CN113552843A - 一种用于数控机床的高精度定点输出方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于数控机床的高精度定点输出方法，以数控机床上的伺服电机中心轴原点为机械坐标系原点0，在原点放一物体P，物体P在传送带上向前运动，当物品P到达机械坐标系中目标点M的时候，伺服控制器会通过IO端口K输出时间长度为T_s的高电平。本申请增加了定点输出IO输出高电平时间宽度，且分两种大于、小于伺服控制器处理离散最小周期的情况分别处理，同时考虑到了CAN总线通信延迟时间的问题，有效解决了数控机床伺服控制器精度低，实时性低的问题，相比现有机床大大地提高了准确度，减小了误差。

Description

一种用于数控机床的高精度定点输出方法

技术领域

本发明属于数控机床技术领域，具体涉及一种用于数控机床的高精度定点输出方法。

背景技术

随着科学技术的进步，国内涌现出许多造车新势力，其中具有代表性的蔚来、小鹏、理想，汽车就像金字塔一样，需要很多基础设备才能把金字塔基座打好，基座没有打好就去做金字塔尖上的东西，犹如空中楼阁。基础材料机床是其中关键一项，有了精密的机床、设备，人类才有了芯片，后来就发明了电动汽车，所以基础材料机床是金字塔基座之一。美国基础材料做到世界领先地位，因而特斯拉和苹果手机在美国发明出来。精密机床需要基础材料和高性能软件算法，机床很重要的指标是准确性、实时性，目前国内许多机床无法达到这个指标。

发明内容

本发明提供一种用于数控机床的高精度定点输出方法，有效地解决了现有机床无法达到准确高、误差小的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种用于数控机床的高精度定点输出方法，数控机床包括电脑主机、伺服电机、伺服控制器、传送带，电脑主机与伺服控制器连接，用于向伺服控制器发送指令和接收伺服控制器反馈状态，伺服控制器通过CAN总线与伺服电机连接，用于控制伺服电机的速度和力矩，伺服电机与传送带连接，用于驱动传送带工作，传送带上放置有待输送物体，伺服控制器内含16BIT定时器模块与PWM模块；高精度定点输出方法在数控机床机械坐标系下实现，设定伺服电机中心轴原点为机械坐标系原点O，且物体P由原点O出发在传送带上向前运动，设定伺服控制器的硬件中断服务周期为T_p，CAN总线通信延迟时间为T_m，并设定机械坐标系上任意一点M为目标位置，高精度定点输出方法包括：

设物体P当前处在位置B，且在坐标系上位置B到原点的距离小于目标位置M到原点的距离，根据物体P在上一周期的运行距离S₁除以周期时间T_p得出当前平均速度V=S₁/T_p，根据平均速度V乘以周期时间T_p，得到下一周期能运行距离S₂=V*T_p，从而预测出下一周期物品到达地点为S₃=B+S₂，此时比较目标位置M和预测地点S₃到原点的距离，若S₃大于M，则预测下一周期内物体P会通过目标位置M，物体P由位置B到位置M所需要的时间为T₁=(M-B)/V，则伺服控制器IO端口在物体P通过目标位置M时输出高电平，且持续时间为T_s；

若T_s小于或大于T_p，则启动16BIT定时器模块，并根据物体P由位置B到目标位置M所需要的时间设定16BIT定时器模块的触发Count值为(2^16/T_p)*(T₁-T_m)，当定时器溢出产生中断时，16BIT的PWM模块来处理，设置PWM模块的PWM通道负极性，PWM一通道周期T_a为2*T_s，PWM通道占空比为(2^16/T_a)*(T₁-T_m)。

作为上述方案的优选，物体P的运行速度V为预设值或通过计算得到，计算过程为：物体在一硬件中断服务周期T_p内的运行的距离S_p除以周期时间，即V=S_p/T_p。

作为上述方案的优选，伺服控制器IO端口输出高电平持续时间T_s值为预先通过电脑主机设置到伺服控制器内部的。

作为上述方案的优选，CAN总线通信延迟时间具体为：伺服电机检测到物体到达某一点的时刻为t₁，伺服控制器接收到伺服电机发送的位置信息的时刻为t₂，延迟时间T_m=t₂-t₁。

