用于多轴机床的误差判断方法和数控系统与流程

1.本发明涉及数控机床领域，更具体地涉及用于多轴机床的误差判断方法和相应的数控系统。


背景技术：

2.机床加工在现代机械制造中起到举足轻重的作用，但凡属于精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件，一般都需要在机床上进行最终加工。多轴数控机床作为高端精密数控机床的代表，能使加工头通过多轴的联动来加工各种复杂表面。然而，多轴数控机床由于各轴彼此之间的运动响应时间不同而在加工工件时在工件上形成加工误差，严重影响数控机床的加工精度。
3.现有的精度检测方法都是单轴检测，基本采用试调法，即先修改单轴的伺服参数，增加延迟，观察加工精度变好了还是变差；如果变差了就减小延迟。这种方法非常繁琐。
4.因此，亟需一种新的技术方案能快速、方便且低成本地实现对多轴数控机床的各轴之间同步时间误差进行判断。


技术实现要素：

5.本发明就旨在克服现有技术中的上述和/或其它问题。通过本发明所提供的用于多轴机床的误差判断方法和数控系统，可以不需要任何额外设备，就完成对多个机械轴的同步时间误差的快速判定。
6.根据本发明的第一方面，提供一种用于多轴机床的误差判断方法，所述多轴机床包括加工头和用于使所述加工头移动的多个机械轴，所述误差判断方法包括以下步骤：s1：在使所述加工头在测试平面内沿目标轨迹行进的指令下经由所述多个机械轴的联动使所述加工头运动；s2：采集所述多个机械轴中的各个机械轴的运动反馈数据，以得到所述加工头实际行进的反馈轨迹；以及s3：基于所述目标轨迹和所述反馈轨迹之间的差异，判定所述多个机械轴的同步时间误差。
7.根据本发明的第二方面，提供了一种用于多轴机床的数控系统，包括用于执行根据本发明的第一方面的误差判断方法的控制器。
8.采用本发明的误差判断方法，可以快速确定多轴机床的各个机械轴之间的同步时间误差，有助于后续使用针对性的校正方式来对相应机械轴的伺服参数进行调整，从而满足后续加工时所需的加工精度。本发明的误差判断方法允许快速确定多轴机床中的各个机械轴彼此之间是超前还是滞后，而无需像现有技术那样进行逐轴测试；同时本发明的误差判断方法完全不需要任何额外设备，整个过程可全部由计算机自动实现，既方便又迅速。
9.较佳地，所述多个机械轴至少包括第一平动轴和第二平动轴，所述第一平动轴平行于世界坐标系的x轴，所述第二平动轴平行于所述世界坐标系的y轴，其中所述测试平面平行于xy平面。
10.较佳地，所述目标轨迹为圆形图形，并且在步骤s3中，当所述反馈轨迹为近似椭圆
图形时，确定所述第一平动轴相对于所述第二平动轴是超前还是滞后。较佳地，步骤s3包括：根据所述反馈轨迹计算椭圆拟合表达式；根据所述椭圆拟合表达式，计算所述椭圆的长轴与所述x轴之间的夹角；当所述夹角为锐角时，确定所述第一平动轴相对于所述第二平动轴超前；或者当所述夹角为钝角时，确定所述第一平动轴相对于所述第二平动轴滞后。较佳地，所述误差判断方法还包括：调整所述第一平动轴或所述第二平动轴的伺服参数以基本上消除所述第一平动轴相对于所述第二平动轴的同步时间误差。
