CN108351635A - 用于提供行程轮廓的方法、控制装置、机器和计算机程序 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于提供行程轮廓(H)的方法(V)以及一种控制装置(SE)和具有这种控制装置(SE)的(机床)机器(WZM)。为了提供行程轮廓(H)也可以设置计算机程序。为了提供用于工具(W)的行程轮廓(H)，例如由CAD绘图产生参考线(S)。借助小波基函数(WBF)由参考线(S)创建近似曲线(K1、K2、K3)。通过差别形成，由近似曲线(K1、K2、K3)形成变换曲线(K4、K5、K6)，并且这些变换曲线分别通过修改来匹配加工方式(BA)的期望精度。通过变换曲线(K4、K5、K6)的修改产生修改曲线(K7、K8、K8)。行程轮廓(H)是修改曲线(K7、K8、K9)的总和。根据行程轮廓(H)控制机床(WZM)的驱动装置。特别有利的是，可以根据加工方式(BA)，例如粗铣、细铣、激光切割，通过选择小波基函数(WBF)对行程轮廓(H)的提供进行优化。

Description

用于提供行程轮廓的方法、控制装置、机器和计算机程序
技术领域
本发明涉及一种用于提供行程轮廓的方法、控制装置、机器、特别是机床，以及计算机程序。
背景技术
通常，为了控制机床而产生用于工具的行程轮廓。工具沿着行程轮廓给出的路径以预定速度运动。用于计算这种路径的出发点例如是技术图画(CAD文件)。为此，由技术图画产生所谓的G代码程序，也称为CNC程序或部件程序。G代码程序预定该工具的行程轮廓。通常在CAD/CAM/PP系统中自动产生G代码程序。CAD在此指计算机辅助设计Computer AidedDesign，CAM指计算机辅助制造Computer Aided Manufacturing。此外，PP代表后置处理Post Processing。借助于CAD/CAM/PP方法创建G代码程序，该程序包含用于加工工件的工具的行程轮廓。
借助于机床，特别是CNC机床，可以借助于不同的加工方式来生产工件。例如，首先借助于加工方式“粗加工”粗略去除多余的材料。另外利用机床可以从较大的金属块中通过加工方式“激光切割工艺”切割出一个金属块。不同的加工方式要求不同的精度，可以以不同的速度实现，并且因此可以通过不同的参考值(如公差、材料常数、…)进行描述。
已经使用傅里叶变换提出了一般行程轮廓的计算。
与将时间信号转换为频率信号以进行频率分析的傅里叶变换相比，通过小波变换能实现时间-频率分析，也就是混合时域和频域中的分析。
发明内容
本发明的目的是能够计算改进的行程轮廓。
当前发明的目的是能够创建行程轮廓，其中，在创建行程轮廓时考虑加工方式。
该目的通过一种用于提供形成轮廓、特别是提供在机床中的工具的行程轮廓的方法实现，其中，预定有参考线，其中，该参考线根据沿着工件的边缘或角的点进行定义，至少进行以下步骤A)、B)、D)和E)或至少进行步骤C)、D)和E)：
A)创建n个近似曲线，其中，根据点的、特别是来自参考线的点的不同数量和/或位置提供近似创建该n个近似曲线，
B)创建n个变换曲线，其中，分别通过n个近似曲线中的各两个之间的差别形成产生变换曲线，
C)通过参考线的小波近似来创建n个变换曲线，
D)创建n个修改曲线，其中从第j个变换曲线通过修改过程产生第j个(j＝1...n)修改曲线，
E)通过添加n个修改曲线来创建行程轮廓。
行程轮廓理解为加工工件时工具通过的曲线。在此尽可能短地选择行程轮廓，以便在工件的速度受限时保持尽可能短的加工时间。行程轮廓此外还取决于可选择的加工方式(激光切割、利用切割工具的粗加工或利用工具的精加工)。
参考线包括大量的描绘出边缘的点，这些点例如位于与待制造的工件的表面上的边缘正交延伸的直线上。
角定义为至少两条边缘的交点。
