一种基于力位融合的水晶加工方法及装置

本发明属于水晶加工，具体涉及一种基于力位融合的水晶加工方法及装置。

背景技术：

1、随着水晶制品在日常生活中用途愈发广泛以及科学技术的不断进步，水晶加工行业正面临着更高的质量要求。

2、传统水晶加工采用位置控制方法进行加工，在此类方法中，水晶工件被旋转到待加工面后，上位机控制器根据设定的频率向升降电机驱动器装置发送一定数量的脉冲信号，使升降电机带动磨盘向上磨削水晶工件，直到达到设定的加工进深。然而，在这个过程中，磨盘的磨削速度可能会低于升降电机的推进速度，容易导致夹具变形、磨盘磨损过大等问题。同时，为了保证加工质量，还需要技术工人根据经验设定每个加工面的打磨时间，打磨时间的设定依赖工人经验，容易造成质量不稳定。因此受到夹具变形、磨盘磨损、人工经验等因素的影响，常常会造成过磨或少磨的问题，引起了水晶产品的加工质量不稳定，加剧了磨盘的损耗及电力的消耗。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种基于力位融合的水晶加工方法及装置，该方法可以根据每个加工面的大小动态调整加工力矩，并保证输出力矩小于夹具承受的力矩，使升降电机以恒力矩方式带动磨盘磨削水晶工件以使磨盘推进速度小于磨削速度，并实时检测磨盘位置，当检测到达设定的加工进深后，升降电机停止工作完成该加工面的加工，随后磨盘退位至设定的安全位置。

2、传统位置检测方法是上位机控制器通过通信的方式向升降电机驱动器装置请求当前位置信息，但由于通信延时，往往会造成过磨的问题。为了解决能够动态调整每个加工面的加工力矩及磨盘位置的实时检测等问题，本发明提出了一种基于力位融合的水晶加工专用伺服电机驱动器装置，现有水晶加工装置是由上位机控制器控制各轴电机驱动器：转面电机驱动器、摆角电机驱动器、移位电机驱动器、升降电机驱动器驱动各轴电机：转面电机、摆角电机、移位电机、升降电机运行，并由升降电机带动磨盘加工水晶，本发明将力位融合水晶加工控制模块设计在升降电机驱动器中形成专用伺服电机驱动器，并通过上位机控制器将相应加工参数传输给专用伺服电机驱动器，由力位融合水晶加工控制模块根据加工参数输出设定的加工力矩，并实时检测磨盘位置，在到达设定加工进深后及时停止加工并退位，有效改善了磨盘过磨或少磨的问题。

3、本发明提出了一种基于力位融合的水晶加工方法与装置，改善了过磨或少磨的问题，降低了磨盘的损耗及电力的消耗，提高了水晶产品加工的质量。

4、为了实现上述功能，本发明提供了一种基于力位融合的水晶加工专用伺服电机驱动器装置，包括硬件部分和软件部分。

5、硬件部分包括：

6、电源整流与降压模块，用于将输入220v交流电整流为直流电作为母线供电，并降压给其他模块供电；

7、通信电路模块，用于专用伺服电机驱动器装置与水晶加工装置的上位机控制器通信；

8、存储器模块，用于保存上位机控制器发送的加工参数；

9、智能功率模块，用于接收控制信号并输出驱动信号；

10、电流采集模块，用于采集和调理水晶加工装置升降电机内部电机绕组的电流；

11、编码器采集模块，用于采集和调理水晶加工装置升降电机内部编码器的信号；

12、主控计算模块，用于处理各硬件模块的信号，进行各个软件模块的计算；

13、软件部分包括：

14、通讯软件模块，用于处理通讯电路模块的信号，与上位机控制器进行通信，将磨削力矩、加工进深等加工参数保存至存储器模块中；

15、电流计算模块，用于对电流采集模块采集的信号进行软件滤波和坐标变换，得到电机绕组的实际dq轴电流；

16、角度计算模块，用于对编码器采集模块采集的信号进行滤波和处理，得到升降电机转子的角度位置；

17、力位融合水晶加工控制模块，用于进行基于力位融合的水晶加工的计算和处理。

18、优选地，力位融合水晶加工控制模块，具体实现如下：

19、力位融合水晶加工控制模块读取存储器模块中保存的加工面设定磨削力矩，换算得到对应的参考dq轴电流，并将参考dq轴电流与电流计算模块处理得到的实际dq轴电流进行pi计算得到dq轴电压ud、uq，其中力矩-电流换算表达式为：

20、

21、其中，te表示力矩，表示q轴转矩电流，表示d轴励磁电流，ψf表示磁链；

22、计算dq轴耦合量，对dq轴电压进行电压前馈解耦得到u′d、u′q，保证输出力矩准确稳定，具体为：

23、计算d轴耦合项，公式为：

24、cd＝ωelqiq

25、其中ωe表示转子转速；

26、计算q轴耦合项，公式为：

27、cq＝-ωe(ldid+ψf)

