數(shù)控機(jī)床定位誤差動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床定位誤差動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)。本發(fā)明包括：誤差補(bǔ)償硬件系統(tǒng)和基于網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)交互的補(bǔ)償軟件平臺(tái)。硬件系統(tǒng)作為補(bǔ)償軟件的載體和執(zhí)行部件，用于實(shí)現(xiàn)各功能模塊之間的連接和通訊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及人機(jī)交互。軟件系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮木幊棠Ｊ?，與CNC間采用以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，可實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的采集和預(yù)處理，定位誤差數(shù)學(xué)模型的自動(dòng)建模、定位誤差實(shí)時(shí)計(jì)算、智能化模型調(diào)整功能、自學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練和優(yōu)化。通過(guò)軟硬件系統(tǒng)的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床誤差的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償。本發(fā)明的定位誤差補(bǔ)償系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，適用性廣，能滿足多種類型數(shù)控機(jī)床的定位誤差補(bǔ)償需求，對(duì)于提高數(shù)控機(jī)床加工精度具有實(shí)用化和商業(yè)化推廣的重要意義。
【專利說(shuō)明】數(shù)控機(jī)床定位誤差動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償【技術(shù)領(lǐng)域】的補(bǔ)償系統(tǒng)，具體地說(shuō)，是一種數(shù)控機(jī)床定位誤差動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)的機(jī)床行業(yè)經(jīng)過(guò)這些年的不斷發(fā)展，已經(jīng)有了很大的飛躍。以整體生產(chǎn)規(guī)模來(lái)說(shuō)，我國(guó)每年的機(jī)床生產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了機(jī)床生產(chǎn)大國(guó)的同等水平。但就數(shù)控機(jī)床的技術(shù)等級(jí)來(lái)說(shuō)，卻只在世界上排在第二梯隊(duì)中。目前我國(guó)生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床約占國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)份額的35%左右，其余需要從國(guó)外進(jìn)口，特別是在高端數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)，絕大部分都只能從國(guó)外的機(jī)床生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)進(jìn)口，國(guó)內(nèi)自己設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的高檔數(shù)控機(jī)床僅占4%左右，因而每年在進(jìn)口高端數(shù)控機(jī)床上都花費(fèi)了大量的外匯。當(dāng)前，隨著現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)零部件加工的精密度要求不斷提高，國(guó)內(nèi)對(duì)高精度數(shù)控機(jī)床的需求越來(lái)越大，如完全依靠進(jìn)口，將使得高端數(shù)控機(jī)床在我國(guó)的應(yīng)用受制于人。因而，提高國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的加工精度和可靠性指標(biāo)對(duì)我國(guó)制造業(yè)進(jìn)一步的發(fā)展具有十分重要的意義。
[0003]定位誤差補(bǔ)償技術(shù)作為提高數(shù)控機(jī)床加工精度的有效方法，在機(jī)床行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。通常數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ò?一、根據(jù)實(shí)際加工后測(cè)試的誤差數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)數(shù)控加工程序進(jìn)行人工干涉和調(diào)整；二、利用數(shù)控系統(tǒng)可提供的參數(shù)設(shè)定方式的定位誤差補(bǔ)償功能，將可以預(yù)估的誤差數(shù)據(jù)提前輸入對(duì)應(yīng)的誤差補(bǔ)償設(shè)置項(xiàng)(如螺距補(bǔ)償)，在實(shí)際加工中，數(shù)控系統(tǒng)將這些預(yù)設(shè)的誤差項(xiàng)納入過(guò)程計(jì)算進(jìn)行補(bǔ)償。而數(shù)控機(jī)床的定位誤差動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)還處于實(shí)驗(yàn)室階段，即便在機(jī)床生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)，其工廠企業(yè)中大批量應(yīng)用的例子還是很少，相關(guān)的定位誤差補(bǔ)償系統(tǒng)研究還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到商業(yè)化的程度。雖然也有文獻(xiàn)提出了不同類型的補(bǔ)償裝置，但在實(shí)際使用中由于機(jī)床加工的復(fù)雜性，實(shí)際的應(yīng)用實(shí)施適用范圍較小，難以進(jìn)行延伸推廣。因此，研發(fā)適合多類型、多規(guī)格、多品種的數(shù)控機(jī)床定位誤差動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)我國(guó)高端數(shù)控機(jī)床的發(fā)展是非常必要和有益的。
