CN111774915B - 机床的定位方法及装置、机床设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机床的定位方法及装置、机床设备。其中，该方法包括：获取目标机床的进给轴的当前位置数据和上一次的检测滤波值，其中，上一次的检测滤波值是指在上一间隔时长内得到的滤波基础值；确定在获取进给轴的当前位置数据时的误差精度；基于误差精度和检测滤波值，对当前位置数据进行滤波处理，得到进给轴的坐标数据；基于进给轴的坐标数据，定位目标机床的进给轴的当前坐标。本发明解决了相关技术对机床进给轴的坐标定位精度，容易受到器件累积误差，导致出现不合格产品的技术问题。

Description

机床的定位方法及装置、机床设备

技术领域

本发明涉及机床控制技术领域，具体而言，涉及一种机床的定位方法及装置、机床设备。

背景技术

相关技术中，机床进给轴的坐标定位精度主要与丝杆的精度、进给电机编码器精度以及光栅尺等外部测量设备的最小精度误差等有关，在日常的生产过程中，一般都是取误差精度较小的测量器件的测量数据作为运动控制的基准。虽然精确测量器件的精度较高、误差相对较小，但是误差始终是存在的，当机床设备在做长时间连续的运动控制工作时(从零点出发之后不再回零)，有可能会因为误差的不断叠加积累，最终导致后期的加工件、工序或产品上体现出较大的累计误差，出现不合格产品。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种机床的定位方法及装置、机床设备，以至少解决相关技术对机床进给轴的坐标定位精度，容易受到器件累积误差，导致出现不合格产品的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种机床的定位方法，包括：获取目标机床的进给轴的当前位置数据和上一次的检测滤波值，其中，所述上一次的检测滤波值是指在上一间隔时长内得到的滤波基础值；确定在获取所述进给轴的当前位置数据时的误差精度；基于所述误差精度和所述检测滤波值，对所述当前位置数据进行滤波处理，得到进给轴的坐标数据；基于所述进给轴的坐标数据，定位所述目标机床的进给轴的当前坐标。

可选地，获取目标机床的进给轴的当前位置数据和上一次的检测滤波值的步骤，包括：采用位置检测设备采集所述目标机床的进给轴的位置坐标，得到所述当前位置数据；提取上一间隔时长内获取所述进给轴的当前位置数据时的滤波数据，得到上一次的检测滤波值。

可选地，确定在获取所述进给轴的当前位置数据时的误差精度的步骤，包括：确定所述目标机床上的进给轴的滚珠丝杠每转一圈的螺距和偏差参数；基于所述螺距和所述偏差参数，计算所述进给轴在运行达到预设距离长度时的误差精度。

可选地，对所述当前位置数据进行滤波处理，得到进给轴的坐标数据的步骤，包括：基于所述上一次的检测滤波值，预测所述目标机床的进给轴在当前时刻的运行状态值；确定多个运行影响因素在当前时刻的传递关系；基于所述当前时刻的运行状态值和所述坐标数据，确定所述进给轴的位置观测数据；基于所述位置观测数据和所述传递关系，计算滤波增益数据；基于所述滤波增益数据和所述位置观测数据，计算所述进给轴在当前时刻的运行状态估计值和协方差矩阵；基于所述协方差矩阵和所述当前时刻的运行状态估计值，确定进给轴的坐标数据。

可选地，基于所述上一次的检测滤波值，预测所述目标机床的进给轴在当前时刻的运行状态值的步骤，包括：获取所述目标机床在运行时的状态转移矩阵、控制矩阵和控制向量，其中，所述状态转移矩阵用于指示所述目标机床的进给轴在预设距离长度范围的移动数据，所述控制矩阵用于指示对所述目标机床的进给轴进行运行控制的控制数据，所述控制向量用于指示控制所述进给轴的移动方向和移动坐标的向量参数；基于所述误差精度确定所述目标机床在运行时的过程噪声；基于所述状态转移矩阵、所述上一次的检测滤波值、所述控制矩阵、所述控制向量和所述过程噪声，预测所述目标机床的进给轴在当前时刻的运行状态值。

可选地，确定多个运行影响因素在当前时刻的传递关系的步骤，包括：获取上一次的协方差矩阵和所述过程噪声的协方差；基于所述目标机床在运行时的状态转移矩阵、所述上一次的协方差矩阵和所述过程噪声的协方差，确定多个运行影响因素在当前时刻的传递关系。

