一種用於數控裝置的空間輪廓軌跡誤差實時顯示方法

2023-05-28 08:01:46 3

專利名稱：一種用於數控裝置的空間輪廓軌跡誤差實時顯示方法
技術領域：
本發明涉及一種空間輪廓軌跡誤差實時顯示方法，特別是涉及一種用於數控裝置的空間輪廓軌跡誤差實時顯示方法。
背景技術：
在多軸數控加工中，刀具所走的輪廓軌跡是由各進給軸協調運動而形成的，通常為空間自由曲線，從而難以實時精確計算和顯示期望輪廓軌跡與實際位置點即伺服軸編碼器或其它測量裝置反饋位置點間的偏差。為解決這一實際數控加工中存在的問題，日本FANUC公司在日本專利JPl 1143514 中公開了一種裝置，該裝置採用各進給軸跟隨誤差的矢量合成作為期望輪廓軌跡與實際位置點間的偏差，進而可利用該偏差完成軌跡顯示中的線段粗細或顏色變化。然而在實際數控加工中，各進給軸跟隨誤差的矢量合成並不能表示實際位置點與期望輪廓軌跡之間的偏差，只能表示某一時刻實際位置點與其所對應插補點間的跟隨誤差。如圖1所示，在期望輪廓軌跡上的插補位置點R與實際位置點P之間的跟隨誤差為e，而插補位置點R與實際位置點P之間的輪廓誤差為ε。因此，上述裝置不能正確有效地計算和顯示出數控加工中的三維輪廓軌跡誤差。為此，日本FANUC公司又在中國專利申請號201010275699. 4中對上述裝置進行了技術改進。改進後的裝置用實際位置到線性插值軌跡間的偏差作為輪廓軌跡誤差，進而利用該偏差完成輪廓軌跡誤差的顯示。但是由於上述裝置是採用線性插值方法計算空間輪廓軌跡與實際位置點間的偏差，因而當輪廓軌跡為空間自由曲線時，其誤差計算方法存在較大的偏差。如圖2所示，在期望輪廓軌跡(圖2上的實線)上的插值位置點KIVrI^RH 連成線性插值軌跡(圖2上的虛線)，實際位置點P到線性插值軌跡(Ri+1與氏之間的直線段)上最近的距離為輪廓軌跡誤差。從圖2中看出，計算中所用的至實際位置點P最近的線性插值軌跡上與氏之間的直線段與期望輪廓軌跡上的與氏之間的曲線段存在較大的偏差。因此，計算出的輪廓軌跡偏差較大。並且其偏差計算過程存在多種情況，不易實現。

發明內容
本發明的目的在於提供一種用於數控裝置的空間輪廓軌跡誤差實時顯示方法，用於解決上述現有工具機三維軌跡顯示中輪廓軌跡誤差計算偏差較大，且不易實現的問題。為達到上述的目的，本發明採用的技術方案是—種用於數控裝置的空間輪廓軌跡誤差實時顯示方法，首先獲取插補位置點和實際位置點從數控裝置運動控制系統中獲取當前插補周期的插補位置點並將其存入插補位置點緩存區內，從數控裝置伺服系統中獲取當前插補周期的實際位置點；其次，選取特徵插補位置點在插補位置點緩存區中找出距離當前插補周期實際位置點最近的插補位置點， 並將其定義為當前插補周期的特徵插補位置點；然後，計算輪廓誤差利用當前插補周期的特徵插補位置點左右相鄰的兩個插補位置點計算特徵插補位置點處的切矢量，進而計算出當前插補周期實際位置點到特徵插補位置點處切矢量間的距離，並將其作為實際位置點與期望輪廓軌跡間的偏差進行輸出；最後，實時顯示輪廓軌跡及誤差同時將上述獲取的當前插補周期插補位置點、實際位置點以及實時計算出的輪廓軌跡誤差傳輸給數控裝置的人機互動系統，進而完成期望軌跡、實際軌跡、輪廓誤差以及跟隨誤差的實時顯示。上述本發明的空間輪廓軌跡誤差實時顯示方法具有顯著的優點。如上述本發明的空間輪廓軌跡誤差實時顯示方法，因為本發明的方法所獲取的插補位置點和實際位置點是當前插補周期的，選取的特徵插補位置點和計算輪廓誤差也都是當期插補周期內的。所述當前插補周期也就是說，上述所有的取點、計算以及顯示都是隨著數控裝置運行的時刻實時進行的。所以本發明能夠實時的計算出並實時顯示空間輪廓軌跡與實際位置點間的偏差。如上述本發明的空間輪廓軌跡誤差實時顯示方法，因為本發明方法中計算輪廓誤差，是利用當前插補周期的特徵插補位置點(是當前插補周期內距離實際位置點最近的插補位置點)左右相鄰的兩個插補位置點計算特徵插補位置點處的切矢量，進而計算出的當前插補周期實際位置點到特徵插補位置點處切矢量間的距離，作為實際位置點與期望輪廓軌跡間的偏差。本發明如此獲得的空間輪廓軌跡與實際位置點間的偏差比上述已有技術中獲得的偏差更精確。而且容易實現。


