一种玻璃切割机的刀头随动控制方法及其控制装置与流程

本发明涉及一种控制方法及其控制装置，尤其涉及一种玻璃切割机的刀头随动控制方法及其控制装置。

背景技术：

玻璃切割机(Glass cutting machine)是指专用于玻璃加工与下料的一种加工机械。目前低档玻璃切割机一般由人工手动操作，中高档玻璃切割机一般由数控系统实现玻璃切割的自动或半自动加工。由于玻璃加工特殊性，玻璃切割机刀头材料一般选择金刚石。而金刚石刀具切削刃呈线型，在加工异形(如圆弧)玻璃时，如果刀头切削刃方向与轨迹切线方向不一致，会导致加工效果很差，严重时会损坏刀具。

目前，人工手动操作刀头转向，不仅效率低下，而且也很难满足加工精度。配有数控系统的玻璃切割机，能够方便加工直线形玻璃，而能满足加工异形玻璃的数控玻璃切割机都依赖进口，价格昂贵，而且一旦设备出现异常，维修成本很高。因此，在现有数控玻璃切割机中，增加易于实现且维修方便的刀头随动控制技术，是急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种玻璃切割机的刀头随动控制方法及其控制装置，使得在数控玻璃切割机中，刀头能够随动，当进行玻璃加工时，刀头根据加工轨迹进行随动，解决在加工异形玻璃时，由于刀头切削刃方向与轨迹切线方向不一致，无法满足加工要求的缺陷。

本发明的解决方案是：一种玻璃切割机的刀头随动控制方法，其用于控制刀头伺服控制器以实现驱动刀头随动轴带动刀头进行旋转的目的；所述方法包括以下步骤：

步骤一、提供一个刀头随动参数作为目标刀头随动参数：刀头随动参数为直线加工指令和圆弧加工指令中的一种指令，所述直线加工指令包括直线的起点坐标和终点坐标；所述圆弧加工指令包括圆弧的起点坐标、终点坐标、圆心坐标和旋转方向；

步骤二、获取目标刀头随动角度：

当直线加工转直线加工时，即在当前刀头随动参数和目标刀头随动参数均对应为直线加工指令时，计算这两条直线加工指令对应的两条直线之间的夹角，并作为所述目标刀头随动角度；

当直线加工转圆弧加工时，即在当前刀头随动参数对应为直线加工指令，而目标刀头随动参数对应为圆弧加工指令时，计算这直线加工指令对应的直线和这圆弧加工指令对应的圆弧的切线之间的夹角，并作为所述目标刀头随动角度；

当圆弧加工时，即在当前刀头随动参数为空，而目标刀头随动参数对应为圆弧加工指令时，只需计算这条圆弧加工指令对应的圆弧的圆心角，并作为所述目标刀头随动角度；

当圆弧加工转直线加工时，即在当前刀头随动参数对应为圆弧加工指令，而目标刀头随动参数对应为直线加工指令时，计算这直线加工指令对应的直线和这圆弧加工指令对应的圆弧的切线之间的夹角，并作为所述目标刀头随动角度；

当圆弧加工转圆弧加工时，即在当前刀头随动参数和目标刀头随动参数均对应为圆弧加工指令时，计算这两条圆弧加工指令对应的两条圆弧的切线之间的夹角，并作为所述目标刀头随动角度；

步骤三、角度插补运动：对所述目标刀头随动角度进行插补计算，得到输出控制脉冲，所述输出控制脉冲发送给刀头伺服控制器以控制刀头随动轴驱动刀头进行旋转。

作为上述方案的进一步改进，步骤一中，采用对G代码加工文件进行译码操作而获取所述目标刀头随动参数。

作为上述方案的进一步改进，步骤二中，当直线加工转直线加工时，根据这两条直线方向向量计算相应夹角。

作为上述方案的进一步改进，步骤二中，当直线加工转圆弧加工时，根据直线方向向量与圆弧切线向量计算相应夹角。

作为上述方案的进一步改进，步骤二中，当圆弧加工时，只需根据圆弧的起点坐标、终点坐标、半径和旋转方向计算圆心角。

作为上述方案的进一步改进，步骤二中，当圆弧加工转直线加工时，根据圆弧切线向量与直线方向向量计算相应夹角。

作为上述方案的进一步改进，步骤二中，当圆弧加工转圆弧加工时，根据这两条圆弧切线向量计算相应夹角。

作为上述方案的进一步改进，所述方法还包括步骤：在角度插补运动前进行阈值判断：判断所述目标刀头随动角度是否小于预定的最小转动角度，如否则对所述目标刀头随动角度进行插补计算；否则不对所述目标刀头随动角度进行插补计算，但是此时刻的目标刀头随动角度和下时刻的目标刀头随动角度进行角度累加，并在相应的步骤三中对累加值进行阈值判断。

本发明还提供一种玻璃切割机的刀头随动控制装置，其采用上述任意玻璃切割机的刀头随动控制方法，用于控制刀头伺服控制器以实现驱动刀头随动轴带动刀头进行旋转的目的；所述装置包括：

