CN116890264B - 一种轴承内外圈的温度测量方法及相关设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及测量技术领域，具体而言，涉及一种轴承内外圈的温度测量方法及相关设备，由接触式温度传感器与外圈直接接触，可以准确地测量到外圈的真实温度，通过比较接触式温度传感器测量的外圈的温度与红外热成像仪测量的外圈的温度的误差，对红外热成像仪测量内圈的温度进行补偿，即可得到内圈最真实的温度，从而提高内圈温度的精确度，相较于现有方案直接使用红外热成像仪测量内圈的温度的精度提高了一个数量级，对主轴热变形补偿能够起到指导性意义，有利于提高机床的加工精度。
Description
技术领域
本申请涉及测量技术领域，具体而言，涉及一种轴承内外圈的温度测量方法及相关设备。
背景技术
现有的机床主轴箱的内部空间狭小，轴承表面充满润滑油，温度传感器安装困难，现有技术一般通过测量轴承座外壁温度来间接计算得到轴承外圈温度，但是这种计算获得轴承外圈的温度与实际温度相差较大，参考意义较小，而且，与主轴直接接触的轴承内圈在高速旋转，只能通过红外热成像仪进行测量，但是红外热成像仪的绝对温度误差为1-2°C，主轴在该温度误差下会有微米级的变形，对零件加工的精度影响较大，从而无法为热补偿提供指导性作用。
0003.针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。
发明内容
本申请的目的在于提供一种轴承内外圈的温度测量装置、方法及相关设备，得到外圈和内圈的真实温度，对主轴热变形补偿能够起到指导性意义，有利于提高机床的加工精度。
本申请提供了一种轴承内外圈的温度测量装置，应用于轴承内外圈的温度检测，包括主轴箱，所述主轴箱设置有轴承座、主轴、轴承、至少一个接触式温度传感器、支撑架和红外热成像仪；
所述轴承包括内圈、外圈和滚珠，所述内圈和外圈同轴设置，所述内圈与所述外圈之间通过所述滚珠以实现相对运动，所述内圈套设在所述主轴上；
所述轴承座设置有圆环，所述轴承设置在所述圆环内，且所述外圈与所述圆环固定连接，所述圆环设置有至少一个贯穿所述圆环的第一安装孔，所述第一安装孔用于供所述接触式温度传感器插入以与所述外圈的外壁面接触，所述轴承座与所述主轴箱固定连接；
所述支撑架的第一端固定在所述主轴箱上，所述支撑架的第二端与所述红外热成像仪固定连接，所述红外热成像仪用于同时对准所述内圈和所述外圈以测量所述内圈和所述外圈的温度。
本申请通过比较接触式温度传感器测量的外圈的温度与红外热成像仪测量的外圈的温度的误差，对红外热成像仪测量的内圈的温度进行补偿，即可得到内圈最真实的温度，从而提高内圈温度的精确度，相较于现有方案直接使用红外热成像仪测量内圈的温度的精度提高了一个数量级，对主轴热变形补偿能够起到指导性意义，有利于提高机床的加工精度。
可选地，所述接触式温度传感器和所述第一安装孔各设置有四个，四个所述第一安装孔绕所述圆环的圆心均匀设置，四个所述接触式温度传感器分别插入四个所述第一安装孔中。
通过上述设置，可以更加全面反应出整个外圈的温度，提高温度测量的精确度，有利于提高机床的加工精度。
可选地，四个所述第一安装孔分别与四个所述接触式温度传感器螺纹连接。
可选地，所述主轴箱的至少一部分由磁性材料制成。
可选地，所述支撑架的第一端通过一磁力表座固定在所述主轴箱上，所述磁力表座的一侧与所述支撑架固定连接，所述磁力表座的另一侧利用自身的磁力吸附在所述主轴箱上。
由磁力表座利用自身的磁力吸附在主轴箱上，从而将支撑架安装在主轴箱上，既不破坏主轴箱的结构，也可以对支撑架的位置进行调整，方便红外热成像仪对准轴承的外圈和内圈。
可选地，所述支撑架的第二端通过一倾斜板与所述红外热成像仪固定连接，所述倾斜板的一端与所述支撑架的第二端固定连接，所述倾斜板上设置有第二安装孔，所述第二安装孔用于安装所述红外热成像仪。
可选地，所述接触式温度传感器为PT100铂热电阻。
第二方面，本申请提供了一种轴承内外圈的温度测量方法，基于如上述所述的轴承内外圈的温度测量装置，所述方法包括：
S1.获取由所述接触式温度传感器测量的所述外圈的第一温度，作为所述外圈的实际温度；
S2.获取由所述红外热成像仪测量的所述内圈的第二温度以及由所述红外热成像仪测量的所述外圈的第三温度；
S3.计算所述第一温度与所述第三温度的差值，作为所述红外热成像仪的补偿值；
