CN113031515B - 用于实现五轴rtcp系统的激光测量补偿方法 - Google Patents

用于实现五轴rtcp系统的激光测量补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于实现五轴RTCP系统的激光测量补偿方法，该方法包括：配置激光高度采集系统和五轴控制器系统同步运行可执行加工文件；在五轴以外虚拟出第六轴及其信号，第六轴的信号值定义为能够描述五轴的运动轨迹的增量信号；预处理激光高度数据；计算第六轴的信号与五轴的数据之间的延迟的偏移量；基于计算得出的延迟的偏移量匹配五轴的数据与激光高度数据；基于匹配结果对加工路径进行补偿修正。根据本发明的用于实现五轴RTCP系统的激光测量补偿方法，能够实现激光测量系统和五轴控制器系统的精准同步并据此精确计算对于执行的加工路径的补偿，有助于提高自动化加工的效率、精度和可靠性。

Description

用于实现五轴RTCP系统的激光测量补偿方法
技术领域
本发明涉及用于数控领域的基于五轴RTCP(Rotated Tool Center Point)的激光测量补偿加工，尤其是涉及一种基于在三维空间上的激光数据的分析提取与机床路径的采集并匹配形成更精准的加工路径控制的新的用于实现五轴RTCP系统的激光测量补偿方法。
背景技术
现有激光数据采集与五轴RTCP补偿加工的方法，第一个是自由曲面的测量方法，分别为传统的接触测量法、非接触式测量法、逐层扫描测量法。相比较与接触测量法，以激光测距为例的非接触式测量法显得优点明显，接触测量的主要缺点在于：接触时可能损伤工件表面，不能对软薄材料进行测量，精度为(±5μm)，而激光测量精度可达到(±1μm)，在一些精度要求较高的应用中激光测量精度最高可达14nm。而且接触测量对探针的使用寿命有很大的影响，无法实现全自动的加工。第二是在五轴RTCP中计算补偿的方法，其中最关键的是补偿算法的实现，以及实现激光数据与五轴系统数据同步的方法。如果数据同步出现误差，那就无法同步实际的距离位置，出现加工的失败，给客户和服务商都是一个巨大的考验。从这个角度来说，激光测量系统和五轴控制器系统的同步的精准程度，对于数控加工的精度而言尤为重要。
因此，亟需设计一种新的用于实现五轴RTCP系统的激光测量补偿方法，以至少部分解决上述技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有的基于激光测量系统和五轴控制器系统的同步执行的数控加工方法可靠性和精度有所不足，不易实现全自动加工抑或是容易产生误差的缺陷，提出一种新的用于实现五轴RTCP系统的激光测量补偿方法。
本发明是通过采用下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供了一种用于实现五轴RTCP系统的激光测量补偿方法，其特点在于，所述五轴RTCP系统包括激光高度采集系统、五轴控制器系统以及伺服驱动设备，所述激光测量补偿方法包括：
配置所述激光高度采集系统和所述五轴控制器系统同步运行可执行加工文件，其中所述五轴控制器系统采集加工路径，所述激光高度采集系统采集激光高度数据，所述加工路径包括一系列的五轴的数据；
所述五轴控制器系统在所控制的五轴以外虚拟出第六轴及其信号，所述第六轴的信号值定义为能够描述五轴的运动轨迹的增量信号，所述五轴控制器系统在控制五轴发生任意运动时向所述激光高度采集装置发送第六轴的信号；
预处理激光高度数据；
基于所述伺服驱动设备的特性和/或所述五轴控制器系统的特性，计算第六轴的信号与五轴的数据之间的延迟的偏移量；
基于计算得出的所述延迟的偏移量匹配所述五轴控制器系统采集的五轴的数据与所述激光高度采集系统采集的激光高度数据；
基于所述匹配结果对加工路径进行补偿修正。
