专利类型 | 发明授权 | 法律事件 | 实质审查; 授权; |
专利有效性 | 有效专利 | 当前状态 | 授权 |
申请号 | CN202411711542.X | 申请日 | 2024-11-27 |
公开(公告)号 | CN119200503B | 公开(公告)日 | 2025-03-14 |
申请人 | 浙江中威智能家具有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
发明人 | 陈政; 卢会丽; 陈国威; | 第一发明人 | 陈政 |
权利人 | 浙江中威智能家具有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
当前权利人 | 浙江中威智能家具有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
省份 | 当前专利权人所在省份:浙江省 | 城市 | 当前专利权人所在城市:浙江省温州市 |
具体地址 | 当前专利权人所在详细地址:浙江省温州市乐清市清江镇工业功能区 | 邮编 | 当前专利权人邮编:325000 |
主IPC国际分类 | G05B19/404 | 所有IPC国际分类 | G05B19/404 |
专利引用数量 | 3 | 专利被引用数量 | 0 |
专利权利要求数量 | 5 | 专利文献类型 | B |
专利代理机构 | 宁波源帆专利代理事务所 | 专利代理人 | 钟家俊; |
摘要 | 本 发明 公开了一种基于多源 温度 数据融合激光雕刻机温度补偿控制系统,包括:温度采集模 块 ,包括布置在激光雕刻机关键部位的多个温度 传感器 ,用于获取整体温度场分布数据; 算法 模块,包括:改进型卡尔曼滤波算法,用于消除温度数据噪声;多点加权融合算法,用于对多点温度数据进行空间分布融合计算;热 变形 预测算法,集成热传导、自然 对流 与 辐射 换热模型,用于预测整体系统温度变化;自适应补偿算法,根据实时误差反馈动态调整PID参数;补偿执行模块,用于根据算法模块输出的补偿量对激光雕刻机进行实时 位置 补偿。 | ||
权利要求 | 1.一种基于多源温度数据融合激光雕刻机温度补偿控制系统,其特征在于,包括: |
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说明书全文 | 一种基于多源温度数据融合激光雕刻机温度补偿控制系统技术领域[0001] 本发明涉及一种激光雕刻机的温度补偿系统,尤其涉及一种基于多源温度数据融合激光雕刻机温度补偿控制系统。 背景技术[0002] 激光雕刻机是一种高精度的数控加工设备,广泛应用于工业制造、艺术创作等领域。随着加工精度要求的不断提高,热变形补偿控制已成为保证加工质量的关键技术。目前 市场上的激光雕刻机温度补偿控制系统通常由温度传感器、数据采集、补偿控制器和执行 机构等部分组成,用于实时监测和补偿热变形带来的误差。 [0003] 现有的激光雕刻机温度补偿系统主要采用单点温度测量方式,通过在机床关键部位安装温度传感器,获取局部温度数据。系统根据采集到的温度信息,利用预先建立的线性 补偿模型,计算热变形量并进行位置补偿。这种补偿方式在一定程度上能够减少热变形带 来的加工误差,提高加工精度。 [0004] 然而,在激光雕刻机的实际加工过程中,由于激光能量的热效应以及环境温度变化,导致机械结构产生热变形,影响加工精度。激光束在工作过程中会产生大量热量,这些 热量通过热传导、热对流等方式在机床结构中传播,造成复杂的温度场分布。现有的单点温 度测量方法无法全面反映整个系统的温度分布状态,获取的温度信息有限,难以准确描述 热变形的空间分布特征。 [0005] 此外,传统的线性补偿算法过于简化,未能考虑温度场的动态变化特性和热变形的非线性特征。在实际加工过程中,机床各部件之间存在复杂的热耦合关系,热变形具有明 显的滞后性和非线性特征。简单的线性补偿模型难以准确描述这种复杂的热‑机械耦合效 应,导致补偿效果不理想。 [0006] 同时,现有补偿算法缺乏自适应能力,难以应对复杂工况下的热变形补偿需求。在不同的加工工况下,如环境温度等发生变化时,热变形的特征也会相应改变。传统的固定参 数补偿算法无法根据工况变化自动调整补偿策略,难以保证补偿效果的稳定性。 [0007] 因此,开发一种基于多源温度数据融合的智能温度补偿控制系统具有重要的现实意义。这种系统不仅要实现温度场的全面监测,建立准确的热变形预测模型,还要具备自适 应补偿能力,以满足现代精密加工对加工精度的严格要求。 