该目的此外通过一种控制装置、尤其是机床的控制装置实现，其中控制装置设置用于提供行程轮廓，其中，提供参考线、支承点和/或G代码程序作为输入参量，并且其中为了提供行程轮廓而给出在此描述的方法。
该目的还通过特别是根据权利要求11所述的机器、尤其是机床来实现。
该目的还通过根据权利要求12所述的计算机程序来实现。
行程轮廓理解为工具在机床中的预设运动。行程轮廓表示工具在加工工件期间经过的路径。
参考线理解为沿工件表面延伸的曲线。参考线有利地能由有限数量的点来表示。在此，这些点沿着参考线布置。参考线由CAD文件生成。参考线通过所描述的工件的直线和角定义。参考线包括的描绘出工件边缘的大量点，其中，这些点例如沿着直线放置，该直线与待制造的工件表面上的边缘正交地放置。
近似曲线借助于近似函数由参考线的点通过近似来创建。多项式、特别是样条函数或多项式与三角函数的乘积适合作为近似函数。这种近似函数也可以是小波基函数。
近似曲线用于参考线的近似。根据对于参考线的近似而使用的点数，近似曲线具有特殊的走向。近似曲线随着点数上升而更接近参考线地规律延伸。
有利地，这些点等距地布置。通过忽略各一个点或多个点，并且如果可能以等距距离将点推移至等距距离，视被忽略的点数以及随后根据还存在的点进行的近似而定，设定近似曲线。为了提供n个近似曲线，根据位于参考线上的多个点来利用近似函数创建第一近似曲线。然后从参考线中删除一些点。通过根据减少的点数的近似利用近似曲线产生第二近似曲线。
从近似曲线中，如下创建变换曲线。通过各两个近似曲线的相减来计算变换曲线。有利地，为了创建第一转换曲线，从第二近似曲线中减去第一近似曲线。为了计算第j个变换曲线，有利地从第(j+1)个近似曲线中减去第j个近似曲线。因此，从n个近似曲线中计算出n-1个转换曲线。第n个变换曲线对应于第n个近似曲线。
另一种计算转换曲线的可能性是参考线的小波近似。为此，根据小波基函数展开参考线。为此，通过根据第一小波基函数展开参考线计算出第一变换曲线。第j个变换曲线的计算是通过根据第j个小波基函数的参考线的展开实现的。根据小波基函数的展开在这里可以理解为参考线与相应的小波基函数的标量乘积。
已知的函数、例如Mexican-Hat函数用作为小波基函数。
有利地，根据预定加工方式来实现小波基函数的选择。这样，在计算行程轮廓时就已经有利地考虑了加工方式。
由变换曲线，通过与参考值的匹配和/或取决于加工方式产生修改曲线。在此，由第j个变换曲线通过修改过程来产生第j个变换曲线。例如，修改过程是变换曲线的平滑。通过平滑能够影响工件制造的精度。
变换曲线的修改过程，尤其是平滑过程有利地以这样的方式实现，即通过参考值来定义各个点相关于例如在修改曲线上的其他点的最大偏差。位于偏差之外的点被移动，使得它们再次处于允许的偏差范围内。在此，偏差通过参考值和/或加工方式来预定。
行程轮廓是n条修改曲线的总和。也可以通过将加权的所考虑的修改曲线求和来组合出行程轮廓。有利的是，单个修改曲线在求和中不会被考虑。
由上述方法步骤产生的行程轮廓有利地存储并提供给机床或生产机器。行程轮廓是在生产工件期间刀具在机床中运动所遵循的曲线。
对修改过程进行调准所依据的参考值遵循工件的制造所需要的精度。在部件制造中的高精度归因于在修改过程中对变换曲线的略微修改、特别是平滑。换句话说，用于获得修改曲线的变换曲线的平滑越强烈，工件制造就越不精确。有利的是，在强烈的平滑时，加工时间较少，因为在较短的时间内要处理行程轮廓。
通过本发明，相应于加工方式能够计算行程轮廓，在该行程轮廓被传输给机床之前，其不必再耗费成本地改变。因此，可以有利地简化迄今为止耗费成本的后置处理。同时，创建行程轮廓时，可以直接考虑所提供的加工方式，例如激光切割或不同的CNC制造工艺。同样，在行程轮廓传送至机床/生产机器或传送至机床或生产机器的控制装置之前，可以在计算行程轮廓时确保所需的制造精度。
本发明的其他有利实施例是从属权利要求的主题。
