工具机调整方法与其调整系统与流程

本揭露是有关于一种工具机调整方法与其调整系统，且特别是有关于一种针对工具机循圆误差补偿的调整方法与其调整系统。

背景技术：

工具机出厂前通常会经过循圆测试，确认各轴轴向伺服及机构匹配的结果合乎要求。循圆测试通常是以双轴球杆仪(doubleballbar，dbb)或其他圆轨迹的测量仪器来得知工具机伺服轴最末端的移动误差。然而，经过终端用户长时间使用、以及受工作环境恶劣等影响，实际加工时的循圆误差会逐渐增加，甚至超出允许公差；换言之，出厂时的初始循圆控制参数设定已不合需求，必须重新测试调整。

目前，虽工具机的控制器厂皆有针对背隙与摩擦力等误差进行自动补偿的功能，但其误差来源是来自控制回路内(例如由编码器、光学尺等从工作台取得)，并未考虑实际工具机机构末端(例如主轴的刀尖点)之误差状况，所以已知的调整流程皆系以测量仪器得到工具机的循圆轨迹后，再以人为手动的方式调整工具机的控制器参数，反复修正以达到最终结果。有鉴于此，以下将提出几个实施例的解决方案。

技术实现要素：

本揭露的一种工具机调整方法包括以下步骤：使一工具机开始一循圆测试；由一测量仪器取得一测量误差量em，且所述测量误差量em是由所述工具机执行所述循圆测试时实际循圆轨迹与预设循圆轨迹之差异所决定；由所述测量误差量em，判断所述工具机的误差状况；判断所述误差状况是否小于一设定目标，若否则依所述误差状况决定一补偿参数，以及使所述工具机依所设定之所述补偿参数开始另一次循圆测试并重复上述步骤，直到判断所述误差状况小于一设定目标；以及若判断所述误差状况小于所述设定目标，结束所述循圆测试，并完成调整所述工具机。

本揭露的一种工具机调整系统包括存储器以及处理器。存储器，用以存储误差分析模组与误差补偿模组。处理器耦接存储器，并用以执行所述误差分析模组与所述误差补偿模组。处理器执行所述误差分析模组以执行以下步骤：由一测量仪器取得一测量误差量em，且所述测量误差量em是由所述工具机执行一循圆测试时实际循圆轨迹与预设循圆轨迹之差异所决定；以及由所述测量误差量em，判断所述工具机的误差状况。所述处理器执行所述误差补偿模组以执行以下步骤：判断所述误差状况是否小于一设定目标，若否则依所述误差状况决定一补偿参数，以及提供所述补偿参数给所述工具机的一控制器来设定所述补偿参数，以使所述工具机依所设定之所述补偿参数开始另一循圆测试并重复上述步骤，直到判断所述误差状况小于一设定目标；以及若判断所述误差状况小于所述设定目标，通知所述工具机的所述控制器结束所述循圆测试并完成调整所述工具机。

基于上述，本揭露的工具机调整方法及其系统可针对实际工具机机构的末端，自动判断工具机的误差状况、依误差状况自动补偿、并可优化补偿参数，因而减少调整工具机之时间，更可提高工具机整体性能以确保加工精度。

为让本揭露的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本揭露一实施例的工具机调整系统的方块示意图。

图2是依照本揭露另一实施例的工具机调整方法的步骤流程图。

图3是图2步骤s240一实施例的细部步骤流程图。

图4a是依照本揭露一实施例的测量误差量与时间关系图。

图4b是对应本揭露图4a的修正误差量与时间关系图。

图5是对应本揭露图4b中一段时间内修正误差量与时间关系图。

图6a是依照本揭露一实施例的循圆测试轨迹图。

图6b是依照本揭露另一实施例的循圆测试轨迹图。

图7是依照本揭露一实施例的补偿参数决定的步骤流程图。

图8是依照本揭露另一实施例的补偿参数决定的步骤流程图。

具体实施方式

为了使本揭露之内容可以被更容易明了，以下特举实施例做为本揭露确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤，系代表相同或类似部件。

