一种基于nurbs曲面插补的插补系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于NURBS曲面插补的插补系统及方法，该系统包括主要包括PC机或工控机、ARM微处理器和控制单元；所述PC机或工控机上运行WindowsXP/Windows?Server2003/Windows7系统，PC机或工控机与ARM微处理器处于同一个以太网乃至同时接入Internet网络，控制单元根据ARM微处理器计算出的刀位坐标控制刀具行进，每一个控制单元控制一个坐标方向，所述控制单元的数量为五个；PC机或工控机和ARM微处理器采用网线和RJ45口进行连接，采用TCP/IP协议进行数据传输。本发明在处理自由曲面时更具有数据传输要求少、加工速度快、更平顺等优势。
【专利说明】一种基于NURBS曲面插补的插补系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于NURBS曲面插补的插补系统及方法，具体地说，涉及一种具 有远程设计与仿真功能的基于NURBS曲面插补的插补系统及方法。
【背景技术】
[0002] 制造业的发展离不开数控系统。数控系统的水平实际上代表了一个国家制造业的 水平。在数控系统中，控制系统是其核心部件，它类似人的大脑，控制着刀具按照要求行进， 加工出符合人们要求的形状。传统的控制器采用封闭的结构，其核心技术由几大数控公司 控制。控制器封闭的结构造成其价格昂贵、难以改进，难以将其它的先进技术以及数控系统 使用者的想法融入到控制器中。这种机制使得数控系统生产商和制造者严重依赖这些大型 的垄断公司。在给他们带来高额利润的同时，也使购买这些控制器的公司付出高昂的成本， 同时也限制了数控系统的发展。随着数控技术的不断发展，这种专用的、封闭式的体系结 构，已不能适应当今制造业市场的变化与竞争，也不能满足现代制造业向信息化、敏捷制造 模式发展的需要。这就要求数控系统必须设法摆脱其传统的封闭模式，向开放式方向发展。
[0003] 开放化的数控系统可以整合各种先进的、成熟技术资源，开发出多样、满足不同需 求的数控系统，可以绕开大型数控公司的技术壁垒，可以使数控系统更容易配置、调整、方 便进行二次开发以满足市场对产品日益灵活多变的需求。数控系统向并行化发展，是因为 人们要求数控系统有更高的加工精度、更快的加工速度和更复杂加工计算的能力。而这些 是单一的控制器或者计算机难以满足的，或者可以满足而代价又太高。因此促使人们采用 并行计算的方法来解决复杂的、实时的计算问题。同时，又存在大量没有得到充分利用的、 闲置的计算资源，这些条件为数控系统的并行化提供了一定的推动力。现在的社会是一个 动态多变的社会，是一个全球制造的社会、是一个能够整合全球资源的社会。数控系统也必 然要适应这一变化。数控系统的网络化就是基于此而产生的。网络化的数控系统，可以实 现远程设计、远程监控、远程故障诊断。这些整合各种资源的行动也促进了所谓集成制造的 发展。
[0004] 在数控系统开放方面，人们也进行了很多的研究，但仅限于结构的开放，而在功能 上、插补算法上以及功能多样性上的研究有所欠缺。这造成了开放式的数控系统很难和传 统的数控系统抗衡。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种基于NURBS曲面插补的插 补系统及方法，不仅具有开放的结构、先进的曲面插补算法，还在系统并行化和网络化方面 进行了探索，使其具有更丰富的功能。其具体技术方案为：
[0006] -种基于NURBS曲面插补的插补系统，主要包括PC机或工控机、ARM微处理器和 控制单兀；
[0007] 所述 PC 机或工控机上运行 WindowsXP/WindowsServer2003/Windows7 系统，PC 机 或工控机与ARM微处理器处于同一个以太网乃至同时接入Internet网络，控制单元根据 ARM微处理器计算出的刀位坐标控制刀具行进，每一个控制单元控制一个坐标方向，所述控 制单元的数量为5个；
[0008] PC机或工控机和ARM微处理器采用网线和RJ45 口进行连接，采用TCP/IP协议进 行数据传输。
[0009] -种基于NURBS曲面插补的插补方法，包括以下步骤：
[0010] 1)在PC机或工控机上使用加工形状设计软件对要加工的自由曲线或曲面的形状 使用NURBS技术进行设计，并可以随时调整，直到设计的形状达到满意，保存设计好的加工 参数：控制点、权因子、节点向量、曲线或曲面次幂；
[0011] 2)使用加工过程仿真软件将设计好的加工参数通过网络传输给ARM微处理器；
[0012] 3) ARM微处理器进行插补运算，计算出每个插补点的刀位坐标；
[0013] 4)同时将这些坐标回传至PC机或工控机，其上的仿真软件接收数据进行数据分 析，并以三维图形的方式动态的仿真出刀具行走的状况。
[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0015] 1、采用通用PC机（或工控机）和通用微处理器芯片构建开放式数控系统，结构更 加开放。
[0016] 2、采用NURBS曲面插补算法，在处理自由曲面时更具有数据传输要求少、加工速 度快、更平顺等优势。
[0017] 3、可以实现远程设计与仿真。设计人员的设计结果可以及时的传输给加工系统进 行加工。设计人员可以根据加工过程仿真随时观察和监控加工过程。
[0018] 4、充分利用各种人力、计算资源。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1是本发明基于NURBS曲面插补的插补系统的系统框图；
[0020] 图2是加工形状设计软件流程图；
[0021] 图3是远程仿真软件流程图。
【具体实施方式】
[0022] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合附图和具体实例，进一步阐述本发明。
