基于内置编码器信号的机床爬行监测方法技术

基于内置编码器信号的机床爬行监测方法，先通过机床的数控系统通讯协议或外接计数卡获取编码器的实时位置信号，然后对位置信号进行一阶微分得到瞬时速度信号，进而计算爬行指标，基于爬行指标值大小最终判断机床的进给运动是否发生爬行以及爬行的严重程度，本发明专利技术充分利用了机床的内置传感信息，通过对编码器信号的实时分析处理，实现了对机床爬行的自感知和自诊断。

Crawling Monitoring Method of Machine Tool Based on the Signal of Built-in Encoder

【技术实现步骤摘要】
基于内置编码器信号的机床爬行监测方法
本专利技术涉及基于内置编码器信号的机床爬行监测方法，属于机床领域。
技术介绍
机床爬行是机床在低速进给下发生的进给速度不均匀现象，爬行会严重影响机床加工的精度、形位公差和表面质量，还会加速机床运动部件的磨损，降低使用寿命。专利申请号为201510640187.6和201510980485.X的专利分别提出了抑制机床爬行的装置和模型，但机床不一定都采用了这些专利中的方法来抑制爬行，并且爬行很难被完全消除，低速爬行在大多数机床中依然是普遍存在。对机床爬行现象进行实时监测有利于了机床用户了解机床的运行状况，在爬行现象发生的早期进行预警，从而避免在爬行状态下的加工。机床爬行的监测一般通过外置的激光干涉仪测量工作台位置信号，进而得到进给速度波动的情况来判断是否发生爬行，但激光干涉仪一般无法在加工过程中使用，而且使用成本十分高昂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供基于内置编码器信号的机床爬行监测方法，利用机床的编码器获取进给运动的高分辨位置信号，通过瞬时速度估计和爬行指标计算，对机床进给过程是否发生爬行以及程度进行准确判断。为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：基于内置编码器信号的机床爬行监测方法，包括以下步骤：步骤一，通过机床的数控系统通讯协议或外接计数卡获取编码器的实时位置信号，记为x(n)。信号的采样频率应大于爬行频率的2倍，由于爬行频率一般未知，采样频率可设置为一个合理的较大值(建议值：2000Hz)。步骤二，对位置信号x(n)进行一阶微分，计算得到瞬时速度信号s(n)。s(n)＝(x(n)-x(n-1))/△t，其中△t是采样时间间隔。步骤三，计算爬行指标SSI(Stick-slipIndex)。SSI＝(smax-smin)/smean，其中smax，smin和smean分别是s(n)的最大值、最小值和平均值。步骤四，判断机床的进给运动是否发生爬行以及爬行的严重程度。判断依据：SSI＜1，无爬行；SSI≥1，发生爬行，SSI值越大，说明爬行程度越严重。本专利技术具有以下有益效果：a)编码器的分辨率一般至少高出机床精度一个数量级，高分辨率的特性使得编码器信号能够有效反映爬行引起的速度波动。b)本专利技术方法可自动化地对机床爬行是否发生和程度进行准确判断，无需人工操作。c)编码器为机床的内置传感器，不增加测试成本，有利于本专利技术方法的推广和应用，实现机床对爬行的自感知和自诊断。附图说明图1为本专利技术实施例试验示意图。图2为本专利技术方法的流程图。图3为本专利技术实施例编码器信号x(n)。图4为本专利技术实施例瞬时速度信号s(n)。图5为本专利技术实施例机床在不同进给速度下的爬行指标SSI。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做详细描述。以对某五轴加工中心的Y轴进行爬行监测为例，Y轴由伺服电机1、联轴器2、工作台3、丝杠4组成，如图1所示，伺服电机1通过联轴器2带动丝杠4旋转，将回转运动转化为工作台3沿Y轴的水平运动。沿Y轴方向安装有直线编码器6，通过连接的计数卡5可解码得到工作台3的实时位置信号。具体参数如下：1)丝杠4为单头丝杠，导程16mm；2)直线光栅尺的输出信号格式为1Vpp，物理分辨率为0.02mm；3)计数卡可对相邻光栅刻线的进行4096倍的细分；4)采样频率为2000Hz，采样时长1秒；2)Y轴的进给速度分别为5mm/min。应用本专利技术对Y轴编码器信号进行处理分析，并对该轴进给运动过程中是否发生爬行和爬行程度进行判断。如图2所示，基于内置编码器信号的机床爬行监测方法，包括以下步骤：步骤一，通过机床的数控系统通讯协议或外接计数卡获取编码器的实时位置信号，记为x(n)，如图3所示。步骤二，对位置信号x(n)进行一阶微分，计算得到瞬时速度信号s(n)，如图4所示。s(n)＝(x(n)-x(n-1))/△t，其中△t是采样时间间隔。步骤三，计算爬行指标SSI(Stick-slipIndex)SSI＝(smax-smin)/smean＝(13.08-0.49)/5.01＝2.51，其中smax，smin和smean分别是s(n)的最大值、最小值和平均值。步骤四，判断机床的进给运动是否发生爬行以及爬行的严重程度。SSI的值为2.51，远大于1，说明机床Y轴在5mm/min的进给速度下发生了严重的爬行。判断依据：SSI＜1，无爬行；SSI≥1，发生爬行，SSI值越大，说明爬行程度越严重。对Y轴在20mm/min和80mm/min进给速度下的编码器信号进行分析，得到爬行指标值如图5所示，可见随着进给速度的提高，爬行指标SSI在减小(在进给速度等于20mm/min时，SSI＝1.07；进给速度达到80mm/min，SSI＝0.15)，符合爬行现象的规律。本专利技术提出的基于内置编码器信号的机床爬行监测方法，充分利用了机床的内置传感信息，通过对编码器信号的实时分析处理，实现了对机床爬行的自感知和自诊断。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于内置编码器信号的机床爬行监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，通过机床的数控系统通讯协议或外接计数卡获取编码器的实时位置信号，记为x(n)。信号的采样频率应大于爬行频率的2倍，由于爬行频率一般未知，采样频率可设置为一个合理的较大值(建议值：2000Hz)。步骤二，对位置信号x(n)进行一阶微分，计算得到瞬时速度信号s(n)。s(n)＝(x(n)‑x(n‑1))/△t，其中△t是采样时间间隔。步骤三，计算爬行指标SSI(Stick‑slip Index)。SSI＝(smax‑smin)/smean，其中smax，smin和smean分别是s(n)的最大值、最小值和平均值。步骤四，判断机床的进给运动是否发生爬行以及爬行的严重程度。判断依据：SSI＜1，无爬行；SSI≥1，发生爬行，SSI值越大，说明爬行程度越严重。

【技术特征摘要】
1.基于内置编码器信号的机床爬行监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，通过机床的数控系统通讯协议或外接计数卡获取编码器的实时位置信号，记为x(n)。信号的采样频率应大于爬行频率的2倍，由于爬行频率一般未知，采样频率可设置为一个合理的较大值(建议值：2000Hz)。步骤二，对位置信号x(n)进行一阶微分，计算得到瞬时速度信号s(n)。s(n)＝(x(n)-x(...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓强，胡宏伟，王向红，唐宏宾，黄龙，易可夫，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43