CN105785918A - 根据加工条件调整参数的参数自动调整装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够定量地设定加工时间和加工精度各自的重要度，从而能够更有效地根据加工条件进行参数调整的参数自动调整装置。参数自动调整装置具备：参数变更部，其用于变更控制参数；试验程序执行部，其将试验程序发送至数值控制装置并使其执行；执行结果取得部，其取得试验程序的执行结果作为指令轨迹和实际轨迹以及程序执行时间；存储部，其用于存储该执行结果和与其对应的控制参数；权重设定部，其根据操作员的输入或设定对作为评价基准的加工时间和加工精度进行加权；以及参数提取部，其根据被加权的评价基准评价试验程序的执行结果并根据评价结果从存储部中提取最优的控制参数。

Description

根据加工条件调整参数的参数自动调整装置

技术领域

本发明涉及具有根据机床的加工条件调整参数的功能的参数自动调整装置。

背景技术

以往，就机床的控制而言，有时使用自动地调整控制增益、加减速参数的参数自动调整装置。例如，在日本特开平07-319506号公报中记载了一种自动调谐控制器，其具备自动调整控制参数以使测定的循环时间成为期望的循环时间的单元。此外，在日本特开平07-319506号公报中记载了通过设置粗调整模式和精调整模式并选择任一种模式，从而能够选择符合控制对象的状态等的最优的调整模式。

在机床中，需要根据其用途、加工对象工件的形状等，将与各驱动轴的控制增益、加减速相关的参数调整为合适的值。例如，在相比于加工精度更重视循环时间(加工时间)的情况下以及相反地相比于循环时间更重视加工精度的情况下，各参数的最优值不同。但是，在以往的参数自动调整装置中，虽然能够以不产生振荡现象的限度(极限增益)作为上限来调整控制增益或将加工时间决定为最短的加减速参数，但难以根据实际的加工条件进行调整。

例如，如果为了缩短加工时间而减小加减速时间常数，则可能会在机床的驱动轴的反转部分(程序轨迹上的曲线部分、不连续部分)产生过冲，加工精度降低。另一方面，如果充分地增大加减速时间常数，则在驱动轴的反转部分针对指令的追随性提高，虽然加工精度提高，但加工时间增长。这样，难以兼顾加工时间和加工精度，期望根据每个加工条件进行自动调整。

在日本特开平07-319506号公报中记载的自动调谐控制器中，虽然设置为能够分开使用粗调整模式和精调整模式，但难以在均等地重视加工精度和加工时间双方或者对一方比另一方更重视的情况下也定量地设定其程度(例如，可以完全忽视加工时间或者稍微重视加工精度等等)。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供能够定量地设定加工时间和加工精度各自的重要度，从而能够更有效地根据加工条件进行参数调整的参数自动调整装置。

为了达到上述目的，本发明提供一种参数自动调整装置，其设定在具有至少一个驱动轴的机床的数值控制装置上，用于自动地调整各个上述驱动轴的控制参数，该参数自动调整装置具备：权重设定部，设定作为用于自动调整上述控制参数的评价基准的、上述机床的加工时间和加工精度的权重；参数变更部，用于变更上述控制参数；试验程序执行部，将自动调整中使用的试验程序发送至上述数值控制装置并使其执行；执行结果取得部，取得上述机床的代表点的指令轨迹和实际轨迹以及上述试验程序的执行时间作为上述试验程序的执行结果；存储部，用于存储与上述执行结果对应的控制参数；以及参数提取部，根据被加权的两个评价基准评价上述执行结果并根据上述执行结果的评价提取最优的上述参数，多次进行变更上述控制参数来执行上述试验程序的操作，提取与所得的多个执行结果中评价高的执行结果对应的控制参数。

在优选实施方式中，上述参数提取部根据评价值来评价上述试验程序的执行结果，该评价值是通过分别对上述试验程序的执行时间和轨迹误差的绝对值的累计值进行标准化，对标准化得到的值分别乘以权重设定部设定的加工时间的权重和加工精度的权重并进行相加运算而求出的值，该轨迹误差为指令轨迹与实际轨迹的差。

