合考虑环境和自身因素对累加增热量的影响，从而提升了后续对动态修正加工参数的计算准确度，进一步提升机床加工的精度和稳定性。
根据本发明的实施例，在由所述机床采用修正后的动态加工参数对所述目标工件进行加工作业之后，所述方法还包括：
采用所述温度传感器感测所述机床立柱不同加工时刻的真实温度；
分别将相同加工时刻的真实温度与预测温度进行比对，并计算二者的差值绝对值；
判断所述差值绝对值是否超过第一预设阈值，如果否，则由所述机床继续按照修正后的动态加工参数进行加工作业，如果是，则记录当前加工时刻为更新时刻，并对更新时刻之后的动态加工参数进行更新，得到更新后的动态加工参数；
由所述机床采用更新后的动态加工参数对所述目标工件进行继续加工作业。
需要说明的是，在机床持续加工过程中，可能会收到其他因素的影响，则机床立柱各个加工时刻的预测温度与真实温度具有一定的差异，当该差异未超过第一预设阈值时，则可以忽略，并进行继续加工。当该差异超过第一预设阈值时，则需要将预测温度向真实温度进行校准，同时对先前修正后的动态加工参数进行更新，以使后续机床按照更新后的动态加工参数进行后续加工作业。从而提升了机床对目标工件的整体加工精度。
根据本发明的实施例，对更新时刻之后的动态加工参数进行更新，得到更新后的动态加工参数，具体包括：
通过温度传感器在更新时刻感测获取所述机床立柱的真实温度
Figure 149666DEST_PATH_IMAGE011
；
根据所述预加工参数获取在更新时刻之后不同加工时刻对所述目标工件的加工量，预设加工量与所述机床立柱的增热量成正比例关系，由不同时刻的加工量，并根据所述正比例关系计算得到所述机床立柱在在更新时刻之后不同加工时刻的增热量；
对更新时刻之后不同加工时刻的增热量沿时间轴进行累加，得到更新时刻之后不同加工时刻的累加增热量；
根据热量关系式
Figure 803501DEST_PATH_IMAGE012
计算出所述机床立柱在更新时刻之后不同加工时刻的预测温度，其中
Figure 232208DEST_PATH_IMAGE013
为更新时刻之后第
Figure 680507DEST_PATH_IMAGE014
加工时刻的累加增热量，
Figure 460244DEST_PATH_IMAGE005
为机床立柱的比热容，
Figure 652191DEST_PATH_IMAGE006
为机床立柱的质量，
Figure 935405DEST_PATH_IMAGE015
为更新时刻之后第
Figure 23447DEST_PATH_IMAGE014
加工时刻的预测温度；
将得到的更新时刻之后不同加工时刻的预测温度代入所述对应关系中，计算得到所述机床立柱在更新时刻之后不同加工时刻相对于标准工作温度时的动态偏移量，并将所述机床立柱的动态偏移量作为所述机床在更新时刻之后不同加工时刻的动态热补偿值
以所述更新时刻为时间起点，将不同加工时刻的动态热补偿值与预加工参数沿着时间轴进行累加，得到更新后的动态加工参数。
需要说明的是，如果预测温度与真实温度之间的差异超过第一预设阈值，则需要确定更新时刻，并将更新时刻的真实温度为“初始温度”，并重新为后续加工时刻的机床立柱计算出更加贴合实际的预测温度，进而根据更加贴合实际的预测温度计算出更加准确的动态热补偿值，有效提升了机床的加工精度。
根据本发明的具体实施例，对更新时刻之后不同加工时刻的增热量沿时间轴进行累加，得到更新时刻之后不同加工时刻的累加增热量，具体包括：
预设在更新时刻时外界环境温度为
Figure 87218DEST_PATH_IMAGE020
，判断真实温度
Figure 20539DEST_PATH_IMAGE011
与外界环境温度为
Figure 220576DEST_PATH_IMAGE020
之间的大小；
当真实温度
Figure 213940DEST_PATH_IMAGE011
小于外界环境温度为
Figure 968269DEST_PATH_IMAGE020
时，则外界环境向机床立柱传热，根据热传导原理计算外界环境向所述机床立柱沿时间轴的传热量；
将所述传热量和所述增热量沿时间轴进行累加，得到不同加工时刻的累加增热量；
直至根据热量关系式
Figure 502019DEST_PATH_IMAGE012
计算出第
Figure DEST_PATH_IMAGE021
加工时刻的预测温度
Figure 379316DEST_PATH_IMAGE022
与外界环境温度为
Figure 543581DEST_PATH_IMAGE020
相等，之后则由机床立柱向外界环境散热，根据热传导原理计算所述机床立柱向外界环境沿时间轴的散热量；
