專利名稱：一種加工中心實(shí)現(xiàn)雙主軸同步的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加工中心或機(jī)床設(shè)備，更具體的說，涉及一種同軸設(shè)置兩個(gè)分別
包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)協(xié)同工作的雙主軸結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還涉及雙主軸結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作方法。
背景技術(shù)：
如圖8所示，一種臥式車銑復(fù)合加工中心64，包括底座71和立柱63。其中，立柱 63上設(shè)置水平方向的Z軸導(dǎo)軌66， Z軸導(dǎo)軌66設(shè)置有床鞍62，床鞍62上設(shè)置有豎向X軸 導(dǎo)軌65 ;X軸導(dǎo)軌65上設(shè)置有滑枕67和滑枕座61 ;滑枕67中間開口設(shè)置垂直于X軸、Z軸 導(dǎo)軌沿Y軸導(dǎo)軌72動(dòng)作的刀具部件。此外，位于刀具組件前方的加工區(qū)在底座71上設(shè)置 有水平方向W2軸導(dǎo)軌73，W2軸導(dǎo)軌73上左右兩側(cè)分別設(shè)置驅(qū)動(dòng)被加工工件包括驅(qū)動(dòng)電機(jī) 的電主軸組件。圖中還顯示出輸出芯軸4、第一主軸箱69和第二和主軸箱74，以及卡盤組 件70。 圖中，臥式車銑復(fù)合加工中心中用以夾持工件進(jìn)行加工作業(yè)的工件主軸采用雙主 軸模式，即圖中第一主軸箱69和第二和主軸箱74中的兩個(gè)電主軸在同一軸線上協(xié)同工作。 采用雙主軸方式，可以實(shí)現(xiàn)細(xì)長(zhǎng)軸類零件的雙端夾持，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)在主軸旋轉(zhuǎn)方式下 進(jìn)行工件交換，實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行工件的六面加工。這一切都要建立在雙主軸同步的 基礎(chǔ)上，不然將無法實(shí)現(xiàn)雙端夾持工作，更不可能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)工件交換。 現(xiàn)有技術(shù)下，正余弦輸出的編碼器以其精度好，后續(xù)處理簡(jiǎn)單快捷，數(shù)值直觀易 用，在數(shù)控領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，正余弦輸出的編碼器是高分辨率高精度低成本的平衡產(chǎn)品，有 如下優(yōu)勢(shì) 1、輸出波形包含相對(duì)的相位信息，因此可以利用特定插值法實(shí)現(xiàn)分辨率大大提
高，而不需要提高物理刻線。2、正余弦輸出的編碼器輸出頻譜比較純凈，頻譜特異成分少，
因此較方波輸出和絕對(duì)值輸出編碼器更加適合遠(yuǎn)距離的傳輸，衰減小，距離遠(yuǎn)。3、在相同的
數(shù)學(xué)分辨率下，物理刻線比方波式輸出的編碼器少很多，可以提供更高的轉(zhuǎn)速。 基于以上的特點(diǎn)，正余弦編碼器在很多中檔至高檔的數(shù)控機(jī)床和測(cè)繪系統(tǒng)中被大
量使用。 問題在于，雖然通過細(xì)分技術(shù)可以大大提高正余弦輸出型編碼器的分辨率，可是 卻無法提高編碼器的精度。這種精度缺陷主要包括兩方面的因素。 一是正余弦輸出型編碼 器生產(chǎn)完成是就存在一定的精度缺陷，而這一誤差是固有的，無法通過編碼器的生產(chǎn)提高 正余弦輸出型編碼器的精度；二是編碼器安裝到電機(jī)設(shè)備也會(huì)引入安裝誤差，從而進(jìn)一步 影響編碼器實(shí)際的精度。因此，編碼器生產(chǎn)廠商會(huì)根據(jù)不同的精度將正余弦輸出型編碼器 分成不同的檔次，精度越高的產(chǎn)品價(jià)格越貴。 譬如，在圖8所示的臥式車銑復(fù)合加工中心的雙主軸上各安裝一套非接觸、磁感 應(yīng)式正余弦輸出的編碼器。在安裝這種類型的編碼器的時(shí)候，要求編碼器磁柵盤軸線盡量 與旋轉(zhuǎn)軸線重合，同軸度越高，則輸出的精度越高，信號(hào)失真的可能性越小。然而，在機(jī)械加 工和裝配中，無論怎樣都會(huì)存在實(shí)際的誤差，同軸度只有理論上無線趨近于零，因此，在整個(gè)系統(tǒng)中無形的又引入了一層人為的安裝誤差，而這層誤差比較其他系統(tǒng)誤差要大很多。 所以不論編碼器系統(tǒng)精度有多高，實(shí)際在安裝后都不可能實(shí)現(xiàn)編碼器系統(tǒng)精度的復(fù)現(xiàn)。
由于編碼器誤差的存在，對(duì)于主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)來說，上位機(jī)無法準(zhǔn)確獲得轉(zhuǎn)動(dòng)的位置 信息，在單主軸加工設(shè)備中，這種位置誤差可能被忽略。但在本發(fā)明涉及的雙主軸設(shè)備，必 須保證兩個(gè)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的同步，在不同步時(shí)，控制系統(tǒng)要做實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)保證其同步。但是，更大 的問題在于，作為位置信息檢測(cè)的編碼器存在誤差，這種情況下，數(shù)控系統(tǒng)的控制系統(tǒng)無法 精確判斷二主軸的位置，因此影響兩個(gè)主軸的協(xié)同工作，而兩個(gè)電主軸不同步，極易發(fā)生悶 車、工件扭傷的情況，甚至存在安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)具有同軸線雙主軸結(jié)構(gòu)的加工中心或機(jī)床設(shè)備，提供一種補(bǔ)償編碼器
誤差，保證雙主軸"嚴(yán)格"同步轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，以及在該結(jié)構(gòu)下保證雙主軸"精確"同步的方 法。為此，本發(fā)明首先將編碼器的正余弦輸出信號(hào)細(xì)分后，進(jìn)行誤差修正，從而提高編碼器 精度，以便為控制加工中心或機(jī)床的上位機(jī)提供精確的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息，進(jìn)而上位機(jī)根 據(jù)兩主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的位置差異做實(shí)時(shí)調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)雙主軸精確嚴(yán)格的同步工作。 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種加工中心實(shí)現(xiàn)雙主軸同步的結(jié)構(gòu)，包括同
