样条曲线实时插补方法技术

本发明专利技术涉及一种样条曲线实时插补方法，包括：对加工程序进行样条曲线段预处理，得到曲线长度和突变点信息；根据上述曲线长度和突变点信息进行速度规划，得到加工速度；根据得到的加工速度计算下一点坐标，输出至伺服控制装置；样条曲线段预处理包括：输入加工程序，设置当前曲线段的初始速度；根据误差约束、加速度约束以及加加速度约束规划当前速度；规划的当前速度如果是突变点，则将该突变点加入突变点数组；求出下一插补点坐标；如结束，将处理结果输出至实时插补模块，并读入加工程序的下一段；返回设置当前程序段的初始速度步骤。本发明专利技术能够保证每个插补周期实时输出一个可靠的插补点，所求减速点精度高，可交互性好，能实时响应修调操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数控系统的速度处理技术，具体地说是一种。
技术介绍
在商用 CAD/CAM(computer-aided design/ computer-aidedmanufacturing, 电脑辅助设计与电脑辅助制造)软件中，自由型曲线曲面是由样条来表示的。但是 CNC(Computer numerical control，计算机数字控制)系统的发展要滞后于CAD/CAM系统， 传统的CNC系统只具备圆弧和直线插补功能，限制了数控加工精度和效率的进一步提高。 为了克服传统的直线、圆弧插补带来的弊端，需要在数控装置中直接对CAD/CAM装置输出 的样条曲线进行插补计算。与小线段相比，样条曲线的形状更为复杂，它的曲率是不断变化的，且存在曲率不 连续点，这就给速度规划带来了很多问题。首先，减速点难以精确计算。在对小线段进行速 度规划时，我们一般先求出当前规划段路径的总长度，然后根据剩余路径长度进行速度规 划，求出减速点。对样条曲线进行实时插补时，是用实际步长去逼近原有的样条曲线，不同 的逼近方法计算出来的路径长度也不同，而具体的逼近方法又与速度规划相关，因此难以 精确求出减速点位置。同时在速度规划过程中，在每一个插补点首先根据加工精度求出当 前曲率下允许的最大速度值，然后根据机床的加减速能力进行调整。但是样条曲线中存在 曲率的突变点(曲率不连续的点)，这也就造成了所求的速度会发生突变。采用预处理的方 法可以提前求出速度和加速度的突变点，并规划出速度曲线。但在加工过程中进行修调操 作时，会导致规划出的速度曲线失效，需要重新计算，不能实时响应用户的需求。采用实时 前瞻的方法可以实时响应修调等操作，但由于样条曲线计算量大，速度规划复杂，所有计算 完全靠实时前瞻完成，难以满足实时性要求。近年来，国内外已有大量相关的理论研究并取得了较大的进展。样条曲线的实时 插补技术经历了恒定进给速度、自动调节进给速度和预处理这几个阶段。所考虑的问题也 从最初的加工效率、精度扩展到机床的实际加减速能力。但是这些算法存在计算量大，难以 满足实时性要求，减速点计算不够准确以及不能实时处理加工过程中出现的修调等问题， 因此不能直接移植到现有数控系统中。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足之处，本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够 实现速度平滑过渡的样条曲线实时插补算法，以保证各运动轴的平稳运行，从而满足柔性 化加工的要求。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是本专利技术一种包括以下步骤样条曲线段预处理对加工程序进行样条曲线段预处理，得到曲线长度和突变点 fn息；实时前瞻根据上述曲线长度和突变点信息进行速度规划，得到加工速度；插补计算根据得到的加工速度计算下一点坐标，输出至伺服控制装置。所述对加工程序进行样条曲线段预处理包括以下步骤输入加工程序，设置当前曲线段的初始速度；根据误差约束、加速度约束以及加加速度约束规划当前速度；判断规划的当前速度是否是突变点？如果是突变点，则将该突变点加入突变点数组；求出下一插补点坐标；判断当前曲线段是否结束；如结束，将处理结果输出至实时插补模块，并读入加工程序的下一段；返回设置当前程序段的初始速度步骤。所述实时前瞻包括以下步骤设置加工的初始速度；根据误差约束、加速度约束、加加速度约束及编程进给速度约束条件计算加工的 约束速度；根据约束速度求下一点位置；根据编程进给速度更新突变点数组；判断下一点位置与所有突变点之间的剩余路径长度是否均大于所需的减速距 罔；如上述判断结果为否，则从当前点开始减速，并重新计算当前速度；将当前速度输出至插补计算步骤，并转至根据误差约束、加速度约束、加加速度约 束及编程进给速度约束条件计算加工的约束速度步骤。