CN103809512A - 目标导向数值控制自动调校系统与方法 - Google Patents

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Abstract

一种目标导向数值控制自动调校系统与方法，该目标导向数值控制自动调校系统是与工具机的数值控制器结合，以自动调校该工具机，包括用以接收外部输入的目标期望值的目标导向输入模块、用以接收外部输入的加工路径的加工测试路径选择模块、以及自动调机方程式模块，其具有预先设定方程式系数的控制方程式，并接收该目标期望值及该加工路径，以使该控制方程式计算适当的控制参数，传送至该数值控制器以控制该工具机作动。据此，本揭露可令使用者能够直觉且系统化的对工具机进行自动调校。

Description

目标导向数值控制自动调校系统与方法
技术领域
本揭露关于一种应用于工具机的调校系统与方法，尤其是关于一种目标导向数值控制自动调校系统与方法。
背景技术
一直以来，工具机在加工领域扮演着重要的角色，随着技术的演进，新型工具机更是强调高转速、高进给率及高精度的加工，而为了达到高转速及高精度的加工性能要求，控制技术的提升是其中不可或缺的一环。
对于新型的多轴工具机的循迹运动而言，由于各轴负载不同造成伺服控制的不匹配，进而导致追踪误差与轮廓误差增加，因此需要对工具机进行调校以发挥工具机机构特性的最大效能。
传统的控制参数的调整多是以试误法(Try and error)进行，然试误法不但耗费时间与成本，且缺乏一套符合直觉且有系统准则的方法，需要处理人员具有自动控制、伺服原理及机械原理等专长，并经过长时间的经验累积，方能得到理想成果。此外，大多数的参数调整均被限制于专用伺服驱动器中，致使工具机的加工精度与控制性能无法有效提升。
因此，如何提供一种调校系统，使其能够以使用者所希望达成的精度等目标进行自动参数调校，从而避免传统调整参数需要经验丰富的技师的要求，并将该系统与上位的数字控制器结合，以突破专用伺服驱动器的限制，遂成为目前本领域技术人员亟待解决的课题。
发明内容
本揭露的主要目的在于提供一种目标导向数值控制自动调校系统与方法，可令使用者能够直觉且系统化的对工具机进行自动调校。
本揭露的目标导向数值控制自动调校系统，通过与工具机的数值控制器结合，以自动调校该工具机，包括：目标导向输入模块，其用以接收自外部输入的目标期望值；加工测试路径选择模块，其用以接收自外部输入的加工路径；以及自动调机方程式模块，其具有预先设定方程式系数的控制方程式，该自动调机方程式模块自该目标导向输入模块及该加工测试路径选择模块分别接收该目标期望值及该加工路径，以使该控制方程式依据该目标期望值及该加工路径计算适当的控制参数，并将该控制参数传送至该数值控制器以控制该工具机作动。
本揭露还提供一种应用上述的目标导向数值控制自动调校系统的自动调校方法，包括：(1)由外部分别输入目标期望值至该目标导向输入模块及输入加工路径至该加工测试路径选择模块；(2)该自动调机方程式模块自该目标导向输入模块及该加工测试路径选择模块分别接收该目标期望值及该加工路径，以使预先设定方程式系数的控制方程式依据该目标期望值及该加工路径计算适当的控制参数，再将该控制参数传送至该数值控制器以控制该工具机作动；以及(3)比对该工具机作动后的实际结果与利用该控制参数仿真作动的结果的差异是否满足该期望目标值及该加工路径，若是，则完成该工具机的自动调校，若否，则回到步骤(2)重新计算控制参数以使该作动后的实际结果与该仿真作动的结果的差异最小化，及重复步骤(3)。
相较于现有技术，本揭露的目标导向数值控制自动调校系统能令使用者以更符合直觉的加工精度或允许的误差范围等目标期望值作为输入，再通过预先建立的控制方程式进行自动调机，此外，能通过数字控制器对工具机进行调校，不受专用伺服驱动器的限制，进而使工具机达到高速高精的加工表现。
附图说明
