專利名稱：一種數(shù)控機(jī)床熱誤差建模與補(bǔ)償?shù)姆椒?br> 一種數(shù)控機(jī)床熱誤差建模與補(bǔ)償?shù)姆椒夹g(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于精密機(jī)床加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種數(shù)控機(jī)床熱誤差建模與補(bǔ)償?shù)姆椒ā?br> 背景技術(shù)：
在機(jī)床加工零件的過(guò)程中，由于車(chē)間環(huán)境溫度和機(jī)床內(nèi)部溫度升高會(huì)引起機(jī)床熱變形，導(dǎo)致刀具與機(jī)床工作臺(tái)原來(lái)相對(duì)位置發(fā)生變動(dòng)，從而引起工件的加工誤差。而精密機(jī)床由于幾何誤差小，熱誤差就成為影響加工精度最大的因素。研究表明，熱誤差最大可以占到加工誤差的70%，因此對(duì)精密機(jī)床熱誤差進(jìn)行建模補(bǔ)償是提高加工精度的關(guān)鍵因素。
目前，對(duì)機(jī)床熱誤差建模的研究已經(jīng)有很多成果，建模方法主要有線性回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色系統(tǒng)等。線性回歸算法建模簡(jiǎn)單，但模型魯棒性差；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和灰色系統(tǒng)需要大量訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)，模型適應(yīng)性不好。由于以上建模方法中的測(cè)溫點(diǎn)不能直接布置在熱源位置處，從而需要從大量測(cè)溫點(diǎn)中尋找最佳測(cè)溫點(diǎn)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同時(shí)還可能發(fā)生由于傳感器布置不當(dāng)遺漏最佳測(cè)溫點(diǎn)的現(xiàn)象，且當(dāng)測(cè)量位置發(fā)生變化時(shí)模型輸出就會(huì)有很大變化，模型可移植性差、穩(wěn)定性低。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目地是提供一種數(shù)控機(jī)床熱誤差建模與補(bǔ)償?shù)姆椒?，解決了現(xiàn)有技術(shù)需要從大量測(cè)溫點(diǎn)中尋找最佳測(cè)溫點(diǎn)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；同時(shí)還可能發(fā)生由于溫度傳感器布置不當(dāng)遺漏最佳測(cè)溫點(diǎn)的情況；且當(dāng)測(cè)量位置發(fā)生變化時(shí)模型輸出就會(huì)有很大變化，模型可移植性差、穩(wěn)定性低的問(wèn)題。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種數(shù)控機(jī)床熱誤差建模與補(bǔ)償?shù)姆椒?，按照以下步驟實(shí)施
步驟1、布置溫度傳感器
采用紅外成像儀尋找機(jī)床發(fā)熱點(diǎn)，利用紅外成像儀顯示的機(jī)床每部分發(fā)熱紅外圖像，找到每個(gè)發(fā)熱區(qū)域溫度最高區(qū)域，并在每個(gè)發(fā)熱區(qū)域的溫度最高位置布置溫度傳感器；
步驟2、得到系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)模型
先通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量熱源處溫度作為輸入信號(hào)，機(jī)床的熱變形量作為輸出信號(hào)，然后采用反卷積的方法得到系統(tǒng)脈沖響應(yīng)模型，
將目標(biāo) 機(jī)床視為一個(gè)多輸入多輸出系統(tǒng),每個(gè)溫度傳感器作為系統(tǒng)一個(gè)輸入，熱誤差在空間各個(gè)方向上的變化為系統(tǒng)輸出，根據(jù)選定好的溫度傳感器，測(cè)得溫度變化序列 Xj = (Xjtl, Xj1, Xj2,. . . xJn), j = 1，2. . . r,其中的r為系統(tǒng)輸入端個(gè)數(shù),η為輸入的采樣個(gè)數(shù)； 機(jī)床熱誤差序列 Yi = (y10r yn，yi2，· · ·，yin，yi(n-1)，· · ·，Yiμ)，i = 1，2, · · ·, p,其中的 p 為系統(tǒng)輸出個(gè)數(shù)，m為輸出比輸入多的采樣個(gè)數(shù)，n >m，具體取值根據(jù)建模精度決定；
