一種數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模方法，主要包括如下步驟：a.布置傳感器;b.篩選溫度變量;c.建立灰色系統(tǒng)并獲得熱誤差預(yù)測(cè)值;d.求解殘差序列;e.建立殘差序列的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型;本發(fā)明將灰色系統(tǒng)理論和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組合在一起用于機(jī)床熱誤差建模，提高了模型的預(yù)測(cè)精度和泛化能力；能夠?qū)π颖緮?shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的擬合預(yù)測(cè)，計(jì)算簡(jiǎn)單，反應(yīng)迅速；使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法使系統(tǒng)具有很高的自學(xué)習(xí)能力和自適應(yīng)性，能自學(xué)習(xí)機(jī)床熱誤差復(fù)雜的變化，能反映機(jī)床加工過程的變化，具有良好的可靠性。
【專利說(shuō)明】一種數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為數(shù)控機(jī)床熱誤差進(jìn)行數(shù)學(xué)建模的方法。屬于精密機(jī)床技術(shù)或精密加工領(lǐng)域
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代高速切削機(jī)床中，隨著機(jī)床轉(zhuǎn)速和零件表面加工質(zhì)量的提高，切削深度與走刀量一般都比較小，而切削力也不大，所以工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響與熱變形相比處于次要的地位。隨著制造工藝技術(shù)水平的不斷提高，熱誤差已經(jīng)成為影響高速機(jī)床加工精度的主要誤差源。在機(jī)械制造、儀器儀表等行業(yè)，由溫度引起的熱變形是影響機(jī)器、儀器設(shè)備精度的重要因素，熱變形引起的誤差通常可占總誤差的1/3。在精密加工中，熱變形引起的誤差在加工總誤差中所占比例可達(dá)40%~70%。為提高機(jī)器設(shè)備的工作精度，通?？刹捎脺囟瓤刂坪途妊a(bǔ)償兩種途徑來(lái)減小溫度對(duì)精度的影響。
[0003]用經(jīng)驗(yàn)建模法建立機(jī)床誤差模型是最主要是方法，即將機(jī)床系統(tǒng)看成一個(gè)黑箱，通常輸入量是機(jī)床溫度場(chǎng)的變化和其它相關(guān)量的變量，輸出量是機(jī)床系統(tǒng)綜合變形結(jié)果或系統(tǒng)中某些主要部件的變形量，并假定模型結(jié)構(gòu)，用系統(tǒng)辨識(shí)的方法確定模型中的各個(gè)參數(shù)。
[0004]由于機(jī)床熱變形受很多變量因素的影響，機(jī)床熱誤差是一個(gè)復(fù)雜的問題。而基于灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)床熱誤差預(yù)測(cè)的分析建模方法，綜合了灰色系統(tǒng)理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)二者的優(yōu)點(diǎn)，既有很強(qiáng)的智能學(xué)習(xí)和排除干擾的能力，又有很強(qiáng)的處理灰色數(shù)據(jù)、貧信息的能力，具有很高的精度和泛化性能，因此很適合用于機(jī)床熱誤差的建模分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的內(nèi)容在于提供一種數(shù)控機(jī)床熱誤差基于灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模的新方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括以下步驟:
[0007]步驟1:布置傳感器
[0008]先利用紅外熱成像儀給運(yùn)行過一段時(shí)間的機(jī)床做熱成像圖，根據(jù)熱成像儀顯示的溫度彩色圖，溫度顯示高的區(qū)域即為機(jī)床的發(fā)熱區(qū)域，標(biāo)記好每個(gè)發(fā)熱區(qū)域的溫度最高點(diǎn)。停機(jī)冷卻后在機(jī)床旁邊放置一個(gè)測(cè)量環(huán)境溫度變化的傳感器，并在所有m個(gè)標(biāo)記點(diǎn)安裝溫度傳感器來(lái)采集溫度變化數(shù)據(jù)。在機(jī)床主軸的X軸、Z軸方向各安裝一個(gè)激光位移傳感器，采集機(jī)床熱變形的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，每隔相同一段時(shí)間讀取溫度1\與熱變形位移XpZi隨時(shí)間變化的數(shù)值；
[0009]步驟2:篩選溫度變量
[0010]根據(jù)測(cè)定好的溫度變化序列Ti (TilTi2Ti3-Tik Ti (k+1)…Tis)，i=l, 2，-m+1,通過灰色關(guān)聯(lián)分析從m+1個(gè)溫度變量中篩選出η個(gè)和熱變形相關(guān)性高的溫度變量；
[0011]步驟3:建立灰色系統(tǒng)并獲得熱誤差預(yù)測(cè)值
[0012] 由于單獨(dú)建立X向或Z向的熱誤差模型擬合精度更高，所以用X向或Z向的熱變形位移值和上一步篩選出的η個(gè)溫度變量樣本值建立單獨(dú)的X向或Z向的G (1，Ν)灰色系統(tǒng)模型。將Xi或Zi和篩選出來(lái)的η個(gè)關(guān)聯(lián)度高的溫度數(shù)列組成灰色系統(tǒng)G (1，Ν)的原始數(shù)列。在這里以Z向的數(shù)據(jù)為例，得灰色系統(tǒng)G (1，N)的原始數(shù)列Ζ(?1(1) Zm(I)…Zm {s)
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模方法，其特征在于，按如下步驟進(jìn)行: 步驟1:布置傳感器 先利用紅外熱成像儀給運(yùn)行過一段時(shí)間的機(jī)床做熱成像圖，根據(jù)熱成像儀顯示的溫度彩色圖，溫度顯示高的區(qū)域即為機(jī)床的發(fā)熱區(qū)域，標(biāo)記好每個(gè)發(fā)熱區(qū)域的溫度最高點(diǎn)；停機(jī)冷卻后在機(jī)床旁邊放置一個(gè)測(cè)量環(huán)境溫度變化的傳感器，并在所有m個(gè)標(biāo)記點(diǎn)安裝溫度傳感器來(lái)采集溫度變化數(shù)據(jù)，所以一共有m+1個(gè)溫度傳感器；在機(jī)床主軸的X軸、Z軸方向各安裝一個(gè)激光位移傳感器，采集機(jī)床熱變形的數(shù)據(jù)；系統(tǒng)運(yùn)行過程中，每隔相同一段時(shí)間讀取所有溫度傳感器的實(shí)時(shí)溫度ITJ與熱變形位移{Xs}、{ZJ隨時(shí)間變化的數(shù)值； 步驟2:篩選溫度變量 根據(jù)測(cè)定好的溫度變化序列Ti (TilTi2Ti3-Tik Ti (k+1)…Tis)，i=l, 2，…m+1，通過灰色關(guān)聯(lián)分析從m+1個(gè)溫度變量中篩選出η個(gè)和熱變形相關(guān)性高的溫度變量并組成新的矩陣P，設(shè)P為
P= ITi (I) Ti (2)...Ti(S)H=I, 2，...，η ; 步驟3:建立灰色系統(tǒng)并獲得熱誤差預(yù)測(cè)值 將Xs或Zs分別和矩陣P組成灰色系統(tǒng)G (1，N)的原始數(shù)列； 由Zs和矩陣P組成灰色系統(tǒng)的原始數(shù)列為
【文檔編號(hào)】G05B19/404GK103984287SQ201410091291
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】張建紅, 張?jiān)品? 尹青, 黃庭梅, 明佳, 李春 申請(qǐng)人:江蘇齊航數(shù)控機(jī)床有限責(zé)任公司