11.较佳地，所述多个机械轴还包括第三平动轴和第一旋转轴，所述第三平动轴平行于所述世界坐标系的z轴并且所述第一旋转轴平行于所述第一平动轴。较佳地，所述目标轨迹为圆形图形，所述第一平动轴与所述第二平动轴之间基本上没有同步时间误差，并且在步骤s3中，当所述反馈轨迹为近似椭圆图形时，确定所述第一旋转轴相对于所述第二平动轴是超前还是滞后。较佳地，步骤s3包括：根据所述反馈轨迹计算第二椭圆拟合表达式；根据所述椭圆拟合表达式，计算椭圆长轴与所述x轴之间的夹角；当所述夹角为锐角时，确定所述第一旋转轴相对于所述第二平动轴超前；或者当所述夹角为钝角时，确定所述第一旋转轴相对于所述第二平动轴滞后。较佳地，所述误差判断方法还包括：调整所述第一旋转轴的伺服参数以基本上消除所述第一旋转轴相对于所述第二平动轴的同步时间误差。
12.较佳地，所述多个机械轴还包括第二旋转轴，所述第二旋转轴平行于所述第二平动轴。较佳地，所述目标轨迹为圆形图形，所述第一平动轴、所述第二平动轴和所述第一旋转轴之间基本上没有同步时间误差，并且在步骤s3中，当所述反馈轨迹为近似椭圆图形时，确定所述第二旋转轴相对于所述第一平动轴超前或滞后。较佳地，步骤s3包括：根据所述反馈轨迹计算第三椭圆拟合表达式；根据所述椭圆拟合表达式，计算椭圆长轴与所述x轴之间的夹角；当所述夹角为锐角时，确定所述第二旋转轴相对于所述第一平动轴超前；或者当所述夹角为钝角时，确定所述第二旋转轴相对于所述第一平动轴滞后。较佳地，所述误差判断方法还包括：调整所述第二旋转轴的伺服参数以基本上消除所述第二旋转轴相对于所述第一平动轴的同步时间误差。
13.较佳地，所述第一平动轴、所述第二平动轴、所述第一旋转轴和所述第二旋转轴之间基本上没有同步时间误差，并且在步骤s3中，当所述反馈轨迹的中心相对于所述目标轨迹的中心沿x轴偏移时，确定所述第三平动轴是超前还是滞后。较佳地，步骤s3包括：当所述反馈轨迹的中心相对于所述目标轨迹的中心沿x轴正偏移时，确定所述第三平动轴超前；或者当所述反馈轨迹的中心相对于所述目标轨迹的中心沿x轴负偏移时，确定所述第三平动轴滞后。较佳地，所述误差判断方法还包括：调整所述第三平动轴的伺服参数以基本上消除所述第三平动轴的同步时间误差。
14.根据本发明的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如上所述的误差判断方法的步骤。
15.通过下面结合附图的详细描述，本发明的其它特征和方面会变得更加清楚。
附图说明
16.通过结合附图对于本发明的示例性实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：
17.图1示出了根据本发明的示例性实施例的用于多轴机床的误差判断方法100；
18.图2示出了可以与根据本发明示例性实施例的方法一起使用的示例多轴机床200的示意图；
19.图3示出x轴和y轴之间存在同步时间误差时反馈轨迹与目标轨迹之间的差异的示意图；
20.图4示出a轴的示例旋转方式的示意图；
21.图5示出a轴和y轴之间存在同步时间误差时反馈轨迹与目标轨迹之间的差异的示意图；
22.图6示出b轴的示例旋转方式的示意图；
23.图7示出b轴和x轴之间存在同步时间误差时反馈轨迹与目标轨迹之间的差异的示意图；
24.图8示出目标轨迹起点在右侧时的反馈轨迹相对于目标轨迹起点在上侧时的反馈轨迹的区别；
25.图9示出a轴和b轴的示例旋转方式的示意图；以及
26.图10示出z轴和其他轴之间存在同步时间误差时反馈轨迹与目标轨迹之间的差异的示意图。
具体实施方式
27.以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。
28.除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。