[0004]經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?200410093428.1，專利名稱為:基于機(jī)床外部坐標(biāo)系偏置的數(shù)控機(jī)床誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償器。根據(jù)該發(fā)明提供的實(shí)時(shí)補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)和原理來(lái)看，主要論述了一種基于機(jī)床外部坐標(biāo)系偏置的數(shù)控機(jī)床誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償器的構(gòu)架方案。該補(bǔ)償器基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理中心，結(jié)構(gòu)上采用計(jì)算處理模塊、CNC接口和運(yùn)動(dòng)控制模塊、傳感器及變送模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)熱誤差的計(jì)算和補(bǔ)償，誤差模型則是通過(guò)外部計(jì)算機(jī)進(jìn)行建模分析并最后放入計(jì)算處理模塊。但是，由于數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)裝配中存在著不一致性，且機(jī)床的加工工況差異性較大，這就使得定位誤差的規(guī)律難以用固定的數(shù)學(xué)模型來(lái)表達(dá)，而通過(guò)外部計(jì)算機(jī)建模并固化到計(jì)算處理模塊中的誤差補(bǔ)償模型無(wú)法根據(jù)實(shí)際工況條件來(lái)自行修正和調(diào)整系數(shù)，因此很難保證在不同的工況下都達(dá)到良好的補(bǔ)償效果。此外，單片機(jī)由于芯片容量較小，模型的參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)容量有限，無(wú)法容納復(fù)雜的工況分析計(jì)算程序。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?200710045903.1，專利名稱為:數(shù)控機(jī)床定位誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置。根據(jù)該發(fā)明提供的實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)和原理來(lái)看，主要論述了一種集成了計(jì)算處理模塊、溫度傳感器采集和變送模塊、數(shù)控接口控制模塊的機(jī)床定位誤差補(bǔ)償裝置，采用和數(shù)控機(jī)床的PMC之間的數(shù)據(jù)交互，來(lái)實(shí)現(xiàn)定位誤差的補(bǔ)償工作，但是，該發(fā)明同樣是利用預(yù)設(shè)的數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算補(bǔ)償值，也無(wú)法在實(shí)際使用中對(duì)模型進(jìn)行智能的判斷和調(diào)節(jié)，因而該發(fā)明所提供的補(bǔ)償裝置同樣無(wú)法適用于機(jī)床的實(shí)際生產(chǎn)工況。此外，該補(bǔ)償裝置采用的是和機(jī)床PMC之間通訊的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，因而需要占用較多的I/O 口資源，當(dāng)需要交互的數(shù)據(jù)較多時(shí)，需要擴(kuò)展I/O模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，增加了應(yīng)用成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床定位誤差補(bǔ)償裝置的不足，提供了 一種基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床定位誤差動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)，其集成了網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)交互、定位誤差自動(dòng)建模、智能化模型選擇和調(diào)節(jié)、定位誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償和自學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)和分析模塊等功能，本發(fā)明所提供的定位誤差動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)能夠有效地讀取數(shù)控機(jī)床的實(shí)際加工狀態(tài)信息，并據(jù)此自動(dòng)調(diào)整補(bǔ)償模型的類別和參數(shù)，因而更適用于在實(shí)際生產(chǎn)加工中提高機(jī)床的加工精度。本發(fā)明的定位誤差補(bǔ)償系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，適用性廣，能滿足多種類型數(shù)控機(jī)床的定位誤差補(bǔ)償需求，對(duì)于提高數(shù)控機(jī)床加工精度具有實(shí)用化和商業(yè)化推廣的重要意義。
[0006]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括:數(shù)控機(jī)床定位誤差補(bǔ)償硬件系統(tǒng)和基于網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)交互的補(bǔ)償軟件平臺(tái)。硬件系統(tǒng)作為補(bǔ)償軟件的載體和執(zhí)行部件，用于實(shí)現(xiàn)各功能模塊之間的連接和通訊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及人機(jī)交互。軟件系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮木幊棠Ｊ剑⒔Y(jié)合了與CNC進(jìn)行以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交互的驅(qū)動(dòng)功能，可實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的采集和預(yù)處理，定位誤差數(shù)學(xué)模型的自動(dòng)建模、定位誤差實(shí)時(shí)計(jì)算、補(bǔ)償系統(tǒng)與CNC的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交互、智能化模型調(diào)整功能、自學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練和優(yōu)化。通過(guò)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床誤差的實(shí)時(shí)在線補(bǔ)償。
