专利名称：机床刀具之类的误差补偿系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于修正或减少定位误差的误差补偿系统，当一个物体被伺服电动机或致动装置沿着控制轴线定位时，将会发生这种定位误差。更具体地讲，涉及机床刀具误差补偿系统，用于修正或减少与刀具位置的控制有关的定位误差，但不排除其他方面的应用。
此种系统在英国专利登记GB1142774及欧洲专利登记EP0049153A中已经有例说明。
更具体地说，本发明涉及一种数控机床刀具(但並非是唯一的)，它包括一个被刀具驱动器驱动的刀具座架;一个刀具定位伺服电动机/致动器，它操作该刀具驱动器並响应于一个模拟位置误差信号而被控制;一个敏感于刀具、刀具座架或刀具驱动器位置的位置传感器，用以提供位置反馈信号;以及一个响应于位置定值信号和位置反馈信号的数控控制器，用以产生模拟位置误差信号。此种机床刀具在后面将称为“所述类型的机床刀具”。
伺服电动机/致动器可以是电气伺服电动机或电动液压伺服电动机/致动器。
在所述类型的机床刀具中，通常希望提供一个速度反馈回路。设置一个速度传感器以响应刀具驱动或与之结合部件的速度来提供速度反馈信号，並且设置一个加法器用以结合模拟位置误差信号和速度反馈信号而产生模拟伺服驱动信号，该信号作用到伺服电动机/致动器上。
可以在伺服机械原理如“级联控制”或“小磁滞回路反馈”中了解到那种反馈控制的型式，(见ErnestO.Doebelin，JohnWiley&Sons1985年所著“控制系统原理和设计”第13页)。这种所述类型机床刀具上应用的控制器在其输出端有一个数-模转换器可进行数字计算，在这里模拟方法用于动态控制和伺服回路本身的稳定。
然而，某些所述类型的机床(可用本发明)没有速度反馈回路，但代替以高增益的位置回路。
位置传感器可以是一个数字传感器(编码器)或一个模拟传感器(同步、解析器等)。
机床刀具的精确度是限制机床刀具加工完成部件精确度的因数，在刀具本身的运动中的误差会在加工完成部件上产生同样的误差。虽然机床刀具的设计者通常企图用解决此种误差原因的办法来减少这种误差，但这种处理方法是极其昂贵的，特别是当需要非常高精确度时更是如此。同时，若不对机床进行实质性的改造则这种处理一般不能用于改进现有机床的精确度。
某些现在流行的昂贵的计算机数控(CNC)机床控制器对在刀具的机械运动中的误差提供出某种程度的补偿。然而，一般所用的补偿系统涉及的测量只是在单个轴线上对有限数目的刀具滑座位置测量刀具定位误差，而这些点的误差然后被计算机数控控制器用作较正控制器内部位置误差信号的计算，该信号为作用于与该刀具滑座相关的刀具位置伺服器上。在此种系统中，没有试图从多点误差之间插入或外推，每一误差值(被转换进入伺服计算单元)只是在执行程序轴线运动或加工操作当中该滑座实际经过相应的修正点时才简单加到“跟踪误差”中去，因此，在下一个修正点到达前，所用的是没有经过修正的一个误差值。随后，下一个修正点到达前，新的误差测量又被应用。显然，这个方法对介于各修正点之间的刀具滑座各位置不能产生精确误差补偿。
如本领域的技术人员所周知，“跟踪误差”是实际刀具或刀具滑座位置在任何瞬间对定值位置的迟延，並所述的位置是被位置传感器测量的，即传感器或是与刀具相结合或与刀具滑座相结合。位置定值信号逐增地加上位置反馈信号而产生跟踪信号，然后，跟踪误差用来产生位置误差信号，在下一个伺服周期循环中去激励轴的伺服器。结果，从一个跟踪信号变成一个位置误差信号就涉及到设备的改变。
应用已知的计算机数控(CNC)控制器时，该控制器的输出是一个模拟位置误差信号，该信号作用到伺服机构的输入上(接入一个速度反馈信号)。此种控制器氖涑黾妒且话憔哂胁怀 2比特分辨力的一个数模转换器(DAC)。我们知道，在一个控制系统中加到数模转换器之前某个位置上的任何校正信号，将由于12比特转换器分辨率而不可避免地限制它的精确度。现在，我们就要说明一下所涉及的限制。
