一种机床精度分析方法、虚拟检测系统及设备

摘要

本发明适用于机床测试领域，提供了一种机床精度分析方法、虚拟检测系统及设备，所述方法包括下述步骤：根据机床的结构构建物理检测系统，并由物理检测系统检测得出温度场、机床精度测试结果；根据所述物理检测系统的参数及其得出的温度场测试结果构建虚拟检测系统，并根据所述物理检测系统得出的机床精度测试结果校准所述虚拟检测系统。在本发明中，根据机床的结构构建物理检测系统，通过物理检测系统的检测结果构建、校准虚拟检测系统，实现了一种机床精度分析方法，提高机床的精度、加工质量和效率，降低新产品的设计周期、节约设计研发成本。

说明书

技术领域

本发明属于机床测试领域，尤其涉及一种机床精度分析方法、虚拟检测系统及设备。

背景技术

考虑到机床高精度、高效率的要求，例如机床精度需要控制在几微米之内，效率则要在保持在300孔/分钟以上。而电机、运动摩擦等因素对整机的温度场分布以及产生的变形都会影响机床的精度。现在行业内普遍采用光栅尺、激光干涉仪对机器定位精度进行补偿等方法，其优点在于简单、快速、节省成本，其补偿结果基本可以满足设计要求。但同时也存在一些问题，例如：补偿结果是针对装配工艺过程中的误差、控制系统进行补偿的，对于在加工过程中温度场变化导致的变形，特别是电机变形对钻头加工精度的影响、分析、解决的方法还是十分有限。

现有技术仅针对机床高速运动、加工过程中定位精度问题，通过控制系统参数调整、测试仪器进行补偿以达到设计要求。但是，没有考虑温度场对机床精度影响，导致机床加工质量、效率低。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种机床精度分析方法，旨在解决现有技术没有考虑温度场对机床精度影响，导致机床加工质量、效率低的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种机床精度分析方法，所述方法包括下述步骤：

根据机床的结构构建物理检测系统，并由物理检测系统检测得出温度场、机床精度测试结果；

根据所述物理检测系统的参数及其得出的温度场测试结果构建虚拟检测系统，并根据所述物理检测系统得出的机床精度测试结果校准所述虚拟检测系统。

本发明实施例的另一目的在于提供一种虚拟检测系统，所述虚拟检测系统包括：

设置单元，用于根据物理检测系统的参数及其得出的温度场测试结果设置所述虚拟检测系统；

分析单元，用于根据设置好的虚拟检测系统进行温度场对机床精度影响分析；以及

校准单元，用于根据物理检测系统得出的机床精度测试结果和所述分析单元分析得到的机床精度分析结果校准所述虚拟检测系统。

本发明实施例的另一目的在于提供一种机床精度分析设备，所述设备包括物理检测系统和上述的虚拟检测系统；

所述物理检测系统，包括温度测试仪器和精度测试仪器，用于根据机床的结构确定放置所述温度测试仪器和精度测试仪器的测试点，由所述温度测试仪器、精度测试仪器得到温度场测试结果、机床精度测试结果。

在本发明实施例中，根据机床的结构构建物理检测系统，通过物理检测系统的检测结果构建、校准虚拟检测系统，实现了一种机床精度分析方法，提高机床的精度、加工质量和效率，降低新产品的设计周期、节约设计研发成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的机床精度分析方法的实现流程图；

图2是本发明实施例提供的PCB钻孔机与温度测试仪器、精度测试仪器测试点的位置示意图；

图3是本发明实施例提供的虚拟检测系统的结构图；

图4是本发明实施例提供的PCB钻孔机虚拟模型和温度测试点、机床精度测试点的位置示意图。

具体实施方式

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。

在本发明实施例中，根据机床的结构构建物理检测系统，通过物理检测系统的检测结果构建、校准虚拟检测系统。

图1示出了本发明实施例提供的机床精度分析方法的实现流程，详述如下：

在步骤S101中，根据机床的结构构建物理检测系统，并由物理检测系统检测得出温度场、机床精度测试结果；

在步骤S102中，根据物理检测系统的参数及其得出的温度场测试结果构建虚拟检测系统，并根据物理检测系统得出的机床精度测试结果校准虚拟检测系统。

在本发明实施例中，机床即为印刷电路板(Printed circuit board，PCB)钻孔机，考虑温度场对PCB钻孔机精度的影响。上述步骤S101具体为：

1.根据PCB钻孔机的结构确定温度测试点、机床精度测试点；

2.分别在各温度测试点、机床精度测试点布置温度测试仪器、精度测试仪器；

3.在无钻头情况下运行PCB钻孔机，由各温度测试仪器、精度测试仪器得到温度场测试结果、机床精度测试结果。

这里，各温度测试点即形成温度场，各温度测试仪器测到的温度形成温度场测试结果。物理检测系统主要用于在无钻头的工作状态下，测试温度场对机床精度的影响。当然，为了以后查询等需要，物理检测系统还可以保存得到温度场测试结果、机床精度测试结果。