軸線設(shè)置的兩個(gè)電主軸組件，每一所述電主軸安裝有檢測(cè)位移的正余弦編碼器。所述正余 弦編碼器通過一個(gè)細(xì)分器連接至上位機(jī)。 正余弦編碼器將電主軸的位置檢測(cè)信息送至細(xì)分器，所述細(xì)分器根據(jù)位置檢測(cè)信 息獲得電主軸的實(shí)際位置信息送至上位機(jī)；上位機(jī)用于比較兩個(gè)電主軸的實(shí)際位置信息， 當(dāng)判定兩個(gè)電主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的同步偏差超出預(yù)定值，則上位機(jī)向兩個(gè)電主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)執(zhí)行部件發(fā) 出補(bǔ)償指令，調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)角度，使得兩個(gè)電主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)。而上述的預(yù)定值根據(jù)具體情況確 定，一種足以滿足工作需要的偏差為士2秒，當(dāng)然根據(jù)細(xì)分器精度的不同，偏差值越小越 好，這樣能嚴(yán)格保證兩電主軸的同步。 其中，位置檢測(cè)信息，是指正余弦編碼器檢測(cè)的電主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的位置信息，這一檢測(cè) 結(jié)果存在人為或系統(tǒng)誤差。而實(shí)際位置信息，是指電主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的位置信息，即沒有誤差的實(shí) 際轉(zhuǎn)動(dòng)位置。 為了獲得實(shí)際位置信息，上述細(xì)分器存儲(chǔ)有相應(yīng)正余弦編碼器的位置檢測(cè)信息與
實(shí)際位置信息對(duì)應(yīng)關(guān)系的誤差表，并可根據(jù)誤差表中相鄰兩點(diǎn)位置檢測(cè)信息與實(shí)際位置信
息的關(guān)系計(jì)算獲得與相鄰兩點(diǎn)之間任何一個(gè)處位置檢測(cè)信息相應(yīng)的實(shí)際位置信息，從而送
至上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)獲得的兩個(gè)電主軸的實(shí)際位置信息，經(jīng)比較做出判斷，指示兩個(gè)電主
軸調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)角度，達(dá)到同步的目的。 具體說，細(xì)分器的組成包括 1、差補(bǔ)周期輸出模塊，用于產(chǎn)生啟動(dòng)脈沖信號(hào)和整個(gè)裝置運(yùn)行的周期時(shí)序；
2、正余弦數(shù)據(jù)采樣和計(jì)算模塊，用于接收編碼器輸出的兩路正余弦信號(hào)，并對(duì)這 兩路正余弦信號(hào)的電壓值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，已獲得這個(gè)兩路正余弦信號(hào)的電壓值所對(duì)應(yīng)的數(shù) 字量，后對(duì)采樣獲得的兩路正余弦信號(hào)的電壓值的數(shù)字量進(jìn)行除法的操作；
3、整周期計(jì)算模塊，用于對(duì)編碼器輸入的正余弦信號(hào)進(jìn)行整周期的計(jì)數(shù)；
4、查表模塊，用于將正余弦數(shù)據(jù)采樣和計(jì)算模塊處理后的數(shù)據(jù)，同查表模塊內(nèi)儲(chǔ)存的兩路正余弦波電壓值數(shù)字量的除法值所對(duì)應(yīng)細(xì)分值的數(shù)據(jù)表進(jìn)行比較，以此獲取細(xì)分 值； 5、輸出模式選擇模塊，用于根據(jù)輸入的指令進(jìn)行輸出模式的切換工作，當(dāng)選擇脈 沖輸出模式時(shí)，本模塊將求和模塊最終得到的加法的結(jié)果傳遞給脈沖輸出模塊；同樣當(dāng)選 擇絕對(duì)值輸出模式時(shí)，本模塊將求和模塊最終得到的加法的結(jié)果傳遞給絕對(duì)值輸出模塊；
6、脈沖模式輸出模塊，用于對(duì)輸出模式選擇模塊輸入的根據(jù)加法結(jié)果確定的脈沖 數(shù)以脈沖的形式輸出； 7、絕對(duì)值出處模塊，用于對(duì)輸出模式選擇模塊輸入的根據(jù)加法結(jié)果確定的脈沖數(shù) 以數(shù)據(jù)的形式直接輸出； 8、誤差表存放模塊，用于存儲(chǔ)上述方法獲得的正余弦輸出型編碼器一周任意點(diǎn)的 誤差值； 9、求和模塊，用于將查表模塊查出的當(dāng)前正余弦信號(hào)的細(xì)分值相對(duì)誤差表存放模
塊的誤差值直接或誤差值計(jì)算后進(jìn)行累加的補(bǔ)償值，與整周期計(jì)數(shù)模塊所得到的編碼器輸
入整周期正余弦信號(hào)個(gè)數(shù)乘以當(dāng)前的細(xì)分倍數(shù)后的結(jié)果進(jìn)行加法操作。 其中，正余弦數(shù)據(jù)采樣和計(jì)算模塊及周期計(jì)算模塊同編碼器相連接進(jìn)行同步采
樣，所述正余弦數(shù)據(jù)采樣和計(jì)算模塊同整周期計(jì)算模塊相連接向其發(fā)送同步信號(hào)；所述差
補(bǔ)周期輸出模塊同正余弦數(shù)據(jù)采樣和計(jì)算模塊相連接向其發(fā)送啟動(dòng)脈沖信號(hào)，所述正余弦
數(shù)據(jù)采樣和計(jì)算模塊同查表模塊相連接；所述整周期計(jì)算模塊將計(jì)錄編碼器輸入的整周期
正余弦信號(hào)的個(gè)數(shù)發(fā)送到與其連接的求和模塊中；所述求和模塊將與其連接的查表模塊查
出的當(dāng)前正余弦信號(hào)的細(xì)分值，經(jīng)與求和模塊相連接的誤差表存放模塊的誤差值進(jìn)行累加
后的補(bǔ)償值同整周期計(jì)算模塊發(fā)送過來的輸入整周期正余弦信號(hào)個(gè)數(shù)乘以當(dāng)前的細(xì)分倍
數(shù)值進(jìn)行求和后，發(fā)送到與其連接的輸出模式選擇模塊上，經(jīng)輸出模式選擇模塊的選擇后，
由脈沖模式輸出模塊以方波的形式輸出或由絕對(duì)值出處模塊以數(shù)據(jù)形式直接輸出。 優(yōu)選方式下，細(xì)分器的組成還包括單圈整周期計(jì)數(shù)模塊同求和模塊相連接，用于
對(duì)正余弦信號(hào)的整周期計(jì)數(shù)操作但當(dāng)編碼器過零點(diǎn)時(shí)將該模塊的計(jì)數(shù)值進(jìn)行清零。 本發(fā)明利用在線實(shí)際誤差補(bǔ)償?shù)姆椒▉硐惭b的人為誤差，同時(shí)還能夠進(jìn)一步
提高編碼器本身的系統(tǒng)誤差。比較現(xiàn)有技術(shù)利用上位機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆绞?，本發(fā)明方法更加