在该方法的有利实施例中，近似曲线和/或变换曲线是小波变换的小波基函数。
多项式、指数函数或三角函数及其行列式展开可考虑用于关联由参考线预定的点。特别合适的是近似函数，它只需要利用少量参数调准就可以关联参考线的点。特别是对于用参考线描述的有角工件表面，小波基函数非常适合。例如，对于关联点非常合适的是使用诸如高斯函数的指数函数的组合，乘以多项式和/或三角函数。
使用小波基函数能够快速和数值稳定地计算近似函数，并最终可以快速简单地计算出行程轮廓。
在该方法的另一有利设计方案中，修改过程是根据参考值的平滑。
参考值是指在工件制造或加工时与预定精度成比例的值。
变换曲线的平滑理解为，距平均曲线的距离大于最大偏差的点向平均曲线移动。从参考值和/或加工方式中测定最大偏差。
通过平滑变换曲线以及与之相关地创建修改曲线，在计算行程轮廓时直接考虑制造公差。有效地防止了错误地创建工件并进而节省了在制造时的成本。
在该方法的另一有利设计方案中，根据加工方式来预定小波基函数。
不同的小波基函数在连续性或支撑方面具有不同的性质。例如，为诸如激光切割的加工方式选择非连续小波基函数可能具有有益效果。
不仅在方法步骤C)而且在方法步骤B)中，都可以使用小波基函数来近似参考线的点。
有利的是，对于两个方法步骤B)和C)来说，可以将小波基函数存储在库中，并且在相应方法步骤中从该库中选择出小波基函数并且给其提供相应的参数。
在该方法的另一有利设计方案中，通过忽略第(j-1)个近似曲线的每个第i个点，特别是每个第二个点来产生第j个近似曲线。
在计算近似曲线时可以有利地如下进行：为了计算第一个近似曲线(j＝1)，通过参考线所预定的点通过近似函数、特别是通过多项式或样条函数近似。为了计算第二近似函数(j＝2)，从参考线上移除一些点，特别是每个第二点。其余点构成第二个近似函数(j＝2)的基础。第二近似曲线通过减少的点数的近似来计算，特别是使用小波基函数。
为了计算第三近似曲线(j＝3)，再次从参考线上移除点。特别有利地又将每个第二点从参考线中移除，利用该参考线对第二近似函数进行近似。根据进一步减少的点量，计算(近似)第三近似曲线(j＝3)。另外的近似曲线(j＝4，5，6，...)根据此方案计算，这由此实现：点量总是继续减少并且减少的点量成为用于近似曲线的计算出发点。
通过该计算方法，可以考虑由相同的近似曲线、特别是小波基函数来计算n个近似曲线。这有利地确保了近似曲线的计算的数值稳定性以及此外行程轮廓的计算。
在该方法的另一个有利的设计方案中，近似曲线分别由点通过多项式、特别是B样条的近似得出。
通过多项式，可以特别简单地数值计算和表示近似曲线。此外，通过使用样条函数、特别是B样条，可以应用简单快速的计算规则。
在该方法的另一有利的设计方案中，由第(k+2)个近似曲线与第(k+1)个近似曲线的差别来形成第j个变换曲线。
为了计算变换曲线，有利地形成了两个近似函数之间的差。在此，由最少的点数导致的近似曲线对应于相应的变换曲线。
通过形成差别，可以在计算近似曲线时有利地计算消除数值误差。
在该方法的另一个有利的设计方案中，基于加工方式预定参考值。
参考值可以由用户预定或在计算时已经确定为加工方式的特征变量。然后用户只选择加工方式并仅在需要时更改参考值。
这减轻了机床或生产机器的使用者的负担，从而其仅仅选择所希望的加工方式。
在控制装置的有利设计方案中，提供行程轮廓用于控制机床中的驱动器。
控制装置用于控制机床或生产机器的驱动器。用于工具的行程轮廓的计算同样可以在控制装置中进行。因此，消除了可能错误地将行程轮廓传输至控制装置。
参考线根据小波基函数的展开有利地借助于快速小波变换(快速小波变换，FWT)来执行。快速小波变换同样可以用来计算变换曲线。
为了计算行程轮廓，也可以通过小波变换、特别是通过快速小波变换来实现变换曲线的计算。使用替代计算方法，使用以下步骤计算行程轮廓：