S4.计算所述第二温度和所述补偿值之和，作为所述内圈的实际温度。
第三方面，本申请提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有所述处理器可执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，运行如前文所述轴承内外圈的温度测量方法中的步骤。
第四方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时运行如前文所述轴承内外圈的温度测量方法中的步骤。
有益效果：本申请提供的一种轴承内外圈的温度测量装置、方法及相关设备，由接触式温度传感器与外圈直接接触，可以准确地测量到外圈的真实温度，通过比较接触式温度传感器测量的外圈的温度与红外热成像仪测量的外圈的温度的误差，对红外热成像仪测量的内圈的温度进行补偿，即可得到内圈最真实的温度，从而提高内圈温度的精确度，相较于现有方案直接使用红外热成像仪测量内圈的温度的精度提高了一个数量级，对主轴热变形补偿能够起到指导性意义，有利于提高机床的加工精度。
附图说明
图1为本申请提供的轴承内外圈的温度测量装置的结构示意图。
图2为本申请提供的支撑架的结构示意图。
图3为本申请提供的电子设备的结构示意图。
图4为本申请提供的轴承内外圈的温度测量装置的部分结构剖视图。
图5为图4中A-A的剖视图。
图6为本申请提供的轴承内外圈的温度测量方法的流程示意图。
标号说明：10、主轴箱；20、圆环；21、主轴；22、支撑架；23、接触式温度传感器；24、红外热成像仪；31、内圈；32、外圈；33、第一安装孔；34、磁力表座；35、倾斜板；36、第一螺丝；301、处理器；302、存储器；303、通信总线。
实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参照图1-图6，图1是本申请实施例中的一种轴承内外圈的温度测量装置的结构示意图，得到外圈和内圈的真实温度，对主轴热变形补偿能够起到指导性意义，有利于提高机床的加工精度。
本申请提供了一种轴承内外圈的温度测量装置，应用于轴承内外圈的温度检测，包括主轴箱10，主轴箱10设置有轴承座、主轴21、轴承、至少一个接触式温度传感器23、支撑架22和红外热成像仪24；
轴承包括内圈31、外圈32和滚珠，内圈31和外圈32同轴设置，内圈31与外圈32之间通过滚珠以实现相对运动，内圈31套设在主轴21上；
轴承座设置有圆环20，轴承设置在圆环20内，且外圈32与圆环20固定连接，圆环20设置有至少一个贯穿圆环20的第一安装孔33，第一安装孔33用于供接触式温度传感器23插入以与外圈32的外壁面接触，轴承座与主轴箱10固定连接；
支撑架22的第一端固定在主轴箱10上，支撑架22的第二端与红外热成像仪24固定连接，红外热成像仪24用于同时对准内圈31和外圈32以测量内圈31和外圈32的温度。
具体地，如图1和图4所示，通过接触式温度传感器23与外圈32直接接触，可以准确地测量到外圈32的真实温度，而内圈31的温度则通过红外热成像仪24测量，由于红外热成像仪24在绝对温度的测量上会有1℃-2℃的精度误差，因此，直接利用红外热成像仪24测得的内圈31的温度是不准确的，具有一定的误差，主轴21在该温度误差下会有微米级的变形，对零件加工的精度影响较大，无法为主轴21的热补偿提供指导性作用，所以，本申请还利用红外热成像仪24同时对准外圈32，测量外圈32的温度，通过比较接触式温度传感器23测量的外圈32的温度与红外热成像仪24测量的外圈32的温度的误差，对红外热成像仪24测量的内圈31的温度进行补偿，即可得到内圈31最真实的温度，从而提高内圈31温度的精确度，相较于现有方案直接使用红外热成像仪24测量内圈31的温度的精度提高了一个数量级，对主轴21热变形补偿能够起到指导性意义，有利于提高机床的加工精度。
在一些实施方式中，接触式温度传感器23和第一安装孔33各设置有四个，四个第一安装孔33绕圆环20的圆心均匀设置，四个接触式温度传感器23分别插入四个第一安装孔33中。
具体地，如图5所示，通过在圆环20上均匀设置四个接触式温度传感器23，可以更加全面反应出整个外圈32的温度，提高温度测量的精确度，有利于提高机床的加工精度。
在一些实施方式中，四个第一安装孔33分别与四个接触式温度传感器23螺纹连接。