精確，對(duì)機(jī)床精度的提高更加直接有效，從而能夠嚴(yán)格準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)臥式車銑復(fù)合加工中心
雙主軸的高同步性協(xié)同工作，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。


圖1為細(xì)分裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為采用正余弦編碼器在線實(shí)際誤差補(bǔ)償方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明所述正余弦編碼器精度補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為采用正余弦編碼器在線實(shí)際誤差補(bǔ)償方法流程圖； 圖5為實(shí)施例中未經(jīng)過補(bǔ)償前的誤差測(cè)試點(diǎn)和這些測(cè)試點(diǎn)連成的曲線圖； 圖6為實(shí)施例中經(jīng)過補(bǔ)償后再次測(cè)得的誤差曲線圖； 圖7為在線補(bǔ)償工作示意圖； 圖8為本發(fā)明使用雙主軸結(jié)構(gòu)的臥式車銑復(fù)合加工中心。
具體實(shí)施例方式
—、基本原理 本發(fā)明主要通過提高編碼器信號(hào)細(xì)分后的精度，在細(xì)分的過程中將低精度編碼器 產(chǎn)生的誤差進(jìn)行修正，從而提高編碼器的精度。因此，本發(fā)明利用細(xì)分及在線誤差補(bǔ)償技 術(shù)，提高非接觸、磁感應(yīng)式正余弦輸出的編碼器的精度，實(shí)現(xiàn)臥式車銑復(fù)合加工中心的雙主 軸的高度同步運(yùn)行，提高了機(jī)床的加工精度和加工效率。 如圖8所示本發(fā)明臥式車銑復(fù)合加工中心64，其中，加工中心中用以夾持工件進(jìn) 行加工作業(yè)的工件主軸采用雙主軸模式。即圖中第一主軸箱69和第二和主軸箱74中的兩 個(gè)電主軸在同一軸線上協(xié)同工作。這一切都要建立在雙主軸同步的基礎(chǔ)上，不然將無法實(shí) 現(xiàn)雙端夾持工作，更不可能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)工件交換。 為此，本發(fā)明的改進(jìn)如圖7所示，每一電主軸82安裝有檢測(cè)位移的正余弦編碼器， 正余弦編碼器通過一個(gè)細(xì)分器連接至上位機(jī)。圖7中顯示出編碼器的讀數(shù)頭83和磁柵盤 84。 其中，正余弦編碼器將電主軸的位置檢測(cè)信息送至細(xì)分器。細(xì)分器根據(jù)位置檢測(cè)
信息獲得電主軸的實(shí)際位置信息送至上位機(jī)。上位機(jī)用于比較兩個(gè)電主軸的實(shí)際位置信
息，當(dāng)判定兩個(gè)電主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的同步偏差超出預(yù)定值，則上位機(jī)向兩個(gè)電主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)執(zhí)行部
件發(fā)出補(bǔ)償指令，調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)角度，使得兩個(gè)電主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到同步工作的目的。 為了達(dá)到上述目的，每一細(xì)分器存儲(chǔ)有相應(yīng)正余弦編碼器的位置檢測(cè)信息與實(shí)際
位置信息對(duì)應(yīng)關(guān)系的誤差表，并可根據(jù)誤差表中相鄰兩點(diǎn)位置檢測(cè)信息與實(shí)際位置信息的
關(guān)系計(jì)算獲得與相鄰兩點(diǎn)之間任何一個(gè)處位置檢測(cè)信息相應(yīng)的實(shí)際位置信息。 二、細(xì)分器 2. 1細(xì)分技術(shù) 如圖1所示上述細(xì)分技術(shù)具體內(nèi)容如下一種正余弦細(xì)分裝置，首先，差補(bǔ)周期輸 出模塊產(chǎn)生整個(gè)裝置的計(jì)算周期脈沖信號(hào)，用以控制裝置啟動(dòng)和按照規(guī)定的時(shí)鐘周期進(jìn)行 各命令的執(zhí)行；然后，正余弦數(shù)據(jù)采樣和計(jì)算模塊用于接收編碼器輸出的兩路正余弦信號(hào) (兩路正余弦信號(hào)為A， B相或C， D相信號(hào))，對(duì)這兩路正余弦信號(hào)的電壓值先進(jìn)行12位(或 14位)的A/D轉(zhuǎn)換，就能得到這個(gè)兩路正余弦信號(hào)的電壓值所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。該數(shù)字量為 12位A/D轉(zhuǎn)換器得到的，所以可達(dá)到的最大細(xì)分倍數(shù)為2的12次冪，即4096倍。同理用 14位A/D轉(zhuǎn)換器可以達(dá)到的最大細(xì)分倍數(shù)16384倍；其中的計(jì)算過程是，將采樣過程獲得 的兩路正余弦信號(hào)的電壓值的數(shù)字量進(jìn)行除法的操作，即用A相信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量 除以B相信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量(或用C相信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量除以D相信號(hào)A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量)。其中A/D的位數(shù)決定的是細(xì)分倍數(shù)的最大值，如12位的A/D最大的細(xì) 分倍數(shù)可達(dá)4096倍。也可以實(shí)現(xiàn)比它小的2048， 1024， 512， 256， 128， 64， 32倍。
整周期計(jì)算模塊，用于對(duì)編碼器輸入的正余弦信號(hào)進(jìn)行整周期的計(jì)數(shù)。正余弦信 號(hào)的整周期計(jì)算模塊，將編碼器輸出的正余弦信號(hào)進(jìn)行整周期的計(jì)數(shù)，編碼器旋轉(zhuǎn)一周，計(jì) 數(shù)值的增量等于編碼器的線數(shù)，要對(duì)輸入信號(hào)要進(jìn)行濾波，要處理整周期波形的滯后現(xiàn)象。
通過一種數(shù)字濾波的方法(就是在一個(gè)高頻的時(shí)鐘控制下對(duì)方波信號(hào)的高電平 (或低電平)進(jìn)行多次采樣，取多數(shù)的情況。(如對(duì)高電平采樣5次，由于干擾有一次為0，四次為l，就認(rèn)為結(jié)果為l))，將高頻干擾濾除掉，以防整周期計(jì)數(shù)值出現(xiàn)偏差。其中，要處 理整周期波形的滯后現(xiàn)象包括想對(duì)輸入的正余弦波進(jìn)行整周期計(jì)數(shù)，先要對(duì)正余弦波進(jìn)行 方波整形，是通過比較器實(shí)現(xiàn)的，(就是正余弦信號(hào)的電壓高于某個(gè)值時(shí)，如2.5V，就整成 高電平，低于2.5V時(shí)就整成低電平)也是很通用的方法。(這是對(duì)整周期波形的處理)。否 則無法進(jìn)行計(jì)數(shù)。整形完成后進(jìn)行計(jì)數(shù)操作，在這期間需要將滯后的部分補(bǔ)償回來。
