一種用于對多軸運動控制系統(tǒng)測量輪廓誤差的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于多軸運動控制領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于對多軸運動控制系統(tǒng)測 量輪廓誤差的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 多軸運動控制系統(tǒng)（如數(shù)控機床和機器人等）在運行時，例如在自動控制中，由直 流或交流電機構(gòu)成的伺服系統(tǒng)，在加工中必然存在跟隨誤差，在多軸同時運動進(jìn)行輪廓加 工時，各個單軸的跟隨誤差勢必反映到加工曲線輪廓上，形成輪廓誤差。輪廓誤差會影響運 動控制系統(tǒng)終端的控制精度，為了控制和補償輪廓誤差，需要準(zhǔn)確地測量該輪廓誤差。
[0003] 現(xiàn)有的自動控制系統(tǒng)中，輪廓誤差測量系統(tǒng)往往與伺服、運動控制系統(tǒng)整體集成 設(shè)置，輪廓誤差測量系統(tǒng)往往一經(jīng)初始化設(shè)定便很難再變動，不便于在實際自動控制系統(tǒng) 中結(jié)合具體應(yīng)用情況對輪廓誤差測量系統(tǒng)（如對輪廓誤差進(jìn)行測量計算的模塊等）進(jìn)行調(diào) 整，應(yīng)用單一、不靈活。將輪廓誤差采集系統(tǒng)集成在控制系統(tǒng)內(nèi)部，另一方面也增加了系統(tǒng) 開發(fā)的難度，不利于系統(tǒng)的模塊化開發(fā)。
[0004] 此外，單獨設(shè)置輪廓誤差測量系統(tǒng)由于要將來自伺服驅(qū)動器的信號完整的傳輸至 運動控制器，既要保證信號必須兼容，又要保證時序的控制。因此，要設(shè)置單獨的運動控制 系統(tǒng)和輪廓誤差測量系統(tǒng)，就必須在不影響運動控制的前提下，準(zhǔn)確的獲取期望位置和實 際位置，進(jìn)而穩(wěn)定的輸出計算得到的輪廓誤差。由于控制系統(tǒng)是分開單獨設(shè)立的，因此輪廓 誤差測量系統(tǒng)進(jìn)行輪廓誤差計算所需的數(shù)據(jù)（如期望位置和實際位置等）如何快速、及時 的通信也就成為了關(guān)鍵，而為了高速的獲取期望位置就需要通過與控制系統(tǒng)同步以及在輪 廓誤差測量系統(tǒng)內(nèi)部的高速運算來支持。由于軟硬件的各種限制，目前的商業(yè)化的運動控 制系統(tǒng)缺乏一種能夠適用于各種伺服驅(qū)動器的直接輸出多軸輪廓誤差的系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種具有獨立控制 器的輪廓誤差測量系統(tǒng)及方法，其中通過對其關(guān)鍵組件的結(jié)構(gòu)及其設(shè)置方式、數(shù)據(jù)流向、誤 差計算方式等進(jìn)行改進(jìn)，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠有效解決現(xiàn)有輪廓誤差測量系統(tǒng)適用性單 一、調(diào)整不靈活，以及系統(tǒng)模塊化開發(fā)困難的問題，在不影響運動控制的前提下，有效準(zhǔn)確 的獲取了期望輪廓和實際位置，實現(xiàn)了輪廓誤差的穩(wěn)定計算輸出；并且，根據(jù)具體的應(yīng)用要 求，可以方便的通過對輪廓誤差計算算法的調(diào)整達(dá)到輪廓誤差測量準(zhǔn)確、快捷計算的技術(shù) 效果。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于對多軸運動控制系統(tǒng) 測量輪廓誤差的系統(tǒng)，其特征在于，包括獨立配置的編碼器位置采集模塊和主處理器，其 中：
[0007] 所述編碼器位置采集模塊用于采集編碼器信號，并由采集到的編碼器信號計算得 到實際位置，再將實際位置傳輸至所述主處理器；
[0008] 所述主處理器用于獲取期望輪廓信息，然后計算期望輪廓；并且該主處理器與 所述編碼器位置采集模塊連接，將計算得到的期望輪廓與實際位置比較，計算得到輪廓誤 差；
[0009] 此外，該輪廓誤差測量系統(tǒng)還包括獨立配置的編碼器信號轉(zhuǎn)接控制器，所述編碼 器信號轉(zhuǎn)接控制器包括編碼器信號輸入接口、編碼器信號直接輸出接口、光電耦合器和編 碼器信號引出接口；
[0010] 所述編碼器信號輸入接口用于接收來自伺服驅(qū)動器的編碼器信號；
[0011] 所述編碼器信號直接輸出接口與所述編碼器信號輸入接口直接連接，用于傳輸編 碼器信號至運動控制器；
[0012] 所述編碼器信號引出接口通過所述光電耦合器與所述編碼器信號輸入接口連接， 用于傳輸編碼器信號至所述編碼器位置采集模塊。
[0013] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述主處理器為DSP或ARM中的一種。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述輪廓誤差測量系統(tǒng)還包括串行口，所述期望輪廓 信息通過該串行口輸入至所述主處理器，所述輪廓誤差通過該串行口向外輸出。
[0015] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述編碼器信號引出接口為DB15接頭。
[0016] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述編碼器位置采集模塊為FPGA。