由于具有上述结构，本发明的有益效果在于：

本申请增加了定点输出IO输出高电平时间宽度，且分两种大于、小于伺服控制器处理离散最小周期的情况分别处理，同时考虑到了CAN总线通信延迟时间的问题，有效解决了数控机床伺服控制器不能及时处理离散最小周期以内的目标位置点的问题，相比现有机床大大地提高了准确度，减小了误差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明的流程图；

图2为伺服控制器硬件中断服务周期示意图；

图3为机械坐标系示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

数控机床一般包括电脑主机、伺服电机、伺服控制器、传送带，电脑主机与伺服控制器连接，用于向伺服控制器发送指令和接收伺服控制器反馈状态，伺服控制器与伺服电机连接，用于控制伺服电机的速度和力矩，伺服电机与传送带连接，用于驱动传送带工作，传送带上放置有待输送物体。

设定伺服电机中心轴原点为机械坐标系原点O，且物体P由原点O出发在传送带上匀速向前运动。在机械坐标系上设定一目标位置M，并设定伺服控制器的处理离散最小周期为T_p毫秒。当物体P通过目标位置M的瞬间，伺服控制器IO端口K由低电平到高电平开始定点输出。由于目标位置M是任意一点，伺服控制器处理离散最小周期为T_p，如图2所示，只能处理T的整数倍的目标位置，不能及时处理像

位置的目标位置，定点输出高电平的宽度可以是小于一个周期时间T_p，或者大于一个周期时间T_p，本实施例提供的高精度定点输出方法就用解决上述问题，如图1所示，具体包括：

设物体P当前处在位置B，且在坐标系上位置B到原点的距离小于目标位置M到原点的距离，根据物体在上一周期的运行距离S₁除以周期时间T_p得出当前平均速度V=S₁/T_p，根据平均速度V乘以周期时间T_p，得到下一周期能运行距离S₂=V*T_p，从而预测出下一周期物品到达地点为S₃=B+S₂，此时比较目标位置M和预测地点S₃到原点的距离，若S₃大于M，则预测下一周期内物体P会通过目标位置M，物体P由位置B到位置M所需要的时间为T₁=(M-B)/V，则伺服控制器IO端口在物体P通过目标位置M时输出高电平，且持续时间为T_s；

若T_s小于或大于T_p，则启动16BIT定时器模块，并根据物体P由位置B到目标位置M所需要的时间设定16BIT定时器模块的触发Count值为(2^16/T_p)*(T₁-T_m)，当定时器溢出产生中断时，16BIT的PWM模块来处理，设置PWM模块的PWM通道负极性，设置PWM一通道周期T_a为2*T_s(高电平持续时间T_s 应小于 PWM通道周期T_a，高电平持续时间T_s 等于 PWM通道周期T_a的一半为最佳)，设置占空比为(2^16/T_a)*(T₁-T_m)。

下面以具体数值代入计算，进行详细介绍：

步骤一：伺服控制器MCU中最快硬件中断服务为0.2ms周期(T_p)任务如图2所示，该任务处理当物体移动到机械坐标系指定目标位置M输出由低电平变为高电平，考虑到CAN总线通信延迟时间为一固定值，假定CAN通信介质的延迟时间为0.01ms(T_m)；若物体当前处在800单位位置B，目标位置在850单位位置M，若根据上一周期(T_p)的运行的距离S₁除以周期时间0.2ms(T_p)得出当前平均速度V=S₁/T_p，根据平均速度V乘以周期时间0.2ms(T_p)，得到下一周期(T_p)能运行距离S₂=V*T_p，从而得出下一周期物品到达地点为S₃=B+S₂，比较目标地点M和预测地点S₃，若S₃大于M（850单位），则预测下周期内物体P会通过目标位置M，则端口K输出高电平，持续时间为T_s，若为T_s小于一周期0.2ms(T_p)或超过一周期时间0.2ms(T_p)，则启动16BIT定时器模块，当计时器溢出产生中断，设定PWM周期以及输出高电平时间。