29.在本技术中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。在本技术中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。
30.在本技术实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三
种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。在本技术实施例的描述中，术语“基本上没有同步时间误差”意味着所涉及的机械轴的联动对加工头实现的运动满足加工精度。
31.下面结合附图详细描述根据本发明实施例提供的用于多轴机床的误差判断方法。
32.参考图1，其中示出了根据本发明的示例性实施例的用于多轴机床的误差判断方法100。多轴机床可以包括加工头和用于使加工头移动的多个机械轴。该方法100包括步骤s1至步骤s3。
33.在步骤s1中，在使加工头在测试平面内沿目标轨迹行进的指令下经由多个机械轴的联动使加工头运动。在步骤s2中，采集多个机械轴中的各个机械轴的运动反馈数据，以得到加工头实际行进的反馈轨迹。在步骤s3中，基于目标轨迹和反馈轨迹之间的差异，判定多个机械轴的同步时间误差。在本文中，“同步时间误差”是指多个机械轴之间的同步性(程度)，例如一个机械轴相对于另一个机械轴是超前还是滞后，而不旨在对误差进行量化，因此本技术的判定同步时间误差的步骤(s3)并不需要精确计算误差值的繁琐计算过程。
34.采用本发明的误差判断方法100，可以快速确定多轴机床的各个机械轴之间的同步时间误差，有助于后续使用相应的校正方式来对相应机械轴的伺服参数进行调整，从而满足后续加工时所需的加工精度。在多轴数控机床领域，以往通常采用单轴试调法，即先修改单轴的伺服参数，增加延迟，观察加工精度变好了还是变差；如果变差了就减小延迟，直到满足加工精度为止，非常繁琐。相比之下，本发明的误差判断方法允许快速确定多轴机床中的各个机械轴彼此之间是超前还是滞后，而无需像现有技术那样进行逐轴测试。
35.图2示出了可以与根据本发明示例性实施例的方法一起使用的示例多轴机床200的示意图。需要特别说明的是，虽然该示例多轴机床200以平面五轴坡口机床为例进行描述，但本领域技术人员可以理解，本发明的用于多轴机床的误差判断方法同样适用于其他类型的五轴机床和机械轴为其它数目的机床。
36.参见图2，多轴机床200可以至少包括第一平动轴和第二平动轴，分别用大写字母x和y来表示，即x轴和y轴。世界坐标系可以用小写字母(x,y,z)来表示，用来表示彼此正交的x
世界
、y
世界
和z
世界
。如图所示，第一平动轴x可以平行于世界坐标系的x轴，第二平动轴y可以平行于世界坐标系的y轴。如此，测试平面可以平行于世界坐标系中的xy平面。
37.可以在示例多轴机床200中使用根据本发明的示例性实施例的用于多轴机床的误差判断方法100。例如，在步骤s1中，可以在使加工头在平行于xy平面的测试平面内沿目标轨迹行进的指令下经由x轴和y轴的两轴联动使加工头运动。在一些实施例中，目标轨迹可以为沿顺时针或逆时针方向运动的圆形图形。之后，在步骤s2中，可以采集x轴和y轴的运动反馈数据，以得到加工头实际行进的反馈轨迹。x轴和y轴的运动反馈数据可以分别从用于驱动x轴和y轴的运动的驱动器读取。驱动器是接受指令控制伺服电机运动的仪器，驱动器响应需要一定的时间，因此如果x轴和y轴的驱动器响应时间不同，则会带来同步时间误差。最后，在步骤s3中，基于目标轨迹和反馈轨迹之间的差异，判定多个机械轴的同步时间误差。
