CN100457390C

CN100457390C - 数控轴位置精度的补偿方法

Info

Publication number: CN100457390C
Application number: CNB2006100258023A
Authority: CN
Inventors: 张昕
Original assignee: SHANGHAI FUAN FACTORY AUTOMATION CO Ltd
Current assignee: Shanghai Electric Machine Tools & Engineering Co., Ltd.
Priority date: 2006-04-18
Filing date: 2006-04-18
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2026-04-18
Also published as: CN101058156A

Abstract

本发明公开了一种数控轴位置精度的补偿方法，首先，设定补偿点的间距，使用激光长度测量仪，测量出Y轴移动到各补偿点时相距原点的实际位移量；当Y轴移动到最后一点时作折返运动，折返后的间距仍保持原间距，测出返程后各补偿点到Y轴原点的实际位移量；重复测量数次，然后计算出各补偿点的位置误差和反向间隙，并进行补偿设定；所述补偿点的数量可以任意设定；每一个补偿点都测量出反向间隙，不同折返点采用相应的反向间隙值做出补偿。本发明对设定的补偿点数目不作限制，数控轴的定位精度高。适用于IC芯片划片机及其他数控设备。

Description

数控轴位置精度的补偿方法

技术领域

本发明涉及一种数控设备的误差补偿方法，特别是涉及一种数控轴位置精度的补偿方法。

背景技术

如图1所示，数控轴系是由数控伺服电机(步进电机或伺服电机)驱动丝杆螺母付，丝杆螺母付带动工作台作往复运动。

当丝杆正转时，丝杆齿型的左侧面与螺母接触，推工作台向右运动；当丝杆反转时，丝杆齿型的右侧面与螺母接触，推工作台向左运动。丝杆的旋转角与工作台行程理论上应成线性关系。但是由于丝杆加工等原因造成丝杆螺距有误差，使得工作台实际位移量与理论(指令)位移量不相一致，其差额就是位置误差。当工作台折返运动时，折返的第一个位移还存在反向间隙引起的误差。

为了提高工作台位移的定位精度，数控系统一般采用测量补偿办法来提高定位精度。

参见图2，如果理论上工作台从坐标点A移动到坐标点B，理论位移量为L，L＝B-A。实际上工作台位移的起点和终点并不是理想的坐标位置A和B，而是A′和B′。A′、B′与A、B的位置误差是ΔA和ΔB，工作台实际位移量为L′，工作台实际位移量L′与L存在以下关系：

L＝L′-(Δ_B-Δ_A)

由此可见要达到理论位移量L，只要在实际位移量L′上作一补偿即可。补偿值等于终点和起点位置误差之差。如果有折返运动，折返后的第一次位移，还得将反向间隙造成的误差补上。

一般的螺距误差补偿系统补偿时，先确定补偿点，用测量仪器测出各补偿点的位置误差。所测定的补偿点越多，补偿的效果越好。另外还得测出在全程终点折返时的反向间隙，将各补偿点的位置误差及全程终点的反向间隙输入螺距误差补偿系统。工作台移动时，由螺距误差补偿系统计算出每次移动的补偿值，对工作台的实际位移作补偿。

现有的螺距误差补偿系统(例如：发那科、西门子、三菱、PA等)，对设定补偿点的个数有最大值限定。数控系统不论补偿几根轴，所有设定补偿点个数之和，加上反向间隙的个数，总数不得超过1024。

IC芯片划片机是用于切割单晶片上的IC芯片的设备。它将整齐排列在单晶片上的IC芯片，一片一片切下来；两片IC芯片之间的间距，小的只有0.3mm(甚至更小)。允许划片机切割的切割带宽度，一般只有0.04mm。所以要求划片机工作时的步距误差不大于0.003mm。如果采用现有的螺距误差补偿系统，其补偿后的精度是远远达不到上述要求的。主要原因在于：一是允许设定的补偿点个数太少。在移动步距很小的条件下，补偿点分布的间隔至少不能大于移动步距。6″(英时)划片机Y轴往返行程为330mm；12″(英时)划片机往返行程为650mm。如果设定补偿点间隔为0.25mm，6″(英时)划片机和12″(英时)划片机Y轴补偿点分别为1320个和2600个，都超过了现有螺距误差补偿系统最大补偿点数1024。如果减少补偿点数目，补偿精度必然下降。二是划片机丝杆螺母付的反向间隙在不同位置是不相同的，用同一个数值替代任意位置的反向间隙值，补偿精度是要下降的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种数控轴位置精度的补偿方法，对设定的补偿点数目不作限制，定位精度高。