将所述增热量与所述散热量沿时间轴进行相减，得到更新时刻之后不同加工时刻的累加增热量。
根据本发明的实施例，通过温度传感器感测出机床立柱的当前温度值，具体包括：
预设所述机床立柱有n个温度感测点，每个温度感测点对应设置一个温度传感器；预设n个温度感测点对所述机床立柱整体形变的影响权重分别为
Figure 316365DEST_PATH_IMAGE016
，且
Figure 857068DEST_PATH_IMAGE017
；
由n个温度传感器分别采集获取各个温度感测点的局部温度值
Figure 234960DEST_PATH_IMAGE018
；
将各个温度感测点的局部温度值
Figure 366864DEST_PATH_IMAGE018
分别乘以对应的权重
Figure 95785DEST_PATH_IMAGE016
，得到所述机床立柱的当前温度值
Figure 909021DEST_PATH_IMAGE019
。
需要说明的是，由于机床立柱的尺寸相对较大，且形状不规则，单个温度传感器较难检测出整体机床立柱的温度，另外，由于机床立柱各个位置的温度变化对整体的形变量影响不同，例如较窄的位置则受温度变化的形变量较大，较宽的位置则受温度变化的形变量较小，因此基于此原理获取机床立柱各个位置形变影响权重，然后结合机床立柱的各个局部温度值
Figure 203736DEST_PATH_IMAGE018
与对应的权重
Figure 444224DEST_PATH_IMAGE016
，计算得到所述机床立柱的综合温度（即当前温度），以便于得到的综合温度进行偏移量的计算，提升了后续偏移量计算的准确度。
根据本发明的具体实施例，在通过温度传感器感测出机床立柱的当前温度值之后，所述方法还包括：
预设有多个机床，且每个机床具有对应的机床立柱；
获取每个机床针对各自目标工件的加工形状和尺寸数据，以及机床立柱的形状和尺寸数据；
对每个机床的加工形状和尺寸数据以及对应机床立柱的形状和尺寸数据进行特征分析，获取对应的特征值；
基于每个机床对应的特征值，并通过预设的神经网络分类模型对多个机床进行分类，得到多组机床；
针对每一组机床，按照预设的检测方法对该组机床的各个温度传感器的异常状态进行预警监测。
根据本发明的具体实施例，按照预设的检测方法对该组机床的各个温度传感器的异常状态进行预警监测，具体包括：
预设某组的机床同步加工作业，且该组中所有机床拥有的温度传感器数量均为m个，且m个温度传感器在对应机床立柱位置布局相同，针对该组的机床，从中依次选定一个机床为目标机床；
将所述目标机床的m个温度传感器采集的局部温度值分别与该组其它机床的m个温度传感器采集的局部温度值进行作差计算，得到m个差值，
将m个差值的绝对值是否有大于第二预设阈值，如果有，则从所述目标机床的m个温度传感器中提取出对应的温度传感器，并标记为疑似异常温度传感器；
待所述目标机床的m个温度传感器与该组剩余所有机床的m个温度传感器采集的局部温度值进行作差比对完成后，累计所述目标机床的每个温度传感器被标记为疑似异常温度传感器的总次数；
判断所述总次数是否大于第三预设阈值，如果是，则判定对应的温度传感器为异常温度传感器；
将该组的每个机床的m个温度传感器采集的局部温度值分别与该组剩余所有机床的m个温度传感器采集的局部温度值进行作差对比分析，并筛选出该组所有机床的异常温度传感器，并基于异常温度传感器的标识向维修管理系统发出维修请求。
可以理解，在车间中，同类别的机床通常为同步作业，且每个机床的温度传感器布局相同，正常情况下，两个机床的相同位置的温度传感器采集的局部温度值应趋近相同，本发明的实施例利用同类别的多个机床进行温度传感器异常自检，从而避免因单个或几个温度传感器异常而造成最终计算得到的偏移量误差较大的影响，进一步提升了机床加工精度。
根据本发明的具体实施例，在筛选出该组所有机床的异常温度传感器之后，所述方法还包括：
对各个异常温度传感器采集的局部温度值进行删除；
针对某个异常温度传感器，从所有机床中提取出与该异常温度传感器相同位置的剩余多个温度传感器采集的局部温度值；
针对剩余多个温度传感器采集的局部温度值平均化处理，得到局部温度平均值，并将局部温度平均值作为删除该异常温度传感器采集的局部温度值的替代值，以进行后续机床立柱整体温度值的计算。
可以理解，当筛选出异常温度传感器后，则可以向维修管理系统进行保修。由于报修可能需要一定时间，为了减少报修对生产影响，在报修完成之前，则可以取其它机床相同位置的局部温度平均值进行替代，从而确保加工精度的同时，进一步提升了加工效率。
图2示出了本发明一种基于视觉检测的机床立柱热补偿系统的框图。
