机中，串口子模块主要完成与单片机串口之间的信息交互功能，通过串口子模块将温度测量及位移测量结果送入个人计算机，同时将体积误差的建模结果置入单片机芯片；数据存储模块可以临时储存测量结果及建模结果，并可实现数据转换功能；建模计算子模块是个人计算机的核心部分，主要完成体积误差的建模、测量结果的实时显示、数据超差报警、计算结果的输出和存储等功能。
[0018]单片机模块是本发明装置的核心，其中串口及并口通讯子模块主要完成信息交互功能，包括单片机与个人计算机的数据传递、单片机与数控系统之间的数据传递；温度信号采集子模块主要完成温度信号的采集工作，通过安装在数控机床上的温度传感器，将温度信号送入单片机系统，并经A/D转换子模块处理后送入数控系统或个人计算机；位移信号采集子模块主要完成体积误差信号的采集工作，通过安装在数控机床上的位移传感器，将位移信号送入单片机，并经A/D转换子模块处理后送入个人计算机进行建模计算。
[0019]数控接口模块是本发明装置实现空间误差补偿功能的关键所在，误差补偿信号通过单片机串口送入数控机床接口卡，并通过PMC程序控制送入数控系统，最终实现数控机床的体积误差补偿功能。同时，数控系统通过PMC梯形图程序控制可以将机床位置信号经数控机床接口卡送入单片机系统，进行体积误差补偿值的计算。
[0020]本发明装置的工作过程如图2所示，空间误差补偿装置开始工作后，单片机系统要进行初始化，然后由操作人员通过个人计算机发送数据采集指令，数据采集指令通过串口送入单片机模块，整个系统开始正常工作。工作过程中，数控机床上各关键热源的温度信号及体积误差的测量信号通过单片机模块的信号采集子模块、A/D转换子模块后，经串口送回个人计算机，通过建模计算子模块的处理，获得体积误差模型。获得的体积误差模型又经串口置入单片机模块的DSP芯片。
[0021]将体积误差模型置入DSP芯片后，通过个人计算机串口发送补偿指令给单片机系统，此时就可移除个人计算机，整个补偿装置只有单片机模块与数控接口模块在工作。单片机收到补偿指令的同时，向PMC发送触发信号，准备接受补偿信号。
[0022]体积误差补偿过程中，通过安装在数控机床上的温度传感器，关键热源的温度值经过信号放大、A/D转换后送入DSP芯片。经过模型预测后，补偿参数(包括补偿方向、补偿轴号、补偿数值、补偿功能代码等)由DSP芯片的并口经数控接口模块(由B2接口卡和PMC梯形图程序组成)送入CNC控制器，通过CNC控制器控制刀具的相对运动，最终实现体积误差补偿。
[0023]本发明装置在实施体积误差补偿的过程中，不需要在机床上增加任何硬件设备，仅需通过修改机床的PMC梯形图程序就可实现补偿操作，且不影响加工程序的正常运行，一旦补偿开始实施也不需要机床操作者参与，是一种既方便又廉价的误差补偿装置。
[0024]补充内容:1) CNC控制器的定义和动作:CNC控制器，即机床数控系统，用来存储加工程序，接受进而执行数控指令的主要器件。补偿过程中，PMC将补偿装置发送的补偿信号(包括补偿方向、补偿轴号、补偿数值、补偿功能代码等)读入CNC系统，并通过机床电控系统(电机，轴控伺服单元，滚动丝杠等)，将动力传递给机床运动部件(机床执行机构，如机床工作台、刀架等)，实现补偿过程。2)机床上的温度测点(机床的关键热源位置)，用温度传感器进行测量，误差测点(机床空间误差测量位置)用位移传感器进行测量。温度测点和位移测点的电压信号经信号处理(信号处理模块由电子元器件组成，包括稳压器件、降噪器件、放大器件等)，端子接口和MUX (信号通道选择电路)，并经A/D转换后，最终送入DSP系统进行计算、处理。
【主权项】
1.一种数控机床空间误差补偿装置，其特征在于由个人计算机、单片机模块、数控接口模块构成；个人计算机包括基于VC++的建模计算子模块、数据存储子模块和串口子模块；单片机模块包括温度信号采集子模块、位移信号采集子模块、A/D转换子模块、串口及并口通讯子模块和若干传感器；数控接口模块包括数控系统的PMC梯形图及数控机床接口卡。2.根据权利要求1所述的个人计算机，其特征在于安装了基于VC++的空间误差补偿软件，带有个人计算机与补偿装置之间的串行接口。3.根据权利要求1所述的单片机模块，其特征在于由温度信号采集子模块、位移信号采集子模块、A/D转换子模块、串口及并口通讯子模块和若干传感器组成，以单片机为核心将各子模块有机组合在一起；温度传感器的输出经温度信号采集子模块，送入A/D转换子模块，经串口送入个人计算机进行运算处理；机床位移及误差信号经位移信号采集子模块、A/D转换子模块，经串口和并口分别送入个人计算机与数控系统进行运算处理；串口和并口通讯子模块主要完成单片机与个人计算机和数控系统之间的信息交互。4.根据权利要求1所述的数控接口模块，其特征在于外加了数控系统的PMC梯形图，通过数控机床接口卡能够实现数控系统与单片机模块之间的信息交互。
【专利摘要】本发明涉及一种数控机床空间误差补偿装置，基于软件的数控机床空间误差补偿器包括个人计算机、单片机模块、数控接口模块，个人计算机通过串口接收温度及位移测量信号，并完成体积误差建模工作。单片机模块置入体积误差模型后，根据关键热源的温度测量信号及机床的位置坐标实时预测机床的体积误差，并通过数控接口模块将误差补偿值送入机床数控系统，进而由PMC梯形图程序控制机床刀具运动，实现体积误差的补偿功能。本发明主要通过数控接口设计及单片机硬件开发实现补偿操作，对原有数控系统及加工程序影响较小，使用方便，易于推广。
【IPC分类】G05B19/404
【公开号】CN104977897
【申请号】CN201410135053
【发明人】郭前建, 徐汝锋, 程祥
【申请人】山东理工大学
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2014年4月4日