[发明专利]一种水下放电成型工作机检测系统及定位误差预测方法

权利要求书

1.一种水下放电成型工作机检测系统，其特征在于，包括控制柜（6）、轨道架（2）、卷筒（3）、运输平台（5）、堆内构件（7）、放电成型工作机（1）、工作平台（8）和安装适配座（4）；所述工作平台（8）、堆内构件（7）、轨道架（2）、安装适配座（4）、放电成型工作机（1）和运输平台（5）设置于水面下，所述卷筒（3）和控制柜（6）设置于水面上，所述工作平台（8）设置在堆内构件（7）顶部，所述堆内构件（7）的一端设置轨道架（2），所述轨道架（2）的上方设置卷筒（3），所述卷筒（3）的一端通过现场总线连接到控制柜（6），所述轨道架（2）的一端活动设置运输平台（5），所述运输平台（5）的顶部设置安装适配座（4），所述安装适配座（4）的顶部固定设置放电成型工作机（1）；

所述控制柜（6）包括控制器、数据采集卡和工控机，所述控制器通过现场总线分别与数据采集卡连接，所述数据采集卡通过现场总线与工控机连接，所述数据采集卡用于采集球栅尺和编码器采集到的数据；所述工控机用于接收数据采集卡采集的数据且进行分析处理和预警；

水下放电成型工作机的定位误差预测方法，包括如下步骤：

步骤A1：使用球栅尺和电机编码器采集位置数据；

步骤A2：计算电极驱动轴倾斜度且计算电极驱动轴间隙；

步骤A3：根据电极驱动轴倾斜度，利用倾斜度退化拟合方法计算倾斜度退化拟合值；且根据电极驱动轴间隙，利用间隙退化拟合方法计算间隙退化拟合值；

步骤A4：将倾斜度退化拟合的值和间隙退化拟合值输入到BP神经网络映射模型进行训练得到倾斜度和间隙值与定位误差之间的映射关系；

步骤A5：将倾斜度退化拟合预测值和间隙退化拟合预测值输入BP神经网络映射模型进行定位误差预测；

所述步骤A2的计算电极驱动轴间隙包括如下步骤：

步骤B1：给电机发送控制指令让水下电火花机床分别沿着X轴和Y轴方向循环往复移动，运动的起始点P₀，在移动路径上采样点依次为P₁,P₂,…,P_i,…,P₁₀；重复执行上面的循环运动K次，采样点P_i处电机编码器测量位置坐标为，j=1,2,…,k，利用球栅尺测量采样点_i位置为_ij, j=1,2,…,k；

步骤B2：计算机械传动部分X轴定位误差，X轴定位误差公式；

X轴反向间隙公式为；

式中，_ij为球栅尺测量采样点P_i位置，为采样点P_i处电机编码器测量位置坐标，为采样点Pi处电机编码器正向移动位置坐标，为球栅尺测量采样点P_i位置的平均值，为采样点P_i处电机编码器测量位置坐标的平均值，

为采样点Pi处电机编码器反向移动位置坐标，为X轴反向间隙，为球栅尺测量采样点P_i位置正向移动的坐标，为球栅尺测量采样点位置反向移动的坐标；

步骤B3：计算机械传动部分Y轴定位误差，Y轴定位误差公式；

Y轴反向间隙公式为；

式中，为球栅尺测量采样点P_i位置，为采样点P_i处电机编码器测量位置坐标，为球栅尺测量采样点位置的平均值，为采样点P_i处电机编码器测量位置坐标的平均值，为采样点P_i处电机编码器正向移动位置坐标，为采样点P_i处电机编码器反向移动位置坐标，为Y轴反向间隙，为球栅尺测量采样点_i位置正向移动的坐标，为球栅尺测量采样点P_i位置反向移动的坐标；

所述步骤A2的计算电极驱动轴倾斜度包括以下步骤：

步骤C1：给电机发送控制指令，水下电火花机床分别沿着X、Y轴方向作直线运动，运动过程中用球栅尺测量工作机位置点设置为坐标值和；

步骤C2：水下电火花机床工作点移动位置的X轴的趋势线可表示为

D(x)=a₁x+b₁

Y轴的趋势线可表示为

D(y)=a₂x+b₂

利用最小二乘法，使拟合函数曲线与球栅尺测量值之差的平方和最小，可表示为公式：

直线误差能反映进给系统两个轴的倾斜度α，α与直线度误差之间满足关系式

式中，H表示直线度误差的测量范围；根据等价无穷小替换原则，当时,，即倾斜度等于拟合趋势线的斜率；D表示工作中趋势线；

步骤C3：倾斜度预测，建立倾斜度退化模型，倾斜度，与服役时间之间服从线性关系可以用下面线性方程表示：

式中，k₁为X轴线性关系的权值，k₂为Y轴轴线性关系的权值，b₁为X轴线性关系的偏置，b₂为Y轴线性关系的偏置；

步骤C4：间隙的拟合与预测，建立间隙退化模型，水下电火花机床进给系统的反向间隙，与服役时间t之间的非线性关系可以使用指数函数近似表示：

式中b₁为X轴线性关系的权值，b₂为Y轴线性关系的权值，a₁为X轴线性关系偏置，a₂为Y轴线性关系偏置, c₁为X轴时间常数，c₂为Y轴时间常数；

步骤C5：根据球栅尺测量值与电机编码器测量值计算得到水下电火花机床进给系统的倾斜度和反向间隙误差样本值，利用最小二乘法，对模型进行拟合，

得到倾斜度和反向间隙的退化规律。