可选地，获取上一次的协方差矩阵和所述过程噪声的协方差的步骤，包括：计算上一次的位置观测值与初始位置预测值之间的差值，得到位置差值；将所述位置差值的平方运算结果作为所述上一次的协方差；基于所述上一次的协方差和初始时刻的协方差，构建上一次的协方差矩阵。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种机床的定位装置，包括：获取单元，用于获取目标机床的进给轴的当前位置数据和上一次的检测滤波值，其中，所述上一次的检测滤波值是指在上一间隔时长内得到的滤波基础值；确定单元，用于确定在获取所述进给轴的当前位置数据时的误差精度；滤波单元，用于基于所述误差精度和所述检测滤波值，对所述当前位置数据进行滤波处理，得到进给轴的坐标数据；定位单元，用于基于所述进给轴的坐标数据，定位所述目标机床的进给轴的当前坐标。

可选地，所述获取单元包括：采集模块，用于采用位置检测设备采集所述目标机床的进给轴的位置坐标，得到所述当前位置数据；提取模块，用于提取上一间隔时长内获取所述进给轴的当前位置数据时的滤波数据，得到上一次的检测滤波值。

可选地，所述确定单元包括：第一确定模块，用于确定所述目标机床上的进给轴的滚珠丝杠每转一圈的螺距和偏差参数；第一计算模块，用于基于所述螺距和所述偏差参数，计算所述进给轴在运行达到预设距离长度时的误差精度。

可选地，所述滤波单元包括：第一预测模块，用于基于所述上一次的检测滤波值，预测所述目标机床的进给轴在当前时刻的运行状态值；第二确定模块，用于确定多个运行影响因素在当前时刻的传递关系；第三确定模块，用于基于所述当前时刻的运行状态值和所述坐标数据，确定所述进给轴的位置观测数据；第二计算模块，用于基于所述位置观测数据和所述传递关系，计算滤波增益数据；第三计算模块，用于基于所述滤波增益数据和所述位置观测数据，计算所述进给轴在当前时刻的运行状态估计值和协方差矩阵；第四确定模块，用于基于所述协方差矩阵和所述当前时刻的运行状态估计值，确定进给轴的坐标数据。

可选地，所述第一预测模块包括：第一获取子模块，用于获取所述目标机床在运行时的状态转移矩阵、控制矩阵和控制向量，其中，所述状态转移矩阵用于指示所述目标机床的进给轴在预设距离长度范围的移动数据，所述控制矩阵用于指示对所述目标机床的进给轴进行运行控制的控制数据，所述控制向量用于指示控制所述进给轴的移动方向和移动坐标的向量参数；第一确定子模块，用于基于所述误差精度确定所述目标机床在运行时的过程噪声；预测子模块，用于基于所述状态转移矩阵、所述上一次的检测滤波值、所述控制矩阵、所述控制向量和所述过程噪声，预测所述目标机床的进给轴在当前时刻的运行状态值。

可选地，所述第二确定模块包括：第二获取子模块，用于获取上一次的协方差矩阵和所述过程噪声的协方差；第二确定子模块，用于基于所述目标机床在运行时的状态转移矩阵、所述上一次的协方差矩阵和所述过程噪声的协方差，确定多个运行影响因素在当前时刻的传递关系。

可选地，所述第二获取子模块，用于包括：计算子模块，用于计算上一次的位置观测值与初始位置预测值之间的差值，得到位置差值；第三确定子模块，用于将所述位置差值的平方运算结果作为所述上一次的协方差；构建子模块，用于基于所述上一次的协方差和初始时刻的协方差，构建上一次的协方差矩阵。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种机床设备，包括：处理器；以及存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行上述任意一项所述的机床的定位方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述任意一项所述的机床的定位方法。

本发明实施例中，在获取目标机床的进给轴的当前位置数据和上一次的检测滤波值，然后确定在获取进给轴的当前位置数据时的误差精度，基于误差精度和检测滤波值，对当前位置数据进行滤波处理，得到进给轴的坐标数据，最后基于进给轴的坐标数据，定位目标机床的进给轴的当前坐标。在该实施例中，可以实时对检测到位置数据进行滤波处理，结合上一次的检测滤波值，能够在检测设备的误差精度上进一步得到更加精确、更加接近实际状态的位置数据，并使用滤波后的坐标数据确定进给轴的当前坐标，减少进给轴长时间连续工作的累积误差，进而提高进给轴的控制精度，从而解决相关技术对机床进给轴的坐标定位精度，容易受到器件累积误差，导致出现不合格产品的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种可选的机床的定位方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的对位置数据进行滤波处理的示意图；

