專利名稱：熱激勵裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于溫度、位移檢測及控制裝置。
隨著現(xiàn)代加工技術(shù)的發(fā)展，人們對機械加工精度的要求也越來越高，并從中發(fā)現(xiàn)加工機械系統(tǒng)的熱態(tài)精度是影響加工精度的關(guān)鍵因素。英、日、蘇及聯(lián)邦德國等國家研究分析指出，由熱變形所引起的加工誤差占總加工誤差的40～70％，它是進一步發(fā)展高精度加工的嚴重障礙。在現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域中，對工作母機(如一般機床、CNC、MC、FMC單元)熱態(tài)特性的研究大致有下列幾種方法1.利用機床在實際工作狀態(tài)下自身熱源的作用，研究機床熱態(tài)性，可以了解自身熱源影響加工精度的程度，但由于機床在工作狀態(tài)下，往往有多個熱源作用，不易分清各個熱源作用的程度，而且機床試驗周期長，一般需要大量的時間和準備工作。
2.模型模擬研究，主要應(yīng)用相似理論，在主要結(jié)構(gòu)尺寸、物理參數(shù)上相似于被模擬的機械系統(tǒng)，模擬實際機床熱源，研究其熱態(tài)特性。
3.有限元方法，雖有其自身的特點，但受到邊界條件、物理參數(shù)等條件的限制，對于復(fù)雜的機械系統(tǒng)熱態(tài)特性的分析，較難滿足工程要求。
本實用新型的熱激勵裝置，是利用微機控制下的熱激勵器對機械系統(tǒng)進行任意位置無損的熱激勵，通過檢測相應(yīng)點的溫升響應(yīng)和熱位移響應(yīng)，利用實驗數(shù)據(jù)分析機械系統(tǒng)的固有熱特性，能快速、有效地尋查結(jié)構(gòu)上熱薄弱環(huán)節(jié)或熱敏感點，為改進結(jié)構(gòu)設(shè)計或?qū)嵤┛刂品桨傅忍峁┛茖W(xué)依據(jù)。


圖1、熱激勵裝置結(jié)構(gòu)框圖；圖2、熱激勵器結(jié)構(gòu)示意圖。
本實用新型的熱激勵裝置，如圖1所示，它包括熱激勵器1，微機2，由顯示器、鍵盤、驅(qū)動器組成的人機對話裝置3，溫度傳感器4，位移傳感器5，由位移多路切換開關(guān)6通過濾波、放大電路7與A／D轉(zhuǎn)換器8連接和由溫度多路切換開關(guān)9通過濾波、放大電路10與A／D轉(zhuǎn)換器11連接并和控制電路12組成的檢測、控制部件13；溫度傳感器4與被激勵的機械系統(tǒng)14相接觸，其輸出端與溫度多路切換開關(guān)9連接；位移傳感器5與被激勵的機械系統(tǒng)14相接觸，其輸出端與位移多路切換開關(guān)6連接；熱激勵器1與被激勵的機械系統(tǒng)14相接觸，其電源輸入端與控制電路12連接，檢測溫度的傳感器23輸出端與多路切換開關(guān)9連接；微機2的一端分別與人機對話裝置3、A／D轉(zhuǎn)換器8、A／D轉(zhuǎn)換器11連接，微機2的另一端通過控制電路12分別與位移多路切換開關(guān)6、熱激勵器1、溫度多路切換開關(guān)9連接。熱激勵器1，如圖2所示，它包括小端外圓柱面繞有外套絕緣套管20的發(fā)熱體19(如電阻絲等)、大端階梯外圓柱面與裝有磁性材料21(如磁鋼等)的殼體18配合的導(dǎo)熱體22(如銅、鉛等)，在導(dǎo)熱體22大端裝有溫度傳感器23并與溫度多路切換開關(guān)9連接，發(fā)熱體19的引線經(jīng)過接線柱15與控制電路12連接，在殼體18端面裝有絕緣板17并蓋上安全罩16。
下面通過對實施例的詳細描述給出本裝置的細節(jié)。
如圖1所示，被激勵機械系統(tǒng)14為高精度鏜床，以鏜床的工作臺面為熱位移檢測基準面，在基準面上安裝位移傳感器5(如高精度電感測微儀)，以檢測鏜床主軸相對于工作臺面的熱位移變化量，把位移傳感器5的輸出端接入檢測、控制部件13中的位移多路切換開關(guān)6的位移量輸入口，通過濾波放大電路7、A／D轉(zhuǎn)換器8與微機的輸入口連接；選用銅－康銅熱電偶作為溫度傳感器4，用粘膠貼在機床被測位置上，其引線接入檢測、控制部件13中的溫度多路切換開關(guān)9的溫度輸入口，通過濾波放大電路10、A／D轉(zhuǎn)換器11與微機的輸入口連接，微機2的輸入口與人機對話裝置連接，微機2的輸出口與控制電路12連接，控制電路12的輸出口分別與位移多路切換開關(guān)6、溫度多路切換開關(guān)9、熱激勵器1連接，將熱激勵器1利用磁吸引力安裝在鏜床的相應(yīng)被激勵的位置上。
