CN110142880B - 一种用于切削设备的回退实时跟随控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于切削设备的回退实时跟随控制方法，包括以下步骤规划加工轨迹、离散加工轨迹、计算偏摆角度、生成加工程序、生成回退程序以及实时跟踪标记等步骤，本发明通过绘制加工曲线进行轨迹规划，再通过离散加工曲线获取离散点坐标数据，计算各离散点切向矢量，并通过逆向映射获取回退程序，可实现轨迹回退实时跟踪，具有较强的自适应性和较快的动态响应能力，生产效率相对较高且生产成本相对较低。特别是当切削设备为绳锯机时，本发明的控制方法由于是根据回退程序自动实现回退操作的，金刚石绳锯不易脱离导向轮，避免重新调机，进一步提高了生产效率。

Description

一种用于切削设备的回退实时跟随控制方法

技术领域

本发明涉及一种切削设备的控制方法，尤其是一种用于切削设备的回退实时跟随控制方法。

背景技术

石材加工中经常需要使用绳锯机或切锯机等切削设备，其中，绳锯机的刀具通常为金刚石绳锯，切锯机的刀具通常为金刚石锯片。

随着石材加工形状越来越复杂且多样化，在加工过程中有时会出现误操作现象，需要进行回退操作，此外，当加工过程中出现断电等意外现象时，也需要进行回退操作。然而，现有的绳锯机或切锯机等切削设备并没有自动回退功能，需要手动操作，影响生产效率，如果回退操作不当，则可能会影响加工质量，甚至出现残次品，增加生产成本。而且，对于绳锯机，由于金刚石绳锯是柔性的，切割时容易抖动，需要通过位于金刚石绳锯两侧的导向轮对其进行张紧，在手动执行回退操作时，金刚石绳锯容易脱离导向轮，需要重新调机，极大影响生产效率。

有鉴于此，本申请人对上述问题进行了深入的研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生产效率相对较高且生产成本相对较低的用于切削设备的回退实时跟随控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于切削设备的回退实时跟随控制方法，包括以下步骤：

S1，规划加工轨迹，根据待加工工件的轮廓形状在制图软件上绘制加工曲线，并根据所述加工曲线获取加工轨迹F(x)；

S2，离散加工轨迹，对所述加工轨迹F(x)进行离散处理获得点集U，同时获得所述点集U中各离散点p_j的坐标值(x_j，y_j)，其中j为正整数；

S3，计算偏摆角度，计算各所述离散点在所述加工轨迹F(x)上的切线矢量V_j，然后根据所述切线矢量V_j计算切削设备的刀具的偏摆角度θ_j；

S4，生成加工程序，根据所述离散点和所述偏摆角度θ_j生成加工程序，同时在所述加工程序中添加用于追踪当前加工位置p(x，y)在所述加工轨迹F(x)上的对应位置的断点追踪标记I(i，j)，其中i为正整数；

S5，生成回退程序，将所述点集U逆向映射得到点集U’，根据所述点集U’生成回退程序；

S6，实时跟踪标记，实时跟踪所述断点追踪标记I(i，j)，并记录当前加工位置p(x，y)，当需要执行回退动作时，通过所述断点追踪标记I(i，j)索引并判断点所述当前加工位置p(x，y)位于所述回退程序中的位置，进而控制所述刀具从当前位置进行回退。

作为本发明的一种改进，在步骤S2中，将所述加工轨迹F(x)分解为多段规则线f_i(x)，并分别对各所述规则线f_i(x)进行离散。

作为本发明的一种改进，在步骤S3中，假设其中两个相邻的所述离散点的坐标分别为p_j(x_j，y_j)和p_j+1(x_j+1，y_j+1)，切削设备的刀具初始位置与坐标系X轴之间的夹角为

所述偏摆角度θ_j的计算公式如下：

采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过绘制加工曲线进行轨迹规划，再通过离散加工曲线获取离散点坐标数据，计算各离散点切向矢量，并通过逆向映射获取回退程序，可实现轨迹回退实时跟踪，具有较强的自适应性和较快的动态响应能力，生产效率相对较高且生产成本相对较低。

