[发明专利]一种数控机床用热误差补偿控制装置

说明书

本发明公开了一种数控机床用热误差补偿控制装置，包括嵌入式主控单元、热误差补偿计算单元、数据采集处理单元、温度检测单元、位置检测单元和光电隔离单元。该数控机床用热误差补偿控制装置中，温度检测单元和位置检测单元均采用无线传输方式与数据采集处理单元相连接，使得多个温度探测单元、多个位置探测单元与数据采集处理单元之间布线简单、连接方便且占用接口少；补偿热误差通过光电隔离单元后再输入数控装置以完成机床的热误差补偿，避免由于嵌入式主控单元体积较小而机床机械尺寸庞大时，使得加工过程中产生震动、噪音和电磁干扰，从而有效保证热补偿装置控制器运行的安全性与稳定性。

技术领域

本发明涉及数控机床技术领域，尤其涉及一种数控机床用热误差补偿控制装置。

背景技术

机床热误差是由于机床内外热源的作用而使机床组成部件发生热变形而导致的，越精密、高速、大型的机床，热误差占总误差的比例越大。热误差不仅使产品的尺寸精度下降，而且因尺寸调整对产品的生产率产生极大的影响。国内外研究表明，热误差是数控机床最大的误差源之一，占总误差的40％-70％。由此可见，有效控制热误差、开发有效的数控机床热误差补偿装置对提高数控机床加工精度有着重要的意义。

目前，减小数控加工装置的热误差的方式主要有两种：误差防止法和误差补偿法。误差防止法依赖改进数控加工装置结构设计等改良硬件的方法或者直接实现对温度的控制来减少热误差，这种方法在一定程度上能够降低热源温升、均衡温升和减少数控加工装置热变形，但是会增加结构设计和制造的成本。误差补偿法就是通过分析建模获得数控加工装置的误差估算，然后利用不同的方法适当的补偿，消除或者降低系统的误差，是一种既有效又经济的提高数控加工装置加工精度的手段。目前，热误差补偿的方法已成为国内外现代精密工程的重要研究领域。然而，现有误差补偿技术存在如下问题：

(1)由于热误差补偿技术的温度传感器与位置传感器采用并行的方式进行排列，因而，每个温度传感器及位置传感器均必须通过单独的连线与采集控制器连接，导致多个温度传感器、多个位置传感器与采集控制单元相连接后的布线复杂。

(2)由于热误差补偿技术的温度传感器采用热电阻或热电偶，输出为弱的电信号，导致热误差补偿装置的抗干扰能力下降，误差补偿模型的鲁棒性和通用性不够好。

(3)由于热误差补偿技术采用单一的DSP或ARM芯片完成误差补偿计算与采集控制，芯片功耗大、响应较慢，误差补偿的实时性不好。

(4)由于热误差补偿时补偿器获取编码器的反馈脉冲信号，与补偿器计算的空间误差脉冲信号相加减，然后用特殊的电子装置将该补偿信号作为相位信号插入伺服环中。当该插入比较复杂时，容易出现补偿信号与机床本身的反馈信号之间相互干涉，从而影响数控机床工作的稳定性。

发明内容

本发明提供了一种数控机床用热误差补偿控制装置，使得热误差补偿控制装置布线灵活，能有效避免加工过程中产生震动、噪音和电磁干扰，保证热补偿装置控制器运行的安全性与稳定性。

为实现上述设计，本发明采用以下技术方案：

一种数控机床用热误差补偿控制装置，包括嵌入式主控单元、热误差补偿计算单元、数据采集处理单元、温度检测单元、位置检测单元和光电隔离单元；

所述数据采集处理单元通过无线传输模块采集所述温度检测单元实时测得的数控机床温度敏感处的温度信息和所述位置检测单元实时测得的数控机床关键位置的位置信息；

所述嵌入式主控单元通过GPIO接口获取所述数据采集处理单元采集的温度信息和位置信息，并设置所述数据采集处理单元的数据采集方式；

所述热误差补偿计算单元通过HPI接口从所述嵌入式主控单元接收所述温度信息和位置信息，根据所述温度信息和位置信息以及预先建立的数学模型计算模型参数，并将所述模型参数返回到所述嵌入式主控单元；