[發明專利]基于CPS的重型數控機床熱誤差補償控制系統及熱誤差補償方法

有效

• 申請號: 201710846670.9
• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN107695775B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 婁平;李炆峰;胡建民;嚴俊偉;劉泉;周祖德
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B23Q11/00
• 分類號: B23Q11/00;G06F17/50;G05B19/404
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 潘杰;劉琳

1.一種基于CPS的重型數控機床熱誤差補償控制系統，其特征在于：所述熱誤差補償控制系統包括：

嵌入式采集卡(A)：用于采集機床測點的溫度信息、機床主軸刀尖的位移熱誤差，將采集的數據通過無線網絡上傳至云端服務器，并對數據經過預處理后發送至運算控制器(B)；所述嵌入式采集卡(A)包括：

傳感器(1)：用于實時采集機床測點的溫度信息、機床主軸刀尖的位移熱誤差；

數據匯集單元(9)：用于收集匯總全部傳感器實時采集的溫度信息和位移熱誤差；

網絡通信單元(12)：用于將采集的全部數據通過無線網絡上傳至云端服務器；

數據存儲單元(8)：用于將采集的全部數據存儲在本地SD卡中作為備份；

數據處理單元(2)：用于對采集的全部數據進行預處理，選擇關鍵測點的溫度信息傳輸到運算控制器(B)；

運算控制器(B)：用于根據接收的溫度數據代入預測數學模型計算熱誤差預測值，并根據制定的補償策略將熱誤差預測值處理為實時補償值，隨后把實時補償值發送至數控連接器(C)，并把熱誤差預測值和實時補償值通過無線網絡上傳至云端服務器，所述預測數學模型和補償策略通過無線網絡接收遠程更新；所述運算控制器(B)包括：

熱誤差預測單元(3)：用于根據接收的溫度信息，通過預測數學模型計算出熱誤差預測值；

補償策略執行單元(4)：用于根據制定的補償策略，將熱誤差預測值處理為實時的熱誤差補償值，并將實時補償值傳送到數控連接器(C)；

模型通信單元(17)：用于將歷次預測值和補償值上傳到云端服務器作數據分析使用，并接收預測數學模型和補償策略的更新信息；

預測存儲單元(18)：用于將歷次預測值和補償值存儲在本地SD卡作為備份；

熱誤差預測單元(3)憑借模型通信單元(17)與云端服務器通信，云端服務器根據大量數據分析評價預測模型在當前環境下的適用性，并通過網絡發送新模型到運算控制器(B)，雙方依靠已經制定好的協議在合適的時機通過IAP技術實現模型更新；

數控連接器(C)；用于將接收的實時補償值通過NCUC總線輸入機床數控系統(11)，所述機床數控系統(11)在運行加工G代碼時讀取實時補償值，并控制機床X、Y、Z軸移動。

2.根據權利要求1所述的基于CPS的重型數控機床熱誤差補償控制系統，其特征在于：所述數控連接器(C)包括

數據中轉單元(5)：用于接收運算控制器(B)發送的實時補償值并發送至FPGA芯片(6)；

FPGA芯片(6)：用于將接收的實時補償值封裝成標準NCUC幀數據并發送至NCUC接口單元(7)；

NCUC接口單元(7)：用于將接收的NCUC幀數據通過NCUC總線連入機床數控系統中，并與機床數控系統進行數據交互。

3.根據權利要求1所述的基于CPS的重型數控機床熱誤差補償控制系統，其特征在于：所述傳感器(1)包括設置于重型數控機床的主軸、立柱和橫梁部位的光纖光柵溫度傳感器(1-1)、DS18B20溫度傳感器(1-2)和設置于主軸刀尖的激光位移傳感器(1-3)。

4.根據權利要求2所述的基于CPS的重型數控機床熱誤差補償控制系統，其特征在于：所述FPGA芯片(6)中運行專用NCUCIP核，利用內嵌的機床數控系統PLC地址映射算法，解析或封裝NCUC數據幀，通過并行讀寫接口與數據中轉單元(5)交互。

5.根據權利要求2所述的基于CPS的重型數控機床熱誤差補償控制系統，其特征在于：所述數據中轉單元(5)與FPGA芯片(6)之間采取IO口傳輸的方式，用8根并行數據線和5根地址線。