一種基于nurbs曲面插補(bǔ)的插補(bǔ)系統(tǒng)及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于NURBS曲面插補(bǔ)的插補(bǔ)系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括主要包括PC機(jī)或工控機(jī)、ARM微處理器和控制單元；所述PC機(jī)或工控機(jī)上運(yùn)行WindowsXP/Windows?Server2003/Windows7系統(tǒng)，PC機(jī)或工控機(jī)與ARM微處理器處于同一個(gè)以太網(wǎng)乃至同時(shí)接入Internet網(wǎng)絡(luò)，控制單元根據(jù)ARM微處理器計(jì)算出的刀位坐標(biāo)控制刀具行進(jìn)，每一個(gè)控制單元控制一個(gè)坐標(biāo)方向，所述控制單元的數(shù)量為五個(gè)；PC機(jī)或工控機(jī)和ARM微處理器采用網(wǎng)線和RJ45口進(jìn)行連接，采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。本發(fā)明在處理自由曲面時(shí)更具有數(shù)據(jù)傳輸要求少、加工速度快、更平順等優(yōu)勢(shì)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于NURBS曲面插補(bǔ)的插補(bǔ)系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于NURBS曲面插補(bǔ)的插補(bǔ)系統(tǒng)及方法，具體地說(shuō)，涉及一種具 有遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)與仿真功能的基于NURBS曲面插補(bǔ)的插補(bǔ)系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 制造業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)的水平實(shí)際上代表了一個(gè)國(guó)家制造業(yè)的 水平。在數(shù)控系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)是其核心部件，它類(lèi)似人的大腦，控制著刀具按照要求行進(jìn)， 加工出符合人們要求的形狀。傳統(tǒng)的控制器采用封閉的結(jié)構(gòu)，其核心技術(shù)由幾大數(shù)控公司 控制?？刂破鞣忾]的結(jié)構(gòu)造成其價(jià)格昂貴、難以改進(jìn)，難以將其它的先進(jìn)技術(shù)以及數(shù)控系統(tǒng) 使用者的想法融入到控制器中。這種機(jī)制使得數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商和制造者嚴(yán)重依賴(lài)這些大型 的壟斷公司。在給他們帶來(lái)高額利潤(rùn)的同時(shí)，也使購(gòu)買(mǎi)這些控制器的公司付出高昂的成本， 同時(shí)也限制了數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，這種專(zhuān)用的、封閉式的體系結(jié) 構(gòu)，已不能適應(yīng)當(dāng)今制造業(yè)市場(chǎng)的變化與競(jìng)爭(zhēng)，也不能滿足現(xiàn)代制造業(yè)向信息化、敏捷制造 模式發(fā)展的需要。這就要求數(shù)控系統(tǒng)必須設(shè)法擺脫其傳統(tǒng)的封閉模式，向開(kāi)放式方向發(fā)展。
[0003] 開(kāi)放化的數(shù)控系統(tǒng)可以整合各種先進(jìn)的、成熟技術(shù)資源，開(kāi)發(fā)出多樣、滿足不同需 求的數(shù)控系統(tǒng)，可以繞開(kāi)大型數(shù)控公司的技術(shù)壁壘，可以使數(shù)控系統(tǒng)更容易配置、調(diào)整、方 便進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)以滿足市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品日益靈活多變的需求。數(shù)控系統(tǒng)向并行化發(fā)展，是因?yàn)?人們要求數(shù)控系統(tǒng)有更高的加工精度、更快的加工速度和更復(fù)雜加工計(jì)算的能力。而這些 是單一的控制器或者計(jì)算機(jī)難以滿足的，或者可以滿足而代價(jià)又太高。因此促使人們采用 并行計(jì)算的方法來(lái)解決復(fù)雜的、實(shí)時(shí)的計(jì)算問(wèn)題。同時(shí)，又存在大量沒(méi)有得到充分利用的、 閑置的計(jì)算資源，這些條件為數(shù)控系統(tǒng)的并行化提供了一定的推動(dòng)力。現(xiàn)在的社會(huì)是一個(gè) 動(dòng)態(tài)多變的社會(huì)，是一個(gè)全球制造的社會(huì)、是一個(gè)能夠整合全球資源的社會(huì)。數(shù)控系統(tǒng)也必 然要適應(yīng)這一變化。數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化就是基于此而產(chǎn)生的。網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)控系統(tǒng)，可以實(shí) 現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程故障診斷。這些整合各種資源的行動(dòng)也促進(jìn)了所謂集成制造的 發(fā)展。
