一种全闭环伺服系统的数控机床反向间隙检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种全闭环伺服系统的数控机床反向间隙检测方法，属于机床精度检测技术领域，其特征在于，包括以下步骤：a、选取检测点位；b、采集并保存数据；c、设置伺服跟踪数据采集参数；d、得到坐标轴的运行位置‑时间图；e、通过步骤d的位置数据，得到光栅尺从B点运动到C点的位移量H1,从C点到D点的位移量H2；编码器从B点运动到C点的位移量h1,从C点到D点的位移量h2；f、通过计算编码器与光栅尺对应位置的位移量差值的绝对值表征反向间隙。本发明专利技术能够在全闭环位置反馈系统中直接进行反向间隙的检测，准备时间短，检测效率和检测精度高，操作简单，对反向间隙的精度状态评估具有重要的工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种全闭环伺服系统的数控机床反向间隙检测方法
本专利技术涉及到机床精度检测
，尤其涉及一种全闭环伺服系统的数控机床反向间隙检测方法。
技术介绍
在数控机床进给传动链的各环节中，比如齿轮传动、滚珠丝杠螺母副等都存在着反向间隙。反向间隙是影响机械加工精度的因素之一，当数控机床工作台在其运动方向上换向时，由于反向间隙的存在会导致伺服电动机空转而工作台无实际移动，称为失动。若反向间隙数值较小，对加工精度影响不大则不需要采取任何措施；若数值较大，则系统的稳定性明显下降，加工精度明显降低，尤其是曲线加工，会影响到尺寸公差和曲线的一致性，此时必须进行反向间隙的消除或是补偿，以提高加工精度，再加上机械传动部件随着设备的投入生产，机械磨损增大，反向间隙对加工精度的影响愈加明显，因此定期对坐标轴进行反向间隙检测是评估设备加工精度的必要手段。反向间隙的常规检测方法包括采用千分表/百分表配合磁力表座进行检测或采用激光干涉仪两种方法。虽然采用激光干涉仪得到的检测数据更为准确，但其准备时间长，检测效率低，对操作者的技能水平要求较高，使得推广应用受阻，另一方面采用千分表/百分表配合磁力表座的检测方法，只适用于半闭环的位置测量系统，然而针对全闭环位置测量系统的反向间隙检测时，需要对坐标轴的位置反馈系统进行切换，修改参数多、操作复杂、对操作者的技能水平要求高，再加上操作时人为因素的干扰，直接影响检测精度的准确性，因此用该种方法也无法完成快速、精确的反向间隙检测。公开号为CN104122840A，公开日为2014年10月29日的中国专利文献公开了一种数控机床标准轨迹测试分析系统，由硬件和软件两部分组成，其特征在于：硬件部分采集数控机床的内置编码器、光栅尺信号和外置位置传感器信号，能够实现同步采集多通道信号；软件部分进行标准轨迹测试分析，完成标准圆轨迹测试、空间圆轨迹测试、菱形轨迹测试以及直线往复测试，获取圆误差图谱、空间圆误差图谱、菱形误差图谱以及传动误差图谱，实现数控机床的运动精度和运动特性检测。该专利文献公开的数控机床标准轨迹测试分析系统，可以给出机床的标准圆轨迹测试、空间圆轨迹测试、菱形轨迹测试以及直线往复测试方法，轨迹明确、设置操作简单、分析结果有效，实现数控机床的精度检测。但是，需要外置位置传感器，且在全闭环位置反馈系统中无法直接进行反向间隙的检测，检测效率低。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种全闭环伺服系统的数控机床反向间隙检测方法，本专利技术能够在全闭环位置反馈系统中直接进行反向间隙的检测，准备时间短，无需其他外置工具，无人为因素的干扰，检测效率和检测精度高，操作简单，对反向间隙的精度状态评估具有重要的工程应用价值。