CN109164755B - 控制工具对工件定长切割的加工方法、切割装置和机床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及控制工具对工件进行定长切割的加工方法以及切割装置和机床。加工方法包括：检测工件的位置获得测量位置信号；检测工具的切割状态参数对测量位置信号进行惯性滤波得出第一滤波值；由测量位置信号和第一滤波值获得第二滤波值；由第一滤波误差、第二滤波值和切割状态参数计算出控制补偿值；将第一滤波值和控制补偿值引入工具的虚拟主轴模型中，计算出用于切割过程的控制信号。本发明解决了在切割过程中单纯使用惯性滤波处理加工工件的位置信号导致切割精度难以满足相关要求的技术问题，通过基于滤波位置进行补偿，使得切割工具在非切割点的速度平滑、震动微小，在剪切点的切割准确性提高，进而明显提高所加工工件的质量。

Description

控制工具对工件定长切割的加工方法、切割装置和机床

技术领域

本发明涉及工件加工领域，具体地，本发明涉及控制工具对工件定长切割的加工方法、切割装置和机床。

背景技术

在工具对工件进行定长切割时，特别是在飞剪切割钢板的情况中，钢板飞剪需要使用编码器来检测钢板的速度和位置，再通过伺服电机来跟踪钢板的位置。飞剪的旋转速度根据剪切目标长度的不同分别具有同步段、加速段、减速段。例如，剪切的钢板长度小于飞剪周长时，飞剪需要在运行过程中加速，即加速段。钢板在进入飞剪机前，经过了开卷、较平等工序，钢板的速度并不是完全稳定的。钢板速度具有20～100mm/s的波动。这种波动会导致设备的明显震动。

在传统的控制方法中，测量轮编码器通常会使用10～60ms的惯性滤波。虽然编码器位置值经过惯性滤波后降低了速度的波动，但是无法准确反映工件的真实位置。惯性滤波也会产生其它不利影响，例如，加速段剪切长度过长，减速段剪切长度过短的问题。目前较常见的编码器处理方法是使用惯性滤波和实际值外推相结合。这种方法能够针对加速段剪切长度过长，减速段剪切长度过短有一定的改进效果。但是惯性滤波的误差依然无法消除。

发明内容

本发明提供了控制工具对工件定长切割的加工方法、切割装置和机床，以至少解决在切割过程中单纯使用惯性滤波处理加工工件的位置信号导致切割精度难以满足相关要求的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了通过工具对工件进行定长切割的加工方法，该加工方法包括：检测工件的位置获得测量位置信号；检测工具的切割状态参数；对测量位置信号进行惯性滤波得出第一滤波值。该加工方法还包括：由所述测量位置信号和第一滤波值实数相减计算出第一滤波误差；对所述第一滤波误差进行滑动平均滤波得出第二滤波值。由第一滤波误差、第二滤波值和切割状态参数根据以下公式计算出控制补偿值：

d＝a*(b-c)+c，

其中，a:由所述切割状态参数计算出的切割点补偿系数；

b：所述第一滤波误差；

c：所述第二滤波值；

d：所述控制补偿值。

将第一滤波值和控制补偿值引入工具的虚拟主轴模型中，叠加计算出用于切割过程的控制信号。工具的控制器根据接收的控制信号调整工具的运行状态从而对工件进行定长切割。

以这样的方式，由于通过进行滑动平均滤波而得到的第二滤波值能够弥补信号在经过第一滤波后的缺失，所以使得补偿计算能够更加精确。测量位置信号和第一滤波值是两个实数位置值，两者之间的相减是实数相减。此外，在本发明的范畴中，滑动平均是数学平均。

基于该技术方案，解决了在切割过程中单纯使用惯性滤波处理加工工件的位置信号导致切割精度难以满足相关要求的技术问题。通过基于滤波位置进行补偿，使得切割工具在非切割点的速度平滑、震动微小，在剪切点的切割准确性提高，进而明显提高所加工工件的质量。

对于惯性滤波而言，通过使用软件编程实现普通硬件RC低通滤波器功能的能够降低系统成本。惯性滤波是滞后环节，能够使得信号的变化更加平滑，在此，能够减少位置信号的波动。