图1是依照本揭露一实施例的工具机调整系统的方块示意图。参考图1，工具机调整系统1包括处理器11以及存储器13。存储器13可包括误差分析模组131以及误差补偿模组133。在本实施例中，处理器11耦接存储器13，并且用以执行误差分析模组131以及误差补偿模组133，以进行工具机调整。需说明的是，本揭露并不特别限制工具机调整系统1的实施态样。本实施例的工具机调整系统1可例如是应用在个人计算机(personalcomputer,pc)、笔记型计算机(notebookcomputer)、工业计算机(industrialpc，ipc)或云端服务器(cloudserver)等诸如此类的数字系统或云端平台，或以软件程序形式来安装在上述各计算机设备中，以供使用者操作计算机设备而自动执行调整，进而实现本揭露的用于工具机的误差补偿之调整。

在本实施例中，处理器11可例如是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，或是其他可编程之一般用途或特殊用途的微处理器(microprocessor)、数字信号处理器(digitalsignalprocessor,dsp)、可编程控制器、特殊应用集成电路(applicationspecificintegratedcircuits，asic)、可编程逻辑装置(programmablelogicdevice,pld)、其他类似处理装置或这些装置的组合。

在本实施例中，存储器13可例如是动态随机存取存储器(dynamicrandomaccessmemory，dram)、快闪存储器(flashmemory)或非挥发性随机存取存储器(non-volatilerandomaccessmemory，nvram)等。在本实施例中，误差分析模组131以及误差补偿模组133可例如是一种软件应用程序。因此，存储器13可预先存储有误差分析模组131以及误差补偿模组133，以供处理器11存取并执行之。值得注意的是，在另一实施例中，误差分析模组131以及误差补偿模组133亦可存储在一个非暂态计算机可读存储介质(non-transitorycomputer-readablestoragemedium)当中，以透过将误差分析模组131以及误差补偿模组133载入计算机设备来实现本揭露各实施例所述的工具机调整方法。

请继续参考图1，在本实施例中，工具机调整系统1与工具机2及测量仪器3电性连接。工具机2包括工具机机构21与控制器23。工具机机构21包括工作台、主轴等，控制器23与工具机机构21电性连接并发送指令使工作机机构21作动。测量仪器3(例如双轴球杆仪)可移动地设置在工具机机构21上，用以测量工具机机构21。工具机调整系统1由测量仪器3取得测量数据，由所述测量数据判断所述工具机2的误差状况，依所述误差状况决定补偿参数，并将此补偿参数提供给控制器23以进行工具机机构21补偿。对于各阶段的详细实施方式，以下将由几个步骤流程图的实施例来详细说明之。

图2是依照本揭露另一实施例的工具机调整方法的步骤流程图。参考图1与图2，在本实施例中，当测量仪器3已设置在工具机2的工具机机构21上之后，操作员可透过工具机调整系统1的人机界面(图未示)设定循圆测试预设条件，包含测试平面、循圆方向(顺时针或逆时针)、预设循圆轨迹的预设半径、循圆速度等；接着，工具机调整系统1就会自动发送信号，让控制器23依所设定之循圆测试预设条件下达循圆测试指令给工具机机构21，使工具机2开始循圆测试(步骤s210)。

在另一实施例中，当工具机2完成首次循圆测试后，若循圆测试的结果显示循圆伺服不同步而各轴参数不一致时，操作员可经由工具机调整系统1的人机界面检查并调整控制器23所设定之参数，确认影响伺服不同步的参数，例如包含位置增益、速度增益、位置前馈、加减速时间等，并可先调整所述等参数、确认伺服同步后再重新开始循圆测试(步骤s210)。

接着，在步骤s230中，工具机调整系统1可由设置在工具机机构21上的测量仪器3取得测量误差量em，此测量误差量em是由工具机2执行当次循圆测试时实际循圆轨迹与预设循圆轨迹(于执行步骤s210前已设定)之差异所决定。而当经过预设的循圆时间t(例如可为循圆二圈的时间，即t＝4π*预设半径/循圆速度)后，工具机调整系统1会自动发送信号通知工具机2的控制器23所述次循圆测试已完成，并同时由工具机调整系统1的处理器11执行可预先存储在存储器13中的误差分析模组131以执行步骤s240：由测量误差量em，判断工具机2的误差状况。

请参考图3、图4a、图4b、与图5，藉此说明如何由测量误差量em判断工具机2的误差状况(步骤s240)。图3是图2步骤s240一实施例的细部步骤流程图。图4a是依照本揭露一实施例的测量误差量与时间关系图，图4b是对应本揭露图4a的修正误差量与时间关系图。图5是对应本揭露图4b中一段时间内修正误差量与时间关系图。

