一种针对系统防碰撞的方法与流程

1.本发明涉及机床领域，特别涉及一种针对系统防碰撞的方法。


背景技术：

2.当前常见的机床结构往往较为复杂多样化，同时涉及更加精细化的加工和切削等加工作业。而在加工过程中，如果出现编程程式问题，则往往会导致刀具过切，严重时甚至会损失丝杠和机械结构，同时也可能出现轴向异常动作的风险。而一旦在加工过程中出现轴向异常动作，则轻则可能会引起刀具报废、工件损伤、加工效率降低、重则可能影响操作人员人身安全。此外，如果无法对机台做到有效保护，则上述情况也会影响机台寿命。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本发明提供了一种针对系统防碰撞的方法。
4.根据本发明的一个方面，提供了一种针对系统防碰撞的方法，包括以下步骤：
5.1)在调试前先确认轴向负载惯量；
6.2)初始化相关参数；
7.3)在系统上设置调试轴向的第一限位，并移动轴向到第二限位，然后启动自动调试；
8.4)在执行调试时，轴向快速移动并在加速到稳速段后停止，其中，抓取到速度反馈和外力估测数值，并自动侦测是否到达稳速，并在侦测结果为否时进行调整；
9.5)设定外力估测值偏移量，其中，通过电机正反转记录稳速时的外力估测值；
10.6)记录额定转速下和最高转速下的外力估测值；
11.7)计算外力估测动摩擦力补偿系数和摩擦力补偿系数上限值；
12.8)打开异常负载保护，并进行快速移动，设置移动负载率阈值并进行切削；
13.9)在发生碰撞时，驱动器判断当前位置和速度，发出警报并进行刹停，系统自动计算回退距离并进行回退，其中，如果移动负载率没有超过设定的阈值，则直接触发轴向的动作；如果移动负载率超过设定的阈值，则进行手动修正。
14.在一些实施方式中，在步骤1)中，做轴向负载惯量调试，并抓取实际的负载惯量。其有益之处在于，描述了确认轴向负载惯量的具体方法。
15.在一些实施方式中，在步骤2)中，相关参数包括外力估测数值偏置量、摩擦力补偿系数、摩擦补偿上下限值以及负载保护开关。其有益之处在于，描述了所初始化的参数的种类。
16.在一些实施方式中，在步骤3)中，在自动调试时，系统自动抓取动摩擦力补偿系数、估测值、动摩擦力上下限以及移动时的阈值。其有益之处在于，描述了自动调试时系统的运作情况。
17.在一些实施方式中，在步骤4)中，当侦测结果为否时，则降低移动速度，并调整外力估测数值的增益，确保加减速时估测值低于稳态外力估测数值。其有益之处在于，描述了
到达稳速侦测结果为否时的调整方法。
18.在一些实施方式中，在步骤5)中，外力估测偏移量＝(正转稳速外力估测平均值+反转稳速外力估测平均值)/2*(-1)。其有益之处在于，描述了外力估测偏移量的计算方法。
19.在一些实施方式中，在步骤7)中，通过额定转速下稳速段时所得外力估測值结果计算得到外力估测动摩擦力补偿系数，通过最高转速下稳速段时所得外力估測值结果计算得到摩擦力补偿系数上限值。其有益之处在于，描述了外力估测动摩擦力补偿系数和摩擦力补偿系数上限值的计算依据。
20.在一些实施方式中，在步骤8)中，移动负载率阈值＝(外力估测绝对值最大值+100)*1.5。其有益之处在于，描述了外移动负载率阈值的计算方法。
21.在一些实施方式中，在步骤9)中，根据碰撞时的速度和位置计算回退距离，其中，回退距离＝回退段pulse数/电机分辨率*螺距。其有益之处在于，描述了回退距离的计算方法。
22.在一些实施方式中，还包括以下步骤：10)回退完成后，自动退出碰撞模式，同时系统接收驱动器的命令并反馈当前轴向数值。其有益之处在于，描述了回退完成后的系统运作情况。
附图说明
23.图1为本发明一种实施方式的一种针对系统防碰撞的方法的主要流程图；
24.图2为图1所示一种针对系统防碰撞的方法的运动情况示意图。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