[0017] 通過特別設(shè)計的編碼器信號轉(zhuǎn)接控制器，把運動控制系統(tǒng)中的編碼器實時位置信 息輸入到主處理器中，并結(jié)合期望輪廓，計算輪廓誤差，并再次通過串行口等將輪廓誤差輸 出到運動控制平臺或計算機等設(shè)備。通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比， 由于將輪廓誤差測量系統(tǒng)與伺服、運動控制系統(tǒng)拆分，使輪廓誤差測量系統(tǒng)獨立配置并進(jìn) 行獨立控制，且該輪廓誤差測量系統(tǒng)不受運動控制系統(tǒng)軟硬件的制約，使用于運動控制系 統(tǒng)的輪廓誤差測量系統(tǒng)可以與不同的伺服、運動控制系統(tǒng)組合后使用，能夠方便的獲得輪 廓誤差信號，應(yīng)用方便、靈活。并且，獨立配置的輪廓誤差測量系統(tǒng)由于可以采用存儲器等 單獨存儲輪廓誤差計算所需的程序，在實際應(yīng)用中，可結(jié)合實際程序算法的要求靈活調(diào)整 程序，使得輪廓誤差測量系統(tǒng)更加靈活、高效。另外，由于將輪廓誤差測量系統(tǒng)和運動控制 系統(tǒng)分離開來，兩者可以單獨獨立進(jìn)行開發(fā)，能夠極大的減輕系統(tǒng)的開發(fā)難度，便于用戶進(jìn) 行模塊化的設(shè)計和開發(fā)。
[0018] 按照本發(fā)明的另一個方面，提供了一種利用所述的用于對多軸運動控制系統(tǒng)測量 輪廓誤差的系統(tǒng)測量輪廓誤差的方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0019] (1)向所述主處理器輸入期望輪廓信息，由所述主處理器計算期望輪廓；
[0020] (2)通過所述編碼器信號轉(zhuǎn)接控制器向所述編碼器位置采集模塊傳輸編碼器信 號，所述編碼器位置采集模塊根據(jù)該編碼器信號計算實際位置；
[0021] (3)所述主處理器根據(jù)所述期望輪廓與實際位置計算得到輪廓誤差。
[0022] 通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于將輪廓誤差測量系統(tǒng) 與伺服、運動控制系統(tǒng)拆分，采用獨立配置的輪廓誤差測量系統(tǒng)，并且該輪廓誤差測量系統(tǒng) 不受運動控制系統(tǒng)軟硬件的制約，使用于多軸運動控制系統(tǒng)的輪廓誤差測量系統(tǒng)可以與不 同的伺服、運動控制系統(tǒng)組合后使用，能夠方便的獲得輪廓誤差信號，應(yīng)用方便、靈活。另一 方面，由于可以采用存儲器等存儲輪廓誤差計算所需的程序，在實際應(yīng)用中，可結(jié)合實際程 序算法的要求靈活調(diào)整存儲器存儲的程序，使得輪廓誤差測量系統(tǒng)更加靈活、高效。另外， 由于將輪廓誤差測量系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)分離開來，使兩者能夠單獨獨立開發(fā)，能夠極大 的減輕系統(tǒng)的開發(fā)難度，便于用戶進(jìn)行模塊化的設(shè)計和開發(fā)。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明用于對多軸運動控制系統(tǒng)測量輪廓誤差的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖 中，1-獨立控制器，2-編碼器信號轉(zhuǎn)接控制器；
[0024] 圖2是輪廓誤差的計算示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0026] 實施例1
[0027] 如圖1所示，用于對多軸運動控制系統(tǒng)測量輪廓誤差的系統(tǒng)，包括獨立配置的編 碼器位置采集模塊和主處理器，此外，還包括獨立配置的編碼器信號轉(zhuǎn)接控制器2 ;編碼器 位置采集模塊和主處理器組成了獨立控制器1。主處理器和編碼器位置采集模塊均為獨立 配置。其中，
[0028] 所述編碼器位置采集模塊用于采集編碼器信號，并由采集到的編碼器信號計算得 到實際位置，再將實際位置傳輸至所述主處理器；
[0029] 所述主處理器為DSP，用于獲取期望輪廓信息，然后計算期望輪廓；并且該主處理 器與所述編碼器位置采集模塊連接，將計算得到的期望輪廓與實際位置比較，計算得到輪 廓誤差；
[0030] 所述編碼器信號轉(zhuǎn)接控制器包括編碼器信號輸入接口、編碼器信號直接輸出接 口、光電耦合器和編碼器信號引出接口；
[0031] 所述編碼器信號輸入接口用于接收來自伺服驅(qū)動器的編碼器信號；
[0032] 所述編碼器信號直接輸出接口與所述編碼器信號輸入接口直接連接，用于傳輸編 碼器信號至運動控制器；
[0033] 所述編碼器信號引出接口通過所述光電耦合器與所述編碼器信號輸入接口連接， 用于傳輸編碼器信號至所述編碼器位置采集模塊。
[0034] 該輪廓誤差測量系統(tǒng)還包括以太網(wǎng)和串行口，所述期望輪廓信息通過該以太網(wǎng)和 串行口輸入至所述主處理器，所述輪廓誤差通過該以太網(wǎng)和串行口向外輸出。該以太網(wǎng)和 串行口可以設(shè)置在獨立控制器1內(nèi)。
[0035] 該輪廓誤差測量系統(tǒng)還包括存儲器，用于存儲期望輪廓計算程序以及輪廓誤差計 算程序。所述主處理器用于調(diào)用所述存儲器中的期望輪廓計算程序，從所述期望輪廓信息 得到期望輪廓；并用于調(diào)用所述存儲器中的輪廓誤差計算程序，從所述期望輪廓和實際位 置得到輪廓誤差。存儲器包括RAM和Flash存儲器，所述RAM用于存儲所述主處理器計算 過程中的臨時數(shù)據(jù)，所述Flash存儲器用于存儲所述期望輪廓計算程序和輪廓誤差計算程 序。
[0036] 編碼器信號轉(zhuǎn)接控制器2用于實時編碼器信號的傳輸，如圖1所示，編