如图3所示，在本实施例中，首先，工具机调整系统1的处理器11执行可预先存储在存储器13中的误差分析模组131以执行步骤s341：由测量仪器3取得之测量误差量em，计算半径偏差量rd与轴偏置量ad。

更具体而言，在本实施例中，于步骤s341中，测量误差量em可由工具机2执行所述次循圆测试时的所述实际循圆轨迹的实际半径ra与在开始所述次循圆测时前所设定之预设循圆轨迹的预设半径rd二者之差值所决定(即所述测量误差量em＝实际半径ra-预设半径rd)。测量误差量em会随循圆测试的进行而跟着时间有所变化，如图4a所示，于不同时间点由测量仪器3所得之误差数值(对应测量误差量em)皆不相同，而透过将所述误差数值微分，可更清楚呈现发生误差(数值偏离0)的时间点。

并且，在步骤s341中，可进一步透过下列公式计算半径偏差量rd与轴偏置量ad：

n为取得测量误差量em的次数；以及

em’为测量误差量em的各轴分量。

接着，工具机调整系统1的处理器11执行可预先存储在存储器13中的误差分析模组131以执行步骤s343：由半径偏差量rd与轴偏置量ad，计算修正后轴座标值。此处请留意，工具机2执行所述次循圆测试时，透过测量仪器3可取得每个时间点对应之测量误差量em，再经计算即可取得测量误差量em各轴分量，即第1轴(例如在直角座标系中的x轴)的第1轴座标值x1与第2轴(例如在直角座标系中的y轴)的第2轴座标值x2，藉此得知工具机2(更具体来说，工具机机构21末端)的误差状况。对应测量误差量em之第1轴座标值x1与第2轴座标值x2可透过下列公式计算：

第1轴座标值x1＝(预设半径rd+测量误差量em)×cosθ；及

第2轴座标值x2＝(预设半径rd+测量误差量em)×sinθ，且θ介于0～360度之间。。

然而，若未经过修正，透过测量仪器3直接取得之测量误差量em及其各轴分量(第1轴座标值与第2轴座标值)所对应产生之循圆轨迹可能呈现为偏斜或非圆，因此，在本实施例中，会透过本步骤s343计算取得修正后轴座标值，以利后续较佳地判断工具机2的误差状况。

更具体而言，在本实施例中，在步骤s343中，修正后轴座标值可透过下列公式计算：

修正后第1轴座标值x′1＝-第1轴偏置量ad1+

(预设半径rd+测量误差量em–半径偏差量rd)×cosθ；以及

修正后第2轴座标值x′2＝-第2轴偏置量ad2+

(预设半径rd+测量误差量em–半径偏差量rd)×sinθ

接着，工具机调整系统1的处理器11执行可预先存储在存储器13中的误差分析模组131以执行步骤s345：由修正后轴座标值，计算修正误差量ec。修正误差量ec对应测测量误差量em，亦会随循圆测试的进行而跟着时间有所变化，如图4b所示。在图4b中，经修正后的误差数值(对应修正误差量ec)以虚线表示，并且，实线表示将图4b中的误差数值微分，以可更清楚呈现发生误差(数值偏离0)的时间点。

更具体而言，在本实施例中，透过前一步骤s343所得之修正后第1轴座标值x′1与修正后第2轴座标值x′2，与下列公式即可计算修正误差量

完成步骤s345后，由图4b中取得一段时间内修正误差量，即为图5所呈现之一段时间内修正误差量ec与时间关系图。在图5中，将修正误差量ec(对应图5中以虚线表示之误差数值以及以实线表示之误差微分数值)开始有明显变化之时间点定义为工具机2执行所述次循圆测试时的过象限起始时点a，将误差微分数值回归稳定之时间点定义为工具机2执行所述次循圆测试时的尖角结束时点b，以及将位于过象限起始时点a时之修正误差量ec定义为a点误差量eca，将位于尖角结束时点b时之修正误差量ec定义为b点误差量ecb，与将修正误差量ec的最大值定义为最大误差量ecm。接着，计算a点误差量eca与b点误差量ecb之差值以得到工具机2执行所述次循圆测试的背隙量bl，以及计算最大误差量ecm与b点误差量ecb之差值以得到工具机2执行所述次循圆测试的尖角突起量pr。