[0007]所述的數(shù)控機(jī)床定位誤差補(bǔ)償硬件系統(tǒng)主要包括嵌入式計(jì)算機(jī)、觸摸式顯示器、溫度傳感器、溫度采集模塊和網(wǎng)絡(luò)通訊卡。嵌入式計(jì)算機(jī)過(guò)視頻線和USB線與觸摸顯示器連接，通過(guò)網(wǎng)線與溫度采集模塊連接，采用以太網(wǎng)總線方式與網(wǎng)絡(luò)通訊卡連接，構(gòu)建硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)；觸摸顯示器可實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，用戶可在觸摸式顯示器上輸入和讀出數(shù)據(jù)；溫度傳感器置于機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸的螺母、前后軸承以及室溫測(cè)試位置，并通過(guò)銅芯電纜與溫度采集模塊連接，將熱源點(diǎn)的溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮枳柚底兓?；溫度采集模塊則完成對(duì)熱電阻阻值變化的辨識(shí)，通過(guò)信號(hào)濾波、放大和A/D轉(zhuǎn)換，將采集的熱源溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制的數(shù)據(jù)格式，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到嵌入式計(jì)算機(jī)一端；網(wǎng)絡(luò)通訊卡一端通過(guò)以太網(wǎng)與嵌入式計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊，另一端用連接到數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)口，實(shí)現(xiàn)與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。
[0008]所述的溫度信號(hào)的采集和預(yù)處理，是指:實(shí)時(shí)采集機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸的螺母和前后軸承上所布置的溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)，并對(duì)采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行零均值化處理，然后再進(jìn)行平穩(wěn)化處理，以消除隨機(jī)噪聲和機(jī)床系統(tǒng)噪聲引起的測(cè)量誤差。對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，判別機(jī)床的升溫敏感點(diǎn)位置，并通知智能化模型調(diào)整功能模塊刷新模型的輸入溫度變量；實(shí)時(shí)采集的溫度數(shù)據(jù)將自動(dòng)保持在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中。
[0009]所述的定位誤差數(shù)學(xué)模型自動(dòng)建模，其方法為:
首先，將機(jī)床的定位誤差按照影響因子法分解為冷態(tài)下的幾何誤差、室溫變化引起的定位誤差以及螺母運(yùn)動(dòng)溫度變化引起的定位誤差三個(gè)部分。其中冷態(tài)下的幾何誤差可通過(guò)設(shè)定激光干涉儀的材料膨脹補(bǔ)償溫度而直接測(cè)試得到；后兩種定位誤差則可通過(guò)分解激光干涉儀測(cè)試數(shù)據(jù)而分別得到。
[0010]其次，采用誤差元素建模技術(shù)，根據(jù)誤差影響因子的類型分別進(jìn)行獨(dú)立模型擬合:
(I)冷態(tài)下的幾何誤差可采用多項(xiàng)式擬合法來(lái)得到擬合的誤差計(jì)算公式；(2)對(duì)于室溫變化引起的定位誤差，可根據(jù)材料的膨脹系數(shù)，根據(jù)絲杠的不同位置和溫度變化大小，得到絲杠的線性膨脹計(jì)算公式；(3)對(duì)于由螺母運(yùn)動(dòng)溫度變化引起的定位誤差，則需要采用最小二乘擬合法得到4次高階曲線擬合的誤差計(jì)算公式。
[0011]然后，通過(guò)智能化模型調(diào)整功能模塊對(duì)于三種誤差元素的權(quán)重進(jìn)行調(diào)整，即可獲得機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸的綜合的定位誤差數(shù)學(xué)模型；
最后，補(bǔ)償系統(tǒng)將所獲得的初始定位誤差補(bǔ)償模型保存到模型選擇庫(kù)中，以備實(shí)時(shí)補(bǔ)償計(jì)算時(shí)調(diào)用。
[0012]所述的定位誤差實(shí)時(shí)計(jì)算，是指:通過(guò)溫度采集模塊實(shí)時(shí)獲取輸入溫度變量點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并將實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)導(dǎo)入誤差補(bǔ)償模型；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊卡實(shí)時(shí)讀取數(shù)控機(jī)床各控制軸機(jī)床坐標(biāo)位置，并同樣導(dǎo)入補(bǔ)償模型中，然后系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前調(diào)用的模型計(jì)算得到個(gè)控制軸當(dāng)前位置時(shí)的綜合的定位誤差數(shù)值，最后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊卡，在閾值判定和運(yùn)行條件判定后將計(jì)算出的各個(gè)軸的實(shí)時(shí)補(bǔ)償量傳送到CNC中，由CNC將當(dāng)前補(bǔ)償值疊加到插補(bǔ)運(yùn)算上。
[0013]所述的補(bǔ)償系統(tǒng)與CNC的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交互，是指:補(bǔ)償系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊卡讀出機(jī)床各控制軸的當(dāng)前機(jī)床坐標(biāo)位置，通過(guò)譯碼和數(shù)據(jù)判定后送入誤差補(bǔ)償模型的變量輸入端；誤差數(shù)學(xué)模型計(jì)算后的補(bǔ)償值，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊卡傳送到CNC中的補(bǔ)償值存儲(chǔ)區(qū)中。
[0014]所述的智能化模型調(diào)整功能，是指:根據(jù)機(jī)床實(shí)際生產(chǎn)各種可能的工況，按照機(jī)床結(jié)構(gòu)類型、加工件的工藝程序、設(shè)置參數(shù)、加工運(yùn)行模式、環(huán)境溫度等綜合因素，自動(dòng)調(diào)用模型庫(kù)中的合適定位誤差數(shù)學(xué)計(jì)算模型，并調(diào)整模型的參數(shù)，使得本系統(tǒng)的定位誤差補(bǔ)償模型具有智能的自我分析和調(diào)節(jié)能力，因而能夠滿足在機(jī)床復(fù)雜的實(shí)際加工中在線實(shí)施動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償?shù)墓δ?，其方法?
首先，智能化模型調(diào)整功能可根據(jù)機(jī)床的結(jié)構(gòu)類型從模型庫(kù)中選擇適宜的補(bǔ)償模型，如對(duì)于二軸的車(chē)削中心，選擇2軸定位誤差補(bǔ)償模型，對(duì)于三軸立式加工中心，則自動(dòng)從模型庫(kù)中調(diào)用三軸定位誤差補(bǔ)償模型；