接着，构建并校准虚拟检测系统，虚拟检测系统利用计算机辅助工程(Computer Aided Engineering，CAE)仿真技术进行温度场对机床精度影响分析，物理检测系统的参数包括机床结构、机床运动模式等，上述步骤S102具体为：

1.根据PCB钻孔机建立PCB钻孔机虚拟模型；

这里，在有限元法(Finite Element Method，FEM)软件中建立PCB钻孔机虚拟模型。

2.根据物理检测系统中设置的温度测试点、机床精度测试点在PCB钻孔机虚拟模型相应位置设置温度测试点、机床精度测试点；

3.将物理检测系统得出的温度场测试结果作为PCB钻孔机虚拟模型的温度载荷加载方案；

4.根据物理检测系统得出的机床精度测试结果和虚拟检测系统分析得到的机床精度分析结果校准虚拟检测系统。

如果物理检测系统得出的机床精度测试结果与虚拟检测系统分析得到的机床精度分析结果的差值在预设的范围内，则认为建立的虚拟检测系统已经达到要求，结束校准；否则，调整虚拟检测系统的相应参数，重新得到机床精度分析结果并执行4，再与物理检测系统得出的机床精度测试结果比较，继续校准，直至校准为止。一般，认为物理检测系统得出的机床精度测试结果与虚拟检测系统分析得到的机床精度分析结果的差值在1～3％的范围内为达到要求。

为了进一步提高产品的质量，作为本发明的一个优选实施例，机床精度分析方法还包括：

在校准后的虚拟检测系统中进行整机温度场控制方案优化，提出整机温度场控制方案。

这里，在校准后的虚拟检测系统中进行整机温度场控制方案优化，提出整机温度场控制方案，即调整电机位置、温度、冷却方案等以使机床精度更高。这里，可以通过用户在虚拟检测系统中调整下述三方面，以使机床精度更高：1.温度补偿方案；2.PCB钻孔机主轴电机在机床钻板状态下温度场的范围，以及相应的冷却方案；3.部分散热源件位置方案。当然，得出的整机温度场控制方案可以包含上面三方面中的一个或多个方面。

因为物理检测系统的精度测试仪器不能在有钻头钻孔的过程中进行测试，所以在有钻头钻孔的机床中温度场、机床精度都会与物理检测系统测试和虚拟检测系统的分析结果有一定的差异，所以为了进一步检验虚拟检测系统提出的整机温度场控制方案能否在工作状态下达到设计的要求，作为本发明的另一个优选实施例，机床精度分析方法进一步包括：

同时在物理检测系统和机床钻板测试中检测虚拟检测系统提出的一个或多个整机温度场控制方案，并确定一个用于整机温度场控制的方案。

这里，在物理检测系统和机床钻板测试中都检测提出的各整机温度场控制方案，根据物理检测系统检测到的温度场结果、机床精度测试结果和机床钻板测试中所加工PCB板的精度，确定符合设计要求并效果最好的一个用于整机温度场控制的方案。当然，如果提出的多个整机温度场控制方案都不可行或不符合设计要求，则继续在校准后的虚拟检测系统中进行整机温度场控制方案优化，提出整机温度场控制方案，并在物理检测系统和机床钻板测试中检测，以确定一个相对最优且可行的用于整机温度场控制的方案。

为了降低机床精度分析的成本，作为本发明的另一个优选实施例，机床钻板测试只检测所述物理检测系统检测确定的机床精度测试结果最高的整机温度场控制方案。那么，同时在物理检测系统和机床钻板测试中检测提出的多个整机温度场控制方案，并确定一个用于整机温度场控制的方案的步骤具体为：