用小波基函数计算参考线的小波变换的变换曲线。小波基函数的选择取决于预设的加工方式。
根据上述的设计方案修改变换曲线。特别是通过根据预设的参考值的平滑来实现该修改。通过修改、特别是平滑，将每个变换曲线转换成修改曲线。
有利地，可以通过小波(后向)变换、特别是借助于快速小波变换，由修改曲线计算出行程轮廓。
本发明的特征在于特别有效地计算机床或生产机器中的工具的行程轮廓。此外，由于所提出的加工方式已经在计算行程轮廓之前由用户预先定义的，所以可以省去行程轮廓的后续调整。
除了提到的通常用于计算行程轮廓的实例之外，本发明还可以用于多种机器。特别值得注意的是在用于机器人的运动任务中的应用可能性。例如，在计算用于机器人的行程轮廓时，参考线例如是处理任务的预给定参数。
附图说明
下面将参考附图描述和解释本发明。在此，
图1示出了控制装置和机床，
图2示出了用于计算行程轮廓的方法，
图3示出了用于计算行程轮廓的替代方法，
图4显示了行程轮廓的计算流程图，以及
图5示出了两个行程轮廓和一条参考线。
具体实施方式
图1示出了控制装置SE和机床WZM。机床WZM具有工具W，借助于工具W制成工件WS。工具W沿着行程轮廓H移动。沿着工具WZ的行程轮廓H的运动由箭头指示。工具W由驱动控制器AS控制或调节其位置。驱动控制器AS由控制装置SE控制。驱动控制器AS或者是控制装置SE的一部分，或者是独立的驱动控制器AS，其也可以分配给机床WZM。
待生产的工件WS的描述、特别是CAD图(在图中用CAD表示)指派给控制装置SE。描述CAD可以例如通过部件程序、NC程序或CAD文件来实施。
由描述CAD中计算出参考线S。借助于下述方法将参考线S转换为用于机床WZM的工具W的行程轮廓H。行程轮廓被传送至驱动控制器AS。驱动控制器AS控制机床WZM的驱动器。驱动控制器AS可配备变频器，特别是带有例如Siemens股份公司的SINAMICS的处理器单元的变频器。
参考线S指定工具W在理想情况下将会如何移动以生产工件WS。通过物理边界条件，例如可能的不准确性或驱动装置的速度限制，借助于控制装置SE确定行程轮廓H，以便考虑到这些限制。
在控制单元SE中，由参考线S、加工方式BA和参考值MZ来计算行程轮廓H。
根据加工方式BA，借助于第一替代方案或者第二替代方案来实现行程轮廓H的计算。
在第一替代方案中(具有方法步骤C)、D)和E))，由参考线S借助于借助小波基函数WBF对参考线S的展开来创建变换曲线K4、K5、K6(参照图2)。变换曲线K4、K5、K6在考虑到参考值MZ的情况下在方法步骤D)中修改为修改曲线K7、K8、K9。修改曲线K7、K8、K9在最后的步骤中或者被相加并且因此组合成行程轮廓H，或者借助于小波转换、尤其是快速小波转换组合。
在第二替代方案中，参考线S在图示中以点来描绘。从这些点开始，近似曲线K1、K2、K3以这样的方式产生，即近似曲线K1、K2、K3分别用减少的点数近似。
这些点的近似借助于小波基函数WBF或利用样条函数、特别是B样条实现。小波基函数WBF由预设的加工方式BA给出。由近似函数K1、K2、K3，借助于差别形成来创建变换曲线K4、K5、K6。变换曲线K4、K5、K6被平滑并因此被修改为修改曲线K7、K8、K9。
在另外的步骤中，修改曲线K7、K8、K9被相加成行程轮廓H。行程轮廓H因此是修改曲线K7、K8、K9的总和。至此计算的行程轮廓H和/或小波基函数WBF被存储在控制装置SE的存储器SP中。
控制装置SE也可以由计算单元来实现，其中计算单元借助于接口将行程轮廓H传输给机床WZM的驱动控制器AS。
图2示出了用于计算行程轮廓H的方法。该计算的出发点是参考线S，其描绘了工件WS的角。参考线S由多个点示出。在第一步骤A)中，利用近似函数通过近似参考线的总点数，从这些点中生成第一近似曲线K1。小波基函数WBF有利地作为近似函数。
