[发明专利]基于位置反馈信号的数控机床误差补偿系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种的数控机床误差补偿系统，具体是一种基于位置反馈信号的数控机床误差的补偿系统。

背景技术

由于各种误差的存在，数控机床在加工零件时总会存在误差，这种误差使加工件的精度降低，因此这种误差应尽力避免或减小。为了降低各种机床误差的影响，可以采用“误差补偿法”，即在不提高机床本体零部件制造和装配精度的前提下，对数控加工中所存在误差或对加工工件造成的误差进行测量或预测，根据机床的结构和运动规律，通过软件或硬件使数控机床制造出一种误差来消除由于外部误差造成的影响。该方法成本低、效果明显。

目前，多数控系统特别是经济型的数控系统并不提供误差补偿功能，虽然已有高档的数控系统提供了通用的误差补偿功能，但补偿项目较少，功能单一，不能满足要求。在很多情况下，机床生产者或用户需要根据加工工件的特点开发专用的补偿模块，但一般数控系统并不支持开发功能，即使有数控系统支持二次开发功能，开发的模块只能应用于该种系统，通用性差，适用面窄。

因此，开发一种通用性强，适应面广且实施方便的误差补偿系统，是当前机床加工业提出的必然要求。

发明内容

本发明提出一种基于位置反馈信号的数控机床误差补偿系统，适合于采用正余弦信号或正交TTL电平的编码器或光栅尺为位置反馈元件的数控机床,该补偿器只需要接入到数控机床位置反馈电路,所有补偿功能均在补偿系统软件中设置完成，与机床所采用的数控系统无关，该补偿器具有通用性强，适应面广，与数控系统集成容易的特点。

为实现上述目的,本发明的技术方案是：一种基于位置反馈信号的数控机床误差补偿系统，包括基于ARM的上位机模块、基于DSP的下位机模块、AD模块、DA模块，上位机HMI管理模块、下位机实时补偿模块，上位机HMI管理模块运行于基于ARM的上位机模块，下位机实时补偿模块运行于基于DSP的下位机模块，其中信号的输入和输出分别利用多路的AD模块和DA模块，其特征在于：上位机HMI管理模块和下位机实时补偿模块还包括补偿参数设置模块、误差补偿模块、位置检测模块、补偿信号发生模块，其中：

补偿参数设置模块：通过人机用户界面的显示和交互，实现补偿器的参数设置，并与基于DSP的下位机模块实现通讯连接，将补偿参数下载到基于DSP的下位机模块中；

位置检测模块：接收数控机床位置传感器的信号，实现机床位置的实时检测；

误差补偿模块：根据基于ARM的上位机模块传下的补偿参数和机床位置信息，实时计算出机床各运动轴需要补偿的数值，通过补偿信号发生模块将补偿后的传感器信号发送到机床数控系统位置控制器，从而实现数控机床误差补偿。

误差补偿模块由单轴补偿模块、轴间补偿模块、用户模型补偿模块组成。

位置检测模块分别具有正余弦波信号、TTL数字电平正交电平信号接收通道，实现正余弦信号的精确计数、鉴相和细分，并通过正余弦波信号或TTL数字电平正交电平信号通道实现机床位置的精确检测，并为误差补偿模块提供误差补偿的位置参考。

补偿信号发生模块接收单轴补偿模块、轴间补偿模块、用户模型补偿模块的数学模型运算结果的命令数据，将这些数据转化成补偿信号添加到位置反馈信号，并将该位置反馈信号输入到数控机床位置控制器。

本发明的有益效果是：

该误差补偿系统通过补偿参数设置模块实现人机用户界面的显示和交互，实现补偿器的参数设置，并与下位机实现通讯，将补偿参数下载到下位机中。位置检测模块接入数控机床位置传感器的信号，实现机床位置的实时检测。单轴补偿模块、轴间补偿模块和用户模型补偿模块根据上位机传下的补偿参数和机床位置信息实时计算出各运动轴需要补偿的数值，最后通过补偿发生模块将补偿后的传感器信号发送到机床数控系统位置控制器。从而实现数控机床误差补偿的功能。

该补偿系统适合于采用正余弦信号或正交TTL电平的编码器或光栅尺为位置反馈元件的数控机床,该补偿器只需要接入到数控机床位置反馈电路,所有补偿功能均在补偿系统软件中设置完成，与机床所采用的数控系统无关，该补偿器具有通用性强，适应面广，与数控系统集成容易的特点。

附图说明

图1是本发明的补偿系统硬件模块原理图；

图2是本发明的补偿系统软件模块原理图；

图3是本发明的补偿系统的输入、输出信号图；

其中：（a）是位置传感器信号，（b）是补偿器输出无补偿信号，（c）是补偿器输出有补偿信号1，（d）补偿器输出有补偿信号2