專(zhuān)利名稱(chēng)：數(shù)控系統(tǒng)中多次誤差加權(quán)疊加的補(bǔ)償系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精密控制和精密加工領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及數(shù)控機(jī)床中的誤差補(bǔ)償系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
數(shù)控機(jī)床控制軸的定位精度是反映機(jī)床性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，是影響加工工件精度的重要因素。高精度的數(shù)控機(jī)床和高檔的數(shù)控系統(tǒng)(CNC)，都需要使用誤差補(bǔ)償系統(tǒng)用以提高數(shù)控機(jī)床的定位精度。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床一般都是以伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠進(jìn)行位置控制，減少了中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，改善了傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，避免了多級(jí)傳動(dòng)帶來(lái)的累積誤差。對(duì)于較高檔數(shù)控機(jī)床，全閉環(huán)和半閉環(huán)機(jī)床是應(yīng)用較多的兩種形式。而全閉環(huán)數(shù)控機(jī)床，雖然能夠大大提高其控制精度，但制造成本高，且需要另外增加測(cè)量裝置、反饋裝置以及反饋傳感器補(bǔ)償裝置。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，在滿(mǎn)足控制精度要求的條件下，半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床應(yīng)用更為廣泛。與此相適應(yīng)，如何提高半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床控制精度是需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。數(shù)控系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償功能是提高數(shù)控機(jī)床精度的一個(gè)重要功能，隨著數(shù)控系統(tǒng)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，誤差補(bǔ)償從傳統(tǒng)的硬件補(bǔ)償向軟件補(bǔ)償轉(zhuǎn)化，軟件補(bǔ)償以其靈活方便、更改容易和補(bǔ)償精度較高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償功能設(shè)置過(guò)程一般是這樣的，例如為了對(duì)數(shù)控機(jī)床的某一個(gè)軸的絲杠螺距誤差進(jìn)行補(bǔ)償，提高數(shù)控機(jī)床控制精度，就需要測(cè)量出數(shù)控機(jī)床某一個(gè)軸的螺距誤差值，測(cè)量數(shù)控機(jī)床螺距誤差值是設(shè)置螺距誤差補(bǔ)償?shù)牡谝徊?。一般利用單頻激光干涉儀能夠精確測(cè)量數(shù)控機(jī)床定位精度，并可得出絲杠傳動(dòng)誤差。例如使用RENISHAW公司的MLlO激光干涉儀系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量過(guò)程如下(1)安裝激光干涉儀測(cè)量系統(tǒng)各組件，如

圖1所示。(2)在數(shù)控機(jī)床需測(cè)量誤差的軸線(xiàn)上安裝光學(xué)測(cè)量?jī)x器鏡組，例如測(cè)量X軸方向精度典型安裝如圖2所示。調(diào)整激光頭和測(cè)量鏡組，使得測(cè)量激光軸線(xiàn)與機(jī)床移動(dòng)軸線(xiàn)在一條直線(xiàn)上，即使得光路準(zhǔn)直。(3)待激光預(yù)熱之后，輸入測(cè)量參數(shù)，例如測(cè)量點(diǎn)數(shù)、測(cè)量往復(fù)次數(shù)和暫停時(shí)間寸。(4)在CNC上編制標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量程序，使機(jī)床移動(dòng)并開(kāi)始測(cè)量。(5)激光干涉儀對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行預(yù)處理，例如處理溫度、空氣壓力變化引起的誤差，生成誤差測(cè)量文件，如果需要可以打印輸出結(jié)果。