根据本发明的一些实施方式，所述五轴控制器系统在控制五轴发生任意运动时向所述激光高度采集装置发送的第六轴的信号为脉冲信号。
根据本发明的一些实施方式，所述五轴控制器系统在控制五轴发生任意运动时经由脉冲编码器向所述激光高度采集装置发送所述脉冲信号。
根据本发明的一些实施方式，所述预处理激光高度数据包括对于激光高度数据进行滤波，以滤除偏离超出预设的高度偏离阈值的激光高度数据。
根据本发明的一些实施方式，基于计算得出的所述延迟的偏移量进行所述匹配时，对每一个点的五轴的数据与激光高度数据进行差分计算，以计算得出五轴的数据的一系列补偿值，该一系列补偿值用于补偿修正加工路径。
根据本发明的一些实施方式，所述计算第六轴的信号与五轴的数据之间的延迟的偏移量，包括基于所述伺服驱动设备的特性进行建模，并对其模型执行测试以模拟计算得到所述延迟的偏移量。
根据本发明的一些实施方式，所述激光测量补偿方法还包括：
基于经补偿修正形成的新加工路径生成新的可执行加工文件，将新的可执行加工文件发送至所述五轴控制器系统。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
根据本发明的用于实现五轴RTCP系统的激光测量补偿方法，能够实现激光测量系统和五轴控制器系统的精准同步并据此精确计算对于执行的加工路径的补偿，有助于提高自动化加工的效率，减少了相较于接触测量的人力消耗，提高了五轴机床设备的加工速度、加工效率、加工精度和可靠性。
附图说明
图1为根据本发明优选实施例的用于实现五轴RTCP系统的激光测量补偿方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都将落入本发明的保护范围之中。
在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”等，参考附图中描述的方向使用。本发明各实施例中的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。
根据本发明优选实施方式的用于实现五轴RTCP系统的激光测量补偿方法，所针对的整个系统包括激光高度采集系统、五轴控制器系统以及伺服驱动设备。
该激光测量补偿方法包括：
配置激光高度采集系统和五轴控制器系统同步运行可执行加工文件，其中五轴控制器系统采集加工路径，激光高度采集系统采集激光高度数据，加工路径包括一系列的五轴的数据；
五轴控制器系统在所控制的五轴以外虚拟出第六轴及其信号，第六轴的信号值定义为能够描述五轴的运动轨迹的增量信号，五轴控制器系统在控制五轴发生任意运动时向激光高度采集装置发送第六轴的信号；
预处理激光高度数据；
基于伺服驱动设备的特性和/或五轴控制器系统的特性，计算第六轴的信号与五轴的数据之间的延迟的偏移量；
基于计算得出的延迟的偏移量匹配五轴控制器系统采集的五轴的数据与激光高度采集系统采集的激光高度数据；
基于匹配结果对加工路径进行补偿修正。
其中，激光测量补偿方法还可进一步包括：
基于经补偿修正形成的新加工路径生成新的可执行加工文件，将新的可执行加工文件发送至五轴控制器系统。
应理解的是，在此所说的虚拟出第六轴可理解为虚拟出一系列的第六轴的数据，其可对应的描述五轴的运动轨迹，其以增量信号的形式由五轴控制器系统发送给激光高度采集装置。
还应理解的是，根据在此描述的本发明的优选实施方式的用于实现五轴RTCP系统的激光测量补偿方法，其实施流程可大致如图1所示。
其中，根据一应用实例，激光高度采集系统采集的激光高度数据。基于同一应用实例，采集到的五轴的数据附加虚拟出的第六轴的数据，在上述匹配过程中将两组数据合成，基于合成数据计算得出的经补偿修正后形成的新的加工路径所包含的新的五轴数据。
根据本发明的一些优选实施方式，五轴控制器系统在控制五轴发生任意运动时向激光高度采集装置发送的第六轴的信号为脉冲信号。
