一种机械传动链综合误差的动态检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种机械传动链综合误差的动态检测方法，包括步骤：(1)控制车间温度为恒定温度，运行伺服轴系统令其在有效性行程内往复进给一段时间，使机械传动链达到热稳定状态；(2)控制伺服轴在有效性行程内往复进给一次，同时利用内置圆编码器、直线光栅尺及数据采集系统测量电机转角θ与工作台的实际位置，将电机转角θ转换为工作台的名义位置；(3)计算伺服轴传动链的反向间隙；(4)计算正向进给时传动链的导程误差以及正向进给时传动链导程误差的评价参数；(5)计算反向导程误差的评价参数。本发明专利技术建立一种综合、便利、精密的传动链综合误差检测方法。

A dynamic detection method and device for the comprehensive error of mechanical transmission chain

【技术实现步骤摘要】
一种机械传动链综合误差的动态检测方法及装置
本专利技术涉及机械传动系统精度检测与监测领域，尤其涉及一种机械传动链综合误差的动态检测方法及装置。
技术介绍
伺服运动控制系统被广泛地用于各类机电设备中，如光刻机、医用机器人、数控机床、全电动注塑机等，是实现工业自动化、精密化与智能化的关键基础部件。为获得期望的运动轨迹及力学特性，机械传动链是伺服系统不可或缺的零部件。而传动链的传动误差会影响伺服系统的运动控制精度及稳定性。在半闭环伺服系统中，传动误差对系统定位精度具有决定性影响；此外，传动误差也是伺服系统振动的主要激励源。可见，为确保精密机电设备的性能，需对传动链的传动误差进行在线、实时监测，并进一步研究传动链传动误差的传递机理，最终实现设备性能的闭环控制。为了达到这一目的，不仅需要更加综合、有效的机械传动链传动误差评价参数，而且需要建立精密、便利的传动链误差测量方法及装置。国际标准ISO3408-3(ISO3408-3:2006.BallScrews–Part3:AcceptanceConditionsandAcceptanceTests)给出了滚珠丝杠精度的评价指标——导程误差，并介绍了一种基于激光干涉仪系统的测量方法。激光干涉仪精度较高，但是价格昂贵，而且为了获得理想的测量结果，测量前需要进行精密的校准，使得耗时较长，不利于大批量检测与实时在线监测。在重载伺服系统中，传动链不仅包含滚珠丝杆以将旋转运动转换为直线进给，还会串联齿轮减速箱或其他传动机构以获得足够的驱动力矩。但由于减速箱等传动机构的存在，重载传动链往往含有较大的反向间隙。此外，精密伺服轴常被用于同时实现正、反向伺服进给，且在两个方向上都要求很高的运动控制精度。可见，较之于单独的滚珠丝杠，重载、精密传动链误差的表征及其传递机理更加复杂。由于国际标准ISO3408-3不利于在线监测传动链传动误差，且其提出的指标参数不能综合地评价传动链的传动性能，因此，ISO3408-3并不能直接用于指导传动链的检测与监测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种机械传动链综合误差的动态检测方法。本专利技术提出传动链误差的综合评价指标并给出其测算方法，通过利用圆编码器和直线光栅尺实现电机和工作台位置的实时同步测量，结合相应的数据处理算法，最终建立起一种综合、便利、精密的传动链误差检测方法。本专利技术的目的能够通过以下技术方案实现：一种机械传动链综合误差的动态检测方法，包括步骤：控制车间温度为恒定温度，运行伺服轴系统在有效性行程内往复进给一段时间，使机械传动链达到热稳定状态；控制伺服轴在有效性行程内往复进给一次，利用圆编码器、直线光栅尺以及数据采集系统测量电机转角θ与工作台的实际位置xa；计算机械传动链的反向间隙；计算正向进给时传动链的导程误差以及正向进给时传动链导程误差的评价参数，评价参数包括平均导程偏差幅值ep+、导程波动vu+、导程波动v300+以及导程波动v2π+；计算反向进给时传动链的导程误差以及反向导程误差的评价参数ep-，vu-，v300-与v2π-。具体地，使机械传动链达到热稳定状态的步骤中，恒定温度为25℃，伺服轴往复进给时间为30分钟。具体地，测量得到电机转角后，将电机转角θ转换为工作台的名义位置xn，电机转角θ与工作台名义位置xn的转换关系为：xn＝kθ，k表示传动链的传动比。为了更直观地展现测量结果，绘制名义位置xn和实际位置xa的关系曲线。具体地，机械传动链反向间隙的计算公式为：b＝xa--xa+(1)其中，xa+、xa-分别为工作台正、反向进给时的实际位置；反向间隙宽度可由其算术平均值进行表示，即具体地，正向进给时传动链的导程误差计算公式为：e+＝xa+-xn(2)四个评价参数的计算方法分别为：(a)平均导程偏差幅值ep+：平均导程偏差幅值ep+是指在有效行程内平均导程偏差曲线em+与名义导程的累计偏差值，其中，平均导程偏差曲线em+是指导程误差e+的最小二乘拟合直线；(b)导程波动vu+：导程波动vu+是指导程误差减去平均导程偏差后的残余波动信号ev＝e+-em+在有效行程内的幅值，导程波动vu+由下式计算得到：vu+＝[max(ev)-min(ev)]|usefultravel(3)(c)导程波动v300+：导程波动v300+是指残余波动信号ev在任意300mm行程内的最大幅值，由下式计算得到：v300+＝max{[max(ev)-min(ev)]|300mm}usefultravel(4)(d)导程波动v2π+：导程波动v2π+是指在残余波动信号ev在任意螺距导程内的最大幅值，由下式计算得到：v2π+＝max{[max(ev)-min(ev)]|2πtravel}usefultravel(5)具体地，反向进给时，传动链的导程误差计算公式为：e-＝xa--xn(6)平均导程偏差曲线em-是反向导程误差e-的最小二乘拟合直线；残余波动信号计算公式为ev＝e--em-。其余评价参数计算方法与正向进给时评价参数计算方法一致。本专利技术的另一目的在于提供一种机械传动链综合误差的动态检测装置。一种机械传动链综合误差的动态检测装置，包括电机模块、导轨滑台模块、数据采集与分析模块以及被测传动链模块；所述被测传动链模块包括丝杆螺母副和齿轮减速箱；所述丝杆螺母副包含丝杆和丝杆螺母，用于将丝杆的旋转运动转换为螺母的直线运动，并驱动移动工作台移动；所述齿轮减速箱一端连接伺服电机，另一端连接丝杆，用于将电机旋转运动传递到丝杆；所述电机模块包括伺服电机和控制与驱动单元，伺服电机采用闭环伺服控制模式，且在输出轴配置有圆编码器；伺服电机通过传动链驱动移动工作台运动，圆编码器用于测量电机输出轴转角；所述导轨滑台模块包括导轨、移动工作台和直线光栅尺，直线光栅尺用于测量移动工作台的实际位置；所述导轨安装在基座上，所述移动工作台可沿导轨滑动；所述数据采集与分析模块用于接收直线编码器信号以及圆编码器信号，并根据接收的信号计算机械传动链的误差。优选地，所述电机采用西门子同步伺服电机1FK7；所述控制与驱动单元采用西门子控制与驱动单元SIMODRIVE611。优选地，所述圆编码器采用海德汉绝对式旋转编码器ECN1023。优选地，所述直线光栅尺采用海德汉增量式直线光栅尺LF485。本专利技术相较于现有技术，具有以下的有益效果：1、本专利技术利用安装在电机的圆编码器和安装在导轨滑台的直线光栅尺同步测得电机转角和工作台实际位置，计算得到传动链的精度评价指标。相较于基于激光干涉仪的测量系统，本专利技术所提供的测量装置校准容易，操作简单，且价格经济。倘若选用高精度的编码器与光栅尺，本专利技术可获得极高的测量精度。2、对于全闭环伺服轴，其本身含有编码器和光栅尺。因此，结合本专利技术所提出的测量方法，利用伺服轴的内置编码器和光栅尺，可以实现全闭环伺服轴传动链的在线、实时监测。3、本专利技术提出了传动链综合误差的评价指标，包含：反向间隙宽度、正向导程误差及反向导程误差，及其测算方法。所提出的评价指标系统能够更加全面地表征传动链误差，为传动链误差的传递机理研究及加工误差的预估与管控提供了测量学依据。附图说明图1是本专利技术中机械传动系统综合误差测量实验平台。图2是往复进给时名义位置xn和实际位置xa曲线。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机械传动链综合误差的动态检测方法，其特征在于，包括步骤：控制车间温度为恒定温度，运行伺服轴系统使其在有效性行程内往复进给一段时间，使机械传动链达到热稳定状态；控制伺服轴在有效性行程内往复进给一次，利用圆编码器、直线光栅尺及数据采集系统测量电机转角θ与工作台的实际位置xa；计算机械传动链的反向间隙；计算正向进给时传动链的导程误差以及正向进给时传动链导程误差的评价参数，评价参数分别为平均导程偏差幅值ep+、导程波动vu+、导程波动v300+以及导程波动v2π+；计算反向进给时传动链的导程误差以及反向导程误差的评价参数ep‑，vu‑，v300‑与v2π‑。