通过去除参考线S的图示中的每个第二个点来生成第二近似曲线K2。减少的点量也是近似的。相同或另一个小波基函数WBF可以用于此目的。通过从减少的点量中除去每个第二个点来生成第三近似曲线K6。进一步缩减的点量特别利用另一个小波基函数WBF来近似。
在另一方法步骤B)中，根据第二近似曲线K2与第一近似曲线K1的差(K4＝K2-K1)计算第一变换曲线K4。第二变换曲线K5对应于第三近似曲线K3与第二近似曲线K2的差(K5＝K3-K2)。第三变换曲线K6对应于第三近似曲线K3。
在另一方法步骤D)中，通过根据参考值MZ的修改将变换曲线K4、K5、K6修改为修改曲线K7、K8、K9。
该修改以这样的方式实现，即借助于参考值MZ来定义出修改曲线K7、K8、K9不能离开的区域。如果在一个区域中的变换曲线大于该区域，那么该曲线在该区域中被修改，使得变换曲线K4、K5、K6回落到该区域中。该参考值尤其对应于最大偏差。
在最后的步骤E)中，将修改曲线K7、K8、K9相加，并且修改曲线K7、K8、K9的总和形成行程轮廓H。
图3示出用于计算行程轮廓H的替代方法。在这里示出方法中，行程轮廓的计算类似于在图2中示出的方法，然而，变换曲线K4、K5、K6利用小波近似直接由参考线S生成。
参考线S借助于小波基函数WBF变换成变换曲线K4、K5、K6。B样条有利地作为小波基函数WBF使用。第一变换曲线K4的计算因此通过参考线S与第一小波基函数WBF的标量积来实现。第二变换曲线K5对应于参考线S与第二小波基函数WBF的标量积。第三变换曲线K6对应于参考线S与第三小波基函数WBF的标量乘积。此外，在第二变换曲线K5中，示出了与参考值成比例地形成的区域。不在该范围内的第二变换曲线K5的点又位于第二变换曲线K8的范围内。
图4示出了行程轮廓H的计算流程图。示出了用户B，其可以针对预定的参考线S或CAD文件CAD计算的行驶轮廓H。控制装置SE用于计算。用户B指定加工方式BA以及可选的参考值MZ，特别是最大偏差。
控制装置SE将适合于计算行程轮廓H的小波基函数WBF分配给由用户B预定的加工方式BA。小波基函数WBF有利地提供用于这里给出的两种替代计算方法。此外，变换曲线K4、K5、K6的修改根据预定的参考值MZ提供用于变换曲线K4、K5、K6的修改。参考值MZ可以分配给加工方式BA。但是，参考值MZ也可以由用户B预定或改变。这些参考值给出允许偏离工件尺寸的偏差。但是，这些参考值也可以表示在制造工件WS时机床WZM的物理边界条件。
物理边界条件是机床WZM的驱动器的最大速度、工件WS的材料的切削阻力或预定的加工时间。
铣削(2D和3D)、特别是作为棱柱形生产、激光加工、特别是修整、激光切割或车削、起皮、精加工被认为是加工方式。
根据本发明，可以有利地计算行程轮廓，其中考虑所提供的加工方式。
图5示出两个行程轮廓H和一条参考线S。参考线S由虚线示出并且通过在虚线处间隔地示出的十字描述。十字符号表示出一些点，根据这些点对近似曲线K1、K2、K3进行近似。
此外，示出了行程轮廓H，其中工具W不完全穿透到所示的角中。该行程轮廓H可以表示利用CNC机器进行的粗加工方式BA的行程轮廓H。另一个行程轮廓H超出参考线S。这种行程轮廓H例如适合于引导以快速方式切出拐角的工具W。生产越精确，即在工件W的加工中提供的最大偏差越小，行程轮廓H到参考线S的距离越小。
综上，本发明涉及一种用于提供行程轮廓H的方法以及控制装置SE和具有这种控制装置SE的(工具)机器WZM。为了提供行程轮廓H，还可以提供计算机程序。为了提供工具W的行程轮廓H，参考线S例如由CAD绘图生成。由参考线S，借助小波基函数WBF创建近似曲线K1、K2、K3。由近似曲线K1、K2、K3通过差形成来构成变换曲线K4、K5、K6，并且这些变换曲线分别通过修改来匹配加工方式BA的期望精度。变换曲线K4、K5、K6的修改产生修改曲线K7、K8、K9。行程轮廓H是修改曲线K7、K8、K9的总和。根据行程轮廓H控制机床WZM的驱动器。特别有利的是，行程轮廓H的提供可以根据加工方式BA，例如粗铣、精铣、激光切割，通过选择小波基函数WBF进行优化。

