一种全闭环机床的开环动态误差测量方法技术

本发明专利技术公开了一种全闭环机床的开环动态误差检测方法，包括步骤1、在机床工作台上安装可测量机床主轴在某一方向的实际位置信息的位置检测仪器；步骤2、设置位置检测仪器，使其与机床运动轴闭环控制系统中光栅尺的采样时间同步和采样周期相同；步骤3、控制机床主轴以在该方向上运动，通过位置检测仪器和光栅尺同步测量机床主轴的实际位置和在闭环控制系统中的位置；步骤4、求取位置检测仪器和光栅尺所测得的数值的差值，计算开环误差；5、按时序还原所有开环误差，形成运动状态的开环动态误差。该方法能够精确地测量出机床主轴运动状态的开环动态误差，进而获得评估和补偿运动状态开环动态误差的数据，可以为提高机床运动状态精度，提升工件加工精度提供途径。

A measurement method of open-loop dynamic error for fully closed-loop machine tools

The invention discloses an open-loop dynamic error detection method of a fully closed-loop machine tool, which comprises the following steps: 1. Installing a position detection instrument on the machine tool workbench that can measure the actual position information of the machine tool spindle in a certain direction; 2. Setting the position detection instrument to make it synchronize with the sampling time and sampling period of the grating ruler in the closed-loop control system of the machine tool moving shaft; 3. Controlling Make the spindle of the machine tool to move in this direction, measure the actual position of the spindle of the machine tool and its position in the closed-loop control system synchronously through the position detection instrument and the grating ruler; step 4, calculate the difference between the values measured by the position detection instrument and the grating ruler, and calculate the open-loop error; 5, restore all the open-loop errors in time order to form the open-loop dynamic error in the motion state. This method can accurately measure the open-loop dynamic error of the spindle movement state, and then obtain the data to evaluate and compensate the open-loop dynamic error of the movement state. It can provide a way to improve the accuracy of the machine movement state and the machining accuracy of the workpiece.

