一种直线插补方法技术

本发明专利技术涉及一种直线插补方法，属于计算机数控领域。发明专利技术针对包括有脉冲分频器的直线插补器由于分频系数必须为整数导致输出脉冲相对理想输出脉冲出现偏差的问题，提出一种确定分频系数实际值的新方法，特别是提出了逐个确定每个输出脉冲所对应的分频系数实际值的方法。由这种方法确定的输出脉冲其相对理想输出脉冲的偏差小，而且方法简单易于实现、可实现快速插补、多坐标联动控制。因此，这是一种可以实现多坐标联动的高精度、高速度、低成本的直线插补方法。

A linear interpolation method

The invention relates to a linear interpolation method, belonging to the field of computer numerical control. According to the invention comprises a pulse divider interpolator due to frequency coefficient must be an integer in the output pulse pulse deviation of the relative output, a new method is proposed to determine the actual value of the frequency coefficient, especially put forward one by one method to determine each output pulse frequency coefficient corresponding to the actual value. The output pulse determined by this method has less deviation than ideal output pulse, and the method is simple and easy to implement. It can realize fast interpolation and multi axis coordinated control. Therefore, it is a linear interpolation method with high precision, high speed and low cost, which can realize multi axis linkage.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数控系统的直线插补方法，属于计算机数控领域。
技术介绍
1、 数控插补是数控系统需要完成的主要任务之一数控系统被广泛应用于机械运动轨迹的控制，可以控制机床、工业机器人、线切割机、绘图仪、焊接机和编织机等等的运动轨迹。 一般，预先给出了描述所需路径或轮廓线的数学函数及其起点与终点的位賈坐标值；数控系统据此计算出这两个已知点之间的多个中间点的位置坐标值，自动地对各坐标轴进行脉冲分配，这些脉冲信号输出给伺服系统去控制受控物体运动，以获得所需的路径或轮廓线。这就是数控插补所需完成的任务，也是数控系统需要完成的主要任务之一。完成插补工作的装置叫《插补器》。数控系统的所需路线或轮廓线有相当部分是直线。而对于曲线，计算机数控插补可分两步完成第一步，用由一系列首尾相接的直线段构成的折线逼近二个已知点间的所需路径或轮廓线，并计算出这些直线段的参数，即直线段起点及终点的位置坐标值或直线段位置坐标值的增量。第二步，对第一步得出的每一个直线段作"数据点的密化"工作，这实际上是作直线插补。所需路径或轮廓线不论是直线或是曲线，都需要直线插补；因此，直线插补是数控插补中最基本的插补。直线插补器就是完成直线插补的装置。插补器每向伺服系统输出一个脉冲，伺服系统即控制相应的坐标轴产生一个基本长度单位的位移量。一个脉冲产生的坐标位移量称脉冲当量。所述的直线插补实质上解决的是线性函数的插补问题。值得注意的是，用线性函数描述的运动轨迹不一定是直线。