在优选实施方式中，上述执行结果取得部取得上述试验程序中特定部分的上述执行结果。

在优选实施方式中，上述存储部具有创建或输出记录了与控制参数的自动调整相关的详细信息的报告的功能。

附图说明

通过参照附图对以下的优选实施方式进行说明，将使本发明的上述或其它目的、特征以及优点更为明确。

图1是将本发明的实施方式的参数自动调整装置与机床以及数值控制装置一起表示的功能框图。

图2是表示使用了图1的参数自动调整装置的处理的一例的流程图。

图3是表示对各个评价基准设定权重的单元的一例的图。

图4是表示使加减速时间常数作为控制参数变化时的程序执行时间的变化的图表。

图5是表示拐角部的指令轨迹和实际轨迹的一例的图。

图6是表示将参数自动调整结果作为报告输出的示例的图。

具体实施方式

图1是本发明的实施方式的参数自动调整装置的功能框图。参数自动调整装置10是与数值控制装置(NC)16关联起来使用的装置，该数值控制装置16对机床12所具有的至少一个驱动轴14进行控制。数值控制装置16具有下述功能：根据由NC程序等给予的规定的命令，使用控制增益、加减速时间常数等控制参数，创建各驱动轴14的移动指令(位置指令)。

参数自动调整装置10是与数值控制装置16一起使用且用于自动地调整各驱动轴14的控制参数的装置，具备：参数变更部18，其用于变更数值控制装置16对各驱动轴14进行控制时使用的控制参数；试验程序执行部20，其将在参数的自动调整中使用的试验程序发送至数值控制装置16并使其执行；执行结果取得部22，其取得数值控制装置16执行的试验程序的执行结果作为机床12的工具前端点等代表点的指令轨迹和实际轨迹以及程序执行时间；存储部24，其用于存储试验程序的执行结果和与其对应的控制参数；权重设定部26，其根据操作员的输入或设定对作为进行参数调整时的评价基准的加工时间和加工精度进行加权；以及参数提取部28，其根据加权后的评价基准评价试验程序的执行结果并根据评价结果从存储部24中提取最优的控制参数。

此外，虽然在上述实施方式中，将参数自动调整装置10与数值控制装置16作为独立的装置进行了图示和说明，但也可以将具有与参数自动调整装置10实质相同的功能的装置一体地组装于数值控制装置16内，这样的形式也包含在本申请发明内。

下面，参考图2的流程图对使用了参数自动调整装置10的控制参数自动调整处理进行说明。首先，在权重设定部26中，根据加工条件设定多个(此处为2个)评价基准的权重(步骤S1)。具体地，在开始参数的自动调整之前，操作员进行根据加工条件对评价控制参数的评价基准的加权。图3表示能够在自动调整时在参数自动调整装置10等上进行显示和操作的画面的一例，能够分别使用调整条30以及32来调整加工时间和加工精度这两个评价基准的权重。此外，也能够使用文本框或旋转控件来变更权重。

在接下来的步骤S2中，在参数变更部18中变更作为自动调整对象的控制参数。例如，可以通过在规定的参数变更范围(上限值与下限值之间)内以适当的步长增加或减少来进行控制参数的变更。关于该情况下的上限值、下限值以及步长，可以预先规定，也可以在进行自动调整之前由操作员使用适当的输入单元等进行设定。

在接下来的步骤S3中，从试验程序执行部20向数值控制装置16发送试验程序，在数值控制装置16中执行试验程序。在本发明中，期望根据加工条件自动调整控制参数，因此，通常优选使用实际使用的加工程序作为试验程序，但也可以使用为参数调整用而准备的其它调整用程序作为试验程序。

在接下来的步骤S4中，执行结果取得部22取得试验程序的执行结果，即执行试验程序时从数值控制装置16得到的控制对象(工具前端点等)的指令轨迹和实际轨迹以及程序执行时间。这里，根据对控制对象进行控制的各驱动轴的位置指令或位置反馈以及构成机床的机械结构的信息，能够算出指令轨迹和实际轨迹。另外，根据从试验程序开始到结束为止的时间，能够算出程序执行时间。

