應用於工具機的加工路徑最佳化方法

2023-07-21 08:28:06 2

專利名稱：應用於工具機的加工路徑最佳化方法
技術領域：
本發明涉及一種應用於工具機的加工路徑最佳化方法，具體涉及用於工具機的加工路徑軌跡生成與內插的 方法。
背景技術：
隨著計算機數值控制(Computer Numerical Control, CNC)工具機設備的進步，傳統以線段插補的加工路徑規劃方式已不能滿足高速度、高精度的要求，需使用更先進的插補方式來描述複雜的曲面或曲線，最廣泛被使用的插補方式多為B-Spline、三次雲形線(Cubic Spline)、多項式曲線或是直接線性插補,這些方法都存在著缺點。然而，利用B-Spline作為插補曲線的插補器最常見的就是NURBS (Non-uniformrational B-Spline), NURBS在應用上最大的麻煩點就是所生成的軌跡並不一定會通過控制點，也就是要經過指定的軌跡，就必須要反求出相對應的控制點讓工具機去追蹤。另外，Cubic Spline以及多項式的曲線之形狀較難自由調控，Cubic Spline雖然圓滑，但較難生成比較硬直的曲線，多項式曲線則非常容易發生震幅過大與抖動的問題。而直接線性插補方式所生出的軌跡在速度(一次微分)的部分就已經不連續，對工具機容易造成傷害與震動的問題，故少被使用。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種應用於工具機的加工路徑最佳化方法，旨在解決一般插補曲線常發生的問題，如生成的加工路徑軌跡不一定會經過所有控制點或生成的軌跡容易發生震幅過大與抖動的問題。本發明的目的通過以下技術方案來實現
應用於工具機的加工路徑最佳化方法，特點是
提供加工程序，並解譯加工程序；
提供路徑規劃單元，其接收經解譯的加工程序，並依據數值控制參數規劃出加工路
徑;
提供張力雲形線的軌跡插補算法的插補器將加工路徑做平滑化處理；
提供動程規劃單元，依據數值控制參數及張力雲形線的軌跡插補算法的插補器，賦予平滑化處理的加工路徑的運動特性；
提供插值單元，依據數值控制參數及張力雲形線的軌跡插補算法的插補器，對已完成動程規劃的具有運動特性的加工路徑的數據，進行插補運算並產生插值命令；
提供驅動器，將插值命令發送至驅動器；
利用驅動器發出控制信號以驅動並控制軸向馬達；
提供位置感測組件，其將軸向馬達的位置信息回饋至驅動器。進一步地，上述的應用於工具機的加工路徑最佳化方法，所述加工路徑包含複數個控制點。
更進一步地，上述的應用於工具機的加工路徑最佳化方法，所述控制點由張力雲形線的軌跡插補算法的插補器設定邊界條件。更進一步地，上述的應用於工具機的加工路徑最佳化方法，所述邊界條件為控制點的位置、速度與加速度。再進一步地，上述的應用於工具機的加工路徑最佳化方法，所述張力雲形線的軌跡插補算法的插補器包含一張力值系用於調整加工路徑的控制點間曲線的圓滑程度。再進一步地，上述的應用於工具機的加工路徑最佳化方法，所述張力雲形線的軌跡插補算法的插補器包含一時間值系用於調整加工路徑從一控制點至另一控制點所經過的時間。再進一步地，上述的應用於工具機的加工路徑最佳化方法，所述賦予平滑化處理的加工路徑的運動特性包含賦予加工路徑速度與加速度。
本發明技術方案突出的實質性特點和顯著的進步主要體現在
本發明基於張力雲形線(Tension Spline)的最佳化插補軌跡生成方法，利用此方法所生成的插補軌跡能平滑地經過所有控制點，由更改張力值，可以調整各段曲線的圓滑程度，只要曲線邊界條件相符合，利用此方法可以自由地合併任意兩條插補軌跡，進而達成不間斷在線軌跡生成的目的。由張力雲形線(Tension Spline)的軌跡插補算法調整張力值後，可以達到通過所有控制點、軌跡平順以及軌跡形狀方便調控等優點。