目标刀头随动参数输出模块，其用于提供一个刀头随动参数作为目标刀头随动参数：刀头随动参数为直线加工指令和圆弧加工指令中的一种指令，所述直线加工指令包括直线的起点坐标和终点坐标；所述圆弧加工指令包括圆弧的起点坐标、终点坐标、圆心坐标和旋转方向；

目标刀头随动角度获取模块，其用于获取目标刀头随动角度：

当直线加工转直线加工时，即在当前刀头随动参数和目标刀头随动参数均对应为直线加工指令时，计算这两条直线加工指令对应的两条直线之间的夹角，并作为所述目标刀头随动角度；

当直线加工转圆弧加工时，即在当前刀头随动参数对应为直线加工指令，而目标刀头随动参数对应为圆弧加工指令时，计算这直线加工指令对应的直线和这圆弧加工指令对应的圆弧的切线之间的夹角，并作为所述目标刀头随动角度；

当圆弧加工时，即在当前刀头随动参数为空，而目标刀头随动参数对应为圆弧加工指令时，只需计算这条圆弧加工指令对应的圆弧的圆心角，并作为所述目标刀头随动角度；

当圆弧加工转直线加工时，即在当前刀头随动参数对应为圆弧加工指令，而目标刀头随动参数对应为直线加工指令时，计算这直线加工指令对应的直线和这圆弧加工指令对应的圆弧的切线之间的夹角，并作为所述目标刀头随动角度；

当圆弧加工转圆弧加工时，即在当前刀头随动参数和目标刀头随动参数均对应为圆弧加工指令时，计算这两条圆弧加工指令对应的两条圆弧的切线之间的夹角，并作为所述目标刀头随动角度；

插补计算模块，其用于角度插补运动：对所述目标刀头随动角度进行插补计算，得到输出控制脉冲，所述输出控制脉冲发送给刀头伺服控制器以控制刀头随动轴驱动刀头进行旋转。

作为上述方案的进一步改进，所述装置还包括阈值判断模块，其用于在角度插补运动前进行阈值判断：判断所述目标刀头随动角度是否小于预定的最小转动角度，如否则对所述目标刀头随动角度进行插补计算；否则不对所述目标刀头随动角度进行插补计算，但是此时刻的目标刀头随动角度和下时刻的目标刀头随动角度进行角度累加，并在相应的步骤三中对累加值进行阈值判断。

与已有技术相比，尤其是与进口的数控玻璃切割机相比，本发明能实现现有玻璃切割机的相同刀头随动效果，而且实现简单，开发周期短，功能稳定，成本低，易于维修，器切割精度不低于现有技术。

附图说明

图1是本发明玻璃切割机的刀头随动控制方法的流程图。

图2是圆弧加工时，目标刀头随动角度的计算示意图。

图3是直线加工转直线加工时，目标刀头随动角度的计算示意图。

图4是直线加工转圆弧加工时，目标刀头随动角度的计算示意图。

图5是圆弧加工转圆弧加工时，目标刀头随动角度的计算示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明玻璃切割机的刀头随动控制方法，其用于控制刀头伺服控制器以实现驱动刀头随动轴带动刀头进行旋转的目的。针对本发明的玻璃切割机的刀头随动控制方法，设置对应的玻璃切割机的刀头随动控制装置，所述玻璃切割机的刀头随动控制装置包括用于输出目标刀头随动参数的目标刀头随动参数输出模块、用于获取目标刀头随动角度的目标刀头随动角度获取模块、用于角度插补运动的插补计算模块、用于在角度插补运动前进行阈值判断的阈值判断模块。所述方法包括以下步骤。

步骤一、提供一个刀头随动参数作为目标刀头随动参数：刀头随动参数为直线加工指令和圆弧加工指令中的一种指令，所述直线加工指令包括直线的起点坐标和终点坐标；所述圆弧加工指令包括圆弧的起点坐标、终点坐标、圆心坐标和旋转方向。此步骤由目标刀头随动参数输出模块执行。

步骤一中，除了手动输入所述目标刀头随动参数，也可以采用现有的G代码加工文件，对G代码加工文件进行译码操作而获取所述目标刀头随动参数。

步骤二、获取目标刀头随动角度。此步骤由目标刀头随动角度获取模块执行，此步骤存在多种状况，如下介绍。

当直线加工转直线加工时，即在当前刀头随动参数和目标刀头随动参数均对应为直线加工指令时，计算这两条直线加工指令对应的两条直线之间的夹角，并作为所述目标刀头随动角度。具体应用时可根据这两条直线方向向量计算相应夹角。

当直线加工转圆弧加工时，即在当前刀头随动参数对应为直线加工指令，而目标刀头随动参数对应为圆弧加工指令时，计算这直线加工指令对应的直线和这圆弧加工指令对应的圆弧的切线之间的夹角，并作为所述目标刀头随动角度。具体应用时可根据直线方向向量与圆弧切线向量计算相应夹角。

当圆弧加工时，即在当前刀头随动参数为空，而目标刀头随动参数对应为圆弧加工指令时，只需计算这条圆弧加工指令对应的圆弧的圆心角，并作为所述目标刀头随动角度。具体应用时只需根据圆弧的起点坐标、终点坐标、半径和旋转方向计算圆心角。

