CN106681273B - 数控设备探针测量值自动补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数控设备探针测量值自动补偿方法，包括：采用探针利用规划路径测量工件的关键点的位置偏差，并将各关键点的偏差向量值存储到指定的位置；在规划路径上的预定位置添加多个M57、M58、M59指令；解析并执行规划路径，并且：当出现M57指令时，进入偏差自动统计补偿模式：当出现M59指令时，传递对应的偏差向量值，并执行自动补偿；当出现M58指令后且未出现M57指令时，对解析到的运动指令不做补偿直接执行。本发明通过与数控系统核心算法的高度集成，将探针测量到的偏差值自动应用到程序的刀路中，使最繁琐的补偿过程得以自动化实现，它的优点如下：精度高、效率高、适用性强、降低现场工艺人员的劳动量，及岗位需求门槛。

Description

数控设备探针测量值自动补偿方法
技术领域
本发明涉及数控设备解决方案。
背景技术
在越来越追求精致外观的今天，“高光”在手机外壳中的比例逐渐扩大。由于工艺需要，“高光”工序往往是多道工序的一环，之前的工序因多次装夹、加工的影响，其外形尺寸可能会整体或局部发生一定微小变化，如果不对其修正，高工处理后很容易被敏感地观察到，比如大小边问题。
为此，需加上探针等检测设备，做到每工件一检，在加工前自动探测一遍关键点的位置偏差，然后将这些偏差对 NC 刀路程序作适当修正，以得到补偿后的刀路轨迹。
一般来说，全过程大致需经历如下几个关键步骤：
1、 选择关键点进行探测，一般是在边缘或拐角处附近需加强探测；
2、 用探针对关键点的位置进行探测，记录其绝对坐标，与理论坐标之差，即为该处的偏差值；
3、 通过算法，使各关键点的坐标匹配到实际测量值，及对原始刀路程序进行修正。
其中，最为关键的是第3步，当前市场上普遍的作法是通过改写原始刀路程序，并通过繁杂调用宏程序来实现，现场工艺人员的劳动量非常大。
现有的方法，存在如下几个缺点：
1、人工工作量大，因为 NC 刀路文件里一般是些微小线段或小圆弧，需对它们逐个修订；
2、精度差，对于圆弧来说，必须先打散成一些小线段而后再修正，损失了原有的精度；
3、刀路文件膨胀厉害，比如一段圆弧必须先打散成许多微小线段，才能保证达到指定的精度；
4、效率较低，因为宏程序一般是采用解释性语言编写的，执行效率相对较低；
5、通用性差，不同的刀路程序需经过不同的人工编码修正；
6、调试困难，首件成品周期长。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可行的方法，通过与数控系统核心算法的高度集成，让偏差测量值自动补偿。
为达到以上目的，本发明提供了一种数控设备探针测量值自动补偿方法，包括如下步骤：
A.采用探针利用规划路径测量工件的关键点的位置偏差，并将各关键点的偏差向量值存储到指定的位置；
B.在规划路径上的预定位置添加多个M57、M58、M59 指令，其中：定义M57为补偿开始、M58为补偿结束、M59为偏差传递，M57、M58、M59处各自对应一个偏差向量，其中，M57、M58处为零向量，每个 M59 的位置与关键点的位置相对应，并且指向该位置的偏差向量值的存储位置；
C.解析并执行规划路径，并且：
D.当处于由M57、若干个 M59、M58 构成的指令区间时，进入偏差自动统计补偿模式：
首先，执行初始化变量动作：原始刀路轨迹总长度 Ltotal=0，偏差向量 D begin=0；
其次，将解析到的所有指令缓存起来，并且计算出各运动指令的原始长度Lk，并累加到 Ltotal 中；
每遇到一处 M59 指令时，读取该处对应的偏差向量值 D end ；把补偿开始 M57 及补偿结束处 M58 均视为探测点，且认为它们不存在偏差。计算相邻探测点区间上的偏差率向量 R = (D end - D begin) /Ltotal，然后将之前缓存的各运动指令根据其原始长度 Lk，得到其终点的补偿向量： D k = R * Lk，对该处指令进行补偿；