正余弦波進(jìn)行整形包括在純硬件基礎(chǔ)上將波形變?yōu)橐滋幚淼男问?，但在這一過程 中，新的波形將相對(duì)輸入的波形產(chǎn)生滯后。為解決這種滯后進(jìn)行周期計(jì)算時(shí)需要將整周期 的滯后值進(jìn)行補(bǔ)償，通過AD輸出值的采樣和計(jì)算模塊中得到的一個(gè)同步信號(hào)，將滯后值進(jìn)
行補(bǔ)償計(jì)算，從而使整周期計(jì)數(shù)值不會(huì)因?yàn)闇螽a(chǎn)生誤差。 其中正余弦數(shù)據(jù)采樣和計(jì)算模塊處理后的數(shù)據(jù)交與查表模塊，由查表模塊根據(jù)內(nèi) 儲(chǔ)存的兩路正余弦波電壓值數(shù)字量的除法值所對(duì)應(yīng)細(xì)分值的數(shù)據(jù)表進(jìn)行比較，以此獲取細(xì) 分值。由于輸入的A，B兩相正余弦信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后得到它們的數(shù)字量。計(jì)算過程是將 這兩個(gè)數(shù)字量進(jìn)行除法操作，這個(gè)除法所的到的值和采樣A， B相信號(hào)的值共同確定了這個(gè) 除法值在一個(gè)正余弦周期內(nèi)的唯一性，所以進(jìn)行具體如下操作以實(shí)現(xiàn)兩路正余弦波電壓值 數(shù)字量的除法值所對(duì)應(yīng)細(xì)分值的數(shù)據(jù)表的形成 以32倍細(xì)分為例進(jìn)行說明，取相位差為90°兩路正余弦波e和f (A相與B相或C 相與D相信號(hào)相位相差為90° ) ， e的相位超前于f 90° (A相是超前于B相90°的，C相 是超前于D相90。的)，它們的振幅為M，當(dāng)使用12位A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，A，B相正余弦信號(hào)的 振幅為4096，因此取M為4096，同理當(dāng)使用14位A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，M的值取16384，這樣就可 以保證所取的e，f正余弦波與A，B相正余弦信號(hào)(或C，D相正余弦信號(hào))在幅度和相位上 完全一致。也就可以保證e， f正余弦波與A， B相正余弦信號(hào)(或C， D相正余弦信號(hào))在 同一個(gè)位置上所算得的除法值是相同的。將e，f的一個(gè)周期均等的分成32份，取e，f正余 弦波32份中每一份的起點(diǎn)和終點(diǎn)的幅度值進(jìn)行除法(用e除以f ，這個(gè)與A除以B對(duì)應(yīng))， 因?yàn)榈谝欢蔚慕K點(diǎn)是第二段的起點(diǎn)，所以得到了 32個(gè)除法的結(jié)果，將除法之后的數(shù)值形成 一個(gè)表，存儲(chǔ)在查表模塊中。 查找的過程是一個(gè)比較的過程，每一次采樣和計(jì)算模塊得到一個(gè)A， B相正余弦信 號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量的除法結(jié)果后，將這一個(gè)結(jié)果同表中的32個(gè)已存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行 比較大小的操作，經(jīng)比較后會(huì)發(fā)現(xiàn)這一次A， B相正余弦信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量的除 法結(jié)果會(huì)在32段中某一段的起點(diǎn)除法值和終點(diǎn)除法值之間，假設(shè)在第5段起點(diǎn)除法值和終 點(diǎn)除法值之間，那么得到的細(xì)分值就是5，后交與求和模塊進(jìn)行具體值的求得。
求和模塊進(jìn)行的操作是，先將整周期計(jì)數(shù)模塊所得到的對(duì)A， B相正余弦信號(hào)的整 周期的計(jì)數(shù)值乘以當(dāng)前的細(xì)分倍數(shù)，然后用這一乘法后的結(jié)果與查表模塊查出的當(dāng)前A， B 相正余弦信號(hào)的細(xì)分值進(jìn)行加法操作；將整周期計(jì)算值和細(xì)分值進(jìn)行求和后經(jīng)過輸出模式 選擇模塊的選擇，以脈沖的形式輸出或以絕對(duì)值的形式輸出。 輸出模式選擇模塊根據(jù)參數(shù)選擇輸入模塊輸入的指令進(jìn)行輸出模式的切換工作， 當(dāng)選擇脈沖輸出模式時(shí)，本模塊將求和模塊最終得到的加法的結(jié)果傳遞給脈沖輸出模塊； 同樣當(dāng)選擇絕對(duì)值輸出模式時(shí)，本模塊將求和模塊最終得到的加法的結(jié)果傳遞給絕對(duì)值輸 出模塊。 脈沖模式輸出模塊，用于對(duì)輸出模式選擇模塊輸入的根據(jù)加法結(jié)果確定的脈沖數(shù)以脈沖的形式輸出；實(shí)現(xiàn)過程如下例如假設(shè)差補(bǔ)周期為800ns，在這個(gè)周期的起始點(diǎn)將 輸出模式選擇模塊傳遞過來的求和和模塊最終得到的加法的結(jié)果記錄一次，然后在這個(gè)周 期的結(jié)束點(diǎn)再記錄一次輸出模式選擇模塊傳遞過來的求和和模塊最終得到的加法的結(jié)果， 用后一次記錄的數(shù)據(jù)減去前一次的得到的記錄數(shù)據(jù)所得到的數(shù)值就是要輸出的脈沖個(gè)數(shù)， 然后用800ns除以要輸出的脈沖個(gè)數(shù)就能得到要輸出的一個(gè)脈沖的時(shí)鐘周期，最后將這些 脈沖在800ns中連續(xù)的輸出。 輸出模式選擇模塊傳遞過來的求和模塊最終得到的加法的結(jié)果就是要輸出的絕 對(duì)位置數(shù)據(jù)(實(shí)際位置信息)。將這一數(shù)據(jù)通過串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞捷敵?，即將絕對(duì)值出處 模塊接收到的輸出模式選擇模塊傳遞過來的求和模塊最終得到的加法的結(jié)果轉(zhuǎn)化成二進(jìn) 制數(shù)據(jù)，然后從數(shù)據(jù)的低位到高位依次的輸出。 參數(shù)選擇輸入模塊，提供用戶選擇的參數(shù)信息讀入到系統(tǒng)中，然后根據(jù)這一信息，
來控制細(xì)分專用芯片的某些模塊根據(jù)用戶的選擇進(jìn)行相應(yīng)的工作方式的切換。 1、參數(shù)選擇輸入模塊將A， B相正余弦信號(hào)是否需要互換位置的信息傳遞給采樣
和計(jì)算模塊，這樣采樣和計(jì)算模塊就可以根據(jù)這一信息進(jìn)行A， B相正余弦信號(hào)是否互換位
置的操作，這么做的好處是當(dāng)連接信號(hào)線的人員將輸入到細(xì)分器的編碼器信號(hào)線中的A相