一个价值昂贵的伺服系统的最大行进速率比方说是5000毫米/分钟，此种伺服系统一般具有一个1800毫米/分钟/毫米的位置环路增益，这就提供一个5000/1800＝2.78毫米的最大(稳态)跟踪误差。
数模转换器一般具有10伏输出范围，並且在考虑到瞬时情况下，数模标度对2×2.78毫米＝5.56毫米将是10伏输出。由于分辨率限于12比特(用于方向的为1比特)，所以，可能得到的最佳分辨率是5.56/2048＝0.0027毫米。
因此，在计算机数控控制器中，针对刀具位置误差而采用注入一个误差补偿信号到计算机数控控制器自身的控制系统中的方法，无论怎样精细，而可能达到的分辨率永不可能超过被数模转换器所决定的分辨率，即在本例中所述的0.0027毫米。
这个因数未曾被以往提出误差补偿方案的设计者所重视，他们注意在计算机数控控制器内部实施误差补偿。此种方案的另一个缺点是他们有时使用计算机数控控制器的有限的存储容量，这可意味着计算机数控控制器的功能受到另外一些方面的限制。
以往方案的一般缺点是，如果他们用的是计算机数控控制器，而这些控制器在制造时没有误差补偿设施，那么控制器的内部回路或软件就需要改变。当应用新的CNC机床时，虽然有时候可以经济地实现这种改造，但是对旧械床一般不能经济地实行改造。
我们已经广泛考虑到相对于加工件的刀具发生的各种位置误差，目的在于设计一些系统尽可能地补偿此种位置上的机械误差，方法是计算一个误差补偿信号，用它来调节加到与刀具运动相关连的伺服系统的输入上的刀具驱动信号。
本发明的第一方案是根据我们的想法，产生一项模拟误差补偿信号，用该信号去修正模拟伺服驱动信号。因此，我们把一项校正信号和(未校正的)模拟位置误差信号结合起来，或者与速度反馈信号结合起来，其中模拟误差信号由没有补偿的CNC控制器产生。
我们已经提出了应用一个具有自己的存储器的误差补偿单元，如果期望的话，则它即能用于与现有机床刀具结合起来以改进它们的精确度，而不影响它们在其它方面的功能。
因此，本发明的一种应用是用在现有的机床刀具上，在这些机床刀具上可以使用我们的补偿单元，而不需要对CNC控制器或者对刀具滑动伺服系统进行任何修改。
按照本发明的第一方案，我们提供一种对这类物体定位装置的可动物体进行定位时产生的定位误差结果进行补偿的方法，其中包括一个物体驱动器，用来使物体沿着一控制轴线进行定位;一个物体定位伺服电动机或致动器装置，用来操作物体驱动器，並且响应于模拟位置误差信号而受控制;一个位置传感器，用于反应物体、物体座架或物体驱动器的位置;和一个数字控制器，响应于位置定值信号和位置反馈信号，通过一个数模转换器产生模拟位置误差信号;其特征在于，该方法包括监测位置传感器的输出，並且根据相应于位置传感器输出的存储校正数据对物体的位置计算或选择一个模拟误差补偿量，和用该模拟误差补偿量去修正伺服驱动信号。
按照本发明的第二方案，我们提供一种物体定位装置，它包括一个物体座架，由一个物体驱动器来驱动使物体沿着一控制轴线定位;一个物体定位伺服电动机/致动器装置，它操作物体驱动器，並且受控制于一个模拟位置误差信号;一个位置传感器，它反应物体、物体座架或物体驱动器的位置，以产生一个位置反馈信号;以及一个数字控制器，在它的输出上具有一个数模转换器，该控制器响应于位置定值信号和位置反馈信号，以产生模拟位置误差信号;该装置还包括有一个误差补偿装置，用来补偿或减少在物体定位中重复误差的影响，该误差补偿装置提供一个校正或调节信号，用以修正物体定位的控制;其特征在于，误差补偿装置包括存储一个相应于位置传感器输出的校正数据，和误差补偿装置提供一个模拟误差补偿量，该量在产生作用于伺服装置的驱动信号当中加上了模拟位置误差信号。