例如，空间直线可由3个坐标变量的线性函数描述；但是，如果3个线性函数的坐标变量中有一个变量是转角，所描述的就不是直线了。而且，成线性函数关系的坐标变量的个数也可以超过3个。例如，如果数控系统控制的是多个物体的关联运动的话，则相应的联动的坐标轴数应等于各受控物体的坐标轴数之和，每个受控物体将分别对应一个所需路径或轮廓线。2、 现状现有的直线插补器有些由硬件实现。脉冲乘法器是最常用的由硬件构成的直线插补器。这种插补器结构简单，易于实现，可以获得高的输出脉冲频率，实现快速插补。但是，脉冲乘法器输出脉冲时间上分布不均匀，也即输出脉冲精度低，从而降低了伺服系统的精度。有的直线插补器由软件实现，即由单片计算机运行专门的插补软件完成；常见的插补方法有逐点比较法、数字积分法等。这些软件简单、易于实现。但是，由软件实现插补，无论使用什么插补方法，每输出一个脉冲计算机都要进行一次插补计算；因此，常见的单片计算机受限于允许的时钟频率，无法实现快速插补。上述直线插补器的实现方法在有关数控的大学教科书上一般都有详尽介绍。
技术实现思路
本专利技术的目的是，针对包括有脉冲分频器的直线插补器由于分频系数必须为整数而导致输出脉冲相对理想输出脉冲出现偏差的问题，提出一种确定分频系数实际值的新方法，特别是提出了逐个确定每个输出脉冲所对应的分频系数实际值的方法。由这种方法确定的输出脉冲其相对理想输出脉冲的偏差小，而且方法简单易于实现、可实现快速插补、多坐标联动控制。因此，这是一种可以实现多坐标联动的高精度、高速度、低成本的直线插补方法。本专利技术的目的是按如下技术方案实现的-1、本专利技术所述的，实现该方法的直线插补器包括有相应于序号为W(0=1、 2、……、k)的坐标轴L ( =1、 2、……、k)的k个脉冲分频器G (cy=l、 2、……、12k),频率为f。的输入脉冲"分别经所述分频器C。， (《=1、 2、……、k)按照根据插补要求设 定的分频系数的分频，获得k路输出脉冲；(w-l、 2、……、k)作为直线插补器的输出。直线插补中所需路径或轮廓线为直线，其二个已知点间的直线段称为所需直线段，所需 直线段其终点位置坐标值相对其起点位置坐标值的增量，称为所需直线段的位置坐标值增量。 以A;i^ (w=l、 2、……、k)表示所需直线段对应序号为W (W=l、 2、……、10的坐标轴 Zw (0=1、 2、……、k)的位置坐标值增量，以脉冲当量为单位计量，H.e丄,o' 2、……、k)， (H)式中，①J" ("=1、 2、……、k)为所需直线段对应序号为w ( =1、 2、……、k)的坐 标轴;^ ("^、 2、……、k)的终点位置坐标值，②;r" ("=1、 2、……、k)为所需直线段对应序号为"("=1、 2、……、k)的坐 标轴Zw ("=1、 2、……、k)的起点位置坐标值。直线插补器的作用就是将所需直线段的位置坐标值增量A;^ (w=l、 2、……、k)转换 为对应的脉冲输出，对所需直线段的插补也称为对其各位置坐标值增量的插补。一个理想的直线插补应满足下述条件，① 在完成所需直线段插补的时间间隔内，插补器的各路输出脉冲L ( =1、 2、……、k)的个数分别等于iA;r」(w-i、 2、……、k)，② 插补器各路输出脉冲Z^ (6>=1、 2、……、k)时间上分布是均匀的。满足上述理想直线插补条件的插补器输出脉冲定义为相应于位置坐标值增量A;^( =1、 2、……、k)的理想输出脉冲4^ ( = 1、 2、……、k)。其频率值定义为输出脉冲 的频率理想值f^ ( =1、 2、……、k)。相对同一个位置坐标值增量，不同的输出脉冲频率 理想值对应不同的理想输出脉冲。包括有分频器C^ (fi)=l、 2、……、k)的插补器，其输入脉冲；的频率值f。与所述的频 率理想值f^ ("=1、 2、……、k)之比，定义为相应于位置坐标值增量A;^ (0=1、 2、……、 k)的分频系数理想值du ( =1、 2、……、k)，U丄， (w:l、 2、……、k)。 (Q—2)对于同一个所需直线段，k路理想输出脉冲i^ ( =1、 2、……、k)，不论输入脉冲频率f。或输出脉冲频率理想值为多少，都应有。