38.在目标轨迹为圆形图形的情况下，如果x轴和y轴之间存在同步时间误差，那么反馈轨迹会变为近似椭圆图形。随后，可以根据近似椭圆图形的实际形态来进一步确定x轴相对于y轴是超前还是滞后。例如，可以根据近似椭圆图形的长轴与世界坐标系下的x轴的夹
角为锐角还是钝角来确定x轴相对于y轴是超前还是滞后。
39.图3示出x轴和y轴之间存在同步时间误差时反馈轨迹与目标轨迹之间的差异的示例性示意图。在此示例中，假设目标轨迹为沿顺时针方向运动的圆形图形，并且起点为圆形图形的最右端。如图所示，当近似椭圆图形的长轴与世界坐标系下的x轴正方向的夹角θ为钝角时，可以确定x轴相对于y轴滞后；而当近似椭圆图形的长轴与世界坐标系下的x轴正方向的夹角θ为锐角时，可以确定y轴相对于x轴滞后。在本发明的一些实施例中，步骤s3可以通过轨迹拟合、人工智能(例如，强化学习、机器视觉算法)等方式来实现。
40.本领域技术人员可以理解，如果目标轨迹为沿逆时针方向运动的圆形图形，起点位置仍为最右端的情况下，那么判定方式可以变为：当近似椭圆图形的长轴与世界坐标系下的x轴正方向的夹角θ为锐角(或与世界坐标系下的x轴负方向的夹角θ为钝角)时，可以确定x轴相对于y轴滞后；而当近似椭圆图形的长轴与世界坐标系下的x轴正方向的夹角θ为钝角(或与世界坐标系下的x轴负方向的夹角θ为锐角)时，可以确定y轴相对于x轴滞后。
41.在使用轨迹拟合来判定同步差异的情况下，例如可以根据反馈轨迹来计算椭圆拟合表达式，然后根据椭圆拟合表达式，计算椭圆的长轴与x轴之间的夹角，从而对近似椭圆图形的实际形态进行表征。在一些示例中，当夹角为锐角时，可以确定x轴相对于y轴超前，而当夹角为钝角时，确定x轴相对于y轴滞后。需要特别说明的是，虽然该示例用长轴与x轴之间的夹角是锐角或钝角来表示x轴相对于y轴超前还是滞后，但本领域技术人员可以理解，可以使用长轴和短轴中的任一者与x轴和y轴中的任一者之间的夹角来进行表征，也可以使用“正”角度和“负”角度来区分超前还是滞后，本技术不旨在对此进行限制。
42.在确定x轴相对于y轴超前还是滞后之后，可以通过现有或将有的误差校正方式来调整x轴或y轴的伺服参数以基本上消除x轴相对于y轴的同步时间误差，本技术中并不旨在对误差校正方式进行限定。
43.返回参见图2，多轴机床200还可以包括第三平动轴和第一旋转轴，分别用大写字母z和a来表示，即z轴和a轴。z轴平行于世界坐标系的z轴并且a轴的旋转轴线平行于第一平动轴(即，x轴)。
44.可以使用根据本发明的示例性实施例的误差判断方法100来对a轴与y轴之间的同步时间误差进行判定。假设x轴与y轴之间基本上没有同步时间误差(例如，x轴与y轴的驱动器的响应时间基本上相同，或者已经利用误差校正方式消除了x轴与y轴之间的同步时间误差)，那么在步骤s1中，可以在使加工头在平行于xy平面的测试平面内沿目标轨迹行进的指令下经由x轴、y轴、z轴和a轴的四轴联动使加工头运动，其中a轴在联动期间持续旋转。由于联动期间要保持加工头在平行于xy平面的测试平面内行进(即，保持加工头末端在z方向上的高度不变)同时a轴保持旋转，那么z轴也会随着a轴的旋转而进行补偿移动，以抵消加工头末端由于a轴旋转所造成的z方向上的位移。图4示出a轴的示例旋转方式的示意图，其中示出了在指令下行进时加工头的取向向量由于a轴旋转而变化的俯视图。如图所示，在加工头联动画圆的过程中，由于加工头绕a轴旋转，因此加工头的取向向量在xy平面上的投影的特点在于，y方向上的分量持续变化并且在x方向上不存在分量。例如，在加工头联动画圆的过程中，a轴的旋转角可以从零度(加工头正交于测试平面)开始逐渐变大(加工头与测试平面成角度)，然后逐渐变小回到零度。注意，图4仅示出联动过程中a轴旋转的一个示例，本领域技术人员根据本发明的教导可以构想到其他的a轴旋转角变化方式，只要这样的旋转角