将缓存的指令全部修正完毕后，转移到插补器下一个模块进行前瞻速度规划及插补，并清空当前的缓存指令，将当前点作为下一段自动补偿的起点：令 D begin = D end，且重置Ltotal= 0；
E.当M58 指令结束后且未出现 M57 指令时，对解析到的运动指令不做补偿，直接执行。
本发明的进一步改进在于，所述的步骤D中，如果规划路径为小线段类型，将其起点至终点的向量加上上述的补偿向量 D k。
本发明的进一步改进在于，所述的步骤D中，如果规划路径已实现高级螺旋线插补（如摆线插补，是圆弧插补的一种推广），即在补偿的过程中做出圆心按偏差向量D k走线性运动、同时刀尖绕圆心走圆弧运动的等效变化。
本发明的进一步改进在于，所述的步骤D中，如果规划路径未实现高级螺旋线插补，可先将圆弧内部打散为小线段后按照小线段类型的路径进行补偿。
本发明的进一步改进在于，可以应用于多坐标轴系统。
本发明通过与数控系统核心算法的高度集成，将探针测量到的偏差值自动应用到程序的刀路中，使最繁琐的补偿过程得以自动化实现，它的优点如下：
1、 精度高。可做到自动补偿发生于每个插补指令周期（可达1ms/周期）上，大大提高加工精度。如果存在圆弧，前提是圆弧可以转化成高级螺旋线插补（如本公司）；即便未实现高级螺旋线插补，内部也可以先打散成足够高精度的小线段来自动完成；
2、 效率高。无需人工编程，自动补偿可在数控系统核心模块执行；
3、 适用性强。改变探测位置，甚至更换刀路程序，都可以很快响应；
4、 降低现场工艺人员的劳动量，及岗位需求门槛。
附图说明
附图1 为根据本发明的整体流程图；
附图2描述了本发明的自动补偿过程的原理图。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参见附图1和附图2所示，一种数控设备探针测量值自动补偿方法，包括如下步骤：
A.采用探针利用规划路径测量工件的关键点的位置偏差，并将各关键点的偏差向量值存储到指定的位置；
B.在规划路径上的预定位置添加多个M57、M58、M59 指令，其中：定义M57为补偿开始、M58为补偿结束、M59为偏差传递，M57、M58、M59处各自对应一个偏差向量，其中，M57、M58处为零向量，无需传递，每个M59的位置与关键点的位置相对应，并且指向该位置的偏差向量值的存储位置，即需要利用参数传递通过探针测量出的实际偏差向量，需要说明的是，添加M57/M58指令的位置一般位于进退刀的位置、不接触工件表面的地方，或还没有开始加工的位置；
C.解析并执行规划路径，并且：
D.当处于由M57、若干个 M59、M58 构成的指令区间时，进入偏差自动统计补偿模式，即在 M57、M58 之间将有若干个 M59，形成若干个 M57-M59、M59-M59、M59-M58 的区间，每个区间包含一个或一个以上的运动指令，我们通过如下算法实现其自动修正补偿：
首先，执行初始化变量动作：原始刀路轨迹总长度Ltotal= 0.0; 偏差向量（假设仅有 X、Y、Z 三轴）D begin = {0.0,0.0,0.0}；
其次，将解析到的所有指令缓存起来，并且计算出各运动指令的原始长度Lk，并累加到Ltotal 中；
每遇到一处 M59 指令时，读取该处对应的偏差向量值D end；把补偿开始及补偿结束处均视为探测点，且认为它们不存在偏差。计算相邻探测点区间上的偏差率向量 R =(D end - D begin) /Ltotal；然后将之前缓存的各运动指令根据其原始长度 Lk，得到其终点的补偿向量： D k = R * Lk ，对该处指令进行补偿。其中对于小线段来说，仅需将其起点至终点的向量加上此向量即可；对于圆弧来说，如果已实现高级螺旋线插补（比如，在做圆周运动的同时，圆心亦可做直线运动），稍作变换即可(相对于圆心在插补过程中，圆心按偏差向量D k走线性运动，刀尖绕圆心作圆弧运动)；否则，可先将圆弧内部打散成小线段后运用线段的自动补偿原理进行。