图3根据本发明实施例的一种可选的机床的定位装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明下述各项实施例，可以应用于各种机床设备，该机床设备的类型包括但不限于：数控机床、自动化机床。本发明实施例在确定数控机床进给轴的定位坐标时，利用多个外部测量设备(如丝杆、进给电机编码器以及光栅尺)得到当前位置数据，并基于上一次的基础滤波值，对当前位置数据进行滤波处理，可以减少进给轴长时间连续工作的累计误差，同时减少不必要的回零次数以减少加工时长，提高工作效率，提高进给轴的控制精度。下面结合各个实施例来详细说明本发明。

实施例一

根据本发明实施例，提供了一种机床的定位方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的一种可选的机床的定位方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，获取目标机床的进给轴的当前位置数据和上一次的检测滤波值，其中，上一次的检测滤波值是指在上一间隔时长内得到的滤波基础值；

步骤S104，确定在获取进给轴的当前位置数据时的误差精度；

步骤S106，基于误差精度和检测滤波值，对当前位置数据进行滤波处理，得到进给轴的坐标数据；

步骤S108，基于进给轴的坐标数据，定位目标机床的进给轴的当前坐标。

通过上述步骤，可以在获取目标机床的进给轴的当前位置数据和上一次的检测滤波值，然后确定在获取进给轴的当前位置数据时的误差精度，基于误差精度和检测滤波值，对当前位置数据进行滤波处理，得到进给轴的坐标数据，最后基于进给轴的坐标数据，定位目标机床的进给轴的当前坐标。在该实施例中，可以实时对检测到位置数据进行滤波处理，结合上一次的检测滤波值，能够在检测设备的误差精度上进一步得到更加精确、更加接近实际状态的位置数据，并使用滤波后的坐标数据确定进给轴的当前坐标，减少进给轴长时间连续工作的累积误差，进而提高进给轴的控制精度，从而解决相关技术对机床进给轴的坐标定位精度，容易受到器件累积误差，导致出现不合格产品的技术问题。

下面结合上述各步骤对本发明实施例进行说明。

在获取当前位置数据之前，定位方法还包括：检测目标机床是否上电；若确定目标机床上电完成，控制进给轴的伺服电机准备工作；设定协方差初始值、测量噪声初始值和过程噪声初始值；使用位置检测设备得到第一个当前位置数据，并将该当前位置数据作为滤波初始值。

步骤S102，获取目标机床的进给轴的当前位置数据和上一次的检测滤波值，其中，上一次的检测滤波值是指在上一间隔时长内得到的滤波基础值。

可选的，获取目标机床的进给轴的当前位置数据和上一次的检测滤波值的步骤，包括：采用位置检测设备采集目标机床的进给轴的位置坐标，得到当前位置数据；提取上一间隔时长内获取进给轴的当前位置数据时的滤波数据，得到上一次的检测滤波值。

在目标机床设备上工作的进给轴一个或多个位置检测装置，位置检测设备包括但不限于：光栅尺、编码器，本发明实施例以光栅尺作为位置检测设备，光栅尺检测到数据存在自身误差和精度误差。伺服电机每转一圈，位置检测设备采集一次目标机床的进给轴的位置坐标。

步骤S104，确定在获取进给轴的当前位置数据时的误差精度。

另一种可选的，确定在获取进给轴的当前位置数据时的误差精度的步骤，包括：确定目标机床上的进给轴的滚珠丝杠每转一圈的螺距和偏差参数；基于螺距和偏差参数，计算进给轴在运行达到预设距离长度时的误差精度。

通过查询机床上的滚珠丝杠(例如，机床X进给轴轴上设置)的螺距和丝杠每转一圈的偏差参数，进而得到误差精度，以GA-Z4060三轴加工中心X进给轴为例，通过查询得知该机床上的X进给轴滚珠丝杠的螺距为16mm，丝杠转一圈的偏差为±0.1um。即运行预设距离长度1米的误差精度则为：1000/16*(±0.1)＝±6.25um，可将该误差精度视作滚珠丝杠的固有噪声，在螺距单位下，该噪声是一个服从均值(μ)为0的正态分布。