在接下来的步骤S5中，存储部24存储试验程序的执行结果和与被执行的试验程序对应的参数。接着，在步骤S6中，在上述参数变更范围内的参数变更结束的情况下，进入步骤S7。另一方面，在参数变更范围内的参数变更没有结束的情况下，重复步骤S2至S5的处理。

如上述那样使参数在参数变更范围内变化，对各参数取得试验程序的执行结果之后，在步骤S7中，提取符合加工条件的最优的参数值x_p。下面，对该优选的具体示例进行说明。

根据存储在存储部24中的、机床的代表点(工具前端点等)的指令轨迹Pc(k·Δt)和实际轨迹Pf(k·Δt)，算出两者的差即轨迹误差ERR(k·Δt)。该轨迹误差能够成为在加工精度的评价上有用的数据。下面，如以下的式(1)所示那样，对每个参数值x的轨迹误差ERR(k·Δt)的绝对值进行累计，算出累计值ERRs(x)。

$ERRs\left(x\right)=\underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}\left|ERR(k\·\mathrm{\Δ}t)\right|$ …式(1)

根据每个参数值x的程序执行时间T(x)和轨迹误差的绝对值的累计值ERRs(x)，算出各数据的最小值和最大值。在图4中，作为其中一例，显示出横轴为加减速时间常数x、竖轴为程序执行时间T(x)的图表。在图4的示例中，加减速时间常数x越小则程序执行时间T(x)越短，加减速时间常数x越大则程序执行时间T(x)越长，因此，在加减速时间常数x的下限值执行时间成为最小值T_min，在上限值成为最大值T_max。同样地，对于累计值ERRs(x)也分别算出其最小值ERRs_min和最大值ERRs_max。

这里，参数为多个(例如x，y，z)，在同时调整这些参数的值的情况下，对于程序执行时间T(x，y，z)和累计值ERRs(x，y，z)分别算出最小值和最大值。例如，在同时调整x、y两个参数值的情况下，图4的图表以三维图表进行显示，根据该三维图表能够算出最小值和最大值。

下面，对于参数x的各值，将程序执行时间T(x)和轨迹误差的绝对值的累计值ERRs(x)分别如式(2)和式(3)所示那样进行标准化。这里，将对T(x)和ERRs(x)进行标准化后得到的值分别设为Tn(x)和ERRn(x)。

$Tn\left(x\right)=(1-\frac{T\left(x\right)-Tmin}{Tmax-Tmin})$ …式(2)

$ERRn\left(x\right)=(1-\frac{ERRs\left(s\right)-ERRsmin}{ERRsmax-ERRs\min })$ …式(3)

下面，如式(4)所示，分别对进行标准化后得到的值Tn(x)和ERRn(x)乘以权重设定部26设定的权重，并对它们进行相加运算，由此算出评价值E(x)。此外，在式(4)中，用A表示权重设定部26设定的加工时间的权重，用B表示权重设定部26设定的加工精度的权重。此外，也可以使用如式(5)所示那样的用于求出最大值为1的评价值E'(x)的式子来代替式(4)。

E(x)＝A·Tn(x)+B·ERRn(x)…式(4)

$E^{\′}\left(x\right)=\frac{1}{A+B}(A\·Tn(x)+B\·ERRn(x\left)\right)$ …式(5)

此外，虽然在本实施方式中，作为步骤S7的处理的具体示例，说明了对被加权的程序执行时间T(x)和轨迹误差的绝对值的累计值ERRs(x)进行标准化的处理(也将其称为处理a)，但本发明并不局限于此，例如也可以为以下的处理b或处理c。

(处理b)对已加权的数据分别乘以2并进行相加运算，求出其平方根(矢量的长度)。对每个参数计算其平方根(矢量的长度)，求出矢量长度最大的参数。

(处理c)将已加权的数据(x，y，z)代入评价函数V(x，y，z)，求出评价值最大的参数。此外，该评价函数可以为由实验得到的函数，也可以为由理论公式算出的函数。

最后，求出用式(4)或式(5)得到的评价值E(x)或E'(x)较高(通常为最大)的参数值x_p，从存储部24中提取该值x_p来作为最优参数，结束步骤S7的处理。但是，也存在根据其它限制条件等，提取与非最大(例如第2或第3)的评价值对应的控制参数来作为最优值的情况。