28、将pi计算得到的dq轴电压减去耦合项，公式为：

29、

30、其中，ud表示pi计算得到的d轴电压，uq表示pi计算得到的q轴电压，u′d表示电压前馈解耦后的d轴电压，u′q表示电压前馈解耦后的q轴电压；

31、将电压前馈解耦后的u′d、u′q进行svpwm调制，得到控制脉冲，并传输给智能功率模块，以驱动升降电机以恒力矩模式带动磨盘加工工件；

32、同时，力位融合水晶加工控制模块接收处理角度计算模块输出的升降电机转子角度位置数据，计算磨盘当前位置，并读取存储器中保存的加工面设定加工进深参数，当检测到磨盘运行至设定加工进深，控制升降电机停止工作。

33、一种基于力位融合的水晶加工方法，包括以下步骤：

34、s1，水晶加工装置各轴电机初始化复位；

35、s2，在水晶加工装置上位机控制器中设置加工参数，包括：行面、加工面加工力矩、加工进深、转角、摆角、退位位置；

36、s3，水晶加工装置转角电机和摆角电机带动工件旋转，上位机控制器将加工面磨削力矩、加工进深参数传输给专用伺服电机驱动器；

37、s4，待工件旋转到位，专用伺服电机驱动器根据设定的力矩控制升降电机以恒力矩模式带动磨盘上升；

38、s5，力位融合水晶加工控制模块实时检测磨盘位置，当磨盘到达设定的加工进深，升降电机停止工作；

39、s6，升降电机带动磨盘退位至设定的安全位置，完成该加工面加工，并向上位机控制器发送完成信号；

40、s7，重复步骤s3至s6，即实现对各加工面的加工；

41、s8，完成所有加工面，各轴电机复位；

42、优选地，s4具体步骤如下：

43、s4.1，通过通讯软件模块将步骤s3上位机控制器传输的加工面磨削力矩、加工进深加工参数保存至存储器模块中；

44、s4.2，力位融合水晶加工控制模块读取存储器模块中保存的加工面设定磨削力矩，换算得到对应的参考dq轴电流，并将参考dq轴电流与电流计算模块处理得到的实际dq轴电流进行pi计算得到dq轴电压ud、uq，其中力矩表达式为：

45、

46、其中，te表示力矩，pn表示极对数，iq表示q轴转矩电流，id表示d轴励磁电流，ld表示d轴电感，lq表示q轴电感，ψf表示磁链；

47、令公式(1)中的d轴励磁电流id为且q轴转矩电流为极对数pn为2，则公式(1)可改写为：

48、

49、将设定力矩换算成参考电流值，将公式(2)改写为：

50、

51、s4.3，计算dq轴耦合量，对dq轴电压进行电压前馈解耦得到u′d、u′q，保证输出力矩准确稳定；

52、计算d轴耦合项，公式为：

53、cd＝ωelqiq         (4)

54、其中ωe表示转子转速；

55、计算q轴耦合项，公式为：

56、cq＝-ωe(ldid+ψf)    (5)

57、将pi计算得到的dq轴电压减去耦合项，公式为：

58、

59、其中，ud表示pi计算得到的d轴电压，uq表示pi计算得到的q轴电压，u′d表示电压前馈解耦后的d轴电压，u′q表示电压前馈解耦后的q轴电压；

60、s4.4，将电压前馈解耦后的u′d、u′q进行svpwm调制，得到控制脉冲，并传输给智能功率模块，智能功率模块驱动升降电机以恒力矩模式带动磨盘加工工件；

61、优选地，s5具体实现如下：力位融合水晶加工控制模块接收处理角度计算模块输出的升降电机转子角度位置数据，计算磨盘当前位置，并读取存储器中保存的加工面设定加工进深参数，当检测到磨盘运行至设定加工进深，控制升降电机停止工作。

62、本发明有益效果如下：

63、本发明提出的一种基于力位融合的水晶加工方法，相对于传统方法，可以根据每个加工面的大小动态调整加工力矩，并保证输出力矩小于夹具承受的力矩，使升降电机以恒力矩方式带动磨盘磨削水晶工件以使磨盘推进速度小于磨削速度，并实时检测磨盘位置，当检测到达设定的加工进深后，升降电机停止工作完成该加工面的加工，随后磨盘退位至设定的安全位置；

64、本发明提出的一种基于力位融合的水晶加工专用伺服电机驱动器装置，相对于传统装置，将力位融合水晶加工控制模块设计在升降电机驱动器中形成专用伺服电机驱动器，并通过上位机控制器将相应加工参数传输给专用伺服电机驱动器，由力位融合水晶加工控制模块根据加工参数输出设定的加工力矩，并实时检测磨盘位置，在到达设定加工进深后及时停止加工并退位；

65、本发明改善了过磨或少磨的问题，降低了磨盘的损耗及电力的消耗，提高了水晶产品加工的质量。