[发明专利]基于数控机床响应数据的反向间隙辨识方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于数控机床响应数据的反向间隙辨识方法及装置，属于数控技术领域，包括：提取数控机床在执行反向指令时在目标水平进给轴产生的指令速度信号v_c(t)、电流信号I(t)、编码器位移信号p_e(t)以及编码器速度信号v_e(t)，获得指令速度信号中指令速度过零的时刻t₀，及其后与其间隔为预设时长的时刻t₃；将编码器速度信号中相对于指令速度信号的时间延迟量e_i消除，得到指令速度信号v_c(t‑e_i)，并按照e_v(t)＝v_c(t‑e_i)‑v_e(t)计算速度差值e_v(t)；计算速度差值e_v(t)在时间段t₀～t₃中的突变时刻t₁和电流信号I(t)在时间段t₀～t₃中的突变时刻t₂；计算编码器位移信号p_e(t)在时间段t₁～t₂产生的位移增量，将其绝对值辨识为反向间隙。本发明能够提高辨识精度，并对半闭环控制机床实现动态反向间隙辨识。

技术领域

本发明属于数控技术领域，更具体地，涉及一种基于数控机床响应数据的反向间隙辨识方法及装置。

背景技术

数控机床反向间隙，是由于从机床运动链的首端至执行件全程存在机械间隙，导致机床执行件在从正向运动变为反向运动时，执行件的运动量与理论值之间存在的误差，表现为进给系统在反向时有较大的非线性跟随误差、执行画圆轮廓指令时有较大的过象限突起，降低了机床的加工精度，尤其对高精度机床而言，反向间隙的存在限制了机床精度的提升。因此对准确的测量并补偿反向间隙尤为重要。

反向间隙存在于机械部件结合处，包含电机轴与齿轴由于键联引起的间隙、齿轮副间隙、齿轮与丝杠间由键联接引起的间隙、联轴器中键联接引起的间隙、丝杠螺母间隙等，因此无法直接测量，传统测测量方式是记录工作台换向运动时在同一指令位置处的位置差，多采用千分表、激光干涉仪和光栅尺测量。

千分表测量为手动测量，测量过程简单，但需要测量人员全程操作，存在较大的人工测量误差，多用于反向间隙较大的场合。

激光干涉仪虽然测量精度更高，但也存在人工测量误差、自动化程度低的缺点。与此同时，上述两种测量方式均在进给轴静止的情况下读数，测量的反向间隙是静态的，无法反映反向间隙与进给速度之间的关系，静态测量结果对数控机床具有的“不同速度下反向间隙的补偿”功能的参考意义不大。

目前还有一种常用的方法是采用光栅尺测量反向间隙，例如，在申请号为CN2013107369370、名称为“一种全闭环伺服系统的数控机床反向间隙监测方法”的专利文件中，借助全闭环机床上的光栅尺与编码器，记录反向前后的相同编码器位置的光栅尺数据的差值，作为该点的反向间隙数值。该方法避免了使用激光干涉仪存在阿贝误差的影响，能测量机床全程的反向间隙，但是目前工厂中大部分使用的机床是半闭环机床，无法实现该测量条件。

除了上述传统的测量方式，目前的研究中还有基于机床的电流信号对机械间隙进行辨识的方法。

在申请号CN2015105593135、名称为“一种数控机床滚珠丝杠磨损状态的预测方法”的专利文件中，该方法认为丝杠的磨损量就是反向间隙的大小，通过采集数控机床的三相电流i_u、i_v、i_w，计算得到均方根值对该信号敏感段小波包分量重构后求方差作为丝杠磨损状态的预测。虽然该方法足够简洁的确定滚珠丝杠的磨损情况，但不同的机床中得到的“磨损量-特征量”曲线有所不同，不能定量的计算出反向间隙的磨损量大小。