判断下一点位置与所有突变点之间的剩余路径长度是否均大于所需的减速距离 包括以下步骤从突变点数组中依次取出突变点；根据预处理得到的曲线长度信息计算从下一点位置到该突变点的距离；根据下一点的加速度和速度、突变点的加速度和速度依次判断下一点位置与突变 点之间的剩余路径长度是否大于所需的减速距离。如果一点位置与所有突变点之间的剩余路径长度均大于所需的减速距离，则接续 将当前速度输出至插补计算步骤，并转至根据误差约束、加速度约束、加加速度约束及编程 进给速度约束条件计算加工的约束速度步骤。如果当前曲线段没有结束，则转至根据误差约束、加速度约束以及加加速度约束 规划当前速度步骤。如果不是突变点，则直接进入求出下一插补点坐标步骤。本专利技术具有以下有益效果及优点1.实时性好。结合前瞻和预处理的优点，采用预处理+前瞻的实现方式，把计算量 大且不受修调操作影响的工作放在预处理完成，从而减少了实时前瞻的计算量，使每个周 期的前瞻段数足够长，能够保证每个插补周期实时输出一个可靠的插补点。2.所求减速点精度高。采用避免误差累计和实时前瞻等技术使所求减速点的位置更加精确，不会出现因减速距离不够而造成部分点不满足加工精度的现象。3.可交互性好，能实时响应修调操作。附图说明图1为本专利技术方法流程图；图2样条曲线中的曲率不连续点示例； 图3是样条预处理模块流程图；图4实时插补模块流程图；图5待加工曲线示例图；图6期望的加速度曲线；图7(a) 7(d)为从当前速度、加速度减速到突变点的速度、加速度的可能过渡方 式(一) (四)；图8加工样件示图；图9本专利技术方法的误差曲线效果图；图10本专利技术方法的速度曲线效果图；图11本专利技术方法的加速度曲线图；图12本专利技术方法的加速度曲线部分放大效果图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术方法包括以下步骤样条曲线段预处理对加工程序进行样条曲线段预处理，得到曲线长度和突变点 fn息；实时前瞻根据上述曲线长度和突变点信息进行速度规划，得到加工速度；插补计算根据得到的加工速度计算下一点坐标，输出至伺服控制装置。如图1所示，在本实施方式中，从CAD/CAM装置中输出的加工程序首先进入数控装 置的解释器，解释器分为加工程序解释和样条曲线段预处理两部分，它对加工程序进行解 释并预处理，并将处理好数据通过共享缓存发给运动控制器。运动控制器是实时的，每个插 补周期它通过实时前瞻和插补计算进行速度规划并计算出下一个插补点坐标，最后将该坐 标发送给伺服装置，驱动电机运动。参照图2所示，样条曲线中存在曲率不连续的点，而且当曲率变化过快时，也会出 现超出机床减速能力的点。为了保证实际加工时在这些点加速度是连续的，需要在样条曲 线段预处理阶段将这些点记录下来。样条曲线段预处理的系统流程图如图3所示，所述对加工程序进行样条曲线段预 处理包括以下步骤Sl 输入加工程序，设置当前曲线段的初始速度；S2 根据误差约束、加速度约束以及加加速度约束规划当前速度；S3 判断规划的当前速度是否是突变点？如果是突变点，则将该突变点加入突变 点数组；S4 求出下一插补点坐标；S5 判断当前曲线段是否结束；S6:如结束，将处理结果输出至实时插补模块，并读入加工程序的下一段，返回设 置当前程序段的初始速度步骤。由于样条曲线是分段的，而曲率的突变点大多存在于分段链接处，为了避免由于 修调等操作导致的预处理结果失效问题，我们在预处理时将样条曲线看成是分段独立的。在每一个分段起点，步骤Sl认为初始速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种样条曲线实时插补方法，其特征在于包括以下步骤：样条曲线段预处理：对加工程序进行样条曲线段预处理，得到曲线长度和突变点信息；实时前瞻：根据上述曲线长度和突变点信息进行速度规划，得到加工速度；插补计算：根据得到的加工速度计算下一点坐标，输出至伺服控制装置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林浒，于东，孙玉娥，李建伟，张晓辉，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司，沈阳高精数控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]