[0004] 在數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)放方面，人們也進(jìn)行了很多的研究，但僅限于結(jié)構(gòu)的開(kāi)放，而在功能 上、插補(bǔ)算法上以及功能多樣性上的研究有所欠缺。這造成了開(kāi)放式的數(shù)控系統(tǒng)很難和傳 統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)抗衡。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于NURBS曲面插補(bǔ)的插 補(bǔ)系統(tǒng)及方法，不僅具有開(kāi)放的結(jié)構(gòu)、先進(jìn)的曲面插補(bǔ)算法，還在系統(tǒng)并行化和網(wǎng)絡(luò)化方面 進(jìn)行了探索，使其具有更豐富的功能。其具體技術(shù)方案為：
[0006] -種基于NURBS曲面插補(bǔ)的插補(bǔ)系統(tǒng)，主要包括PC機(jī)或工控機(jī)、ARM微處理器和 控制單兀；
[0007] 所述 PC 機(jī)或工控機(jī)上運(yùn)行 WindowsXP/WindowsServer2003/Windows7 系統(tǒng)，PC 機(jī) 或工控機(jī)與ARM微處理器處于同一個(gè)以太網(wǎng)乃至同時(shí)接入Internet網(wǎng)絡(luò)，控制單元根據(jù) ARM微處理器計(jì)算出的刀位坐標(biāo)控制刀具行進(jìn)，每一個(gè)控制單元控制一個(gè)坐標(biāo)方向，所述控 制單元的數(shù)量為5個(gè)；
[0008] PC機(jī)或工控機(jī)和ARM微處理器采用網(wǎng)線和RJ45 口進(jìn)行連接，采用TCP/IP協(xié)議進(jìn) 行數(shù)據(jù)傳輸。
[0009] -種基于NURBS曲面插補(bǔ)的插補(bǔ)方法，包括以下步驟：
[0010] 1)在PC機(jī)或工控機(jī)上使用加工形狀設(shè)計(jì)軟件對(duì)要加工的自由曲線或曲面的形狀 使用NURBS技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并可以隨時(shí)調(diào)整，直到設(shè)計(jì)的形狀達(dá)到滿意，保存設(shè)計(jì)好的加工 參數(shù)：控制點(diǎn)、權(quán)因子、節(jié)點(diǎn)向量、曲線或曲面次冪；
[0011] 2)使用加工過(guò)程仿真軟件將設(shè)計(jì)好的加工參數(shù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給ARM微處理器；
[0012] 3) ARM微處理器進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，計(jì)算出每個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)的刀位坐標(biāo)；
[0013] 4)同時(shí)將這些坐標(biāo)回傳至PC機(jī)或工控機(jī)，其上的仿真軟件接收數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分 析，并以三維圖形的方式動(dòng)態(tài)的仿真出刀具行走的狀況。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0015] 1、采用通用PC機(jī)（或工控機(jī)）和通用微處理器芯片構(gòu)建開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)更 加開(kāi)放。
[0016] 2、采用NURBS曲面插補(bǔ)算法，在處理自由曲面時(shí)更具有數(shù)據(jù)傳輸要求少、加工速 度快、更平順等優(yōu)勢(shì)。
[0017] 3、可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)與仿真。設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)結(jié)果可以及時(shí)的傳輸給加工系統(tǒng)進(jìn) 行加工。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)加工過(guò)程仿真隨時(shí)觀察和監(jiān)控加工過(guò)程。
[0018] 4、充分利用各種人力、計(jì)算資源。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1是本發(fā)明基于NURBS曲面插補(bǔ)的插補(bǔ)系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；
[0020] 圖2是加工形狀設(shè)計(jì)軟件流程圖；