图1A为本揭露的目标导向数值控制自动调校系统的一实施例的示意图；
图1B为现有技术的固定加工路径的示意图；
图1C为本揭露的目标导向数值控制自动调校系统的任意加工路径的示意图；以及
图2A至图2D为应用本揭露的目标导向数值控制自动调校系统的自动调校方法的流程图。
主要组件符号说明
1目标导向数值控制自动调校系统
10目标导向输入模块
11加工测试路径选择模块
12自动调机方程式模块
13工具机
14数值控制器
15观察操作调整模块
16调校模式选择模块
17参数数据调变模块
S31~S34步骤。
具体实施方式
以下借由特定的具体实施例说明本揭露的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本揭露的其它优点与功效。本揭露也可借由其它不同的具体实施例加以施行或应用。
图1A为本揭露的目标导向数值控制自动调校系统的一实施例的示意图。如图所示，本揭露的目标导向数值控制自动调校系统1与工具机13的数值控制器14结合，以自动调校该工具机13，主要包括目标导向输入模块10、加工测试路径选择模块11以及自动调机方程式模块12。
该目标导向输入模块10用以接收自外部(如使用者)输入的目标期望值。于一实施例中，该目标期望值为加工精度及允许的误差范围。
该加工测试路径选择模块11用以接收自外部(如使用者)输入的加工路径。于现有技术中，用于调校的加工路径为固定路径，仅为直线插补(G01)与顺时针圆弧插补(G02)所组合成的固定方形轮廓(如图1B所示)，而本揭露中的加工测试路径选择模块11能提供使用者利用直线插补(G01)、顺时针圆弧插补(G02)及逆时针圆弧插补(G03)的组合，得到由直线、转角、圆弧或其组合而组成的任意加工路径(如图1C所示)，以使调校结果更符合所欲加工的对象的轮廓。
该自动调机方程式模块12具有预先设定方程式系数的控制方程式，该自动调机方程式模块12自该目标导向输入模块10及该加工测试路径选择模块11分别接收该目标期望值及该加工路径，以使该控制方程式依据该目标期望值及该加工路径计算适当的控制参数，并将该控制参数传送至该数值控制器14以控制该工具机13作动。
于一实施例中，本揭露的目标导向数值控制自动调校系统1，还包括观察操作调整模块15，用以比对该工具机13作动后的实际结果与利用该控制参数仿真作动的结果的差异，作为调整该控制参数的依据，并通过目标导向输入模块10调整该目标期望值、或通过加工测试路径选择模块11调整加工路径以产生更新的控制参数，以控制该工具机13依据该更新的控制参数作动。其中，该作动后的实际结果可为工具机13借由例如编码器、光学尺或格栅编码器等量测设备，量测工具机13进行空机测试或实机测试时的加工路径的位置，该仿真作动的结果可为依据该控制参数所仿真计算的工具机13的加工路径的理论位置。于一实施例中，工具机13作动后的实际结果与利用该控制参数仿真作动的结果的差异，是指实际误差精度，其关系为工具机13进行空机测试或实机测试时的加工路径的位置扣除依据该控制参数所仿真计算的工具机13的加工路径的理论位置。于另一实施例中，本揭露的目标导向数值控制自动调校系统1还包括调校模式选择模块16及参数数据调变模块17，其中，该调校模式选择模块16用以将目标导向数值控制自动调校系统1设定为自动调校模式、半自动调校模式或手动调校模式，而该参数数据调变模块17用以于自动调校模式下产生更新的控制参数，于半自动调校模式下由多组方程式系数中选择其中一组，以产生更新的控制参数，或于该手动调校模式下输入手动控制参数，并输出至该自动调机方程式模块12以控制该工具机13依据该更新的控制参数或该手动控制参数作动。
上述的多组方程式系数分别对应于不同的加工精度高低及加工时间长短，例如将具有最高加工精度但加工时间最长的方程式系数设为E1，以及将具有最低加工精度但加工时间最短的方程式系数设为E10。
图2A为应用本揭露的目标导向数值控制自动调校系统的一实施例的自动调校方法的流程图。如图所示，本揭露的自动调校方法包括下列步骤S31至S33。