变化方式能够使多轴的联动体现出a轴与y轴之间的同步时间误差即可。
45.之后，在步骤s2中，可以采集x轴、y轴、z轴和a轴的运动反馈数据，以得到加工头实际行进的反馈轨迹。x轴、y轴、z轴和a轴的运动反馈数据可以分别从用于驱动x轴、y轴、z轴和a轴的运动的驱动器读取。如果a轴和y轴的驱动器响应时间不同，则会带来同步时间误差。
46.最后，在步骤s3中，基于目标轨迹和反馈轨迹之间的差异，判定多个机械轴的同步时间误差。在目标轨迹为圆形图形的情况下，如果a轴和y轴之间存在同步时间误差，那么反馈轨迹会变为近似椭圆图形。随后，可以根据近似椭圆图形的实际形态来进一步确定a轴相对于y轴是超前还是滞后。图5示出a轴和y轴之间存在同步时间误差时反馈轨迹与目标轨迹之间的差异的示例性示意图。在此示例中，假设目标轨迹为沿顺时针方向运动的圆形图形，并且起点为圆形图形的最右端。如图所示，当近似椭圆图形的长轴与世界坐标系下的x轴的夹角θ为钝角时，可以确定a轴相对于y轴滞后；而当近似椭圆图形的长轴与世界坐标系下的x轴的夹角θ为锐角时，可以确定y轴相对于a轴滞后。如上所述，此步骤可以通过轨迹拟合、人工智能(例如，强化学习、机器视觉算法)等方式来实现。类似地，本领域技术人员可以理解，如果目标轨迹为沿逆时针方向运动的圆形图形，起点位置仍为最右端的情况下，那么判定方式可以变为：当近似椭圆图形的长轴与世界坐标系下的x轴正方向的夹角θ为锐角(或与世界坐标系下的x轴负方向的夹角θ为钝角)时，可以确定x轴相对于y轴滞后；而当近似椭圆图形的长轴与世界坐标系下的x轴正方向的夹角θ为钝角(或与世界坐标系下的x轴负方向的夹角θ为锐角)时，可以确定y轴相对于x轴滞后。
47.在使用轨迹拟合来判定同步差异的情况下，例如可以根据反馈轨迹来计算椭圆拟合表达式，然后根据椭圆拟合表达式，计算椭圆的长轴与x轴之间的夹角，从而对近似椭圆图形的实际形态进行表征。在一些示例中，当夹角为锐角时，可以确定a轴相对于y轴超前，而当夹角为钝角时，确定a轴相对于y轴滞后。需要特别说明的是，虽然该示例用长轴与x轴之间的夹角是锐角或钝角来表示a轴相对于y轴超前还是滞后，但本领域技术人员可以理解，可以使用长轴和短轴中的任一者与x轴和y轴中的任一者之间的夹角来进行表征，也可以使用“正”角度和“负”角度来区分超前还是滞后，本技术不旨在对此进行限制。
48.在确定a轴相对于y轴超前还是滞后之后，可以通过现有或将有的误差校正方式来调整a轴的伺服参数以基本上消除a轴相对于y轴的同步时间误差，本技术中并不旨在对误差校正方式进行限定。
49.返回参见图2，多轴机床200还可以包括第二旋转轴，用大写字母b来表示，即b轴。b轴的旋转轴线平行于第二平动轴(即，y轴)。
