CN112192250A - 一种基于主轴***热设计的信息采集融合装置及其方法 - Google Patents

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CN112192250A CN202011126852.7A CN202011126852A CN112192250A CN 112192250 A CN112192250 A CN 112192250A CN 202011126852 A CN202011126852 A CN 202011126852A CN 112192250 A CN112192250 A CN 112192250A
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丁小康
林晓亮
郭术鹏
师启博
郑嘉聪
王建臣
郑勇
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Quzhou University
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Abstract

本发明属于信息采集融合技术领域，具体公开了一种基于主轴热设计的信息采集融合装置及其方法，包括设备箱和检测模块，所述设备箱的上方固定连接有支撑杆，且支撑杆的上方固定连接有主机，所述检测模块的下方设置有数据整合单元，且检测模块位于主机的右侧，所述支撑柱的右侧设置有键盘，且键盘的右侧设置有鼠标。该基于主轴热设计的信息采集融合装置及其方法，与现有的普通信息采集融合装置及其方法相比，该装置在使用的过程中能很好对电气控制零部件进行夹持，在长期使用的时候不容易造成电气控制零部件发生移位，不会发生线路脱落的情况，同时可以很好的对信息收集过程中经常使用的仪器进行集中的收集。

Description

一种基于主轴***热设计的信息采集融合装置及其方法
技术领域
本发明涉及信息采集融合技术领域，具体为一种基于主轴热设计的信息采集融合装置及其方法。
背景技术
主轴指从发动机或电动机接受动力并将它传给其它机件的轴，主轴亦称“光轴”，在机器中主要用来支撑传动零件如齿轮、带轮，传递运动及扭矩，机床主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴，通常由主轴、轴承和传动件(齿轮或带轮)等组成主轴***；主轴***是机床的关键功能部件其热态特性，在很大程度上决定了机床的切削速度和加工精度，是影响机床精度提升的最重要因素，因此在主轴***的设计阶段减少机床热误差的影响对于提高机床的热态特性十分重要，在过去的近一个世纪时间中国内外众多学者针对主轴***热设计方法开展了研究探索。
现有的专利(公共号：CN108226949A)公开了一种公开了一种可见光和中远红外光多镜头多传感器的信息融合装置，包括红外传感器、可见光传感器和电路板，所述电路板上集成有控制和信号处理集成电路，红外传感器和可见光传感器分别通过信号处理集成控制和信号处理集成电路连接；所述红外镜头和可见光镜头采集的图像信息分别通过红外传感器和可见光传感器传输到所述控制和信号处理集成电路中，所述控制和信号处理集成电路分别对红外镜头和可见光镜头采集的图像信息进行深度计算，计算结果进行融合。在实现本方案的过程中发现现有技术中存在如下问题，没有得到良好的解决：1、该装置在使用的过程中不能很好对电气控制零部件进行夹持，在长期使用的时候容易造成电气控制零部件发生移位，发生线路脱落的情况；2、该装置在使用的过程中，不能很好的对信息收集过程中经常使用的仪器进行集中的收集，容易造成丢失，不能很好的满足人们的使用需求，针对上述情况，在现有的信息采集融合装置及其方法基础上进行技术创新。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于主轴热设计的信息采集融合装置及其方法，以解决上述背景技术中提出如下不足：1、该装置在使用的过程中不能很好对电气控制零部件进行夹持，在长期使用的时候容易造成电气控制零部件发生移位，发生线路脱落的情况；2、该装置在使用的过程中，不能很好的对信息收集过程中经常使用的仪器进行集中的收集，容易造成丢失，不能很好的满足人们的使用需求。