對(duì)應(yīng)第i個(gè)輸出的機(jī)床系統(tǒng)脈沖響應(yīng)模型矩陣為
權(quán)利要求
1.一種數(shù)控機(jī)床熱誤差建模與補(bǔ)償?shù)姆椒?，其特征在于，按照以下步驟實(shí)施 步驟1、布置溫度傳感器 采用紅外成像儀尋找機(jī)床發(fā)熱點(diǎn)，利用紅外成像儀顯示的機(jī)床每部分發(fā)熱紅外圖像，找到每個(gè)發(fā)熱區(qū)域溫度最高區(qū)域，并在每個(gè)發(fā)熱區(qū)域的溫度最高位置布置溫度傳感器；步驟2、得到系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)模型 先通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量熱源處溫度作為輸入信號(hào)，機(jī)床的熱變形量作為輸出信號(hào)，然后采用反卷積的方法得到系統(tǒng)脈沖響應(yīng)模型， 將目標(biāo)機(jī)床視為一個(gè)多輸入多輸出系統(tǒng)，每個(gè)溫度傳感器作為系統(tǒng)一個(gè)輸入，熱誤差在空間各個(gè)方向上的變化為系統(tǒng)輸出，根據(jù)選定好的溫度傳感器，測(cè)得溫度變化序列Xj =(Xjo, Xj1, Xj2, · · · xJn)，j = 1，2. . . r，其中的r為系統(tǒng)輸入端個(gè)數(shù)，η為輸入的采樣個(gè)數(shù)；機(jī)床熱誤差序列 Yi = (y10r yn，yi2，…，yin，yn)，· · ·，Υιμ)，i = 1，2, · · · p,其中的 p 為系統(tǒng)輸出個(gè)數(shù)，m為輸出比輸入多的采樣個(gè)數(shù)，η > m，具體取值根據(jù)建模精度決定； 對(duì)應(yīng)第i個(gè)輸出的機(jī)床系統(tǒng)脈沖響應(yīng)模型矩陣為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控機(jī)床熱誤差建模與補(bǔ)償?shù)姆椒?，其特征在于所述的步驟2中，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控機(jī)床熱誤差建模與補(bǔ)償?shù)姆椒?，其特征在于所述的步驟2中，對(duì)于數(shù)控銑床i = 3，對(duì)于車(chē)床i = 2，對(duì)于單軸補(bǔ)償i = I。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種數(shù)控機(jī)床熱誤差建模與補(bǔ)償?shù)姆椒?，步驟包括步驟1、采用紅外成像儀尋找機(jī)床發(fā)熱點(diǎn)，利用紅外成像儀顯示的機(jī)床每部分發(fā)熱紅外圖像，找到每個(gè)發(fā)熱區(qū)域溫度最高區(qū)域，并在每個(gè)發(fā)熱區(qū)域的溫度最高位置布置溫度傳感器；步驟2、先通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量熱源處溫度作為輸入信號(hào)和機(jī)床的熱變形量作為輸出信號(hào)，然后采用反卷積的方法得到系統(tǒng)脈沖響應(yīng)模型；步驟3、補(bǔ)償時(shí)依次輸入溫度變化序列和對(duì)應(yīng)的機(jī)床脈沖響應(yīng)模型進(jìn)行卷積，即得到機(jī)床的熱誤差預(yù)測(cè)值。本發(fā)明的方法，尋求最佳測(cè)溫點(diǎn)簡(jiǎn)單快捷；采用反卷積方法，建模精度高；采用脈沖響應(yīng)模型，可移植性好；反應(yīng)速度快，完全能夠滿足機(jī)床補(bǔ)償?shù)膶?shí)時(shí)性要求。
文檔編號(hào)G05B19/404GK103034169SQ201210574388
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者高峰, 張成新, 李艷, 武鵬飛, 趙柏涵 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)