步骤S106，基于误差精度和检测滤波值，对当前位置数据进行滤波处理，得到进给轴的坐标数据。

在本发明实施例中，对当前位置数据进行滤波处理，得到进给轴的坐标数据的步骤，包括：基于上一次的检测滤波值，预测目标机床的进给轴在当前时刻的运行状态值；确定多个运行影响因素在当前时刻的传递关系；基于当前时刻的运行状态值和坐标数据，确定进给轴的位置观测数据；基于位置观测数据和传递关系，计算滤波增益数据；基于滤波增益数据和位置观测数据，计算进给轴在当前时刻的运行状态估计值和协方差矩阵；基于协方差矩阵和当前时刻的运行状态估计值，确定进给轴的坐标数据。

本发明实施例使用的滤波算法可以为卡尔曼滤波，通过卡尔曼滤波算法对当前位置数据进行滤波处理。

使用卡尔曼滤波算法时，可以先根据上一次的滤波值，预测当前时刻的运行状态值。可选的，基于上一次的检测滤波值，预测目标机床的进给轴在当前时刻的运行状态值的步骤，包括：获取目标机床在运行时的状态转移矩阵、控制矩阵和控制向量，其中，状态转移矩阵用于指示目标机床的进给轴在预设距离长度范围的移动数据，控制矩阵用于指示对目标机床的进给轴进行运行控制的控制数据，控制向量用于指示控制进给轴的移动方向和移动坐标的向量参数；基于误差精度确定目标机床在运行时的过程噪声；基于状态转移矩阵、上一次的检测滤波值、控制矩阵、控制向量和过程噪声，预测目标机床的进给轴在当前时刻的运行状态值。

可选的，采用如下第一公式预测当前时刻的运行状态值，第一公式：

其中，F_t为状态转移矩阵，

为上一次或上一时刻的预测值，B_t为控制矩阵，U_t为控制向量，W_t为过程噪声，

为根据上一时刻状态值预测的当前时刻的状态值。

另一种可选的，确定多个运行影响因素在当前时刻的传递关系的步骤，包括：获取上一次的协方差矩阵和过程噪声的协方差；基于目标机床在运行时的状态转移矩阵、上一次的协方差矩阵和过程噪声的协方差，确定多个运行影响因素在当前时刻的传递关系。

通过下述第二公式确定上一时刻的多个运行影响因素在当前时刻的传递关系，第二公式：

其中，P_t-1为上一次的协方差矩阵，Q_t为过程噪声的协方差，

则表示上一时刻的多个运行影响因素在当前时刻的传递关系。

在本发明实施例中，获取上一次的协方差矩阵和过程噪声的协方差的步骤，包括：计算上一次的位置观测值与初始位置预测值之间的差值，得到位置差值；将位置差值的平方运算结果作为上一次的协方差；基于上一次的协方差和初始时刻的协方差，构建上一次的协方差矩阵。

初始时刻的协方差等于初始观测值(初始时刻的观察值)减去初始预测值(例如，0)之差的平方，P_(1)＝(V(1)-W(1))^2，其中，P_(1)为初始时刻的协方差，V(1)为初始观测值，W(1)为初始预测值。

通过下述第三公式计算位置观测数据，该位置观测数据可以是指机床传感器的观测数据，第三公示：

其中，H_t为观测矩阵(可以理解为1，因为光栅尺数据可以直接得到，并且光栅尺数据与坐标轴一一对应，因此，H可为1)，V_t为观测噪声(可理解为光栅尺噪声V-N(0，0.0064/9))，Z_t为位置观测数据。

通过下述第四公式，计算滤波增益值，第四公式为：

其中，R_t为观测噪声的协方差，K_t为卡尔曼滤波增益。

通过下述第五公式，计算滤波增益值，第五公式为：

其中，

为当前时刻的运行状态估计值。

通过第六公式，得到当前时刻的协方差矩阵，第六公式为：

其中，P_t为当前时刻的协方差矩阵，可以在下一时刻使用，I为单位矩阵。

本发明实施例中，可以在电机每转一圈后，读取当前位置数据采集的坐标数据与上一次的滤波值数据，并对其进行滤波处理，在滤波后，可以更新滤波增益值和协方差矩阵，该协方差矩阵为下一次滤波做准备；在更新好后，将当前时刻的滤波值替换当前时刻的当前位置数据，并输入到数控***，得到接近理想真实值的定位位置数据。