根据机床的动作，存在使工具沿着拐角部移动的情况，在这样的情况下，例如若使工具沿着如图5所示的指令轨迹34移动，则有时在驱动轴14反转的位置，其实际轨迹36包含反转延迟、过冲等引起的较大的轨迹误差。在这样的情况下，优选仅着眼于拐角部等特定部分的数据来调整参数。因此，执行结果取得部22也可以仅取得试验程序中与拐角部、圆弧、曲线、往复动作中的反转部分等对自动调整有用的特定部分相关的指令轨迹、实际轨迹以及程序执行时间。

图6表示将与存储部24存储的控制参数的自动调整相关的详细信息，即包括自动调整条件、自动调整结果(参数变更前后的不同点)等的信息以电子文件的形式创建并输出的示例。在图6的示例中，首先，在38栏中记载操作员设定的“自动调整条件”，该自动调整条件包括调整对象的控制参数的编号、各参数的变更范围以及应该对加工时间和加工精度赋予的权重等。

40栏视觉性地显示出参数的自动调整的结果，这里，以能够以自动调整前后进行对比的方式显示出如图5所示的拐角部的指令轨迹和实际轨迹。

42栏以评价值显示出参数的自动调整的结果，这里，以参数x作为变量(例如，以适当的步长从自动调整条件中记载的变更范围的最小值到最大值变化)，求出基于上述程序执行时间T(x)、轨迹误差的绝对值的累计值ERRs(x)以及在“自动调整条件”中设定的加权的评价值E(x)，并在图表中显示各个结果。另外，关于评价值E(x)，显示出基于上述处理a和处理b的两组值。

44栏显示出自动调整后的参数的具体数值，关于“自动调整条件”中包含的两个参数分别显示出自动调整前和自动调整后的值。

通过创建并输出图6中例示的报告，操作员不仅能对自动调整的结果进行确认，还能对基于最优参数x_p的评价值、其它参数的评价值进行确认，因此，对自动调整后的参数的妥当性等进行验证变得容易。

根据本发明，通过以在实际加工中主要被评价的加工时间和加工精度两者作为评价基准，分别进行加权来评价控制参数的自动调整的结果，从而能够根据加工条件进行参数调整。进一步地，与以往相比，能够对控制参数进行细微调整，进而能够减少对该微调整花费的劳力。

Claims (4)

1.一种参数自动调整装置(10)，其设定在具有至少一个驱动轴(14)的机床(12)的数值控制装置(16)上，用于自动地调整上述驱动轴的各个控制参数，上述参数自动调整装置的特征在于，具备：

权重设定部(26)，其设定上述机床的加工时间以及加工精度的权重来作为用于自动调整上述控制参数的评价基准；

参数变更部(18)，其用于变更上述控制参数；

试验程序执行部(20)，其将自动调整中使用的试验程序发送至上述数值控制装置并使该试验程序执行；

执行结果取得部(22)，其取得上述机床的代表点的指令轨迹和实际轨迹以及上述试验程序的执行时间作为上述试验程序的执行结果；

存储部(24)，其用于存储与上述执行结果对应的控制参数；以及

参数提取部(28)，其根据已加权的两个评价基准评价上述执行结果并根据上述执行结果的评价提取最优的上述控制参数，

多次进行变更上述控制参数来执行上述试验程序的操作，提取与所得的多个执行结果中评价较高的执行结果对应的控制参数。

2.根据权利要求1所述的参数自动调整装置，其特征在于，

上述参数提取部(28)根据评价值来评价上述试验程序的执行结果，该评价值是通过在分别对上述试验程序的执行时间和轨迹误差的绝对值的累计值进行标准化而得的值分别乘以由权重设定部(26)设定的加工时间的权重和加工精度的权重并进行相加运算而求出的值，该轨迹误差为指令轨迹与实际轨迹的差。

3.根据权利要求1或2所述的参数自动调整装置，其特征在于，

上述执行结果取得部(22)取得上述试验程序中特定部分的上述执行结果。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的参数自动调整装置，其特征在于，

上述存储部(24)具有创建或输出记录了与控制参数的自动调整相关的详细信息的报告的功能。