在一个机床刀具控制系统中，当该机床刀具设有一个速度反馈回路时，模拟位置误差信号加上速度反馈信号就产生伺服驱动信号，因此，在这些信号相加之前补偿量可以是与位置误差信号相加或者与速度反馈信号相加，这当然取决于选择的是正的或负的修正矢量。
因此，实际上，我们有可能使控制器根据未经修正的位置传感器信号和位置定值信号来计算模拟位置误差信号，然后将一个校正信号加到该位置误差信号上。
用修正加到伺服电动机/致动器上的模拟驱动信号进行补偿的一个显著好处是，这一点能够完全独立于控制器本身的操作，这意味着，可以使用现有的或常规的控制器，並不需要在控制器的存储器上附加要求，因此，误差补偿信号可以在一个独立的误差补偿单元中产生，它的输出可以方便地与控制器输出接口。此种单元可以方便地应用在现有的或新的机床刀具上，以实质地提高刀具定位的精确度。
按照本发明第三方案，我们提供的一个定位误差修正单元适合于连接到物体定位装置上。这种物体定位装置包括一个物体座架，被物体驱动器驱动，使物体沿着控制轴线移动;一个物体定位伺服电动机/致动器装置，它操作物体驱动器，並且受控制于一项模拟位置误差信号;一个位置传感器，反应物体、物体座架或物体驱动器的位置，提供一个位置反馈信号，以及一个数字控制器，在它的输出具有一个第一数模转换器，该控制器响应于位置定值信号和位置反馈信号以产生模拟位置误差信号，其特征在于，定位误差修正单元包括一个接到位置传感器的输入;一个存储器，用来存储相应于位置传感器输出的校正数据;一个数字处理器，用来处理校正数据;和一个第二数模转换器，用来在单元的输出连接处提供一个模拟输出信号，该输出连接合适地连接到一个加法器上，该加法器用来把来自第一和第二数模转换器上的输出相加。
控制器最好是一个计算机数控控制器(CNC)，但是它可以是一个基本的数控控制器(NC)。
比例因数或比率最好是在模拟误差补偿信号的各单位和模拟位置误差信号的各单位之间来提供，那就是，对给定的跟踪误差量和等同的补偿误差量，模拟位置误差信号(相应于跟踪误差)被安排得大于相应误差补偿信号，大的倍数用一个比例因数f来表示，f大于单位值。
比例因数f大于2较好。
最好是比例因数大于4。
比例因数最好是整数。
这个比例因数在模拟误差补偿信号的分辨率与位置误差信号的分辨率之间提供一个，有利于误差补偿信号的比率。
对于小的误差量，当刀具紧靠定值位置时，模拟误差补偿信号(高分辨率的)将支配位置误差信号(低分辨率的)，据此，可以得到高度精确度的刀具位置，尽管使用的是“低”分辨率的NC控制器。当刀具紧靠指令位置时，控制器的数模转换器的梯形输出将进入零静区，但是误差补偿信号将提供小的所需的伺服驱动信号去驱动刀具到定值位置。
我们研究无补偿机床刀具的刀具定位误差得出各种误差成分1)直线定位误差-这些是非周期性的而与某一轴向直线位移有关联的渐增的误差，它是现有的大量应用的误差补偿系统试图处理的唯一形式的误差。
2)周期的误差-这些是周期性的误差，大多数是由于在导杆螺纹内偏心引起的。
3)在刀具驱动器中的螺纹间隙/滞后现象，我们在刀具位置总的变化中发现了此种误差。
4)温度变化造成机床刀具结构的变形，诸如轴的温升。
5)多轴效应-通常，当刀具位置由两个或多个滑座来决定时，在一个轴上的移动受到另一轴向移动的影响。这些误差是由于机床刀具结构几何性不精确所产生。
6)由于机械负载产生的偏斜误差。
存储的校准数据可以包括相应于上述某些误差源的多组参考值。当然，第4和第6项将包括使用附加的传感器，以便分别地测量温度和机械负载。
存储的数据詈帽喑杉焖鞅淼男问剑芊奖愕乇４嬖诳杀喑绦虻拇娲⑵髦校钊缈筛男吹目杀喑绦蛑欢链娲⑵鳎‥PROM)。
当相对于机床刀具的准确位置以及角的误差和直线误差被测量，(方便地用激光干涉仪测量)，该数据即被输入到一个校正程序中的可编程序存储器内，位置传感器的相应输出信号即被记录下来。