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于主轴热设计的信息采集融合装置及其方法，包括设备箱和检测模块，所述设备箱的上方固定连接有支撑杆，且支撑杆的上方固定连接有主机，所述检测模块的下方设置有数据整合单元，且检测模块位于主机的右侧，所述支撑柱的右侧设置有键盘，且键盘的右侧设置有鼠标，所述设备箱的内部固定连接有隔板，且隔板的上方固定连接有滑轨，所述滑轨的上方设置有放置箱，且放置箱的左右两侧均设置有硅胶垫，所述放置箱的内部设置有控制器单元，且控制器单元的右侧设置有读写器单元，所述读写器单元的上方设置有信息采集单元，且信息采集单元的左侧设置有信息融合模块，所述硅胶垫远离放置箱中心线的一侧粘合有夹板，且夹板的下方固定连接有滑块，所述夹板的左侧固定连接有连接块，且连接块的左侧铰接有第一连杆，所述第一连杆的下方设置有第二连杆，且第二连杆的右侧铰接有电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的右侧设置有支撑板，且支撑板的右侧设置有固定板，所述设备箱的左右两侧均固定连接有支撑柜，且支撑柜的内部活动连接有抽屉，所述抽屉的左右两侧均设置有连接槽，且连接槽的内部滑动连接有连接键，所述设备箱的下方设置有连接板，且连接板的前端固定连接有液压杆，所述液压杆的前端设置有座椅，且支撑柱的下方固定连接有滚轮，所述设备箱的前端铰接有折叠门，且折叠门的内部固定连接有观察窗。
进一步的，所述检测模块包括有激光位移传感器单元、温度传感器单元、振动传感器单元、电磁传感器单元、视觉传感器单元和其它传感器单元，且激光位移传感器单元通过导线与温度传感器单元电性输出连接，且温度传感器单元通过导线与振动传感器单元电性输出连接，所述振动传感器单元通过导线与电磁传感器单元电性输出连接，且电磁传感器单元通过导线与视觉传感器单元电性输出连接，所述视觉传感器单元通过导线与其它传感器单元电性输出连接，所述激光位移传感器单元、温度传感器单元、振动传感器单元、电磁传感器单元、视觉传感器单元和其它传感器单元之间通过导线电性串联连接，且其它传感器单元通过导线与数据整合单元电性输出连接。
进一步地，所述滑轨的水平线与电动伸缩杆的水平线之间相平行，且电动伸缩杆呈对称状分布于隔板的上方左右两侧。
进一步地，所述硅胶垫的右侧表面与夹板的左侧表面之间为紧密贴合，且夹板的中轴线与滑块的中轴线之间相重合。
进一步地，所述夹板通过滑块与滑轨之间构成滑动结构，且滑块的外部尺寸与滑轨的内部尺寸之间相吻合。
进一步地，所述电动伸缩杆贯穿于支撑板的内部，且电动伸缩杆的水平线与固定板的外壁之间相垂直。
进一步地，所述固定板的中轴线与隔板的上表面之间相垂直，且固定板的下表面与隔板的上表面之间为紧密贴合。
进一步地，所述抽屉通过连接键与连接槽之间构成滑动结构，且连接键的外部尺寸与连接槽的内部尺寸之间相吻合。
进一步地，所述液压杆呈对称状分布于支撑柱的后端上下两侧，且液压杆的水平线与支撑柱的外壁之间相垂直。
进一步地，所述支撑柱的中轴线与滚轮的中轴线之间相重合，且支撑柱的中轴线与连接板的中轴线之间相平行。
进一步地，所述具体操作步骤如下：
S1、将温度传感器以及激光位移传感器与数据整合单元和检测模块进行连接，并检查线路是否连接牢靠，机床主轴***热态特性受多来源、多类型因素的影响，通过结合机床主轴***热误差生成机理的先验总结和理论分析，对机床内外部待测信息的检测和获取进行合理规划，搭建信息采集平台，在机床运行过程中对力学、声学、热学、振动学等信息不同位点、时间、通道及各传感器不同检测类型、采样频段的数据进行准确、全面地获取。基于信号采集数据，采用LabVIEW 和MATLAB建立主轴运行信息采集处理模型，完成振动信号、声压信号、切削力信号、温度信号以及工件加工精度等信息数据的连续循环同步采集分离与精确识别解析，满足信息获取的实时性与同步性要求；
