一種nurbs曲線高速前瞻插補方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及數(shù)控系統(tǒng)的速度規(guī)劃技術(shù)，具體的說是NURBS曲線高速前瞻插補方法。以曲線自適應(yīng)插補技術(shù)為基礎(chǔ)，采用S型速度規(guī)劃，給出插補過程中自適應(yīng)減速區(qū)域的加加速度、加速度、速度以及插補距離的運動學(xué)公式；給出插補過程中前瞻窗口存儲的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，建立前瞻窗口，給出前瞻窗口的最小值；確定前瞻過程中回溯距離的長度，建立回溯過程中加速度、加加速度的表達式；對曲線進行插補，在每次插補后動態(tài)調(diào)整前瞻窗口中的數(shù)據(jù)，直至插補結(jié)束。應(yīng)用本發(fā)明方法能夠有效的控制加速度、加加速度的波動，保證加工質(zhì)量，能夠準確確定回溯距離長度的長度，減少插補時間，提高插補效率。
【專利說明】一種NURBS曲線高速前瞻插補方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)控系統(tǒng)的速度規(guī)劃技術(shù)，具體的說是NURBS曲線高速前瞻插補方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] NURBS曲線插補技術(shù)是基于PC的開放式數(shù)控平臺的關(guān)鍵技術(shù)。在NURBS曲線插補 過程中，為了保證加工質(zhì)量，需要通過自適應(yīng)插補將弓高誤差限制在規(guī)定范圍之內(nèi)，但自適 應(yīng)插補過程中的加減速需求可能會超過機床的最大能力，產(chǎn)生的加加速度不僅影響了機床 的加工質(zhì)量，還會對刀具產(chǎn)生振動，影響刀具壽命。因此，對加工過程中的加加速度進行有 效控制，對提高加工質(zhì)量至關(guān)重要。
[0003] 現(xiàn)有的插補算法多是通過前瞻插補來實現(xiàn)對加加速度的控制，但是在現(xiàn)有的前瞻 算法中，當自適應(yīng)減速區(qū)的加速度或加加速度超限后，需要進行再次插補，且再插補過程的 平均速度降低了，因此再插補過程對參數(shù)曲線的弧長逼近更加準確，導(dǎo)致算法中確定的回 溯距離長于實際需要的回溯距離，因此，再插補過程在最后部分可能會出現(xiàn)低速運行區(qū)，導(dǎo) 致插補時間增長，插補效率降低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有常用方法各自的不足之處，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種既能夠 對加速度、加加速度進行有效控制，又能準確確定回溯距離長度，以減少插補時間、提高插 補效率的方法。
[0005] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種NURBS曲線高速前瞻插補方 法，包括以下步驟：
[0006] 以曲線自適應(yīng)插補技術(shù)為基礎(chǔ)，采用S型速度規(guī)劃，給出插補過程中自適應(yīng)減速 區(qū)域的加加速度、加速度、速度以及插補距離的運動學(xué)公式；
[0007] 給出插補過程中前瞻窗口存儲的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，建立前瞻窗口，給出前瞻窗口 的最小值；
[0008] 確定前瞻過程中回溯距離的長度，建立回溯過程中加速度、加加速度的表達式；
[0009] 對曲線進行插補，在每次插補后動態(tài)調(diào)整前瞻窗口中的數(shù)據(jù)，直至插補結(jié)束。
[0010] 所述插補過程中自適應(yīng)減速區(qū)域的加加速度的運動學(xué)公式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種NURBS曲線高速前瞻插補方法，其特征在于，包括以下步驟： 以曲線自適應(yīng)插補技術(shù)為基礎(chǔ)，采用S型速度規(guī)劃，給出插補過程中自適應(yīng)減速區(qū)域 的加加速度、加速度、速度以及插補距離的運動學(xué)公式； 給出插補過程中前瞻窗口存儲的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，建立前瞻窗口，給出前瞻窗口的最 小值； 確定前瞻過程中回溯距離的長度，建立回溯過程中加速度、加加速度的表達式； 對曲線進行插補，在每次插補后動態(tài)調(diào)整前瞻窗口中的數(shù)據(jù)，直至插補結(jié)束。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NURBS曲線高速前瞻插補方法，其特征在于，所述插補過 程中自適應(yīng)減速區(qū)域的加加速度的運動學(xué)公式為： -人ax' '0幺t〈匕 jerk=^ 0, ^ < t <t2 當時， , f0 - t jerk=-< 其中，J_為機床允許的最大加加速度的最大值，、為減速開始時間，&為加速度達到 最大值的時間，t2為加速度最大值持續(xù)的結(jié)束時間，t3為減速結(jié)束時間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NURBS曲線高速前瞻插補方法，其特征在于，所述插補過 程中自適應(yīng)減速區(qū)域的加速度的運動學(xué)公式為： acceleration= -Λκκ, Ι? < t <r, 當 1^=1：2 時， 1 .