我们考虑到查出和使用上述一些误差成分作为计算/选择一个误差补偿信号的基础，这本身就可以说是发明。虽然我们介绍了误差补偿信号，随后在本发明第一方案的情况中加以利用，但是我们不愿排除误差补偿信号用在其他方面的可能性。
我们考虑到处理上述第(5)项的多轴效应最为重要，因为任何试图精确地校正上述(1)、(2)、(3)、(4)、(6)项单轴误差的几项或全部，将被多轴效应的许多主要量所产生的误差所削弱。
多轴效应用常规的计量学分析，可以容易地被分解成下列刀具位置误差成分(a)三个角的误差-与每一个轴相结合的倾斜、偏转和滚动。
(b)三个平移的误差-包括与所希望的轴运动方向相关联的定位误差，加上与所希望的轴运动方向成直角的相关联移动的两个直线误差。
这些平移误差加上三个角误差，对每个轴提供出六个误差分量。
(c)非互相正交的误差-因为在几个刀具滑动轴的方向之间超出了直角的范围。这是在三轴机床的平面xy、yz和xz之间的简单角度关系，给出三个误差数字。
对于一台三轴的机床，误差分量(a)和(b)全部给出18种分量，加上(c)给出3种分量，总共给出21种分量。根据它们分量的大小和机床的机械构形，其中的某些误差可能是没有关系的。
如果机床进一步具有转轴，为了测量和使用各误差分量来构成一个误差分量矢量，有更多的误差分量需要考虑，该矢量与无补偿的CNC控制器产生的位置误差矢量相结合。
为了在一台三轴机床上测量各种误差分量，需要对每个轴分别设置刀具位置测量设备，诸如激光测量设备(但对于转动，需要使用精密的电子级仪器)，那么可从一个对所有轴为共同基准位置开始沿着每一个轴行程的全长测量和记录相关误差分量的大小(包括角误差、线误差)。
为了得到非正交的图形(三个角)，需要分开的测量程序。
每一个轴有关的全部误差分量的值都被编入检索表，该表以后可以用来计算在工作面或工作空间内刀具的任何位置的定位误差值。
本发明的下述方案是与上述校正误差分量(5)有关，该项所针对的机床至少具有两个轴。
按照本发明第四方案，用于数控机床刀具的一个误差补偿系统包括一个可编程存储器，它在用一组检索表来校正的过程当中已输入数据，检索表包括(a)一组相当精确的测量值(或误差分量)，是针对刀具位置沿着第一轴线做的並且每一值相应于(b)刀具位置传感器输出值，该值来自第一传感器响应于刀具/刀具座架/刀具驱动器在第一轴线上运动的位置，(c)一组误差分量，是对刀具位置沿着第一轴线的相应于(d)第二刀具位置传感器的输出值，该值来自第二传感器，响应于刀具/刀具座架/刀具驱动器在第二轴线上运动的位置，该系统包括一些装置适用于机床刀具从一组(a)取出一个值，它是基于刀具的第一轴向位置的第一传感器测量出的，並且被从(c)组中取出的一个量进行校正，该量相应于刀具的第二轴向位置的第二传感器测量值，这样所产生的该校正量即被用作控制刀具位置沿第一轴向的一个误差补偿的基础。
对于一台具有多轴线的机床采用组合各种不同的误差补偿进行合适的补偿计算，这是一项复杂的工作。
显然这样一个系统将对沿第一轴线的刀具精确定位能够提供一个准确值，而与沿第二轴线的刀具位置无关，假定该误差成分(5)是单独的误差。
若沿第二轴线的刀具精确定位也是重要的，则须进一步将检索表值输入到可编程的存储器中，以便利用实际应用中的第一和第二传感器的具体组合该数值计算出沿着第二轴线的刀具位置的修正值或误差。
按照本发明的第五方案，在校准刀具滑座中所做的检索结果可用于修正刀具位置传感器提供的读数，这时用一个探针来代替该刀具以校验已被加工部件的精度。
现在结合下述附图用一个实例对本发明的一些实施方案进一步阐述
图1为连接到单一轴计算机数控机床刀具的误差补偿系统的方框图，(图中---为数字信号;-为模拟信号; ( )/() 为机械联系);
图2为用激光干涉仪测量的刀具位置误差曲线，利用一个编码器指示该刀具位置;以及图3为类似于图1的方框图，但为表示本发明应用于一台具有电气液压伺服电动机的数控机床刀具。