进一步优选地，五轴控制器系统在控制五轴发生任意运动时经由脉冲编码器向激光高度采集装置发送脉冲信号。
根据本发明的一些优选实施方式，预处理激光高度数据包括对于激光高度数据进行滤波，以滤除偏离超出预设的高度偏离阈值的激光高度数据，以除去噪点，减少误差。
根据本发明的一些优选实施方式，基于计算得出的延迟的偏移量进行匹配时，对每一个点的五轴的数据与激光高度数据进行差分计算，以计算得出五轴的数据的一系列补偿值，该一系列补偿值用于补偿修正加工路径。这里所说的每一个点的五轴的数据与激光高度数据可以是指贯穿整个加工路径的数据，换言之，这些数据整体上可被用于描述整个加工路径。第六轴的信号则起到了五轴控制器系统和激光高度采集系统的桥梁作用，其可用于利用计算得出的延迟的偏移量而实施的数据匹配。
在此所称的偏移量，可以为诸如间隔的数据点的数量或者为诸如两个系统间的时间延迟的偏移量。
根据本发明的一些优选实施方式，计算第六轴的信号与五轴的数据之间的延迟的偏移量，包括基于伺服驱动设备的特性进行建模，并对其模型执行测试以模拟计算得到延迟的偏移量。
根据本发明的上述优选实施方式的用于实现五轴RTCP系统的激光测量补偿方法，能够实现激光测量系统和五轴控制器系统的精准同步并据此精确计算对于执行的加工路径的补偿，有助于提高自动化加工的效率，并且还有助于提高五轴机床设备的加工速度、加工效率、加工精度和可靠性。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，而且这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于实现五轴RTCP系统的激光测量补偿方法，其特征在于，所述五轴RTCP系统包括激光高度采集系统、五轴控制器系统以及伺服驱动设备，所述激光测量补偿方法包括：
配置所述激光高度采集系统和所述五轴控制器系统同步运行可执行加工文件，其中所述五轴控制器系统采集加工路径，所述激光高度采集系统采集激光高度数据，其中所述加工路径包括一系列的五轴的数据；
所述五轴控制器系统在所控制的五轴以外虚拟出第六轴及其信号，所述第六轴的信号值定义为能够描述五轴的运动轨迹的增量信号，所述五轴控制器系统在控制五轴发生任意运动时向所述激光高度采集装置发送第六轴的信号；
预处理激光高度数据；
基于所述伺服驱动设备的特性和/或所述五轴控制器系统的特性，计算第六轴的信号与五轴的数据之间的延迟的偏移量，其中，所述延迟的偏移量的计算包括基于所述伺服驱动设备的特性进行建模并对其模型执行测试以模拟计算得到所述延迟的偏移量，并且其中，所述延迟的偏移量记为间隔的数据点的数量或者系统间的时间延迟的偏移量；
基于计算得出的所述延迟的偏移量匹配所述五轴控制器系统采集的五轴的数据与所述激光高度采集系统采集的激光高度数据，其中进行所述匹配时，对每一个点的五轴的数据与激光高度数据进行差分计算，以计算得出五轴的数据的一系列补偿值，该一系列补偿值用于补偿修正加工路径；
基于所述匹配结果对加工路径进行补偿修正。
2.如权利要求1所述的激光测量补偿方法，其特征在于，所述五轴控制器系统在控制五轴发生任意运动时向所述激光高度采集装置发送的第六轴的信号为脉冲信号。
3.如权利要求2所述的激光测量补偿方法，其特征在于，所述五轴控制器系统在控制五轴发生任意运动时经由脉冲编码器向所述激光高度采集装置发送所述脉冲信号。
4.如权利要求1所述的激光测量补偿方法，其特征在于，所述预处理激光高度数据包括对于激光高度数据进行滤波，以滤除偏离超出预设的高度偏离阈值的激光高度数据。
5.如权利要求1所述的激光测量补偿方法，其特征在于，所述激光测量补偿方法还包括：
基于经补偿修正形成的新加工路径生成新的可执行加工文件，将新的可执行加工文件发送至所述五轴控制器系统。
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