本发明属于机床检测领域，具体涉及一种机内测量轴运行间隙误差及螺距误差的方法，用于数控机床各进给轴的误差数据自适应补偿。
背景技术：
数控机床传动系统基本都是伺服电机驱动机械传动链使部件移动，大部分数控机床都有两套测量单元，第一套称为半闭环，安装在伺服电机上，第二套称为全闭环，安装在移动部件上，直接测量移动部件的位置。由于机械传动链有间隙与螺距误差存在，在机床制造过程中会对各轴进行机外测量并将测量的间隙误差、螺距误差数据存在机床控制系统中。在机床使用一段时间后机械磨损带来了位置精度丧失，造成机床精度下降。现有技术中只能对机床再次使用机外测量系统对其进行检测并将新测量的间隙与螺距误差数据重新存在机床控制系统，这样就需要停机检测，耗费大量时间进行重新测量。在重新测量补偿工作前，存在加工零件品质下降的风险。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，尤其是对数控机床位置精度的保持的不足，提出一种适用于机床的机内测量轴运行间隙误差及螺距误差的方法，机床不需外部检测系统仅使用自身的检测系统在线自动检测各进给轴的间隙及螺距误差，对各进给轴的误差数据进行自适应补偿。
为实现上述技术目的，本发明提供的方案如下。
一种机内测量轴运行间隙误差及螺距误差的方法，该方法使用的测量系统包括数控系统、伺服电机、两套测量装置，其中一套是半闭环测量装置，安装在伺服电机上，另一套是全闭环测量装置，安装在移动部件上，两套测量装置与数控系统相连；该方法包括以下步骤：
(1)将机床轴的位置行程分为n个区域；
(2)将每个区域划分i个点，i取值范围为0到m；
(3)读取位置区域j上两套测量装置的一系列值，j取值范围为1到n：
(3-1)将第一测量装置第i点的位置值p1ji(p)存储到缓存m10；
(3-2)将第二测量装置第i点的位置值p2ji(p)存储到缓存m20；
(3-3)将第一测量装置第i 1点的位置值p1ji 1(p)存储到缓存m11；
(3-4)将第二测量装置第i 1点的位置值p2ji 1(p)存储到缓存m21；
(4)计算位置区域j上两套测量装置运行行程的值：
(4-1)将第一测量装置第i 1点到第i点的行程值ps1ji(p)存储到缓存ms10，
ps1ji(p)＝p1ji 1(p)-p1ji(p)→ms10；
(4-2)将第二测量装置第i 1点到第i点的行程值ps2ji(p)存储到缓存ms20，
ps2ji(p)＝p2ji 1(p)-p2ji(p)→ms20；
(5)计算位置区域j上两套测量装置运行行程的差值：
eji(p)＝ps1ji(p)-ps2ji(p)；
(6)计算位置区域j上两套测量装置运动行程差值的最大值、最小值、平均值：
ejimax(p)＝max(ej1(p)，ej2(p)……，eji(p))；
ejimin(p)＝min(ej1(p)，ej2(p)……，eji(p))；
ejiaverage(p)＝average(ej1(p)，ej2(p)……，eji(p))；
(7)选取间隙误差：
若机床已测量过间隙误差与螺距误差，并存储在数控系统中，则选取数控系统里的间隙误差为最终间隙误差geji(p)；
若机床数控系统里没有间隙误差，则选取ejimin(p)为最终间隙误差geji(p)；
(8)计算螺距误差，并按位置值存储：
peji(p)＝eji(p)-geji(p)。
在上述技术方案中，两套测量装置中的测量元件为光栅、磁栅、或感应同步器，运动方式为直线或回转。
在上述技术方案中，伺服电机的运动方式为直线或回转。
本发明机内测量轴运行间隙误差及螺距误差的方法，采用数控系统实时读取第一测量装置与第二测量装置的值，经过数学模型算法，将本发明所述的方法嵌入控制系统内，组成一个机内获取间隙误差及螺距误差的测量系统，包括数控系统、伺服电机、第一测量装置、第二测量装置、嵌入式模型算法。当数控机床在正常工作时，定时读取机床进给轴的第一测量装置、第二测量装置的值，导入嵌入式模型算法，经过一系列读值计算后控制系统给出机床进给轴的间隙误差与螺距误差。
本发明结构原理简单、成本低，利用机床自有的测量系统完成机床进给轴间隙误差、螺距误差的计算，大大提高机床使用的可靠性、安全性、精度维持等。通过本发明方法获得间隙误差、螺距误差数据在线动态地实时更新，可提高加工零件的质量品质。
附图说明
图1为本发明方法使用的测量系统的原理示意图。
