[發(fā)明專利]一種針對(duì)動(dòng)態(tài)誤差的五軸數(shù)控機(jī)床RTCP檢測(cè)過程規(guī)劃方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110992429.3
• 申請(qǐng)日: 2021-08-27
• 公開（公告）號(hào): CN113485243B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁啟程;丁杰雄;王偉;王林江;雷豐敏;杜麗;胡翀;賴俊杰;段瑩瑞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/404
• 分類號(hào): G05B19/404
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發(fā)明公開一種針對(duì)動(dòng)態(tài)誤差的五軸數(shù)控機(jī)床RTCP檢測(cè)過程規(guī)劃方法，應(yīng)用于多軸數(shù)控加工精度檢測(cè)領(lǐng)域，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中缺少針對(duì)五軸加工動(dòng)態(tài)誤差檢測(cè)的RTCP檢測(cè)規(guī)劃方法的問題；本發(fā)明根據(jù)各軸跟蹤誤差到刀尖點(diǎn)三維動(dòng)態(tài)誤差的傳遞關(guān)系，定義誤差觀測(cè)矩陣，以誤差觀測(cè)矩陣的傳遞過程可觀測(cè)度作為優(yōu)化指標(biāo)，建立基于改進(jìn)型遺傳算法的旋轉(zhuǎn)軸位置優(yōu)化，得到RTCP檢測(cè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，再根據(jù)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三階樣條插值，得到完整的RTCP檢測(cè)過程旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。通過該種檢測(cè)過程規(guī)劃，可以賦予RTCP檢測(cè)更強(qiáng)的動(dòng)態(tài)誤差檢測(cè)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多軸數(shù)控加工精度檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種用于五軸數(shù)控機(jī)床RTCP檢測(cè)、針對(duì)動(dòng)態(tài)誤差的檢測(cè)過程規(guī)劃技術(shù)。

背景技術(shù)

五軸數(shù)控機(jī)床，顧名思義，通過在傳統(tǒng)三軸機(jī)床的基礎(chǔ)上添加兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，從而使機(jī)床刀具能夠在空間內(nèi)以任意姿態(tài)到達(dá)任意位置，提供側(cè)銑加工復(fù)雜曲面的能力，適用于飛機(jī)零部件、葉輪螺旋槳等高去除率、高精度工件的加工。對(duì)于五軸數(shù)控機(jī)床來說，隨著加工精度與加工效率的要求不斷提升，相比起其它誤差類型，伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能缺陷引起的動(dòng)態(tài)誤差是高速高精度運(yùn)動(dòng)過程中影響加工精度的最主要因素，因此，對(duì)于動(dòng)態(tài)精度進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)五軸數(shù)控機(jī)床的使用與改進(jìn)具有重要的意義。

RTCP檢測(cè)儀是一種較為常用的五軸機(jī)床動(dòng)態(tài)精度檢測(cè)儀器。現(xiàn)代五軸機(jī)床利用RTCP(Rotation Tool Centre Point)功能，即繞刀具中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)功能減小轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的非線性誤差，根據(jù)該功能，國(guó)外研制出RTCP檢測(cè)儀，該裝置由3個(gè)固定相互垂直的位移傳感器和1個(gè)安裝在主軸上的標(biāo)準(zhǔn)球組成，基于RTCP功能，設(shè)計(jì)五軸聯(lián)動(dòng)指令保持主軸末端標(biāo)準(zhǔn)球相對(duì)工作臺(tái)靜止，利用測(cè)量小球三個(gè)方向上的位移偏差，直接反映五軸機(jī)床的動(dòng)態(tài)精度。

RTCP檢測(cè)的基本方法為：打開數(shù)控起床的RTCP功能，設(shè)定刀尖點(diǎn)位置固定，轉(zhuǎn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)，理論上平動(dòng)軸應(yīng)進(jìn)行跟隨補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，使得刀尖點(diǎn)應(yīng)該保持靜止，但由于各軸跟隨誤差的存在，實(shí)際上補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)存在不精確，導(dǎo)致刀尖點(diǎn)產(chǎn)生微小位移，即產(chǎn)生了誤差，通過檢測(cè)和分析刀尖點(diǎn)微小位移，可以評(píng)估機(jī)床性能并指導(dǎo)機(jī)床調(diào)試。各軸跟蹤誤差與各軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即位置、速度、加速度及高階速度有關(guān)，而對(duì)于RTCP檢測(cè)，通過規(guī)劃兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的變化，可以進(jìn)一步確定檢測(cè)過程五個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而確定對(duì)動(dòng)態(tài)誤差的檢測(cè)性能，該規(guī)劃通常被稱為RTCP檢測(cè)過程規(guī)劃。目前針對(duì)RTCP檢測(cè)過程規(guī)劃，已有一些方案，如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)“Test conditions for machining centres—Part 6:Accuracy of speeds andinterpolations”中提供的雙轉(zhuǎn)動(dòng)軸勻速運(yùn)動(dòng)方案、論文“五軸機(jī)床RTCP檢測(cè)的軌跡生成與性能比較.機(jī)械工程學(xué)報(bào).2019,55(20):116-127”提出的8字形方案、S形方案等，但以上方案均基于簡(jiǎn)單數(shù)控指令或工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)規(guī)劃，沒有針對(duì)五軸加工動(dòng)態(tài)誤差的發(fā)生機(jī)理和特點(diǎn)進(jìn)行特化，檢測(cè)性能不夠令人滿意。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種針對(duì)動(dòng)態(tài)誤差的五軸數(shù)控機(jī)床RTCP檢測(cè)過程規(guī)劃方法，基于五軸加工動(dòng)態(tài)誤差的發(fā)生機(jī)理和特點(diǎn)進(jìn)行RTCP檢測(cè)過程的規(guī)劃。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種針對(duì)動(dòng)態(tài)誤差的五軸數(shù)控機(jī)床RTCP檢測(cè)過程規(guī)劃方法，包括以下步驟：

S1、確定兩個(gè)優(yōu)化指標(biāo)，記為第一優(yōu)化指標(biāo)與第二優(yōu)化指標(biāo)；

所述第一優(yōu)化指標(biāo)通過兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸位置(α_軸,β_軸)決定，第二優(yōu)化指標(biāo)通過兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的位置及其速度夾角(α_軸,β_軸,θ_αβ)決定；

S2、分別在(α_軸,β_軸)二維可行域和(α_軸,β_軸,θ_αβ)三維可行域中基于Hammersley序列生成若干樣本點(diǎn)，根據(jù)這若干樣本點(diǎn)得到樣本庫；