[0023] 参照图1，主要包括PC机或工控机、ARM微处理器和控制单元；
[0024] 所述工控机或PC机就是普通的家用（商用）PC机或者工业现场用的工控机，其上 运行WindowsXP/WindowsServer2003/Windows7系统，PC机或工控机与ARM微处理器处于 同一个以太网乃至同时接入Internet网络，控制单元根据ARM微处理器计算出的刀位坐标 控制刀具行进，每一个控制单元控制一个坐标方向，所述控制单元的数量为5个。由于插补 可计算出X、Y、Z、A、C五个轴的坐标值，因而需要5个控制单元。
[0025] 工控机或PC机和ARM微处理器处于同一个以太网中或者都接入Internet网，它 们采用网线和RJ45 口进行连接，采用TCP/IP协议进行数据传输。它们可以处于不同的地 方，因而可以实现远程的设计和控制。在工控机或PC机上运行有加工形状设计软件和加工 过程仿真软件。使用加工形状设计软件可以进行加工形状的设计，设计完毕后可以把设计 好的加工的形状的参数（通常是控制点、权因子、节点向量、曲面的次幂）通过网络传输给 ARM微处理器。参数传输完毕后，工控机或PC机可以远程控制ARM微处理器开始启动插补 运算。ARM微处理器（即图1中的ARM微处理器）在进行ARM微处理器的同时将数据传输 给工控机（PC机），其上运行的加工过程仿真软件可以接收数据，并以三维图形的方式仿真 出加工过程刀具行走的图形。该软件还可以扩展功能实现对加工数据进行分析，进而发现 是否存在加工错误或者是否存在刀具干涉的可能，以供设计人员分析。
[0026] ARM微处理器技术方案采用高性能ARM芯片配合DSP芯片及FPGA实现。ARM芯片 作为主控芯片，实现对整个ARM微处理器的控制、实现和远程PC机通过网络的传输。DSPS 片主要进行插补算法的运算，计算出插补点。FPGA主要实现ARM芯片和DSP芯片的数据传 输通道及控制，采用双口 RAM方式保证ARM和DSP芯片之间数据的共享。
[0027] -种基于NURBS曲面插补的插补方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0028] 1)在PC机或工控机上使用加工形状设计软件对要加工的自由曲线或曲面的形状 使用NURBS技术进行设计，并可以随时调整，直到设计的形状达到满意，保存设计好的加工 参数：控制点、权因子、节点向量、曲线或曲面次幂；
[0029] 2)使用加工过程仿真软件将设计好的加工参数通过网络传输给ARM微处理器；
[0030] 3) ARM微处理器进行插补运算，计算出每个插补点的刀位坐标；
[0031] 4)同时将这些坐标回传至PC机或工控机，其上的仿真软件接收数据进行数据分 析，并以三维图形的方式动态的仿真出刀具行走的状况。
[0032] 图2是加工形状设计软件流程图。软件启动后首先可以选择设计曲线还是曲面。 选定后可以直接在编辑框中输入初始的设计参数（这些参数可以通过经验、以前的数据或 者通过型值点反求而来）或者载入（事先将这些数据保存在一个记事本文件）软件。这些 参数通常是控制点、权因子、节点向量和曲线曲面次幂。输入（载入）初始参数后，生成曲 线或者曲面，查看生成的曲线曲面是否满足要求，不能满足要求，则重新调整这些参数直到 设计的形状满足要求。保存这些设计好的参数以备加工使用。
[0033] 图3是远程加工过程仿真软件的流程图。软件启动后，首先输入或者载入加工形 状设计软件设计好的加工参数。设置相应的IP地址和端口号。设置完毕后，在工控机（PC 机）和ARM微处理器间建立连接。然后将加工参数传输给ARM微处理器。传输完毕后通过 远程命令启动ARM微处理器进行插补运算。此时加工过程仿真软件准备接收ARM微处理器 传输过来的数据并仿真刀具行走的情况。每接收一个坐标数据,刀位移动一次，直到插补过 程完毕。
[0034] 以上所述，仅为本发明最佳实施方式，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明 披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的 保护范围内。
【权利要求】
1. 一种基于NURBS曲面插补的插补系统，其特征在于，主要包括PC机或工控机、ARM微 处理器和控制单元； 所述PC机或工控机上运行WindowsXP/WindowsServer2003/Windows7系统，PC机或工 控机与ARM微处理器处于同一个以太网乃至同时接入Internet网络，控制单元根据ARM微 处理器计算出的刀位坐标控制刀具行进，每一个控制单元控制一个坐标方向，所述控制单 元的数量为5个； PC机或工控机和ARM微处理器采用网线和RJ45 口进行连接，采用TCP/IP协议进行数 据传输。
2. -种基于NURBS曲面插补的插补方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 在PC机或工控机上使用加工形状设计软件对要加工的自由曲线或曲面的形状使用 NURBS技术进行设计，并可以随时调整，直到设计的形状达到满意，保存设计好的加工参数： 控制点、权因子、节点向量、曲线或曲面次幂； 2) 使用加工过程仿真软件将设计好的加工参数通过网络传输给ARM微处理器； 3. ARM微处理器进行插补运算，计算出每个插补点的刀位坐标； 4) 同时将这些坐标回传至PC机或工控机，其上的仿真软件接收数据进行数据分析，并 以三维图形的方式动态的仿真出刀具行走的状况。
【文档编号】H04L29/06GK104122841SQ201410321869
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2014年7月8日
【发明者】魏胜利, 赵重明, 翟雁, 姬琇荔, 曹领, 戴国强 申请人:安阳工学院