26.该针对系统防碰撞的方法的原理为：通过前期调试，可以在检测到机床在受外力碰撞时，或者在轴向遇到异常动作或者人为误操作时，可以根据正常的估测值与当前的状态比较，估测值异常时系统会发出预警，通过驱动器内部命令发出警报，警报后则会切掉电机使能，并根据碰撞的速度和位置进行回退，从而降低损失。
27.如图1所示，该方法包括几个主要步骤，分别如下所述。
28.第一步，在调试前，先确认轴向负载惯量。其中，确认轴向负载惯量时，可以做轴向负载惯量调试，并抓取实际的负载惯量。
29.第二步，驱动器初始化相关参数。其中，相关参数主要包括外力估测数值偏置量、摩擦力补偿系数、摩擦补偿上下限值以及负载保护开关等。
30.第三步，在系统上设置调试轴向的第一限位，并移动轴向到第二限位，然后按下启动自动调试。其中，在自动调试时，系统可以自动抓取动摩擦力补偿系数、估测值、动摩擦力上下限以及移动时的阈值。
31.第四步，在执行调试时，轴向会快速移动，然后加速到稳速段停止，在该过程中，可以抓取速度反馈和外力估测数值，并自动侦测是否到达稳速。
32.其中，如果侦测结果为否，则降低移动速度，并依据加减速过程来调整外力估测数值的增益，确保加减速时估测值低于稳态外力估测数值的趋势，以使转态稳定，从而确认外力估测数值的增益。
33.第五步，设定外力估测值偏移量，其中，通过电机正反转，可以记录稳速时的外力估测值。
34.外力估测值偏移量计算方法如下：
35.外力估测偏移量＝(正转稳速外力估测平均值+反转稳速外力估测平均值)/2*(-1)。
36.第六步，记录不同转速下的外力估测值。比如，可以记录额定转速(较低转速)下和最高转速下的外力估测值。
37.第七步，计算外力估测动摩擦力补偿系数和摩擦力补偿系数上限值。其中，可以通过额定转速下稳速段时所得外力估測值结果，来计算得到外力估测动摩擦力补偿系数；并通过最高转速下稳速段时所得外力估測值结果，来计算得到摩擦力补偿系数上限值。
38.第八步，设定阈值。
39.打开异常负载保护，并进行快速移动，填入移动负载率阈值并进行实际加工(比如切削)工作。其中有：
40.移动负载率阈值＝(外力估测绝对值最大值+100)*1.5。
41.第九步，碰撞后的回退和保护。
42.在运动过程中遇到撞机时，系统会执行servo off，在驱动器做减速规划。
43.具体来说，在发生碰撞时，首先驱动器会判断当前位置和速度并进行反馈，然后发出警报(该警报为提前预警，优先于急停或者过载类警报)并进行刹停。
44.如图2所示，设置x轴向运动方向，当在a处发生碰撞时，系统会进行检测计算并发出警报，此时加工已经运行到b处，然后进行刹停，直到c处完全停止。
45.再然后，系统自动计算回退距离，同时驱动器做规划回退到安全距离，避免二次伤害。其中，回退距离可以根据碰撞时的速度和位置进行计算。例如，设电机分辨率为16777216，x轴螺距为8000，回退段为从速度回授为0开始，直到位置回授稳定，则回退距离的计算方法如下：
46.回退距离＝回退段pulse数/电机分辨率*螺距。
47.如图2所示，在c处进行刹停后，系统会通过计算和规划回退到d处，该处不仅安全，还方便进行后续加工。
48.而其中，如果移动负载率没有超过设定的阈值，则直接触发轴向的动作；如果移动负载率超过设定的阈值，也可以进行手动修正。
49.最后，在回退完成后，自动退出碰撞模式，同时系统接收驱动器命令，反馈当前轴向数值。
50.此外，本发明中的一种针对系统防碰撞的方法还设置有以下功能：
51.1.可以根据加工的不同工件刀具设置对应的阈值，并可以通过代码自行切换；
52.2.系统可以提供自动调机画面，并通过和驱动器沟通，在碰撞后发出驱动警报停止动作；
53.3.可以根据多种加工情景进行调试，做到提前检知；