圖1為已有技術中期望輪廓軌跡上的插補位置點R與實際位置點P之間的跟隨誤差與輪廓誤差的示意圖；圖2為已有技術中計算實際位置點與期望輪廓軌跡間偏差的示意圖；圖3為本發明方法的流程圖；圖4為本發明方法中從所述數控裝置中獲取指令位置點的示意圖；圖5為本發明方法選取特徵插補位置點一實施例的示意圖；圖6為本發明方法選取特徵插補位置點的具體流程圖；圖7為本發明方法計算輪廓誤差一實施例的示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的方法作進一步詳細地說明。如圖3所示，本發明用於數控裝置的空間輪廓軌跡誤差實時顯示方法的具體方法步驟是第一步1，獲取包括插補位置點和實際位置點的指令位置點首先從數控裝置運動控制系統中獲取當前插補周期的插補位置點，並將其存入插補位置點緩存區內；其次從數控裝置伺服系統中獲取當前插補周期的實際位置點；第二步2，選取特徵插補位置點在插補位置點緩存區中找出距離當前插補周期實際位置點最近的插補位置點，並將其定義為當前插補周期的特徵插補位置點；第三步3，計算輪廓誤差利用上述選取的當前插補周期特徵插補位置點，在其左右相鄰的兩個插補位置點計算出特徵插補位置點處的切矢量，進而計算出當前插補周期實際位置點到特徵插補位置點處切矢量間的距離，並將該切矢量間的距離作為實際位置點與期望輪廓軌跡間的偏差進行輸出；第四步4，實時顯示輪廓軌跡及誤差同時將上述獲取當前插補周期的插補位置點、實際位置點以及實時計算出的輪廓軌跡誤差傳輸給數控裝置的人機互動顯示系統，進而完成期望軌跡、實際軌跡、輪廓誤差以及跟隨誤差的實時顯示。如圖4所示，可以通過共享緩存機制或者內部通信總線由數控裝置的運動控制系統將當前插補周期實際位置點、插補位置點以及實際計算出的輪廓軌跡誤差傳輸給人機互動系統，進而人機互動系統中的軌跡及輪廓誤差顯示裝置(採用現有技術)實時顯示期望輪廓軌跡、實際輪廓軌跡、輪廓誤差和跟隨誤差。所述第一步1獲取指令位置點的具體過程是如圖4所示，首先從數控裝置的運動控制系統內的軌跡插補器中獲取當期插補周期的插補位置點，並將其放入插補位置點緩存區中，以便用於後續插補周期特徵插補位置點的選取；其次從數控裝置的伺服系統內的位置反饋裝置中獲取當前插補周期插補位置點所對應的實際位置點；最後根據實際加工情況，以當前插補周期插補位置點為起始點，順序從插補位置點緩存區中獲取前次插補周期計算出的插補位置點，進而用於特徵插補位置點的選取。上述第二步驟中，所述選取特徵插補位置點的具體方法是在插補位置點緩存區中，以當前插補周期插補位置點為起始點，計算當前插補周期實際位置點與插補位置點間的距離，進而找出距離當前插補周期實際位置點最近的插補位置點，並將其作為特徵插補位置點；為加快計算速度避免開根號運算，在處理過程中用實際位置點(或稱反饋位置點)與插補位置點間距離的平方進行比較；對於圖5中所示的例子(圖5中顯示，距離當前插補周期實際位置點Pi最近的插補位置點Ri_m為特徵插補位置點)，在假定當前插補周期插補位置點和反饋位置點(即實際位置點)分別為Ri和Pi時， 選取特徵插補位置點的具體步驟如圖6所示的流程。