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专利号: 2020105050835
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种商标模切机高精度联动插补的方法,其特征在于,所述商标模切机高精度联动插补的方法,包括:步骤1、获取原始加工轨迹曲线进行粗插补操作,得到粗插补参数;

步骤2、取粗插补参数中的一段微直线段进行精插补操作,包括:步骤2.1、设置起跳速度、进给步长表、加速度表,并计算进给速度表;

步骤2.2、根据所述进给速度表与进给步长表计算插补周期内的脉冲数与脉冲周期;

步骤2.3、将长短轴各自对应的脉冲数与脉冲周期写入对应的缓冲区;

步骤2.4、在同步信号的作用下,根据缓冲区中的脉冲数与脉冲周期,采用队列的方式利用STM32单片机的定时器完成脉冲的发送,从而实现对长短轴的同步控制;

步骤2.5、判断长短轴是否同时到达目标点,若长短轴到达目标点则执行步骤3;否则重新执行步骤2.2~2.5;

步骤3、判断当前微直线段是否为最后一段微直线段,若是则完成联动插补;否则返回步骤2。

2.如权利要求1所述的商标模切机高精度联动插补的方法,其特征在于,所述步骤1中获取原始加工轨迹曲线进行粗插补操作,包括:步骤1.1、获取原始加工轨迹曲线离散成若干段微直线段;

步骤1.2、逐一判断若干段微直线段是否有效:

取当前待判断的微直线段的起始点为A(xa,ya),终点为B(xb,yb),因此在各个坐标轴上的投影坐标增量为ΔX=|xb-xa|,ΔY=|yb-ya|;

建立判断关系式如下:

[ΔX]<S&&[ΔY]<S                 (1)其中,S若为精插补操作中所允许的最大步数;

若投影坐标增量ΔX、ΔY满足公式(1)的判断关系式,则为有效微直线段;否则为无效微直线段;

步骤1.3、取无效微直线段,对无线微直线段离散成若干段更小的微直线段,并重新执行步骤1.2,循环执行直至得到的所有微直线段均为有效微直线段。

3.如权利要求1所述的商标模切机高精度联动插补的方法,其特征在于,所述步骤2.1中计算进给速度表,包括:步骤2.1.1、取粗插补操作得到的粗插补参数中所有微直线段的坐标点,确定X、Y两轴的运动方向与距离x_Axislen、y_Axislen,其中运动方向取决于x_Axislen、y_Axislen值的正负,若x_Axislen、y_Axislen值为正则代表正向运动、为负则代表负方向运动,X、Y两轴中的长轴为max={x_Axislen,y_Axislen}、短轴为min={x_Axislen,y_Axislen},其中,x_Axislen、y_Axislen通过公式(2)给出:其中:xnextp为下一个坐标点的横坐标,xcurrentp为当前坐标点的横坐标,ynextp为下一个坐标点的纵坐标,ycurrentp为当前坐标点的纵坐标;

步骤2.1.2、以坐标缓冲区的末端终点对应的末端Vi作为临时原点,根据公式(2)向前计算一段长度L,即:依次类推即可以得到进给步长表L0,L1...,Li;

假设进给步长表中的线段的最大长度为Lmax,若当前点到目标点的长度为L,若L>Lmax,则需要将当前的线段L分割成更小的线段,直到L≤Lmax为止,当满足L≤Lmax条件时,当前的加速度需根据长度L进行动态自适应调整,假设当前的加速度为a,动态调整后的加速度为其中,k为常数因子;若步进电机加速到线段L的某一位设置为目标速度即为最大速度后开始匀速,并不再加减速,则按照公式(4)计算得到加速度表 进一步地需要得到各个拐点处的给进行,为了避免过切,这里需要对拐的速度进行约束规划;

首先需要确定拐点处的最大约束速度,假设任意三点Pi-1,Pi,Pi+1,坐标分别为(xi-1,yi-1),(xi,yi),(xi+1,yi+1),设点Pi-1到Pi点处的末速度为Ve,点pi到pi+1的起始速度Vs,两向量的夹角为Δθi,设 可以得到:进一步化简得:

利用三角形余弦定理,可以得到拐弯速度变化ΔVi:

ΔVi2=|Ve|2+|Vs|2-2|Ve|*|Vs|cosΔθ                  (7)利用基本不等式关系得到:

即:当且仅当Ve=Vs=Vi,ΔVi取得最小值: 由于Pi的速度变化在一个插补周期T内完成,设商标模切机的最大加速度为amax,于是可以得到最大拐弯速度的约束条件:根据 进一步地化简得到:

由公式(10)可以依次得到各个拐点处的最大值Vsysmax(n)(其中:n=1...i),考虑到由于受线段长度的限制,导致商标模切机在实际加工过程中加减速距离不够,导致过切,因此需要对理论上的拐点速度进行修正:若步进电机加速到线段L的某一位设置为目标速度即为最大速度后开始匀速,并不再加减速,则按照公式(4)计算得到加速度表 进一步得到下一点的速度V1',即:其中V0'为当前的初始速度,t为加速时间,并且加速后的速度必须满足公式(10)所设定的最大理论拐弯速度Vsysmax(1),即V1=min{V1',Vsysmax(1)},其中,V1为计算的速度与设定的速度中的较小值作为前一点的速度;

重复步骤2.1.1~步骤2.1.2一直推到正向的末尾点速度Vi,得到所有拐点的最终目标速度,即得到给正向进给速度表V0,V1,...Vi。

4.如权利要求3所述的商标模切机高精度联动插补的方法,其特征在于,步骤2.2中根据进给速度表与进给步长表计算插补周期内的脉冲数与脉冲周期,包括:利用建立好的进给步长表l0,l1...li和在长轴的上的进给速度表V0,V1,...Vi,得到电机在第i个插补周期内对应的脉冲个数nxi,即:nxi=li;

令长轴为X轴,短轴为Y轴,根据长轴X、短轴Y与合运动向量的夹角θ,得到短轴Y在第i个插补周期内对应的脉冲数为nyi=nxi.tanθ,推知:从而可以计算出长轴的第i个插补周期为:其中,C为对应插补周期常量,基于长轴的对应的插补周期Txi, 为短轴的脉冲周期,因此可以计算得到短轴的当前的速度:由于Vyi取值为整数,所以在对应的周期内会存在偏差ΔTyi,即:ΔTyi=Txi-Vyi.nyi                        (13)根据公式(13)可以由上一个周期差值得到短轴的下一个插补周期:因此计算得到长短轴的插补周期为Txi、 则长短轴对应的脉冲周期为Txi/nxi、Tyi/nyi,插补周期计算过程中从第一个插补周期开始计算,依此类推后面插补周期内的脉冲数与脉冲周期。

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