热补偿装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种热补偿装置及方法，该方法包括：感测综合加工机产生温度感测值；根据温度感测值、对应第一关键位置及第二关键位置的第一热变位模型和第二热变位模型，计算第一模型热位移量与第二模型热位移量；根据第一模型热位移量、第二模型热位移量以及路径插值命令产生第一关键位置及第二关键位置间的任一位置的热位移量补偿值；根据热位移量补偿值对路径插值命令进行补偿，控制进给轴根据补偿后路径插值命令驱动床台。通过热补偿装置以及热补偿方法提供的机制，根据有限的热变位模型计算进给轴上不同位置的热位移量补偿值，以使进给轴根据补偿后路径插值命令驱动床台，达到精确控制的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热补偿
，尤其涉及一种热补偿装置及方法。
技术介绍
在机械加工的过程中，加工的精确度取决于静态误差以及动态误差。其中，静态误差是加工机的几何误差所产生，其误差量大小与位置相关。动态误差则是由电脑数值控制器(computernumericalcontroller；CNC)所产生的误差。然而，在高速加工的条件下，热变位所导致的误差，已经成为加工机主要的误差来源。热变位误差占机台总误差可达40％至70％。因此，如何设计一个新的热补偿装置及方法，以改善上述的缺点，乃为此一业界亟待解决的问题。
技术实现思路
因此，本专利技术的一实施方式是在提供一种热补偿方法，应用于热补偿装置，热补偿装置应用于综合加工机中，综合加工机包含进给轴以及依据进给轴的驱动而移动的床台。热补偿方法包括：通过温度感测模块感测综合加工机的至少一关键位置的温度，以产生至少一温度感测值；通过轨迹运算模块包含的模型热变位计算单元，根据温度感测值至少其中之一以及第一热变位模型计算第一模型热位移量，以及根据温度感测值至少其中之一以及第二热变位模型计算第二模型热位移量，其中第一热变位模型及第二热变位模型分别对应进给轴的第一关键位置以及第二关键位置；通过轨迹运算模块包含的补偿计算单元，接收第一模型热位移量、第二模型热位移量以及路径插值命令，并据以产生第一关键位置及第二关键位置间的任一位置的至少一热位移量补偿值，其中所述路径插值命令为该轨迹运算模块中的路径插值计算单元根据空间轨迹信息产生；通过轨迹运算模块包含的插值命令单元，根据热位移量补偿值对路径插值命令进行补偿，以产生补偿后路径插值命令；以及通过插值命令单元，控制进给轴根据补偿后路径插值命令驱动床台。本专利技术的另一实施方式是在提供一种热补偿装置，应用于综合加工机中，综合加工机包含进给轴以及依据进给轴的驱动而移动的床台。热补偿装置包含：温度感测模块以及轨迹运算模块。温度感测模块用以感测综合加工机的至少一关键位置的温度，以产生至少一温度感测值。轨迹运算模块包含：模型热变位计算单元、路径插值计算单元、补偿计算单元以及插值命令单元。模型热变位计算单元根据温度感测值至少其中之一以及第一热变位模型计算第一模型热位移量，以及根据温度感测值至少其中之一以及第二热变位模型计算第二模型热位移量，其中第一变位模型及第二热变位模型分别对应进给轴的第一关键位置以及第二关键位置。路径插值计算单元，用以接收空间轨迹信息，产生一路径插值命令。补偿计算单元接收第一模型热位移量、第二模型热位移量以及路径插值命令，并据以产生第一关键位置及第二关键位置间的任一位置的热位移量补偿值。插值命令单元根据热位移量补偿值对路径插值命令进行补偿，以产生补偿后路径插值命令，控制进给轴根据补偿后路径插值命令驱动床台。应用本专利技术的优点在于，通过热补偿装置以及热补偿方法提供的机制，根据有限的热变位模型计算进给轴上不同位置的热位移量补偿值，以使进给轴根据补偿后路径插值命令驱动床台，达到精确控制的目的。附图说明图1为本专利技术的一实施例中一种综合加工机的示意图；图2为本专利技术的一实施例中一种热补偿装置以及综合加工机的结构示意图；图3为本专利技术一实施例中图2的补偿计算单元更详细的结构示意图；图4为本专利技术一实施例中进给轴的位置及对应的补偿值的关系的示意图；图5为本专利技术一实施例中一种热补偿方法的流程图；图6为本专利技术的一实施例中一种热补偿装置以及综合加工机的结构示意图；图7为本专利技术一实施例中适应性滤波单元更详细的结构示意图；图8为本专利技术一实施例中第一误差值以及第一权重值的关系示意图；图9为本专利技术一实施例中补偿计算单元更详细的结构示意图；图10为本专利技术一实施例中模型热位移量经由传统滤波器和适应性滤波器滤波后产生的波形图；图11为本专利技术一实施例中热位移补偿值与时间和进给轴位置的关系示意图；图12为本专利技术一实施例中一种热补偿方法的流程图。