图1示出一个误差补偿单元1应用于一个现有的CNC(计算机数控)机床，它包括有一个刀具滑座2，刀具滑座驱动器3，用于刀具滑座2的驱动电动机4，一个无补偿的计算机数控控制器5和被定位在控制器5的位置误差输出7和滑座驱动电动机4的控制输入8之间的一个激励放大器6。与该滑座驱动器3主轴相结合的光编码器9提供相应于该滑座驱动器转离一个基准点的角度的脉冲信号，在该CNC机床没被修正的状态中，光编码器9仅用于沿线路10提供位置反馈信号到控制器5的位置反馈输入11上，在控制器5内响应于编程的一组机床刀具指令而产生一个位置定值信号，並计算出跟踪的误差只利用该位置定值信号与该位置反馈信号之间的差值来判定所需执行的指定的机械操作。
编码器9可以被一个反应刀具滑座或刀具位置的传感器来代替，不用光编码器9而用一个模拟传感器(同步或解析器)並配合地应用一个模-数转换器(ADC)，它可被装在外部或包括在控制器5中。
按照本发明的某些方案，该补偿单元响应从光编码器9输到线路13的位置反馈信号而提供一模拟补偿信号到线路12，控制器5的输出7上的未补偿的模拟位置误差信号根据线路12上的模拟补偿信号在加法单元14中获得修正，单元14也输入了从与电动机4结合的转速表或解析器来的速度反馈信号10′，並输入一项补偿伺服驱动信号到线路15以控制该驱动电动机4。
线路15上的伺服驱动信号是一项速度误差信号，以及利用线路7上的位置误差信号作为速度定值信号而加到速度伺服回路中，这是一般的级联控制。
补偿单元1主要包括一个编码信号处理电路16，它合适地将线路13上的双脉冲输出信号转换成一项未修正的位置信号;一个微处理机基本补偿器17，它利用查询可改写的可编程只读存储器(EPROM)的方法从未修正的位置信号中计算出位置误差量;以及一个模拟接口电路18，它将该误差量转换成模拟误差补偿信号送到线路12上。显然，对于一合理的单轴机床刀具，可在EPROM中存储一组定位误差值，各值分别对应于光编码器指示的一个位置量，各定位误差值是根据该刀具位置的预定精度确定的(用激光干涉仪预先测定)。
图1只示出了方框图，根据该方框图可有多种方法能够实施本发明。
具体讲，有各种不同的方法实现3种信号7、12和10′的总加，它们可以完全在一个单元中实现总加，在这种情况下，该加法单元14可成为直流电动机4的预置放大器。
另外一个方案，速度反馈信号10′(当然是负反馈)可以首先与伺服比较器中的补偿信号相加，然后再将此输出与一个预置放大器中的位置误差信号7相加，该预置放大器则提供信号15到主激励放大器6。
另一种可行方案是，首先将(未补偿的)位置误差信号7与补偿信号12合并提供出补偿的位置误差信号，然后该合并后的信号在电动机的预置放大器中与速度反馈信号10′相加，该预置放大器提供信号15到主激励放大器6。未补偿的位置误差信号7与补偿信号12的相加也能用一个合适的在控制器5外部的放大器来实施。但是，在某些情况中可以在控制器5的数-模转换器(DAC)输出阶段实现该加法运算，这可根据期望而定。
误差补偿信号12的产生和利用都是在控制器5的外部，这样所获得的主要益处在于，误差补偿信号的分辨率能够从控制器5的位置误差输出7中独立出来进行判定，例如，在控制器5的输出阶段中的DAC一般提供±10伏的输出，相应于12比特输入，而包括在接口硬件18中DAC则通常设计成相应于12比特输入的±2.5伏。这就意味着，补偿信号的分辨率为位置误差信号7的分辨率的4倍，而且如果期望的话，藉助于进一步降低元件18中DAC的电压范围，上述比例因数还可更加提高。
显见，当位置误差信号大时，这是由于刀具相当地离开了整定的刀具位置(根据程序对控制器5产生的位置定值信号)所致，故该误差补偿信号12相对地小于位置误差信号7，並且伺服电动机4基本上响应信号7而激励。但是，当刀具接近于该整定位置时，那么，位置误差信号7将相对地小，这时在确定激励该伺服电动机4的速度误差信号15中该误差补偿信号将起决定作用。此外，当完全到达该整定位置时，控制器5的行程输出7即进到零静区，並且最终定位完全由误差补偿信号12所确定。