前述背隙与尖角请参考图6a、图6b。图6a是依照本揭露一实施例的循圆测试轨迹图。图6b是依照本揭露另一实施例的循圆测试轨迹图。

在图6a中，圆形虚线代表工具机2在开始所述次循圆测试前所设定之预设循圆轨迹，而实线代表工具机2执行所述次循圆测试时实际循圆轨迹。对比实线与虚线可之，在本实施例中，工具机2的实际循圆轨迹(实线)在象限转换时于y轴上会有反向偏移预设循圆轨迹(虚线)的情况，而在图6a中所标示之-14.2μm即为工具机2在此次循圆测试时在y轴的反向背隙量为-14.2μm。此一反向背隙量反应工具机2的误差状况。

在图6b中，实线代表工具机2执行所述次循圆测试时实际循圆轨迹，由图可知，在本实施例中，工具机2的实际循圆轨迹(实线)在象限转换时于x轴以及y轴上会偏移原有圆形的预设循圆轨迹、形成尖角，而在图6b中所标示之+10.3μm与+11.6μm即为工具机2在此次循圆测试时在y轴的尖角突起量为10.3μm、在x轴的尖角突起量11.6μm。所述等尖角突起量反应工具机2的误差状况。

请回头参考图2，现将继续说明依照本揭露之工具机调整方法的步骤流程。当工具机调整系统1的处理器11已执行完前述步骤s240(由测量误差量em，判断误差状况)之后，处理器11将执行误差补偿模组133以执行步骤s250～s270。

如图2所示，在本实施例中，工具机调整系统1的处理器11执行可预先存储在存储器13中的误差补偿模组133以执行步骤s250：判断误差状况是否小于设定目标。更具体而言，在本实施例中，于步骤s250，工具机调整系统1的处理器11由先前步骤s240中可得知工具机2的误差状况，例如背隙量或尖角突起量，而藉由比较由测量误差量em所判断之误差状况以及操作者或系统预设可容许之误差状况(即本步骤s250所谓的设定目标)，就可得知工具机2的误差状况是否小于设定目标。

若判断误差状况小于设定目标，例如计算取得之背隙量小于背隙量之设定目标，依照本揭露一实施例，工具机调整方法进入步骤s260：结束循圆测试，完成调整。更具体而言，在步骤s260中，工具机调整系统1的处理器11执行可预先存储在存储器13中的误差补偿模组133，通知工具机2的控制器23结束所述次循圆测试，完成调整工具机2。

若在步骤s250中，工具机调整系统1的处理器11执行误差补偿模组133且判断工具机2的误差状况未小于设定目标，例如计算取得之尖角突起量大于尖角突起量之设定目标，则进入步骤s270：依误差状况决定补偿参数。

接着，请参考图7与图8，藉此说明如何依误差状况决定补偿参数(步骤s270)。图7是依照本揭露一实施例的补偿参数决定的步骤流程图。图8是依照本揭露另一实施例的补偿参数决定的步骤流程图。

如图7所示，在本实施例中，于决定补偿参数之前，首先，工具机调整系统1的处理器11执行误差补偿模组133以进行步骤s771：判断误差状况为象限相关。更具体而言，在本实施例中，透过工具机调整系统1的处理器11执行误差分析模组131，可得知工具机2执行所述次循圆测试的误差状况，而透过工具机调整系统1的处理器11执行误差补偿模组133，可分析并判断工具机2的误差状况是否为象限相关。

若在步骤s771中已判断误差状况为象限相关，且经判断工具机2的误差状况为象限内凹，则决定对应的补偿参数为补偿时间，且后续工具机调整系统1将通知工具机2的控制器将设定补偿参数为缩短补偿时间(步骤s773)。另一方面，若经判断工具机2的误差状况为象限突起，则决定对应的补偿参数为补偿量，且后续工具机调整系统1将通知工具机2的控制器设定补偿参数为增加补偿量(步骤s775)。