发明内容[0008] 本发明的目的是提供一种基于多源温度数据融合激光雕刻机温度补偿控制系统。这种基于多源温度数据融合的激光雕刻机智能温度补偿控制系统具有全面的温度场检测 及预测功能,并且具有自适应补偿能力。 [0009] 本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的: [0010] 一种基于多源温度数据融合激光雕刻机温度补偿控制系统,包括:温度采集模块,包括布置在激光雕刻机关键部位的多个温度传感器,用于获取整体温度场分布数据;算法 模块,包括:改进型卡尔曼滤波算法,用于消除温度数据噪声;多点加权融合算法,用于对多 点温度数据进行空间分布融合计算;热变形预测算法,集成热传导、自然对流与辐射换热模 型,用于预测整体系统温度变化;自适应补偿算法,根据实时误差反馈动态调整PID参数;补 偿执行模块,用于根据算法模块输出的补偿量对激光雕刻机进行实时位置补偿。 [0011] 本发明进一步设置为: [0012] 所述改进型卡尔曼滤波算法的滤波方程步骤包括: [0013] (1)进行状态预测:X(k|k‑1)=AX(k‑1|k‑1)+BU(k); [0014] (2)计算预测误差协方差:P(k|k‑1)=AP(k‑1|k‑1)AT+Q; [0015] (3)计算卡尔曼增益:Kg(k)=P(k|k‑1)HT[HP(k|k‑1)HT+R]‑1; [0016] (4)更新状态:X(k|k)=X(k|k‑1)+Kg(k)[Z(k)‑HX(k|k‑1)]; [0017] (5)更新误差协方差:P(k|k)=[I‑Kg(k)H]P(k|k‑1); [0018] 其中,X:系统状态向量,k:当前时刻,k‑1:前一时刻,X(k|k‑1):k时刻的先验估计(预测值),X(k|k):k时刻的后验估计(修正值),X(k‑1|k‑1):k‑1时刻的最优估计;A:状态转移矩阵,描述系统状态如何从k‑1时刻转移到k时刻;B:控制输入矩阵;H:观测矩阵,将状态 空间映射到观测空间;I:单位矩阵;U(k):控制输入向量;Z(k):实际测量值;P(k|k‑1):先验 估计误差协方差;P(k|k):后验估计误差协方差;P(k‑1|k‑1):上一时刻的估计误差协方差; T ‑1 Q:过程噪声协方差矩阵;R:测量噪声协方差矩阵;Kg(k):卡尔曼增益;:矩阵转置;:矩阵 求逆。 [0019] 本发明进一步设置为:所述多点加权融合算法的温度数据加权融合步骤为:(1)获取各测点温度值Ti;(2)通过最小二乘法确定各测点权重系数wi;(3)计算空间任意点温度 值:T(x,y,z)=Σ(wi·Ti)/Σwi‑(q/k)Δx;其中,q为热流密度,k为导热系数,Δx为空间距 离。 [0020] 本发明进一步设置为:所述热变形预测算法步骤包括: [0021] (1)求解热传导方程: [0022] ; [0023] (2)计算边界热交换:q=h(Ts‑T∞)+εσ(Ts4‑T∞4);其中,h为对流换热系数,Ts为表面温度,T∞为环境温度,ε为辐射率,σ为Stefan‑Boltzmann常数。 [0024] 本发明进一步设置为: [0025] 所述自适应补偿算法步骤包括: [0026] (1) 计算补偿量:C(t)=Kp·e(t)+Ki∫e(t)dt+Kd·de(t)/dt; [0027] (2) 动态调整PID参数: [0028] dKp/dt=γp·e(t)·|e(t)| [0029] dKi/dt=γi·e(t)·∫e(t)dt [0030] dKd/dt=γd·e(t)·de(t)/dt; [0031] 其中,γp、γi、γd为学习率参数。 [0032] 本发明进一步设置为:所述热变形量的计算公式为: [0033] [0035] 综上,本发明具有以下有益效果:这种基于多源温度数据融合的激光雕刻机智能温度补偿控制系统克服了传统激光雕刻机仅依赖单点温度测量的技术局限,提出了基于多 源温度数据融合的补偿控制方案。通过在机床关键部位布置的多点温度传感器网络,结合 改进型卡尔曼滤波和多点加权融合算法,实现了对整个机床温度场分布的精确描述。在热 变形预测方面,将热力学理论与边界补偿算法相结合,不仅考虑了热传导方程,还将环境温 度导致的自然对流与辐射换热纳入计算模型,从而克服了传统线性补偿模型无法准确描述 复杂热‑机械耦合效应的问题。这种基于多源数据融合的智能补偿方法,显著提升了系统对 复杂工况下热变形的预测和补偿能力。 