信號(hào)接到B相上，B相信號(hào)接到A相上時(shí)，可以不必從新接線，通過細(xì)分器專用芯片用戶參
數(shù)輸入方式快速的將A， B相正余弦信號(hào)互換位置。 2、參數(shù)選擇輸入模塊將用戶所需要的細(xì)分倍數(shù)的信息傳遞給查表模塊，查表模塊 就可以根據(jù)這一信息生成用戶要求選擇的細(xì)分倍數(shù)的的表格。 3、參數(shù)選擇輸入模塊將用戶所需要的細(xì)分倍數(shù)的信息傳遞給求和模塊，求和模塊 中整周期的計(jì)數(shù)值乘以的細(xì)分倍數(shù)就可以根據(jù)這一信得到。 4、參數(shù)選擇輸入模塊將用戶所需要的輸出模式信息傳遞給輸出模式選擇模塊，輸 出模式選擇模塊就可以根據(jù)這一信息進(jìn)行輸出模式的切換工作。 掌握了正余弦輸出型編碼器的細(xì)分技術(shù)后，在細(xì)分的過程中將低精度編碼器產(chǎn) 生的誤差進(jìn)行修正，就能在低成本的前提下獲得高精度正余弦輸出型編碼器相同的效果， 從而提高使用這種編碼器設(shè)備的精度，也能打破無法獲得高精度正余弦輸出型編碼器的尷 尬。 2. 2本發(fā)明細(xì)分器 如圖3所示，細(xì)分器包括差補(bǔ)周期輸出模塊，正余弦數(shù)據(jù)采樣和計(jì)算模塊，整周
期計(jì)算模塊，查表模塊，輸出模式選擇模塊，脈沖模式輸出模塊和絕對(duì)值出處模塊。其功能 和結(jié)構(gòu)同2. l節(jié)中所介紹的細(xì)分裝置的完全相同這里就不在進(jìn)行描述。不同的在于新增加
了誤差表存放模塊，用于存儲(chǔ)上述方法獲得的正余弦輸出型編碼器一周任意點(diǎn)的誤差值；
原來的求和模塊變?yōu)?，將查表模塊查出的當(dāng)前正余弦信號(hào)的細(xì)分值相對(duì)誤差表存放模塊的
誤差值進(jìn)行累加后的補(bǔ)償值，與整周期計(jì)數(shù)模塊所得到的編碼器輸入整周期正余弦信號(hào)個(gè)
數(shù)乘以當(dāng)前的細(xì)分倍數(shù)后的結(jié)果進(jìn)行加法操作。另外，為配合使用該裝置還設(shè)置了單圈整
周期計(jì)數(shù)模塊同求和模塊相連接，用于對(duì)正余弦信號(hào)的整周期計(jì)數(shù)操作但當(dāng)編碼器過零點(diǎn)
時(shí)將該模塊的計(jì)數(shù)值進(jìn)行清零。 下面詳細(xì)說明各個(gè)模塊的功能及結(jié)構(gòu) 1、差補(bǔ)周期輸出模塊，用于產(chǎn)生啟動(dòng)脈沖信號(hào)和整個(gè)裝置運(yùn)行的周期時(shí)序；
2、正余弦數(shù)據(jù)采樣和計(jì)算模塊，用于接收編碼器輸出的兩路正余弦信號(hào)，并對(duì)這
兩路正余弦信號(hào)的電壓值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，已獲得這個(gè)兩路正余弦信號(hào)的電壓值所對(duì)應(yīng)的數(shù)
字量，后對(duì)采樣獲得的兩路正余弦信號(hào)的電壓值的數(shù)字量進(jìn)行除法的操作； 3、整周期計(jì)算模塊，用于對(duì)編碼器輸入的正余弦信號(hào)進(jìn)行整周期的計(jì)數(shù)； 4、查表模塊，用于將正余弦數(shù)據(jù)采樣和計(jì)算模塊處理后的數(shù)據(jù)，同查表模塊內(nèi)儲(chǔ)
存的兩路正余弦波電壓值數(shù)字量的除法值所對(duì)應(yīng)細(xì)分值的數(shù)據(jù)表進(jìn)行比較，以此獲取細(xì)分
值； 5、輸出模式選擇模塊，用于根據(jù)輸入的指令進(jìn)行輸出模式的切換工作，當(dāng)選擇脈 沖輸出模式時(shí)，本模塊將求和模塊最終得到的加法的結(jié)果傳遞給脈沖輸出模塊；同樣當(dāng)選 擇絕對(duì)值輸出模式時(shí)，本模塊將求和模塊最終得到的加法的結(jié)果傳遞給絕對(duì)值輸出模塊；
6、脈沖模式輸出模塊，用于對(duì)輸出模式選擇模塊輸入的根據(jù)加法結(jié)果確定的脈沖 數(shù)以脈沖的形式輸出； 7、絕對(duì)值出處模塊，用于對(duì)輸出模式選擇模塊輸入的根據(jù)加法結(jié)果確定的脈沖數(shù) 以數(shù)據(jù)的形式直接輸出； 8、誤差表存放模塊，用于存儲(chǔ)上述方法獲得的正余弦輸出型編碼器一周任意點(diǎn)的 誤差值； 9、求和模塊，用于將查表模塊查出的當(dāng)前正余弦信號(hào)的細(xì)分值相對(duì)誤差表存放模
塊的誤差值直接或誤差值計(jì)算后進(jìn)行累加的補(bǔ)償值，與整周期計(jì)數(shù)模塊所得到的編碼器輸
入整周期正余弦信號(hào)個(gè)數(shù)乘以當(dāng)前的細(xì)分倍數(shù)后的結(jié)果進(jìn)行加法操作。 其中，正余弦數(shù)據(jù)采樣和計(jì)算模塊及周期計(jì)算模塊同編碼器相連接進(jìn)行同步采
樣，所述正余弦數(shù)據(jù)采樣和計(jì)算模塊同整周期計(jì)算模塊相連接向其發(fā)送同步信號(hào)；所述差
補(bǔ)周期輸出模塊同正余弦數(shù)據(jù)采樣和計(jì)算模塊相連接向其發(fā)送啟動(dòng)脈沖信號(hào)，所述正余弦
數(shù)據(jù)采樣和計(jì)算模塊同查表模塊相連接；所述整周期計(jì)算模塊將計(jì)錄編碼器輸入的整周期
正余弦信號(hào)的個(gè)數(shù)發(fā)送到與其連接的求和模塊中；所述求和模塊將與其連接的查表模塊查
出的當(dāng)前正余弦信號(hào)的細(xì)分值，經(jīng)與求和模塊相連接的誤差表存放模塊的誤差值進(jìn)行累加
后的補(bǔ)償值同整周期計(jì)算模塊發(fā)送過來的輸入整周期正余弦信號(hào)個(gè)數(shù)乘以當(dāng)前的細(xì)分倍
數(shù)值進(jìn)行求和后，發(fā)送到與其連接的輸出模式選擇模塊上，經(jīng)輸出模式選擇模塊的選擇后，
由脈沖模式輸出模塊以方波的形式輸出或由絕對(duì)值出處模塊以數(shù)據(jù)形式直接輸出。 上述各組成模塊都集成在現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA中或?qū)⒏髂K按FPGA的形式進(jìn)
行設(shè)計(jì)將其集成在單芯片中。 本發(fā)明以正余弦輸出型編碼器細(xì)分技術(shù)為基礎(chǔ)，在對(duì)正余弦輸出型編碼器進(jìn)行提