通过算法简单的滑动平均滤波能够对测量位置信号和第一滤波值之间的第一滤波误差进行第二滤波。在此过程中，针对N个第一滤波误差进行平均，每进行一次采样，就可计算出一个新的平均值，从而加快了数据处理的速度。

此外，通过计算第二滤波值，能够准确地发现第一滤波过程中可能导致过度过滤的因素，通过将被过滤的数值作为研究对象，借助于第二次滤波来对其进行处理，以便能够为第一滤波过程进行校正式的反馈。

在计算控制补偿值过程中，通过将工具方面的切割点补偿系数与工件方面的第一和第二滤波结果进行数学上的综合，由此能够多方面地对整个加工过程进行控制反馈，以便最后获得的控制信号能够达到预期的精确效果。

在本发明的加工方法的进一步示例性实施方式中，计算控制信号包括：将第一滤波值与虚拟主轴进行齿轮同步产生虚拟主轴状态值；将控制补偿值与虚拟主轴状态值叠加作为控制信号输出。

在此，设置虚拟主轴便于对位置值的处理。在齿轮同步控制中，从运动和主运动按照固定比例运行，设置同步齿轮比n，从运动的速度为主运动速度的n倍。虚拟主轴工艺对象可以执行基本运动和叠加运动两种运动。两种运动合成的效果就是虚拟主轴的实际位置。具体而言，将两个给定运动、即一个主运动和一个叠加运动，合成为一个运动。在此，“叠加”能够意味着将两个运动相加。通过将控制补偿值输入主轴模型中，能够便于操作者在控制站对整个加工过程进行控制和调整。

在本发明的加工方法的进一步示例性实施方式中，至少检测以下参数作为所述切割状态参数：工具的宽度、厚度、切割旋转半径、切割刃最大重合度。

以这样的方式，能够确保获得较为详尽的工具物料特性，以便能够针对工具用于切割的具体部位来进行分析。由这些数据能够精准地计算出工具的理论切割点。

在本发明的加工方法的进一步示例性实施方式中，由切割状态参数计算出切割点补偿系数包括:从切割状态参数计算出理论切割点；根据理论切割点的区域在调试过程中设置补偿区宽度、补偿值斜坡宽度和补偿值比例；通过分段线性化以及工具运行的角度根据梯形数学模型计算出切割点补偿系数。

剪切点理论计算是一种几何方法。例如在飞剪加工中，通过人字形剪刃的角度、板材宽度、板材厚度、剪刃最大重合角、剪刀回转半径这几个参数计算出一个理论剪切点。加工前，板材需要对中，这样实际剪切点才和计算剪切点一致。定义如下已知量：剪刃角度α(deg)；材料宽度W(mm)；材料厚度L1(mm)；剪刃重合度L2(mm)；剪刀回转半径R(mm)；剪切点角度γ(deg)。上述参数均属于切割状态参数。

计算方式如下，需要在飞剪的正视图和侧视图两个角度分析几何关系。由关系式可见，材料越宽、越厚，γ角越小，即剪刃接触材料较早。

L3＝0.5×W×Tan(α)

L4＝L1+L2+L3

γ＝360-β。

根据以上计算方法，通过利用适合的计算程序能够简便地计算理论剪切角度。在调试阶段，可以点动控制飞剪，刚好接触板材，以确定剪切点的计算是否正确。如有差异，则修正剪刀回转半径等机械参数。

补偿区宽度、斜坡宽度、补偿值比例都是调试过程中可以设置的变量，常用的取值范围。在本发明的范畴中，能够根据实际加工情况如下选取各个参数的具体值：

1)补偿区宽度，5至10度；

2)斜坡宽度，10至20度；

3)补偿值0.5至0.8。

梯形模型的特性是主值和从值之间的关系，梯形分为顶边长度和斜坡长度。在梯形的顶边，输出为1；在梯形的底边，输出为0；在梯形的过渡段，系数从0线性变化到1。

切割点补偿系数是一个程序参数，通常在0.5至0.8范围内取值。表示误差值的一部分参与了补偿。

以这样的方式，通过对切割工具的运行进行分段补偿，能够使工具在所期望的回转阶段具有期望的速度，例如在过渡段具有平稳的运行速度，并在剪切点获得准确的位置。上述计算例如借助于有限元分析软件来实现。在本申请的范畴中，也能够灵活选择其他适合的计算方式。在此，补偿应该发生在剪切点附近以避免工具在较大角度范围内的速度波动。通过设置补偿的宽度和斜坡宽度系数调节器能够保证系数平稳地改变。