当圆弧加工转直线加工时，即在当前刀头随动参数对应为圆弧加工指令，而目标刀头随动参数对应为直线加工指令时，计算这直线加工指令对应的直线和这圆弧加工指令对应的圆弧的切线之间的夹角，并作为所述目标刀头随动角度。具体应用时可根据圆弧切线向量与直线方向向量计算相应夹角。

当圆弧加工转圆弧加工时，即在当前刀头随动参数和目标刀头随动参数均对应为圆弧加工指令时，计算这两条圆弧加工指令对应的两条圆弧的切线之间的夹角，并作为所述目标刀头随动角度。具体应用时可根据这两条圆弧切线向量计算相应夹角。

步骤三、角度插补运动：对所述目标刀头随动角度进行插补计算，得到输出控制脉冲，所述输出控制脉冲发送给刀头伺服控制器以控制刀头随动轴驱动刀头进行旋转。此步骤由插补计算模块执行，

在步骤三之前可增加一个步骤，即在角度插补运动前进行阈值判断：判断所述目标刀头随动角度是否小于预定的最小转动角度，如否则对所述目标刀头随动角度进行插补计算；否则不对所述目标刀头随动角度进行插补计算，但是此时刻的目标刀头随动角度和下时刻的目标刀头随动角度进行角度累加，并在相应的步骤三中对累加值进行阈值判断。此步骤由阈值判断模块执行。

因此，目标刀头随动角度可从G代码加工文件，经过译码，获得目标刀头随动参数后，根据目标随动参数进行角度计算，得到目标刀头随动角度后，进行阈值判断是否进行角度插补运动。所述目标刀头随动参数包括加工指令号(对应直线和圆弧加工)，起点坐标，终点坐标，圆心坐标和旋转方向(圆弧加工)。上述插补运动是指根据随动角度，进行插补计算，得到刀头随动轴的输出控制脉冲。上述输出控制脉冲由CNC控制器发送给刀头伺服控制器，再由刀头伺服控制器控制刀头随动轴进行旋转，从而实现刀头随动功能。

具体实施中，对目标刀头随动角度的获取再进行详细介绍，如图2-5所示。

在进行圆弧加工时，从G代码加工文件读取到加工指令代码，经过译码，获得随动参数：起点坐标S(x_s,y_s)，终点坐标E(x_E,y_E)，圆心坐标O(x_O,y_O)，以及圆弧加工方向。如图2实线表示从S点顺时针加工到E点，虚线表示S点逆时针加工到E点。由图2看出，加工方向不同，加工轨迹就不同，所对应圆心角不同，图2黑色实线对应的圆心角为α，此时圆弧为劣弧，虚线对应圆心角为(2π-α)，此时圆弧为优弧。首先计算α，然后进行圆心角取舍判断。根据向量夹角公式可得：

根据向量叉乘公式再结合圆弧加工方向可得：

式中，G02表示圆弧顺时针加工方向，G03表示圆弧逆时针加工方向。

根据公式(1)、(2)可得到圆弧加工时的刀头随动角度，然后传递到刀头随动插补指令进行插补。插补过程如图2所示，在轨迹插补同时，再根据实时计算得到的刀头随动角度δ，进行插补计算得到各个轴的输出脉冲量。这些脉冲量经CNC控制器发送给伺服控制器，最终控制电机进行旋转，从而实现轨迹插补和刀头随动。

在进行直线加工转到直线加工时，从G代码加工文件经过译码，获得随动参数：起点坐标A(x_A,y_A)，转折点坐标B(x_B,y_B)，终点坐标C(x_C,y_C)，如图3所示。根据前述向量夹角计算公式(1)能够计算得到刀头随动角度，再经过前述刀头随动插补过程，实现刀头随动。

在进行直线加工转到圆弧加工时，从G代码加工文件经过译码，获得随动参数：起点坐标A(x_A,y_A)，转折点坐标B(x_B,y_B)，终点坐标C(x_C,y_C)，圆心坐标O(x_O,y_O)，以及圆弧加工方向，如图4所示。首先根据圆弧加工方向和坐标参数，计算得到圆弧切线向量，然后再根据上述直线加工转到直线加工中的方法，计算得到刀头随动角度，再经过前述刀头随动插补过程，实现刀头随动。

在进行圆弧加工转到直线加工时，计算得到刀头随动角度的方法与上述直线加工转到圆弧加工的计算方法基本一致。

在进行圆弧加工转到圆弧加工时，从G代码加工文件经过译码，获得随动参数：起点坐标A(x_A,y_A)，转折点坐标B(x_B,y_B)，终点坐标C(x_C,y_C)，圆弧1圆心坐标O₁(x_O1,y_O1)，圆弧2圆心坐标O₂(x_O2,y_O2)以及圆弧加工方向，如图5所示。首先根据圆弧加工方向和坐标参数，分别计算得到圆弧1切线向量和圆弧2切线向量，然后再根据上述直线加工转到直线加工中的方法，计算得到刀头随动角度，再经过前述刀头随动插补过程，实现刀头随动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。