图2是根据本发明实施例的一种可选的对位置数据进行滤波处理的示意图，如图2所示，滤波处理方式包括：11、伺服电机每转一圈，光栅尺读取一次位置数据；12、对读取的位置数据进行卡尔曼滤波，更新协方差、滤波增益值和检测滤波值；13、将第一个光栅尺位置数据作为滤波器的初始滤波值；14、确定理想预测值的误差值；15、基于理想预测值的误差值、更新后的协方差、滤波增益值和检测滤波值，结合读取的位置数据，进行数据结果比较。

通过上述实施方式，可以通过光栅尺读取进给轴的位置数据(也可以直接读取位置误差数据)，并对位置数据进行滤波处理，更新协方差、滤波增益值和检测滤波值，最后可以得到数据结果，该数据结果即为进给轴的定位坐标，提高了进给轴的定位方式。

下面以一种详细的方式得到协方差矩阵。

第一步，设定多个初始数据，包括：设定电机旋转方向、过程噪声、观测噪声初始值、状态转移矩阵、观测矩阵、初始观测值、初始时刻的协方差，其中，可设定观测噪声为一个服从均值为0，方差为(0.8/3)2的正态分布，同时过程噪声为均值为0、方差为0的正态分布(理想预测值误差为零)。则过程噪声协方差设为Q＝0；观测协方差设为R＝(0.8/3)2，设定状态转移矩阵和观测矩阵分别为F＝1、H＝1；设定初始卡尔曼滤波值设为初始观测值；设定初始时刻的协方差设为初始观测值减去初始预测值之差的平方。

第二步，预测i时刻的状态值：X_(i)＝X_(i-1)+16000+W(i-1)

第三步，i时刻观测值加上观测值误差：Z(i)＝X_(i)+V(i)

第四步，初始时刻的协方差已确定，直接代入求增益值：

K(i)＝P_(i-1)*H'/(H*P_(i-1)*H'+R)。

从第二次滤波开始根据上一时刻的协方差求P-：

P_(i-1)＝F*P_(i-1)*F'+Q

求增益：K(i)＝(P_(i-1)*H'/(H*P_(i-1)*H'+R))。

第五步，电机每转一圈，预测值，观测值，最优状态估计值都增加16000um；

Xkf(i-1)＝Xkf(i-1)+16000

第六步，用上一时刻的最优状态估计值推测当前时刻的最优状态估计值；

Xkf(i)＝Xkf(i-1)+K(i)*((Z(i)-H*Xkf(i-1)))；

第七步，更新协方差矩阵：P_(i)＝(1-K(i)*H)*P_(i-1)。

通过上述实施方式，可以得到当前时刻的最优状态估计值和协方差矩阵，利用协方差矩阵和最优状态估计值，可以将滤波后的当前位置数据代替位置检测装置原始的检测数据，使得检测数据更加精确、可靠，更加接近真实位置的坐标值。然后进行简易工件加工，对比光栅尺坐标数据加工工件的精度情况，根据实际工况微调控制程序，(比如过程噪声的协方差值Q，初始协方差值等)，通过调整控制程序，可以使得进给轴的定位坐标更为精确。

实施例二

图3根据本发明实施例的一种可选的机床的定位装置的示意图，如图3所示，该定位装置可以包括：获取单元31、确定单元33、滤波单元35、定位单元37，其中，

获取单元31，用于获取目标机床的进给轴的当前位置数据和上一次的检测滤波值，其中，上一次的检测滤波值是指在上一间隔时长内得到的滤波基础值；

确定单元33，用于确定在获取进给轴的当前位置数据时的误差精度；

滤波单元35，用于基于误差精度和检测滤波值，对当前位置数据进行滤波处理，得到进给轴的坐标数据；

定位单元37，用于基于进给轴的坐标数据，定位目标机床的进给轴的当前坐标。

上述机床的定位装置，可以通过获取单元31获取目标机床的进给轴的当前位置数据和上一次的检测滤波值，然后通过确定单元33确定在获取进给轴的当前位置数据时的误差精度，通过滤波单元35基于误差精度和检测滤波值，对当前位置数据进行滤波处理，得到进给轴的坐标数据，最后通过定位单元37基于进给轴的坐标数据，定位目标机床的进给轴的当前坐标。在该实施例中，可以实时对检测到位置数据进行滤波处理，结合上一次的检测滤波值，能够在检测设备的误差精度上进一步得到更加精确、更加接近实际状态的位置数据，并使用滤波后的坐标数据确定进给轴的当前坐标，减少进给轴长时间连续工作的累积误差，进而提高进给轴的控制精度，从而解决相关技术对机床进给轴的坐标定位精度，容易受到器件累积误差，导致出现不合格产品的技术问题。