通過(guò)以上操作測(cè)量出機(jī)床的X軸的螺距誤差和反向間隙誤差等，將測(cè)量結(jié)果直接輸入到數(shù)控系統(tǒng)中或根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)誤差補(bǔ)償文件格式要求生成誤差補(bǔ)償文件再導(dǎo)入到數(shù)控系統(tǒng)中，使數(shù)控系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償功能生效，再通過(guò)以上第一步到第五步過(guò)程再測(cè)量一遍機(jī)床的定位誤差，檢查再次測(cè)量到的經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后的機(jī)床定位精度，是否達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，如果已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，則表示誤差補(bǔ)償功能設(shè)置完畢。如果未達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，就需要采用調(diào)整機(jī)床的機(jī)械安裝等方法，或引入其他補(bǔ)償因素(例如溫度誤差補(bǔ)償)等進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后再對(duì)機(jī)床的誤差進(jìn)行測(cè)量，再將測(cè)量的誤差數(shù)據(jù)重新輸入到數(shù)控系統(tǒng)中， 使補(bǔ)償生效，再檢查測(cè)量到機(jī)床的定位精度結(jié)果看是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，如此反復(fù)，直到機(jī)床的定位精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求?？梢钥闯?，采用以上所描述傳統(tǒng)誤差補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行誤差補(bǔ)償時(shí)，當(dāng)使用某次測(cè)量得到結(jié)果進(jìn)行誤差補(bǔ)償時(shí)，要么誤差補(bǔ)償后的定位精度達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，完成誤差補(bǔ)償功能的設(shè)置，要么經(jīng)過(guò)誤差補(bǔ)償后定位精度沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，就得經(jīng)過(guò)一些調(diào)整手段后重新測(cè)量誤差補(bǔ)償值，重新進(jìn)行補(bǔ)償，無(wú)法在已有的測(cè)量和補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果的基礎(chǔ)上對(duì)誤差補(bǔ)償進(jìn)行調(diào)整或追加再次測(cè)量的誤差補(bǔ)償，傳統(tǒng)誤差補(bǔ)償系統(tǒng)方法有操作復(fù)雜，重復(fù)工作多，工作時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明重新設(shè)計(jì)了誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，較傳統(tǒng)的誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，本發(fā)明不限制誤差補(bǔ)償文件中所描述的補(bǔ)償項(xiàng)目的數(shù)量，補(bǔ)償項(xiàng)目是以添加的方式輸入到系統(tǒng)中的，相同補(bǔ)償特征項(xiàng)目可以有多個(gè)，多個(gè)補(bǔ)償項(xiàng)目的輸出相疊加，某一補(bǔ)償項(xiàng)目的輸出還可以乘以一個(gè)權(quán)值，大大的提高了誤差補(bǔ)償功能的靈活性。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明一種數(shù)控系統(tǒng)中多次誤差加權(quán)疊加的補(bǔ)償系統(tǒng)，包括用于誤差測(cè)量的儀器。還包括添加誤差補(bǔ)償文件的單元、誤差文件解釋器、誤差補(bǔ)償擬合算法運(yùn)算器，計(jì)算誤差補(bǔ)償值的單元，以及接收誤差補(bǔ)償值指令的伺服位置閉環(huán)控制器。其中，所述添加誤差補(bǔ)償文件的單元，根據(jù)所述誤差測(cè)量?jī)x器測(cè)量的誤差向誤差補(bǔ)償文件中添加數(shù)據(jù)；所述誤差補(bǔ)償文件是記錄測(cè)量誤差樣本點(diǎn)的數(shù)據(jù)文件，是保存了誤差補(bǔ)償需要的數(shù)據(jù)，由補(bǔ)償數(shù)據(jù)段組成，每段用來(lái)描述一個(gè)坐標(biāo)的一次測(cè)量得到的一組誤差數(shù)據(jù)樣本；所述補(bǔ)償數(shù)據(jù)段包括補(bǔ)償數(shù)據(jù)信息描述部分和誤差樣本數(shù)據(jù)部分；所述補(bǔ)償數(shù)據(jù)信息描述部分，用于描述補(bǔ)償過(guò)程參數(shù)，包括相關(guān)參數(shù)的名稱(chēng)或編號(hào)、被測(cè)軸的名稱(chēng)或編號(hào)、 參數(shù)的變化量、參數(shù)測(cè)量及補(bǔ)償起始位置和終止位置、參數(shù)測(cè)量及補(bǔ)償方向，以及誤差補(bǔ)償權(quán)值；所述誤差樣本數(shù)據(jù)部分包括一組樣本點(diǎn)，所述樣本點(diǎn)的數(shù)據(jù)中包括參數(shù)值和誤差值兩部分；根據(jù)所述誤差補(bǔ)償文件可以得到最終誤差&補(bǔ)償曲線(xiàn)的公式Ex = EX1+EX2+EX3 = K1XF1 (X，Y, Ζ) +K2XF2 (Χ, Y, Ζ) +K3XF3 (Χ, Y，Ζ) +......