此外，请参考图8，依照本揭露另一实施例，补偿参数可依执行多次不同测试预设条条件下的多次循圆测试的多个误差状况加以决定。

具体而言，如图8所示，在本实施例中，工具机调整系统1会自动发送信号，让工具机2的控制器23依所设定之循圆测试预设条件下达循圆测试指令给工具机机构21，使工具机2以第一速度或第二速度开始循圆测试(步骤s811或步骤s812)；接着，工具机调整系统1由测量仪器3取得第一测量误差量em1或第二测量误差量em2(步骤s831或步骤s832)，而第一测量误差量em1或第二测量误差量em2是由工具机2以第一速度或第二速度分别执行循圆测试时个别产生之实际循圆轨迹与预设循圆轨迹的差异所决定；接着，工具机调整系统1可执行误差分析模组131，依第一测量误差量em1或第二测量误差量em2，判断工具机2执行所述次循圆测试的误差状况(步骤s851或步骤s852)，详细判断方法可参照先前搭配图3所述内容，在此不再赘述；接着，工具机调整系统1可执行误差补偿模组133，依误差状况决定第一补偿参数或第二补偿参数(步骤s871或步骤s872)，第一补偿参数与第二补偿参数分别对应工具机2执行循圆测试时的第一速度与第二速度，补偿参数之决定可参照先前搭配图7所述内容，在此不再赘述；最后，工具机调整系统1可执行误差补偿模组133，依第一补偿参数与第二补偿参数，决定最终补偿参数(步骤s870)，藉此取得在不同速度下皆可适用之补偿参数，最终补偿参数的计算方法可透过一般统计方法、或各控制器厂商所采用的特定计算式，在此不加以限定。后续并可将所述最终补偿参数提供给工具机2的控制器23，使所述控制器23依此最终补偿参数完成调整工具机。

此处请留意，图8所示的第一速度与第二速度并非仅为二个数值不同的速度，而是可代表在实际使用工具机2时，可能会选用之明显有差异的二种速度范围区间，例如第一速度可代表高速区间、第二速度可代表低速区间。此外，虽图8仅示意性呈现分别以第一速度或第二速度这二种速度开始循圆测试，但就实际使用需求，亦可能以多种不同速度(或速度区间，如高速、中速、低速等)开始多组循圆测试，并依类似的步骤取得多个测量误差量来决定多个补偿参数，最终再依多个补偿参数决定最终补偿参数，在此并不针对执行循圆测试与所取得之补偿参数的数量加以限定。

请回头参考图2，现将继续说明依照本揭露之工具机调整方法的步骤流程。当步骤s270(依误差状况决定补偿参数)已如先前所述执行完成后，依照本揭露之工具机调整方法进入步骤s220：设定补偿参数。

此处请留意，如图2所示，步骤s220以虚线框示意，代表其为一选择性步骤，举例而言，当在同一速度下首次执行循圆测试时，为得知工具机2的初始状况，可无需先设定一补偿参数，换言之，依照本揭露之工具机调整方法，步骤s220并非必要。

具体而言，在本实施例中，于步骤s220中，工具机调整系统1的处理器11可透过预先存储在存储器13中的误差补偿模组133，将先前步骤所得之补偿参数提供给工具机2的控制器23来设定补偿参数，以使工具机2依所设定之补偿参数开始执行下一次的循圆测试；接着，重复先前所述步骤s230、s240、s250、与s270，直到于步骤s250中，工具机调整系统1判断工具机2的误差状况小于设定目标，此时才进入步骤s260，工具机调整系统1通知工具机2的控制器结束循圆测试，至此，工具机2已依照本揭露之工具机调整方法完成调整。

藉此，本揭露之工具机调整方法与系统可自动测量并自动判断工具机2的误差状况，例如背隙量、尖角突起量等；并且，透过本揭露方法重复自动测量并进行对应补偿以调整工具机2，工具机调整系统1可找出在固定速度下较佳的补偿参数，更可以找出多种速度下皆适用的补偿参数。

综上所述，本揭露之工具机调整方法及其系统可针对实际工具机机构21的末端，自动判断工具机2循圆的误差状况、依误差状况自动补偿、并可优化补偿参数，因而减少调整工具机2之时间，更可提高工具机2整体性能以确保加工精度

虽然本揭露已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本揭露，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本揭露的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本揭露的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

[符号的说明]

1：工具机调整系统

11：处理器

13：存储器存储器

131：误差分析模组

133：误差补偿模组

2：工具机

21：工具机机构

23：控制器

3：测量仪器

a：起始时点

ad：轴偏置量

b：结束时点

bl：背隙量

ec：修正误差量

eca：a点误差量

ecb：b点误差量

ecm：最大误差量

em：测量误差量

em1：第一测量误差量

em2：第二测量误差量

pr：尖角突起量

rd：半径偏差量

s210～s270、s341、s343、s345、s771、s773、s775、s811、s831、s851、s871、s812、s832、s852、s872、s870：步骤