1.在物理检测系统中检测提出的各整机温度场控制方案的温度场、机床精度，确定机床精度测试结果最高的整机温度场控制方案；

2.根据确定的机床精度测试结果最高的整机温度场控制方案进行机床钻板测试，测试所加工PCB板的精度；

3.判断所加工PCB板的精度是否在预设的许可范围内，是则结束，否则选择另一整机温度场控制方案进行机床钻板测试、判断，直至所加工PCB板的精度在预设的许可范围内。其中，所加工PCB板的精度一般可以用工序能力指数(Process Capability index，CPK)来描述，要求所加工PCB板的CPK值在1.33以上。

当然，本发明实施例提供的机床精度分析方法除了可以分析温度场对PCB钻孔机机床精度的影响，得出可行的整机温度场控制方案，还可以进行适当调整以用于分析其他机床。

本发明实施例还提供一种机床精度分析设备，该设备包括物理检测系统和虚拟检测系统。

其中，物理检测系统包括温度测试仪器和精度测试仪器。物理检测系统根据PCB钻孔机的结构确定放置温度测试仪器和精度测试仪器的测试点，并在无钻头情况下运行PCB钻孔机，由温度测试仪器、精度测试仪器得到温度场测试结果、机床精度测试结果。图2示出了本发明实施例提供的PCB钻孔机与温度测试仪器、精度测试仪器测试点的位置示意图，图中PCB钻孔机为201，温度测试仪器的测试点为202所指位置，精度测试仪器的测试点为203所指位置。

其中，温度测试仪器可以为一套温度测试系统，包括多个传感器、数据线、数据接收器、笔记本电脑等，精度测试仪器也可以为一套系统，包括多个传感器、数据线、数据接收器、笔记本电脑等。

为了进一步检验根据校准后的虚拟检测系统提出的整机温度场控制方案是否能在工作状态下达到设计的要求，作为本发明的另一个优选实施例，物理检测系统还检测整机温度场控制方案的温度场、机床精度，PCB钻孔机还根据整机温度场控制方案进行机床钻板测试，并测试所加工PCB板的精度。

当然，本发明实施例提供的物理检测系统中的PCB钻孔机还可以为其他机床。

图3示出了本发明实施例提供的虚拟检测系统的结构，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

设置单元301，根据物理检测系统的参数及其得出的温度场测试结果设置虚拟检测系统。

分析单元302，根据设置好的虚拟检测系统进行温度场对机床精度影响分析，其实现方法如上所述，不再赘述。

校准单元303，根据物理检测系统得出的机床精度测试结果和分析单元302分析得到的机床精度分析结果校准虚拟检测系统，其实现方法如上所述，不再赘述。

其中，设置单元301包括：

模型构建模块3011，根据物理检测系统检测的PCB钻孔机结构建立PCB钻孔机虚拟模型，其实现方法如上所述，不再赘述。

测试点设置模块3012，根据物理检测系统中设置的温度测试点、机床精度测试点在PCB钻孔机虚拟模型相应位置设置温度测试点、机床精度测试点。图4是本发明实施例提供的PCB钻孔机虚拟模型401和温度测试点402、机床精度测试点403的示意图。

温度载荷加载模块3013，将物理检测系统得出的温度场测试结果作为PCB钻孔机虚拟模型的温度载荷加载方案。

当然，除了PCB钻孔机，虚拟检测系统还可以对其他机床进行检测。

为了进一步提高产品的质量，作为本发明的一个优选实施例，虚拟检测系统还包括：

方案提出单元304，在校准后的虚拟检测系统中进行整机温度场控制方案优化，提出整机温度场控制方案，其实现方法如上所述，不再赘述。

在本发明实施例中，根据机床的结构构建物理检测系统，通过物理检测系统的检测结果构建、校准虚拟检测系统，实现了一种机床精度分析方法，提高机床的精度、加工质量和效率。

并且，在校准后的虚拟检测系统中进行整机温度场控制方案优化，提出整机温度场控制方案，并在物理检测系统和机床钻板测试中检测提出的整机温度场控制方案，进一步提高机床的精度。

另外，在新产品的样品阶段预测机床精度、稳定性，进行系统的温度场控制方案优化，降低新产品的设计周期、节约设计研发成本、提高产品的竞争力，并可以对产品提供设计参考。通过CAE技术预测新产品的工作环境要求，比如：为保证产品符合质量标准，对生产环境的温度场要求可提供给生产和标准制定部门、客户以参考。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。