數(shù)控機床振動測量和控制技術
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一般而言，數(shù)控機床的振動和震動有細微但很明確的區(qū)別（如圖1）：在電機帶寬以內的低頻運動通常稱之為振動，可以在保持機械結構不變的前提下進行消除和抑制；高于電機帶寬的高頻運動通常稱之為震動，往往需要對機械結構進行修改，增加機械的剛性達到減輕振動的目的。數(shù)控機床或機器人的振動能夠增加工件加工時間、降低表面質量甚至精度。
圖1. 振動和震動的區(qū)別
1. DAS（Direct Acceleration Sensor）加速度傳感器
傳統(tǒng)中采用慣性測量單元（IMU，Inertial Measurement Unit）可以進行慣性乃至振動的測量。但是，由于慣性測量單元的尺寸較大、成本較高以及測量頻率范圍過窄而難以用于數(shù)控機床和機器人行業(yè)。采用DAS加速度傳感器可以很好的適應數(shù)控機床應用，它具有尺寸緊湊（約100x100x30 mm）和測量頻率范圍近于電機頻率（約100 Hz）以及占用數(shù)控機床整機的成本較小（約占整機成本5%）等特點。同時，由于采用以太網（Ethernet）技術，DAS加速度傳感器的數(shù)據(jù)采集頻率約為100 Mb/s，可以滿足數(shù)控系統(tǒng)對采樣周期的較高要求。
在硬件結構上，DAS加速度傳感器采用大量的平面線性加速度計進行排列，能夠進行直線加速度和角加速度的測量，可測量軸數(shù)達6個。 在軟件功能上，DAS加速度傳感器中有豐富的DAS API庫函數(shù)，能夠通過Ethernet UDP和簡單的客戶/服務器協(xié)議與計算機進行通訊，允許用戶在Windows和Linux下開發(fā)多種應用，完成較為復雜的工作。
圖2. DAS加速度傳感器
通過加速度傳感器的DAS API庫，可以對采集到的加速度傳感器的加速度信息進行貝葉斯估算和傳感器融合算法進行刀具中心點TCP速度的估算。為驗證加速度傳感器對TCP速度估算的有效性，特進行實驗測試。在數(shù)控機床運行中，通過DAS加速度傳感器將刀具中心點TCP的加速度讀取到Orchestra運動控制平臺中進行速度估算，將此估算的結果與激光跟蹤儀測量的結果進行對比，已達到驗證基于加速度傳感器估算TCP速度的有效性（實驗模型如圖3）。需要注意的是，DAS加速度傳感器主要安裝在刀具中心點TCP的附近位置。
圖3. 基于加速度傳感器估算TCP速度可行性驗證
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