上述附图中的标记说明如下：1：综合加工机10：进给轴100：导螺杆102A、102B：轴承11：工件12：床台13：编码器14：机台底座15：马达17：加工器具2、2’：热补偿装置20：温度感测模块200：温度感测单元202：温度撷取单元21：温度感测值22、22’：轨迹运算模块220：模型热变位计算单元221：第一模型热位移量222、222’：补偿计算单元223：第二模型热位移量224：插值命令单元225：路径插值命令226：信号处理单元227：热位移量补偿值228：路径插值计算单元229：补偿后路径插值命令23：空间轨迹信息24：电脑数值控制器240：通信模块242：储存模块300：第一计算模块301：第一模型热位移分量302：第二计算模块303：第二模型热位移量304：第三计算模块500：热补偿方法501-505：步骤60：适应性滤波单元61、61’：第一模型热位移补偿值63：第二模型热位移补偿值702：权重计算器700：误差计算器706：热位移补偿值计算器704：速率计算器1200-1206：步骤1200：热补偿方法具体实施方式请参照图1。图1为本专利技术的一实施例中，一种综合加工机1的示意图。综合加工机1包含：进给轴10以及床台12。在本实施例中，进给轴10包含导螺杆100以及轴承102A与102B。其中，轴承102A与102B固定设置于机台底座14上，并用以支撑导螺杆100。导螺杆100可由例如，但不限于穿过轴承102A与102B的方式设置，并可相对轴承102A与102B在导螺杆100延伸方向上的X轴进行移动。床台12用以承载工件11，其中工件11可为任何待进行加工处理的物体。床台12可设置于导螺杆100上的任一位置。导螺杆100进行移动时，可驱动床台12沿X轴进行移动，并使得工件11随着床台12移动。在一实施例中，综合加工机1可还包含编码器13及马达15。其中，马达15可由一个马达驱动器(未示出)依据路径插值命令驱动，以控制进给轴10驱动床台12。在一实施例中，除X轴外，综合加工机1可包含其他对应不同轴向，例如与X轴垂直的Y轴上的进给轴(未示出)，以使床台12进行不同轴向的移动。并且，在一实施例中，综合加工机1还包含可沿与X轴及Y轴形成的平面相垂直的Z轴移动的加工器具17，以对工件11进行例如，但不限于切割的加工处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热补偿方法，应用于一热补偿装置，该热补偿装置应用于一综合加工机中，该综合加工机包含一进给轴以及依据该进给轴的驱动而移动的一床台，其特征在于，该热补偿方法包括以下步骤：通过一温度感测模块感测该综合加工机的至少一关键位置的温度，以产生至少一温度感测值；通过一轨迹运算模块包含的一模型热变位计算单元，根据该温度感测值至少其中之一以及一第一热变位模型计算一第一模型热位移量，以及根据该温度感测值至少其中之一以及一第二热变位模型计算一第二模型热位移量，其中该第一热变位模型及该第二热变位模型分别对应该进给轴的一第一关键位置以及一第二关键位置；通过该轨迹运算模块包含的一补偿计算单元，接收该第一模型热位移量、该第二模型热位移量以及一路径插值命令，并据以产生该第一关键位置及该第二关键位置间的任一位置的至少一热位移量补偿值，其中所述路径插值命令为该轨迹运算模块中的路径插值计算单元根据空间轨迹信息产生；通过该轨迹运算模块包含的一插值命令单元，根据该热位移量补偿值对该路径插值命令进行补偿，以产生一补偿后路径插值命令；以及通过该插值命令单元，控制该进给轴根据该补偿后路径插值命令驱动该床台。

【技术特征摘要】
1.一种热补偿方法，应用于一热补偿装置，该热补偿装置应用于一综
合加工机中，该综合加工机包含一进给轴以及依据该进给轴的驱动而移动
的一床台，其特征在于，该热补偿方法包括以下步骤：
通过一温度感测模块感测该综合加工机的至少一关键位置的温度，以
产生至少一温度感测值；
通过一轨迹运算模块包含的一模型热变位计算单元，根据该温度感测
