一种数控机床热误差建模与补偿的方法技术

本发明专利技术公开了一种数控机床热误差建模与补偿的方法，步骤包括：步骤1、采用红外成像仪寻找机床发热点，利用红外成像仪显示的机床每部分发热红外图像，找到每个发热区域温度最高区域，并在每个发热区域的温度最高位置布置温度传感器；步骤2、先通过实验测量热源处温度作为输入信号和机床的热变形量作为输出信号，然后采用反卷积的方法得到系统脉冲响应模型；步骤3、补偿时依次输入温度变化序列和对应的机床脉冲响应模型进行卷积，即得到机床的热误差预测值。本发明专利技术的方法，寻求最佳测温点简单快捷；采用反卷积方法，建模精度高；采用脉冲响应模型，可移植性好；反应速度快，完全能够满足机床补偿的实时性要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于精密机床加工
，涉及。
技术介绍
在机床加工零件的过程中，由于车间环境温度和机床内部温度升高会引起机床热变形，导致刀具与机床工作台原来相对位置发生变动，从而引起工件的加工误差。而精密机床由于几何误差小，热误差就成为影响加工精度最大的因素。研究表明，热误差最大可以占到加工误差的70%，因此对精密机床热误差进行建模补偿是提高加工精度的关键因素。目前，对机床热误差建模的研究已经有很多成果，建模方法主要有线性回归、神经网络、灰色系统等。线性回归算法建模简单，但模型鲁棒性差；神经网络和灰色系统需要大量训练样本数据，模型适应性不好。由于以上建模方法中的测温点不能直接布置在热源位置处，从而需要从大量测温点中寻找最佳测温点，费时费力，同时还可能发生由于传感器布置不当遗漏最佳测温点的现象，且当测量位置发生变化时模型输出就会有很大变化，模型可移植性差、稳定性低。
技术实现思路
本专利技术的目地是提供，解决了现有技术需要从大量测温点中寻找最佳测温点，费时费力；同时还可能发生由于温度传感器布置不当遗漏最佳测温点的情况；且当测量位置发生变化时模型输出就会有很大变化，模型可移植性差、稳定性低的问题。本专利技术所采用的技术方案是，，按照以下步骤实施步骤1、布置温度传感器采用红外成像仪寻找机床发热点，利用红外成像仪显示的机床每部分发热红外图像，找到每个发热区域温度最高区域，并在每个发热区域的温度最高位置布置温度传感器；步骤2、得到系统的脉冲响应模型先通过实验测量热源处温度作为输入信号，机床的热变形量作为输出信号，然后采用反卷积的方法得到系统脉冲响应模型，将目标 机床视为一个多输入多输出系统,每个温度传感器作为系统一个输入，热误差在空间各个方向上的变化为系统输出，根据选定好的温度传感器，测得温度变化序列 Xj = (Xjtl, Xj1, Xj2,. . . xJn), j = 1，2. . . r,其中的r为系统输入端个数,η为输入的采样个数； 机床热误差序列 Yi = (y10r yn，yi2，· · ·，yin，yi(n-1)，· · ·，Yiμ)，i = 1，2, · · ·, p,其中的 p 为系统输出个数，m为输出比输入多的采样个数，n >m，具体取值根据建模精度决定； 对应第i个输出的机床系统脉冲响应模型矩阵为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数控机床热误差建模与补偿的方法，其特征在于，按照以下步骤实施：步骤1、布置温度传感器采用红外成像仪寻找机床发热点，利用红外成像仪显示的机床每部分发热红外图像，找到每个发热区域温度最高区域，并在每个发热区域的温度最高位置布置温度传感器；步骤2、得到系统的脉冲响应模型先通过实验测量热源处温度作为输入信号，机床的热变形量作为输出信号，然后采用反卷积的方法得到系统脉冲响应模型，将目标机床视为一个多输入多输出系统，每个温度传感器作为系统一个输入，热误差在空间各个方向上的变化为系统输出，根据选定好的温度传感器，测得温度变化序列xj＝(xj0,xj1,xj2,...xjn)，j＝1,2...r，其中的r为系统输入端个数，n为输入的采样个数；机床热误差序列yi＝(yi0，yi1，yi2，...，yin，yi(n?1)，...，yi(n?m))，i＝1，2，...p,其中的p为系统输出个数，m为输出比输入多的采样个数，n＞m，具体取值根据建模精度决定；对应第i个输出的机床系统脉冲响应模型矩阵为Hi=Hi1Hi2...Hir;对于第i个输出：Yi=X1X2...XrHi1Hi2...Hir+vi,其中的vi为系统测量误差，X1,X2,...Xr和Yi分别为温度变化序列xj和机床热误差序列yi构成的矩阵，如下 式（1）所示：Xj=xj000....00xj1xj00....00xj2xj1xj0....00..................xjnxj(n-1)xj(n-2).xj00.000xjnxj(n-1)..xj0.00.........0xjnxj(n-1)..xj1xj0,j=1,2,...r,Yi=yi0yi1yi2..yinyi(n+1).yi(n+m)---(1)则机床热误差的输出公式简写为：Yi＝XHi+Vi，X＝[X1,X2,...,Xr]，Hi=Hi1Hi2...Hir,采用最小二乘反卷积方法求解机床脉冲响应估计，经推导得到脉冲响应模型表达式为：Hi＝(XTX)?1XTYi，??????????（2）其中的T表示对矩阵X进行转置；步骤3、得到系统的热误差预测值补偿时依次输入温度变化序列xj＝(xj0,xj1,xj2,...)和对应的机床脉冲响应模型Hi，进行卷积Yi＝XHi，X＝[X1,X2,...,Xr]，即得到机床的热误差预测值。...

【技术特征摘要】
1.一种数控机床热误差建模与补偿的方法，其特征在于，按照以下步骤实施 步骤1、布置温度传感器 采用红外成像仪寻找机床发热点，利用红外成像仪显示的机床每部分发热红外图像，找到每个发热区域温度最高区域，并在每个发热区域的温度最高位置布置温度传感器；步骤2、得到系统的脉冲响应模型 先通过实验测量热源处温度作为输入信号，机床的热变形量作为输出信号，然后采用反卷积的方法得到系统脉冲响应模型， 将目标机床视为一个多输入多输出系统，每个温度传感器作为系统一个输入，热误差在空间各个方向上的变化为系统输出，根据选定好的温度传感器，测得温度变化序列Xj =(Xjo, Xj1, Xj2, · · ·...

【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，张成新，李艳，武鹏飞，赵柏涵，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：