50.可以使用根据本发明的示例性实施例的误差判断方法100来对b轴与x轴之间的同步时间误差进行判定。假设x轴与y轴之间、y轴与a轴之间基本上没有同步时间误差(例如，x轴、y轴和a轴的驱动器的响应时间基本上相同，或者已经利用误差校正方式消除了x轴与y轴之间、y轴与a轴之间的同步时间误差)，那么在步骤s1中，可以在使加工头在平行于xy平面的测试平面内沿目标轨迹行进的指令下经由x轴、y轴、z轴和b轴的四轴联动使加工头运动，其中b轴在联动期间持续旋转而a轴不产生旋转。由于联动期间要保持加工头在平行于xy平面的测试平面内行进(即，保持加工头末端在z方向上的高度不变)同时b轴保持旋转，那么z轴也会随着b轴的旋转而进行补偿移动，以抵消加工头末端由于b轴旋转所造成的z方
向上的位移。图6示出b轴的示例旋转方式的示意图，其中示出了在指令下行进时加工头的取向向量由于b轴旋转而变化的俯视图。如图所示，在加工头联动画圆的过程中，由于加工头绕b轴旋转，因此加工头的取向向量在xy平面上的投影的特点在于，x方向上的分量持续变化并且在y方向上不存在分量(假设a轴旋转角保持为零)。例如，在加工头联动画圆的过程中，b轴的旋转角可以从零度(加工头正交于测试平面)开始逐渐变大(加工头与测试平面成角度)，然后逐渐变小回到零度。注意，图6仅示出联动过程中b轴旋转的一个示例，本领域技术人员根据本发明的教导可以构想到其他的b轴旋转角变化方式，只要这样的旋转角变化方式能够使多轴的联动体现出b轴与x轴之间的同步时间误差即可，此外a轴旋转角也可以不为零，而是在联动期间保持为其他角度不变。
51.之后，在步骤s2中，可以采集x轴、y轴、z轴和b轴的运动反馈数据，以得到加工头实际行进的反馈轨迹。x轴、y轴、z轴和b轴的运动反馈数据可以分别从用于驱动x轴、y轴、z轴和b轴的运动的驱动器读取。如果b轴和x轴的驱动器响应时间不同，则会带来同步时间误差。
52.最后，在步骤s3中，基于目标轨迹和反馈轨迹之间的差异，判定多个机械轴的同步时间误差。在目标轨迹为圆形图形的情况下，如果b轴和x轴之间存在同步时间误差，那么反馈轨迹会变为近似椭圆图形。随后，可以根据近似椭圆图形的实际形态来进一步确定b轴相对于x轴是超前还是滞后。图7示出b轴和x轴之间存在同步时间误差时反馈轨迹与目标轨迹之间的差异的示例性示意图。在此示例中，假设目标轨迹为沿顺时针方向运动的圆形图形，并且起点为圆形图形的最右端。如图所示，当近似椭圆图形的长轴与世界坐标系下的x轴正方向的夹角θ为钝角时，可以确定x轴相对于b轴滞后；而当近似椭圆图形的长轴与世界坐标系下的x轴正方向的夹角θ为锐角时，可以确定b轴相对于x轴滞后。如上所述，此步骤可以通过轨迹拟合、人工智能(例如，强化学习、机器视觉算法)等方式来实现。类似地，本领域技术人员可以理解，如果目标轨迹为沿逆时针方向运动的圆形图形，起点位置仍为最右端的情况下，那么判定方式可以变为：当近似椭圆图形的长轴与世界坐标系下的x轴正方向的夹角θ为锐角(或与世界坐标系下的x轴负方向的夹角θ为钝角)时，可以确定x轴相对于y轴滞后；而当近似椭圆图形的长轴与世界坐标系下的x轴正方向的夹角θ为钝角(或与世界坐标系下的x轴负方向的夹角θ为锐角)时，可以确定y轴相对于x轴滞后。
53.在使用轨迹拟合来判定同步差异的情况下，例如可以根据反馈轨迹来计算椭圆拟合表达式，然后根据椭圆拟合表达式，计算椭圆的长轴与x轴之间的夹角，从而对近似椭圆图形的实际形态进行表征。在一些示例中，当夹角为锐角时，可以确定x轴相对于b轴超前，而当夹角为钝角时，确定x轴相对于b轴滞后。需要特别说明的是，虽然该示例用长轴与x轴之间的夹角是锐角或钝角来表示b轴相对于x轴超前还是滞后，但本领域技术人员可以理解，可以使用长轴和短轴中的任一者与x轴和y轴中的任一者之间的夹角来进行表征，也可以使用“正”角度和“负”角度来区分超前还是滞后，本技术不旨在对此进行限制。