【技术特征摘要】
1.一种机械传动链综合误差的动态检测方法，其特征在于，包括步骤：控制车间温度为恒定温度，运行伺服轴系统使其在有效性行程内往复进给一段时间，使机械传动链达到热稳定状态；控制伺服轴在有效性行程内往复进给一次，利用圆编码器、直线光栅尺及数据采集系统测量电机转角θ与工作台的实际位置xa；计算机械传动链的反向间隙；计算正向进给时传动链的导程误差以及正向进给时传动链导程误差的评价参数，评价参数分别为平均导程偏差幅值ep+、导程波动vu+、导程波动v300+以及导程波动v2π+；计算反向进给时传动链的导程误差以及反向导程误差的评价参数ep-，vu-，v300-与v2π-。2.根据权利要求1所述的一种机械传动链综合误差的动态检测方法，其特征在于，测得电机转角后，将电机转角θ转换为工作台的名义位置xn，电机转角θ与工作台名义位置xn的转换关系为：xn＝kθ，k表示传动链的传动比。3.根据权利要求1所述的一种机械传动链综合误差的动态检测方法，其特征在于，机械传动链反向间隙的计算公式为：b＝xa--xa+(1)其中，xa+、xa-分别为工作台正、反向进给时的实际位置；反向间隙宽度可由其算术平均值进行表示，即4.根据权利要求1所述的一种机械传动链综合误差的动态检测方法，其特征在于，正向进给时传动链的导程误差计算公式为：e+＝xa+-xn(2)5.根据权利要求1所述的一种机械传动链综合误差的动态检测方法，其特征在于，评价参数的计算方法分别为：(a)平均导程偏差幅值ep+：平均导程偏差幅值ep+是指在有效行程内平均导程偏差曲线em+的累计偏差值，其中，平均导程偏差曲线是指导程误差e+的最小二乘拟合直线；(b)导程...

【专利技术属性】
技术研发人员：史生宇，何远圣，晋刚，曹贤武，瞿金平，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44