S2、将传感器的另一端设置在机床主轴***旁边，确保传感器能够实时检测主轴数据，对采集的信息进行数据分析，然后根据分析结果进行数据检测和数据清理，接着将清理过的数据整合和数据集成，通过Joint Directors of Laboratories(JDL)模型建立数据级基础信息数据集，在此基础上将整合的数据转换成适合挖掘的形式，接着需要利用智能技术来挖掘潜在的有用信息，并重新存入基础信息数据集中进行数据更新，为信息特征提取与筛选、核心变量导出与权值求解和信息融合模型的建立奠定基础；
S3、打开开关，温度传感器以及激光位移传感器将记录主轴在运行时产生的数据，温度传感器将信息经过放大和转换后传递到读写器单元，激光位移传感器将信息经过放大和转换之后传递到控制器单元，基础信息数据集数据规模庞大，信息类型多，其中包含引起热误差的直接变量、间接变量、疑似变量、冗余变量和干扰量等，不能直接反应与热误差的相关性，需要对原始信息进行特征提取和筛选，并通过训练的神经网络对之进行分析识别，导出核心变量，求取核心变量权值，通过Radial Basis Function(RBF)模型建立热设计信息特征集，其过程描述大致如下：
1)特征提取：采用时域、频域、时频域分析中的总体经验模态分解以及灰度共生矩阵等特征提取方法对基础信息数据集进行特征提取。
2)特征筛选：特征集数据量庞大，且各信息特征量之间具有相关性，使后续模型建立存在较大复杂性，造成热设计决策误差。利用 Pearson相关系数法以特征量与热态特性的相关性作为依据对特征信息进行筛选，即
Figure RE-GDA0002789016370000051
式中，T是特征相关性系数，N是特征集中特征量数，i是特征量，xi是热态特性指标量。
3)核心变量导出与权值求解：基于热态特性识别目标的特点，通过神经网络对特征信息进行分析识别，导出热态特性核心变量，并进行核心变量权值求解，获得多源异类信息数据的特征集。其中，利用核心变量j对目标A基本概率分配函数mj(A)进行权值求解可表示为
Figure RE-GDA0002789016370000052
式中,Cj为核心变量对热态特性目标量A的相关系数，N为核心变量数，K为修正系数，Rj为对应传感器的可靠性系数，Wj为传感器的环境加权系数，αj为传感器最大相关系数，βj为传感器相关分配值；
S4、读写器单元(13)将信息进行读数和写入，控制器单元
(12)将信息经过分析处理，基于核心变量，结合基本概率分布函数，获取机床主轴***热误差的诱导证据，并利用证据理论进行加权DS证据融合模型建立，实现多源异类信息决策级融合模型建立。假设两个证据对热态特性目标A和B在同一空间Θ中的概率分布函数mi， m2，则可以计算其融合为新假设θ的置信水平，其求解公式如下：
Figure RE-GDA0002789016370000061
Figure RE-GDA0002789016370000062
式中，k为两个证据之间的冲突因子，多源异类信息融合模型的建立；
S5、经过处理之后的信息传递到信息采集单元，信息采集单元将传递过来的信息进行收集，分类等操作，基于多源异类信息耦合模型的建立，围绕主轴***就力场、声场、热场、电磁场等多场边界获得主轴***热态特性分布特性，以诱导证据为约束条件，定义设计区域、材料属性、热载荷情况等相关参数，对机床主轴***进行全约束热设计求解，求取其热态特性的最优解，进一步获得热设计参数，并建立起热设计数据库，实现通过建立多源异类信息融合模型获取热设计参数以驱动热设计数字化建模的目的；
S6、经过收集之后的信息再次传递到信息融合模块，信息融合模块将处理之后的信息进行融合，对具有复杂性和多样性的信息数据进行处理，最终将数据传递到主机上，供使用者对信息进行分析记录，搭建多源异类信息采集分离与识别解析平台，完善***软硬件配置，包括传感器、数据采集卡选型及其信号输入范围、采样频率、信号连接方式、采集卡的接线方式等。完成软件***的设计，在LabVIEW软件环境下，按照设定的采样时间、采样频率、采样通道等完成信号采集程序的编制，调用Matlab程序设计数据采集模块，数据分析模块等，进行多源异类信息融合模型建立，完成机床多源异类信息采集与处理，获取热设计数据，实现对主轴***进行多场多体全约束智能热设计。借助试验平台，可开展机床主轴***热动态特性分析与测试研究，并对热设计方案进行有效性和准确性验证，进一步完成对热设计方法的修正。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过隔板、滑轨和电动伸缩杆，滑轨与电动伸缩杆之间保持水平，使得夹板对放置箱进行固定的时候能够保证夹板与放置箱之间充分接触，中间不会出现空隙，避免仅对放置箱的局部进行固定，同时电动伸缩杆对称设置在隔板的上方左右两侧，当设备完好的情况下可以对同时对放置箱进行固定，当一侧电动伸缩杆损坏时也不会影响固定效果；
