一种用于对多轴运动控制系统测量轮廓误差的系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于多轴运动控制领域，更具体地，涉及一种用于对多轴运动控制系统测 量轮廓误差的系统及方法。
【背景技术】
[0002] 多轴运动控制系统（如数控机床和机器人等）在运行时，例如在自动控制中，由直 流或交流电机构成的伺服系统，在加工中必然存在跟随误差，在多轴同时运动进行轮廓加 工时，各个单轴的跟随误差势必反映到加工曲线轮廓上，形成轮廓误差。轮廓误差会影响运 动控制系统终端的控制精度，为了控制和补偿轮廓误差，需要准确地测量该轮廓误差。
[0003] 现有的自动控制系统中，轮廓误差测量系统往往与伺服、运动控制系统整体集成 设置，轮廓误差测量系统往往一经初始化设定便很难再变动，不便于在实际自动控制系统 中结合具体应用情况对轮廓误差测量系统（如对轮廓误差进行测量计算的模块等）进行调 整，应用单一、不灵活。将轮廓误差采集系统集成在控制系统内部，另一方面也增加了系统 开发的难度，不利于系统的模块化开发。
[0004] 此外，单独设置轮廓误差测量系统由于要将来自伺服驱动器的信号完整的传输至 运动控制器，既要保证信号必须兼容，又要保证时序的控制。因此，要设置单独的运动控制 系统和轮廓误差测量系统，就必须在不影响运动控制的前提下，准确的获取期望位置和实 际位置，进而稳定的输出计算得到的轮廓误差。由于控制系统是分开单独设立的，因此轮廓 误差测量系统进行轮廓误差计算所需的数据（如期望位置和实际位置等）如何快速、及时 的通信也就成为了关键，而为了高速的获取期望位置就需要通过与控制系统同步以及在轮 廓误差测量系统内部的高速运算来支持。由于软硬件的各种限制，目前的商业化的运动控 制系统缺乏一种能够适用于各种伺服驱动器的直接输出多轴轮廓误差的系统。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种具有独立控制 器的轮廓误差测量系统及方法，其中通过对其关键组件的结构及其设置方式、数据流向、误 差计算方式等进行改进，与现有技术相比能够有效解决现有轮廓误差测量系统适用性单 一、调整不灵活，以及系统模块化开发困难的问题，在不影响运动控制的前提下，有效准确 的获取了期望轮廓和实际位置，实现了轮廓误差的稳定计算输出；并且，根据具体的应用要 求，可以方便的通过对轮廓误差计算算法的调整达到轮廓误差测量准确、快捷计算的技术 效果。
[0006] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于对多轴运动控制系统 测量轮廓误差的系统，其特征在于，包括独立配置的编码器位置采集模块和主处理器，其 中：
[0007] 所述编码器位置采集模块用于采集编码器信号，并由采集到的编码器信号计算得 到实际位置，再将实际位置传输至所述主处理器；
[0008] 所述主处理器用于获取期望轮廓信息，然后计算期望轮廓；并且该主处理器与 所述编码器位置采集模块连接，将计算得到的期望轮廓与实际位置比较，计算得到轮廓误 差；
[0009] 此外，该轮廓误差测量系统还包括独立配置的编码器信号转接控制器，所述编码 器信号转接控制器包括编码器信号输入接口、编码器信号直接输出接口、光电耦合器和编 码器信号引出接口；
[0010] 所述编码器信号输入接口用于接收来自伺服驱动器的编码器信号；
[0011] 所述编码器信号直接输出接口与所述编码器信号输入接口直接连接，用于传输编 码器信号至运动控制器；
[0012] 所述编码器信号引出接口通过所述光电耦合器与所述编码器信号输入接口连接， 用于传输编码器信号至所述编码器位置采集模块。
[0013] 作为本发明的进一步优选，所述主处理器为DSP或ARM中的一种。
[0014] 作为本发明的进一步优选，所述轮廓误差测量系统还包括串行口，所述期望轮廓 信息通过该串行口输入至所述主处理器，所述轮廓误差通过该串行口向外输出。
[0015] 作为本发明的进一步优选，所述编码器信号引出接口为DB15接头。
[0016] 作为本发明的进一步优选，所述编码器位置采集模块为FPGA。