因此，在分别附属于控制器5的输出和接口硬件18的各DAC模拟输出范围之间的各比例因数(在前述例中为4)能使刀具的定位误差获得改进性的补偿，这比藉助于将补偿信号与跟踪的误差在控制器5中合并所取得的结果有实质上的提高。
最好是这个比例因数为整数值，否则就会产生很大的位置误差信号，该整数是指在响应由误差补偿信号作用的控制(信号)以及取控制器的输出在静区以外的范围。
图1所示仅是一个基本系统，其中假设刀具只在一个轴线(一个刀具滑座)上运动，而且在光编码器读数和早先记录的准确刀具位置数值之间的信号联系关系是1∶1。实际上，如前所述，还有一些其它因数最好考虑进去，因此即需要在EPROM中存储更多组的误差补偿检索表，补偿器17则应合并各种适当的误差分量，以便对每一轴线计算出单一误差数字，藉此而向线路12提供出模拟补偿矢量。
图2表示一个典型单轴CNC刀具整组驱动的定位误差曲线，横座标代表刀具滑座位置，是以与滑座驱动螺杆相结合的一个编码器的输出指示的，纵座标表示误差数字，它将必须与由编码器指示的刀具滑座位置相加;以产生修正的刀具滑座位置。曲线是利用一个标准的激光测量系统产生的，如用一个休莱特派卡尔德(HewlettPackard)激光干涉仪单元进行测量，从而产生相应于轴编码器输出的刀具位置精确读数。用一个HP85型个人计算机来集合和分析该校准数据和计算出该补偿值，然后，这些数值将向下一级输入到该补偿系统的存储器中。
图2中曲线组A是相应于刀具滑座前行运动的5条重叠的曲线，曲线组B是相应于该刀具滑座反回运动的5条重叠的曲线。在曲线组A与B之间的垂直量Y相应于刀具整组驱动中产生的偏移，可见这个偏移值随着刀具滑动位置而变化，在曲线组A和B中的起伏波动代表周期的误差，並且可看出，一般是前行运动的曲线组A的周期误差比滑座反回运动的曲线组B者大。由于误差的随机性所以5条曲线A不能精确地重合。
EPROM是以图2的误差读数进行编程然后被插到补偿器16中，该EPROM存储着相应于每个轴编码器输出的5条曲线A的平均值，以及存储着一组相应于3条曲线B的平均值。
可看出，利用在控制器5输出上的加法单元14，则补偿程序不影响控制器5的硬件或控制器5的运行，具体讲对控制器的存储器不需做任何处理。
由于接口硬件能够适应于宽广范围的NC(数控)伺服系统，所述的误差补偿系统即能方便地适应于各种不同的机床，而且不用改动该NC控制器。
处理电路16最好构造成能将编码器9输出的一般双脉冲信号的界限而不是两倍频率计算出来，以便增加定位的精度，並使该转换设备在期望的情况下能被连接到在CNC控制器中的一个分辨率转换开关上。
因为与补偿器17连接的存储器大小可任意选择，所以对于每个轴须提供多少补偿点的数目没有规定限制。
为了充分利用由刀具位置编码器脉冲所提供的信息，期望包括在补偿器17中的微处理机设计成工作于比编码器最大的脉冲频率(标准的＞100千赫)更大的频率上，尤其是对于一个多轴的机床刀具更期望如此，因为这里对计算多轴线误差分量须利用复合的立体补偿计算。采用在CNC控制器之外进行补偿信号的计算有利于使CNC微处理机的频率不受全系统计算能Φ南拗啤Ｉ踔寥绻ぷ饔诳杀冉系钠德实腃NC微处理机有可能由于CNC控制器必须执行的一些其它功能而不能连续地执行误差校正，所以误差校正将很少进行。
图3表示应用于一个(单轴)NC机床刀具的本发明，其中刀具滑座2由一台电动液压伺服电动机组进行驱动，包括有一个伺服阀20和一台伺服电动机或气缸21，当单元21是一个伺服气缸时，则有可能得不到速度反馈信号10′，所以在本发明的某些应用中，可以不带速度反馈。
虽然本发明所阐述的是对一台机床刀具的应用，但须知，它也可应用于其它设备上，例如应用于描绘器上，其中有一个运动体利用一个伺服装置响应于一个位置定值而沿着至少一个控制轴被定位。