Claims (12)

1.一种用于提供行程轮廓(H)、特别是在机床(WZM)中的工具(W)的行程轮廓(H)的方法(V)，其中，预定有参考线(S)，其中，所述参考线(S)根据沿着工件的边缘或者角的点定义，其中，至少进行以下步骤A)、B)、D)和E)或至少进行步骤C)、D)和E)：
A)创建n个近似曲线(K1、K2、K3)，其中，根据点的、特别是来自所述参考线的点的不同数量和/或位置通过近似创建n个所述近似曲线(K1、K2、K3)，
B)创建n个变换曲线(K4、K5、K6)，其中，分别通过n个所述近似曲线(K1、K2、K3)中的各两个之间的差别形成产生所述变换曲线(K4、K5、K6)，
C)通过利用小波基函数(WBF)对所述参考线(S)的小波近似来创建n个所述变换曲线(K4、K5、K6)，
D)创建n个修改曲线(K7、K8、K9)，其中从第j个所述变换曲线(K4、K5、K6)通过修改过程产生第j个(k＝1...n)修改曲线(K7、K8、K9)，
E)通过添加n个所述修改曲线(K7、K8、K9)来创建所述行程轮廓(H)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述近似曲线(K1、K2、K3)和/或所述变换曲线(K4、K5、K6)是小波变换的小波基函数(WBF)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述修改过程通过根据参考值的平滑来执行。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述小波基函数根据所述加工方式(BA)预先确定。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，第j个所述近似曲线(K2，K3)通过忽略第(j-1)个所述近似曲线(K1、K2)的每个第i个点，特别是每个第二个点来产生。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述近似曲线(K1、K2、K3)由所述点通过多项式、特别是B样条的近似产生。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，第j个所述变换曲线(K4、K5、K6)由第(k+2)个所述近似曲线(K3)和第(k+1)个所述近似曲线(K2)的差别形成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，基于所述加工方式(BA)预定所述参考值。
9.一种控制装置(SE)，特别是机床(WZM)的控制装置(SE)，用于提供行程轮廓(H)，其中，提供参考线(I)、支承点和/或G代码程序(GCP)作为输入参量，并且其中为了提供所述行程轮廓(H)能够执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
10.根据权利要求9所述的控制装置(SE)，其中，提供所述行程轮廓(H)用于控制机床(WZM)中的驱动器。
11.一种机器，尤其是机床(WZM)，包括根据权利要求9或10中任一项所述的控制装置(SE)。
12.一种计算机程序，用于执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述计算机程序安装在控制装置上并且借助于所述控制装置来执行。
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