将缓存的指令全部修正完毕后，转移到插补器下一个模块进行前瞻速度规划及插补，并清空当前的缓存指令，将当前点作为下一段自动补偿的起点：令D begin= D end，且重置Ltotal=0.0。
如果当M58 指令结束后且未出现 M57 指令时，对解析到的运动指令不做补偿，无需缓存按普通流程执行即可。
本发明的核心思想是将探针探测到的偏差值，通过数控系统的核心算法自动进行补偿。而补偿的算法是，两测量点间各轴的补偿偏差量，与期间所经历的刀路原始长度成正比，比如探测出 X 轴方向上起点、终点偏差依次为 -1um、3um，那么在此路径（无论是线段、圆弧还是其任意组合）的中点处 X 轴方向上的补偿量即为 1um。
需要指出的是，本发明的方法不仅仅局限于“高光”工艺，也适用于任何基于刀路补偿的工艺；该方法不仅仅适用于XYZ三坐标轴系统，也适用于其它更多轴的复杂系统。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰均涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种数控设备探针测量值自动补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：
A. 采用探针利用规划路径测量工件的关键点的位置偏差，并将各关键点的偏差向量值存储到指定的位置；
B. 在规划路径上的预定位置添加M57、M58、M59 指令，其中：定义M57为补偿开始处、M58为补偿结束处、M59为偏差传递，M57、M58、M59处各自对应一个偏差向量，其中，M57、M58处为零向量，每个M59的位置与关键点的位置相对应，并且指向该位置的偏差向量值的存储位置；
C. 解析并执行规划路径，并且：
D. 当处于由M57、若干个 M59、M58 构成的指令区间时，进入偏差自动统计补偿模式：
首先，执行初始化变量动作：原始刀路轨迹总长度Ltotal=0，偏差向量D begin=0；
其次，将解析到的所有指令缓存起来，并且计算出其中各运动指令的原始长度Lk，并累加到Ltotal 中；
每遇到一处 M59 指令时，读取该处对应的偏差向量值D end；把补偿开始处 M57 及补偿结束处 M58 均视为探测点，且认为它们不存在偏差,计算相邻探测点区间上的偏差率向量R = (D end - D begin) /Ltotal，然后将之前缓存的各运动指令根据其原始长度Lk，得到其终点的补偿向量：D k = R * Lk，对该处指令进行补偿；
将缓存的指令全部修正完毕后，转移到插补器下一个模块进行前瞻速度规划及插补，并清空当前的缓存指令，将当前点作为下一段自动补偿的起点：令D begin= D end，且重置Ltotal= 0；
E. 当M58 指令结束后且未出现 M57 指令时，对解析到的运动指令不做补偿直接执行；
其中，所述的步骤D中，如果规划路径已实现高级螺旋线插补，在补偿的过程中做出圆心按偏差向量D k走线性运动、刀尖同时绕圆心走圆弧运动的等效变化；如果规划路径未实现高级螺旋线插补，内部先将圆弧打散为小线段后按照小线段类型的进行补偿。
2.根据权利要求1所述的数控设备探针测量值自动补偿方法，其特征在于：所述的步骤D中，如果规划路径为小线段类型，将其起点至终点的向量加上上述的补偿向量D k。
3.根据权利要求1所述的数控设备探针测量值自动补偿方法，其特征在于：应用于多坐标轴系统。
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