高分辨率的細(xì)分過程中將誤差進(jìn)行補(bǔ)償，從而提高編碼器反饋值的精度。 三、誤差表的獲得 本發(fā)明補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ哉嘞逸敵鲂途幋a器細(xì)分技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)際誤差補(bǔ) 償。而本發(fā)明實(shí)現(xiàn)雙主軸同步工作的基礎(chǔ)，即細(xì)分器中誤差表的獲得。 為此，在編碼器安裝于相應(yīng)電主軸，需要通過設(shè)置激光干涉儀，將激光干涉儀與正 余弦輸出型編碼器剛性連接，在編碼器旋轉(zhuǎn)的一周內(nèi)取若干個(gè)測(cè)試點(diǎn)，利用激光干涉儀將 實(shí)際誤差測(cè)出后，通過補(bǔ)償算法，將補(bǔ)償值輸入細(xì)分器內(nèi)，獲得誤差表進(jìn)行補(bǔ)償，從而達(dá)到 修正系統(tǒng)精度和消除人為誤差的目的。如圖7所示，電主軸一段設(shè)置編碼器，編碼器的外側(cè)剛性設(shè)置激光干涉儀。圖7中標(biāo)號(hào)85為激光干涉儀的分度器。在檢測(cè)獲得誤差表后，可卸 下激光干涉儀用于其它檢測(cè)。 正余弦編碼器在線實(shí)際誤差補(bǔ)償方法的具體過程，如圖2、圖3和圖4所示，不同于 編碼器本身精度補(bǔ)償工作中誤差的獲得過程(在編碼器本身精度補(bǔ)償工作中的誤差曲線 的獲得是低精度編碼器細(xì)分值減去高精度編碼器細(xì)分器值，這一個(gè)減法的操作是由細(xì)分器 輸出值的接收設(shè)備進(jìn)行的，細(xì)分器輸出值接收設(shè)備接收兩個(gè)細(xì)分器所輸出的絕對(duì)位置值后 進(jìn)行減法發(fā)操作)。 在實(shí)際誤差補(bǔ)償中，激光干涉儀直接讀取電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸上的誤差(此誤差包括編碼
器本身的精度誤差，同時(shí)包括電機(jī)機(jī)械部分，編碼器安裝等其它誤差)，然后激光干涉儀將
這一個(gè)測(cè)得值與激光干涉儀內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)值直接作差，然后形成誤差曲線。這些操作都是在
激光干涉儀內(nèi)部完成的，接來根據(jù)激光干涉儀給出的誤差曲線進(jìn)行在細(xì)分器內(nèi)部對(duì)誤差的
補(bǔ)償工作就同編碼器本身精度補(bǔ)償?shù)墓ぷ魍耆嗤?。其過程具體如下 1)根據(jù)激光干涉儀說明書正確安裝激光干涉儀的回轉(zhuǎn)分度儀和角度分度鏡部分
于電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上，這是激光干涉儀進(jìn)行電機(jī)旋轉(zhuǎn)誤差測(cè)定的準(zhǔn)備工作。 2)對(duì)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試點(diǎn)的設(shè)置，即設(shè)定每個(gè)測(cè)試旋轉(zhuǎn)角度值，同時(shí)對(duì)激光干涉
儀也進(jìn)行同等樣的設(shè)定； 3)電機(jī)系統(tǒng)根據(jù)低精度正余弦輸出型編碼器經(jīng)細(xì)分器傳回細(xì)分值，進(jìn)行對(duì)電機(jī)旋 轉(zhuǎn)角度的控制，同時(shí)激光干涉儀對(duì)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)； 4)經(jīng)過一周后，激光干涉儀將各測(cè)試點(diǎn)測(cè)得值與激光干涉儀內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)值直接作 差，形成誤差曲線； 5)根據(jù)該誤差曲線可以獲得低精度正余弦輸出型編碼器一周任意點(diǎn)的相對(duì)誤差 值； 6)將步驟5獲取的誤差值作成誤差表，作為低精度正余弦輸出型編碼器輸出各個(gè) 位置的補(bǔ)償值，對(duì)低精度編碼器的誤差進(jìn)行修正。 同樣為保證獲取的誤差表的正確性，也需要對(duì)補(bǔ)償誤差值進(jìn)行修正，具體如下 a)將誤差表輸入到低精度正余弦輸出型編碼器的細(xì)分器中，繼續(xù)上述1至4的步
驟，在電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)角度控制時(shí)，將低精度正余弦輸出型編碼器各測(cè)試點(diǎn)的絕對(duì)位置
值同當(dāng)前絕對(duì)位置值對(duì)應(yīng)在誤差表的修正值相加； b)通過激光干涉儀形成誤差曲線，獲取再一次誤差值； c)判斷步驟b獲得的各測(cè)試點(diǎn)的誤差值是否滿足設(shè)定的精度要求，滿足則將上述 步驟中獲得取的誤差表作為最終低精度正余弦輸出型編碼器的誤差表；不滿足則返回上述 步驟1從新進(jìn)行低精度正余弦輸出型編碼器誤差表的獲取。 每?jī)蓚€(gè)誤差點(diǎn)之間近似為一條線段(1個(gè)合格的編碼器應(yīng)該滿足這一條件)，就可 以根據(jù)這兩個(gè)誤差點(diǎn)橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)計(jì)算出這條線段的斜率(如圖5所示，A段的兩個(gè)誤 差點(diǎn)的坐標(biāo)分別是(120,-25)和(132,-17)，這樣斜率即為2/3)，然后根據(jù)斜率可以計(jì)算出 這兩點(diǎn)之間任意點(diǎn)的誤差值，從而計(jì)算出整周(編碼器旋轉(zhuǎn)一周)內(nèi)的誤差值。如果細(xì)分 的倍數(shù)有限就可以直接計(jì)算出每個(gè)細(xì)分值的誤差值，并將其存儲(chǔ)在誤差表中；當(dāng)細(xì)分倍數(shù) 比較大，相對(duì)細(xì)分值的誤差值的誤差表也就比較龐大，為避免這種情況發(fā)生，采用下列方法 簡(jiǎn)化誤差表將獲得的誤差點(diǎn)坐標(biāo)存儲(chǔ)到誤差表存放模塊中，根據(jù)單圈整周期計(jì)數(shù)值就可以計(jì)算出當(dāng)前編碼器距零點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的角度值(當(dāng)前編碼器停留點(diǎn)的橫坐標(biāo))，將當(dāng)前點(diǎn)的橫 坐標(biāo)與誤差表中誤差點(diǎn)的橫坐標(biāo)進(jìn)行比較操作，當(dāng)前點(diǎn)的橫坐標(biāo)介于誤差表中某兩個(gè)相鄰 的誤差點(diǎn)的橫坐標(biāo)之間時(shí)，就確定了當(dāng)前點(diǎn)在誤差表中這兩個(gè)相鄰的誤差點(diǎn)所形成的線段 上，這條線段的斜率由這條線段的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)坐標(biāo)算出，又知道當(dāng)前點(diǎn)的橫坐標(biāo)，所以 可以計(jì)算出當(dāng)前點(diǎn)的縱坐標(biāo)，也就是當(dāng)前的誤差值。 修正后的絕對(duì)位置值是由絕對(duì)位置值加上當(dāng)前編碼器距零點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的角度的補(bǔ)償 值根據(jù)細(xì)分器的工作原理的描述，求和模塊中最后得到的是當(dāng)前編碼器運(yùn)行的絕對(duì)位置值 (即整周期計(jì)數(shù)乘以當(dāng)前細(xì)分倍數(shù)再加上當(dāng)前細(xì)分值)，根據(jù)單圈整周期計(jì)數(shù)值可以確定 編碼器距零點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的角度，以2048線編碼器為例，整周期計(jì)數(shù)值等于編碼器當(dāng)前運(yùn)行的完 整的圈數(shù)乘以2048再加上單圈整周期的計(jì)數(shù)值，單圈整周期計(jì)數(shù)值與整周期計(jì)數(shù)值是同 步加減的。所以可以根據(jù)單圈整周期的計(jì)數(shù)值所算出的編碼器距零點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的角度值，來確 定修正后的絕對(duì)位置值是由絕對(duì)位置值加上當(dāng)前編碼器距零點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的角度的補(bǔ)償值。