于步骤S31中，由外部分别输入目标期望值至该目标导向输入模块10及输入加工路径至该加工测试路径选择模块11，于一实施例中，该目标期望值为加工精度及允许的误差范围。
于步骤S32中，该自动调机方程式模块12自该目标导向输入模块10及该加工测试路径选择模块11分别接收该目标期望值及该加工路径，以使预先设定方程式系数的控制方程式依据该目标期望值及该加工路径计算适当的控制参数，再将该控制参数传送至该数值控制器14以控制该工具机13作动。
于步骤S33中，比对该工具机13作动后的实际结果与利用该控制参数仿真作动的结果的差异是否满足该期望目标值及该加工路径，若是，则完成该工具机13的自动调校，若否，则回到步骤S32重新计算控制参数以使该作动后的实际结果与该仿真作动的结果的差异最小化及重复步骤S33。
于本实施例中，该控制方程式可表示为下式(1)：
Err = Σ 1 n C n Σ 1 n F n - - - ( 1 )
其中，Err代表该工具机13作动后的实际结果与利用该控制参数仿真作动的结果的差异所造成的误差，Cn代表方程式系数，Fn代表控制参数，其中，在进行自动调校之前，该方程式系数Cn依据例如田口法的实验方法输入多组实验控制参数Fn，并取得该工具机13作动后的实际结果与利用该实验控制参数仿真作动的结果的差异，据以反向求解该控制方程式以取得符合该工具机13的机构特性的方程式系数。
于一实施例中，如图2B所示，本揭露的自动调校方法还包括步骤S34：若超过预先设定的重复次数仍无法完成自动调校，则要求修改期望目标值或加工路径。
与另一实施例中，如图2C所示，该步骤S34还包括：若超过预先设定的重复次数仍无法完成自动调校，则使用观察操作调整模块15读取该工具机13作动后的实际结果与利用该控制参数仿真作动的结果的差异，作为调整该控制参数的依据，并通过目标导向输入模块10调整目标期望值、或通过加工测试路径选择模块11调整加工路径以产生更新的控制参数，并将该更新的控制参数传送至该数值控制器14，以控制该工具机13依据该更新的控制参数作动。
于又一实施例中，如图2D所示，步骤S31还包括：使用调校模式选择模块16切换成半自动调校模式或手动调校模式，以于该半自动调校模式下使用参数数据调变模块17由多组方程式系数中选择其中一组或以于该手动调校模式下使用参数数据调变模块17输入手动控制参数，且步骤S32还包括：该自动调机方程式模块12依据所选定的方程式系数产生更新的控制参数，再以该更新的控制参数或手动控制参数取代该控制参数以控制该工具机13作动。
综上所述，本揭露的目标导向数值控制自动调校系统结合于工具机的数字控制器，令使用者能以更符合直觉的加工精度或允许的误差范围等目标期望值作为输入，再通过预先建立的控制方程式进行自动调机。此外，本揭露目标导向数值控制自动调校系统通过数字控制器对工具机进行调校，因此不受控制参数被限制于专用伺服驱动器的影响，能更有效率地发挥工具机的加工性能。
上述实施例仅为例示性说明本揭露的原理及其功效，而非用于限制本揭露。任何本领域技术人员均可在不违背本揭露的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与变化。

Claims (13)

1.一种目标导向数值控制自动调校系统，包括：
目标导向输入模块，其用以接收自外部输入的目标期望值；
加工测试路径选择模块，其用以接收自外部输入的加工路径；以及
自动调机方程式模块，其具有预先设定方程式系数的控制方程式，该自动调机方程式模块自该目标导向输入模块及该加工测试路径选择模块分别接收该目标期望值及该加工路径，以使该控制方程式依据该目标期望值及该加工路径计算适当的控制参数，并将该控制参数传送至该数值控制器以控制该工具机作动。