(2)本发明通过硅胶垫、夹板和滑块，硅胶垫一方面能够增加夹板与放置箱之间的摩擦力，使得在固定的时候不会轻易的滑动，并且具有良好热交换性能，另一方面能够缓冲夹板与放置箱之间的挤压力，避免损坏，同时滑块与滑轨之间滑动的时候能够稳定性，不会发生晃动；
(3)本发明通过支撑板和固定板，支撑板可以对电动伸缩杆起到支撑作用，防止电动伸缩杆的横向长度较大，受到意外碰撞之后脱落，同时固定板可以对电动伸缩杆进行固定，并且在固定的时候通过螺栓进行连接，便于使用者对电动伸缩杆进行拆卸和维修；
(4)本发明通过抽屉、连接槽和连接键，抽屉增加了装置的储物空间，在工作的时候，可以将日常需要的测量工具和零部件进行集中收纳；避免寻找时的麻烦，同时抽屉通过连接键与连接槽之间的配合进行连接固定，便于使用者储存物品进行拿取。
(5)本发明通过液压杆、支撑柱和滚轮，液压杆可以对支撑柱以及支撑柱上方的坐垫进行来回移动，便于使用者操作，并且在不使用的时候能够对其进行收纳，同时滚轮可以实现支撑柱与地面之间保持相对滑动，能很好的满足人们的使用需求。
(6)本发明通过激光位移传感器单元、温度传感器单元、振动传感器单元、电磁传感器单元、视觉传感器单元和其它传感器单元的设置，使得装置在对主轴进行热设计信息采集时，装置内的各个传感器可精确读出主轴的各个数据，提高装置使用的精确性，并且使用者可根据不同的主轴设计需求，选择相应需要检测的传感器，将传感器固定在其它传感器单元上，将其它传感器单元放入检测模块内，对主轴进行相应的检测任务，间接提高装置使用时的灵活性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明主视剖视结构示意图；
图2为本发明主视结构示意图；
图3为本发明滚轮侧视结构示意图；
图4为本发明图1中的A处放大结构示意图；
图5为本发明方法流程结构示意图；
图6为本发明多源异类信息融合模型的建立流程示意图。
图中各标号所代表的部件列表如下：1-设备箱；2-支撑杆；3- 主机；4-检测模块；401-激光位移传感器单元；402-温度传感器单元； 403-振动传感器单元；404-电磁传感器单元；405-视觉传感器单元； 406-其它传感器单元；5-数据整合单元；6-键盘；7-鼠标；8-隔板； 9-滑轨；10-放置箱；11-硅胶垫；12-控制器模块；13-读写器单元；14-信息采集单元；15-信息融合模块；16-夹板；17-滑块；18-连接块；19-第一连杆；20-第二连杆；21-电动伸缩杆；22-支撑板；23- 固定板；24-支撑柜；25-抽屉；26-连接槽；27-连接键；28-连接板； 29-液压杆；30-支撑柱；31-滚轮；32-折叠门；33-观察窗。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1-6，一种基于主轴热设计的信息采集融合装置及其方法，包括设备箱1和检测模块4，设备箱1的上方固定连接有支撑杆2，且支撑杆2的上方固定连接有主机3，检测模块4的下方设置有数据整合单元5，且检测模块4位于主机3的右侧，检测模块4包括有激光位移传感器单元401、温度传感器单元402、振动传感器单元403、电磁传感器单元404、视觉传感器单元405和其它传感器单元406，且激光位移传感器单元401通过导线与温度传感器单元402电性输出连接，且温度传感器单元402通过导线与振动传感器单元403电性输出连接，振动传感器单元403通过导线与电磁传感器单元404电性输出连接，且电磁传感器单元404通过导线与视觉传感器单元405电性输出连接，视觉传感器单元405通过导线与其它传感器单元406电性输出连接，激光位移传感器单元401、温度传感器单元402、振动传感器单元403、电磁传感器单元404、视觉传感器单元405和其它传感器单元406之间通过导线电性串联连接，且其它传感器单元406通过导线与数据整合单元5电性输出连接，通过激光位移传感器单元 