在本发明的加工方法的进一步示例性实施方式中，工具是飞剪刀片。

以这样的方式，即使在进入飞剪机的钢板速度并不稳定的情况下，通过上述加工方法也能够得到被精准切割的钢板部段。由此提高了钢板飞剪的精准度。

需要说明的是，上述加工方法也能够应用在对于其他材料的定长切割过程中，例如对于金属膜、塑料板、布匹、纸张等进行垂直切割。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了切割装置，其包括：对工件进行切割的工具；工件检测器，检测工件的测量位置信号；工具检测器，检测工具的切割状态参数；工具控制器，控制工具执行对所述工件的切割，其中，切割装置还包括运动控制单元，运动控制单元上述加工方法向工具控制器输出控制信号，以对工件进行定长切割。

以这样的方式，由于利用运动控制单元实现2阶滤波，从而对单一滤波的结果提供补偿或校正式的处理，以弥补单一滤波存在的误差，所以使得补偿计算能够更加精确。解决了在切割过程中单纯使用惯性滤波处理加工工件的位置信号导致切割精度难以满足相关要求的技术问题。通过基于滤波位置进行补偿，使得切割工具在非切割点的速度平滑、震动微小，在剪切点的切割准确性提高，进而明显提高所加工工件的质量。

在本发明的切割装置的进一步示例性实施方式中，运动控制单元包括：惯性位置滤波器，对测量位置信号进行惯性滤波得出第一滤波值；滑动平均滤波器，对测量位置信号和第一滤波值之间的第一滤波误差进行滑动平均滤波得出第二滤波值；切割点计算器，根据切割状态参数计算出切割点；切割点系数生成器，根据切割状态参数和切割点计算出切割点补偿系数。

以这样的方式，通过各种能在数字电路中实现的滤波器以及计算和生成器，能够以高计算精度来获得切割点补偿系数。并且这些数字形式的部件能够根据切割装置的实际需要而被灵活地调整。

在本发明的切割装置的进一步示例性实施方式中，运动控制单元还包括：齿轮同步控制，将第一滤波值与工具的虚拟主轴进行齿轮同步产生虚拟主轴状态值；叠加运动执行器，根据第一滤波误差、第二滤波值和切割点补偿系数计算出控制补偿值，将控制补偿值引入虚拟主轴中执行位置叠加运动并输出控制信号。

在上述三个设备的协作过程中：齿轮同步控制器使得从运动和主运动按照固定比例运行，例如设置同步齿轮比n，从运动的速度为主运动速度的n倍；凸轮同步控制器使得从运动和主运动按照函数关系运行，函数关系以凸轮曲线的形式来表示，其中凸轮曲线为一元5次函数；叠加运动执行器用于将两个给定运动、即一个主运动和一个叠加运动以合成为一个运动，由此产生为两个运动相加的效果。

以这样的方式，借助于主轴模型来对切割装置的运行状态进行调整，以提高调解精度。

在本发明的切割装置的进一步示例性实施方式中，工具控制器包括：凸轮同步控制器和驱动器，其中，凸轮同步控制器根据控制信号将虚拟主轴和工具控制器进行凸轮同步；驱动器为工具提供驱动力。