下面結合附圖對本發明技術方案作進一步說明
圖I :本發明應用於工具機的加工路徑最佳化方法流程 圖2 :CNC機械裝置的數值控制器方塊示意 圖3 :本發明的加工程序示意 圖4 :本發明的不同張力值對於加工路徑的影響示意圖。
具體實施例方式本發明提出利用Tension Spline作為插補曲線的算法可以做到通過所有控制點、軌跡平順以及軌跡形狀方便調控的優點。本發明應用於工具機的加工路徑最佳化方法，其中，所提到機械設備的數值控制裝置的構造與功能以及插補曲線B-Spline、Cubic Spline與多項式曲線的原理，已為相關技術領域具有通常知識者所能明了，故以下文中的說明，僅針對與本發明使用於工具機的加工路徑最佳化方法其特徵處進行詳細說明。如圖I所示，應用於工具機的加工路徑最佳化方法如下
步驟100 :提供一加工程序，並解譯該加工程序，接著進入步驟101。步驟101 :提供一路徑規劃單元，其接收經過解譯的該加工程序並依據一數值控制參數規劃出一加工路徑；工具機於接收加工程序後，會將使用者所編譯完成的加工程序解譯成複數個加工指令，並透過所提供的路徑規劃單元規劃出包含複數個控制點的一加工路徑，接著進入步驟102。
步驟102 :提供一張力雲形線(Tension Spline)的軌跡插補算法的插補器(Interpolator)，將該加工路徑做一平滑化處理；此步驟主要藉由張力雲形線的軌跡插補算法的插補器，並設定加工路徑上控制點間位置、速度與加速度的邊界條件，以平滑加工路徑上控制點間的插補曲線，其張力雲形線的軌跡插補算法的演算方程式如下式(I)所示
權利要求
1.應用於工具機的加工路徑最佳化方法，其特徵在於 提供加工程序，並解譯加工程序； 提供路徑規劃單元，其接收經解譯的加工程序，並依據數值控制參數規劃出加工路徑; 提供張力雲形線的軌跡插補算法的插補器將加工路徑做平滑化處理； 提供動程規劃單元，依據數值控制參數及張力雲形線的軌跡插補算法的插補器，賦予平滑化處理的加工路徑的運動特性； 提供插值單元，依據數值控制參數及張力雲形線的軌跡插補算法的插補器，對已完成動程規劃的具有運動特性的加工路徑的數據，進行插補運算並產生插值命令； 提供驅動器，將插值命令發送至驅動器； 利用驅動器發出控制信號以驅動並控制軸向馬達； 提供位置感測組件，其將軸向馬達的位置信息回饋至驅動器。
2.根據權利要求I所述的應用於工具機的加工路徑最佳化方法，其特徵在於所述加工路徑包含複數個控制點。
3.根據權利要求2所述的應用於工具機的加工路徑最佳化方法，其特徵在於所述控制點由張力雲形線的軌跡插補算法的插補器設定邊界條件。
4.根據權利要求3所述的應用於工具機的加工路徑最佳化方法，其特徵在於所述邊界條件為控制點的位置、速度與加速度。
5.根據權利要求I所述的應用於工具機的加工路徑最佳化方法，其特徵在於所述張力雲形線的軌跡插補算法的插補器包含一張力值系用於調整加工路徑的控制點間曲線的圓滑程度。
6.根據權利要求I所述的應用於工具機的加工路徑最佳化方法，其特徵在於所述張力雲形線的軌跡插補算法的插補器包含一時間值系用於調整加工路徑從一控制點至另一控制點所經過的時間。
7.根據權利要求I所述的應用於工具機的加工路徑最佳化方法，其特徵在於所述賦予平滑化處理的加工路徑的運動特性包含賦予加工路徑速度與加速度。
全文摘要
本發明涉及應用於工具機的加工路徑最佳化方法，提供加工程序，並解譯加工程序；提供路徑規劃單元，其接收經解譯的加工程序，並依據數值控制參數規劃出加工路徑；提供張力雲形線的軌跡插補算法的插補器將加工路徑做平滑化處理；提供動程規劃單元，依據數值控制參數及張力雲形線的軌跡插補算法的插補器，賦予平滑化處理的加工路徑的運動特性；提供插值單元，依據數值控制參數及張力雲形線的軌跡插補算法的插補器，對已完成動程規劃的具有運動特性的加工路徑的數據，進行插補運算並產生插值命令；提供驅動器，將插值命令發送至驅動器；利用驅動器發出控制信號以驅動並控制軸向馬達；提供位置感測組件，其將軸向馬達的位置信息回饋至驅動器。
文檔編號G05B19/41GK102707671SQ20121017035
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月29日 優先權日2012年5月29日
發明者李柏霆, 王唯任, 黃漢邦 申請人:蘇州新代數控設備有限公司