步骤二：定点输出的时间，如图3所示，例如在前一周期0.2ms物体P由坐标系600位置A移到800单位位置B，算出速度V=(B-A)/T_p=(800单位-600单位)/0.2ms=1000单位/ms，以这样的速度预测从B到M位置的时间T₁=(M-B)/V=(850单位-800单位)/1000单位/ms =0.05ms物体将到达目标位置T，由于MCU中最快硬件中断服务为0.2ms，来不及处理0.05ms任务，所以16bit定时器Timer最大取值范围为2^16=65536,故设定触发Count值=(2^16/T_p)*(T₁-T_m)=(65536/0.2)*(0.05-0.01)=13107，一旦物体P通过目标点M时候，IO输出由低电平到高电平持续时间为0.04ms(小于一周期)，触发定时器中断，16bit的PWM模块来处理，设置PWM一通道周期T_a为0.08ms，PWM通道负极性，占空比=(2^16/T_a)*(T₁-T_m)=65536/0.08*0.04=32768，则在下周期，物体P通过目标点M，IO开始输出高电平且持续时间为0.04ms后，继续维持低电平输出。若物体P通过目标点M的时候，IO输出由低电平到高电平持续时间T_s为0.3ms,则设置PWM一通道周期为0.4ms(T_b)，设置PWM通道负极性，设置PWM通道的占空比=(2^16/T_b)*(T₁-T_m)=65536/0.4*0.04=6554，则在下周期，物体P通过目标点M，IO开始输出高电平且持续时间为0.3ms后，继续维持低电平输出。

在本实施例中，伺服控制器IO端口K输出高电平持续时间T_s值为预先通过电脑主机设置到伺服控制器内部的。

在本实施例中，CAN总线通信延迟时间具体为：伺服电机检测到物体到达某一点的时刻为t₁，伺服控制器接收到伺服电机发送的位置信息的时刻为t₂，延迟时间T_m=t₂-t₁。

本实施例增加了定点输出IO输出高电平时间宽度，且分两种大于、小于伺服控制器处理离散最小周期的情况分别处理，同时考虑到了CAN总线通信延迟时间的问题，有效解决了数控机床伺服控制器不能及时处理离散最小周期以内的目标位置点的问题，相比现有机床大大地提高了准确度，减小了误差。

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 (3)

1.一种用于数控机床的高精度定点输出方法，数控机床包括电脑主机、伺服电机、伺服控制器、传送带，电脑主机与伺服控制器连接，用于向伺服控制器发送指令和接收伺服控制器反馈状态，伺服控制器通过CAN总线与伺服电机连接，用于控制伺服电机的速度和力矩，伺服电机与传送带连接，用于驱动传送带工作，传送带上放置有待输送物体，伺服控制器内含16BIT定时器模块与PWM模块；高精度定点输出方法在数控机床机械坐标系下实现，设定伺服电机中心轴原点为机械坐标系原点O，且物体P由原点O出发在传送带上向前运动，设定伺服控制器的硬件中断服务周期为T_p，CAN总线通信延迟时间为T_m，并设定机械坐标系上任意一点M为目标位置，其特征在于，高精度定点输出方法包括：

设物体P当前处在位置B，且在坐标系上位置B到原点的距离小于目标位置M到原点的距离，根据物体P在上一周期的运行距离S₁除以周期时间T_p得出当前平均速度V=S₁/T_p，根据平均速度V乘以周期时间T_p，得到下一周期能运行距离S₂=V*T_p，从而预测出下一周期物品到达地点为S₃=B+S₂，此时比较目标位置M和预测地点S₃到原点的距离，若S₃大于M，则预测下一周期内物体P会通过目标位置M，物体P由位置B到位置M所需要的时间为T₁=(M-B)/V，则伺服控制器IO端口在物体P通过目标位置M时输出高电平，且持续时间为T_s；

若T_s小于或大于T_p，则启动16BIT定时器模块，并根据物体P由位置B到目标位置M所需要的时间设定16BIT定时器模块的触发Count值为(2^16/T_p)*(T₁-T_m)，当定时器溢出产生中断时，16BIT的PWM模块来处理，设置PWM模块的PWM通道负极性，PWM一通道周期T_a为2*T_s，PWM通道占空比为(2^16/T_a)*(T₁-T_m)。

2.根据权利要求1所述的用于数控机床的高精度定点输出方法，其特征在于，伺服控制器IO端口输出高电平持续时间T_s值为预先通过电脑主机设置到伺服控制器内部的。

3.根据权利要求1所述的用于数控机床的高精度定点输出方法，其特征在于，CAN总线通信延迟时间具体为：伺服电机检测到物体到达某一点的时刻为t₁，伺服控制器接收到伺服电机发送的位置信息的时刻为t₂，延迟时间T_m=t₂-t₁。

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