401、温度传感器单元402、振动传感器单元403、电磁传感器单元 404、视觉传感器单元405和其它传感器单元406的设置，使得装置在对主轴进行热设计信息采集时，装置内的各个传感器可精确读出主轴的各个数据，提高装置使用的精确性，并且使用者可根据不同的主轴设计需求，选择相应需要检测的传感器，将传感器固定在其它传感器单元406上，将其它传感器单元406放入检测模块4内，对主轴进行相应的检测任务，间接提高装置使用时的灵活性；
支撑柱2的右侧设置有键盘6，且键盘6的右侧设置有鼠标7，设备箱1的内部固定连接有隔板8，且隔板8的上方固定连接有滑轨 9，滑轨9的水平线与电动伸缩杆21的水平线之间相平行，且电动伸缩杆21呈对称状分布于隔板8的上方左右两侧，滑轨9与电动伸缩杆21之间保持水平，使得夹板16对放置箱10进行固定的时候能够保证夹板16与放置箱10之间充分接触，中间不会出现空隙，避免仅对放置箱10的局部进行固定，同时电动伸缩杆21对称设置在隔板8 的上方左右两侧，当设备完好的情况下可以对同时对放置箱10进行固定，当一侧电动伸缩杆21损坏时也不会影响固定效果；
滑轨9的上方设置有放置箱10，且放置箱10的左右两侧均设置有硅胶垫11，硅胶垫11的右侧表面与夹板16的左侧表面之间为紧密贴合，且夹板16的中轴线与滑块17的中轴线之间相重合，硅胶垫 11一方面能够增加夹板16与放置箱10之间的摩擦力，使得在固定的时候不会轻易的滑动，并且具有良好热交换性能，另一方面能够缓冲夹板16与放置箱10之间的挤压力，避免损坏，放置箱10的内部设置有控制器单元12，且控制器单元12的右侧设置有读写器单元13，读写器单元13的上方设置有信息采集单元14，且信息采集单元14 的左侧设置有信息融合模块15，硅胶垫11远离放置箱10中心线的一侧粘合有夹板16，且夹板16的下方固定连接有滑块17，夹板16 通过滑块17与滑轨9之间构成滑动结构，且滑块17的外部尺寸与滑轨9的内部尺寸之间相吻合，同时滑块17与滑轨9之间滑动的时候能够稳定性，不会发生晃动；
夹板16的左侧固定连接有连接块18，且连接块18的左侧铰接有第一连杆19，第一连杆19的下方设置有第二连杆20，且第二连杆 20的右侧铰接有电动伸缩杆21，电动伸缩杆21贯穿于支撑板22的内部，且电动伸缩杆21的水平线与固定板23的外壁之间相垂直，支撑板22可以电动伸缩杆21起到支撑作用，防止电动伸缩杆21的横向长度较大，受到意外碰撞之后脱落，电动伸缩杆21的右侧设置有支撑板22，且支撑板22的右侧设置有固定板23，固定板23的中轴线与隔板8的上表面之间相垂直，且固定板23的下表面与隔板8的上表面之间为紧密贴合，同时固定板23可以对电动伸缩杆21进行固定，并且在固定的时候通过螺栓进行连接，便于使用者对电动伸缩杆 21进行拆卸和维修；
设备箱1的左右两侧均固定连接有支撑柜24，且支撑柜24的内部活动连接有抽屉25，抽屉25通过连接键27与连接槽26之间构成滑动结构，且连接键27的外部尺寸与连接槽26的内部尺寸之间相吻合，抽屉25增加了装置的储物空间，在工作的时候可以将日常需要的测量工具和零部件进行集中收纳；避免寻找时的麻烦，同时抽屉25 通过连接键27与连接槽26之间的配合进行连接固定，便于使用者储存物品进行拿取；
抽屉25的左右两侧均设置有连接槽26，且连接槽26的内部滑动连接有连接键27，设备箱1的下方设置有连接板28，且连接板28 的前端固定连接有液压杆29，液压杆29呈对称状分布于支撑柱30 的后端上下两侧，且液压杆29的水平线与支撑柱30的外壁之间相垂直，液压杆29可以对支撑柱30以及支撑柱30上方的坐垫进行来回移动，便于使用者操作，并且在不使用的时候能够对其进行收纳，液压杆29的前端设置有座椅30，且支撑柱30的下方固定连接有滚轮 31，支撑柱30的中轴线与滚轮31的中轴线之间相重合，且支撑柱 30的中轴线与连接板28的中轴线之间相平行，同时滚轮31可以实现支撑柱30与地面之间保持相对滑动，能很好的满足人们的使用需求，设备箱1的前端铰接有折叠门32，且折叠门32的内部固定连接有观察窗33。