2、当切削设备为绳锯机时，本发明的控制方法由于是根据回退程序自动实现回退操作的，金刚石绳锯不易脱离导向轮，避免重新调机，进一步提高了生产效率。

具体实施方式

下面结合具体实施例对发明做进一步的说明：

本实施例提供一种用于切削设备的回退实时跟随控制方法，其中的切削设备为常规的石材切削设备，如石材切锯机或石材绳锯机等，当然，本实施例提供的回退实时跟随控制方法也能够应用于其他具有二维加工轨迹的切削设备，在本实施例中以石材绳锯机为例进行说明。

本实施例提供的回退实时跟随控制方法包括以下步骤：

S1，规划加工轨迹，根据待加工工件的轮廓形状在制图软件上绘制加工曲线，其中的制图软件可以根据实际需要从现有的制图软件中旋转，如AutoCAD等，使用这类制图软件进行绘图时，其通常会自动生成绘图坐标系，所绘制的加工曲线基于该绘图坐标系。当然，上述加工曲线为二维曲线。

加工曲线绘制完成之后，将其保存为DXF格式的文件，然后通过读取该DXF格式的文件获取基于绘图坐标系的加工轨迹F(x)。加工轨迹F(x)可以为简单的轨迹，如直线、弧线多段线或样条曲线等，也可以为复杂的轨迹，如字形轮廓线或图形轮廓线等，在本实施例中以加工轨迹F(x)为复杂的轨迹为例进行说明。

S2，离散加工轨迹，对加工轨迹F(x)进行离散处理获得点集U，同时获得点集U中各离散点p_j的坐标值(x_j，y_j)，其中j为正整数。具体的，将加工轨迹F(x)分解为多段规则线f_i(x)，并分别对各规则线f_i(x)进行离散，这样能够更好控制曲线的位置，即将相对复杂的加工轨迹F(x)视为多个相对简单的轨迹依次连接所形成的轨迹，此时可获得以下公式：

其中，n为规则线f_i(x)的数量。规则线f_i(x)可以是直线、弧线、多段线或是样条曲线等简单的轨迹线。

不同类型的规则线f_i(x)的离散处理方法不同，其中，直线、多段线等轨迹线的离散处理方法较为常规，此处不再详述，仅以圆弧和样条曲线这两种相对复杂的轨迹线为例对离散处理方法进行说明。具体的，当规则线f_i(x)为圆弧线时，已知圆弧起始角度θ₁、终止角度θ₂、半径r、圆心p_c(x_c，y_c)、初始离散个数n、弦高误差c，具体步骤如下：

(1)计算圆弧圆心角等分角度：

(2)计算圆心角Δθ对应弦长的起点p₁(x₁，y₁)和终点p₂(x₂，y₂)：

(3)计算圆心角Δθ对应弦长中点p_cm(x_cm，y_cm)和圆弧中点p_am(x_am，y_am)：

(4)计算圆心角Δθ对应的弦高δ：

(5)如果δ＞ε，则n＝n+1，跳转至步骤(1)，否则记录当前离散个数n，并执行下一步。

(6)计算圆弧圆心角等分角度：

(7)计算每个离散点p_i(x_i，y_i)：

当规则线f_i(x)为B样条曲线时，已知样条曲线控制点个数n、阶数p、控制点坐标集P、离散精度ε，B-Spline曲线公式为：

其中，N_i，p(u)是p次B-Spline基函数，u为节点值，其值范围为0＜＜u＜＜1。

具体步骤如下：

(1)计算离散个数m：

m＝1/ε

(2)计算节点u_j和对应基函数：

(3)计算曲线离散点坐标P′_j：

每段规则线f_i(x)离散后得到的点集为U_i，则可根据以下公式获得点集U：

离散化曲线，得到序列离散点，输出各点p_j的坐标值(x_j，y_j)(j＝1，2，...)。

S3，坐标换算，以绳锯机的工作台为基座建立机床坐标系，同时进行坐标换算，具体的换算方法为常规的方法，此处不再详述。需要说明的是，由于坐标换算并不会改变加工轨迹F(x)以及对应的各点的位置，下文仍以上文提及的字母或函数指代对应的点或轨迹。

