用于生成或修改凸轮的系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及提供运动控制的工业控制系统，尤其设及生成用于对运动控制进行编 程的电子凸轮的系统。
【背景技术】
[0002] 机械凸轮例如可W通过使用具有不规则半径并且附接至旋转轴的凸形轮来将旋 转运动转变成周期线性运动。沿着凸形轮的周界移动的从动件根据轴的角度W及当前与该 从动件接触的凸形轮的半径来回移动。
[0003] 现代工业控制系统可W通过将凸轮抽象成凸轮函数或凸轮方程的点的集合来实 现凸轮运动。于是，可W通过诸如伺服致动器的替代技术来实现所期望的线性运动而无需 机械凸轮。通过创建虚拟凸轮，凸轮式运动的益处是具有预定的并且明确定义的速度、加速 度和急动导（加速度的变化率）的形式并且可W经由软件修改来容易地修改该些特性。
[0004] 存在用于针对新设计生成虚拟凸轮轮廓的多种工具。通常，来自该些工具的轮廓 被捕获为例如将轴旋转值与给定线性运动值链接的凸轮轮廓表格中的点的集合。该些复杂 的工具非常具体并且不够灵活W满足所有设计的需要。因此，多数设计者具有提供满足其 设计需要的能力的附加工具和专有轮廓。因此，开发成功的凸轮轮廓可能非常复杂并且需 要专家帮助。
[0005] 当原始设计者不可用，并且仍现存的仅有信息是用于定义输入到输出的转换的一 组点时，凸轮设计中的共同需求是复制和修改现有轮廓的一部分。作为复制的一部分，通常 需要修改轮廓的一部分（例如距离或比率）同时保持相同行为（即保持边界状况）。遗憾 的是，用于修改设计的常规的工具和算法是不完善的并且经常会使原始轮廓变形。因此，在 创建原始轮廓期间使用的附加数学信息需要W重建工程、逆向工程或手动分段（在尝试控 制整个轮廓时将轮廓分成许多段）的形式可用。通常，该处理的结果是受限的（不是所有 段的所有部分都可W在给定边界内进行缩放）或者是昂贵的（花费大量的时间重新生成原 始设计）。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种凸轮开发工具，该凸轮开发工具使得为W各种不同的形式（例 如数学方程、凸轮表格或离散采样的关系）表示的现有虚拟凸轮的修改做好准备。该方法 将W多种不同的形式表示的凸轮转变成良好特征化的形式（称为"基础轮廓"）。该良好特 征化的形式与预先开发的调整关系关联，该预先开发的调整关系描述良好特征化形式的实 现凸轮性能的变化所需的参数变化。然后，可W将用于描述凸轮性能的期望变化的凸轮修 改指令通过调整关系应用于良好特征化的形式，W输出经修改的凸轮轮廓。
[0007] 特别地，本发明提供了一种用于生成虚拟凸轮轮廓的方法或设备，其可W接收W 多种形式中的任何形式表示的、描述凸轮输出变量和凸轮输入变量的轮廓，其中，凸轮输出 变量是凸轮输入变量的函数。将所述轮廓转变成基础轮廓，所述基础轮廓提供将凸轮输出 与凸轮输入关联并且具有预定类型的函数参数的函数表达式，其中，所述函数表达式与描 述函数参数变化W产生凸轮性能的变化的一组调整关系关联。特别地，基础轮廓是具有调 整关系中的多项式系数的多项式，该调整关系描述多项式系数的缩放W用特定方式改变凸 轮性能。接收指示凸轮性能的期望变化的凸轮修改指令并且将该凸轮修改指令应用于调整 关系W修改函数参数，使得可W输出经修改的特征化轮廓，该经修改的特征化轮廓描述与 具有经修改的函数参数的函数式相关的凸轮输入和凸轮输出。
[0008] 因此，本发明的至少一个实施方式的特征在于提供一种修改现有凸轮轮廓的方 法，该方法可W用于多种不同类型的凸轮轮廓表示，包括凸轮表格、封闭型表示W及甚至可 W物理测量的机械凸轮。可W通过准备用于通用表示形式的预定义调整关系并将不同的凸 轮轮廓表示转变成该通用形式，来针对该些不同类型的凸轮轮廓表示中的每个凸轮轮廓表 示获得对凸轮性能的简单修改。
[0009] 基础轮廓可W是在多个凸轮输出值之间定义的分段数学表示。