本专利技术通过下述技术方案实现：一种全闭环伺服系统的数控机床反向间隙检测方法，其特征在于，包括以下步骤：a、选取检测点位，坐标轴以速度v匀速正向进给到达A点，并在A点暂停S秒，随即以相同运动参数向正向移动至B点，并在B点暂停S秒,接着以相同运动参数向负向移动至C点，并在C点暂停S秒,最后以相同运动参数向正向移动至D点，并在D点暂停S秒，结束坐标轴的运动；b、在步骤a中，坐标轴在到达A点暂停时，启动西门子伺服跟踪功能，对编码器及光栅尺的实际位置进行采集并保存数据；c、在步骤b中，启动西门子伺服跟踪功能前，完成设置伺服跟踪数据采集参数；d、通过步骤a与步骤b获取光栅尺在B、C、D点对应的位置数据L1、L2、L3；编码器在B、C、D对应的位置数据M1、M2、M3，得到坐标轴的运行位置-时间图；e、通过步骤d的位置数据，得到光栅尺从B点运动到C点的位移量H1,从C点到D点的位移量H2；编码器从B点运动到C点的位移量h1,从C点到D点的位移量h2，各位移量由下式计算：H1＝|L1-L2|式1H2＝|L2-L3|式2h1＝|M1-M2|式3h2＝|M2-M3|式4f、通过步骤e分别得到光栅尺与编码器正向移动的位移量和负向移动的位移量，通过计算编码器与光栅尺对应位置的位移量差值的绝对值表征反向间隙，F1为正向反向间隙，F2为负向反向间隙，计算公式如下：F1＝|h1-H1|式5F2＝|h2-H2|式6。所述步骤c中，设置伺服跟踪数据采集参数具体是指变量选择，采用两个采集通道，变量选取编码器的实际位置和光栅尺的实际位置；采集参数设置，包括采集时间、触发方式、触发后延时记录时间和设置触发阈值。所述步骤f中，正向反向间隙F1由下式计算：F1＝||M1-M2|-|L1-L2||式7。所述步骤f中，负向反向间隙F2由下式计算：F2＝||M2-M3|-|L2-L3||式8。本专利技术的基本原理如下：通过机床编码器及光栅尺对驱动电机和工作台位置分别进行点动采样，利用西门子系统的伺服跟踪功能，提取编码器及光栅尺实时位置数据，并以光栅尺的位移值作为基准，根据编码器的实际位移量与基准位移量进行差值运算，计算出反向间隙量。本专利技术的有益效果主要表现在以下方面：1、本专利技术，“a、选取检测点位，坐标轴以速度v匀速正向进给到达A点，并在A点暂停S秒，随即以相同运动参数向正向移动至B点，并在B点暂停S秒,接着以相同运动参数向负向移动至C点，并在C点暂停S秒,最后以相同运动参数向正向移动至D点，并在D点暂停S秒，结束坐标轴的运动；b、在步骤a中，坐标轴在到达A点暂停时，启动西门子伺服跟踪功能，对编码器及光栅尺的实际位置进行采集并保存数据；c、在步骤b中，启动西门子伺服跟踪功能前，完成设置伺服跟踪数据采集参数；d、通过步骤a与步骤b获取光栅尺在B、C、D点对应的位置数据L1、L2、L3；编码器在B、C、D对应的位置数据M1、M2、M3，得到坐标轴的运行位置-时间图；e、通过步骤d的位置数据，得到光栅尺从B点运动到C点的位移量H1,从C点到D点的位移量H2；编码器从B点运动到C点的位移量h1,从C点到D点的位移量h2；f、通过步骤e分别得到光栅尺与编码器正向移动的位移量和负向移动的位移量，通过计算编码器与光栅尺对应位置的位移量差值的绝对值表征反向间隙，F1为正向反向间隙，F2为负向反向间隙”，相较于现有技术而言，能够在全闭环位置反馈系统中直接进行反向间隙的检测，准备时间短，无需其他外置工具，无人为因素的干扰，检测效率和检测精度高，操作简单，对反向间隙的精度状态评估具有重要的工程应用价值。2、本专利技术，通过机床编码器及光栅尺对驱动电机和工作台位置分别进行点动采样，利用西门子系统的伺服跟踪功能，提取编码器及光栅尺实时位置数据，并以光栅尺的位移值作为基准，根据编码器的实际位移量与基准位移量进行差值运算，计算出反向间隙量，不仅检测精度高，而且自动化程度高，极大的提高了检测效率。3、本专利技术，采用西门子的伺服跟踪功能对编码器及光栅尺的位置数据进行提取，无需其他外置工具，相比传统的反向间隙检测，能够在全闭环位置反馈系统中直接进行反向间隙的检测，准备时间短，工作效率高。...