S4，计算偏摆角度，计算各离散点在加工轨迹F(x)上的切线矢量V_j，其计算公式如下：

V_j＝f_i′(x_j)

然后根据切线矢量V_j计算切削设备的刀具的偏摆角度θ_j，在本实施例中切削设备的刀具为金刚石绳锯，而切削时金刚石绳锯的方向取决于导向轮的方向，因此此处的偏摆角度θ_j实际上也是导向轮的偏摆角度。具体的，假设其中两个相邻的离散点的坐标分别为p_j(x_j，y_j)和p_j+1(x_j+1，y_j+1)，切削设备的刀具初始位置与机床坐标系的X轴之间的夹角为

所述偏摆角度θ_j的计算公式如下：

S5，生成加工程序，根据离散点和偏摆角度θ_j生成加工程序，具体的生产方式为常规的方式，此处不再详述。同时在加工程序中添加用于追踪当前加工位置p(x，y)在加工轨迹F(x)上的对应位置的断点追踪标记I(i，j)，其中i为正整数。这样可以最大速度索引当前位置处于哪段规则线f_i(x)上，且位于规则线f_i(x)的哪个位置，通过I(i，j)进行实时跟随。

S6，生成回退程序，将点集U逆向映射得到点集U’，即点集U’中各点的排序与点集U相反，具体公式如下：

其中U′_i为每段规则线f_i(x)的逆向离散点。

之后，根据所述点集U’生成回退程序。具体的生产方式为常规的方式，此处不再详述。由于无需每次回退临时生产回退程序，控制效率相对较高。

S7，实时跟踪标记，实时跟踪断点追踪标记I(i，j)，并记录当前加工位置p(x，y)，当需要执行回退动作时，通过断点追踪标记I(i，j)索引并判断点当前加工位置p(x，y)位于所述回退程序中的位置，进而控制刀具(即金刚石绳锯)从当前位置进行回退。

本实施例提供的回退实时跟随控制方法，可实现任意轨迹位置和方向的回退，并实时控制，此外，本实施例提供的回退实时跟随控制方法还能够实现分段回退。

上面结合具体实施例对本发明做了详细的说明，但是本发明的实施方式并不仅限于上述实施方式，本领域技术人员根据现有技术可以对本发明做出各种变形，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种用于切削设备的回退实时跟随控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，规划加工轨迹，根据待加工工件的轮廓形状在制图软件上绘制加工曲线，并根据所述加工曲线获取加工轨迹F(x)；

S2，离散加工轨迹，对所述加工轨迹F(x)进行离散处理获得点集U，同时获得所述点集U中各离散点p_j的坐标值（x_j, y_j），其中j为正整数；

S3，计算偏摆角度，计算各所述离散点在所述加工轨迹F(x)上的切线矢量V_j，然后根据所述切线矢量V_j计算切削设备的刀具的偏摆角度θ_j；

S4，生成加工程序，根据所述离散点和所述偏摆角度θ_j生成加工程序，同时在所述加工程序中添加用于追踪当前加工位置p(x,y)在所述加工轨迹F(x)上的对应位置的断点追踪标记I(i,j)，其中i为正整数；

S5，生成回退程序，将所述点集U逆向映射得到点集U'，根据所述点集U'生成回退程序；

S6，实时跟踪标记，实时跟踪所述断点追踪标记I(i,j)，并记录当前加工位置p(x,y)，当需要执行回退动作时，通过所述断点追踪标记I(i,j)索引并判断点所述当前加工位置p(x,y)位于所述回退程序中的位置，进而控制所述刀具从当前位置进行回退；

其中步骤S2中，将所述加工轨迹F(x)分解为多段规则线

，并分别对各所述规则线

进行离散，然后断点追踪标记I(i,j)用于索引当前位置p(x,y)所处的规则线

及其在相应规则线

上的具体位置。

2.如权利要求1所述的用于切削设备的回退实时跟随控制方法，其特征在于，在步骤S3中，假设其中两个相邻的所述离散点的坐标分别为

和

，切削设备的刀具初始位置与坐标系X轴之间的夹角为

，所述偏摆角度θ_j的计算公式如下：

。