如图2所示，本发明第二方面还提出一种基于视觉检测的机床立柱热补偿系统2，包括存储器21和处理器22，所述存储器中包括一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法程序，所述基于视觉检测的机床立柱热补偿方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：
拟定关于机床立柱的多个测试温度，并在各个测试温度条件下，通过机器视觉方法计算出所述机床立柱相对于标准工作温度时的测试偏移量；
根据各个测试温度和对应的测试偏移量，分析出二者之间的对应关系；
待需要对目标工件进行加工时，基于对所述目标工件的加工需求制定出机床的预加工参数；
通过温度传感器感测出机床立柱的当前温度值，并将当前温度值代入上述对应关系中，计算得到所述机床立柱相对于标准工作温度时的偏移量，并将所述偏移量作为热补偿值；
将所述机床的预加工参数与所述热补偿值进行相加，得到修正后的加工参数；
由所述机床采用修正后的加工参数对所述目标工件进行加工作业。
根据本发明的实施例，将所述机床的预加工参数与所述热补偿值进行相加，得到修正后的加工参数；由所述机床采用修正后的加工参数对所述目标工件进行加工作业，具体包括：
将所述当前温度值作为所述机床立柱的初始温度，且为
Figure 457180DEST_PATH_IMAGE001
；
根据所述预加工参数获取不同加工时刻对所述目标工件的加工量，预设加工量与所述机床立柱的增热量成正比例关系，由不同时刻的加工量，并根据所述正比例关系计算得到所述机床立柱在不同加工时刻的增热量；
对不同加工时刻的增热量沿时间轴进行累加，得到不同加工时刻的累加增热量；
根据热量关系式
Figure 339685DEST_PATH_IMAGE002
计算出所述机床立柱在不同加工时刻的预测温度，其中
Figure 426590DEST_PATH_IMAGE003
为第
Figure 165876DEST_PATH_IMAGE004
加工时刻的累加增热量，
Figure 338231DEST_PATH_IMAGE005
为机床立柱的比热容，
Figure 555586DEST_PATH_IMAGE006
为机床立柱的质量，
Figure 28155DEST_PATH_IMAGE007
为第
Figure 610446DEST_PATH_IMAGE004
加工时刻的预测温度；
将得到的不同加工时刻的预测温度代入所述对应关系中，计算得到所述机床立柱在不同加工时刻相对于标准工作温度时的动态偏移量，并将所述机床立柱的动态偏移量作为所述机床在不同加工时刻的动态热补偿值
将不同加工时刻的动态热补偿值与预加工参数沿着时间轴进行累加，得到修正后的动态加工参数；
由所述机床采用修正后的动态加工参数对所述目标工件进行加工作业。
根据本发明的实施例，对不同加工时刻的增热量沿时间轴进行累加，得到不同加工时刻的累加增热量，具体包括：
预设外界环境温度为
Figure 332415DEST_PATH_IMAGE008
，判断初始温度
Figure 291143DEST_PATH_IMAGE001
与外界环境温度
Figure 916422DEST_PATH_IMAGE008
之间的大小；
当初始温度
Figure 200773DEST_PATH_IMAGE001
小于环境温度
Figure 347720DEST_PATH_IMAGE008
时，则外界环境向机床立柱传热，根据热传导原理计算外界环境向所述机床立柱沿时间轴的传热量；
将所述传热量和所述增热量沿时间轴进行累加，得到不同加工时刻的累加增热量；
直至根据热量关系式
Figure 906878DEST_PATH_IMAGE002
计算出第
Figure 822881DEST_PATH_IMAGE009
加工时刻的预测温度
Figure 278133DEST_PATH_IMAGE010
与外界环境温度为
Figure 974694DEST_PATH_IMAGE008
相等，之后则由机床立柱向外界环境散热，根据热传导原理计算所述机床立柱向外界环境沿时间轴的散热量；
将所述增热量与所述散热量沿时间轴进行相减，得到不同加工时刻的累加增热量。
本发明第三方面还提出一种机床，所述机床包括执行机构和控制模块，所述控制模块用于控制所述执行机构对目标工件进行加工，所述控制模块包括存储器和处理器，所述存储器中包括一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法程序，所述基于视觉检测的机床立柱热补偿方法程序被所述处理器执行时，实现如上述的一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法的步骤。