求和模塊運(yùn)算的最終結(jié)果變?yōu)樾拚蟮慕^對(duì)位置值，然后進(jìn)行重復(fù)之前的誤差測(cè) 出步驟。例如在編碼器旋轉(zhuǎn)的一周之內(nèi)取若干個(gè)測(cè)試點(diǎn)，在每個(gè)測(cè)試點(diǎn)上分別取低精度正 余弦輸出型編碼器和誤差為±1〃的高精度正余弦輸出型編碼器的細(xì)分值。
然后將兩個(gè)值作差，得到低精度正余弦輸出型編碼器相對(duì)于誤差為±1〃的高精 度正余弦輸出型編碼器的相對(duì)誤差值。 將兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)之間近似為一條線段，連接相鄰的兩點(diǎn)得到低精度正余弦輸出型編
碼器旋轉(zhuǎn)一周的誤差曲線，根據(jù)誤差曲線可以計(jì)算出低精度正余弦輸出型編碼器一周任意
點(diǎn)的相對(duì)誤差值。重新得到新的誤差表，然后分析新的誤差表數(shù)據(jù)，看是否已將滿足精度要
求，假設(shè)低精度編碼器的物理精度是士35"(測(cè)得的曲線如圖5所示)，要求修正到的精度
是±5〃 ，當(dāng)經(jīng)過一次誤差補(bǔ)償后，測(cè)得的新的誤差曲線滿足士5〃 (如圖6所示)的精度
時(shí)，補(bǔ)償操完成，當(dāng)進(jìn)行一次誤差補(bǔ)償后，測(cè)得的新的誤差曲精度大于±5〃 ，那么就根據(jù)新
的誤差曲線來進(jìn)行二次修正工作，如此循環(huán)操作，直到誤差曲線滿足精度的要求。 這樣編碼器一周內(nèi)的任意位置都對(duì)應(yīng)唯一一個(gè)誤差修正值，并以此建立了誤差
表，從而很好的改善了低精度正余弦輸出型編碼器的精度。 四、實(shí)際工作 本發(fā)明加工中心實(shí)現(xiàn)雙主軸同步，每一電主軸相應(yīng)設(shè)置正余弦編碼器和細(xì)分器。 即第一電主軸設(shè)置第一正余弦編碼器，第一正余弦編碼器連接第一細(xì)分器，第一細(xì)分器將 實(shí)際位置信息送至上位機(jī)。而第二電主軸設(shè)置第二正余弦編碼器，第二正余弦編碼器連接 第二細(xì)分器，第二細(xì)分器將實(shí)際位置信息送至上位機(jī)。 而第一細(xì)分器中存有第一正余弦編碼器相應(yīng)第一電主軸的位置檢測(cè)信息與實(shí)際 位置信息的誤差表；第二細(xì)分器中存有第二正余弦編碼器相應(yīng)第二電主軸的位置檢測(cè)信息 與實(shí)際位置信息的誤差表。 在實(shí)際工作中，兩個(gè)電主軸各自轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)各自正余弦編碼器將各自的位置檢測(cè) 信息送至各自的細(xì)分器。各自的細(xì)分器根據(jù)各自的誤差表獲得各自電主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)際位置 信息，并送到同一上位機(jī)。上位機(jī)比較二者實(shí)際位置，當(dāng)二者轉(zhuǎn)動(dòng)不同步，也就是說， 一個(gè)電 主軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度較另一電主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的多，而且快的超出工件承載扭矩的能力，易發(fā)生損壞工 件的情況，則上位機(jī)發(fā)出調(diào)整指令，使得兩個(gè)電主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度相一致，從而達(dá)到協(xié)同工作的目的。 而細(xì)分器獲得各自電主軸轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)際位置信息的方法，主要依靠查表和計(jì)算兩種方 式。查表即直接通過各自的誤差表獲得。而計(jì)算的過程如下 每相鄰兩個(gè)誤差點(diǎn)之間近似為一條線段，根據(jù)這兩個(gè)誤差點(diǎn)橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)計(jì)算 出這條線段的斜率，再根據(jù)斜率可計(jì)算出相鄰兩個(gè)誤差點(diǎn)之間任何一處位置檢測(cè)信息相應(yīng) 的實(shí)際位置信息，從而用于上位機(jī)的比較。 上位機(jī)的這一比較過程，通常在每一檢測(cè)周期經(jīng)行，也就是說，兩個(gè)電主軸的編碼 器在一個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)同時(shí)檢測(cè)，并將實(shí)際位置信息反饋至上位機(jī)，從而上位機(jī)實(shí)現(xiàn)比較，并 根據(jù)預(yù)定兩個(gè)電主軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度的最大偏差確定指令信息。 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其 發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種加工中心實(shí)現(xiàn)雙主軸同步的結(jié)構(gòu)，包括同軸線設(shè)置的兩個(gè)電主軸組件，每一所述電主軸安裝有檢測(cè)位移的正余弦編碼器，其特征在于，所述正余弦編碼器通過一個(gè)細(xì)分器連接至上位機(jī)；其中，所述正余弦編碼器將電主軸的位置檢測(cè)信息送至所述細(xì)分器，所述細(xì)分器根據(jù)所述位置檢測(cè)信息獲得電主軸的實(shí)際位置信息送至所述上位機(jī)；所述上位機(jī)，用于比較兩個(gè)電主軸的實(shí)際位置信息，當(dāng)判定兩個(gè)電主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的同步偏差超出預(yù)定值時(shí)，則所述上位機(jī)向兩個(gè)電主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)執(zhí)行部件發(fā)出補(bǔ)償指令，調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)角度，使得所述兩個(gè)電主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述加工中心實(shí)現(xiàn)雙主軸同步的結(jié)構(gòu)，其特征在于，每一所述細(xì)分 器存儲(chǔ)有相應(yīng)正余弦編碼器的位置檢測(cè)信息與實(shí)際位置信息對(duì)應(yīng)關(guān)系的誤差表，并可根據(jù) 誤差表中相鄰兩點(diǎn)位置檢測(cè)信息與實(shí)際位置信息的關(guān)系計(jì)算獲得與所述相鄰兩點(diǎn)之間任 何一個(gè)處位置檢測(cè)信息相應(yīng)的實(shí)際位置信息。