CN111399440A - 一种数控机床精度解耦测试系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种数控机床精度解耦测试系统及方法，包括：位置测量单元、数据采集单元和计算机；所述数据采单元包括：总线数据侦听接口、位置编码器接口、数据上传接口和核心处理器；所述位置测量单元与位置编码接口通信连接；所述总线数据侦听接口和位置编码接口分别与核心处理器通信连接；所述核心处理器与数据上传接口通信连接；所述数据上传接口与计算机通信连接。本发明实现了对运动控制系统的综合误差、伺服单元的跟踪误差以及机械传动误差的实时测量和解耦，从而为数控机床、伺服单元及机械结构的精度、刚度等参数的优化调整提供参考。

Description

一种数控机床精度解耦测试系统及方法
技术领域
本发明属于数控机床技术领域，具体涉及一种数控机床精度解耦测试系统及方法。
背景技术
数控机床是装备制造业的基础，决定了装备制造的效率和精度。目前数控机床的测试主要以整机性能测试为主，例如标准试样加工测试，单轴运动精度测试等，这种测试结果是机床机械本体加工精度和装配精度、数控系统的控制算法、伺服特性导致的动态精度、刀具、工件特性等诸多因素耦合的结果，不能准确定位误差的来源，无法指导数控系统、关键部件或主机厂商对其产品进行优化，实现整机性能的提升。目前数控机床越来越多的采用总线结构的数控系统，针对此类数控机床，本发明提出一种数控机床误差解耦测试系统及方法。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供一种数控机床精度解耦测试系统及方法，以解决上述技术问题。
第一方面，本发明提供一种数控机床精度解耦测试系统，包括：位置测量单元、数据采集单元和计算机；所述数据采单元包括：总线数据侦听接口、位置编码器接口、数据上传接口和核心处理器；所述位置测量单元与位置编码接口通信连接；所述总线数据侦听接口和位置编码接口分别与核心处理器通信连接；所述核心处理器与数据上传接口通信连接；所述数据上传接口与计算机通信连接。
进一步的，所述系统还包括伺服单元，所述伺服单元包括：驱动器和位置编码器。
进一步的，所述核心处理器采用FPGA芯片。
进一步的，所述位置测量装置采用光栅尺；所述位置编码器接口采用光栅编码器接口。
第二方面，本发明提供一种数控机床精度解耦测试的方法，包括：
采集机床的位置数据并记录时间戳，所述位置数据包括：机床下发的指令位置、机床的伺服单元的反馈位置和机床的测试系统的实际位置；
根据所述位置数据和时间戳，建立所述指令位置、反馈位置和实际位置的时间序列；
根据所述时间序列计算机床的误差，并将所述误差周期性上传。
进一步的，所述根据所述时间序列计算机床的误差，包括：
计算每个时间戳对应的指令位置与实际位置的差，所述差的绝对值作为机床的指令误差。
进一步的，所述根据所述时间序列计算机床的误差，还包括：
计算每个时间戳对应的指令位置与反馈位置的差，所述差的绝对值作为伺服单元的跟踪误差。
进一步的，所述根据所述时间序列计算机床的误差，还包括：
计算每个时间戳对应的反馈位置与实际位置的差，所述差的绝对值作为机床的传动误差。
进一步的，所述将所述误差周期性上传，包括：
所述指令误差、跟踪误差和传动误差根据时间戳进行上传。
本发明的有益效果在于，
本发明提供的一种数控机床精度解耦测试系统及方法，通过数据采集装置同步采集数控装置的指令下发的位置、伺服单元的反馈位置以及机床末端测量的实际位置，实现对运动控制系统的综合误差、伺服单元的跟踪误差以及机械传动误差的实时测量和解耦，从而为数控装置、伺服单元及机械结构精度、刚度等参数的优化调整提供参考。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例的系统的机械结构示意图。
图2是本发明一个实施例的系统的功能结构示意图。
图3是本发明一个实施例的方法的示意性流程框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种数控机床精度解耦测试系统，包括：光栅尺、数据采集单元和计算机；所述数据采集单元包括：总线数据侦听接口、光栅编码器接口、数据上传接口和FPGA芯片；所述光栅尺与光栅编码接口通信连接；所述总线数据侦听接口和光栅编码接口分别与FPGA芯片通信连接；所述FPGA芯片与数据上传接口通信连接；所述数据上传接口与计算机通信连接。所述系统还包括伺服单元，所述伺服单元包括：驱动器和位置编码器。所述系统还包括伺服单元，所述伺服单元包括：驱动器和位置编码器。
所述光数据采集单元采集机床的数控装置下发的位置指令数据，所述光栅尺获取机床的实际位置，并发送给光栅编码器接口，所述总线数据侦听接口采集伺服单元反馈位置数据和光栅尺反馈的位置数据，并对采集的数据添加硬件时间戳，之后通过数据上传接口将处理后的数据上传给分析计算机；根据分析计算机实时性能的不同，添加时间戳之后的采集数据可以按照待测系统的通信周期实时上传，也可以在测试装置中缓存一段时间后打包上传，最终由计算机分析数控机床的误差。