可以理解，所述执行机构至少包括机床立柱。
本发明提出的一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法、系统和机床，能够实现对机床加工的热补偿，进而提升了机床的加工精度和稳定性。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法，其特征在于，所述方法包括：
拟定关于机床立柱的多个测试温度，并在各个测试温度条件下，通过机器视觉方法计算出所述机床立柱相对于标准工作温度时的测试偏移量；
根据各个测试温度和对应的测试偏移量，分析出二者之间的对应关系；
待需要对目标工件进行加工时，基于对所述目标工件的加工需求制定出机床的预加工参数；
通过温度传感器感测出机床立柱的当前温度值，并将当前温度值代入上述对应关系中，计算得到所述机床立柱相对于标准工作温度时的偏移量，并将所述偏移量作为热补偿值；
将所述当前温度值作为所述机床立柱的初始温度，且为Ta；
根据所述预加工参数获取不同加工时刻对所述目标工件的加工量，预设加工量与所述机床立柱的增热量成正比例关系，由不同时刻的加工量，并根据所述正比例关系计算得到所述机床立柱在不同加工时刻的增热量；
对不同加工时刻的增热量沿时间轴进行累加，得到不同加工时刻的累加增热量；
根据热量关系式Qi＝c×m(Ti-Ta)计算出所述机床立柱在不同加工时刻的预测温度，其中Qi为第i加工时刻的累加增热量，c为机床立柱的比热容，m为机床立柱的质量，Ti为第i加工时刻的预测温度；
将得到的不同加工时刻的预测温度代入所述对应关系中，计算得到所述机床立柱在不同加工时刻相对于标准工作温度时的动态偏移量，并将所述机床立柱的动态偏移量作为所述机床在不同加工时刻的动态热补偿值；
将不同加工时刻的动态热补偿值与预加工参数沿着时间轴进行累加，得到修正后的动态加工参数；
由所述机床采用修正后的动态加工参数对所述目标工件进行加工作业。
2.根据权利要求1所述的一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法，其特征在于，对不同加工时刻的增热量沿时间轴进行累加，得到不同加工时刻的累加增热量，具体包括：
预设外界环境温度为Tb，判断初始温度Ta与外界环境温度Tb之间的大小；
当初始温度Ta小于环境温度Tb时，则外界环境向机床立柱传热，根据热传导原理计算外界环境向所述机床立柱沿时间轴的传热量；
将所述传热量和所述增热量沿时间轴进行累加，得到不同加工时刻的累加增热量；
直至根据热量关系式Qi＝c×m(Ti-Ta)计算出第k加工时刻的预测温度Tk与外界环境温度为Tb相等，之后则由机床立柱向外界环境散热，根据热传导原理计算所述机床立柱向外界环境沿时间轴的散热量；
将所述增热量与所述散热量沿时间轴进行相减，得到不同加工时刻的累加增热量。
3.根据权利要求1所述的一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法，其特征在于，在由所述机床采用修正后的动态加工参数对所述目标工件进行加工作业之后，所述方法还包括：
采用所述温度传感器感测所述机床立柱不同加工时刻的真实温度；
分别将相同加工时刻的真实温度与预测温度进行比对，并计算二者的差值绝对值；
判断所述差值绝对值是否超过第一预设阈值，如果否，则由所述机床继续按照修正后的动态加工参数进行加工作业，如果是，则记录当前加工时刻为更新时刻，并对更新时刻之后的动态加工参数进行更新，得到更新后的动态加工参数；
由所述机床采用更新后的动态加工参数对所述目标工件进行继续加工作业。
4.根据权利要求3所述的一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法，其特征在于，对更新时刻之后的动态加工参数进行更新，得到更新后的动态加工参数，具体包括：
通过温度传感器在更新时刻感测获取所述机床立柱的真实温度Tc；
根据所述预加工参数获取在更新时刻之后不同加工时刻对所述目标工件的加工量，预设加工量与所述机床立柱的增热量成正比例关系，由不同时刻的加工量，并根据所述正比例关系计算得到所述机床立柱在更新时刻之后不同加工时刻的增热量；
对更新时刻之后不同加工时刻的增热量沿时间轴进行累加，得到更新时刻之后不同加工时刻的累加增热量；
根据热量关系式Qj＝c×m(Tj-Tc)计算出所述机床立柱在更新时刻之后不同加工时刻的预测温度，其中Qj为更新时刻之后第j加工时刻的累加增热量，c为机床立柱的比热容，m为机床立柱的质量，Tj为更新时刻之后第j加工时刻的预测温度；
