误差补偿方法及装置与流程

本发明涉及机械制造领域，具体而言，涉及一种误差补偿方法及装置。

背景技术：

受传动装置发热或环境温度升高变化等影响，可能会导致机床床身和其他部件受热膨胀。因此，机床各轴的机械位置会随温度变化而有所变化。这种热误差会对工件的加工精度产生不利影响。尤其是在加工大型工件时，温度变化较大时通常会大大降低加工精度。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种误差补偿方法及装置，以至少解决相关技术中，传动装置发热，引起目标零件的热误差，导致加工精度低的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种误差补偿方法，包括：采集目标零件的误差源参数；确定所述误差源参数对应的误差值；根据所述误差值确定误差补偿值；根据所述误差补偿值，对所述目标零件进行误差补偿。

可选的，确定所述误差源参数对应的误差值包括：确定误差曲线，其中，所述误差曲线为目标零件在误差源参数下，所述目标零件产生的误差的变化关系；根据所述误差曲线，确定所述误差与所述误差源参数的计算公式；依据所述计算公式，确定所述误差源参数对应的误差值。

可选的，所述目标零件为运动轴，所述误差源参数为轴行程，所述误差为传动装置在一定温度下所述运动轴的热误差；所述计算公式为：δkx＝k0(t)+tanβ(t)*(px-p0)；其中，px为所述运动轴的实际位置；δkx为所述实际位置px上的温度补偿值，也即是所述热误差；k0(t)为传动装置在t温度下与所述实际位置无关的温度补偿值；p0为所述运动轴的参考点位置；tanβ(t)为传动装置在t温度下的温度补偿系数。

可选的，根据所述误差曲线，确定所述误差与所述误差源参数的计算公式包括：确定在预定温度范围内的多个温度值对应的误差曲线；根据多条所述误差曲线，确定所述温度补偿系数tanβ(t)；根据所误差曲线，以及，测得的所述实际位置px和所述温度补偿值k0，预先设定的所述参考点位置p0，计算的所述温度补偿值k0(t)和所述温度补偿系数tanβ(t)，确定所述计算公式。

可选的，根据所述多条误差曲线，确定所述温度补偿系数tanβ(t)包括：根据多条所述误差曲线，确定所述温度补偿系数tanβ(t)与实测温度t之间的变化曲线，其中，所述温度补偿系数tanβ(t)为所述误差曲线的斜率；在所述变化曲线中，tanβ(t)＝(t-t0)*tkmax/(tmax-t0)；其中，t为当前测量出的所述传动装置的实际温度；t0为所述热误差为0时的所述传动装置的温度；tmax为测得的所述传动装置的最高温度；tkmax为所述传动装置在tmax温度下的温度系数，也即是在tmax温度下的误差曲线的斜率。

可选的，在预定温度范围内，在不同的温度值下，确定每个温度值对应的误差曲线包括：使所述运动轴在轴行程内移动，以使所述运动轴均匀受热；以预设步距测量所述运动轴的位置，同时测量传动装置的实际温度，确定一组温度误差数据；按照一定频率，进行多次测量，确定多组上述温度误差数据；根据多组所述温度误差数据，确定多个误差曲线。

可选的，根据所述误差补偿值，进行误差补偿包括：控制所述目标零件按照所述误差补偿值进行运动，以实现误差补偿。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种误差补偿装置，包括：采集模块，用于采集目标零件的误差源参数；第一确定模块，用于确定所述误差源参数对应的误差值；第二确定模块，用于根据所述误差值确定误差补偿值；补偿模块，用于根据所述误差补偿值，对所述目标零件进行误差补偿。

可选的，所述采集模块，包括下列至少至下一：温度检测传感器，位移检测传感器。

可选的，还包括：控制器，所述控制器包括下列至少至下一：第一确定模块，第二确定模块和补偿模块。

在本发明实施例中，采用采集目标零件的误差源参数；确定误差源参数对应的误差值；根据误差值确定误差补偿值；根据误差补偿值，对目标零件进行误差补偿的方式，通过对目标零件的误差进行计算，然后根据误差进行补偿，达到了对目标零件进行误差补偿的目的，从而实现了降低目标零件误差，提高加工精度的技术效果，进而解决了相关技术中，传动装置发热，引起目标零件的热误差，导致加工精度低的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种误差补偿方法的流程图；