其次，智能化模型調(diào)整功能在加工啟動(dòng)前，先通過(guò)讀取加工件工藝程序來(lái)自動(dòng)擬合出各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)行軌跡，并獲得運(yùn)行速度及周期的設(shè)置參數(shù)。然后在通用的定位誤差數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)所獲取的信息，自動(dòng)優(yōu)化定位誤差補(bǔ)償模型的計(jì)算參數(shù)(特別是對(duì)于由螺母運(yùn)動(dòng)溫度變化所采用的4次高階曲線誤差計(jì)算公式)，并在定位誤差實(shí)時(shí)計(jì)算中采用修正的模型公式來(lái)執(zhí)行補(bǔ)償值計(jì)算；
再次，當(dāng)機(jī)床從加工狀態(tài)切換到暫停狀態(tài)時(shí)，智能化模型調(diào)整功能可根據(jù)運(yùn)動(dòng)軸暫停狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間及暫停時(shí)的螺母位置，結(jié)合螺母和軸承的溫度變化量，自動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)償模型的修正系數(shù)，并在數(shù)控機(jī)床再次切換到加工狀態(tài)時(shí)，根據(jù)修正系數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)定位誤差的計(jì)算值，以適應(yīng)該工況下的實(shí)際定位誤差變化趨勢(shì)；
然后，智能化模型調(diào)整功能在定位誤差實(shí)時(shí)計(jì)算的同時(shí)，可定周期的根據(jù)絲杠螺母、軸承以及機(jī)床室溫點(diǎn)測(cè)試出溫度值來(lái)校驗(yàn)補(bǔ)償模型的實(shí)時(shí)精度，并修正補(bǔ)償模型中與這些溫度點(diǎn)相關(guān)的誤差元素子模型的系數(shù)，并將修正后誤差補(bǔ)償模型用于實(shí)時(shí)計(jì)算；
最后，智能化模型調(diào)整功能還具有二次建模的能力，可根據(jù)用戶輸入的工件補(bǔ)償后的殘余偏差量，自動(dòng)地按照測(cè)量出的殘差進(jìn)行二次建模，并自動(dòng)覆蓋模型庫(kù)中原定位誤差補(bǔ)償模型，再后續(xù)的工件加工中自動(dòng)從模型庫(kù)中調(diào)用新模型進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算。
[0015]所述的自學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練和優(yōu)化，是指:基于面向?qū)ο蟮木幊棠Ｊ?，?gòu)建歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)和自學(xué)習(xí)訓(xùn)練和優(yōu)化模塊。歷史數(shù)據(jù)庫(kù)用于存放溫度變量布置點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)以及各運(yùn)動(dòng)軸的定位誤差計(jì)算值，并可實(shí)時(shí)保存機(jī)床加工時(shí)的輸入?yún)?shù)值和工藝程序，自學(xué)習(xí)訓(xùn)練和優(yōu)化模塊用于根據(jù)實(shí)時(shí)采集的溫度、加工參數(shù)信息以及坐標(biāo)信息等與歷史數(shù)據(jù)的對(duì)比和分析，不斷修正和優(yōu)化定位誤差元素模型計(jì)算公式的系數(shù)，并自動(dòng)保存修正后的模型，自學(xué)習(xí)訓(xùn)練和優(yōu)化模塊通過(guò)對(duì)比新舊模型的誤差，當(dāng)達(dá)到設(shè)定閾值后即將修正后的模型系統(tǒng)導(dǎo)入模型庫(kù)中，因而能夠很好地提高模型的魯棒性和適應(yīng)性，從而提高本機(jī)床誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)的精度和可靠性。
[0016]本發(fā)明把誤差補(bǔ)償影響因子法和誤差元素分離建模技術(shù)、基于網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)交互的補(bǔ)償軟件技術(shù)等應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床定位誤差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償，解決了通常定位誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)輸入預(yù)測(cè)性差的缺點(diǎn)，并克服了以前的補(bǔ)償裝置由于芯片計(jì)算能力和容量的限制問(wèn)題而不能在實(shí)際使用中對(duì)模型進(jìn)行智能化調(diào)節(jié)和參數(shù)修正的缺陷，同時(shí)由于采用了基于嵌入式計(jì)算機(jī)的硬件體系和基于面向?qū)ο缶幊痰能浖こ虡?gòu)架，能夠?qū)崿F(xiàn)完備的數(shù)據(jù)交互能力，并提供多種形式的數(shù)據(jù)檢索功能，同時(shí)為機(jī)床廠家進(jìn)一步提高數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)水平提供有價(jià)值的參考信息以及有效的分析手段。該系統(tǒng)采用嵌入式計(jì)算機(jī)和基于網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)據(jù)交互功能平臺(tái)相結(jié)合的硬件系統(tǒng)，運(yùn)用具有智能化模型調(diào)整功能的軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床定位誤差數(shù)學(xué)模型的擬合和實(shí)時(shí)誤差計(jì)算，并且能夠根據(jù)自學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練和優(yōu)化增加所建數(shù)學(xué)模型的魯棒性和可靠性，有效地對(duì)機(jī)床的實(shí)時(shí)加工進(jìn)行誤差預(yù)測(cè)和補(bǔ)償，提高機(jī)床的加工精度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明補(bǔ)償系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為本發(fā)明補(bǔ)償系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施例在以發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0019]本發(fā)明的誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:嵌入式計(jì)算機(jī)1、觸摸式顯示器2、溫度傳感器3、溫度采集模塊4、網(wǎng)絡(luò)通訊卡5、數(shù)控機(jī)床CNC 6、機(jī)床上熱源位置7、機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制軸8。
