数控机床振动测量和控制技术
一般而言，数控机床的振动和震动有细微但很明确的区别（如图1）：在电机带宽以内的低频运动通常称之为振动，可以在保持机械结构不变的前提下进行消除和抑制；高于电机带宽的高频运动通常称之为震动，往往需要对机械结构进行修改，增加机械的刚性达到减轻振动的目的。数控机床或机器人的振动能够增加工件加工时间、降低表面质量甚至精度。
图1. 振动和震动的区别
1. DAS（Direct Acceleration Sensor）加速度传感器
传统中采用惯性测量单元（IMU，Inertial Measurement Unit）可以进行惯性乃至振动的测量。但是，由于惯性测量单元的尺寸较大、成本较高以及测量频率范围过窄而难以用于数控机床和机器人行业。采用DAS加速度传感器可以很好的适应数控机床应用，它具有尺寸紧凑（约100x100x30 mm）和测量频率范围近于电机频率（约100 Hz）以及占用数控机床整机的成本较小（约占整机成本5%）等特点。同时，由于采用以太网（Ethernet）技术，DAS加速度传感器的数据采集频率约为100 Mb/s，可以满足数控系统对采样周期的较高要求。
在硬件结构上，DAS加速度传感器采用大量的平面线性加速度计进行排列，能够进行直线加速度和角加速度的测量，可测量轴数达6个。 在软件功能上，DAS加速度传感器中有丰富的DAS API库函数，能够通过Ethernet UDP和简单的客户/服务器协议与计算机进行通讯，允许用户在Windows和Linux下开发多种应用，完成较为复杂的工作。
图2. DAS加速度传感器
通过加速度传感器的DAS API库，可以对采集到的加速度传感器的加速度信息进行贝叶斯估算和传感器融合算法进行刀具中心点TCP速度的估算。为验证加速度传感器对TCP速度估算的有效性，特进行实验测试。在数控机床运行中，通过DAS加速度传感器将刀具中心点TCP的加速度读取到Orchestra运动控制平台中进行速度估算，将此估算的结果与激光跟踪仪测量的结果进行对比，已达到验证基于加速度传感器估算TCP速度的有效性（实验模型如图3）。需要注意的是，DAS加速度传感器主要安装在刀具中心点TCP的附近位置。
图3. 基于加速度传感器估算TCP速度可行性验证
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