[0017] 通过特别设计的编码器信号转接控制器，把运动控制系统中的编码器实时位置信 息输入到主处理器中，并结合期望轮廓，计算轮廓误差，并再次通过串行口等将轮廓误差输 出到运动控制平台或计算机等设备。通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比， 由于将轮廓误差测量系统与伺服、运动控制系统拆分，使轮廓误差测量系统独立配置并进 行独立控制，且该轮廓误差测量系统不受运动控制系统软硬件的制约，使用于运动控制系 统的轮廓误差测量系统可以与不同的伺服、运动控制系统组合后使用，能够方便的获得轮 廓误差信号，应用方便、灵活。并且，独立配置的轮廓误差测量系统由于可以采用存储器等 单独存储轮廓误差计算所需的程序，在实际应用中，可结合实际程序算法的要求灵活调整 程序，使得轮廓误差测量系统更加灵活、高效。另外，由于将轮廓误差测量系统和运动控制 系统分离开来，两者可以单独独立进行开发，能够极大的减轻系统的开发难度，便于用户进 行模块化的设计和开发。
[0018] 按照本发明的另一个方面，提供了一种利用所述的用于对多轴运动控制系统测量 轮廓误差的系统测量轮廓误差的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0019] (1)向所述主处理器输入期望轮廓信息，由所述主处理器计算期望轮廓；
[0020] (2)通过所述编码器信号转接控制器向所述编码器位置采集模块传输编码器信 号，所述编码器位置采集模块根据该编码器信号计算实际位置；
[0021] (3)所述主处理器根据所述期望轮廓与实际位置计算得到轮廓误差。
[0022] 通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于将轮廓误差测量系统 与伺服、运动控制系统拆分，采用独立配置的轮廓误差测量系统，并且该轮廓误差测量系统 不受运动控制系统软硬件的制约，使用于多轴运动控制系统的轮廓误差测量系统可以与不 同的伺服、运动控制系统组合后使用，能够方便的获得轮廓误差信号，应用方便、灵活。另一 方面，由于可以采用存储器等存储轮廓误差计算所需的程序，在实际应用中，可结合实际程 序算法的要求灵活调整存储器存储的程序，使得轮廓误差测量系统更加灵活、高效。另外， 由于将轮廓误差测量系统和运动控制系统分离开来，使两者能够单独独立开发，能够极大 的减轻系统的开发难度，便于用户进行模块化的设计和开发。
【附图说明】
[0023] 图1是本发明用于对多轴运动控制系统测量轮廓误差的系统的结构示意图，图 中，1-独立控制器，2-编码器信号转接控制器；
[0024] 图2是轮廓误差的计算示意图。
【具体实施方式】
[0025] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0026] 实施例1
[0027] 如图1所示，用于对多轴运动控制系统测量轮廓误差的系统，包括独立配置的编 码器位置采集模块和主处理器，此外，还包括独立配置的编码器信号转接控制器2 ;编码器 位置采集模块和主处理器组成了独立控制器1。主处理器和编码器位置采集模块均为独立 配置。其中，
[0028] 所述编码器位置采集模块用于采集编码器信号，并由采集到的编码器信号计算得 到实际位置，再将实际位置传输至所述主处理器；
[0029] 所述主处理器为DSP，用于获取期望轮廓信息，然后计算期望轮廓；并且该主处理 器与所述编码器位置采集模块连接，将计算得到的期望轮廓与实际位置比较，计算得到轮 廓误差；
[0030] 所述编码器信号转接控制器包括编码器信号输入接口、编码器信号直接输出接 口、光电耦合器和编码器信号引出接口；
[0031] 所述编码器信号输入接口用于接收来自伺服驱动器的编码器信号；
[0032] 所述编码器信号直接输出接口与所述编码器信号输入接口直接连接，用于传输编 码器信号至运动控制器；
[0033] 所述编码器信号引出接口通过所述光电耦合器与所述编码器信号输入接口连接， 用于传输编码器信号至所述编码器位置采集模块。
[0034] 该轮廓误差测量系统还包括以太网和串行口，所述期望轮廓信息通过该以太网和 串行口输入至所述主处理器，所述轮廓误差通过该以太网和串行口向外输出。该以太网和 串行口可以设置在独立控制器1内。
[0035] 该轮廓误差测量系统还包括存储器，用于存储期望轮廓计算程序以及轮廓误差计 算程序。所述主处理器用于调用所述存储器中的期望轮廓计算程序，从所述期望轮廓信息 得到期望轮廓；并用于调用所述存储器中的轮廓误差计算程序，从所述期望轮廓和实际位 置得到轮廓误差。存储器包括RAM和Flash存储器，所述RAM用于存储所述主处理器计算 过程中的临时数据，所述Flash存储器用于存储所述期望轮廓计算程序和轮廓误差计算程 序。
[0036] 编码器信号转接控制器2用于实时编码器信号的传输，如图1所示，编