专利名称：数控系统中多次误差加权叠加的补偿系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及精密控制和精密加工领域，更具体地说，涉及数控机床中的误差补偿系统。
背景技术：
数控机床控制轴的定位精度是反映机床性能的一项重要指标，是影响加工工件精度的重要因素。高精度的数控机床和高档的数控系统(CNC)，都需要使用误差补偿系统用以提高数控机床的定位精度。现代数控机床一般都是以伺服电机直接驱动滚珠丝杠进行位置控制，减少了中间传动环节，改善了传动系统的动态特性，避免了多级传动带来的累积误差。对于较高档数控机床，全闭环和半闭环机床是应用较多的两种形式。而全闭环数控机床，虽然能够大大提高其控制精度，但制造成本高，且需要另外增加测量装置、反馈装置以及反馈传感器补偿装置。因此，在实际生产中，在满足控制精度要求的条件下，半闭环数控机床应用更为广泛。与此相适应，如何提高半闭环数控机床控制精度是需要解决的关键问题。数控系统的误差补偿功能是提高数控机床精度的一个重要功能，随着数控系统软硬件技术的发展，误差补偿从传统的硬件补偿向软件补偿转化，软件补偿以其灵活方便、更改容易和补偿精度较高等优点，被广泛应用于现代数控系统。数控系统的误差补偿功能设置过程一般是这样的，例如为了对数控机床的某一个轴的丝杠螺距误差进行补偿，提高数控机床控制精度，就需要测量出数控机床某一个轴的螺距误差值，测量数控机床螺距误差值是设置螺距误差补偿的第一步。一般利用单频激光干涉仪能够精确测量数控机床定位精度，并可得出丝杠传动误差。例如使用RENISHAW公司的MLlO激光干涉仪系统进行测量，测量过程如下(1)安装激光干涉仪测量系统各组件，如
图1所示。(2)在数控机床需测量误差的轴线上安装光学测量仪器镜组，例如测量X轴方向精度典型安装如图2所示。调整激光头和测量镜组，使得测量激光轴线与机床移动轴线在一条直线上，即使得光路准直。(3)待激光预热之后，输入测量参数，例如测量点数、测量往复次数和暂停时间寸。(4)在CNC上编制标准的测量程序，使机床移动并开始测量。(5)激光干涉仪对测量结果进行预处理，例如处理温度、空气压力变化引起的误差，生成误差测量文件，如果需要可以打印输出结果。通过以上操作测量出机床的X轴的螺距误差和反向间隙误差等，将测量结果直接输入到数控系统中或根据数控系统误差补偿文件格式要求生成误差补偿文件再导入到数控系统中，使数控系统的误差补偿功能生效，再通过以上第一步到第五步过程再测量一遍机床的定位误差，检查再次测量到的经过补偿后的机床定位精度，是否达到设计指标的要求，如果已经达到设计指标要求，则表示误差补偿功能设置完毕。如果未达到设计指标要求，就需要采用调整机床的机械安装等方法，或引入其他补偿因素(例如温度误差补偿)等进行调整，调整后再对机床的误差进行测量，再将测量的误差数据重新输入到数控系统中， 使补偿生效，再检查测量到机床的定位精度结果看是否达到设计要求，如此反复，直到机床的定位精度达到设计要求。可以看出，采用以上所描述传统误差补偿系统进行误差补偿时，当使用某次测量得到结果进行误差补偿时，要么误差补偿后的定位精度达到设计指标的要求，完成误差补偿功能的设置，要么经过误差补偿后定位精度没有达到设计指标的要求，就得经过一些调整手段后重新测量误差补偿值，重新进行补偿，无法在已有的测量和补偿的结果的基础上对误差补偿进行调整或追加再次测量的误差补偿，传统误差补偿系统方法有操作复杂，重复工作多，工作时间长等缺点。