接通電源，預(yù)熱裝置主機20～40分鐘后，由軟盤輸入相應(yīng)軟件，用人機對話方式輸入控制通道號、采樣通道號、熱激勵功率、熱激勵時間、采樣間隔時間、數(shù)據(jù)處理方式、警報限等一系列參數(shù)后，本裝置即按要求進入自動工作狀態(tài)控制、激勵、檢測、判斷、擇擇、顯示打印數(shù)據(jù)等工作程序。本裝置一旦進入熱激勵工作狀態(tài)，控制電路12紅色指示燈亮，表明熱激勵器1工作；完成規(guī)定激勵時間，則紅色指示燈熄滅，同時自動切斷熱激勵器1的供電通道；完成預(yù)定試驗時間后，即自動返回人機對話層次，等待新的工作指令。本實施例中，對影響鏜床熱態(tài)加工精度的關(guān)鍵部件是立柱的左、右、前、后4個側(cè)面的17個位置，分別進行熱方波激勵，激勵功率20W，激勵時間4分鐘，在一個激勵點停止激勵待溫升、位移復(fù)原后，再進行第二個激勵點的激勵試驗。每次時間不大于1.5小時，總試驗時間不大于25小時，能明確地掌握了立柱的右側(cè)面后下、左側(cè)面前下的位置上，熱激勵作用使鏜軸相對工作面的熱位移變化量最為顯著，可確定的熱敏感點，為改進機床油路和本機內(nèi)熱源布置，克服結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)或采用監(jiān)控技術(shù)(冷、熱源控制)等提供了科學(xué)依據(jù)。
本裝置可對機械系統(tǒng)各相應(yīng)位置上施加熱激勵作用，通過檢測相應(yīng)點的溫升響應(yīng)和熱位移響應(yīng)，可分析機械系統(tǒng)的固有熱特性，識別出機械系統(tǒng)熱薄弱結(jié)構(gòu)，尋找最佳的控制位置等。同時對被激勵對象是非機械力壓緊接觸，由電熱元件作為激勵熱源，熱激勵器可方便地移動，在相應(yīng)的位置實施無損熱激勵。
權(quán)利要求1.一種熱激勵裝置，其特征是，它包括熱激勵器[1]，微機[2]，由顯示器、鍵盤、驅(qū)動器組成的人機對話裝置[3]，溫度傳感器[4]，位移傳感器[5]，由位移多路切換開關(guān)[6]通過濾波、放大電路[7]與A/D轉(zhuǎn)換器[8]連接和由溫度多路切換開關(guān)[9]通過濾波、放大電路[10]與A/D轉(zhuǎn)換器[11]連接并和控制電路[12]組成的檢測、控制部件[13]；溫度傳感器[4]與被激勵的機械系統(tǒng)[14]相接觸，其輸出端與溫度多路切換開關(guān)[9]連接；位移傳感器[5]與被激勵的機械系統(tǒng)[14]相接觸，其輸出端與位移多路切換開關(guān)[6]連接；熱激勵器[1]與被激勵的機械系統(tǒng)相接觸，其電源輸入端與控制電路[12]連接，檢測溫度的傳感器[23]輸出端與多路切換開關(guān)[9]連接；微機[2]的一端分別與人機對話裝置[3]、A/D轉(zhuǎn)換器[8]、[11]連接，微機另一端通過控制電路[12]分別與位移多路切換開關(guān)[6]、熱激勵器[1]、溫度多路切換開關(guān)[9]連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱激勵裝置，其特征是，熱激勵器〔1〕包括小端外圓柱面繞有發(fā)熱體〔19〕、大端階梯外圓柱面與裝有磁性材料〔21〕的殼體〔18〕配合的導(dǎo)熱體〔22〕，導(dǎo)熱體〔22〕的大端裝有溫度傳感器〔23〕，其輸出端與多路切換開關(guān)〔9〕連接，發(fā)熱體〔19〕的引線與控制電路〔12〕連接。
專利摘要熱激勵裝置，是利用計算機控制熱激勵器對機械系統(tǒng)進行相應(yīng)位置、無損的熱激勵，在基準面、被測位置分別安放位移傳感器、溫度傳感器，通過多路切換開關(guān)、濾波、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器、微機、控制電路、人機對話裝置等電路檢測相應(yīng)點的溫升響應(yīng)和熱位移響應(yīng)，利用實驗數(shù)據(jù)分析機械系統(tǒng)的固有熱特性，能快速、有效地尋查結(jié)構(gòu)上熱薄弱環(huán)節(jié)或熱敏感點，為改進結(jié)構(gòu)設(shè)計或?qū)嵤┛刂品桨傅忍峁┛茖W(xué)依據(jù)。
文檔編號G01N25/20GK2059243SQ8922057
公開日1990年7月11日 申請日期1989年12月1日 優(yōu)先權(quán)日1989年12月1日
發(fā)明者童忠鈁, 陳子辰, 方學(xué), 高承煜 申請人:浙江大學(xué)