如圖6所示，選取特徵插補位置點的具體步驟是第一步21，首先計算實際位置點Pi與第一插補位置點Rh之間距離的平方為平方一 IPiRi-J2,以及其與第二插補位置點RiK之間距離的平方為平方二 IPiRiT112(其中閥值 m起始於0)，並判斷兩平方IPiRiT1I2與iPiRi—」2間的大小；第二步22，若平方二小於平方一 IPiRiT1I2 < IPiRiJ2，將閥值m加1並判斷閥值 m與指定閥值的大小(該指定閥值可根據實時性要求以及插補位置點緩存區的大小進行設定)；第三步23，若閥值m大於指定閥值，說明由於受到實時性或插補位置點緩存區大小的限制，須將第二插補位置點RiK作為距離當前插補周期實際位置點Pi最近的插補位置點，並將其作為當前插補周期的特徵插補位置點，轉至第六步；第四步24，若閥值m小於指定閥值，重新返回第一步；第五步25，若平方二大於平方一 IPiRi^I2) iPiRi-」2，說明第一插補位置點Ri-m為距離當前插補周期實際位置點Pi最近的插補位置點，將其作為當前插補周期的特徵插補位置點，並轉至第六步；第六步26，結束當前插補周期特徵插補位置點的選取。
上述第三步驟中，所述計算輪廓誤差是利用當前插補周期特徵插補位置點左右相鄰的兩個插補位置點，採用Hermit插值方法計算特徵插補位置點處的切矢量，進而計算出當前插補周期實際位置點到特徵插補位置點處切矢量間的距離，並將其作為實際位置與空間輪廓軌跡間的偏差。對圖7所示，在假定Pi為當前插補周期實際位置點，Ri_m為當前插補周期特徵插補位置點(已通過上述步驟二獲得)以及其左右相鄰的兩個插補位置點RiT1 與Ri-M的條件下。其計算的具體步驟是第一步，計算由上述第二步選取的當前插補周期的特徵插補位置點Rh左右相鄰的兩個插補位置點RiT1與RiL1間的向量，並將其作為特徵插補位置點Rh處的切矢量 R' &。其中插補位置點氏^與RiL1的坐標可從插補位置點緩存區中獲得；第二步，計算特徵插補位置點Ri_m與實際位置點Pi間的向量1^1，進而計算出向量 Ltm與切矢量R' &間的夾角α ；第三步，根據上述向量！^㈠、切矢量R' &及其間的夾角α的幾何關係(如圖7 所示的幾何關係)，計算出實際位置點Pi到特徵插補位置點Ri-m處切矢量R' ^ffl間的距離 ε，並將其距離ε作為實際位置點Pi與期望輪廓軌跡間的誤差進行輸出；第四步，結束當前插補周期輪廓誤差的計算。
權利要求
1.一種用於數控裝置的空間輪廓軌跡誤差實時顯示方法，首先獲取插補位置點和實際位置點，從數控裝置運動控制系統中獲取插補周期的插補位置點並將其存入插補位置點緩存區內，從數控裝置伺服系統中獲取插補周期的實際位置點；其特徵是首先獲取的是當前插補周期的插補位置點和實際位置點；其次，選取特徵插補位置點在插補位置點緩存區中找出距離當前插補周期實際位置點最近的插補位置點，並將其定義為當前插補周期的特徵插補位置點；然後，計算輪廓誤差利用當前插補周期的特徵插補位置點左右相鄰的兩個插補位置點計算特徵插補位置點處的切矢量，進而計算出當前插補周期實際位置點到特徵插補位置點處切矢量間的距離，並將其作為實際位置點與期望輪廓軌跡間的偏差進行輸出；最後，實時顯示輪廓軌跡及誤差同時將上述獲取的當前插補周期插補位置點、實際位置點以及實時計算出的輪廓軌跡誤差傳輸給數控裝置的人機互動系統，進而完成期望軌跡、實際軌跡、輪廓誤差以及跟隨誤差的實時顯示。