[0020]本實(shí)施例硬件系統(tǒng)的具體實(shí)施過(guò)程如下:
1.嵌入式計(jì)算機(jī)I通過(guò)視頻線和USB線與觸摸顯示器2連接，通過(guò)以太網(wǎng)與溫度采集模塊4連接，采用網(wǎng)絡(luò)通訊卡5與數(shù)控機(jī)床CNC 6的以太網(wǎng)接口相連接，構(gòu)建硬件系統(tǒng)平臺(tái)。
[0021]2.觸摸顯示器2用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，操作人員可在觸摸式顯示器上輸入和讀出數(shù)據(jù)。[0022]3.溫度傳感器3置于機(jī)床上熱源位置7，并通過(guò)銅芯電纜與溫度采集模塊4連接，將熱源點(diǎn)的溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮枳柚底兓?br> [0023]4.溫度采集模塊4完成對(duì)熱電阻阻值變化的辨識(shí)，通過(guò)信號(hào)濾波、放大和A/D轉(zhuǎn)換，將采集的熱源溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制的數(shù)據(jù)格式，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到嵌入式計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)接口端。
[0024]5.補(bǔ)償系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊卡5從數(shù)控機(jī)床CNC 6讀出機(jī)床各控制軸的當(dāng)前機(jī)床坐標(biāo)位置，通過(guò)譯碼和數(shù)據(jù)判定后送入誤差補(bǔ)償模型的變量輸入端；并將數(shù)學(xué)模型計(jì)算后的補(bǔ)償值，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊卡5傳送到數(shù)控機(jī)床CNC 6中的補(bǔ)償值存儲(chǔ)區(qū)中。
[0025]本發(fā)明的軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括:溫度數(shù)據(jù)信號(hào)預(yù)處理模塊1、定位誤差數(shù)學(xué)模型自動(dòng)建模功能模塊2、定位誤差實(shí)時(shí)計(jì)算功能模塊3、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交互功能模塊4、智能化模型調(diào)整功能模塊5、自學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練和優(yōu)化功能模塊6、數(shù)學(xué)模型選擇庫(kù)7、機(jī)床結(jié)構(gòu)類型檢索表8、加工件的工藝程序檢索表9、設(shè)置參數(shù)檢索表10、加工運(yùn)行模式檢索表11、特殊標(biāo)志位輸入輸出緩沖區(qū)12、誤差補(bǔ)償值緩存區(qū)13、運(yùn)動(dòng)軸坐標(biāo)值緩存區(qū)14、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)15、激光干涉儀16和CNC 17。
[0026]本實(shí)施例軟件系統(tǒng)的具體實(shí)施過(guò)程如下:
1.數(shù)控系統(tǒng)定位誤差動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)的建模步驟
(I)采用溫度傳感器采集實(shí)時(shí)建模用的溫度數(shù)據(jù)，用激光干涉儀16測(cè)試機(jī)床各控制軸在不同溫度下的定位誤差數(shù)據(jù)，然后溫度數(shù)據(jù)自動(dòng)導(dǎo)入溫度數(shù)據(jù)信號(hào)預(yù)處理模塊1，對(duì)采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行零均值化處理后再進(jìn)行平穩(wěn)化處理，以消除隨機(jī)噪聲和機(jī)床系統(tǒng)噪聲引起的測(cè)量誤差。對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，判別機(jī)床的升溫敏感點(diǎn)位置，并通知智能化模型調(diào)整功能模5塊刷新模型的輸入溫度變量。實(shí)時(shí)采集的溫度數(shù)據(jù)將自動(dòng)保持在歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)15中。
[0027](2)補(bǔ)償系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)自動(dòng)讀取當(dāng)前的加工信息，包括機(jī)床結(jié)構(gòu)類型、加工件的工藝程序、設(shè)置參數(shù)和加工運(yùn)行模式等，然后將各種數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)檢索表，以提供給智能化模型調(diào)整功能模塊5進(jìn)行模型選擇時(shí)的條件設(shè)置。
[0028](3)操作人員將激光干涉儀16測(cè)試的定位誤差數(shù)據(jù)導(dǎo)入定位誤差數(shù)學(xué)模型自動(dòng)建模功能模塊2，并進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和排序，作為建模時(shí)的數(shù)據(jù)備用。
[0029](4)定位誤差數(shù)學(xué)模型自動(dòng)建模功能模塊2的建模過(guò)程:
首先，將數(shù)控機(jī)床的定位誤差按照影響因子法分解為冷態(tài)下的幾何誤差、室溫變化引起的定位誤差以及螺母運(yùn)動(dòng)溫度變化引起的定位誤差三個(gè)部分。其中冷態(tài)下的幾何誤差可通過(guò)設(shè)定激光干涉儀16的材料膨脹補(bǔ)償溫度為20度而直接測(cè)試得到；后兩種定位誤差則可通過(guò)分解激光干涉儀16的測(cè)試數(shù)據(jù)而分別得到；其次，采用誤差元素建模技術(shù)，根據(jù)誤差影響因子的類型分別進(jìn)行獨(dú)立模型擬合:①冷態(tài)下的幾何誤差可采用多項(xiàng)式擬合法來(lái)得到擬合的誤差計(jì)算公式；②對(duì)于室溫變化引起的定位誤差，可根據(jù)材料的膨脹系數(shù)，根據(jù)絲杠的不同位置和溫度變化大小，得到絲杠的線性膨脹計(jì)算公式；③對(duì)于由螺母運(yùn)動(dòng)溫度變化引起的定位誤差，則需要采用最小二乘擬合法得到4次高階曲線擬合的誤差計(jì)算公式；然后，通過(guò)智能化模型調(diào)整功能模塊5對(duì)三種誤差元素的權(quán)重進(jìn)行調(diào)整，即可獲得機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸的綜合的定位誤差數(shù)學(xué)模型；最后，補(bǔ)償系統(tǒng)將所獲得的初始定位誤差補(bǔ)償模型保存到數(shù)學(xué)模型選擇庫(kù)7中，以備實(shí)時(shí)補(bǔ)償計(jì)算時(shí)調(diào)用。[0030]2.數(shù)控系統(tǒng)定位誤差動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)膶?shí)施步驟