卜U(' _'〇 W t <ll acceleration^ , i-』max + U d W t <t；2 其中，J_為機床允許的最大加加速度的最大值，Amax為機床允許的加速度的最大值， A' _為加速階段達到的最大加速度值,、為減速開始時間，&為加速度達到最大值的時間， t2為加速度最大值持續(xù)的結(jié)束時間，t3為減速結(jié)束時間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NURBS曲線高速前瞻插補方法，其特征在于，所述插補過 程中自適應(yīng)減速區(qū)域的速度的運動學(xué)公式為： /〇-孑人《*(卜'0)_，'0 feedrate=< /j - Aims ^ ( / - /0), /, < t <t: /2_4nax *('_'0)+^^腿*('_/0)2, '2 St<t；3 當 1^=1：2 時， /〇-孓乂腿 *('-'〇)、'〇 S t <tl feedrate= < fl~A^ *(f-f〇) + -Jnmx *(/_/〇)2> h ^ t <12 其中，J_為機床允許的最大加加速度的最大值，Amax為機床允許的最大加速度的最大 值，A'_為加速階段達到的最大加速度值，f〇、fi、f2分別為t2點的速度，h為減速開 始時間，ti為加速度達到最大值的時間，t 2為加速度最大值持續(xù)的結(jié)束時間，t3為減速結(jié)束 時間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NURBS曲線高速前瞻插補方法，其特征在于，所述插補過 程中自適應(yīng)減速區(qū)域的插補距離的運動學(xué)公式為： S0+f〇*({~ Q ~ - * (^ _?〇)3? 4 - t <1：ι distance=十./; *(卜g- j4!!aw一 t <t2 52 +/2 *(?_i〇)_~4nax *((~{〇)2 ~(〇? f t2~t<i3 2 6 當時， distance^ *^2 +Λ +7^max *(/_^〇)3 ? A ^ t <t, 12 6 其中，J_為機床允許的最大加加速度的最大值，Amax為機床允許的最大加速度的最大 值，A' _為加速階段達到的最大加速度值，f〇、fi、f2分別為t2點的速度，S(l、 Sl、s2為 tp t2點對應(yīng)的插補距離，h為減速開始時間，ti為加速度達到最大值的時間，t2為加速 度最大值持續(xù)的結(jié)束時間，t 3為減速結(jié)束時間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NURBS曲線高速前瞻插補方法，其特征在于，所述前瞻窗 口中存儲的數(shù)據(jù)點的總距離值滿足公式 2 v / j } ' c / max ^Tmx iims 5n*=j ry- Fc -- , otherwise V *^niax 的要求，并且最?。? 其中，J_為機床允許的最大加加速度的最大值，Amax為機床允許的最大加速度的最大 值，F(xiàn)。為指令速度，Snin為回溯距離的最小值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NURBS曲線高速前瞻插補方法，其特征在于，所述回溯過 程中加速度的表達式為： t〇 <t<t, acceleration= -X,,.,x> /, < t <t2 4mX + J腿 *('-'0)，G 乞 t〈h F2 -V 2 當以時，?=c f ; 其中，J_為機床允許的最大加加速度的最大值，Amax為機床允許的最大加速度的最大 值，、為減速開始時間，&為加速度達到最大值的時間，&為加速度最大值持續(xù)的結(jié)束時 間，t3為減速結(jié)束時間，F(xiàn)。為指令速度，V min為插補過程中的最小速度，S為回溯距離。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NURBS曲線高速前瞻插補方法，其特征在于，所述回溯過 程中加加速度的表達式為： - UK+D VL+^*S-F：- 當 1^=1:2 時，九=(6 -)*(―?--Jas-)-; 其中，為機床允許的最大加速度的最大值，&為加速度達到最大值的時間，t2為加 速度最大值持續(xù)的結(jié)束時間，F(xiàn)。為指令速度，Vmin為插補過程中的最小速度，S為回溯距離。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NURBS曲線高速前瞻插補方法，其特征在于，每完成一次 插補，按照格式{u，V，a, J，Sstep，Swh()1J將插補點的數(shù)據(jù)存儲到前瞻窗口中，在每次插補結(jié)束 后調(diào)整前瞻窗口的大小，使前瞻窗口中存儲的數(shù)據(jù)點的總距離值滿足公式 f>' Δ 廠 A ((祖 I__￡_\ J7 max ^ Q 2 vj A } ^ c J _ max '^inax msx Λ . = < >_ inm τ~, t F -- , otherwise [ 的要求，并且最小，然后繼續(xù)進行前瞻，直到到達結(jié)束點； 其中，其中U表示當前插補點的參數(shù)值，V表示插補速讀，a表示加速度，J表示加加速 度，Sstep存儲當前插補周期內(nèi)通過的小直線段的長度，S_=V*T，Swh&表示從第一個插補點 開始到當前點所經(jīng)過的所有插補周期內(nèi)小直線段長度之和，J max為機床允許的最大加加速 度的最大值，Amax為機床允許的最大加速度的最大值，F(xiàn)。為指令速度，S min為回溯距離的最小 值。
【文檔編號】G05B19/41GK104238458SQ201310233967
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月8日
【發(fā)明者】林滸, 孫樹杰, 鄭飂默, 王品, 杜少華, 陳智殷 申請人:沈陽高精數(shù)控技術(shù)有限公司