2.根據權利要求1所述的用於數控裝置的空間輪廓軌跡誤差實時顯示方法，其特徵是，具體的方法步驟是第一步，獲取包括插補位置點和實際位置點的指令位置點首先從數控裝置運動控制系統中獲取當前插補周期的插補位置點，並將其存入插補位置點緩存區；再從數控裝置伺服系統中獲取當前插補周期的實際位置點；第二步，選取特徵插補位置點在插補位置點緩存區中找出距離當前插補周期實際位置點最近的插補位置點，並將其定義為當前插補周期的特徵插補位置點；第三步，計算輪廓誤差利用上述選取的當前插補周期特徵插補位置點，在其左右相鄰的兩個插補位置點計算出特徵插補位置點處的切矢量，進而計算出當前插補周期實際位置點到特徵插補位置點處切矢量間的距離，並將該切矢量間的距離作為實際位置點與期望輪廓軌跡間的偏差進行輸出；第四步，實時顯示輪廓軌跡及誤差同時將上述獲取當前插補周期的插補位置點、實際位置點以及實時計算出的輪廓軌跡誤差傳輸給數控裝置的人機互動顯示系統，進而完成期望軌跡、實際軌跡、輪廓誤差以及跟隨誤差的實時顯示。
3.根據權利要求2所述的用於數控裝置的空間輪廓軌跡誤差實時顯示方法，其特徵是，上述第二步驟中，所述選取特徵插補位置點的具體方法是在插補位置點緩存區中，以當前插補周期插補位置點為起始點，計算當前插補周期實際位置點與插補位置點間的距離，進而找出距離當前插補周期實際位置點最近的插補位置點，並將其作為特徵插補位置點；在處理過程中用實際位置點與插補位置點間距離的平方進行比較；具體步驟是第一步，首先計算實際位置點(Pi)與第一插補位置點(RiJ之間距離的平方為平方一 (IPiRj2),以及其與第二插補位置點(RiK)之間距離的平方為平方二(IΡΑκΙ2)，並判斷兩平方(IPiRiI-J2與IPiRi-J2)間的大小；第二步，若平方二小於平方一(IPiRi^I2S IPiRiJ2),將其中的閥值m加1並判斷閥值 m與指定閥值的大小；第三步，若閥值m大於指定閥值，說明由於受到實時性或插補位置點緩存區大小的限制，須將第二插補位置點(RiT1)作為距離當前插補周期實際位置點(Pi)最近的插補位置點，並將其作為當前插補周期的特徵插補位置點，轉至第六步；第四步，若閥值m小於指定閥值，重新返回第一步；第五步，若平方二大於平方一(IPiRiT1I2 > IPiRi-J2),說明第一插補位置點(RiJ為距離當前插補周期實際位置點(Pi)最近的插補位置點，將其作為當前插補周期的特徵插補位置點，並轉至第六步；第六步，結束當前插補周期特徵插補位置點的選取。
4.根據權利要求2所述的用於數控裝置的空間輪廓軌跡誤差實時顯示方法，其特徵是，上述第三步驟中，所述輪廓誤差計算的具體步驟是第一步，計算由上述第二步選取的當前插補周期的特徵插補位置點(RiJ左右相鄰的兩個插補位置點(RiK與氏-㈣)間的向量，並將其作為特徵插補位置點(RiJ處的切矢量(R' i-m)；第二步，計算特徵插補位置點(Ri-J與實際位置點(Pi)間的向量(LiiJ,進而計算出向量(Lii-J與切矢量(R' i-J間的夾角(α)；第三步，根據上述向量(LiiJ.切矢量(R' 及其間的夾角(α)的幾何關係，計算出實際位置點(Pi)到特徵插補位置點(RiJ處切矢量(R' iJ間的距離(O，並將其距離 (ε )作為實際位置點(Pi)與期望輪廓軌跡間的誤差進行輸出； 第四步，結束當前插補周期輪廓誤差的計算。
全文摘要
一種用於數控裝置的空間輪廓軌跡誤差實時顯示方法，首先獲取當前插補周期的插補位置點和實際位置點；其次，選取當前插補周期的特徵插補位置點；然後，計算當前插補周期的輪廓誤差；最後，實時顯示輪廓軌跡及誤差。因為所有的取點、計算以及顯示都是隨著數控裝置運行的時刻實時進行的。所以能夠實時計算出空間輪廓軌跡與實際位置點間的偏差。而且獲得的偏差更精確，容易實現。
文檔編號B23Q17/00GK102490083SQ201110360890
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者張曉輝, 李珺, 王龍文 申請人:上海三一精機有限公司