附图说明 具体实施方式[0037] 在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“页”、“底”“内”、“外”、"顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特 定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。 [0038] 此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者 隐含地包括一个或者更多个该特征。 [0039] 在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接, 也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的 连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具 体含义。 [0040] 以下结合附图对本发明作进一步详细说明。 [0041] 一种基于多源温度数据融合激光雕刻机温度补偿控制系统,包括温度采集模块,用于对多点位的温度进行数据采集。对多点位温度数据进行处理并计算补偿量的算法模 块,以及对补偿量进行对应调整的补偿执行模块。图1为整体过程的流程图。 [0042] 温度采集模块包括设置在激光雕刻机上的若干高精度PT100温度传感器,其采样频率为10Hz,测量精度±0.1℃。根据温度场测量的权重不同,本申请在主轴箱设置4个测 点,工作台设置4个测点,机床立柱设置2个测点,环境温度设置2个测点。通过温度传感器对 各个测点位的温度进行实时测量,并采集温度数据至算法模块中。 [0043] 2、算法模块 [0044] 算法模块包括对采集的多点位温度数据进行滤波消除噪声的滤波算法、用于对多点位温度进行加权的多点融合算法、用于预测整体系统温度变化的热变形预测算法、用于 对环境温度边界条件进行计算补偿量的边界补偿算法、用于对补偿量进行计算的自适应算 法。 [0045] 其中,滤波算法采用改进型卡尔曼滤波算法进行温度噪声消除,其滤波方程为: [0046] ①X(k|k‑1)=AX(k‑1|k‑1)+BU(k) [0047] ②P(k|k‑1)=AP(k‑1|k‑1)AT+Q [0048] ③Kg(k)=P(k|k‑1)HT[HP(k|k‑1)HT+R]‑1 [0049] ④X(k|k)=X(k|k‑1)+Kg(k)[Z(k)‑HX(k|k‑1)] [0050] ⑤P(k|k)=[I‑Kg(k)H]P(k|k‑1) [0051] X:系统状态向量,k:当前时刻,k‑1:前一时刻,X(k|k‑1):k时刻的先验估计(预测值),X(k|k):k时刻的后验估计(修正值),X(k‑1|k‑1):k‑1时刻的最优估计;A:状态转移矩 阵,描述系统状态如何从k‑1时刻转移到k时刻;B:控制输入矩阵;H:观测矩阵,将状态空间 映射到观测空间;I:单位矩阵;U(k):控制输入向量;Z(k):实际测量值;P(k|k‑1):先验估计 误差协方差;P(k|k):后验估计误差协方差;P(k‑1|k‑1):上一时刻的估计误差协方差;Q:过 T ‑1 程噪声协方差矩阵;R:测量噪声协方差矩阵;Kg(k):卡尔曼增益;:矩阵转置;:矩阵求逆。 [0052] 上述,公式①为状态预测方程,可预测下一时态中温度的变化状态。公式②为预测误差协方差方程,用于计算预测过程中产生的不确定性。公式③为卡尔曼增益计算,决定预 测值和测量值的权重比例。公式④为状态更新方程,用于融合整合预测值与测量值;公式⑤ 为更新误差协方差。 [0053] 在上述滤波算法的计算后,能够滤除温度传感器的测量噪声,提供更加平滑、准确的温度数据,改善系统的测量精度,提高后续补偿量计算的稳定性。 [0054] 其中,多点融合算法主要用于多点温度场分布计算,主要包括温度数据加权融合公式: [0055] T(x,y,z)=Σ(wi·Ti)/Σwi‑(q/k)Δx [0056] Ti为第i个测点的温度值,wi为相应权重系数,通过最小二乘法优化确定。 [0057] 通过上述的加权融合计算,将多点位的温度数据根据权重进行整合。 [0058] 其中,热变形预测算法基于热力学理论,考虑材料的热传导方程如下: [0059] [0060] T为温度场函数,t为时间,D为热扩散系数,ρ为材料密度,c为比热容;q为热流密度。 [0061] x:工作台横向运动方向; [0062] y:工作台纵向运动方向; [0063] z:激光头升降方向; [0064] :表示温度在x方向上的二阶偏导数,描述x方向的热传导; [0065] :表示温度在y方向上的二阶偏导数,描述y方向的热传导; [0066] :表示温度在z方向上的二阶偏导数,描述z方向的热传导; [0067] 通过将多点数据输入算法模块中,求解上述的偏微分方程,可得到整体系统的温度场分布。 [0068] 其中,考虑环境温度的边界补偿算法的边界条件考虑到自然对流与辐射换热过程,即: [0069] q=h(Ts‑T∞)+εσ(Ts4‑T∞4) [0070] 其中,上述公式的字母含义如下: [0071] q:表面总热流密度(热通量),单位为W/m²,代表单位面积上的热量传递率 [0072] 对流换热项h(Ts‑T∞): [0073] h:对流换热系数,单位为W/(m·K),描述空气流动导致的热量传递能力,与空气流动状态、物体形状等有关 [0074] Ts:物体表面温度,单位为K(开尔文) [0075] T∞:环境温度(远场温度),单位为K [0076] 辐射换热项εσ(Ts4‑T∞4): [0077] ε:辐射率(发射率),无量纲,取值范围0‑1,描述物体表面辐射能力,完全黑体ε=1,‑8 4 实际物体ε<1,σ:Stefan‑Boltzmann常数,取值为5.67×10 W/(m²·K) [0078] Ts4:物体表面温度的四次方 [0079] T∞4:环境温度的四次方 [0080] 考虑环境温度的边界补偿算法能够用于计算机床整体结构的热量损失,预测温度场的分布,并且评估散热效果,能够对热变形补偿计算进行优化,提高补偿精度。 [0081] 其中,在上述温度场分布计算完成后,可通过对热变形量进行计算,从而获取多点融合温度场所需的补偿量。具体公式如下: [0082] [0083] 其中,ΔL:长度变化量(热变形量),单位通常为毫米(mm) [0084] L0:构件的初始长度,单位为毫米(mm) [0085] α:材料的线性热膨胀系数,单位为1/℃或K‑1 [0086] T:当前温度,单位为摄氏度(℃)或开尔文(K) [0087] T0:参考温度(初始温度),单位为摄氏度(℃)或开尔文(K) [0088] K:导热系数 [0089] :温度梯度 [0090] 通过上述公式,能够预测激光雕刻机的各个部件的热变形量,进而计算补偿量,并且能够用于预测评估热变形的影响程度。 [0091] 在获得上述的多点融合温度场分布的热变形量后,通过自适应算法对补偿量进行对应计算。 [0092] 自适应算法包括改进型PID控制方程,具体如下: [0093] C(t)=Kp·e(t)+Ki·∫e(t)dt+Kd·de(t)/dt [0094] 其中,C(t)为补偿量,e(t)为热变形误差,Kp、Ki、Kd为自适应PID参数,通过实时误差反馈进行调整: [0095] dKp/dt=γp·e(t)·|e(t)| [0096] dKi/dt=γi·e(t)·∫e(t)dt [0097] dKd/dt=γd·e(t)·de(t)/dt [0098] 其中,公式中的各个字母的含义如下: [0099] Kp:比例系数 [0100] Ki:积分系数 [0101] Kd:微分系数 [0102] dKp/dt,dKi/dt,dKd/dt:这些参数随时间的变化率 [0103] e(t):当前误差,即目标值与实际值的差 [0104] |e(t)|:误差的绝对值 [0105] ∫e(t)dt:误差的积分项,表示累积误差 [0106] de(t)/dt:误差的导数项,表示误差变化率 [0107] γp:比例项的学习率 [0108] γi:积分项的学习率 [0109] γd:微分项的学习率 [0110] dKp/dt=γp•e(t)•|e(t)|:比例系数的调整速率与当前误差和误差绝对值成正比 [0111] dKi/dt=γi•e(t)•∫e(t)dt:积分系数的调整速率与当前误差和累积误差成正比 [0112] dKd/dt=γd•e(t)•de(t)/dt:微分系数的调整速率与当前误差和误差变化率成正比 [0113] 通过上述补偿量公式,能够根据热变形量自适应调整控制参数,并且根据时间算法针对不同的情形自我学习,针对性的计算调整补偿量。 [0114] 通过上述算法计算补偿量的结果如下: [0115] X'=X+Cx [0116] Y'=Y+Cy [0117] Z'=Z+Cz [0118] 其中,Cx,Cy,Cz为x,y,z轴方向上所计算出的补偿量,X,Y,Z为系统启动时的初始位置坐标,X',Y',Z'为通过补偿量调整后的位置坐标。 [0119] 其中,补偿执行模块包括高精度位移传感器,可设置其分辨率为0.1μm,并通过激光雕刻机的CNC控制系统的位置指令实现补偿,将相应的坐标位置进行更改。 [0120] 为了更好的理解本发明,本发明提供了相应的实验证明本申请的温度补偿机制。主要如下: [0121] 一、设定条件: [0122] 1、设定环境参数:温度:25±1℃;相对湿度:45±5%;气压:101.325±0.5kPa。 [0123] 2.设定设备参数:激光功率:2000W;工作台尺寸:1500mm×1000mm;主轴转速:12000r/min;定位精度:±2μm;重复定位精度:±1μm。 [0124] 3.测量设备:12个PT100温度传感器(精度:±0.1℃);3个高精度位移传感器(分辨率:0.1μm);圆度仪(精度:0.1μm);平面度测量仪(精度:0.1μm)。 [0125] 4.静态热特性测试:持续时间:4小时;采样间隔:10分钟;测量项目:各测点温度、关键位置位移量 [0126] 5.动态加工测试:持续时间:8小时;采样间隔:30分钟;测量项目:温度场、热变形量、加工精度 [0128] 二、数据结果 [0129] 1.温度场分布完整数据: [0130] 2.热变形量数据(未补偿): [0131] 3.补偿控制参数自适应调整数据: [0132] 4.补偿后位置误差数据: [0133] 5.标准测试件加工精度数据: [0134] 三、结果分析 [0136] 2.热变形补偿效果:未补偿最大热变形:123.2±0.9μm;补偿后最大残余误差:6.9±0.2μm;补偿效率:94.4%;系统响应时间:85ms [0137] 3.加工精度分析:圆度保持性:偏差增量<0.9μm;平面度保持性:偏差增量<0.8μm;尺寸精度:维持在±5μm范围;表面粗糙度:Ra值增量<0.3μm [0138] 4.系统稳定性:温度补偿参数自适应调整平稳;8小时连续运行无异常;补偿效果随时间波动<±0.3μm [0139] 四、结论 [0140] 1.补偿效果:该温度补偿系统能将热变形引起的误差从120μm量级降至7μm量级,补偿效率达94%以上。 [0141] 2.动态特性:系统响应时间<100ms,补偿参数自适应调整稳定,无过冲现象。 [0142] 3.加工精度:补偿后的加工精度波动控制在±5μm范围内,满足高精度加工要求。 [0143] 4.系统可靠性:8小时连续运行测试表明,系统具有良好的稳定性和可靠性,补偿效果持久稳定。 [0144] 为了更为方便的理解本发明的计算过程,本申请举例说明并提供了完整的算法计算过程分析: [0145] 1.温度数据采集 [0146] 主轴箱:34.8±0.1℃ [0147] 工作台:29.9±0.2℃ [0148] 立柱:27.5±0.15℃ [0149] 环境温度:25.0±0.1℃ [0150] 2.卡尔曼滤波处理 [0151] (1)系统参数:A=1(状态转移);H=1(观测矩阵);Q=0.001(过程噪声);R=0.01(测量噪声) [0152] (2)主轴箱滤波: [0153] X(k|k‑1)=34.7℃ [0154] P(k|k‑1)=0.041 [0155] Kg(k)=0.804 [0156] X(k|k)=34.78℃ [0157] P(k|k)=0.008 [0158] 滤波结果: [0159] 主轴箱:34.78℃ [0160] 工作台:29.85℃ [0161] 立柱:27.48℃ [0162] 环境:24.98℃ [0163] 3.温度场计算(考虑边界条件) [0164] (1)边界热流计算:对流换热系数h=12W/(m²·K);辐射系数ε=0.92;Stefan‑‑8 4 Boltzmann常数σ=5.67×10 W/(m²·K );表面温度Ts=31.22℃=304.37K;环境温度T∞= 24.98℃=298.13K [0165] (2)热流密度计算: [0166] q=h(Ts‑T∞)+εσ(Ts4‑T∞4) [0167] =12(304.37‑298.13)+0.92×5.67×10‑8(304.374‑298.134) [0168] =74.88W/m² [0169] (3)温度场计算: [0171] 温度梯度: [0172] (4)多点温度融合(考虑边界效应): [0173] 权重:w1=0.4,w2=0.35,w3=0.25 [0174] T(x,y,z)=(0.4×34.78+0.35×29.85+0.25×27.48)/1‑0.316×Δx=31.22‑0.00316=31.217℃ [0175] (5)热传导方程求解: [0176] [0177] 其中,设定时间段Δt=1s,Δx=Δy=Δz=0.01m [0178]‑5 ‑5 =31.217+9.8×10 ×(‑0.316)+3.1×10 =31.217℃ [0179] 4.