以这种方式，使得工具控制器具有同步和驱动的功能，由此提高整个切割装置的紧凑性。

在本发明的切割装置的进一步示例性实施方式中，工件检测器是测量轮编码器；工具检测器是飞剪角度编码器。

以这种方式，能够通过普遍平原的编码器来低成本地采集工件的位置信息和工具方面的状态信息。

在本发明的切割装置的进一步示例性实施方式中，工具控制器带动工具进行旋转运动。

以这种方式，工具控制器能够通过2阶滤波并且叠加了工具补偿因素的控制信号来直接影响工具的运行状态，以便尽可能实时地提高工具的切割精度。

另外，根据本发明的一个实施例还，提供对工件进行定长切割的机床，其中，机床具有切割装置和用于切割装置的整流装置。

以这样的方式，通过设置切割装置能够对工件的定长切割进行精准控制。特别是由于利用切割装置的运动控制单元实现2阶滤波，从而对单一滤波的结果提供补偿或校正式的处理，以弥补单一滤波存在的误差，所以使得补偿计算能够更加精确。解决了在切割过程中单纯使用惯性滤波处理加工工件的位置信号导致切割精度难以满足相关要求的技术问题。通过基于滤波位置进行补偿，使得切割工具在非切割点的速度平滑、震动微小，在剪切点的切割准确性提高，进而明显提高所加工工件的质量。

在本发明的机床的进一步示例性实施方式中，机床是数控机床。

以这种方式，能够通过数控系统来精确并且灵活地控制工件的位置、工具的状态以及通过工具对工件进行定长切割的切割装置的运行状态，从而能够借助于通用性强的特定来对不同的工件进行加工。

附图说明

附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本发明。下文将以明确移动的方式通过对优选实施例的说明并结合附图来对本发明上述特性、技术特征、优点及其是实现方式予以进一步说明。图中示出：

图1示出实施根据本发明的加工方法的一个实施例的示意性流程图；

图2示出根据本发明的切割装置的一个实施例的结构图；

图3示出根据本发明的机床的示意性框图。

其中，附图标记如下：

S110：测量位置信号；

S120：切割状态参数；

S131：第一滤波值；

S132：第二滤波值；

S133：理论切割点；

S134：切割点补偿系数

S135：虚拟主轴状态值；

S136：控制补偿值；

S137：控制信号；

S232：切割补偿值；

S△1：第一滤波误差；

S△2：(第一滤波误差和第二滤波值的)差值；

10：切割装置；

20：整流装置；

100：机床

110：工件检测器；

120：工具检测器；

130：运动控制单元；

131：惯性位置滤波器；

132：滑动平均滤波器；

133；切割点计算器；

134：切割点系数生成器；

135：齿轮同步控制器；

136：叠加运动执行器；

137：凸轮同步控制器；

138：驱动器；

140：工具控制器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的方案，下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他方案，都应当属于本发明的保护范围。

需要说明的是，本发明的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、加工方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有列出的或对于这些过程、加工方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1示出实施根据本发明的加工方法的一个实施例的示意性流程图。

在该实施例中，根据工具对工件进行定长切割的加工方法，在工件方面进行对工件位置的检测，以获得测量位置信号S110。在工具方面，同样也对执行切割任务的工具的状态进行检测，以获得切割状态参数S120。

需要说明的是，上述两个检测步骤能够独立完成。也就是说，能够先对工件进行检测，随后再检测工具；也能够先检测工具再检测工件。

在硬件条件允许的情况下，同时执行上述两个检测步骤会更加节约时间。

随后，对测量位置信号S110进行第一滤波、即惯性滤波，由此得出第一滤波值S131。然而惯性滤波产生正比于滤波时间的位置滞后。为了避免在惯性滤波过程中丢失不希望的实际位置值，因此特别地在根据本发明的加工方法中进行第二次过滤、即滑动平均滤波。

首先通过测量位置信号S110减去第一滤波值S131得出第一滤波误差S△1，然后针对该第一滤波误差S△1计算100ms的滑动平均值，以获得第二滤波值S132。在此所涉及的滑动平均是数学平均。

通过综合考虑工件和工具两方面的误差因素，基于第一滤波值S131、第二滤波值S132和切割状态参数S120计算出控制补偿值S136。

控制补偿值S136根据以下公式得出：

d＝a*(b-c)+c，

其中，a:由切割状态参数S120计算出的切割点补偿系数S134；

b：第一滤波误差S△1；

c：第二滤波值S132；

d：控制补偿值S136。

为了针对第一滤波结果进行补充或者说校正，将第一滤波值S131和控制补偿值S136引入工具的虚拟主轴模型中，计算出用于切割过程的控制信号S137。工具的控制器根据接收的控制信号S137调整工具的运行状态从而对工件进行定长切割。