【技术保护点】
1.一种全闭环伺服系统的数控机床反向间隙检测方法，其特征在于，包括以下步骤：/na、选取检测点位，坐标轴以速度v匀速正向进给到达A点，并在A点暂停S秒，随即以相同运动参数向正向移动至B点，并在B点暂停S秒,接着以相同运动参数向负向移动至C点，并在C点暂停S秒,最后以相同运动参数向正向移动至D点，并在D点暂停S秒，结束坐标轴的运动；/nb、在步骤a中，坐标轴在到达A点暂停时，启动西门子伺服跟踪功能，对编码器及光栅尺的实际位置进行采集并保存数据；/nc、在步骤b中，启动西门子伺服跟踪功能前，完成设置伺服跟踪数据采集参数；/nd、通过步骤a与步骤b获取光栅尺在B、C、D点对应的位置数据L1、L2、L3；编码器在B、C、D对应的位置数据M1、M2、M3，得到坐标轴的运行位置-时间图；/ne、通过步骤d的位置数据，得到光栅尺从B点运动到C点的位移量H1,从C点到D点的位移量H2；编码器从B点运动到C点的位移量h1,从C点到D点的位移量h2，各位移量由下式计算：/nH1＝|L1-L2| 式1/nH2＝|L2-L3| 式2/nh1＝|M1-M2| 式3/nh2＝|M2-M3| 式4/nf、通过步骤e分别得到光栅尺与编码器正向移动的位移量和负向移动的位移量，通过计算编码器与光栅尺对应位置的位移量差值的绝对值表征反向间隙，F1为正向反向间隙，F2为负向反向间隙，计算公式如下：/nF1＝|h1-H1| 式5/nF2＝|h2-H2| 式6。/n...

【技术特征摘要】
1.一种全闭环伺服系统的数控机床反向间隙检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、选取检测点位，坐标轴以速度v匀速正向进给到达A点，并在A点暂停S秒，随即以相同运动参数向正向移动至B点，并在B点暂停S秒,接着以相同运动参数向负向移动至C点，并在C点暂停S秒,最后以相同运动参数向正向移动至D点，并在D点暂停S秒，结束坐标轴的运动；
b、在步骤a中，坐标轴在到达A点暂停时，启动西门子伺服跟踪功能，对编码器及光栅尺的实际位置进行采集并保存数据；
c、在步骤b中，启动西门子伺服跟踪功能前，完成设置伺服跟踪数据采集参数；
d、通过步骤a与步骤b获取光栅尺在B、C、D点对应的位置数据L1、L2、L3；编码器在B、C、D对应的位置数据M1、M2、M3，得到坐标轴的运行位置-时间图；
e、通过步骤d的位置数据，得到光栅尺从B点运动到C点的位移量H1,从C点到D点的位移量H2；编码器从B点运动到C点的位移量h1,从C点到D点的位移量h2，各位移量由下式计算：
H1＝|L1-L2|式1
H2＝|L2-L3|式2
h1＝|M1-M2|式3
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，陶文坚，李杰，潘世禄，贾永锋，胡金龙，徐强，王一鹏，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51