图2是根据本发明实施方式的温度误差曲线的示意图；

图3是根据本发明实施方式的温度补偿的近似误差直线的示意图；

图4是根据本发明实施方式的不同温度下的误差曲线的示意图；

图5是根据本发明实施方式的实测温度t与温度补偿系数tanβ的函数关系的示意图；

图6是根据本发明实施方式的热误差系统构成的示意图；

图7是根据本发明实施例的一种误差补偿装置的示意图；

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种误差补偿方法的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的一种误差补偿方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤s102，采集目标零件的误差源参数；

步骤s104，确定误差源参数对应的误差值；

步骤s106，根据误差值确定误差补偿值；

步骤s108，根据误差补偿值，对目标零件进行误差补偿。

通过上述步骤，采用采集目标零件的误差源参数；确定误差源参数对应的误差值；根据误差值确定误差补偿值；根据误差补偿值，对目标零件进行误差补偿的方式，通过对目标零件的误差进行计算，然后根据误差进行补偿，达到了对目标零件进行误差补偿的目的，从而实现了降低目标零件误差，提高加工精度的技术效果，进而解决了相关技术中，传动装置发热，引起目标零件的热误差，导致加工精度低的技术问题。

上述目标零件可以是会产生误差的零件，上述误差源参数可以是引起上述目标零件误差的因素的参数。例如，由于传动装置的发热，热传递导致机床和其他部件受热膨胀，引起机床各个运动轴的机械位置发生变化，产生热误差。在此过程中误差源参数可以为传动装置的温度，目标零件可以为机床的各个运动轴。

上述确定误差源参数对应的误差值，可以是根据上述传动装置的温度确定上述运动轴的热误差的误差值。上述误差值可以是，目标零件在该误差源参数的影响下，对目标参数的产生误差的参数，通过测量装置进行直接监测。例如，在传动装置的温度影响下，运动轴会发生位移，则可以通过红外测距装置，或者其他测距装置对运动轴发生的位移直接进行测量，以确定运动轴在该传动装置的温度的影响下，会产生的误差值。上述误差值还可以是通过一定运算公式进行计算，该公式通过对大量的实验数据进行分析和统计得出，表现了误差源参数与上述误差值之间的关系，通过上诉计算公式，输入上述误差源参数可以计算出上述误差值。操作简单，运算方便，可以实现自动运算，而且不用测量装置，避免了硬件的布设，节约了成本。

上述根据误差值确定误差补偿值，上述误差补偿值是为了减小或者消除误差，而控制目标零件，或者能够引起目标零件向减小或消除误差的方向运动的相关零件，向减小误差的方向运动的参数。上述误差补偿值可以是等于上述误差值，从而在理论上消除误差，但是在实际的误差补偿过程中，误差可能由于实际操作环境，导致增大误差的运动方向的难易程度，小于减小误差的运动方向的难易程度，因此在此种情况下，可以适当增加误差补偿值，以实现对误差的有效稳定的补偿。与上述情况类似，也存在减小误差的运动方向的难易程度小于增大误差的运动方向的难易程度，则可以适当减小上述误差补偿值，具体根据实际情况确定。

根据误差补偿值，对目标零件进行误差补偿。可以是根据误差补偿值，控制对应的零件进行运动，从而减小目标零件的误差。上述误差补偿值对应的零件可以是目标零件或者上述相关零件。

可选的，确定误差源参数对应的误差值包括：确定误差曲线，其中，误差曲线为目标零件在误差源参数下，目标零件产生的误差的变化关系；根据误差曲线，确定误差与误差源参数的计算公式；依据计算公式，确定误差源参数对应的误差值。

上述误差曲线为传动装置在温度t下，目标零件的误差值，可以是运动轴在轴行程的内的各个位置上的热误差。由于运动轴并不是一个整体统一运动的零件，在不同的位置其运动状态可能不同，因此，在本实施例中，对上述运动轴的行程内的各个位置上的热误差进行统计和检测。上述数据均为实际测得的数据。通过实际测得的数据绘制一条，在误差源参数为，传动装置的温度为t的工况下，目标零件运动轴，在轴行程内的多个位置的热误差的，误差曲线。也即是上述误差曲线为，传动装置在该温度t下，运动轴各个位置的误差与各个位置的关系曲线。