【技术实现步骤摘要】
一种全闭环机床的开环动态误差测量方法
本专利技术涉及机床检测
，具体涉及全闭环机床的开环动态误差测量方法。
技术介绍
全闭环控制的数控机床，由于机床上设置有光栅尺，光栅尺可以精确测量并反馈机床主轴的运动位置距离，并将检测的数据反馈到机床的控制系统，机床的控制系统可以根据光栅尺反馈数据进一步调整主轴的位置，以保证机床的高精度。但是，光栅尺只能测量机床光栅尺读数头到机床基准原点的位置距离，检测不到主轴端面到光栅尺读数头之间的位置距离误差。在机床运动过程中，由于机床加减速运动过程中，运动着的零部件质量会产生正反向冲击力，这个冲击力会作用到机床零部件上，由于这些零部件存在弹性和安装配合间隙等要素，会导致主轴端面与光栅尺读数头之间产生交变距离变化，即造成数控机床运动轴的开环动态误差，该开环动态误差与主轴的运动速度、加速度和刚度与动态冲击力有关，影响了机床运动精度，进而直接影响被加工零件的精度，定期检测全闭环机床的开环动态误差从而为运动瞬态误差的补偿提供数据支撑，对于提高机床的加工精度有很重要的意义，然而如何检测数控机床的开环动态误差对提高机床的加工精度是重要问题。
技术实现思路
本专利技术针对以上的问题提出了一种全闭环机床的开环动态误差检测方法和原理，该方法可以检测出数控机床在运动过程中的开环动态误差，以便于对数控机床的运动轴进行补偿或改进。本专利技术采用的技术手段如下：一种全闭环机床的开环动态误差检测方法，包括以下步骤，步骤1、在机床工作台或待加工零件固定装置上安装位置检测仪器，使其可以测量机床主轴在某一方向的实际距离信息；步骤2、设置位置检测仪器与机床运动轴闭环控制系统中的光栅尺，使得位置检测仪器与机床运动轴闭环控制系统中光栅尺的采样周期相同，以保证位置检测仪器与机床运动轴闭环控制系统中的光栅尺进行同步数据采集与传输；步骤3、控制机床主轴以预期待检测速度和加速度值在所述方向上运动，同时，通过位置检测仪器和机床闭环检测中光栅尺采集机床主轴的实际位置和机床运动轴闭环控制系统中机床主轴的位置信息，以分别获得机床主轴的实际位置数组和机床运动轴闭环控制系统中机床主轴的位置数组；步骤4、对机床主轴的实际位置数组和机床运动轴闭环控制系统中机床主轴的位置数组中对应采集点进行差值计算，获得每个采集点的开环误差；步骤5、将步骤4中每个采集点的开环误差与采集时序进行一一对应，获得机床主轴运动状态的开环动态误差。进一步地，所述机床主轴的运动方向包括直线轴运动方向和回转轴运动方向，所述直线轴运动方向为X轴方向、Y轴方向、Z轴方向或W轴方向，所述回转轴运动方向为A轴回转方向、B轴回转方向或C轴回转方向。进一步地，当机床主轴的运动方向为直线轴运动方向时，所述位置检测仪器可以为双频激光干涉仪、激光干涉尺或光栅尺，当机床主轴的运动方向为回转轴运动方向时，所述位置检测仪器为圆光栅或圆编码器。进一步地，所述光栅尺和位置检测仪器的采样周期为毫秒/微秒/纳秒，分辨率为微米/纳米。进一步地，所述步骤4中开环误差的计算过程如下，在机床主轴运动过程中光栅尺的读数：A＝[A1、A2、A3、…An](1)激光尺的读数：B＝[B1、B2、B3、…Bn](2)并将采集的数据组输入至计算机；对上述两组数据分别进行零偏处理得到C数据组和D数据组Cn＝[A1-A1、A2-A1、A3-A1、…An-A1](3)Dn＝[B1-B1、B2-B1、B3-B1、…Bn-B1](4)将C数据组和D数据组统一单位后求差得到E数据组就是全闭环机床主轴在当前方向运动时的开环误差，En＝[D1-C1、D2-C2、D3-C3、…Dn-Cn](5)其中，En中每一组数据为在当前加速度和速度下对应时刻的开环误差。进一步地，所述步骤5中开环动态误差的计算整合过程如下，其中，Fn为当前加速度和速度下开环动态误差，En为每个数据采集时刻的对应的开环误差，tn为对应的采样时刻。与现有技术比较，本专利技术所述的全闭环机床的开环动态误差测量方法具有以下有益效果：该方法可以检测出数控机床由于动态冲击变形而引起的瞬态误差，进而通过该误差可以对机床进行改进或补偿以提高机床精度，最终提高工件的加工精度。附图说明图1为本专利技术公开的全闭环机床的开环动态误差测量方法的流程图；图2为使用本专利技术的开环动态误差测量方法测量机床在X轴方向的开环动态误差的结构图；图3为使用本专利技术的开环动态误差测量方法测量机床在Y轴方向的开环动态误差的结构图；图4为使用本专利技术的开环动态误差测量方法测量机床在Z轴方向的开环动态误差的结构图。图中：10、激光尺主机，11、激光尺支架，12、激光尺干涉镜，13、激光尺反射镜；20、X轴全闭环光栅尺，21、X轴全闭环光栅尺读数头，22、Y轴全闭环光栅尺，23、Y轴全闭环光栅尺读数头，24、Z轴全闭环光栅尺，25、Z轴全闭环光栅尺读数头；30、机床移动横梁，31、机床移动滑鞍，32、机床移动滑枕，33、机床支撑墙，34、机床工作台，35、机床主轴。具体实施方式如图1所示为本专利技术公开的全闭环机床的开环动态误差测量方法，包括以下步骤，步骤1、在机床工作台或待加工零件固定装置上安装高精度位置检测仪器，使其可以测量机床主轴在某一方向的实际距离信息；步骤2、设置位置检测仪器与机床运动轴闭环控制系统中的光栅尺，使得位置检测仪器与机床运动轴闭环控制系统中光栅尺的采样周期相同，以保证位置检测仪器与机床运动轴闭环控制系统中的光栅尺进行同步数据采集与传输；步骤3、控制机床主轴以预期待检测速度和加速度值在所述方向上运动，同时，通过位置检测仪器和机床闭环检测中光栅尺采集机床主轴的实际位置和机床运动轴闭环控制系统中机床主轴的位置信息，以分别获得机床主轴的实际位置数组和机床运动轴闭环控制系统中机床主轴的位置数组；步骤4、对机床主轴的实际位置数组和机床运动轴闭环控制系统中机床主轴的位置数组中对应采集点进行差值计算，获得每个采集点的开环误差；步骤5、将步骤4中每个采集点的开环误差与采集时序进行一一对应，获得机床主轴运动状态的开环动态误差，也就是将每个采集点的开环误差与对应的采集时刻按照时间轴的顺序进行还原，即可获得机床主轴在该方向运动过程中的动态开环动态误差，通过获得评估和补偿运动状态开环动态误差的数据，进而可以为提高机床运动状态精度，并提升工件加工精度提供途径。进一步地，所述机床主轴的运动方向包括直线轴运动方向和回转轴运动方向，所述直线轴运动方向为X轴方向、Y轴方向、Z轴方向或W轴方向，所述回转轴运动方向为A轴回转方向、B轴回转方向或C轴回转方向。进一步地，当机床主轴的运动方向为直线轴运动方向时，所述位置检测仪器可以为双频激光干涉仪、激光干涉尺或光栅尺，当机床主轴的运动方向为回转轴运动方向时，所述位置检测仪器为圆光栅或回本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全闭环机床的开环动态误差检测方法，其特征在于：包括以下步骤，/n步骤1、在机床工作台或待加工零件的固定装置上安装位置检测仪器，使其可以测量机床主轴在某一方向的实际运动距离信息；/n步骤2、设置位置检测仪器与机床运动轴闭环控制系统中的光栅尺，使得位置检测仪器与机床运动轴闭环控制系统中光栅尺的采样周期相同，以保证位置检测仪器与机床运动轴闭环控制系统中的光栅尺进行同步数据采集与传输；/n步骤3、控制机床主轴以预期待检测速度和加速度值在所述方向上运动，同时，通过位置检测仪器和机床运动轴闭环控制系统中的光栅尺采集机床主轴的实际位置和机床运动轴闭环控制系统中机床主轴的位置信息，以分别获得机床主轴的实际位置数组和机床运动轴闭环控制系统中机床主轴的位置数组；/n步骤4、对机床主轴的实际位置数组和机床运动轴闭环控制系统中机床主轴的位置数组中对应采集点的数据进行差值计算，获得每个采集点的开环误差；/n步骤5、将步骤4中每个采集点的开环误差与采集时序进行一一对应后并输出，获得机床主轴运动状态的开环动态误差。/n