热变形计算 [0180] 特征长度L0=800mm;线膨胀系数α=23×10‑6/℃;温差ΔT=31.217‑24.98=6.237℃; [0181] 变形量计算: [0182] ΔL=L0αΔT=800×23×10‑6×6.237=0.1149mm=114.9μm [0183] 5.PID补偿计算 [0184] 初始参数: [0185] Kp=0.85,Ki=0.06,Kd=0.03 [0186] 学习率:γp=0.001,γi=0.0001,γd=0.0002 [0187] 误差e(t)=114.9μm [0188] 参数更新: [0189] dKp/dt=0.001×114.9×114.9=13.202 [0190] dKi/dt=0.0001×114.9×∫114.9dt=1.377 [0191] dKd/dt=0.0002×114.9×(de/dt)=0.459 [0192] 更新后的数据: [0193] 更新后的PID参数(Δt=1s): [0194] Kp_new=Kp+dKp/dt×Δt=0.85+13.202×1=14.052 [0195] Ki_new=Ki+dKi/dt×Δt=0.06+1.377×1=1.437 [0196] Kd_new=Kd+dKd/dt×Δt=0.03+0.459×1=0.489 [0197] 以X方向为例: [0198] Cx(t)=Kp_new·ex(t)+Ki_new·∫ex(t)dt+Kd_new·dex(t)/dt [0199] 其中: [0200] ex(t)=114.9×cos(θx)μm(θx为热变形与X轴夹角) [0201] ∫ex(t)dt=114.9×cos(θx)×Δtμm·s [0202] dex(t)/dt=0.2×cos(θx)μm/s [0203] 假设与坐标轴夹角: [0204] θx=12°(X轴) [0205] θy=8°(Y轴) [0206] θz=5°(Z轴) [0207] 代入X方向计算: [0208] ex(t)=114.9×cos(12°)=112.3μm [0209] ∫ex(t)dt=112.3×1=112.3μm·s [0210] dex(t)/dt=0.2×cos(12°)=0.196μm/s [0211] Cx=14.052×112.3+1.437×112.3+0.489×0.196=112.1μm(取最终补偿量的1/15,避免过度补偿) [0212] 同理计算Y方向:ey(t)=114.9×cos(8°)=113.8μm;Cy=113.6μm; [0213] Z方向:ez(t)=114.9×cos(5°)=114.4μm;Cz=114.3μm [0214] 补偿量计算: [0215] Cx=112.1μm [0216] Cy=113.6μm [0217] Cz=114.3μm [0218] 6.坐标补偿执行 [0219] 初始位置(100.000,200.000,300.000)mm [0220] 补偿后坐标: [0221] X'=100.000+0.1121=100.1121mm [0222] Y'=200.000+0.1136=200.1136mm [0223] Z'=300.000+0.1143=300.1143mm [0224] 综上,本发明具有以下有益效果:这种基于多源温度数据融合的激光雕刻机智能温度补偿控制系统克服了传统激光雕刻机仅依赖单点温度测量的技术局限,提出了基于多 源温度数据融合的补偿控制方案。通过在机床关键部位布置的多点温度传感器网络,结合 改进型卡尔曼滤波和多点加权融合算法,实现了对整个机床温度场分布的精确描述。在热 变形预测方面,将热力学理论与边界补偿算法相结合,不仅考虑了热传导方程,还将环境温 度导致的自然对流与辐射换热纳入计算模型,从而克服了传统线性补偿模型无法准确描述 复杂热‑机械耦合效应的问题。这种基于多源数据融合的智能补偿方法,显著提升了系统对 复杂工况下热变形的预测和补偿能力。 |