[发明专利]小线段路径压缩平滑的前瞻插补系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种数控加工技术领域的离线系统，尤其是可以根据小线段(G01代码)生成B样条，接着进行跃度有限的速度规划，进而生成插补点的系统，具体涉及小线段路径压缩平滑的前瞻插补系统。

背景技术

数控加工中，通常CAM(Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)软件的后置处理器会按加工精度的要求将复杂路径分解为一系列的微小路径段，再由数控系统中的插补器对每段路径进行插补运算，进而进行闭环控制。而这一方面，需要较大的存储空间存放数据；另一方，由于速度规划的不连贯性，势必导致表面质量和加工效率的降低。

用参数曲线将微小路径线段进行拟合，然后再进行速度规划，进而进行插补被证明是一种非常有效的方法。为了满足高速高精度的加工要求，根据微小路径生成的参数曲线应该具有以下特征：拟合精度满足精度要求，利于进行速度规划，利于表示各种类型的曲线，抑制刀路振荡，C²连续等。而规划的速度曲线应该满足加速度连续、跃度有限的要求，如此可减少对机械结构的冲击。

对现有的技术检索发现，也有用Bezier曲线进行小线段转接的(CN102147600)，然而由于采用转接的方式，需要存储的数据量依然很大，且也不利于速度规划的连贯性。另外，Bezier曲线由于不具有局部支撑性，在设计、修改上也不方便。而在速度规划方面，一般的方法都采用了速度连续，也即加速度有限的方式进行，因此可能会有较大跃度，这仍然会对机械结构造成较大冲击。

发明内容

针对现有技术以上不足，本发明的目的在于采用对小线段拟合，而非转接的方式将小线段光顺为B样条曲线，同时采用跃度有限的方式进行速度规划，而插补则采用了多种不同的方法。

根据本发明提供的一种小线段路径压缩平滑的前瞻插补系统，包括：路径光顺模块、曲线扫描分段模块、双向加速模块、速度规划模块、插补模块；

路径光顺模块，用于通过读取数控G代码G01段的信息，提取代码中的小线段的坐标信息，根据这些坐标信息计算，对小线段进行路径压缩平滑光顺；

曲线扫描分段模块、双向加速模块、速度规划模块，用于完成跃度有限的S型速度规划的任务，得到规划速度；

插补模块，用于根据计算得到的规划速度生成离散的插补点，这些插补点会被存储用于位置闭环控制中。

优选地，所述路径光顺模块，从所有小线段端点根据曲率、弓高误差、曲率噪声这些信息选取合适的点作为拟合所用特征点；为了更进一步提高算法的快速收敛性，及以后的实时控制，通过添加前瞻窗口的方式，将找到的特征点分批进行拟合，生成B样条曲线；在根据曲率选取拟合特征点时，加入了曲率的滤波环节；在拟合过程中，分别采用向心参数化方法和平均化方法求取控制点对应的曲线参数及节点矢量，根据PDM方法进行最小二乘拟合求取初始控制点，通过距离函数得到的优化问题来更新控制点信息，通过弓高误差来增加特征点，最后使用Hausdorff距离来控制拟合精度；

所述曲线扫描分段模块，找出B样条曲线曲率的极大值点，再根据弓高误差、最大进给速度、最大加速度、最大跃度的约束找出B样条上的特征点，根据这些特征点将曲线分为若干段，计算每段曲线的首末的速度极值及长度；

所述双向加速模块，通过双向扫描的方式，使机床能顺利停机，且进行的速度规划曲线确实可行；

所述速度规划模块，根据机床最大进给速度、加速度、跃度及允许的曲线弓高误差以及每段曲线首末速度、弧长信息，采用五段式加减速速度规划，使生成的速度规划曲线跃度有限；首先根据给定的约束条件，求取一个阈值曲率，然后根据阈值曲率确定曲线上进行速度规划的关键点，然后求取关键点的弧长，然后再进行速度规划；

所述插补模块，根据规划速度，进行插补，将插补所得位置信息离线存储，用于进行位置的实时控制；

根据前瞻窗口，将选取的特征点分批进行拟合，提高算法效率；同时，在拟合生成的多段B样条的连接处，应用离散速度约束的条件，使速度规划在连接点处不必降为0，保证了速度规划的连贯性；

通过增加前瞻窗口，使曲线拟合、速度规划在较短时间内完成，同时使插补与位置控制实时完成。

优选地，选取合适的点作为拟合所用特征点，具体如下：

首先将整段曲线的端点作为特征点；

离散曲率的计算公式为