(I)根據(jù)機(jī)床實(shí)際生產(chǎn)各種可能的工況，智能化模型調(diào)整功能模塊5通過(guò)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交互功能模塊4從機(jī)床結(jié)構(gòu)類型檢索表8、加工件的工藝程序檢索表9、設(shè)置參數(shù)檢索表10和加工運(yùn)行模式檢索表11中讀取相關(guān)的信息并進(jìn)行處理，并結(jié)合環(huán)境溫度等綜合因素，自動(dòng)調(diào)用數(shù)學(xué)模型選擇庫(kù)7中的合適定位誤差數(shù)學(xué)計(jì)算模型，并調(diào)整模型的參數(shù)，使得本系統(tǒng)的定位誤差補(bǔ)償模型具有智能的自我分析和調(diào)節(jié)能力，因而能夠滿足在機(jī)床復(fù)雜的實(shí)際加工中在線實(shí)施動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償?shù)墓δ埽鋵?shí)施過(guò)程:
首先，智能化模型調(diào)整功能模塊5可根據(jù)機(jī)床的結(jié)構(gòu)類型從數(shù)學(xué)模型選擇庫(kù)7中選擇適宜的補(bǔ)償模型，如對(duì)于本實(shí)施例的三軸立式加工中心，智能化模型調(diào)整功能模塊5自動(dòng)從模型庫(kù)中調(diào)用三軸定位誤差補(bǔ)償模型進(jìn)行后續(xù)計(jì)算；其次，智能化模型調(diào)整功能模塊5在加工啟動(dòng)前，先通過(guò)讀取加工件的工藝程序檢索表9中的加工件工藝程序來(lái)自動(dòng)擬合出各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)行軌跡，并讀取設(shè)置參數(shù)檢索表10獲得運(yùn)行速度及周期的設(shè)置參數(shù)。然后在通用的定位誤差數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)所獲取的信息，自動(dòng)優(yōu)化定位誤差補(bǔ)償模型的計(jì)算參數(shù)，得到經(jīng)過(guò)優(yōu)化的4次高階曲線誤差計(jì)算公式，并在定位誤差實(shí)時(shí)計(jì)算中采用修正的模型公式來(lái)執(zhí)行補(bǔ)償值計(jì)算；再次，當(dāng)機(jī)床從加工狀態(tài)切換到暫停狀態(tài)時(shí)，智能化模型調(diào)整功能模塊5可從加工運(yùn)行模式檢索表11讀取運(yùn)動(dòng)軸暫停狀態(tài)、持續(xù)時(shí)間及暫停時(shí)的螺母位置，結(jié)合螺母和軸承的溫度變化量，自動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)償模型的修正系數(shù)，并在數(shù)控機(jī)床再次切換到加工狀態(tài)時(shí)，根據(jù)修正系數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)定位誤差的計(jì)算值，以適應(yīng)該工況下的實(shí)際定位誤差變化趨勢(shì)；然后，智能化模型調(diào)整功能模塊5在定位誤差實(shí)時(shí)計(jì)算的同時(shí)，可定周期的根據(jù)絲杠螺母、軸承以及機(jī)床室溫點(diǎn)測(cè)試出溫度值來(lái)校驗(yàn)補(bǔ)償模型的實(shí)時(shí)精度，并修正補(bǔ)償模型中與這些溫度點(diǎn)相關(guān)的誤差元素子模型的系數(shù)，并將修正后誤差補(bǔ)償模型用于實(shí)時(shí)計(jì)算；最后，智能化模型調(diào)整功能模塊5還具有二次建模的能力，可根據(jù)用戶輸入的工件補(bǔ)償后的殘余偏差量，自動(dòng)地按照測(cè)量出的殘差進(jìn)行二次建模，并自動(dòng)覆蓋模型庫(kù)中原定位誤差補(bǔ)償模型，再后續(xù)的工件加工中自動(dòng)從模型庫(kù)中調(diào)用新模型進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算。
[0031](2)實(shí)時(shí)采集溫度變量點(diǎn)的數(shù)據(jù)，作為補(bǔ)償時(shí)的溫度參數(shù)使用，并將溫度數(shù)據(jù)導(dǎo)入三軸定位誤差補(bǔ)償模型；通過(guò)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交互功能模塊4從CNC 17的運(yùn)動(dòng)軸坐標(biāo)值緩存區(qū)14中實(shí)時(shí)讀取數(shù)控機(jī)床各控制軸機(jī)床坐標(biāo)位置，通過(guò)譯碼和數(shù)據(jù)判定后導(dǎo)入補(bǔ)償系統(tǒng)中，然后補(bǔ)償系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前調(diào)用的模型來(lái)計(jì)算得到各控制軸當(dāng)前位置時(shí)的綜合的定位誤差數(shù)值，最后通過(guò)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交互功能模塊4，在閾值判定和運(yùn)行條件判定后將計(jì)算出的各個(gè)軸的實(shí)時(shí)補(bǔ)償量傳送到CNC 17的誤差補(bǔ)償值緩存區(qū)13中，由CNC 17將當(dāng)前補(bǔ)償值疊加到插補(bǔ)運(yùn)算上。
[0032](3)定位誤差補(bǔ)償?shù)膶?shí)施中，特殊標(biāo)志位輸入輸出緩沖區(qū)12用于輸入輸出補(bǔ)償系統(tǒng)定義的特殊標(biāo)志位，通過(guò)與CNC 17之間預(yù)先設(shè)定的工作模式協(xié)議，來(lái)監(jiān)控補(bǔ)償功能的實(shí)施；
3.自學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練和優(yōu)化的實(shí)施方法
所述的自學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練和優(yōu)化，是指:基于面向?qū)ο蟮木幊棠Ｊ剑瑯?gòu)建歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)15和自學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練和優(yōu)化功能模塊6。歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)15用于存放溫度變量布置點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)以及各運(yùn)動(dòng)軸的定位誤差計(jì)算值，并可實(shí)時(shí)保存機(jī)床加工時(shí)的輸入?yún)?shù)值和工藝程序，自學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練和優(yōu)化功能模塊6用于根據(jù)實(shí)時(shí)采集的溫度、加工參數(shù)信息以及坐標(biāo)信息等與歷史數(shù)據(jù)的對(duì)比和分析，不斷修正和優(yōu)化定位誤差元素模型計(jì)算公式的系數(shù)，并自動(dòng)保存修正后的模型，自學(xué)習(xí)訓(xùn)練和優(yōu)化模塊通過(guò)對(duì)比新舊模型的誤差，當(dāng)達(dá)到設(shè)定閾值后即將修正后的模型系統(tǒng)導(dǎo)入模型庫(kù)中，因而能夠很好地提高模型的魯棒性和適應(yīng)性，從而提高本機(jī)床誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)的精度和可靠性。