权利要求
1.一种补偿运动物体定位中产生的定位误差影响的方法，在这种物体定位装置中包括有一个物体驱动器(3)，用于将该物体(2)沿-控制轴线定位；一个物体定位伺服电动机/或致动装置(4)，用于操作该物体驱动器(3)，並且受控制于一项模拟位置误差信号(7)；一个位置传感器(9)，用于反应该物体、物体座架或物体驱动器的位置；以及一个数字控制器(5)，用于响应于一项位置定值信号和位置反馈信号(10)而通过一个数-模转换器产生该模拟位置误差信号(7)；其特征在于，该方法包括监视该位置传感器(9)的输出(13)和计算或选择一项模拟误差补偿量(12)这是根据相应于位置传感器(13)的存储在(17)中的校准数据为物体定位而建立的，並且利用该模拟误差补偿量(12)去修改该伺服激励信号(15)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该模拟误差补偿量(12)是与该控制器产生的模拟误差信号(7)在加法器(14)处总加而产生一项修改伺服激励信号(15)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在控制器所产生的该模拟位置误差信号(7)的单元和模拟误差补偿信号(12)的单元之间提供的一项比例因数(f)大于单位值。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该物体定位装置是一台机床刀具定位装置。
5.一个物体定位装置包括一个物体座架，它受一个物体驱动器的驱动以将该物体沿着一条控制轴线定位;一台物体定位伺服电动机1的驱动器装置(4)，它操作该物体驱动器(3)並受控于一项模拟位置误差信号(7);一个反应该物体位置、物体座架或物体驱动器(3)位置的位置传感器，它提供一位置反馈信号(10);以及一个数字控制器(5)，它具有一个数-模转换器在其输出侧，该控制器(5)响应一位置定值信号和位置反馈信号(10)而产生该模拟位置误差信号(7);该装置还包括一个误差补偿装置(1)，用于补偿或减少在物体定位过程中的重复性误差的影响，该误差补偿装置(1)为修正该物体位置的控制而提供一项校正或调节信号(12)，其特征为，该误差补偿装置(1)包括一个相应于位置传感器输出(13)的校正数据的存储器(17)，並且该误差补偿装置(1)提供一项模拟误差补偿量(12)，在产生加到伺服装置(4)激励信号(15)的过程中该补偿量(12)在单元14处与该模拟位置误差信号(7)相加。
6.如权利要求5所述的一个物体定位装置，其特征在于，该误差补偿装置(1)包括一个数字处理机(17)和一第二数-模转换器以提供该模拟误差补偿量(12);一项大于单位值的比例因数(f)被设在模拟位置误差信号(7)的各单元和该模拟误差补偿信号(12)的各单元之间，以便给出一定的数字跟踪误差信号的数字量，该模拟位置误差信号(7)是由控制器根据一项数字跟踪误差信号而产生的，该相应的模拟位置误差信号是由该控制器的第一数-模转换器所产生的，它比该模拟误差补偿信号(12)大，大的倍数即为该因数(f)，而该模拟误差补偿信号(12)是由第二数-模转换器根据等于所述跟踪误差信号的相等数字量的一项数字补偿信号所产生的。
7.一种数值控制机床刀具包括一个刀具座架，它由一个刀具驱动器(3)驱动;一台刀具定位伺服电动机/致动器(4)，它操动该刀具驱动器(3)並响应于一项模拟位置误差信号(7)而受控制;一个位置传感器(9)，它反应该刀具、刀具座架或刀具驱动器(3)的位置而提供一位置反馈信号(10);以及一个数值控制的控制器(5)，它响应一项位置定值信号和位置反馈信号(10)而产生模拟位置误差信号(7);该机床刀具还包括一个误差补偿装置(1)，用于补偿或减少在定位该刀具中产生重复性误差的影响，该误差补偿装置(1)为修正该刀具位置的控制而提供一项校正或调节信号(12)，其特征在于，该误差补偿信号装置(1)包括有相应于位置传感器输出(13)的校正数据的存储器(17)，並且该误差补偿装置(1)提供一项模拟误差补偿量(12)，该量(12)在产生加到该伺服电动机/致动器(4)的激励信号(15)的过程中与该项模拟位置误差信号(7)在单元(14)处相加。