2,:……Om-^: A:……。 (0~3)" M M (仏l在序号为d的分频系数理想值Ov确定后，其他的分频系数理想值0^. ( =1、 2、……、 k)可按下式确定0)。,,=①，l， ， (G):l、 2、……、k), (0~4)其中d为序号ty (w=l、 2、……、k)中的某一个序号。由数字逻辑电路构成的脉冲分频器的分频系数必须是整数，因此，各分频器C^ (必=1、 2、……、k)的分频系数实际值只能取为整数。所述的分频系数理想值0^ (0 = 1、 2、……、 k)可能是整数，也可能是非整数。如果分频系数理想值是非整数，则应对之取整，即以整数 替代，并以取整的结果作为分频系数实际值。由于分频系数实际值偏离理想值，从而导致分频器输出脉冲与相应的理想脉冲之间在时间上出现偏差。对应分频器1个输出脉冲，坐标轴 将产生一个单位的位移，因此，输出脉冲的时间偏差对应着受控物体的位置偏差。插补器输出脉冲中的某一个脉冲的周期与相应的理想输出脉冲的周期之差，定义为所述 某一个脉冲的周期偏差。插补器输出脉冲中的某一个脉冲与时间起点相同的相应的理想输出 脉冲中的对应脉冲之间的时间偏差定义为所述某一个脉冲的时间偏差。以v表示序号w (o;-l、 2、……、k)中的某个序号，以e (e-l、 2、……、A;^)表 示相应于所需直线段位置坐标值增量A^的分频器C^输出脉冲^中的各个脉冲的序号， 表示序号e (e=l、 2、……、A义》中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直线插补方法，实现该方法的直线插补器包括有相应于序号为ω（ω＝１、２、……、ｋ）的坐标轴χ↓［ω］（ω＝１、２、……、ｋ）的ｋ个脉冲分频器Ｃ↓［ω］（ω＝１、２、……、ｋ），频率为ｆ↓［０］的输入脉冲Ｌ↓［０］分别经所述分频器Ｃ↓［ω］（ω＝１、２、……、ｋ）按照根据插补要求设定的分频系数的分频，获得ｋ路输出脉冲Ｌ↓［ω］（ω＝１、２、……、ｋ）作为直线插补器的输出，　直线插补器对所需直线段的插补或说是对其各位置坐标值增量的插补，其作用就是将所需直线段的位置坐标值增 量转换为对应的脉冲输出，以Δχ↓［ω］（ω＝１、２、……、ｋ）表示所需直线段对应序号为ω（ω＝１、２、……、ｋ）的坐标轴χ↓［ω］（ω＝１、２、……、ｋ）的位置坐标值增量，以脉冲当量为单位计量，　Δχ↓［ω］＝χ↓［ω，ｅ］－χ↓［ω ，ｏ］，　（ω＝１、２、……、ｋ），　（Ｑ－１）　式中，①χ↓［ω，ｅ］（ω＝１、２、……、ｋ）为所需直线段对应序号为ω（ω＝１、２、……、ｋ）的坐标轴χ↓［ω］（ω＝１、２、……、ｋ）的终点位置坐标值，　②χ↓［ω，ｏ］（ ω＝１、２、……、ｋ）为所需直线段对应序号为ω（ω＝１、２、……、ｋ）的坐标轴χ↓［ω］（ω＝１、２、……、ｋ）的起点位置坐标值，　一个所需直线段的理想的直线插补应满足下述条件，　（１）在完成所需直线段插补的时间间隔内，插补器的 各路输出脉冲Ｌ↓［ω］（ω＝１、２、……、ｋ）的个数分别等于｜Δχ↓［ω］｜（ω＝１、２、……、ｋ），　（２）插补器各路输出脉冲Ｌ↓［ω］（ω＝１、２、……、ｋ）时间上分布是均匀的，　满足上述理想直线插补条件的插补器输出脉冲定义 为相应于位置坐标值增量Δχ↓［ω］（ω＝１、２、……、ｋ）的理想输出脉冲Ｌ↓［ωＬ］（ω＝１、２、……、ｋ），其频率值定义为输出脉冲的频率理想值ｆ↓［ωＬ］（ω＝１、２、……、ｋ），　包括有分频器Ｃ↓［ω］（ω＝１、２、……、ｋ）的插 补器，其输入脉冲Ｌ↓［０］的频率值ｆ↓［０］与所述的频率理想值ｆ↓［ωＬ］（ω＝１、２、……、ｋ）之比，定义为相应于位置坐标值增量Δχ↓［ω］（ω＝１、２、……、ｋ）的分频系数理想值Φ↓［ωＬ］（ω＝１、２、……、ｋ），　Φ↓［ωＬ］ ＝ｆ↓［０］／ｆ↓［ωＬ］，（ω＝１、２、……、ｋ），　（Ｑ－２）　对于同一个所需直线段，ｋ路理想输出脉冲Ｌ↓［ωＬ］（ω＝１...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈学恭，
申请(专利权)人：陈学恭，
类型：发明
国别省市：35[中国|福建]