具体地，由于在主轴箱10实际工作中，内部空间狭小，轴承的表面会充满润滑油，无法通过粘贴、磁吸的方式安装，因此，采用螺纹方式连接，可以很好地将接触式温度传感器23固定在第一安装孔33中，使接触式温度传感器与轴承的外圈32表面紧密接触，更直观地检测到外圈32的真实温度。
在一些实施方式中，主轴箱10的至少一部分由磁性材料制成。
在一些实施方式中，支撑架22的第一端通过一磁力表座34固定在主轴箱10上，磁力表座34的一侧与支撑架22固定连接，磁力表座34的另一侧利用自身的磁力吸附在主轴箱10上（具体吸附在磁性材料制成的位置上）。
具体地，支撑架22也可以通过螺丝固定在主轴箱10上，但是这种方式需要在主轴箱10上打孔，容易破坏主轴箱10的结构刚度，在机床加工零件的时候，主轴箱10就会受力变形，影响加工精度，因此，本申请优选采用磁力吸附方式，设置主轴箱10的至少一部分由磁性材料制成，由磁力表座34利用自身的磁力吸附在主轴箱10上，从而将支撑架22安装在主轴箱10上，既不破坏主轴箱10的结构，也可以对支撑架22的位置进行调整，方便红外热成像仪24对准轴承的外圈32和内圈31。
在一些实施方式中，支撑架22的第二端通过一倾斜板35与红外热成像仪24固定连接，倾斜板35的一端与支撑架22的第二端固定连接，倾斜板35上设置有第二安装孔，第二安装孔用于安装红外热成像仪24。
具体地，如图1所示，由于主轴21是安装在主轴箱10内，轴承套设在主轴21上，轴承的外圈32固定设置在轴承座上，因此轴承座会遮挡轴承的内圈31和外圈32的位置，红外热成像仪24无法直接测量，因此，在支撑架22上设置一倾斜板35，如图2所示，该倾斜板35相对支撑的第二端具有一夹角，使倾斜板35上的红外热成像仪24能够同时对准外圈32和内圈31，从而分别测量外圈32和内圈31的温度。
在一些实施方式中，接触式温度传感器23为PT100铂热电阻。
其中，PT100铂热电阻本身是具有外螺纹段，通过外螺纹段与对应的第一安装孔内的内螺纹段进行螺纹连接，可以方便安装接触式温度传感器23，并且使接触式温度传感器23紧密贴合轴承的外圈32，保证外圈32的温度测量的准确性，这种PT100铂热电阻尤其适合机床中的轴承使用，因为轴承表面充满润滑油，无法通过粘贴、磁吸的方式安装。
在另一些实施方式中，接触式温度传感器23通过第一螺丝36固定在第一安装孔33中，第一螺丝36为中空结构，中空结构用于将接触式温度传感器23的引线引出。第一螺丝36结构的剖视图如图4和图5中所示，通过这种方式也同样可以实现接触式温度传感器23固定在圆环20上。
第二方面，本申请提供了一种轴承内外圈的温度测量方法，基于如上述的轴承内外圈的温度测量装置，方法包括：
S1.获取由接触式温度传感器23测量的外圈32的第一温度，作为外圈32的实际温度；
S2.获取由红外热成像仪24测量的内圈31的第二温度以及由红外热成像仪24测量的外圈32的第三温度；
S3.计算第一温度与第三温度的差值，作为红外热成像仪24的补偿值；
S4.计算第二温度和补偿值之和，作为内圈31的实际温度。
具体地，由于红外热成像仪24在绝对温度的测量上会有1℃-2℃的精度误差，而接触式温度传感器23测量的外圈32的第一温度是最接近外圈32的实际温度，因此，计算第一温度与第三温度的差值，作为红外热成像仪24的补偿值，再计算第二温度和补偿值之和，即可得到内圈31的实际温度，从而提高内圈31温度的精确度，相较于现有方案直接使用红外热成像仪24测量内圈31的温度的精度提高了一个数量级，对主轴21热变形补偿能够起到指导性意义，有利于提高机床的加工精度。
其中，当接触式温度传感器23设置有多个时，步骤S1中，可以把各接触式温度传感器23的测量值的平均值作为第一温度。
请参照图3，图3为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图，本申请提供一种电子设备，包括：处理器301和存储器302，处理器301和存储器302通过通信总线303和/或其他形式的连接机构（未标出）互连并相互通讯，存储器302存储有处理器301可执行的计算机程序，当电子设备运行时，处理器301执行该计算机程序，以执行上述实施例的任一可选的实现方式中的轴承内外圈的温度测量方法，以实现以下功能：获取由接触式温度传感器23测量外圈32的第一温度，作为外圈32的实际温度；获取由红外热成像仪24测量内圈31的第二温度以及由红外热成像仪24测量外圈32的第三温度；计算第三温度与第一温度的差值，作为红外热成像仪24的补偿值；计算第二温度和补偿值之和，作为内圈31的实际温度。