[0021] 圖3是遠(yuǎn)程仿真軟件流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合附圖和具體實(shí)例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0023] 參照?qǐng)D1，主要包括PC機(jī)或工控機(jī)、ARM微處理器和控制單元；
[0024] 所述工控機(jī)或PC機(jī)就是普通的家用（商用）PC機(jī)或者工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用的工控機(jī)，其上 運(yùn)行WindowsXP/WindowsServer2003/Windows7系統(tǒng)，PC機(jī)或工控機(jī)與ARM微處理器處于 同一個(gè)以太網(wǎng)乃至同時(shí)接入Internet網(wǎng)絡(luò)，控制單元根據(jù)ARM微處理器計(jì)算出的刀位坐標(biāo) 控制刀具行進(jìn)，每一個(gè)控制單元控制一個(gè)坐標(biāo)方向，所述控制單元的數(shù)量為5個(gè)。由于插補(bǔ) 可計(jì)算出X、Y、Z、A、C五個(gè)軸的坐標(biāo)值，因而需要5個(gè)控制單元。
[0025] 工控機(jī)或PC機(jī)和ARM微處理器處于同一個(gè)以太網(wǎng)中或者都接入Internet網(wǎng)，它 們采用網(wǎng)線和RJ45 口進(jìn)行連接，采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。它們可以處于不同的地 方，因而可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的設(shè)計(jì)和控制。在工控機(jī)或PC機(jī)上運(yùn)行有加工形狀設(shè)計(jì)軟件和加工 過(guò)程仿真軟件。使用加工形狀設(shè)計(jì)軟件可以進(jìn)行加工形狀的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完畢后可以把設(shè)計(jì) 好的加工的形狀的參數(shù)（通常是控制點(diǎn)、權(quán)因子、節(jié)點(diǎn)向量、曲面的次冪）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給 ARM微處理器。參數(shù)傳輸完畢后，工控機(jī)或PC機(jī)可以遠(yuǎn)程控制ARM微處理器開(kāi)始啟動(dòng)插補(bǔ) 運(yùn)算。ARM微處理器（即圖1中的ARM微處理器）在進(jìn)行ARM微處理器的同時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸 給工控機(jī)（PC機(jī)），其上運(yùn)行的加工過(guò)程仿真軟件可以接收數(shù)據(jù)，并以三維圖形的方式仿真 出加工過(guò)程刀具行走的圖形。該軟件還可以擴(kuò)展功能實(shí)現(xiàn)對(duì)加工數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而發(fā)現(xiàn) 是否存在加工錯(cuò)誤或者是否存在刀具干涉的可能，以供設(shè)計(jì)人員分析。
[0026] ARM微處理器技術(shù)方案采用高性能ARM芯片配合DSP芯片及FPGA實(shí)現(xiàn)。ARM芯片 作為主控芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)ARM微處理器的控制、實(shí)現(xiàn)和遠(yuǎn)程PC機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的傳輸。DSPS 片主要進(jìn)行插補(bǔ)算法的運(yùn)算，計(jì)算出插補(bǔ)點(diǎn)。FPGA主要實(shí)現(xiàn)ARM芯片和DSP芯片的數(shù)據(jù)傳 輸通道及控制，采用雙口 RAM方式保證ARM和DSP芯片之間數(shù)據(jù)的共享。
[0027] -種基于NURBS曲面插補(bǔ)的插補(bǔ)方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0028] 1)在PC機(jī)或工控機(jī)上使用加工形狀設(shè)計(jì)軟件對(duì)要加工的自由曲線或曲面的形狀 使用NURBS技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并可以隨時(shí)調(diào)整，直到設(shè)計(jì)的形狀達(dá)到滿意，保存設(shè)計(jì)好的加工 參數(shù)：控制點(diǎn)、權(quán)因子、節(jié)點(diǎn)向量、曲線或曲面次冪；
[0029] 2)使用加工過(guò)程仿真軟件將設(shè)計(jì)好的加工參數(shù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給ARM微處理器；
[0030] 3) ARM微處理器進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，計(jì)算出每個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)的刀位坐標(biāo)；
[0031] 4)同時(shí)將這些坐標(biāo)回傳至PC機(jī)或工控機(jī)，其上的仿真軟件接收數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分 析，并以三維圖形的方式動(dòng)態(tài)的仿真出刀具行走的狀況。
