[发明专利]一种床身动静态变形的主动检测与监控系统

说明书

技术领域

本发明涉及床身变形检测与监控领域，特别是涉及数控机床床身动静态变形的主动检测与监控系统。

背景技术

数控机床智能化是继高精度、高速度发展之后又一个重要的发展方向，其显著特点是将信息技术和智能技术深度融合与集成在数控装备及其设计、制造过程中。

国内机床企业在床身变形主动检测与监控的技术研发方面基本处于空白状态，尤其是作为箱体类零件的重要加工设备——精密数控坐标镗床，而传统上基于人工经验的设计制造技术已经无法满足大规格坐标镗床对精度、效率和制造成本的需求，因此大规格精密数控坐标镗床关键部件实现智能化对满足现代柔性制造与高效制造系统的需求具有重要意义。

床身是大规格精密数控坐标镗床关键部件的重要组成部分之一，由于工作载荷及加工过程所引起的局部温度场作用，床身会引起动态应变，工作载荷过后的残余应力缓慢释放，会引起静态应变，这些应变会逐渐影响机床精度，如果不对其进行抑制，将带来不可估量的损失。目前国内对此还未见报道，多数企业都是按照经验对其床身精度进行校准，而真正数字化高精度的床身变形监控系统还未出现。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种床身动静态变形的主动检测与监控系统及其应用，对床身动静态变形进行智能监控、分析，以直观的形式体现给机床设计者以及用户，为变形抑制提供可靠的数据基础，从而解决当前国内无法监控床身变形的现状，有效的提高数控机床精度保持水平，进而提升数控机床智能化水平。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种床身动静态变形的主动检测与监控系统，包括数据采集子系统。数据采集子系统内的传感器信息调理传输模块的信息输出端与虚拟床身构造子系统的信息差插值点计算模块的信息输入端相连；虚拟床身构造系统内的应变、温度信息插值的信息输出端与有限元分析子系统内的边界条件施加模块的信息输入端相连；有限元分析子系统内的仿真计算结果保存模块的信息输出端与硬件动态监控子系统的床身变形实时监控模块的信息输入端相连；数据采集子系统内的传感器信息调理传输模块的信息输出端与数据存储分析子系统的传感器信息存储模块相连；虚拟床身构造系统内的数据存储模块及有限元分析子系统内的仿真计算结果保存模块均与数据存储分析子系统中的床身重构结果存储模块连接。

所述的数据采集子系统包括传感器布局优化模块、温度应变信息采集模块和传感器信息调理传输模块。其中，传感器布局优化模块的传感器输出端与温度应变信息采集模块的输入端相连，温度应变信息采集模块的输出端与传感器信息调理传输模块的输入端相连。

所述的虚拟床身构造子系统包括信息差插值点计算模块、应变温度信息插值模块和数据存储模块。其中，信息差插值点计算模块的输出端与应变温度信息插值模块的输入端相连，应变温度信息插值模块的输出端与数据存储模块的输入端相连。

所述的有限元分析子系统包括有限元模型预存模块、边界条件施加模块和仿真计算结果保存模块。其中，有限元模型预存模块的输出端与边界条件施加模块的输入端相连，边界条件施加模块的输出端与仿真计算结果保存模块的输入端相连。

所述的硬件动态监控子系统包括床身变形实时监控模块、硬件状态实时监控模块和系统报警模块。其中，床身变形实时监控模块和硬件状态实时监控模块的输出端都与系统报警模块的输入端相连。

所述的数据存储分析子系统包括传感器信息存储模块、床身重构结果存储模块和信息关联读取模块。

本发明利用传感器技术、信号处理及有限元技术，通过床身动静态变形主动检测与监控系统专用软件，获取和动态存储预埋在床身里的应变、温度传感器信息，并由这些信息插值后作为有限元计算的边界条件，通过虚拟床身复现出物理床身的变形情况并对变形数据做出判断，报警提示超出预设变形的床身位置。与现有的通过大理石直尺、千分表等静态测量床身变形的方法相比，本发明通过传感器预埋、系统专用软件等技术，能够主动检测和实时监控床身变形的情况，自行判断床身变形是否在要求范围内，构建智能数控机床床身，以智能化、动态化的方式，为保证或提高机床的加工精度提供基础数据。

附图说明

图1为本检测与监控系统的系统框图；

图2为载荷路径获取流程图；

图3为虚拟床身构造流程图；

图4为智能床身有限元分析子系统流程图；

图5为硬件监控子系统功能结构图；

图6为数据存储分析子系统结构图。

具体实施方式