本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，执行上述实施例的任一可选的实现方式中的轴承内外圈的温度测量方法，以实现以下功能：获取由接触式温度传感器23测量外圈32的第一温度，作为外圈32的实际温度；获取由红外热成像仪24测量内圈31的第二温度以及由红外热成像仪24测量外圈32的第三温度；计算第三温度与第一温度的差值，作为红外热成像仪24的补偿值；计算第二温度和补偿值之和，作为内圈31的实际温度。其中，计算机可读存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（Static RandomAccess Memory, 简称SRAM），电可擦除可编程只读存储器（Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory, 简称EEPROM），可擦除可编程只读存储器（ErasableProgrammable Read Only Memory, 简称EPROM），可编程只读存储器（Programmable Red-Only Memory, 简称PROM），只读存储器（Read-Only Memory, 简称ROM），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，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，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者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者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种轴承内外圈的温度测量方法，其特征在于，基于轴承内外圈的温度测量装置，以对轴承内外圈进行温度测量，所述轴承内外圈的温度测量装置包括主轴箱（10），所述主轴箱（10）设置有轴承座、主轴（21）、轴承、至少一个接触式温度传感器（23）、支撑架（22）和红外热成像仪（24）；
所述轴承包括内圈（31）、外圈（32）和滚珠，所述内圈（31）和外圈（32）同轴设置，所述内圈（31）与所述外圈（32）之间通过所述滚珠以实现相对运动，所述内圈（31）套设在所述主轴（21）上；
所述轴承座设置有圆环（20），所述轴承设置在所述圆环（20）内，且所述外圈（32）与所述圆环（20）固定连接，所述圆环（20）设置有至少一个贯穿所述圆环（20）的第一安装孔（33），所述第一安装孔（33）用于供所述接触式温度传感器（23）插入以与所述外圈（32）的外壁面接触，所述轴承座与所述主轴箱（10）固定连接；
所述支撑架（22）的第一端固定在所述主轴箱（10）上，所述支撑架（22）的第二端与所述红外热成像仪（24）固定连接，所述红外热成像仪（24）用于同时对准所述内圈（31）和所述外圈（32）以测量所述内圈（31）和所述外圈（32）的温度；所述轴承内外圈的温度测量方法包括：
S1.获取由所述接触式温度传感器（23）测量的所述外圈（32）的第一温度，作为所述外圈（32）的实际温度；
S2.获取由所述红外热成像仪（24）测量的所述内圈（31）的第二温度以及由所述红外热成像仪（24）测量的所述外圈（32）的第三温度；
S3.计算所述第一温度与所述第三温度的差值，作为所述红外热成像仪（24）的补偿值；
S4.计算所述第二温度和所述补偿值之和，作为所述内圈（31）的实际温度。
2.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有所述处理器能够执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，运行如权利要求1所述的一种轴承内外圈的温度测量方法中的步骤。
3.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时运行如权利要求1所述的一种轴承内外圈的温度测量方法中的步骤。
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