可选的，获取单元包括：采集模块，用于采用位置检测设备采集目标机床的进给轴的位置坐标，得到当前位置数据；提取模块，用于提取上一间隔时长内获取进给轴的当前位置数据时的滤波数据，得到上一次的检测滤波值。

在本发明实施例中，确定单元包括：第一确定模块，用于确定目标机床上的进给轴的滚珠丝杠每转一圈的螺距和偏差参数；第一计算模块，用于基于螺距和偏差参数，计算进给轴在运行达到预设距离长度时的误差精度。

另一种可选的，滤波单元包括：第一预测模块，用于基于上一次的检测滤波值，预测目标机床的进给轴在当前时刻的运行状态值；第二确定模块，用于确定多个运行影响因素在当前时刻的传递关系；第三确定模块，用于基于当前时刻的运行状态值和坐标数据，确定进给轴的位置观测数据；第二计算模块，用于基于位置观测数据和传递关系，计算滤波增益数据；第三计算模块，用于基于滤波增益数据和位置观测数据，计算进给轴在当前时刻的运行状态估计值和协方差矩阵；第四确定模块，用于基于协方差矩阵和当前时刻的运行状态估计值，确定进给轴的坐标数据。

可选的，第一预测模块包括：第一获取子模块，用于获取目标机床在运行时的状态转移矩阵、控制矩阵和控制向量，其中，状态转移矩阵用于指示目标机床的进给轴在预设距离长度范围的移动数据，控制矩阵用于指示对目标机床的进给轴进行运行控制的控制数据，控制向量用于指示控制进给轴的移动方向和移动坐标的向量参数；第一确定子模块，用于基于误差精度确定目标机床在运行时的过程噪声；预测子模块，用于基于状态转移矩阵、上一次的检测滤波值、控制矩阵、控制向量和过程噪声，预测目标机床的进给轴在当前时刻的运行状态值。

在本发明实施例中，第二确定模块包括：第二获取子模块，用于获取上一次的协方差矩阵和过程噪声的协方差；第二确定子模块，用于基于目标机床在运行时的状态转移矩阵、上一次的协方差矩阵和过程噪声的协方差，确定多个运行影响因素在当前时刻的传递关系。

可选的，第二获取子模块，用于包括：计算子模块，用于计算上一次的位置观测值与初始位置预测值之间的差值，得到位置差值；第三确定子模块，用于将位置差值的平方运算结果作为上一次的协方差；构建子模块，用于基于上一次的协方差和初始时刻的协方差，构建上一次的协方差矩阵。

上述的机床的定位装置还可以包括处理器和存储器，上述获取单元31、确定单元33、滤波单元35、定位单元37等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。

上述处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来基于进给轴的坐标数据，定位目标机床的进给轴的当前坐标。

上述存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种机床设备，包括：处理器；以及存储器，用于存储处理器的可执行指令；其中，处理器配置为经由执行可执行指令来执行上述任意一项的机床的定位方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在计算机程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行上述任意一项的机床的定位方法。

本申请还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有如下方法步骤的程序：获取目标机床的进给轴的当前位置数据和上一次的检测滤波值，其中，上一次的检测滤波值是指在上一间隔时长内得到的滤波基础值；确定在获取进给轴的当前位置数据时的误差精度；基于误差精度和检测滤波值，对当前位置数据进行滤波处理，得到进给轴的坐标数据；基于进给轴的坐标数据，定位目标机床的进给轴的当前坐标。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种机床的定位方法，其特征在于，包括：