将得到的更新时刻之后不同加工时刻的预测温度代入所述对应关系中，计算得到所述机床立柱在更新时刻之后不同加工时刻相对于标准工作温度时的动态偏移量，并将所述机床立柱的动态偏移量作为所述机床在更新时刻之后不同加工时刻的动态热补偿值
以所述更新时刻为时间起点，将不同加工时刻的动态热补偿值与预加工参数沿着时间轴进行累加，得到更新后的动态加工参数。
5.根据权利要求1所述的一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法，其特征在于，通过温度传感器感测出机床立柱的当前温度值，具体包括：
预设所述机床立柱有n个温度感测点，每个温度感测点对应设置一个温度传感器；预设n个温度感测点对所述机床立柱整体形变的影响权重分别为w1，w2，...，wn，且w1+w2+，...，+wn＝1；
由n个温度传感器分别采集获取各个温度感测点的局部温度值t1，t2，...，tn；
将各个温度感测点的局部温度值t1，t2，...，tn分别乘以对应的权重w1，w2，...，wn，得到所述机床立柱的当前温度值T＝t1×w1+t2×w2+，...，+tn×wn。
6.一种基于视觉检测的机床立柱热补偿系统，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中包括一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法程序，所述基于视觉检测的机床立柱热补偿方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：
拟定关于机床立柱的多个测试温度，并在各个测试温度条件下，通过机器视觉方法计算出所述机床立柱相对于标准工作温度时的测试偏移量；
根据各个测试温度和对应的测试偏移量，分析出二者之间的对应关系；
待需要对目标工件进行加工时，基于对所述目标工件的加工需求制定出机床的预加工参数；
通过温度传感器感测出机床立柱的当前温度值，并将当前温度值代入上述对应关系中，计算得到所述机床立柱相对于标准工作温度时的偏移量，并将所述偏移量作为热补偿值；
将所述当前温度值作为所述机床立柱的初始温度，且为Ta；
根据所述预加工参数获取不同加工时刻对所述目标工件的加工量，预设加工量与所述机床立柱的增热量成正比例关系，由不同时刻的加工量，并根据所述正比例关系计算得到所述机床立柱在不同加工时刻的增热量；
对不同加工时刻的增热量沿时间轴进行累加，得到不同加工时刻的累加增热量；
根据热量关系式Qi＝c×m(Ti-Ta)计算出所述机床立柱在不同加工时刻的预测温度，其中Qi为第i加工时刻的累加增热量，c为机床立柱的比热容，m为机床立柱的质量，Ti为第i加工时刻的预测温度；
将得到的不同加工时刻的预测温度代入所述对应关系中，计算得到所述机床立柱在不同加工时刻相对于标准工作温度时的动态偏移量，并将所述机床立柱的动态偏移量作为所述机床在不同加工时刻的动态热补偿值；
将不同加工时刻的动态热补偿值与预加工参数沿着时间轴进行累加，得到修正后的动态加工参数；
由所述机床采用修正后的动态加工参数对所述目标工件进行加工作业。
7.根据权利要求6所述的一种基于视觉检测的机床立柱热补偿系统，其特征在于，对不同加工时刻的增热量沿时间轴进行累加，得到不同加工时刻的累加增热量，具体包括：
预设外界环境温度为Tb，判断初始温度Ta与外界环境温度Tb之间的大小；
当初始温度Ta小于环境温度Tb时，则外界环境向机床立柱传热，根据热传导原理计算外界环境向所述机床立柱沿时间轴的传热量；
将所述传热量和所述增热量沿时间轴进行累加，得到不同加工时刻的累加增热量；
直至根据热量关系式Qi＝c×m(Ti-Ta)计算出第k加工时刻的预测温度Tk与外界环境温度为Tb相等，之后则由机床立柱向外界环境散热，根据热传导原理计算所述机床立柱向外界环境沿时间轴的散热量；
将所述增热量与所述散热量沿时间轴进行相减，得到不同加工时刻的累加增热量。
8.一种机床，其特征在于，所述机床包括执行机构和控制模块，所述控制模块用于控制所述执行机构对目标工件进行加工，所述控制模块包括存储器和处理器，所述存储器中包括一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法程序，所述基于视觉检测的机床立柱热补偿方法程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1至5中任一项所述的一种基于视觉检测的机床立柱热补偿方法的步骤。
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