[發明專利]數控機床定位誤差動態實時補償系統

無效

• 申請號: 201210258793.8
• 申請日: 2012-07-25
• 公開（公告）號: CN103576604A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 姚曉棟
• 申請（專利權）人: 上海睿濤信息科技有限公司
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種數控機床定位誤差動態實時補償系統，其特征在于由數控機床定位誤差補償硬件系統和基于網絡化數據交互的補償軟件平臺構成；數控機床定位誤差補償硬件系統和基于網絡化數據交互的補償軟件平臺；硬件系統作為補償軟件的載體和執行部件，用于實現各功能模塊之間的連接和通訊、數據存儲及人機交互；軟件系統采用面向對象的編程模式，并結合了與CNC進行以太網數據交互的驅動功能，可實現溫度信號的采集和預處理，定位誤差數學模型的自動建模、定位誤差實時計算、補償系統與CNC的以太網數據交互、智能化模型調整功能、自學習模型訓練和優化；通過硬件系統和軟件系統的協同工作，實現數控機床誤差的實時在線補償；

所述的數控機床定位誤差補償硬件系統主要包括嵌入式計算機、觸摸式顯示器、溫度傳感器、溫度采集模塊和網絡通訊卡；嵌入式計算機過視頻線和USB線與觸摸顯示器連接，通過網線與溫度采集模塊連接，采用以太網總線方式與網絡通訊卡連接，構建硬件系統的基礎平臺；觸摸顯示器可實現人機交互功能，用戶可在觸摸式顯示器上輸入和讀出數據；溫度傳感器置于機床運動軸的螺母、前后軸承以及室溫測試位置，并通過銅芯電纜與溫度采集模塊連接，將熱源點的溫度轉變為電阻阻值變化；溫度采集模塊則完成對熱電阻阻值變化的辨識，通過信號濾波、放大和A/D轉換，將采集的熱源溫度數據轉變為二進制的數據格式，并通過網絡將數據傳送到嵌入式計算機一端；網絡通訊卡一端通過以太網與嵌入式計算機實現通訊，另一端用連接到數控系統的網絡口，實現與機床數控系統的實時數據交互。

2.根據權利要求1所述的溫度信號的采集和預處理，其特征是，實時采集機床運動軸的螺母和前后軸承上所布置的溫度傳感器的溫度數據，并對采集的溫度數據進行零均值化處理，然后再進行平穩化處理，以消除隨機噪聲和機床系統噪聲引起的測量誤差；對溫度數據進行相關性分析，判別機床的升溫敏感點位置，并通知智能化模型調整功能模塊刷新模型的輸入溫度變量；實時采集的溫度數據將自動保持在歷史數據庫中。

3.根據權利要求1所述的定位誤差數學模型的自動建模，其特征是，首先，將機床的定位誤差按照影響因子法分解為冷態下的幾何誤差、室溫變化引起的定位誤差以及螺母運動溫度變化引起的定位誤差三個部分；其中冷態下的幾何誤差可通過設定激光干涉儀的材料膨脹補償溫度而直接測試得到；后兩種定位誤差則可通過分解激光干涉儀測試數據而分別得到；其次，采用誤差元素建模技術，根據誤差影響因子的類型分別進行獨立模型擬合，第一，冷態下的幾何誤差可采用多項式擬合法來得到擬合的誤差計算公式；第二，對于室溫變化引起的定位誤差，可根據材料的膨脹系數，根據絲杠的不同位置和溫度變化大小，得到絲杠的線性膨脹計算公式；第三，對于由螺母運動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算公式；然后，通過智能化模型調整功能模塊對于三種誤差元素的權重進行調整，即可獲得機床運動軸的綜合的定位誤差數學模型；最后，補償系統將所獲得的初始定位誤差補償模型保存到模型選擇庫中，以備實時補償計算時調用。

4.根據權利要求1所述的定位誤差實時計算，其特征是，通過溫度采集模塊實時獲取輸入溫度變量點的數據，并將實時溫度數據導入誤差補償模型；通過網絡通訊卡實時讀取數控機床各控制軸機床坐標位置，并同樣導入補償模型中，然后系統根據當前調用的模型計算得到個控制軸當前位置時的綜合的定位誤差數值，最后通過網絡通訊卡，在閾值判定和運行條件判定后將計算出的各個軸的實時補償量傳送到CNC中，由CNC將當前補償值疊加到插補運算上。

5.根據權利要求1所述的補償系統與CNC的以太網數據交互，其特征是，補償系統通過網絡通訊讀出機床各控制軸的當前機床坐標位置，通過譯碼和數據判定后送入誤差補償模型的變量輸入端；誤差數學模型計算后的補償值，通過網絡通訊卡傳送到CNC中的補償值存儲區中。