值至少其中之一以及一第一热变位模型计算一第一模型热位移量，以及根
据该温度感测值至少其中之一以及一第二热变位模型计算一第二模型热位
移量，其中该第一热变位模型及该第二热变位模型分别对应该进给轴的一
第一关键位置以及一第二关键位置；
通过该轨迹运算模块包含的一补偿计算单元，接收该第一模型热位移
量、该第二模型热位移量以及一路径插值命令，并据以产生该第一关键位
置及该第二关键位置间的任一位置的至少一热位移量补偿值，其中所述路
径插值命令为该轨迹运算模块中的路径插值计算单元根据空间轨迹信息产
生；
通过该轨迹运算模块包含的一插值命令单元，根据该热位移量补偿值
对该路径插值命令进行补偿，以产生一补偿后路径插值命令；以及
通过该插值命令单元，控制该进给轴根据该补偿后路径插值命令驱动
该床台。
2.如权利要求1所述的热补偿方法，还包括：
通过该补偿计算单元还包含的一第一计算模块，将该第一模型热位移
量与一第一热位移量权重函数相乘，以产生一第一模型热位移分量；
该补偿计算单元还包含的一第二计算模块，将该第二模型热位移量与
一第二热位移量权重函数相乘，以产生一第二模型热位移分量；以及
该补偿计算单元还包含的一第三计算模块，将该第一模型热位移分量
以及该第二模型热位移分量相加，以产生该热位移量补偿值。
3.如权利要求1所述的热补偿方法，还包括：
通过该轨迹运算模块包含的一适应性滤波单元，接收该第一模型热位
移量及该第二模型热位移量，并分别根据一第一权重值以及一第二权重值

\t产生一第一模型热位移补偿值及一第二模型热位移补偿值，以使该第一模
型热位移补偿值及该第二模型热位移补偿值分别持续追踪该第一模型热位
移量及该第二模型热位移量，其中该第一权重值为该第一模型热位移补偿
值以及该第一模型热位移量间的一第一误差值的函数，该第二权重值为该
第二模型热位移补偿值以及该第二模型热位移量间的一第二误差值的函
数；以及
通过该补偿计算单元接收该第一模型热位移补偿值、该第二模型热位
移补偿值以及该路径插值命令，并据以产生该第一关键位置及该第二关键
位置间的任一位置的一热位移量补偿值。
4.如权利要求3所述的热补偿方法，还包括：
通过该适应性滤波单元还包含的一误差计算器，计算该第一模型热位
移补偿值、该第二模型热位移补偿值与该第一模型热位移量、该第二模型
热位移量间各具有的该第一误差值及该第二误差值；
通过该适应性滤波单元还包含的一权重计算器，根据该第一误差值及
该第二误差值分别所在的一第一误差值区间及一第二误差值区间产生该第
一权重值及该第二权重值；以及
通过该适应性滤波单元还包含的一热位移补偿值计算器，根据该第一
权重值及该第二权重值与一前一时间点的该第一模型热位移补偿值及该第
二模型热位移补偿值的和或差，计算一当下时间点的该第一模型热位移补
偿值及该第二模型热位移补偿值。
5.如权利要求4所述的热补偿方法，还包括：
通过该适应性滤波单元还包含的一速率计算器，将该第一权重值及该
第二权重值分别与一补偿速度参数相乘，以使该热位移补偿值计算器根据
相乘后的数值进行计算。
6.如权利要求4所述的热补偿方法，其中：
当该第一误差值所在的该第一误差区间小于一第一临界值，该第一权
重值输出为0，当该第二误差值所在的该第二误差区间小于该第一临界值，
该第二权重值输出为0；
当该第一误差值所在的该第一误差区间不小于一第二临界值，该第一
权重值输出为1，当该第二误差值所在的该第二误差区间不小于该第二临界

\t值，该第二权重值输出为1，其中该第二临界值大于该第一临界值；以及
当该第一误差值所在的该第一误差区间不小于该第一临界值且小于该
第二临界值，该第一权重值依预设的一权重曲线输出，当该第二误差值所
在的该第二误差区间不小于该第一临界值且小于该第二临界值，该第二权
重值依预设的一权重曲线输出。
7.如权利要求3所述的热补偿方法，其中：
通过其中该补偿计算单元还包含的一第一计算模块，将该第一模型热
位移补偿值与一第一热位移量权重函数相乘，以产生一第一模型热位移补
偿分量；
通过其中该补偿计算单元还包含的一第二计算模块，将该第二模型热
位移补偿值与一第二热位移量权重函数相乘，以产生一第二模型热位移补
偿分量；以及
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑宗信，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71