[發明專利]基于位置反饋信號的數控機床誤差補償系統

無效

• 申請號: 201410360299.1
• 申請日: 2014-07-28
• 公開（公告）號: CN104181863A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 陳光勝;朱帥;鄭慶振
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根;王晶

技術領域

本發明涉及一種的數控機床誤差補償系統，具體是一種基于位置反饋信號的數控機床誤差的補償系統。

背景技術

由于各種誤差的存在，數控機床在加工零件時總會存在誤差，這種誤差使加工件的精度降低，因此這種誤差應盡力避免或減小。為了降低各種機床誤差的影響，可以采用“誤差補償法”，即在不提高機床本體零部件制造和裝配精度的前提下，對數控加工中所存在誤差或對加工工件造成的誤差進行測量或預測，根據機床的結構和運動規律，通過軟件或硬件使數控機床制造出一種誤差來消除由于外部誤差造成的影響。該方法成本低、效果明顯。

目前，多數控系統特別是經濟型的數控系統并不提供誤差補償功能，雖然已有高檔的數控系統提供了通用的誤差補償功能，但補償項目較少，功能單一，不能滿足要求。在很多情況下，機床生產者或用戶需要根據加工工件的特點開發專用的補償模塊，但一般數控系統并不支持開發功能，即使有數控系統支持二次開發功能，開發的模塊只能應用于該種系統，通用性差，適用面窄。

因此，開發一種通用性強，適應面廣且實施方便的誤差補償系統，是當前機床加工業提出的必然要求。

發明內容

本發明提出一種基于位置反饋信號的數控機床誤差補償系統，適合于采用正余弦信號或正交TTL電平的編碼器或光柵尺為位置反饋元件的數控機床,該補償器只需要接入到數控機床位置反饋電路,所有補償功能均在補償系統軟件中設置完成，與機床所采用的數控系統無關，該補償器具有通用性強，適應面廣，與數控系統集成容易的特點。

為實現上述目的,本發明的技術方案是：一種基于位置反饋信號的數控機床誤差補償系統，包括基于ARM的上位機模塊、基于DSP的下位機模塊、AD模塊、DA模塊，上位機HMI管理模塊、下位機實時補償模塊，上位機HMI管理模塊運行于基于ARM的上位機模塊，下位機實時補償模塊運行于基于DSP的下位機模塊，其中信號的輸入和輸出分別利用多路的AD模塊和DA模塊，其特征在于：上位機HMI管理模塊和下位機實時補償模塊還包括補償參數設置模塊、誤差補償模塊、位置檢測模塊、補償信號發生模塊，其中：

補償參數設置模塊：通過人機用戶界面的顯示和交互，實現補償器的參數設置，并與基于DSP的下位機模塊實現通訊連接，將補償參數下載到基于DSP的下位機模塊中；

位置檢測模塊：接收數控機床位置傳感器的信號，實現機床位置的實時檢測；

誤差補償模塊：根據基于ARM的上位機模塊傳下的補償參數和機床位置信息，實時計算出機床各運動軸需要補償的數值，通過補償信號發生模塊將補償后的傳感器信號發送到機床數控系統位置控制器，從而實現數控機床誤差補償。

誤差補償模塊由單軸補償模塊、軸間補償模塊、用戶模型補償模塊組成。

位置檢測模塊分別具有正余弦波信號、TTL數字電平正交電平信號接收通道，實現正余弦信號的精確計數、鑒相和細分，并通過正余弦波信號或TTL數字電平正交電平信號通道實現機床位置的精確檢測，并為誤差補償模塊提供誤差補償的位置參考。

補償信號發生模塊接收單軸補償模塊、軸間補償模塊、用戶模型補償模塊的數學模型運算結果的命令數據，將這些數據轉化成補償信號添加到位置反饋信號，并將該位置反饋信號輸入到數控機床位置控制器。

本發明的有益效果是：

該誤差補償系統通過補償參數設置模塊實現人機用戶界面的顯示和交互，實現補償器的參數設置，并與下位機實現通訊，將補償參數下載到下位機中。位置檢測模塊接入數控機床位置傳感器的信號，實現機床位置的實時檢測。單軸補償模塊、軸間補償模塊和用戶模型補償模塊根據上位機傳下的補償參數和機床位置信息實時計算出各運動軸需要補償的數值，最后通過補償發生模塊將補償后的傳感器信號發送到機床數控系統位置控制器。從而實現數控機床誤差補償的功能。

該補償系統適合于采用正余弦信號或正交TTL電平的編碼器或光柵尺為位置反饋元件的數控機床,該補償器只需要接入到數控機床位置反饋電路,所有補償功能均在補償系統軟件中設置完成，與機床所采用的數控系統無關，該補償器具有通用性強，適應面廣，與數控系統集成容易的特點。

附圖說明

圖1是本發明的補償系統硬件模塊原理圖；

圖2是本發明的補償系統軟件模塊原理圖；

圖3是本發明的補償系統的輸入、輸出信號圖；

其中：（a）是位置傳感器信號，（b）是補償器輸出無補償信號，（c）是補償器輸出有補償信號1，（d）補償器輸出有補償信號2