54.在确定b轴相对于x轴超前还是滞后之后，可以通过现有或将有的误差校正方式来调整b轴的伺服参数以基本上消除b轴相对x轴的同步时间误差，本技术中并不旨在对误差校正方式进行限定。
55.注意，在上文中关于图3、图5和图7所描述的示例性实施例中，起点位置均被设置为圆形图形的最右端，但是本领域技术人员还可以理解，如果目标轨迹为沿顺时针方向运
动的圆形图形，起点位置为圆形图形的最上端的情况下，那么其反馈轨迹相比于起点位置为最右端的反馈轨迹相当于整体旋转了90
°
，如图8所示。在此情况下，相应的判定方式可以变为：当近似椭圆图形的长轴与世界坐标系下的x轴正方向的夹角θ为锐角(或与世界坐标系下的x轴负方向的夹角θ为钝角)时，可以确定x轴相对于y轴滞后；而当近似椭圆图形的长轴与世界坐标系下的x轴正方向的夹角θ为钝角(或与世界坐标系下的x轴负方向的夹角θ为锐角)时，可以确定y轴相对于x轴滞后。
56.因此，需要特别说明的是，虽然上文中关于图3、图5和图7所描述的示例性实施例是在起点位置为圆形图形的最右端的情况下进行的，但本领域技术人员可以理解，起点位置可以是圆形图形的任意一点，并且可以相应地调整世界坐标系的坐标轴的取向来进行本发明的方法，本技术不旨在对此进行限制。换而言之，无论目标轨迹为顺时针方向还是逆时针方向，起点位置在何处，本领域技术人员基于本发明的上述发明构思能够根据实际情况设计出椭圆轨迹与世界坐标系的相对关系从而根据近似椭圆图形的长轴(或短轴)与世界坐标系下的x轴(正方向或负方向)的夹角θ为锐角还是钝角来确定一轴相对于另一轴超前还是滞后。
57.此外，还可以使用根据本发明的示例性实施例的误差判断方法100来对z轴相对于其他轴的同步时间误差进行判定。假设x轴与y轴之间、y轴与a轴、x轴与b轴之间基本上没有同步时间误差(例如，x轴、y轴、a轴和b轴的驱动器的响应时间基本上相同，或者已经利用误差校正方式消除了x轴与y轴之间、y轴与a轴之间、x轴与b轴之间的同步时间误差)，那么在步骤s1中，可以在使加工头在平行于xy平面的测试平面内沿目标轨迹行进的指令下经由x轴、y轴、z轴、a轴和b轴的五轴联动使加工头运动，其中a轴和b轴在联动期间持续旋转。由于联动期间要保持加工头在平行于xy平面的测试平面内行进(即，保持加工头末端在z方向上的高度不变)同时a轴和b轴保持旋转，那么z轴也会随着a轴和b轴的旋转而进行补偿移动，以抵消加工头末端由于a轴和b轴旋转所造成的z方向上的位移。图9示出a轴和b轴的示例旋转方式的示意图，其中示出了在指令下行进时加工头的取向向量由于a轴和b轴旋转而变化的俯视图。如图所示，在加工头联动画圆的过程中，由于加工头同时绕a轴和b轴旋转，因此加工头的取向向量在xy平面上的投影的特点在于，x方向和y方向上的分量都持续变化。例如，在加工头联动画圆的过程中，a轴的旋转角可以从零度开始逐渐变大，然后逐渐变小回到零度，而b轴的旋转趋势可以恰好与a轴相反，即可以从一角度逐渐减小至零度，然后从零度逐渐变大至该角度。注意，图9仅示出联动过程中a轴和b轴旋转的一个示例，本领域技术人员根据本发明的教导可以构想到其他的a轴和b轴的旋转角变化方式，只要这样的旋转角变化方式能够使多轴的联动体现出z轴与其他轴之间的同步时间误差即可。
58.之后，在步骤s2中，可以采集x轴、y轴、z轴、a轴和b轴的运动反馈数据，以得到加工头实际行进的反馈轨迹。x轴、y轴、z轴和b轴的运动反馈数据可以分别从用于驱动x轴、y轴、z轴、a轴和b轴的运动的驱动器读取。如果z轴和其他轴的驱动器响应时间不同，则会带来同步时间误差。