获取目标机床的进给轴的当前位置数据和上一次的检测滤波值，其中，所述上一次的检测滤波值是指在上一间隔时长内得到的滤波基础值；

确定在获取所述进给轴的当前位置数据时的误差精度；

基于所述误差精度和所述检测滤波值，对所述当前位置数据进行滤波处理，得到进给轴的坐标数据；

基于所述进给轴的坐标数据，定位所述目标机床的进给轴的当前坐标，

对所述当前位置数据进行滤波处理，得到进给轴的坐标数据的步骤，包括：基于所述上一次的检测滤波值，预测所述目标机床的进给轴在当前时刻的运行状态值；确定多个运行影响因素在当前时刻的传递关系；基于所述当前时刻的运行状态值和所述坐标数据，确定所述进给轴的位置观测数据；基于所述位置观测数据和所述传递关系，计算滤波增益数据；基于所述滤波增益数据和所述位置观测数据，计算所述进给轴在当前时刻的运行状态估计值和协方差矩阵；基于所述协方差矩阵和所述当前时刻的运行状态估计值，确定进给轴的坐标数据。

2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，获取目标机床的进给轴的当前位置数据和上一次的检测滤波值的步骤，包括：

采用位置检测设备采集所述目标机床的进给轴的位置坐标，得到所述当前位置数据；

提取上一间隔时长内获取所述进给轴的当前位置数据时的滤波数据，得到上一次的检测滤波值。

3.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，确定在获取所述进给轴的当前位置数据时的误差精度的步骤，包括：

确定所述目标机床上的进给轴的滚珠丝杠每转一圈的螺距和偏差参数；

基于所述螺距和所述偏差参数，计算所述进给轴在运行达到预设距离长度时的误差精度。

4.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，基于所述上一次的检测滤波值，预测所述目标机床的进给轴在当前时刻的运行状态值的步骤，包括：

获取所述目标机床在运行时的状态转移矩阵、控制矩阵和控制向量，其中，所述状态转移矩阵用于指示所述目标机床的进给轴在预设距离长度范围的移动数据，所述控制矩阵用于指示对所述目标机床的进给轴进行运行控制的控制数据，所述控制向量用于指示控制所述进给轴的移动方向和移动坐标的向量参数；

基于所述误差精度确定所述目标机床在运行时的过程噪声；

基于所述状态转移矩阵、所述上一次的检测滤波值、所述控制矩阵、所述控制向量和所述过程噪声，预测所述目标机床的进给轴在当前时刻的运行状态值。

5.根据权利要求4所述的定位方法，其特征在于，确定多个运行影响因素在当前时刻的传递关系的步骤，包括：

获取上一次的协方差矩阵和所述过程噪声的协方差；

基于所述目标机床在运行时的状态转移矩阵、所述上一次的协方差矩阵和所述过程噪声的协方差，确定多个运行影响因素在当前时刻的传递关系。

6.根据权利要求5所述的定位方法，其特征在于，获取上一次的协方差矩阵和所述过程噪声的协方差的步骤，包括：

计算上一次的位置观测值与初始位置预测值之间的差值，得到位置差值；

将所述位置差值的平方运算结果作为所述上一次的协方差；

基于所述上一次的协方差和初始时刻的协方差，构建上一次的协方差矩阵。

7.一种机床的定位装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取目标机床的进给轴的当前位置数据和上一次的检测滤波值，其中，所述上一次的检测滤波值是指在上一间隔时长内得到的滤波基础值；

确定单元，用于确定在获取所述进给轴的当前位置数据时的误差精度；

滤波单元，用于基于所述误差精度和所述检测滤波值，对所述当前位置数据进行滤波处理，得到进给轴的坐标数据；

定位单元，用于基于所述进给轴的坐标数据，定位所述目标机床的进给轴的当前坐标，

所述滤波单元包括：第一预测模块，用于基于所述上一次的检测滤波值，预测所述目标机床的进给轴在当前时刻的运行状态值；第二确定模块，用于确定多个运行影响因素在当前时刻的传递关系；第三确定模块，用于基于所述当前时刻的运行状态值和所述坐标数据，确定所述进给轴的位置观测数据；第二计算模块，用于基于所述位置观测数据和所述传递关系，计算滤波增益数据；第三计算模块，用于基于所述滤波增益数据和所述位置观测数据，计算所述进给轴在当前时刻的运行状态估计值和协方差矩阵；第四确定模块，用于基于所述协方差矩阵和所述当前时刻的运行状态估计值，确定进给轴的坐标数据。

8.一种机床设备，其特征在于，包括：

处理器；以及

存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；

其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行权利要求1至6中任意一项所述的机床的定位方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求1至6中任意一项所述的机床的定位方法。

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