8.如权利要求7所述的一个机床刀具，其特征为，在产生该伺服激励信号(15)的过程中有一项速度反馈信号(10′)也被加到位置误差信号(7)中。
9.如权利要求8或9所述的一个机床刀具在其中，一个大于单位值的比例因数(f)提供在模拟位置误差信号(7)的各单元和模拟误差补偿信号(12)的各单元之间，以便给出一定的数字跟踪误差信号的数字量，该模拟位置误差信号(7)是由一项数字跟踪信号而而产生的，被第一数-模转换器所产生的相应的模拟位置误差信号比被第二数-模转换器根据相等数字量的一项数字补偿信号所产生的该模拟误差补偿信号(12)大，大的倍数为该因数(f)。
10.如权利要求9所述的一个机床刀具，其特征为，所述的比例因数(f)至少是4。
11.如权利要求7-10中任一项所述的一个机床刀具，其特征为，该误差补偿装置(1)包括一个可编程的存储器(17)，它已在校正过程中用一组检索表作输入，该检索表包括(a)一组相对的精度测量或误差测量，是对该刀具位置为沿第一轴线运动测出的，且每一测量相应于(b)刀具位置传感器输出值，这是由第一传感器反应于在第一轴线上运动的刀具/刀具座架/刀具驱动位置而输出的，(c)一组误差分量是指沿第一轴线上的刀具位置的，並相应于(d)第二刀具位置传感器输出值，这是从反应刀具/刀具座架/刀具驱动器在第二轴线上运动的位置而输出的，该机床包括适用于该机床刀具的装置，它采取的数值是从组(a)中由刀具的第一轴线位置的第一传感器所测量的基础上选出的一个数值，以及修正该值是由组(c)中选取相应于该刀具的第二轴线位置上的第二传感器所测量的一个量值进行，这样产生的修正量用来产生与沿第一轴线定位该刀具相关的误差补偿信号。
12.一个定位误差校正单元(1)合适地连接到一个物体定位装置上，这类的物体定位装置包括一个物体运载器，它由一个物体驱动器驱动以便沿着一条控制轴线定位该物体;一个物体定位伺服电动机/致动器装置(4)，它操动该物体驱动装置(3)，並且受控于一项模拟位置误差信号(7);一个位置传感器，它反应该刀具运载器或刀具驱动器(3)的位置，而提供出一位置反馈信号(10);以及一个数字控制器(5)，在其输出上具有第一数-模转换器，该控制器(5)响应一位置定值信号和位置反馈信号(10)而产生模拟位置误差信号(7)，其特征在于，该位置误差校正单元包括一个输入，以连接到该位置传感器;一个存储器，用于存储相应于该位置传感器输出的校正数据;一个数字处理机，用于存取该校正数据;以及一个第二数-模转换器，用于在该单元的输出接口上提供一项模拟输出信号，该输出接口合适地接到一个加法装置上以资将第一和第二数-模转换器的各输出相加。
全文摘要
为补偿机床刀具由伺服电动机(4)定位不准而造成误差，设置了补偿单元(1)存储有关定位误差的校正数据并产生模拟误差补偿信号(12)，信号(12)与在CNC控制器(5)输出上产生的未补偿模拟位置信号(7)用加法器(14)相加而产生信号(15)，它由伺服电动机(4)来的速度反馈信号10进行修正后用于激励伺服电动机(4)。误差补偿信号(12)的分辨率设计成比位置误差信号(7)者大，当刀具趋近定值位置时，伺服电动机(4)实质上受误差补偿信号(12)的激励。
文档编号H01T21/02GK1038549SQ8910316
公开日1990年1月3日 申请日期1989年5月18日 优先权日1988年6月6日
发明者德里克·格温·福特, 斯科特·雷蒙德·波斯尔思韦特 申请人:亥普沃斯工程有限公司