2.根据权利要求1所述的目标导向数值控制自动调校系统，其特征在于，该系统还包括观察操作调整模块，其用以比对该工具机作动后的实际结果与利用该控制参数仿真作动的结果的差异，作为调整该控制参数的依据，并通过目标导向输入模块调整目标期望值、或通过加工测试路径选择模块调整加工路径以产生更新的控制参数，以控制该工具机作动。
3.根据权利要求1所述的目标导向数值控制自动调校系统，其特征在于，该系统还包括：
观察操作调整模块，其用以比对该工具机作动后的实际结果与利用该控制参数仿真作动的结果的差异；
调校模式选择模块，其用以将该目标导向数值控制自动调校系统设定为自动调校模式、半自动调校模式或手动调校模式；以及
参数数据调变模块，其用以
于该自动调校模式下，使该自动调机方程式模块依据该观察操作调整模块比对的该差异，并通过目标导向输入模块调整目标期望值、或通过加工测试路径选择模块调整加工路径，以产生更新的控制参数，以控制该工具机作动；或
于该半自动调校模式下由多组方程式系数中选择其中一组，以产生更新的控制参数并输出至该自动调机方程式模块，以控制该工具机作动；或
于该手动调校模式下输入手动控制参数，以产生更新的控制参数并输出至该自动调机方程式模块，以控制该工具机作动。
4.根据权利要求3所述的目标导向数值控制自动调校系统，其特征在于，该多组方程式系数分别对应于不同的加工精度高低及加工时间长短。
5.根据权利要求1所述的目标导向数值控制自动调校系统，其特征在于，该目标期望值为加工精度及允许的误差范围。
6.根据权利要求1所述的目标导向数值控制自动调校系统，其特征在于，该加工路径为直线、转角、圆弧或其组合而成的任意路径。
7.一种目标导向数值控制的自动调校方法，包括：
1)由外部分别输入目标期望值至该目标导向输入模块及输入加工路径至该加工测试路径选择模块；
2)该自动调机方程式模块自该目标导向输入模块及该加工测试路径选择模块分别接收该目标期望值及该加工路径，以使预先设定方程式系数的控制方程式依据该目标期望值及该加工路径计算适当的控制参数，再将该控制参数传送至该数值控制器以控制该工具机作动；以及
3)比对该工具机作动后的实际结果与利用该控制参数仿真作动的结果的差异是否满足该期望目标值及该加工路径，若是，则完成该工具机的自动调校，若否，则回到步骤2)重新计算控制参数以使该作动后的实际结果与该仿真作动的结果的差异最小化，及重复步骤3)。
8.根据权利要求7所述的自动调校方法，其特征在于，该系统还包括步骤4)：若超过预先设定的重复次数仍无法完成自动调校，则由观察操作调整模块读取该工具机作动后的实际结果与利用该控制参数仿真作动的结果的差异，作为调整该控制参数的依据，并通过目标导向输入模块调整目标期望值、或通过加工测试路径选择模块调整加工路径以产生更新的控制参数，并将该更新的控制参数传送至该数值控制器，以控制该工具机依据该更新的控制参数作动。
9.根据权利要求7所述的自动调校方法，其特征在于，步骤1)还包括：使用调校模式选择模块切换成半自动调校模式或手动调校模式，以于该半自动调校模式下使用参数数据调变模块由多组方程式系数中选择其中一组或于该手动调校模式下使用该参数数据调变模块输入手动控制参数，且步骤2)还包括：该自动调机方程式模块依据所选定的方程式系数产生更新的控制参数，再以该更新的控制参数或手动控制参数取代该控制参数控制该工具机作动。
10.根据权利要求7所述的自动调校方法，其特征在于，该预先设定系数依据实验方法输入多组实验控制参数，并取得该工具机作动后的实际结果与利用该实验控制参数仿真作动的结果的差异，据以反向求解该控制方程式而取得。
11.根据权利要求10所述的自动调校方法，其特征在于，该实验方法为田口法。
12.根据权利要求7所述的自动调校方法，其特征在于，该目标期望值为加工精度及允许的误差范围。
13.根据权利要求7所述的自动调校方法，其特征在于，该加工路径为直线、转角、圆弧或其组合而成的任意路径。
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