[发明专利]用于生成轨迹的方法和系统

说明书

技术领域

本发明总体上涉及数字控制处理，更特别地，涉及针对数字控制处理确定空间坐标的轨迹。

背景技术

数字控制(NC)涉及由在存储介质上编码的抽象编程命令操作的机器工具的自动化或通过凸轮实现机械自动化的机器工具的自动化。当前大多数NC是计算机数字控制(CNC)，在CNC中，计算机负责控制的整体部分。

在现代CNC系统中，使用计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)程序使端到端的组件设计高度自动化。程序生成文件，该文件通过后置处理器被解释以提取操作特定机器所需的命令，然后将文件加载到CNC机器中用于生产。通常，数字控制机器被提供参考轨迹，参考轨迹是表示致动器位置或待移动块体的空间坐标的一序列点的形式。CNC控制块体的移动以跟随轨迹以及(有可能)机器的给定物理限制。

操作加工机器的运动控制器是CNC的一个示例。机床、研磨机和坐标测量机器(CMM)是利用CNC进行运动控制的制造设备的其它示例。三轴CNC加工机器具有其中安装有工具的头部和能相对于工具在X、Y平面内移动的工作台。根据正交的X、Y和Z笛卡尔坐标系，电机控制工作台在X和Y方向上的运动和工具在Z方向上的运动。位置传感器(通常，编码器或定标器(scaler))提供反馈，所述反馈指示工具相对于加工机器的坐标系的位置。

CNC部分地读取指明工具在指定速率或进料速率下将跟随的工具路径轨迹。通常，使用数字控制编程语言实现工具运动，该语言也被称为预备代码或G代码，参见(例如)RS274D和DIN 66025/ISO 6983标准。控制器连续地比较当前工具位置和指定工具路径。利用这个反馈，控制器生成信号，以在工具以所需速率沿着工具路径移动的同时使工具的实际轨迹尽可能接近地匹配输入轨迹这样的方式控制电机。控制器可与计算机辅助加工(CAM)系统结合起来使用。

用所需加工结果的模型确定轨迹和对应的G代码。在确定了轨迹之后，CNC不访问原始模型并且不能补偿控制中的任何错误。另外，轨迹信息可能不是所需加工的准确表示，例如，轨迹可能因噪声、坐标的过度量化、模型几何形状的欠采样而被损坏。

因此，在轨迹数据被供应到控制器之前，一般有必要对轨迹数据进行重新处理和重采样。通常，这涉及对一序列点进行过滤和平滑。已经使用了多种传统方法以改善输入轨迹，这些方法包括求平均、插值、拟合简单曲线、剔除异常的阈值，参见例如美国专利5815401、7444202和5723961。

然而，由于CNC的计算能力的限制，导致传统方法局部地(即，在数据点的小窗口内)处理输入轨迹。这导致明显欠佳的结果，因为小窗口可能不包括足够的信息以确定特异点是否表示拐角、量化伪迹、过剩运动、采样伪迹、欠采样的曲率变化或一些其它伪迹。

发明内容

本发明要解决的问题

本发明的各种实施方式是基于以下认识：只基于本地可用信息的针对数字控制(NC)处理的输入轨迹的局部修改可能欠佳。这是因为，在不考虑轨迹的其它部分的结构和可能修改的情况下确定局部修改。

为了应对这个缺陷，本发明的一些实施方式作为局部修改输入轨迹的替代方式，在计算全部因素时，使用这个局部修改作为一个因素，以考虑整体轨迹的全局修改。为此目的，一些实施方式基于各种各样可能的本地修改形式的组合，修改轨迹。

例如，一个实施方式针对NC处理通过表示空间坐标的点形成的输入轨迹，以确定点的多个序列。各序列是通过从输入轨迹中去除独特点组合形成的并且可表示整个输入轨迹的全局修改。对于各序列，实施方式确定输入轨迹中各点的本地成本。例如，序列的点的本地成本基于该点相对于该序列中至少一些点的空间布置。

在一些实施方式中，确定针对序列的点的本地成本，即使从该序列去除该点。以此方式，实施方式可考虑更多可能的本地修改因素。实施方式通过针对各序列确定输入轨迹的点的对应本地成本的总和来比较各种序列，并且选择具有本地成本总和的最佳值的最佳序列。例如，最佳值是本地成本总和的最小值或最大值。通过确定本地成本的总和，实施方式将点的本地成本视为全部因素中的一个因素，这些因素允许对基于最佳序列生成轨迹进行全局决策。