发明内容针对上述问题，本发明重新设计了误差补偿系统，较传统的误差补偿系统，本发明不限制误差补偿文件中所描述的补偿项目的数量，补偿项目是以添加的方式输入到系统中的，相同补偿特征项目可以有多个，多个补偿项目的输出相叠加，某一补偿项目的输出还可以乘以一个权值，大大的提高了误差补偿功能的灵活性。为了达到上述目的，本发明一种数控系统中多次误差加权叠加的补偿系统，包括用于误差测量的仪器。还包括添加误差补偿文件的单元、误差文件解释器、误差补偿拟合算法运算器，计算误差补偿值的单元，以及接收误差补偿值指令的伺服位置闭环控制器。其中，所述添加误差补偿文件的单元，根据所述误差测量仪器测量的误差向误差补偿文件中添加数据；所述误差补偿文件是记录测量误差样本点的数据文件，是保存了误差补偿需要的数据，由补偿数据段组成，每段用来描述一个坐标的一次测量得到的一组误差数据样本；所述补偿数据段包括补偿数据信息描述部分和误差样本数据部分；所述补偿数据信息描述部分，用于描述补偿过程参数，包括相关参数的名称或编号、被测轴的名称或编号、 参数的变化量、参数测量及补偿起始位置和终止位置、参数测量及补偿方向，以及误差补偿权值；所述误差样本数据部分包括一组样本点，所述样本点的数据中包括参数值和误差值两部分；根据所述误差补偿文件可以得到最终误差&补偿曲线的公式Ex = EX1+EX2+EX3 = K1XF1 (X，Y, Ζ) +K2XF2 (Χ, Y, Ζ) +K3XF3 (Χ, Y，Ζ) +......其中X，Y，Z表示当前位置，Fn (X，Y，Z )为根据第η次测量误差样本拟合得到的误差函数，Kn为所述误差补偿权值，η取1，2，3......自然数；所述误差文件解释器，用于检查误差补偿文件的格式是否正确，提取所述误差补偿文件中的误差补偿信息，分项在内存中建立误差补偿项数据列表；所述误差补偿拟合算法运算器，用于计算中间点误差；采用直线拟合算法，计算出补偿方程
权利要求1. 一种数控系统中多次误差加权叠加的补偿系统，包括用于误差测量的仪器；其特征在于，还包括添加误差补偿文件的单元、误差文件解释器、误差补偿拟合算法运算器，计算误差补偿值的单元，以及接收误差补偿值指令的伺服位置闭环控制器；其中，所述添加误差补偿文件的单元，根据所述误差测量仪器测量的误差向误差补偿文件中添加数据；所述误差补偿文件是记录测量误差样本点的数据文件，是保存了误差补偿需要的数据，由补偿数据段组成，每段用来描述一个坐标的一次测量得到的一组误差数据样本； 所述补偿数据段包括补偿数据信息描述部分和误差样本数据部分；所述补偿数据信息描述部分，用于描述补偿过程参数，包括相关参数的名称或编号、被测轴的名称或编号、参数的变化量、参数测量及补偿起始位置和终止位置、参数测量及补偿方向，以及误差补偿权值； 所述误差样本数据部分包括一组样本点，所述样本点的数据中包括参数值和误差值两部分；根据所述误差补偿文件可以得到最终误差&补偿曲线的公式Ex = EX1+EX2+EX3 = K1X F1 (X，Y，Ζ) +K2 X F2 (X，Y，Ζ) +K3X F3 (X，Y，Ζ) +......其中X，Y，Z表示当前位置，Fn (X，Y，Z )为根据第η次测量误差样本拟合得到的误差函数，Kn为所述误差补偿权值，η取1，2，3......自然数；所述误差文件解释器，用于检查误差补偿文件的格式是否正确，提取所述误差补偿文件中的误差补偿信息，分项在内存中建立误差补偿项数据列表；所述误差补偿拟合算法运算器，用于计算中间点误差；采用直线拟合算法，计算出补偿 (X - χ Λχ(Ε -E )方程
专利摘要一种数控系统中多次误差加权叠加的补偿系统，包括用于误差测量的仪器，还包括添加误差补偿文件的单元、误差文件解释器、误差补偿拟合算法运算器，计算误差补偿值的单元，以及接收误差补偿值指令的伺服位置闭环控制器；计算误差补偿值的单元包括程序代码解析器、插补器。本实用新型多次叠加误差补偿系统能提高数控机床的定位精度和重复定位精度，给用户的机床精度调试带来极大的方便，同时还提供对误差进行加权补偿操作，实现对全测量范围的补偿调整，可以对某项误差补偿曲线进行加权操作，从而使用户可以不断改进数控机床的定位精度，也给用户机床安装调试过程带来极大的方便。
文档编号G05B19/404GK202120088SQ20112015979
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月18日 优先权日2011年5月18日
发明者于德海, 刘庆宏, 刘沛, 林猛, 汤洪涛, 王声文, 王大伟, 白彦庆, 耿文剑, 董大鹏, 陈虎 申请人:大连光洋科技工程有限公司