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述加工中心實(shí)現(xiàn)雙主軸同步的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述細(xì)分器包括差補(bǔ)周期輸出模塊，用于產(chǎn)生啟動(dòng)脈沖信號(hào)和整個(gè)裝置運(yùn)行的周期時(shí)序； 正余弦數(shù)據(jù)采樣和計(jì)算模塊，用于接收編碼器輸出的兩路正余弦信號(hào)，并對(duì)這兩路正 余弦信號(hào)的電壓值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，已獲得這個(gè)兩路正余弦信號(hào)的電壓值所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，后對(duì)采樣獲得的兩路正余弦信號(hào)的電壓值的數(shù)字量進(jìn)行除法的操作；整周期計(jì)算模塊，用于對(duì)編碼器輸入的正余弦信號(hào)進(jìn)行整周期的計(jì)數(shù)；查表模塊，用于將正余弦數(shù)據(jù)采樣和計(jì)算模塊處理后的數(shù)據(jù)，同查表模塊內(nèi)儲(chǔ)存的兩 路正余弦波電壓值數(shù)字量的除法值所對(duì)應(yīng)細(xì)分值的數(shù)據(jù)表進(jìn)行比較，以此獲取細(xì)分值；輸出模式選擇模塊，用于根據(jù)輸入的指令進(jìn)行輸出模式的切換工作，當(dāng)選擇脈沖輸出 模式時(shí)，本模塊將求和模塊最終得到的加法的結(jié)果傳遞給脈沖輸出模塊；同樣當(dāng)選擇絕對(duì)值輸出模式時(shí)，本模塊將求和模塊最終得到的加法的結(jié)果傳遞給絕對(duì)值輸出模塊；脈沖模式輸出模塊，用于對(duì)輸出模式選擇模塊輸入的根據(jù)加法結(jié)果確定的脈沖數(shù)以脈 沖的形式輸出；絕對(duì)值出處模塊，用于對(duì)輸出模式選擇模塊輸入的根據(jù)加法結(jié)果確定的脈沖數(shù)以數(shù)據(jù) 的形式直接輸出；誤差表存放模塊，用于存儲(chǔ)上述方法獲得的正余弦輸出型編碼器一周任意點(diǎn)位置檢測(cè) 信息相應(yīng)實(shí)際位置信息的誤差值；求和模塊，用于將查表模塊查出的當(dāng)前正余弦信號(hào)的細(xì)分值相對(duì)誤差表存放模塊的誤 差值直接或誤差值計(jì)算后進(jìn)行累加的補(bǔ)償值，與整周期計(jì)數(shù)模塊所得到的編碼器輸入整周 期正余弦信號(hào)個(gè)數(shù)乘以當(dāng)前的細(xì)分倍數(shù)后的結(jié)果進(jìn)行加法操作；所述正余弦數(shù)據(jù)采樣和計(jì)算模塊及周期計(jì)算模塊同編碼器相連接進(jìn)行同步采樣，所述 正余弦數(shù)據(jù)采樣和計(jì)算模塊同整周期計(jì)算模塊相連接向其發(fā)送同步信號(hào)；所述差補(bǔ)周期輸 出模塊同正余弦數(shù)據(jù)采樣和計(jì)算模塊相連接向其發(fā)送啟動(dòng)脈沖信號(hào)，所述正余弦數(shù)據(jù)采樣 和計(jì)算模塊同查表模塊相連接；所述整周期計(jì)算模塊將計(jì)錄編碼器輸入的整周期正余弦信 號(hào)的個(gè)數(shù)發(fā)送到與其連接的求和模塊中；所述求和模塊將與其連接的查表模塊查出的當(dāng)前 正余弦信號(hào)的細(xì)分值，經(jīng)與求和模塊相連接的誤差表存放模塊的誤差值進(jìn)行累加后的補(bǔ)償值同整周期計(jì)算模塊發(fā)送過來的輸入整周期正余弦信號(hào)個(gè)數(shù)乘以當(dāng)前的細(xì)分倍數(shù)值進(jìn)行 求和后，發(fā)送到與其連接的輸出模式選擇模塊上，經(jīng)輸出模式選擇模塊的選擇后，由脈沖模 式輸出模塊以方波的形式輸出或由絕對(duì)值出處模塊以數(shù)據(jù)形式直接輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述加工中心實(shí)現(xiàn)雙主軸同步的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述細(xì)分器的組成還包括單圈整周期計(jì)數(shù)模塊，同求和模塊相連接，用于對(duì)正余弦信號(hào)的整周期計(jì)數(shù)操 作但當(dāng)編碼器過零點(diǎn)時(shí)將該模塊的計(jì)數(shù)值進(jìn)行清零。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種加工中心實(shí)現(xiàn)雙主軸同步的結(jié)構(gòu)，包括同軸的兩個(gè)電主軸件，每一電主軸安裝正余弦編碼器，正余弦編碼器通過一個(gè)細(xì)分器連接至上位機(jī)。其中，正余弦編碼器將電主軸的位置檢測(cè)信息送至細(xì)分器，細(xì)分器根據(jù)位置檢測(cè)信息獲得實(shí)際位置信息送至上位機(jī)；上位機(jī)用于比較兩個(gè)電主軸的實(shí)際位置信息，并向兩個(gè)電主軸的補(bǔ)償指令，調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)角度使得兩個(gè)電主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明利用在線實(shí)際誤差補(bǔ)償?shù)姆椒▉硐惭b的人為誤差，同時(shí)還能夠進(jìn)一步提高編碼器本身的系統(tǒng)誤差。本發(fā)明對(duì)機(jī)床精度的提高更加直接有效，從而能夠嚴(yán)格準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)臥式車銑復(fù)合加工中心雙主軸的高同步性協(xié)同工作，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。
文檔編號(hào)G05B19/401GK101718976SQ20091018834
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者于德海, 于本宏, 張強(qiáng), 張文峰, 李玉章, 李經(jīng)明, 賀行健, 鄒弢, 鄭君民, 郭強(qiáng), 陳虎 申請(qǐng)人:大連科德數(shù)控有限公司