本发明中，使用者使用该装置时，首先将装置移动到机床旁边，然后将内部电气元件放置在放置箱10内，然后启动电动伸缩杆21(型号：GRA-D8)，电动伸缩杆21伸缩，带动第二连杆20角度发生改变，从而带动第一连杆19角度发生改变，第一连杆19在角度发生改变的时候带动夹板16下方的滑块17在滑轨9内滑动，从而可以带动夹板 16向放置箱10方向移动，对放置箱10进行固定，而硅胶垫11一方面能够增加夹板16与放置箱10之间的摩擦力，使得在固定的时候不会轻易的滑动，并且具有良好热交换性能，另一方面能够缓冲夹板 16与放置箱10之间的挤压力，避免损坏，电动伸缩杆21呈对称状设置，当一侧的电动伸缩杆21损坏时，仍然不会影响对放置箱10进行固定，保证装置能够持续进行工作，同时电动伸缩杆21通过螺栓与固定板23进行固定，便于使用者对其进行拆卸，对电气元件固定结束之后将检测模块4上的接口连接到激光位移传感器单元401上，以及将数据整合单元5上的接口与其它传感器单元406进行连接，连接结束之后，主轴转动，激光位移传感器单元401、温度传感器单元 402、振动传感器单元403、电磁传感器单元404、视觉传感器单元 405和其它传感器单元406，对主轴上的温度场分布，热变形以及热平衡时间等信息数据进行检测记录，检测之后将信号进行放大和转换，并通过控制器单元12和读写器单元13对信息进行读写和分析，最终将处理之后的信息传递到信息采集单元14，信息采集单元14再将采集的信息传递到信息融合模块15，信息融合模块15将融合后的信息传递到主机3上，供使用者进行分析，使用者对信息进行分析的时候可以启动液压杆29(型号：NX6600-16)，液压杆29伸缩带动支撑柱30移动，支撑柱30通过滚轮31将坐垫从下方伸出，使用者可以坐在坐垫上进行操作，减轻了使用者的劳累程度，不使用液压杆 29可以对其进行收纳，不会造成空间的占用，在操作的过程中，使用者也可以将机床使用过程中使用的测量仪器以及零部件放置在抽屉25内，抽屉25可以对其进行集中的保存，避免丢失，能很好的满足人们的使用需求，这就是该基于主轴热设计的信息采集融合装置及其方法的工作原理。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (11)

1.一种基于主轴热设计的信息采集融合装置及其方法，包括设备箱(1)和检测模块(4)，其特征在于，所述设备箱(1)的上方固定连接有支撑杆(2)，且支撑杆(2)的上方固定连接有主机(3)，所述检测模块(4)的下方设置有数据整合单元(5)，且检测模块(4)位于主机(3)的右侧，所述支撑柱(2)的右侧设置有键盘(6)，且键盘(6)的右侧设置有鼠标(7)，所述设备箱(1)的内部固定连接有隔板(8)，且隔板(8)的上方固定连接有滑轨(9)，所述滑轨(9)的上方设置有放置箱(10)，且放置箱(10)的左右两侧均设置有硅胶垫(11)，所述放置箱(10)的内部设置有控制器单元(12)，且控制器单元(12)的右侧设置有读写器单元(13)，所述读写器单元(13)的上方设置有信息采集单元(14)，且信息采集单元(14)的左侧设置有信息融合模块(15)，所述硅胶垫(11)远离放置箱(10)中心线的一侧粘合有夹板(16)，且夹板(16)的下方固定连接有滑块(17)，所述夹板(16)的左侧固定连接有连接块(18)，且连接块(18)的左侧铰接有第一连杆(19)，所述第一连杆(19)的下方设置有第二连杆(20)，且第二连杆(20)的右侧铰接有电动伸缩杆(21)，所述电动伸缩杆(21)的右侧设置有支撑板(22)，且支撑板(22)的右侧设置有固定板(23)，所述设备箱(1)的左右两侧均固定连接有支撑柜(24)，且支撑柜(24)的内部活动连接有抽屉(25)，所述抽屉(25)的左右两侧均设置有连接槽(26)，且连接槽(26)的内部滑动连接有连接键(27)，所述设备箱(1)的下方设置有连接板(28)，且连接板(28)的前端固定连接有液压杆(29)，所述液压杆(29)的前端设置有座椅(30)，且支撑柱(30)的下方固定连接有滚轮(31)，所述设备箱(1)的前端铰接有折叠门(32)，且折叠门(32)的内部固定连接有观察窗(33)。