图2为本发明方法间隙误差、螺距误差测量计算工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例提供一种机内测量轴运行间隙误差及螺距误差系统，包括：数控系统1、第一测量装置2、伺服电机3、机械传动驱动装置4、移动部件5、支撑部件6、第二测量装置7，嵌入式模型算法单元8。
其中：数控系统1可以是数值控制器或带cpu的计算设备；第一测量装置、第二测量装置的测量元件可以是任何可以测量位移的测量元件；部件的移动可以是直线或回转。
本发明机内测量机床轴运行间隙误差及螺距误差的方法适用于机床所有的数控轴。数控系统1用于第一测量装置2、第二测量装置7对移动部件5位移的读取，模型算法单元完成移动部件5间隙、螺距误差的计算及存储。
如图2所示，本发明实施例提供一种机内测量轴运行间隙误差及螺距误差的方法，包括以下步骤：
1.将机床轴的行程分为n个区域；
2.将每个区域划分i个点，i取值范围为0到m；
3.随机任意读取第一测量装置、第二测量装置的测量机床轴同一位置的位置值，并记录p1ji(p)、p2ji(p)；
p1ji(p)为位置区域j上第i点读取第一测量装置的位置值，p1ji 1(p)为位置区域j上第i 1点读取第一测量装置的位置值，即第i点的后一点读取的位置值，ps1ji(p)为位置区域j上i到i 1两点的距离；p2ji(p)为位置区域j上第i点读取第二测量装置的位置值，p2ji 1(p)为位置区域j上第i 1点读取第二测量装置的位置值，即第i点的后一点读取的位置值，ps2ji(p)为位置区域j上i到i 1两点的距离；j取值范围为1到n；
4.求出各自位置区域的螺距，求出整个区域行程上误差的最大值ejimax(p)、最小值ejimin(p)、平均值ejiaverage(p)，定义位置区域间隙误差gej(p)，求出螺距误差peji(p)。
表1描述了不同行程区域机床传动轴的间隙与位置误差。该数据存储在数控装置存储器里。
表1
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有多种变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本发明的保护范畴。
1.一种机内测量轴运行间隙误差及螺距误差的方法，其特征在于：该方法使用的测量系统包括数控系统、伺服电机、两套测量装置，其中一套是半闭环测量装置，安装在伺服电机上，另一套是全闭环测量装置，安装在移动部件上，两套测量装置与数控系统相连；该方法包括以下步骤：
(1)将机床轴的行程分为n个区域；
(2)将每个区域划分i个点，i取值范围为0到m；
(3)读取位置区域j上两套测量装置的一系列值，j取值范围为1到n：
(3-1)将第一测量装置第i点的位置值p1ji(p)存储到缓存m10；
(3-2)将第二测量装置第i点的位置值p2ji(p)存储到缓存m20；
(3-3)将第一测量装置第i 1点的位置值p1ji 1(p)存储到缓存m11；
(3-4)将第二测量装置第i 1点的位置值p2ji 1(p)存储到缓存m21；
(4)计算位置区域j上两套测量装置运行行程的值：
(4-1)将第一测量装置第i 1点到第i点的行程值ps1ji(p)存储到缓存ms10，
ps1ji(p)＝p1ji 1(p)-p1ji(p)→ms10；
(4-2)将第二测量装置第i 1点到第i点的行程值ps2ji(p)存储到缓存ms20，
ps2ji(p)＝p2ji 1(p)-p2ji(p)→ms20；
(5)计算位置区域j上两套测量装置运行行程的差值：
eji(p)＝ps1ji(p)-ps2ji(p)；
(6)计算位置区域j上两套测量装置运动行程差值的最大值、最小值、平均值：
ejimax(p)＝max(ej1(p)，ej2(p)……，eji(p))；
ejimin(p)＝min(ej1(p)，ej2(p)……，eji(p))；
ejiaverage(p)＝average(ej1(p)，ej2(p)……，eji(p))；
(7)选取间隙误差：
若机床已测量过间隙误差与螺距误差，并存储在数控系统中，则选取数控系统里的间隙误差为最终间隙误差geji(p)；
若机床数控系统里没有间隙误差，则选取ejimin(p)为最终间隙误差geji(p)；
(8)计算螺距误差，并按位置值存储：
peji(p)＝eji(p)-geji(p)。
2.根据权利要求1所述的机内测量轴运行间隙误差及螺距误差的方法，其特征在于：两套测量装置中的测量元件为光栅、磁栅、或感应同步器，运动方式为直线或回转。
3.根据权利要求1所述的机内测量轴运行间隙误差及螺距误差的方法，其特征在于：伺服电机的运动方式为直线或回转。
技术总结