基于AMT的检测监控系统及其误差分析

第ｌ８卷第ｌ期　２１Ｘ１２年３月　齐齐哈尔大学学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑｉｑｉｈａｒ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｖｏ１．１８．Ｎｏ　１　

Ｍａｒｃｈ．２００２　

基于ＡＭＴ　的检测监控系统及其误差分析　

王世刚　吕永杰　史宝玉　（１．齐齐皓尔大学机械系．齐齐哈尔１６１００６．２北锕集团公司．齐齐暗尔１６１０４２；３齐翔建工集团．齐齐暗尔１６１００５）　

摘要以ＨＵＲＣＯ　ＢＭＣ　２０Ｌ加］：中心为研究对象，建立ｒ检测监控系统　同时，基于对检攮Ｉ通道的理论分析，对　机床进给伺服系统建立了数学模型，分析ｒ进给速度对检测精度的影响，为数控机床的进一步改造及为夸后质量控　制的研究提供了必要的技术支持。　关键词：检摁Ｉ；监控；误差分析　中圈分类号：ＴＨｌ６ｌ　５　文献标识码：Ａ　文章编号；１００７—９８４Ｘ（２０（１２｝０１—００７１—０４　

先进制造技术（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ＡＩＶＩＴ）的柔性制造系统（ＦＭＳ）中，尺寸测量及控　制是检测监控中～项重要内容，也是生产过程中质量保证和质量控制的基本手段。ＦＭＳ中的主要加工设备　有镗铣加工中心，车削加工中心等　三坐标测量机作为系统中的主要检测设备可以实现产品的下线终检，尽　管测量机功能强、精度高，但各种测量都在上面进行是不经济的，它会增加生产的辅助时间，降低生产效率，　特别是产品下线终检不舍格会造成产品的报废。因此希望每个加工单元（设备）都配备相应白ｇ检测监控系　统．并能够实现工序阃和循环内在线尺寸检验。检测监控系统主要以加工过程中的各种参数为对象，实时检　测，实时处理，监控生产过程和记录分析各环节的工作情况，做出相应质量控制反应，以保证产品质量及　ＦＭＳ处于最佳运行状态“】。由于目前国内的ＮＣ机床或加工中心，一般没有配置　上功能，如国内用的较多　的ＦＡＮＵＣ系列数控机床，本身也不能实现在线的检铡监控。因此，开展数控机床检测监控系统的研究．进　行机床的技术改造，提高机床加工性能，是一项十分有意义的工作。　目前已应用的及正在开发研究的工作主要集中在以下三个方面：切削状态的检测；工件加工尺寸的检　测；机床运行状态的检测　ｌ。本实验系统主要是对工件加工尺寸进行检测。　

１检测监控系统的组成　本实验系统是在ＨＵＲＣＯ　ＢＭＣ　２０Ｌ加工中心的工作台上安装光栅传感器，从而使之由原来半闭环控　制系统变为闭环控制系统。该系统分为前向通道接口和后向通道接口。　前向通道是被测对象与系统相互联系的信号输入通道。在该通道中主要是与传感器有关的信号调节、变　换电路．也称为传感器接口通道。触发式测头、光栅及其接口属于前向通道。　后向通道是对控制对象实现操作的输出通道，其结构与控制对象及控制任务密切相关。一般完成小信号　输出，大功率控制的功能。ｘ，Ｙ向交流伺服驱动电源及其与微机的接口属于后向通道。　检测监控系统由以下几个部分组成：　１）接触测头传感器：当它与工件接触时，发出开关信号；　２）Ｘ／Ｙ方向直线位移传感器（光栅尺）及相关二次仪表（ＧＸ—Ａ型中科院制，精度±ｌｆｍ）：用于记录　Ｘ／Ｙ方向坐标值，并以Ｂ（Ｄ码形式传输到计算机；　３）光栅传感器并行接１：Ｉ（研华，ＰＣＬ７３３，３２路ＢＣＤ码接口板）：用于将光栅的尺寸信息传辖给计算机；　４）专用通讯接口（ＳＣＩＣ）（自设计与开发）：根据控制计算机的指令，驱动测头运动，完成计算机与加工中　心的信号传递；　５）微机上相关控制软件：用来模拟加工中心控制台并控制加工中心的运行。它是基于微机的智能检测监　控系统的核心。　

收辅日期：２００１—１０～０９　怍者简介：王世刚，胃．１９７０年生．硕士．讲师．现主要从事先进制造技术的研究。　

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图４畸饨散横　２）原数控机床的半闭环系统的检测误差。引进记号岛＝岛／　表示闭环增益，则闭环时间常数为　

Ｔ　＝　尝　

由传递函数的定义可得半闭环传递函数　Ｇ（ｓ）＝　分别用下标　和　表示沿　和　坐标方向的闭环增益和时间常数。　关系方程　『　＋　）＝　ｚ）　

Ｉ　＋　）＝　（Ｉ）　检测过程中测头的运动是点到点的运动，设理想直线段为　ｆ　３１７。　）＝Ｆｔｃｏｓ０　ｌ　（ｔ）＝ＦｔｓｉｎＯ　则指令信号应为　

（２）　可得到检测的实际轨迹与指令轨迹的　

ｊ　（ｔ）　ＦｔｃｏｓＯ／ｋ￣　ｌ　“）＝ＦｔｓｉｎＯ／ｋ￣　式中：３１７。（ｚ），　（ｚ），　（￡）．３１－（ｔ）为点坐标；日为直线与ｚ轴夹角；Ｆ为进给速率。　将．ａｒｃ（ｚ），　（ｔ）代人式（３）解得　＿ｅ　［『忐‰　一．　ｄｌ＋ｃ］　