2.根据权利要求1所述的一种基于主轴热设计的信息采集融合装置及其方法，其特征在于，所述检测模块(4)包括有激光位移传感器单元(401)、温度传感器单元(402)、振动传感器单元(403)、电磁传感器单元(404)、视觉传感器单元(405)和其它传感器单元(406)，且激光位移传感器单元(401)通过导线与温度传感器单元(402)电性输出连接，且温度传感器单元(402)通过导线与振动传感器单元(403)电性输出连接，所述振动传感器单元(403)通过导线与电磁传感器单元(404)电性输出连接，且电磁传感器单元(404)通过导线与视觉传感器单元(405)电性输出连接，所述视觉传感器单元(405)通过导线与其它传感器单元(406)电性输出连接，所述激光位移传感器单元(401)、温度传感器单元(402)、振动传感器单元(403)、电磁传感器单元(404)、视觉传感器单元(405)和其它传感器单元(406)之间通过导线电性串联连接，且其它传感器单元(406)通过导线与数据整合单元(5)电性输出连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于主轴热设计的信息采集融合装置及其方法，其特征在于，所述滑轨(9)的水平线与电动伸缩杆(21)的水平线之间相平行，且电动伸缩杆(21)呈对称状分布于隔板(8)的上方左右两侧。
4.根据权利要求1所述的一种基于主轴热设计的信息采集融合装置及其方法，其特征在于，所述硅胶垫(11)的右侧表面与夹板(16)的左侧表面之间为紧密贴合，且夹板(16)的中轴线与滑块(17)的中轴线之间相重合。
5.根据权利要求1所述的一种基于主轴热设计的信息采集融合装置及其方法，其特征在于，所述夹板(16)通过滑块(17)与滑轨(9)之间构成滑动结构，且滑块(17)的外部尺寸与滑轨(9)的内部尺寸之间相吻合。
6.根据权利要求1所述的一种基于主轴热设计的信息采集融合装置及其方法，其特征在于，所述电动伸缩杆(21)贯穿于支撑板(22)的内部，且电动伸缩杆(21)的水平线与固定板(23)的外壁之间相垂直。
7.根据权利要求1所述的一种基于主轴热设计的信息采集融合装置及其方法，其特征在于，所述固定板(23)的中轴线与隔板(8)的上表面之间相垂直，且固定板(23)的下表面与隔板(8)的上表面之间为紧密贴合。
8.根据权利要求1所述的一种基于主轴热设计的信息采集融合装置及其方法，其特征在于，所述抽屉(25)通过连接键(27)与连接槽(26)之间构成滑动结构，且连接键(27)的外部尺寸与连接槽(26)的内部尺寸之间相吻合。
9.根据权利要求1所述的一种基于主轴热设计的信息采集融合装置及其方法，其特征在于，所述液压杆(29)呈对称状分布于支撑柱(30)的后端上下两侧，且液压杆(29)的水平线与支撑柱(30)的外壁之间相垂直。
10.根据权利要求1所述的一种基于主轴热设计的信息采集融合装置及其方法，其特征在于，所述支撑柱(30)的中轴线与滚轮(31)的中轴线之间相重合，且支撑柱(30)的中轴线与连接板(28)的中轴线之间相平行。
11.根据权利要求1所述的一种基于主轴热设计的信息采集融合装置及其方法，其特征在于，所述具体操作步骤如下：
S1、将温度传感器以及激光位移传感器与数据整合单元(5)和检测模块(4)进行连接，并检查线路是否连接牢靠，机床主轴***热态特性受多来源、多类型因素的影响，通过结合机床主轴***热误差生成机理的先验总结和理论分析，对机床内外部待测信息的检测和获取进行合理规划，搭建信息采集平台，在机床运行过程中对力学、声学、热学、振动学等信息不同位点、时间、通道及各传感器不同检测类型、采样频段的数据进行准确、全面地获取。基于信号采集数据，采用LabVIEW和MATLAB建立主轴运行信息采集处理模型，完成振动信号、声压信号、切削力信号、温度信号以及工件加工精度等信息数据的连续循环同步采集分离与精确识别解析，满足信息获取的实时性与同步性要求；
S2、将传感器的另一端设置在机床主轴***旁边，确保传感器能够实时检测主轴数据，对采集的信息进行数据分析，然后根据分析结果进行数据检测和数据清理，接着将清理过的数据整合和数据集成，通过Joint Directors of Laboratories(JDL)模型建立数据级基础信息数据集，在此基础上将整合的数据转换成适合挖掘的形式，接着需要利用智能技术来挖掘潜在的有用信息，并重新存入基础信息数据集中进行数据更新，为信息特征提取与筛选、核心变量导出与权值求解和信息融合模型的建立奠定基础；