图3是本发明一个实施例的方法的示意性流程图。
如图3所示，该方法100包括：
步骤110，采集机床的位置数据并记录时间戳，所述位置数据包括：机床下发的指令位置、机床的伺服单元的反馈位置和机床的测试系统的实际位置；
步骤120，根据所述位置数据和时间戳，建立所述指令位置、反馈位置和实际位置的时间序列；
步骤130，根据所述时间序列计算机床的误差，并将所述误差周期性上传。
可选地，作为本发明一个实施例，所述根据所述时间序列计算机床的误差，包括：
计算每个时间戳对应的指令位置与实际位置的差，所述差的绝对值作为机床的指令误差。
可选地，作为本发明一个实施例，所述根据所述时间序列计算机床的误差，还包括：
计算每个时间戳对应的指令位置与反馈位置的差，所述差的绝对值作为伺服单元的跟踪误差。
可选地，作为本发明一个实施例，所述根据所述时间序列计算机床的误差，还包括：
计算每个时间戳对应的反馈位置与实际位置的差，所述差的绝对值作为机床的传动误差。
可选地，作为本发明一个实施例，所述将所述误差周期性上传，包括：
所述指令误差、跟踪误差和传动误差根据时间戳进行上传。
为了便于对本发明的理解，下面以本发明数控机床精度解耦测试方法的原理，结合实施例中对数控机床进行测试的过程，对本发明提供的一种数控机床精度解耦测试方法做进一步的描述。
具体的，所述数控机床精度解耦测试方法包括：
S1、采集机床的位置数据并记录时间戳，所述位置数据包括：机床下发的指令位置
Figure BDA0002437601870000061
机床的伺服单元的反馈位置
Figure BDA0002437601870000067
和机床的测试系统的实际位置
Figure BDA0002437601870000062
S2、根据所述位置数据和时间戳，建立所述指令位置、反馈位置和实际位置的时间序列；每个时间戳对应一组位置数据，所述时间戳的设置为了方便数据的周期性上传。
S3、根据所述时间序列计算机床的误差，并将所述误差周期性实时上传。
分析计算机根据数据采集装置的上传数据，可以得到机床的跟踪误差
Figure BDA0002437601870000063
其中，伺服单元的跟踪误差
Figure BDA0002437601870000064
机械系统导致的跟踪误差
Figure BDA0002437601870000065
其中公式中
Figure BDA0002437601870000066
为各个坐标系的跟踪误差向量，其维数由机床轴数确定
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种数控机床精度解耦测试系统，其特征在于，包括：位置测量单元、数据采集单元和计算机；所述数据采单元包括：总线数据侦听接口、位置编码器接口、数据上传接口和核心处理器；所述位置测量单元与位置编码接口通信连接；所述总线数据侦听接口和位置编码接口分别与核心处理器通信连接；所述核心处理器与数据上传接口通信连接；所述数据上传接口与计算机通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种数控机床精度解耦测试系统，其特征在于，所述系统还包括伺服单元，所述伺服单元包括：驱动器和位置编码器。
3.根据权利要求1所述的一种数控机床精度解耦测试系统，其特征在于，所述核心处理器采用FPGA芯片。
4.根据权利要求1所述的一种数控机床精度解耦测试系统，其特征在于，所述位置测量装置采用光栅尺；所述位置编码器采用光栅编码器；所述位置编码器接口采用光栅编码器接口。
5.一种数控机床精度解耦测试的方法，其特征在于，包括：
采集机床的位置数据并记录时间戳，所述位置数据包括：机床下发的指令位置、机床的伺服单元的反馈位置和机床的测试系统的实际位置；
根据所述位置数据和时间戳，建立所述指令位置、反馈位置和实际位置的时间序列；
根据所述时间序列计算机床的误差，并将所述误差周期性上传。
6.根据权利要求5所述的一种数控机床精度解耦测试的方法，其特征在于，所述根据所述时间序列计算机床的误差，包括：
计算每个时间戳对应的指令位置与实际位置的差，所述差的绝对值作为机床的指令误差。
7.根据权利要求5所述的一种数控机床精度解耦测试的方法，其特征在于，所述根据所述时间序列计算机床的误差，还包括：
计算每个时间戳对应的指令位置与反馈位置的差，所述差的绝对值作为伺服单元的跟踪误差。
8.根据权利要求5所述的一种数控机床精度解耦测试的方法，其特征在于，所述根据所述时间序列计算机床的误差，还包括：
计算每个时间戳对应的反馈位置与实际位置的差，所述差的绝对值作为机床的传动误差。
9.根据权利要求5所述的一种数控机床精度解耦测试的方法，其特征在于，所述将所述误差周期性上传，包括：
所述指令误差、跟踪误差和传动误差根据时间戳进行上传。
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