可选的，目标零件为运动轴，误差源参数为轴行程，误差为传动装置在一定温度下运动轴的热误差；计算公式为：δkx＝k0(t)+tanβ(t)*(px-p0)；其中，px为运动轴的实际位置；δkx为实际位置px上的温度补偿值，也即是热误差；k0(t)为传动装置在t温度下与实际位置无关的温度补偿值；p0为运动轴的参考点位置；tanβ(t)为传动装置在t温度下的温度补偿系数。

根据绘制的误差曲线图，通过选择设置运动轴的参考点p0，在传动装置的温度为指定温度t下，测量从参考点p0移动至，p0之外的任一位置点px上时误差值。根据运行位置和指定的温度测出的误差数据可推导出补偿值δkx按以下公式计算得出：δkx＝k0(t)+tanβ(t)*(px-p0)。

可选的，根据误差曲线，确定误差与误差源参数的计算公式包括：确定在预定温度范围内的多个温度值对应的误差曲线；根据多条误差曲线，确定温度补偿系数tanβ(t)；根据所误差曲线，以及，测得的实际位置px和温度补偿值k0，预先设定的参考点位置p0，计算的温度补偿值k0(t)和温度补偿系数tanβ(t)，确定计算公式。

在上述公式中，由于参考点p0为设定值，px为轴实际位置值，当参考点p0定在所有温度下误差都为零的位置时，k0＝0。那么当前温度下轴运动热误差补偿值δkx需要确定的参数就剩下tanβ(t)。

可选的，根据多条误差曲线，确定温度补偿系数tanβ(t)包括：根据多条误差曲线，确定温度补偿系数tanβ(t)与实测温度t之间的变化曲线，其中，温度补偿系数tanβ(t)为误差曲线的斜率；在变化曲线中，tanβ(t)＝(t-t0)*tkmax/(tmax-t0)；其中，t为当前测量出的传动装置的实际温度；t0为热误差为0时的传动装置的温度；tmax为测得的传动装置的最高温度；tkmax为传动装置在tmax温度下的温度系数，也即是在tmax温度下的误差曲线的斜率。

从多条误差曲线途中获取相关温度补偿系数tanβ(t)和温度的关联，由于tanβ(t)在误差曲线上边线为误差曲线对应的线性化直线的斜率，因此，上述温度补偿系数tanβ(t)和温度的关联，可以是误差曲线斜率和实测温度之间的关系。通过误差曲线斜率和实测温度的的函数关系可以确定tanβ(t)＝(t-t0)*tkmax/(tmax-t0)。

可选的，在预定温度范围内，在不同的温度值下，确定每个温度值对应的误差曲线包括：使运动轴在轴行程内移动，以使运动轴均匀受热；以预设步距测量运动轴的位置，同时测量传动装置的实际温度，确定一组温度误差数据；按照一定频率，进行多次测量，确定多组上述温度误差数据；根据多组温度误差数据，确定多个误差曲线。

由于近似误差直线仅适用于固定的温度值，须根据温度的变化分别测定新误差曲线，只有这样才能保证对热误差补偿的准确性。例如，使轴在整个行程内移动，使其均匀受热。以100mm为步距测量轴位置。测量滚珠丝杠当前温度。每20分钟执行一次测量循环。将在不同温度下全行程分段实测的数据绘制成多条误差曲线图。

可选的，根据误差补偿值，进行误差补偿包括：控制目标零件按照误差补偿值进行运动，以实现误差补偿。

需要说明的是，本实施例提供了一种可选的实施方式，下面对该实施方式进行详细说明。

本实施方式根据温度的变化对机床运动部件的产生的热膨胀、伸缩等影响研究一种热误差补偿方法。具体如下：

1，图2是根据本发明实施方式的温度误差曲线的示意图，如图2所示，测量绘制误差曲线；为进行热误差补偿，首先需要实测指定温度t下在轴行程内各个位置上的误差，这样可得出一条该温度t下的热误差曲线。通常情况下用一条直线便可精确的表示指定温度t下的误差曲线。

2，推导补偿公式；图3是根据本发明实施方式的温度补偿的近似误差直线的示意图，如图3所示，根据绘制的误差曲线图，通过选择设置轴的参考点p0，在指定温度t下，测量从参考点p0移动至位置点px上时误差值。根据运行位置和指定的温度测出的误差数据可推导出补偿值δkx按以下公式计算得出：δkx＝k0(t)+tanβ(t)*(px-p0)，其中：δkx：位置px上的温度补偿值；k0：与位置无关的温度补偿值；px：轴的实际位置；p0：轴参考点位置；tanβ：位置相关温度补偿的系数(等同于误差曲线的斜率)。