S3、打开开关，温度传感器以及激光位移传感器将记录主轴在运行时产生的数据，温度传感器将信息经过放大和转换后传递到读写器单元(13)，激光位移传感器将信息经过放大和转换之后传递到控制器单元(12)，基础信息数据集数据规模庞大，信息类型多，其中包含引起热误差的直接变量、间接变量、疑似变量、冗余变量和干扰量等，不能直接反应与热误差的相关性，需要对原始信息进行特征提取和筛选，并通过训练的神经网络对之进行分析识别，导出核心变量，求取核心变量权值，通过Radial Basis Function(RBF)模型建立热设计信息特征集，其过程描述大致如下：
1)特征提取：采用时域、频域、时频域分析中的总体经验模态分解以及灰度共生矩阵等特征提取方法对基础信息数据集进行特征提取。
2)特征筛选：特征集数据量庞大，且各信息特征量之间具有相关性，使后续模型建立存在较大复杂性，造成热设计决策误差。利用Pearson相关系数法以特征量与热态特性的相关性作为依据对特征信息进行筛选，即
Figure FDA0002733877630000051
式中，T是特征相关性系数，N是特征集中特征量数，i是特征量，xi是热态特性指标量。
3)核心变量导出与权值求解：基于热态特性识别目标的特点，通过神经网络对特征信息进行分析识别，导出热态特性核心变量，并进行核心变量权值求解，获得多源异类信息数据的特征集。其中，利用核心变量j对目标A基本概率分配函数mj(A)进行权值求解可表示为
Figure FDA0002733877630000052
式中,Cj为核心变量对热态特性目标量A的相关系数，N为核心变量数，K为修正系数，Rj为对应传感器的可靠性系数，Wj为传感器的环境加权系数，αj为传感器最大相关系数，βj为传感器相关分配值；
S4、读写器单元(13)将信息进行读数和写入，控制器单元(12)将信息经过分析处理，基于核心变量，结合基本概率分布函数，获取机床主轴***热误差的诱导证据，并利用证据理论进行加权DS证据融合模型建立，实现多源异类信息决策级融合模型建立。假设两个证据对热态特性目标A和B在同一空间Θ中的概率分布函数mi，m2，则可以计算其融合为新假设θ的置信水平，其求解公式如下：
Figure FDA0002733877630000061
Figure FDA0002733877630000062
式中，k为两个证据之间的冲突因子，多源异类信息融合模型的建立如图4所示；
S5、经过处理之后的信息传递到信息采集单元(14)，信息采集单元(14)将传递过来的信息进行收集，分类等操作，基于多源异类信息耦合模型的建立，围绕主轴***就力场、声场、热场、电磁场等多场边界获得主轴***热态特性分布特性，以诱导证据为约束条件，定义设计区域、材料属性、热载荷情况等相关参数，对机床主轴***进行全约束热设计求解，求取其热态特性的最优解，进一步获得热设计参数，并建立起热设计数据库，实现通过建立多源异类信息融合模型获取热设计参数以驱动热设计数字化建模的目的；
S6、经过收集之后的信息再次传递到信息融合模块(15)，信息融合模块(15)将处理之后的信息进行融合，对具有复杂性和多样性的信息数据进行处理，最终将数据传递到主机(3)上，供使用者对信息进行分析记录，搭建多源异类信息采集分离与识别解析平台，完善***软硬件配置，包括传感器、数据采集卡选型及其信号输入范围、采样频率、信号连接方式、采集卡的接线方式等。完成软件***的设计，在LabVIEW软件环境下，按照设定的采样时间、采样频率、采样通道等完成信号采集程序的编制，调用Matlab程序设计数据采集模块，数据分析模块等，进行多源异类信息融合模型建立，完成机床多源异类信息采集与处理，获取热设计数据，实现对主轴***进行多场多体全约束智能热设计。借助试验平台，可开展机床主轴***热动态特性分析与测试研究，并对热设计方案进行有效性和准确性验证，进一步完成对热设计方法的修正。
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