以这样的方式，由于通过进行第二滤波而得到的第二滤波值S132能够弥补信号在经过第一滤波后的缺失，所以使得补偿计算能够更加精确。解决了在切割过程中单纯使用惯性滤波处理加工工件的位置信号导致切割精度难以满足相关要求的技术问题。通过基于滤波位置进行补偿，使得切割工具在非切割点的速度平滑、震动微小，在剪切点的切割准确性提高，进而明显提高所加工工件的质量。

图2示出根据本发明的切割装置的一个实施例的结构图，其中相应地标注了根据本发明的加工方法的各个步骤，以便将相应的部件与其功能相对应。

在该实施例中，切割装置10利用工具飞剪刀具对工件钢板进行飞剪加工。

在本发明的范畴中，飞剪设备是应用于钢板横切领域的机械设备，飞剪使用旋转切割原理，将连续送料的钢板切割为定长。钢板飞剪通常包括上下对称的两套旋转机构，下剪刃通常为水平安装，上剪刃通常采用1度的斜向安装，或横向对称的人字形剪刃。伺服驱动的飞剪可以将钢板剪切为一定范围内不同长度。相对于传统的定剪，旋转式飞剪能够达到更高的生产效率。

在未示出的实施例中，切割装置也能够是其他进行定长切割的装置，例如对布匹、纸张、各自金属或非金属板材或线缆进行切割。

在工件方面，切割装置10包括工件测量装置110，其例如是测量轮编码器，用于检测钢板的测量位置信号S110。

在工具方面，切割装置10包括工具检测器120，其例如是飞剪角度编码器，用于检测飞剪机械机构的切割状态参数S120。

此外，切割装置10还包括工具控制器140，用于控制工具执行对工件的切割。

为了执行根据本发明的加工方法，切割装置10还包括运动控制单元130。运动控制单元130用于执行逻辑运算、实数运算，以及将上述加工方法以程序的形式在运动控制器140中执行。在运动控制器140中，可以为编码器、虚拟轴、电气轴等建立工艺控制对象。通过对工艺对象执行不同的命令，可以组成不同的控制结构。

运动控制单元130包括：惯性位置滤波器131，对测量位置信号S110进行惯性波得出第一滤波值S131；滑动平均滤波器132，对测量位置信号S110和第一滤波值S131实数相减得出的第一滤波误差S△1进行滑动平均滤波得出第二滤波值S132；切割点计算器133，根据切割状态参数S120计算出理论切割点S133；切割点系数生成器134，根据切割状态参数S120和理论切割点S133计算出切割点补偿系数S134。

此外，运动控制单元130还包括齿轮同步控制135和叠加运动执行器136。齿轮同步控制135将第一滤波值S131与工具的虚拟主轴进行齿轮同步产生虚拟主轴状态值S135。具体而言，齿轮同步控制器135使得从运动和主运动按照固定比例运行，例如设置同步齿轮比n，从运动的速度为主运动速度的n倍。叠加运动执行器136用于将两个给定运动、即一个主运动和一个叠加运动以合成为一个运动，由此产生为两个运动相加的效果。在本实施例中，将第一滤波误差S△1和第二滤波值S132的差值S△2与切割点补偿系数S134相乘得出切割补偿值S232。叠加运动执行器136将切割补偿值S232和第二滤波值S132相加得出控制补偿值S136，并且将控制补偿值S136引入虚拟主轴中执行位置叠加运动并输出控制信号S137。

在运动控制器140中，可以为编码器、虚拟轴、电气轴等建立工艺控制对象。通过对工艺对象执行不同的命令，可以组成不同的控制结构。

工具控制器140包括：凸轮同步控制器137和驱动器138，其中，凸轮同步控制器137根据控制信号S137将虚拟主轴和工具控制器140进行凸轮同步，具体而言，凸轮同步控制器137使得从运动和主运动按照函数关系运行，函数关系以凸轮曲线的形式来表示，其中凸轮曲线为一元5次函数；驱动器138，为工具提供驱动力。工具控制器140带动工具进行旋转运动。在本实施例中，驱动器138是伺服电机。特别是在飞剪情况下，通常由交流伺服电机来驱动工具。