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)控機(jī)床定位誤差動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于由數(shù)控機(jī)床定位誤差補(bǔ)償硬件系統(tǒng)和基于網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)交互的補(bǔ)償軟件平臺(tái)構(gòu)成；數(shù)控機(jī)床定位誤差補(bǔ)償硬件系統(tǒng)和基于網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)交互的補(bǔ)償軟件平臺(tái)；硬件系統(tǒng)作為補(bǔ)償軟件的載體和執(zhí)行部件，用于實(shí)現(xiàn)各功能模塊之間的連接和通訊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及人機(jī)交互；軟件系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮木幊棠Ｊ?，并結(jié)合了與CNC進(jìn)行以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交互的驅(qū)動(dòng)功能，可實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的采集和預(yù)處理，定位誤差數(shù)學(xué)模型的自動(dòng)建模、定位誤差實(shí)時(shí)計(jì)算、補(bǔ)償系統(tǒng)與CNC的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交互、智能化模型調(diào)整功能、自學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練和優(yōu)化；通過(guò)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床誤差的實(shí)時(shí)在線補(bǔ)償； 所述的數(shù)控機(jī)床定位誤差補(bǔ)償硬件系統(tǒng)主要包括嵌入式計(jì)算機(jī)、觸摸式顯示器、溫度傳感器、溫度采集模塊和網(wǎng)絡(luò)通訊卡；嵌入式計(jì)算機(jī)過(guò)視頻線和USB線與觸摸顯示器連接，通過(guò)網(wǎng)線與溫度采集模塊連接，采用以太網(wǎng)總線方式與網(wǎng)絡(luò)通訊卡連接，構(gòu)建硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)；觸摸顯示器可實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，用戶可在觸摸式顯示器上輸入和讀出數(shù)據(jù)；溫度傳感器置于機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸的螺母、前后軸承以及室溫測(cè)試位置，并通過(guò)銅芯電纜與溫度采集模塊連接，將熱源點(diǎn)的溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮枳柚底兓粶囟炔杉K則完成對(duì)熱電阻阻值變化的辨識(shí)，通過(guò)信號(hào)濾波、放大和A/D轉(zhuǎn)換，將采集的熱源溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制的數(shù)據(jù)格式，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到嵌入式計(jì)算機(jī)一端；網(wǎng)絡(luò)通訊卡一端通過(guò)以太網(wǎng)與嵌入式計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊，另一端用連接到數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)口，實(shí)現(xiàn)與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度信號(hào)的采集和預(yù)處理，其特征是，實(shí)時(shí)采集機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸的螺母和前后軸承上所布置的溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)，并對(duì)采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行零均值化處理，然后再進(jìn)行平穩(wěn)化處理，以消除隨機(jī)噪聲和機(jī)床系統(tǒng)噪聲引起的測(cè)量誤差；對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，判別機(jī)床的升溫敏感點(diǎn)位置，并通知智能化模型調(diào)整功能模塊刷新模型的輸入溫度變量；實(shí)時(shí)采集的溫度數(shù)據(jù)將自動(dòng)保持在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位誤差數(shù)學(xué)模型的自動(dòng)建模，其特征是，首先，將機(jī)床的定位誤差按照影響因子法分解為冷態(tài)下的幾何誤差、室溫變化引起的定位誤差以及螺母運(yùn)動(dòng)溫度變化引起的定位誤差三個(gè)部分；其中冷態(tài)下的幾何誤差可通過(guò)設(shè)定激光干涉儀的材料膨脹補(bǔ)償溫度而直接測(cè)試得到；后兩種定位誤差則可通過(guò)分解激光干涉儀測(cè)試數(shù)據(jù)而分別得到；其次，采用誤差元素建模技術(shù)，根據(jù)誤差影響因子的類型分別進(jìn)行獨(dú)立模型擬合，第一，冷態(tài)下的幾何誤差可采用多項(xiàng)式擬合法來(lái)得到擬合的誤差計(jì)算公式；第二，對(duì)于室溫變化引起的定位誤差，可根據(jù)材料的膨脹系數(shù)，根據(jù)絲杠的不同位置和溫度變化大小，得到絲杠的線性膨脹計(jì)算公式；第三，對(duì)于由螺母運(yùn)動(dòng)溫度變化引起的定位誤差，則需要采用最小二乘擬合法得到4次高階曲線擬合的誤差計(jì)算公式；然后，通過(guò)智能化模型調(diào)整功能模塊對(duì)于三種誤差元素的權(quán)重進(jìn)行調(diào)整，即可獲得機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸的綜合的定位誤差數(shù)學(xué)模型；最后，補(bǔ)償系統(tǒng)將所獲得的初始定位誤差補(bǔ)償模型保存到模型選擇庫(kù)中，以備實(shí)時(shí)補(bǔ)償計(jì)算時(shí)調(diào)用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位誤差實(shí)時(shí)計(jì)算，其特征是，通過(guò)溫度采集模塊實(shí)時(shí)獲取輸入溫度變量點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并將實(shí) 