[发明专利]一种对几何误差进行实时补偿的数字控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及计算机数字控制领域，具体是涉及一种对几何误差进行实时补偿的数字控制方法及系统。

背景技术

在机械制造业，特别是在机床制造业，如何尽量减小在制造过程中所产生的线位移误差、角位移误差、反向间隙以及不平行度、不垂直度等几何误差，始终是极富创造性的技术挑战。数控系统产生以后，采用数字控制技术在控制机械运动时实时进行误差补偿成为数控系统中的核心技术之

现有数控系统采用实时操作系统和插补迭代控制方法对坐标轴的轮廓运动进行实时控制。插补精度与插补速度是其首要控制目的。为此，在现有数控系统中，位置误差、反向间隙等与单轴有关的几何误差补偿由进给伺服系统中的嵌入式系统处理，一般采用32位甚至64位高速DSP器件。这种技术方法对进给伺服系统中的芯片提出了很高的要求；更重要的是，一旦这些误差发生了变化，这种技术方法需要对进给伺服系统中的嵌入式系统进行重新调整，不具备开放性。

不平行度和不垂直度等几何误差属于多轴之间的轴间误差。一般来说，在一定的时间内，不平行度、不垂直度、线位移误差、角位移误差、反向间隙等几何误差是一种静态误差。现有数控系统无法对轴间的不平行度、不垂直度等几何误差进行补偿。轴间的不平行度、不垂直度等几何误差是现有数控系统的死角。

本申请人的在先专利申请《计算机数字控制系统数据流关联控制方法与体系结构》(中国专利申请号：200710124304.9，申请日：2007年10月29日)提出一种数据流关联控制方法即DRC控制方法(Data-stream Related Control)。DRC控制方法取消了插补迭代控制技术的实时控制功能，取代了现有数控系统中基于实时操作系统以插补迭代控制算法为核心的控制技术与体系结构。DRC控制方法将开关视为虚拟坐标轴，将工艺参数视为虚拟坐标轴的坐标值，从而将现有数控系统的多轴联动发展为多轴多参数联动。根据用户程序，PC系统离线进行数值计算，包括刀具补偿计算、运动轨迹的数值计算，生成数据流和控制流；对于联动的坐标轴和联动的工艺参数，进一步将数据流生成为“数据流形”，即本申请所称的关联数据流，并进行局部优化，生成数据流分布矩阵。该控制方法的基本观念是，所谓数字控制就是用“0”与“1”的数字信息控制产品的制造过程，也就是将控制量离散为“0”与“1”的数据流。所谓数字控制系统就是对输入数据流进行数字处理以产生所预期的结果。因而，从数据流的观点来看，任何数字设备都是数据流的合成装置。对于多维数据流，在每个时序点上，如果数据流之间的“0”“1”信息是相互依存的，这种耦合关系称之为时序关联性，其“0”“1”分布则称之为该多维数据流在该时序点的状态。相互之间具有时序关联性的多维数据流称之为关联数据流。

DRC控制方法将复杂的多轴联动的插补迭代实时控制问题以及工艺参数的实时控制问题统统转化为PC系统中离线进行的一个信息处理问题，即多维关联数据流的生成问题。但上述技术方案中未对几何误差提出具体可靠的解决方法。

发明内容

本发明的目的是针对工作机，例如机床本体的几何误差提出一种对几何误差进行实时补偿的数字控制方法，采用DRC控制方法解决几何误差的补偿问题，以提高控制系统的精确度和稳定性。

本发明还提出了采用上述方法的一种对几何误差进行实时补偿的数字控制系统。

本发明的技术方案是，一种对几何误差进行实时补偿的数字控制方法，包括以下步骤：1)根据检测获得的机床本体的几何误差，控制信息制造系统建立结构常数数据库，所述结构常数数据库包括用于存储轴间几何误差的坐标系参数子库和用于存储单轴几何误差的精细结构常数子库；2)控制信息制造系统根据坐标系参数生成多维关联数据流；3)控制信息制造系统根据轴的精细结构常数子库中的单轴几何误差对多维关联数据流进行修正，生成精细结构多维关联数据流，并进行格式化；4)控制信息制造系统将精细结构多维关联数据流发送给数据流控制器，用以控制工作机的执行机构动作。

进一步的，还包括以下步骤：5)控制信息制造系统接受用户指令对结构常数数据库进行更新。

所述步骤2)包括以下步骤：2a)控制信息制造系统从结构常数数据库读取坐标系参数，建立非正交离散坐标系；2b)控制信息制造系统在所述非正交离散坐标系中生成多维关联数据流。

所述轴间几何误差包括轴间不平行度、不垂直度。

所述单轴几何误差包括每个轴的线位移误差、角位移误差、反向间隙。