以下针对将钢板作为工件，将飞剪刀具作为工具的加工过程进行描述。

钢板测量装置检测连续送料的钢板的位置和速度。钢板测量装置包括测量轮支架，测量轮和编码器。测量轮支架应保证高刚性，避免在飞剪切割过程中出现变形。测量轮安装在支撑架上，由气缸推动，测量轮压在钢板表面，测量轮可以真实反映钢板的速度。测量轮为了获得准确的速度，需要使用硬质表面材料，并通过材料和结构设计来降低测量轮惯量。编码器通过联轴节，与测量轮相连，用于检测钢板的水平位置和速度。

首先，需要检测工件的位置获得测量位置信号，在此即由图中的工具检测器110来检测工件钢板的测量位置信号S110，以作为第一位置信号。工具检测器110可将位置信息通过数字总线传送到运动控制器。运动控制器中建立了编码器工艺对象，对编码器位置进行微分运算后，得到速度值。

随后，检测工具的切割状态参数。利用工具检测器120，在此为飞剪角度编码器来检测飞剪刀具的切割状态参数，即飞剪刀具的运行角度。能够使用飞剪伺服电机的内置编码器进行位置计算。另外也能使用安装在飞剪刀具旋转机构上的1:1旋转编码器来测量转速，并通过编码器自身计算而输出相应的角位移、角速度等状态。在此，飞剪角度编码器输出切割状态参数S120以作为第二位置信号。

进一步，工具检测器110将检测到的位置信号S110发送给布置在下游的惯性位置滤波器131，该惯性位置滤波器131对工具检测器110所检测到的位置信号S110进行滤波，得到滤波后的第三位置信号S131。惯性位置滤波器131在此是一阶惯性滤波器，其降低了检测到的位置信号S110的波动。可以通过设置滤波时间的长短来调整滤波的效果。所设置的滤波时间越长，经滤波的位置值就越平稳，而灵敏度就越低。特别地，滤波时间在此设置为100ms。

通常，经过滤波的第一滤波值S131被传送到齿轮同步控制器135中。为了方便对位置值进行处理，在编码器工艺对象和飞剪轴工艺对象之间，设置有虚拟主轴工艺对象，其中，虚拟主轴工艺对象可以执行基本运动和叠加运动两种运动。两种运动合成的效果是虚拟主轴工艺对象的实际位置。齿轮同步控制器135将虚拟主轴工艺对象和滤波后的编码器进行齿轮同步。齿轮同步能够保证虚拟主轴的基本运动和编码器相对同步。另外，齿轮同步控制器135将飞剪伺服电机与虚拟主轴进行同步。由于飞剪需要切割不同长度的板材，因此飞剪伺服电机需要进行凸轮运动。依据不同的材料长度、速度系数来计算出不同的凸轮曲线。

在该实施例中，将检测的测量位置信号S110与滤波后的第一滤波值S131取差并得到第一滤波误差值S△1。将第一滤波误差值S△1传送给滑动平均滤波器132，该滑动平均滤波器132对第一滤波误差值S△1进行滑动平均滤波。编码器工艺对象的位置值，经过惯性滤波后，位置会出现滞后。位置滞后量和材料进给速度成正比，和滤波时间成正比。因此由工具检测器110检测到的并由惯性位置滤波器131处理的第一滤波值S131，不能直接补偿到虚拟主轴，需要经过滑动平均滤波器132对其进行数学处理。经过滑动平均滤波器132取一定周期内的变量平均值后，得到第二滤波值S132。通过相减得到第一滤波误差值S△1与第一滤波值S132的差值S△2用于随后的计算。所谓的滑动平均滤波算法只采样一次，将一次采样值和过去的若干次采样值一起求平均，即是取在一定的周期内的变量平均值。滑动平均滤波的有点在于，对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高。特别地，还能使用均值滤波或中值滤波等能够平滑数据的滤波器。

从工具、即飞剪刀具侧，切割状态参数S120被传送给切割点计算器133。该切割点计算器133根据切割状态参数S120计算理论剪切点S133、特别是剪切点角度。每一块板材的长度，在剪刃接触材料的那个点就已经确定。剪刃继续咬合的过程，并不影响板材的长度。上述剪刃接触钢板时，飞剪的角度，就称为剪切点。根据人字形剪刃的角度、板材宽度、板材厚度、剪刃最大重合角、剪刀回转半径这几个参数计算出理论剪切点。该理论剪切点S133是飞剪追踪钢板的位置所期望的值，以此来配合误差补偿的位置。