[0032] 圖2是加工形狀設(shè)計(jì)軟件流程圖。軟件啟動(dòng)后首先可以選擇設(shè)計(jì)曲線還是曲面。 選定后可以直接在編輯框中輸入初始的設(shè)計(jì)參數(shù)（這些參數(shù)可以通過(guò)經(jīng)驗(yàn)、以前的數(shù)據(jù)或 者通過(guò)型值點(diǎn)反求而來(lái)）或者載入（事先將這些數(shù)據(jù)保存在一個(gè)記事本文件）軟件。這些 參數(shù)通常是控制點(diǎn)、權(quán)因子、節(jié)點(diǎn)向量和曲線曲面次冪。輸入（載入）初始參數(shù)后，生成曲 線或者曲面，查看生成的曲線曲面是否滿足要求，不能滿足要求，則重新調(diào)整這些參數(shù)直到 設(shè)計(jì)的形狀滿足要求。保存這些設(shè)計(jì)好的參數(shù)以備加工使用。
[0033] 圖3是遠(yuǎn)程加工過(guò)程仿真軟件的流程圖。軟件啟動(dòng)后，首先輸入或者載入加工形 狀設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)好的加工參數(shù)。設(shè)置相應(yīng)的IP地址和端口號(hào)。設(shè)置完畢后，在工控機(jī)（PC 機(jī)）和ARM微處理器間建立連接。然后將加工參數(shù)傳輸給ARM微處理器。傳輸完畢后通過(guò) 遠(yuǎn)程命令啟動(dòng)ARM微處理器進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算。此時(shí)加工過(guò)程仿真軟件準(zhǔn)備接收ARM微處理器 傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)并仿真刀具行走的情況。每接收一個(gè)坐標(biāo)數(shù)據(jù),刀位移動(dòng)一次，直到插補(bǔ)過(guò) 程完畢。
[0034] 以上所述，僅為本發(fā)明最佳實(shí)施方式，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明 披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見(jiàn)地得到的技術(shù)方案的簡(jiǎn)單變化或等效替換均落入本發(fā)明的 保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于NURBS曲面插補(bǔ)的插補(bǔ)系統(tǒng)，其特征在于，主要包括PC機(jī)或工控機(jī)、ARM微 處理器和控制單元； 所述PC機(jī)或工控機(jī)上運(yùn)行WindowsXP/WindowsServer2003/Windows7系統(tǒng)，PC機(jī)或工 控機(jī)與ARM微處理器處于同一個(gè)以太網(wǎng)乃至同時(shí)接入Internet網(wǎng)絡(luò)，控制單元根據(jù)ARM微 處理器計(jì)算出的刀位坐標(biāo)控制刀具行進(jìn)，每一個(gè)控制單元控制一個(gè)坐標(biāo)方向，所述控制單 元的數(shù)量為5個(gè)； PC機(jī)或工控機(jī)和ARM微處理器采用網(wǎng)線和RJ45 口進(jìn)行連接，采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù) 據(jù)傳輸。
2. -種基于NURBS曲面插補(bǔ)的插補(bǔ)方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 在PC機(jī)或工控機(jī)上使用加工形狀設(shè)計(jì)軟件對(duì)要加工的自由曲線或曲面的形狀使用 NURBS技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并可以隨時(shí)調(diào)整，直到設(shè)計(jì)的形狀達(dá)到滿意，保存設(shè)計(jì)好的加工參數(shù)： 控制點(diǎn)、權(quán)因子、節(jié)點(diǎn)向量、曲線或曲面次冪； 2) 使用加工過(guò)程仿真軟件將設(shè)計(jì)好的加工參數(shù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給ARM微處理器； 3. ARM微處理器進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，計(jì)算出每個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)的刀位坐標(biāo)； 4) 同時(shí)將這些坐標(biāo)回傳至PC機(jī)或工控機(jī)，其上的仿真軟件接收數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并 以三維圖形的方式動(dòng)態(tài)的仿真出刀具行走的狀況。
【文檔編號(hào)】H04L29/06GK104122841SQ201410321869
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】魏勝利, 趙重明, 翟雁, 姬琇荔, 曹領(lǐng), 戴國(guó)強(qiáng) 申請(qǐng)人:安陽(yáng)工學(xué)院