3，指定温度范围内根据温度的变化测量绘制的多条误差曲线；图4是根据本发明实施方式的不同温度下的误差曲线的示意图，如图4所示，由于近似误差直线仅适用于固定的温度值，须根据温度的变化分别测定新误差曲线，只有这样才能保证对热误差补偿的准确性。

例如：a，使轴在整个行程(例如：从500mm到1500mm)内移动，使其均匀受热。

b，以100mm为步距测量轴位置。

c，测量滚珠丝杠当前温度。

d，每20分钟执行一次测量循环。

e，将在不同温度下全行程分段实测的数据绘制成图3所示的误差曲线图。

4，计算温度补偿系数tanβ(t)；公式δkx＝k0(t)+tanβ(t)*(px-p0)中，由于参考点p0为设定值，px为轴实际位置值，当参考点p0定在所有温度下误差都为零的位置时(如图3，p0设在320时)，k0＝0。那么当前温度下轴运动热误差补偿值δkx需要确定的参数就剩下tanβ(t)。

图5是根据本发明实施方式的实测温度t与温度补偿系数tanβ的函数关系的示意图，为了测定位置相关温度补偿系数tanβ和温度的关联，误差曲线斜率和实测温度之间的关系用函数图来表示。经过线性处理后，系数tanβ与温度t的关联如下：

tanβ(t)＝(t-t0)*tkmax*10^-6/(tmax-t0)，含义：t＝当前测量出的实际温度；单位[度]；t0＝位置相关误差为0时的温度，单位[度]；tmax＝测得的最高温度，单位[度]；tkmax＝tmax下的温度系数，单位[μm/1000mm]。

5，系统搭建及应用

图6是根据本发明实施方式的热误差系统构成的示意图，如图6所示，主要包括位置检测、温度传感器、plc、ad转换模块、cnc控制器、伺服驱动及电机等。如图所示，机床上安装有温度检测传感器和位移检测传感器(其中位移传感器一般是电机自带的编码器或者光栅尺)来分别检测机床温度信号和测量轴的实际位移。温度信号经过plc的a/d转换模块将温度传感器的模拟量信号转换成plc控制器能识别计算的数字信号。并通过程序计算出温度补偿系数tanβ(t)，然后通过通讯总线传输给cnc控制器。测量轴的实际位移通过反馈回驱动器，再由驱动器通过通讯总线传输给cnc控制器。cnc控制器将plc与伺服驱动器采集回来的参数，根据设定p0参考点值，通过系统计算处理，计算出热变形的补偿值。然后再向伺服系统发送脉冲信号，经伺服电机驱动丝杆运动，从而实现热误差补偿。

图7是根据本发明实施例的一种误差补偿装置的示意图，如图7所示，根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种误差补偿装置，包括：采集模块72，第一确定模块74，第二确定模块76和补偿模块78，下面对该装置进行详细说明。

采集模块72，用于采集目标零件的误差源参数；第一确定模块74，与上述采集模块72相连，用于确定误差源参数对应的误差值；第二确定模块76，与上述第一确定模块74相连，用于根据误差值确定误差补偿值；补偿模块78，与上述第二确定模块76相连，用于根据误差补偿值，对目标零件进行误差补偿。

通过上述装置，采用采集模块72采集目标零件的误差源参数；第一确定模块74确定误差源参数对应的误差值；第二确定模块76根据误差值确定误差补偿值；补偿模块78根据误差补偿值，对目标零件进行误差补偿的方式，通过对目标零件的误差进行计算，然后根据误差进行补偿，达到了对目标零件进行误差补偿的目的，从而实现了降低目标零件误差，提高加工精度的技术效果，进而解决了相关技术中，传动装置发热，引起目标零件的热误差，导致加工精度低的技术问题。

可选的，采集模块，包括下列至少至下一：温度检测传感器，位移检测传感器。

可选的，还包括：控制器，控制器包括下列至少至下一：第一确定模块，第二确定模块和补偿模块。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述中任意一项的方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述中任意一项的方法。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。