在切割点计算器133下游布置有切割点系数生成器134。该切割点系数生成器134根据实际飞剪机构角度和理论剪切点S133来根据梯形数学模型生成切割点补偿系数S134。梯形模型的特性是主值和从值之间的关系，梯形分为顶边长度和斜坡长度。在梯形的顶边，输出为1；在梯形的底边，输出为0；在梯形的过渡段，系数从0线性变化到1。切割点补偿系数是一个程序参数，通常在0.5至0.8范围内取值。表示误差值的一部分参与了补偿。

特别地，该补偿系数取0至1范围内的值，并且是关于飞剪机构角度的函数。该补偿系数表示在一飞剪机构角度上对飞剪进行补偿的程度。例如，为了在飞剪过渡段获得平稳的运行速度，可以将飞剪机构在过渡段的补偿系数设置为0。为了在剪切点获得准确的位置，那么应该在剪切点附近将补偿系数设置为1。

此外，还能够设置补偿的宽度、即进行补偿的角度范围；斜坡宽度，即进行补偿的快慢以得到相应的补偿效果。补偿区宽度、斜坡宽度、补偿值比例都是调试过程中可以设置的变量，常用的取值范围。在本发明的范畴中，能够根据实际加工情况如下选取各个参数的具体值：

1)补偿区宽度，5至10度；

2)斜坡宽度，10至20度；

3)补偿值0.5至0.8。

上述计算例如借助于有限元分析软件来实现。在本申请的范畴中，也能够灵活选择其他适合的计算方式。根据实际采集的数据来设置和调整切割点系数生成器134，以便能够保证系数平稳的改变。因此，飞剪机构的速度也会平稳的改变。

最后，根据之前得到的切割点补偿系数S134、第二滤波值S132以及第二滤波误差值S△2由叠加运动执行器对虚拟主轴执行位置叠加运动。叠加运动可以在不影响主运动运行的情况下执行，叠加运动能够实现补偿作用。虚拟主轴的叠加运动由两部分组成，匀速误差补偿和剪切点误差补偿。虚拟主轴通过执行叠加运动来连续的调整位置。

飞剪控制中两个重要的优化目标之间存在着矛盾。优化目标一是，剪切的钢板需要尽量高的长度精度。优化目标二是，加工过程中，振动要尽可能小。目标一需要编码器的位置尽量准确，准确的反映钢板的波动，而目标二需要编码器的速度尽量平稳，可能会出现位置失真。本发明通过对编码器信号进行补偿，很大程度上解决了这个矛盾。

飞剪的剪切精度取决于剪刃接触钢板的时刻，钢板的位置。剪切周期的其它时刻，飞剪的位置并不影响剪切精度。从控制方法上，使飞剪在远离剪切点的角度上，保持速度平滑。在接近剪切点的角度上，严格的追踪材料的位置。

经过多次试验验证，根据本发明的切割装置10能够在对钢板进行飞剪剪切时使得理论剪切精度地铁30％，进而也使得实际剪切精度明确提高。同时还保证了飞剪在过渡段的速度平稳。

图3示出根据本发明的机床的示意性框图。

在该实施例中，用于对工件进行定长切割的机床100包括图2中的切割装置10以及用于对其进行供电电流整流的整流装置20。整流装置将交流电整流为直流电。整流装置20可以在电网电压出现+/-20％波动时，保证直流电压波动小于5％。

此外，机床100是数控机床，其例如能够通过PLC调控来进行高精度的运行。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元或模块的划分，仅仅为逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，模块或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元或模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元或模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元或模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元或模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元或模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元或模块可以集成在一个处理单元或模块中，也可以是各个单元或模块单独物理存在，也可以两个或两个以上单元或模块集成在一个单元或模块中。上述集成的单元或模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元或模块的形式实现。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.通过工具对工件进行定长切割的加工方法，所述加工方法包括：