为解决上述技术问题，本发明数控轴位置精度的补偿方法包括如下步骤：首先，设定补偿点的间距，使用激光长度测量仪，测量出Y轴移动到各补偿点时相距原点的实际位移量；其中，当Y轴移动到最后一点时作折返运动，折返后的间距仍保持原间距，测出返程后各补偿点到Y轴原点的实际位移量；

重复测量数次，根据测得的各补偿点的指令位移量和实际位移量，计算出各补偿点的位置误差和反向间隙，并进行补偿设定；所述补偿点的数量可以任意设定；每一个补偿点都测量出反向间隙，不同折返点采用相应的反向间隙值做出补偿。

由于采用上述方法，本发明数控轴位置精度的补偿方法，补偿点间距可任意设定，因此补偿点数量没有限制，这样可以显著提高数控轴的定位精度，使数控设备的加工精度满足需要。另外，在每一个补偿点都测量出反向间隙，不同折返点采用相应的反向间隙值做出补偿。当丝杆螺母付在不同位置作折返运动，反向间隙可以取折返点的实际反向间隙值，使得反向间隙补偿更精确。

附图说明

图1是丝杆螺母付带动工作台作往复运动的示意图；

图2是工作台移动时指令值与实际位移值的相互关系示意图。

具体实施方式

本发明数控轴螺距误差的补偿方法包括如下步骤。

将IC芯片划片机置于恒温工作环境下，等温一段时间。

设定补偿点的间距，使用激光长度测量仪，测量出Y轴移动到各补偿点时相距原点的实际位移量；其中，当Y轴移动到最后一点时作折返运动，折返后的间距仍保持原间距，测出返程后各补偿点到Y轴原点的实际位移量；Y轴补偿点的间距a可任意设定(例如，设a＝0.25mm)。

将测量结果记录于表一。

表一：

重复测量数次，根据测得的各补偿点的指令位移量和实际位移量，然后计算出各补偿点的位置误差和反向间隙，并记录于表二，进行补偿设定；所述补偿点的数量可以任意设定。

计算各补偿点的位置误差时，根据数次测得的各补偿点的指令位移量和实际位移量，取其平均值，计算位置误差。

表二：

补偿点座标位置D	正向移动位置误差Δ	反向移动位置误差δ	反向间隙r
补偿点座标位置D	正向移动位置误差Δ	反向移动位置误差δ	反向间隙r	0.25	Δ<sub>1</sub>	δ<sub>1</sub>	r<sub>1</sub>
0.50	Δ<sub>2</sub>	δ<sub>2</sub>	r<sub>2</sub>	0.25	Δ<sub>1</sub>	δ<sub>1</sub>	r<sub>1</sub>
0.50	Δ<sub>2</sub>	δ<sub>2</sub>	r<sub>2</sub>
164.75	Δ<sub>n-1</sub>	δ<sub>n-1</sub>	r<sub>n-1</sub>
164.75	Δ<sub>n-1</sub>	δ<sub>n-1</sub>	r<sub>n-1</sub>	165.00	Δ<sub>n</sub>

正向移动时第n个补偿点位置误差Δn按如下公式计算：

Δn＝An-Dn，

其中，An为实际测量的第n个补偿点相距原点的实际位移量，Dn为第n个补偿点相距原点的指令位移量；

反向移动时第n个补偿点位置误差δn按如下公式计算：

δn＝Bn-Dn，

其中，Bn为实际测量的第n个补偿点相距原点的实际位移量，Dn为第n个补偿点相距原点的指令位移量；

各补偿点的反向间隙r_n按如下公式计算：

r_n＝Bn-An＝δn-Δn，

其中，Bn为反向移动时实际测量的第n个补偿点相距原点的实际位移量，An为正向移动时实际测量的第n个补偿点相距原点的实际位移量，δn为反向移动时第n个补偿点位置误差，Δn为正向移动时第n个补偿点位置误差。

补偿后所述Y轴的指令位移量，按下列公式计算：

当正向由m点移动到n点时的位移量，

Lm→n＝(Dn-Dm)-(Δn-Δm)

其中，Dn为第n个补偿点相距原点的指令位移量，Dm为第m个补偿点相距原点的指令位移量，Δn为正向移动时第n个补偿点的位置误差，Δm为正向移动时第m个补偿点的位置误差；