59.最后，在步骤s3中，基于目标轨迹和反馈轨迹之间的差异，判定多个机械轴的同步时间误差。如果z轴和其他轴之间存在同步时间误差，那么反馈轨迹相对于目标轨迹会在x方向产生位移偏差。随后，可以根据位移的方向来进一步确定x轴相对于其他轴是超前还是滞后。图10示出z轴和其他轴之间存在同步时间误差时反馈轨迹与目标轨迹之间的差异的
示例性示意图。在此示例中，假设目标轨迹为沿顺时针方向运动的圆形图形，并且起点为圆形图形的最右端。如图所示，当反馈轨迹的中心相对于目标轨迹的中心沿x轴正方向正偏移时，确定z轴超前；而当反馈轨迹的中心相对于目标轨迹的中心沿x轴正方向负偏移时，确定z轴滞后。类似地，本领域技术人员可以理解，如果目标轨迹为沿逆时针方向运动的圆形图形，起点位置仍为最右端的情况下，那么判定方式可以变为：当反馈轨迹的中心相对于目标轨迹的中心沿x轴负方向正偏移时，确定z轴超前；而当反馈轨迹的中心相对于目标轨迹的中心沿x轴负方向负偏移时，确定z轴滞后。因此，在本文中，“沿x轴正偏移”和“沿x轴负偏移”仅仅用来表示轨迹沿x轴偏移的相对关系；也就是说，“正偏移”代表反馈轨迹相对于目标轨迹朝向第一方向偏移，而“负偏移”代表反馈轨迹相对于目标轨迹朝向与第一方向相反的第二方向偏移。本技术不旨在限定“正偏移”和“负偏移”的具体朝向。如上所述，此步骤可以通过轨迹拟合、人工智能(例如，强化学习、机器视觉算法)等方式来实现。
60.在确定x轴相对于其他轴超前还是滞后之后，可以通过现有或将有的误差校正方式来调整z轴的伺服参数以基本上消除z轴相对其他轴的同步时间误差，本技术中并不旨在对误差校正方式进行限定。
61.以上描述的技术和/或实施例中的一个或多个可采用硬件和/或软件实现或包括硬件和/或软件，例如，在一个或多个电子设备(中的处理器)上执行的模块或装置。当然，本文所描述的模块或装置示出了各种功能并且不限于限制任何实施例的结构和功能。相反，可通过根据各种设计考虑的更多或更少的模块或装置不同地划分并执行各个模块或装置的功能。
62.根据本发明的实施例，还提供一种用于多轴机床的数控系统。数控系统可以包括控制器，该控制器可以执行如上所述的误差判断方法。
63.至此，描述了根据本发明的用于多轴机床的误差判断方法和数控系统。一直以来，为了校正多轴数控机床的同步时间误差，要么采用试调法，即先修改单轴的伺服参数，增加延迟，观察加工精度变好了还是变差，如果变差了就减小延迟，这种方法非常繁琐；要么需要引入球杆仪、激光干涉仪等较为昂贵的额外设备，这大大增加了设备成本。而本技术的发明人巧妙地采用了一个全新的误差判断方法，其完全不需要任何额外的设备，而只要在使加工头沿目标轨迹行进的指令下通过机床的多轴联动来根据伺服反馈合成加工头实际的运动轨迹，就可以根据目标轨迹和实际运动轨迹之间的差异对多个机械轴的同步时间误差进行快速判定，从而允许针对性修改伺服参数，以提高后续加工精度。
64.上面已经描述了一些示例性实施例。然而，应该理解的是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，还可以对上述示例性实施例做出各种修改。例如，如果所描述的技术以不同的顺序执行和/或如果所描述的系统、架构、设备或电路中的组件以不同方式被组合和/或被另外的组件或其等同物替代或补充，也可以实现合适的结果，那么相应地，这些修改后的其它实施方式也落入权利要求书的保护范围内。