一种多轴联动轮廓误差的实时检测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110161966A(43)申请公布日2019.08.23(21)申请号201910598797.2(22)申请日2019.07.04(71)申请人合肥工业大学地址230009安徽省合肥市包河区屯溪路193号(72)发明人韩江夏链朱永刚田晓青(74)专利代理机构合肥金安专利事务所(普通合伙企业)34114代理人金惠贞(51)Int.Cl.G05B19/401(2006.01)G05B19/404(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图7页(54)发明名称一种多轴联动轮廓误差的实时检测方法(57)摘要本发明公开了一种多轴联动轮廓误差的实时检测方法。所述方法首先计算实际点到参数曲线上任一点的距离函数和该距离函数的导数函数；然后以参数曲线轨迹上当前参考点的参数值为起点，以一定的步距往两边搜索使导数函数的函数值符号变化的参数值，确定导数函数零点的范围；接着通过二分法进一步搜索导数函数的零点，即距离函数的最小值，可以得到实际点离参数曲线之间的最短距离，也即轮廓误差。本发明避免了对非线性函数直接求解的步骤，大大减小了计算负担，提高了计算效率，增加了轮廓误差估算的实时性，同时能够实现较高的轮廓误差估算精度。CN110161966ACN110161966A权利要求书1/1页1.一种多轴联动轮廓误差实时检测方法，其特征在于，操作步骤如下：(1)假设期望轨迹的参数方程为P(u)，当前位控周期的参考点为P(u0)，读取当前位控周期数控机床上各轴的实际点Pa；计算实际点Pa与期望轨迹P(u)上任一点之间的距离f(u)，计算所述距离f(u)关于参数u的导数f’(u)；(2)为了搜寻导数f’(u)的零点，首先以u＝u0为中心，往两边同时搜索f’(u)符号发生变化的参数值u，搜索步距为Δu，最终搜索到导数f’(u1)·f’(u2)<0，其中|u1-u2|＝Δu；(3)接着使用二分法在u1和u2之间继续搜索导数f’(u)的零点，直到精度满足要求或达到指定的迭代次数；计算当前时刻的轮廓误差为ε＝|P(uc)-Pa|，从而得到实际点Pa与期望轨迹P(u)之间的最短距离，即轮廓误差。2.根据权利要求1所述的一种多轴联动轮廓误差实时检测方法，其特征在于具体操作步骤如下：(1)假设期望轨迹的参数方程为P(u)，轨迹对应的参数取值范围是[us,ue]，当前位控周期的参考点为P(u0)，读取当前位控周期数控机床上各轴的实际点Pa；计算实际点Pa与期望轨迹上任一点之间的距离f(u)，所述距离f(u)＝|P(u)-Pa|；并且计算所述距离f(u)关于参数u的导数f’(u)；(2)为了搜寻导数f’(u)的零点，首先以u＝u0为中心，计算导数f’(u)在当前时刻参考点参数u0处的值f’(u0)，然后以Δu为搜索步距，朝两边搜索导数f’(u)的值f’(u0+kΔu)和f’(u0-kΔu)，并在每步搜索中判断f’(u0+kΔu)·f’(u0+(k-1)Δu)和f’(u0-kΔu)·f’(u0-(k-1)Δu)是否小于零，搜索次数为M；(a)若首次出现f’(u0+kΔu)·f’(u0+(k-1)Δu)<0，则说明导数f’(u)的零点在[u0+(k-1)Δu,u0+kΔu]之间，此时记u1＝u0+(k-1)Δu，u2＝u0+kΔu，进入步骤(3)；(b)若首次出现f’(u0-kΔu)·f’(u0-(k-1)Δu)<0，则说明导数f’(u)的零点在[u0-kΔu,u0-(k-1)Δu]之间，此时记u1＝u0-kΔu，u2＝u0-(k-1)Δu，进入步骤(3)；(c)若在M次搜索之后没有找到导数f’(u)符号变化的参数u，则取参数uc＝{u|min(f’(u0+MΔu),f’(u0-MΔu))}作为期望轨迹上离当前时刻实际点最近的点，计算当前时刻的轮廓误差为ε＝|P(uc)-Pa|，结束计算；(3)设置二分法的迭代次数为N，或者使导数f’(u)＝0的u的精度范围为δ；令umid＝(u1+u2)/2，计算f’(umid)，若f’(umid)·f’(u1)<0，则令u2＝umid；若f’(umid)·f’(u2)<0，则令u1＝umid；如果迭代次数没达到或者u的精度没达到，继续重复步骤(3)，否则取参数uc＝(u1+u2)/2作为期望轨迹上离当前时刻实际点最近的点；计算当前时刻的轮廓误差为ε＝|P(uc)-Pa|；在每个控制周期内执行上述步骤(1)-(3)，即可实现参数曲线轮廓误差实时估计。3.根据权利要求1所述的一种多轴联动轮廓误差实时检测方法，其特征在于：所述数控机床为内齿珩轮强力珩齿机床或五轴数控加工机床或三轴数控加机机床。4.根据权利要求1所述的一种多轴联动轮廓误差实时检测方法，其特征在于：步骤(2)中