当反向由t点移动到s点时的位移量，

Lt→s＝(Ds-Dt)-(δs-δt)

其中，Ds为第s个补偿点相距原点的指令位移量，Dt为第t个补偿点相距原点的指令位移量，δs为反向移动时第s个补偿点的位置误差，δt为反向移动时第t个补偿点的位置误差；

当在v点由正向向反向折返至u点时的位移量，

Lv→u＝(Du-Dv)-(δu-δv)-r_v

其中，Du为第u个补偿点相距原点的指令位移量，Dv为第v个补偿点相距原点的指令位移量，δu为反向移动时第u个补偿点的位置误差，δv为反向移动时第v个补偿点的位置误差，r_v为第v个补偿点的反向间隙；

当在u点由反向向正向折返至v点时的位移量，

Lu→v＝(Dv-Du)-(Δv-Δu)+r_u

其中，Dv为第v个补偿点相距原点的指令位移量，Du为第u个补偿点相距原点的指令位移量，Δv为正向移动时第v个补偿点的位置误差，Δu为正向移动时第u个补偿点的位置误差，r_u为第u个补偿点的反向间隙；

当Y轴移动每一步的起点和终点不在补偿点上时(多数情况不在补偿点上)，以就近为原则，由最近的补偿点的补偿值(Δ、δ、r)进行补偿。采用就近原则是因为IC芯片划片机二相邻补偿点间距取得很小，用线性拆分办法计算非补偿点的误差意义不大。

Claims

1、一种数控轴位置精度的补偿方法，包括如下步骤：首先，设定补偿点的间距，使用激光长度测量仪，测量出Y轴移动到各补偿点时相距原点的实际位移量；其特征在于，当Y轴移动到最后一点时作折返运动，折返后的间距仍保持原间距，测出返程后各补偿点到Y轴原点的实际位移量；重复测量数次，根据测得的各补偿点的指令位移量和实际位移量，计算出各补偿点的位置误差和反向间隙，并进行补偿设定；所述补偿点的数量可以任意设定；每一个补偿点都测量出反向间隙，不同折返点采用相应的反向间隙值做出补偿。

2、根据权利要求1所述的数控轴位置精度的补偿方法，其特征在于，

正向移动时第n个补偿点位置误差Δn按如下公式计算：

Δn＝An-Dn

反向移动时第n个补偿点位置误差δn按如下公式计算：

δn＝Bn-Dn

各补偿点的反向间隙rn按如下公式计算：

rn＝Bn-An＝δn-Δn

上述各式中：An为正向移动时实际测量的第n个补偿点相距原点的实际位移量，Bn为反向移动时实际测量的第n个补偿点相距原点的实际位移量，Dn为第n个补偿点相距原点的指令位移量。

3、根据权利要求1或2所述的数控轴位置精度的补偿方法，其特征在于，当所述Y轴正向由m点移动到n点时，其指令位移量为：

Lm→n＝(Dn-Dm)-(Δn-Δm)

当Y轴移动每一步的起点和终点不在补偿点上时，由最近的补偿点的补偿值进行补偿。

4、根据权利要求1或2所述的数控轴位置精度的补偿方法，其特征在于，当所述Y轴反向由t点移动到s点时，其指令位移量为：

Lt→s＝(Ds-Dt)-(δs-δt)

5、根据权利要求1或2所述的数控轴位置精度的补偿方法，其特征在于，当所述Y轴在v点由正向向反向折返至u点时，其指令位移量为：

Lv→u＝(Du-Dv)-(δu-δv)-rv

其中，Du为第u个补偿点相距原点的指令位移量，Dv为第v个补偿点相距原点的指令位移量；δu为反向移动时第u个补偿点的位置误差，δv为反向移动时第v个补偿点的位置误差；rv为第v个补偿点的反向间隙；

6、根据权利要求1或2所述的数控轴位置精度的补偿方法，其特征在于，当所述Y轴在u点由反向向正向折返至v点时，其指令位移量为：

Lu→v＝(Dv-Du)-(Δv-Δu)+ru

其中，Dv为第v个补偿点相距原点的指令位移量，Du为第u个补偿点相距原点的指令位移量，Δv为正向移动时第v个补偿点的位置误差，Δu为正向移动时第u个补偿点的位置误差，ru为第u个补偿点的反向间隙；

7、根据权利要求1所述的数控轴位置精度的补偿方法，其特征在于，计算各补偿点的位置误差时，根据数次测得的各补偿点的指令位移量和实际位移量，取其平均值，计算位置误差。