[0010] 因此，本发明的至少一个实施方式的特征在于提供可W由简单的、良好特征化的 函数组装出来的任意复杂的基础轮廓，该简单的、良好特征化的函数易于容易地发现预定 义的调整关系。
[0011] 多个凸轮输出值是凸轮轮廓中的零加速度点。
[0012] 因此，本发明的至少一个实施方式的特征在于提供基础轮廓，该基础轮廓允许对 一个段进行局部修改而不影响其他段。
[0013] 基础轮廓可W是分段多项式样条。
[0014]因此，本发明的至少一个实施方式的特征在于使用容易理解的数学形式来提供基 础轮廓。
[0015] 对特征化轮廓的修改可W独立地缩放每个段，然后在缩放之后逐段组合该些段， W提供经修改的特征化轮廓。
[0016] 因此，本发明的至少一个实施方式的特征在于允许对凸轮轮廓的不同部分进行不 同的修改。
[0017]凸轮修改指令为针对下述项中至少之一的修改；针对给定凸轮输入变化的凸轮输 出位置变化，W及针对给定凸轮输入变化的凸轮输出速度变化。
[0018]因此，本发明的至少一个实施方式的特征在于提供凸轮轮廓的两个常用期望修 改；改变在各种点处的轮廓偏差或最大轮廓速度。
[0019] 该方法可W包括用于确定经修改的特征化轮廓的动态属性的步骤。
[0020] 因此，本发明的至少一个实施方式的特征在于提供用户容易分析并且容易理解的 良好特征化的凸轮轮廓（weU-characterizedcamprofile)修改。
[0021] 凸轮修改指令可W描述对选自由加速度和急动度构成的组的凸轮动力性的限制。
[0022] 因此，本发明的至少一个实施方式的特征在于基于除轮廓速度或位置的特定变化 W外的动态约束来使得能够修改凸轮轮廓。
[0023] 该方法可W包括根据用于描述凸轮轮廓的离散点集合来生成特征化轮廓的步骤。
[0024] 因此，本发明的至少一个实施方式的特征在于允许根据可仅由一组数据点表示的 传统凸轮设计来生成新的凸轮。
[00巧]可W通过离散点之间的样条插值将离散数据点转换成样条形式。
[0026] 因此，本发明的至少一个实施方式的特征在于使用容易理解的技术提供凸轮轮廓 的通用表示来进行修改。
[0027] 可W输出经修改的特征化轮廓，W根据作为从施用至经修改的特征化轮廓的传感 器感测的凸轮输入信号的函数的凸轮输出信号来控制致动器。
[0028] 因此，本发明的至少一个实施方式的特征在于提高并且简化用于生成针对工业控 制的虚拟凸轮轮廓的处理。
[0029] 样条插值可W使用线性段和S次多项式的组合。
[0030] 因此，本发明的至少一个实施方式的特征在于提供在工业控制环境中实用的计算 机易处理的插值处理。
[0031] 该些特定的目的和优点可W应用于落入权利要求范围内的仅一些实施方式，因此 不限定本发明的范围。
【附图说明】
[0032] 图1是传统机械凸轮及其可W用于电子凸轮操作的电子轮廓的简图；
[0033] 图2是使用图1的轮廓实现电子凸轮的工业控制器的示意性框图；
[0034] 图3是用于实现本发明的程序朗尋电子凸轮轮廓传送到图2的工业控制器的电子 计算机的框图；
[0035]图4是示出本发明的在准备和修改电子凸轮轮廓时的处理的流程图和串联数据 表示；化及
[0036] 图5是凸轮生成套装软件的框图，在凸轮生成套装软件中，图4的程序可W是组 份。
【具体实施方式】
[0037] 现在参照图1，机械凸轮10可W提供绕轴16上的轴线14旋转的凸形轮12,轴16 定义关于其角度0的凸轮输入（M)。凸形轮12可W具有相对于轴线14具有变化的半径的 外周18,朗尋从动件20沿着定义凸轮输出做的X轴向内和向外移动。该示例只是许多可 能的凸轮设计之一，凸轮设计还包括凸轮输入沿着一个轴线运动而凸轮输出沿着另一轴线 运动的线性凸轮。类似地，凸形轮例如可W是曲柄臂和杠杆组合等。
[0038] 凸轮输入与凸轮输出之间的函数关系可W表示为凸轮轮廓22,凸轮轮廓22提供 用W近似凸轮轮廓函数26的凸轮