時(shí)溫度數(shù)據(jù)導(dǎo)入誤差補(bǔ)償模型；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊卡實(shí)時(shí)讀取數(shù)控機(jī)床各控制軸機(jī)床坐標(biāo)位置，并同樣導(dǎo)入補(bǔ)償模型中，然后系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前調(diào)用的模型計(jì)算得到個(gè)控制軸當(dāng)前位置時(shí)的綜合的定位誤差數(shù)值，最后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊卡，在閾值判定和運(yùn)行條件判定后將計(jì)算出的各個(gè)軸的實(shí)時(shí)補(bǔ)償量傳送到CNC中，由CNC將當(dāng)前補(bǔ)償值疊加到插補(bǔ)運(yùn)算上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的補(bǔ)償系統(tǒng)與CNC的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交互，其特征是，補(bǔ)償系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊讀出機(jī)床各控制軸的當(dāng)前機(jī)床坐標(biāo)位置，通過(guò)譯碼和數(shù)據(jù)判定后送入誤差補(bǔ)償模型的變量輸入端；誤差數(shù)學(xué)模型計(jì)算后的補(bǔ)償值，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊卡傳送到CNC中的補(bǔ)償值存儲(chǔ)區(qū)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化模型調(diào)整功能，其特征是，按照機(jī)床結(jié)構(gòu)類型、加工件的工藝程序、設(shè)置參數(shù)、加工運(yùn)行模式、環(huán)境溫度等綜合因素，自動(dòng)調(diào)用數(shù)學(xué)模型庫(kù)中的適配的定位誤差補(bǔ)償模型，并調(diào)整模型的參數(shù)，使定位誤差補(bǔ)償模型具有智能的自我分析和調(diào)節(jié)能力，滿足在實(shí)際加工中的在線實(shí)施動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償?shù)墓δ?，其方法為，首先，智能化模型調(diào)整功能可根據(jù)機(jī)床的結(jié)構(gòu)類型從模型庫(kù)中選擇適配的補(bǔ)償模型；其次，智能化模型調(diào)整功能在加工啟動(dòng)前，先通過(guò)讀取加工件工藝程序來(lái)自動(dòng)擬合出各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)行軌跡，并獲得運(yùn)行速度及周期的設(shè)置參數(shù)，然后在通用定位誤差數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)所獲取的信息，自動(dòng)優(yōu)化定位誤差補(bǔ)償模型的計(jì)算參數(shù)，并在定位誤差實(shí)時(shí)計(jì)算中采用修正的模型公式來(lái)執(zhí)行補(bǔ)償值計(jì)算；再次，當(dāng)機(jī)床從加工狀態(tài)切換到暫停狀態(tài)時(shí)，智能化模型調(diào)整功能可根據(jù)運(yùn)動(dòng)軸暫停狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間及暫停時(shí)的螺母位置，結(jié)合螺母和軸承的溫度變化量，自動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)償模型的修正系數(shù)，并在數(shù)控機(jī)床切換到加工狀態(tài)時(shí)，根據(jù)修正系數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)定位誤差的計(jì)算值，以適應(yīng)該工況下的實(shí)際定位誤差變化趨勢(shì)；然后，智能化模型調(diào)整功能在定位誤差實(shí)時(shí)計(jì)算的同時(shí)，可定周期的根據(jù)絲杠螺母、軸承以及機(jī)床室溫點(diǎn)測(cè)試出溫度值來(lái)校驗(yàn)補(bǔ)償模型的實(shí)時(shí)精度，并修正補(bǔ)償模型中與這些溫度點(diǎn)相關(guān)的誤差元素子模型的系數(shù)，并將修正后誤差補(bǔ)償模型用于實(shí)時(shí)計(jì)算；最后，智能化模型調(diào)整功能還具有二次建模的能力，可根據(jù)用戶輸入的工件補(bǔ)償后的殘余偏差量，自動(dòng)地按照測(cè)量出的殘差進(jìn)行二次建模，并自動(dòng)覆蓋模型庫(kù)中原定位誤差補(bǔ)償模型，在后續(xù)的工件加工中自動(dòng)從模型庫(kù)中調(diào)用新模型進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練和優(yōu)化，其特征是，基于面向?qū)ο蟮木幊棠Ｊ?，?gòu)建歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)和自學(xué)習(xí)訓(xùn)練和優(yōu)化模塊；歷史數(shù)據(jù)庫(kù)用于存放溫度變量布置點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)以及各運(yùn)動(dòng)軸的定位誤差計(jì)算值，并可實(shí)時(shí)保存機(jī)床加工時(shí)的輸入?yún)?shù)值和工藝程序，自學(xué)習(xí)訓(xùn)練和優(yōu)化模塊用于根據(jù)實(shí)時(shí)采集的溫度、加工參數(shù)信息以及坐標(biāo)信息等與歷史數(shù)據(jù)的對(duì)比和分析，不斷修正和優(yōu)化定位誤差元素模型計(jì)算公式的系數(shù)，并自動(dòng)保存修正后的模型，自學(xué)習(xí)訓(xùn)練和優(yōu)化模塊通過(guò)對(duì)比新舊模型的誤差，當(dāng)達(dá)到設(shè)定閾值后即將修正后的模型系統(tǒng)導(dǎo)入模型庫(kù)中。
【文檔編號(hào)】G05B19/404GK103576604SQ201210258793
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月25日
【發(fā)明者】姚曉棟 申請(qǐng)人:上海睿濤信息科技有限公司