54.4.可以识别加工条件以及状态，比如攻牙，车牙，裁断，钻攻，外径等，适用于不同加工情况；
55.5.在涉及使用多把刀具切削的复杂工艺时，可以依据不同刀具的状态，轴向参数
设置参考实际刀具进行自动切换。
56.以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种针对系统防碰撞的方法，其特征在于：包括以下步骤1)在调试前先确认轴向负载惯量；2)初始化相关参数；3)在系统上设置调试轴向的第一限位，并移动轴向到第二限位，然后启动自动调试；4)在执行调试时，轴向快速移动并在加速到稳速段后停止，其中，抓取到速度反馈和外力估测数值，并自动侦测是否到达稳速，并在侦测结果为否时进行调整；5)设定外力估测值偏移量，其中，通过电机正反转记录稳速时的外力估测值；6)记录额定转速下和最高转速下的外力估测值；7)计算外力估测动摩擦力补偿系数和摩擦力补偿系数上限值；8)打开异常负载保护，并进行快速移动，设置移动负载率阈值并进行切削；9)在发生碰撞时，驱动器判断当前位置和速度，发出警报并进行刹停，系统自动计算回退距离并进行回退，其中，如果移动负载率没有超过设定的阈值，则直接触发轴向的动作；如果移动负载率超过设定的阈值，则进行手动修正。2.根据权利要求1所述的一种针对系统防碰撞的方法，其特征在于：在步骤1)中，做轴向负载惯量调试，并抓取实际的负载惯量。3.根据权利要求1所述的一种针对系统防碰撞的方法，其特征在于：在步骤2)中，相关参数包括外力估测数值偏置量、摩擦力补偿系数、摩擦补偿上下限值以及负载保护开关。4.根据权利要求1所述的一种针对系统防碰撞的方法，其特征在于：在步骤3)中，在自动调试时，系统自动抓取动摩擦力补偿系数、估测值、动摩擦力上下限以及移动时的阈值。5.根据权利要求1所述的一种针对系统防碰撞的方法，其特征在于：在步骤4)中，当侦测结果为否时，则降低移动速度，并调整外力估测数值的增益，确保加减速时估测值低于稳态外力估测数值。6.根据权利要求1所述的一种针对系统防碰撞的方法，其特征在于：在步骤5)中，外力估测偏移量＝(正转稳速外力估测平均值+反转稳速外力估测平均值)/2*(-1)。7.根据权利要求1所述的一种针对系统防碰撞的方法，其特征在于：在步骤7)中，通过额定转速下稳速段时所得外力估測值结果计算得到外力估测动摩擦力补偿系数，通过最高转速下稳速段时所得外力估測值结果计算得到摩擦力补偿系数上限值。8.根据权利要求1所述的一种针对系统防碰撞的方法，其特征在于：在步骤8)中，移动负载率阈值＝(外力估测绝对值最大值+100)*1.5。9.根据权利要求1所述的一种针对系统防碰撞的方法，其特征在于：在步骤9)中，根据碰撞时的速度和位置计算回退距离，其中，回退距离＝回退段pulse数/电机分辨率*螺距。10.根据权利要求1所述的一种针对系统防碰撞的方法，其特征在于：还包括以下步骤10)回退完成后，自动退出碰撞模式，同时系统接收驱动器的命令并反馈当前轴向数值。

技术总结
本发明公开了一种针对系统防碰撞的方法。该方法在调试前先确认轴向负载惯量、驱动初始化参数、设定外力估测值偏移量、计算外力估测动摩擦力补偿系数和摩擦力补偿系数上限值、设置移动负载率阈值等方式，而在发生碰撞时，驱动器判断当前位置和速度，发出警报并进行刹停，系统自动计算回退距离并进行回退，并在回退完成后，自动退出碰撞模式，同时系统接收驱动器的命令并反馈当前轴向数值。本发明中的一种针对系统防碰撞的方法是针对轴向设计防碰撞功能，可以在发生碰撞时及时反馈，减少碰撞带来的伤害，同时根据碰撞的速度可以做到轴向回退，避免发生二次伤害，从而避免出现意外损伤带来的损失。伤带来的损失。伤带来的损失。


技术研发人员：阚建辉 李宝玉 倪迎晖 王孟沅 周俊伟
受保护的技术使用者：新代科技（苏州）有限公司
技术研发日：2023.05.05
技术公布日：2023/8/9