[发明专利]一种六轴五联动激光加工开放式数控系统及其工作方法

权利要求书

1.一种六轴五联动激光加工开放式数控系统，包括上位机(1)和下位机(2)；其特征在于：

上位机包括四个模块：人机界面模块(3)、译码器(4)、全局速度规划模块(5)、激光功率优化模块(6)；

其中，人机界面模块(3)用于输入加工程序和显示各类信息；

其中，译码器(4)用于将输入的NC代码解释成指令队列；

其中，全局速度规划模块(5)根据机床动力学限制修改指令队列中的超约束值；

其中，激光功率优化模块(6)用于调整激光功率与进给速度相匹配；

下位机(2)包括五个模块：插补计算模块(7)、坐标变换模块(8)、补偿模块(9)、逻辑处理模块(10)、伺服和激光控制模块(11)；

其中，插补计算模块(7)用来将轨迹曲线离散成位置坐标；

其中，坐标变换模块(8)用来进行六轴五联动正逆坐标变换；

其中，补偿模块(9)用来对位置误差进行补偿以提高定位精度；

其中，逻辑处理模块(10)用来处理外部输入IO信号；

其中，伺服和激光控制模块(11)用来驱动轴和激光器动作；

上位机各组成模块信息流程如下：

1)人机界面接收加工代码传至译码器；

2)译码器将加工代码转换成指令队列方便机器内部传送和处理，并将指令队列传至全局速度规划模块；

3)全局速度规划模块在接收指令队列后根据机床的动力学限制修改队列中的超约束值，并将修改后的指令队列传至激光功率优化模块；

4)激光功率优化模块接收指令队列后修改激光的功率使之与进给速度相匹配；至此上位机非实时任务完成，得到了适合加工的指令队列；

上位机处理好的指令队列通过ADS标准通信协议传至下位机；

下位机各组成模块信息流程如下：

1)上位机处理好的指令队列首先进入插补计算模块将指令队列中的曲线轨迹离散成位置坐标，并传至坐标变换模块；

2)坐标变换模块将位置坐标分解成各轴运动量传给补偿模块；

3)补偿模块根据激光干涉仪检测的机床补偿值将调整各轴运动量的值，以提高定位精度；

4)伺服和激光控制模块接收到各轴运动量和激光指令功率后利用TwinCAT PTP功能驱动伺服轴和激光器动作；

5)逻辑处理模块的任务是处理外部输入的IO信号，实时在线工作；

其中，全局速度规划模块(5)，包括以下步骤：

步骤一：接收到来自译码器(4)的指令队列后首先根据机床联动动力学约束计算前后曲线段衔接点的过渡速度，即第i段曲线的末速度或者第i+1段曲线的起速度v_i为：

其中A_max为机床最大加速度，T_c为插补周期，F为指令速度，θ＝arccos(τ₁,τ₂)，τ₁和τ₂分别是第i曲线段的末端单位切矢和第i+1曲线段的起始单位切矢；

步骤二：计算第i段曲线段从v_i-1加/减速到v_i所需最小距离S_min：

其中当加/减速过程中有匀加/减速阶段的计算方式为：

反之，当加/减速过程中没有匀加/减速阶段的计算方式：

其中v_max＝max(v_i-1,v_i),v_min＝min(v_i-1,v_i)，v_i-1和v_i分别为第i段曲线的起末速度，A_m和J_m分别为机床所能达到的最大加速度和最大捷度；

步骤三：如果曲线段长度LS_min，则起末速度可达，反之，则需根据L的大小调整起末速度；

步骤四：判断指令速度是否可达，如果不可达根据以下公式降低指令速度：

其中F为指令速度，J_m为机床所能达到的最大捷度；

完成上述步骤后，指令队列中的速度超约束值已经修改完毕，接下来修改激光功率使之与进给速度相匹配。