其中X，Y，Z表示當(dāng)前位置，F(xiàn)n (X，Y，Z )為根據(jù)第η次測(cè)量誤差樣本擬合得到的誤差函數(shù)，Kn為所述誤差補(bǔ)償權(quán)值，η取1，2，3......自然數(shù)；所述誤差文件解釋器，用于檢查誤差補(bǔ)償文件的格式是否正確，提取所述誤差補(bǔ)償文件中的誤差補(bǔ)償信息，分項(xiàng)在內(nèi)存中建立誤差補(bǔ)償項(xiàng)數(shù)據(jù)列表；所述誤差補(bǔ)償擬合算法運(yùn)算器，用于計(jì)算中間點(diǎn)誤差；采用直線(xiàn)擬合算法，計(jì)算出補(bǔ)償方程
權(quán)利要求1. 一種數(shù)控系統(tǒng)中多次誤差加權(quán)疊加的補(bǔ)償系統(tǒng)，包括用于誤差測(cè)量的儀器；其特征在于，還包括添加誤差補(bǔ)償文件的單元、誤差文件解釋器、誤差補(bǔ)償擬合算法運(yùn)算器，計(jì)算誤差補(bǔ)償值的單元，以及接收誤差補(bǔ)償值指令的伺服位置閉環(huán)控制器；其中，所述添加誤差補(bǔ)償文件的單元，根據(jù)所述誤差測(cè)量?jī)x器測(cè)量的誤差向誤差補(bǔ)償文件中添加數(shù)據(jù)；所述誤差補(bǔ)償文件是記錄測(cè)量誤差樣本點(diǎn)的數(shù)據(jù)文件，是保存了誤差補(bǔ)償需要的數(shù)據(jù)，由補(bǔ)償數(shù)據(jù)段組成，每段用來(lái)描述一個(gè)坐標(biāo)的一次測(cè)量得到的一組誤差數(shù)據(jù)樣本； 所述補(bǔ)償數(shù)據(jù)段包括補(bǔ)償數(shù)據(jù)信息描述部分和誤差樣本數(shù)據(jù)部分；所述補(bǔ)償數(shù)據(jù)信息描述部分，用于描述補(bǔ)償過(guò)程參數(shù)，包括相關(guān)參數(shù)的名稱(chēng)或編號(hào)、被測(cè)軸的名稱(chēng)或編號(hào)、參數(shù)的變化量、參數(shù)測(cè)量及補(bǔ)償起始位置和終止位置、參數(shù)測(cè)量及補(bǔ)償方向，以及誤差補(bǔ)償權(quán)值； 所述誤差樣本數(shù)據(jù)部分包括一組樣本點(diǎn)，所述樣本點(diǎn)的數(shù)據(jù)中包括參數(shù)值和誤差值兩部分；根據(jù)所述誤差補(bǔ)償文件可以得到最終誤差&補(bǔ)償曲線(xiàn)的公式Ex = EX1+EX2+EX3 = K1X F1 (X，Y，Ζ) +K2 X F2 (X，Y，Ζ) +K3X F3 (X，Y，Ζ) +......其中X，Y，Z表示當(dāng)前位置，F(xiàn)n (X，Y，Z )為根據(jù)第η次測(cè)量誤差樣本擬合得到的誤差函數(shù)，Kn為所述誤差補(bǔ)償權(quán)值，η取1，2，3......自然數(shù)；所述誤差文件解釋器，用于檢查誤差補(bǔ)償文件的格式是否正確，提取所述誤差補(bǔ)償文件中的誤差補(bǔ)償信息，分項(xiàng)在內(nèi)存中建立誤差補(bǔ)償項(xiàng)數(shù)據(jù)列表；所述誤差補(bǔ)償擬合算法運(yùn)算器，用于計(jì)算中間點(diǎn)誤差；采用直線(xiàn)擬合算法，計(jì)算出補(bǔ)償 (X - χ Λχ(Ε -E )方程
專(zhuān)利摘要一種數(shù)控系統(tǒng)中多次誤差加權(quán)疊加的補(bǔ)償系統(tǒng)，包括用于誤差測(cè)量的儀器，還包括添加誤差補(bǔ)償文件的單元、誤差文件解釋器、誤差補(bǔ)償擬合算法運(yùn)算器，計(jì)算誤差補(bǔ)償值的單元，以及接收誤差補(bǔ)償值指令的伺服位置閉環(huán)控制器；計(jì)算誤差補(bǔ)償值的單元包括程序代碼解析器、插補(bǔ)器。本實(shí)用新型多次疊加誤差補(bǔ)償系統(tǒng)能提高數(shù)控機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度，給用戶(hù)的機(jī)床精度調(diào)試帶來(lái)極大的方便，同時(shí)還提供對(duì)誤差進(jìn)行加權(quán)補(bǔ)償操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)全測(cè)量范圍的補(bǔ)償調(diào)整，可以對(duì)某項(xiàng)誤差補(bǔ)償曲線(xiàn)進(jìn)行加權(quán)操作，從而使用戶(hù)可以不斷改進(jìn)數(shù)控機(jī)床的定位精度，也給用戶(hù)機(jī)床安裝調(diào)試過(guò)程帶來(lái)極大的方便。
文檔編號(hào)G05B19/404GK202120088SQ20112015979
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者于德海, 劉慶宏, 劉沛, 林猛, 湯洪濤, 王聲文, 王大偉, 白彥慶, 耿文劍, 董大鵬, 陳虎 申請(qǐng)人:大連光洋科技工程有限公司