【技术特征摘要】
1.一种全闭环机床的开环动态误差检测方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1、在机床工作台或待加工零件的固定装置上安装位置检测仪器，使其可以测量机床主轴在某一方向的实际运动距离信息；
步骤2、设置位置检测仪器与机床运动轴闭环控制系统中的光栅尺，使得位置检测仪器与机床运动轴闭环控制系统中光栅尺的采样周期相同，以保证位置检测仪器与机床运动轴闭环控制系统中的光栅尺进行同步数据采集与传输；
步骤3、控制机床主轴以预期待检测速度和加速度值在所述方向上运动，同时，通过位置检测仪器和机床运动轴闭环控制系统中的光栅尺采集机床主轴的实际位置和机床运动轴闭环控制系统中机床主轴的位置信息，以分别获得机床主轴的实际位置数组和机床运动轴闭环控制系统中机床主轴的位置数组；
步骤4、对机床主轴的实际位置数组和机床运动轴闭环控制系统中机床主轴的位置数组中对应采集点的数据进行差值计算，获得每个采集点的开环误差；
步骤5、将步骤4中每个采集点的开环误差与采集时序进行一一对应后并输出，获得机床主轴运动状态的开环动态误差。


2.根据权利要求1所述的全闭环机床的开环动态误差测量方法，其特征在于：所述机床主轴的运动方向包括直线轴运动方向和回转轴运动方向，所述直线轴运动方向为X轴方向、Y轴方向、Z轴方向或W轴方向，所述回转轴运动方向为A轴回转方向、B轴回转方向或C轴回转方向。


3.根据权利要求2所述的全闭环机床的开环动态误差测量方法，其特征在于：当机床主轴的运动方向为直线轴运动方向时，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立新，陈虎，王大伟，宋明山，
申请(专利权)人：科德数控股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21