由式（６）得实际加工点的坐标，即稳态解为　ｚ　）　Ｆｃ。ｓ。（￡一Ｔ１　）　同理　

（３）　（４）　（５）　

（６）　（７）　（ｚ）＝　Ｆｓｉｎ０（卜Ｔ　）　（８）　由此可得当联动坐标参数一致，即ｋ＝ｋ＝　．ｔ＝　＝Ｔ时，比较式（４）与式（７）、式（８）得实际直线轨　迹与理想直线轨迹之间的误差为　＆Ｔ＝一ＦｃｏｓＯＴ１　ｒ９　ｅｈ＝一Ｆｓｉｎ０　３）ＮＮＮＮＮ统后的检测误差。本实验系统由于装置了光栅足作为检测元件从而构成闭环控制系统，其　

传递函数为　

）＝瓦　（１０）　

令ｂ＝　，　＝　ｌｅｆｌ土ｅ．　ｋ．ｋｏｃ￣得　

Ｌ　

维普资讯 http://www.cqvip.com ７４　齐齐哈尔大学学报　２００２丘　（５）＝　（１１）　由２）中的推理方法同理可得　＝一Ｆｃｏｓ０Ｔ？　。　—Ｒｉｎｅｎ　（１２）　

综上所述．根据式（９）及式（１２）可知直线终点的定位误差与伺服系统的时间常数及进给率的一次方成正比，这　为在检测过程中控制进给速率提供了理论依据。同时，将改进前后的系统定位误差进行比较，可得　ｎ　１　．　盘＝　ｎ＝　

所　安装光栅尺后，测头运动的定位误差比原系统有所减小，系统得到　改进。　

参考文献　１］Ｔａｋｔｕｃｈｉ　Ｋｉｙｏｍａｔｓｕ　Ｑｚａｗ￣ｔ　Ｎｅｗ　Ｍｅａａｕｒｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｔ　Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｐｉｎｄｌｅ　Ｒｏｔａｔｉｏｎ　Ｇａｋｋａｉ　Ｒｏｎｂｕｎｓｈｕ　Ｃｈｅｎ．１９９１：５７（５４２）：３３０５－－３３０８　２］潘贵善．谈谈柔性制造系统的安全维护功能组合机床与自动化加工技术　１９８７：（４）：２—１２　３］王要敏编译柔性制造系统的外围技术自动监视技术的发展概况组合机床与自动化加工技术，１９９０，（７）：１９—２５　４］Ｊ　Ｎｉ，Ｓ　Ｍ　Ｊ　Ｗ．Ｏｎ—ｌｉｎｅ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ“）ｒ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｖ—ｏｌｕｍｅｔｒｉｃ　Ｅｒｒｏｒ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ＡＳＭＥ，１９９３．　１ｌ５（１）：８５　９２　５】黄大贵．微机数控系统成都：电子科技大学出版社，１９９６；２１４－－２５４　６］王文熙机床数字控制技术北京：中国科学技术出版社，１９９２；１－－１０９　７］陈晓青，秦忆．陶者楠永磁同步电机矢量控制的交流伺服系统华中理工大学学报，１９８８；１６（６）：３７～４２　８】Ｙｏｒａｍ　Ｋｏｒｅｕ　Ｃｒ０ｓｓ—ＣＯｔＩ　Ｄｌｅｄ　Ｂｉａｘｉａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｏｒ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｓｙｓｔｅｍ．ｓ　ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄＣｏｎｔｒｏ１．１９８０；１０２（４）：２６５～２７２　

Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｅｒｒｏｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ＡＭＴ’—ｂａｓｅｄ　ＷＡＮＧ　Ｓｈｉ——ｇａｎｇＩ　ＬＵ　Ｙｏｎｇ——ｊｉｅ２　ＳＨＩ　Ｂａｏ——ｙ　３　１　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ。ｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．ＱｉｑｉｈａｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｑｉｈａｒ１６１００＠２　ＢｅｉｇａｎｇＧｒｏｕｐＣｏｍｐａｎｙ，Ｑｉｑｉｈａｒ１６１０４２；　３．ＱｉｘｉａｎｇＣｏｒｕ￣ｔｒｕｅｔｉｏｎＧｒｏｕｐＬｉｍｉｔｅｄＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．Ｑｉｑｉｈａｒ　１６１００５）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｌＳ　ｏｎ　ＨＵＲＣＯ　ＢＭＣ　２０Ｌ　ｒｏａｃｈｉｎｅ　ｃｅｎｔｅｒ．Ｔｈｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｓｅｔ　ｕｐ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｃｈａｎｎｅｌ，ａ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌ　ｆｅｅｄｉｎｇ　ｓｅｒｖ。ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ、ｓｏｍｅ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｆｅｅｄｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ　ｏｎ　ｉｎｃａ　ｓｕｒｉｎｇ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｉｓ　ａｒｒｉｖｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｃａｎ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｆｏｒ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｎ—ｌｉｎｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｔｒｏｆｉｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＮＣ　ｍｅｃｈｉｎｅ　ｍｏｌ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｅｒｒｏｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ　

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