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基于无线传感技术的数控机床温度监测系统研究与实现

钱文杰  
【摘要】:无线传感技术作为一种轻巧、功耗低、柔性强的新型通信方法被广泛应用于工业监控领域。本文结合国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项“大型直线滚动导轨精密曲面成形数控磨床”(2009ZX04001-131)的研究任务,以数控机床温度监测中亟需解决的问题为研究对象,通过对机床主轴热特性、无线信号传播特点、无线传感器能量损耗等关键技术的研究,设计并实现一套数控机床无线测温系统,解决传统温度监测系统的局限性。 本文首先详细介绍国内外无线传感技术、温度监测技术等领域的研究现状,阐述本课题的背景和意义,明确论文的研究主题,归纳主要研究内容和工作。 论文通过研究数控机床工作时主轴的温度场特性,寻找能线性反应主轴热变形的最佳测温点。然后,结合无线传感器工作特点,提出一种通过改变无线节点间距离的方法增加无线测量系统生命周期的方法。同时,研究无线信号在数控机床工作环境下的传播特性,利用仿真手段分析出无线传感器在各种安装条件下的通信效率。最后,综合机床主轴测温点选择和无线信号传播效率两方面要求,提出一种无线传感器的优化布置方案。 针对数控机床旋转主轴实时温度测量难的问题,本文设计并实现一套基于无线传感技术的测温系统。论文从需求分析角度出发讨论元器件的选型,选取合理的开发环境,并结合开发特性完成整套无线测温系统的软、硬件设计。 最后,本文对传感器优化布置后的无线测温系统进行实验验证和分析。实验利用无线测温系统、有线测温系统、激光位移传感器和数控机床搭建实验平台,主要内容包括:对比无线传感器优化布置前后无线信号的传输效率;分别利用无线测温系统和传统测温系统测得的温度值进行热变形的最小二乘建模,并与实际利用激光位移微传感器测得的热变形量进行比较,验证无线测温系统的可行性和有效性。


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