检测所述工件的位置获得测量位置信号(S110)；

检测所述工具的切割状态参数(S120)；

对所述测量位置信号(S110)进行惯性滤波得出第一滤波值(S131)；

其特征在于，所述加工方法还包括：

由所述测量位置信号(S110)和所述第一滤波值(S131)实数相减得出第一滤波误差(S△1)，对所述第一滤波误差(S△1)进行滑动平均滤波得出第二滤波值(S132)；

由所述第一滤波误差(S△1)、所述第二滤波值(S132)和所述切割状态参数(S120)根据以下公式计算出控制补偿值(S136)：

d＝a*(b-c)+c

其中，a:由所述切割状态参数(S120)计算出的切割点补偿系数(S134)，

b：所述第一滤波误差(S△1)，

c：所述第二滤波值(S132)，

d：所述控制补偿值(S136)；

将所述第一滤波值(S131)和所述控制补偿值(S136)引入所述工具的虚拟主轴的模型中，叠加计算出用于切割过程的控制信号(S137)；

所述工具的控制器根据接收的所述控制信号(S137)调整所述工具的运行状态从而对所述工件进行定长切割。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，计算所述控制信号(S137)包括：

将所述第一滤波值(S131)与所述虚拟主轴进行齿轮同步产生虚拟主轴状态值(S135)；

将所述控制补偿值(S136)与所述虚拟主轴状态值(S135)叠加作为所述控制信号(S137)输出。

3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，至少检测以下参数作为所述切割状态参数(S120)：

所述工具的宽度、厚度、切割旋转半径、切割刃最大重合度。

4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，由所述切割状态参数(S120)计算出切割点补偿系数(S134)包括:

从所述切割状态参数(S120)计算出理论切割点(S133)；

根据所述理论切割点(S133)的区域在调试过程中设置补偿区宽度、补偿值斜坡宽度和补偿值比例；

通过分段线性化以及所述工具的运行角度根据梯形数学模型计算出所述切割点补偿系数(S134)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的加工方法，其特征在于，所述工具是飞剪刀片。

6.切割装置(10)，包括：

对工件进行切割的工具；

工件检测器(110)，检测所述工件的测量位置信号；

工具检测器(120)，检测所述工具的切割状态参数；

工具控制器(140)，控制所述工具执行对所述工件的切割；

其特征在于，所述切割装置(10)还包括运动控制单元(130)，所述运动控制单元(130)根据权利要求1至5中任一项所述的加工方法向所述工具控制器(140)输出控制信号(S137)，以对所述工件进行定长切割。

7.根据权利要求6所述的切割装置(10)，其特征在于，所述运动控制单元(130)包括：

惯性位置滤波器(131)，对所述测量位置信号进行惯性滤波得出第一滤波值；

滑动平均滤波器(132)，对所述测量位置信号和所述第一滤波值的第一滤波误差进行滑动平均滤波得出第二滤波值；

切割点计算器(133)，根据所述切割状态参数计算出切割点；

切割点系数生成器(134)，根据所述切割状态参数和所述切割点计算出切割点补偿系数。

8.根据权利要求7所述的切割装置(10)，其特征在于，所述运动控制单元(130)还包括：

齿轮同步控制器(135)，将所述第一滤波值与所述工具的虚拟主轴进行齿轮同步产生虚拟主轴状态值；

叠加运动执行器(136)，根据所述第一滤波误差、所述第二滤波值和所述切割点补偿系数计算出控制补偿值，将所述控制补偿值引入所述虚拟主轴中执行位置叠加运动并输出所述控制信号。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的切割装置(10)，其特征在于，所述工具控制器(140)包括：

凸轮同步控制器(137)，根据所述控制信号将所述虚拟主轴和所述工具控制器(140)进行凸轮同步；

驱动器(138)，为所述工具提供驱动力。

10.根据权利要求6至8中任一项所述的切割装置(10)，其特征在于，所述工件检测器(110)是测量轮编码器；

所述工具检测器(120)是飞剪角度编码器。

11.用于对工件进行定长切割的机床(100)，其特征在于，所述机床具有权利要求6至10中任一项所述的切割装置(10)和用于所述切割装置(10)的整流装置(20)。

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