基于偏移量nurbs曲线的数控裁床运动控制方法
【专利摘要】一种基于偏移量NURBS曲线的数控裁床运动控制方法，包括：数据读入模块读入皮革加工轨迹的控制点信息和需要调整曲线轨的偏移量，插补模块根据读入的信息点计算出节点矢量；根据节点矢量计算出基函数以及权重因子取特定值时求出的距离量；根据偏移量和距离量对NURBS有理分式进行变形重构，权重因子用偏移量来代替；根据重构以后的NURBS有理分式对整个轨迹进行分段；进而求出每段的运行时间，求出u值的变化量；根据u值的变化量求出插补点，插补控制模块输出插补点到机械运动模块，控制刀具运动对工件进行加工。通过上述方式，利用样条方法进行插补，并且用偏移量代替权重因子，克服当前皮革裁床无法高精度加工自由型轨迹，加工轨迹无法简单调整，NURBS方法插补参数难以理解的弊端。
【专利说明】基于偏移量NURBS曲线的数控裁床运动控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数控系统领域，，特别是数控裁床以及其他涉及路径规划的领域，是基于偏移量NURBS曲线的数控裁床运动控制方法。
【背景技术】
[0002]从20世纪60年代末期，美国、德国、日本、法国等一些工业发达国家先后利用数控技术对皮革制品加工行业、服装加工、纺织工业等行业进行自动化改造，以提高这些劳动力密集行业的自动化水平，降低劳动力成本。国内皮革裁剪技术研究起步较晚，主要是用利用直线插补和圆弧插补进行路径轨迹拟合。随着皮革裁剪技术发展，轨迹越来越复杂，精度要求越来越高，简单的直线、圆弧插补已经很难满足插补精度的要求。
[0003]数控系统领域的核心是数控插补技术，插补技术的优劣直接影响到加工技术的优劣。每个制造业大国都普遍采用数控技术，用来提高工业制造水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争力。数控技术不断发展使得传统制造业迎来革命性的变化，使得数控技术成为先进制造业的标志。随着数控技术的不断发展，它对诸多重要行业都产生了重要影响，数控领域计算能力的不断提高，使得一些计算量的大的插补算法也开始应用的数控领域。但目前还存在诸多问题需要解决。
[0004]B样条曲线是B6Zier曲线的改进形式，主要区别在于基函数的构造方式不同，B样条理论的好处就是能保留B6Zier方法的优点，同时增加了可局部修改的性质。B样条方法在表示与设计自由型曲线与曲面形状时显示了强大的威力，但B样条不能精确表示除抛物线以外的曲线，这样就带来了诸多问题。使得一些简单问题复杂化，带来了设计上不存在的误差。而NURBS曲线能很好的解决这些问题。NURBS理论经过近三十年的发展，经过诸多科研人员的努力，NURBS曲线日趋成熟，并且应用到诸多领域。对现有的B样条方法进行改造，保留它在描述自由型曲线的功能的同时，增加了表示二次曲线弧的能力，具有这种的能力的样条表示方式就是有理B样条方法。而均匀、准均匀、分段贝齐尔三种类型又可以看做是非均匀类型的特例，所以习惯统称为为非均匀有理B样条方法，简称为NURBS方法。
[0005]用皮革裁床进行皮革加工时，给定皮革的加工轨迹，但是有时需要对路径轨迹进行调整，就显得特别麻烦，一种方法是通过改变控制点，对轨迹进行调整，但是需要复杂的计算，另外一种就是需要通过改变NURBS曲线的权重因子，进行改变轨迹的形状，但是权重因子的改变和轨迹的变化没有线性的对应关系，需要反复的改变的权重因子值，才有可能得到近似的轨迹。并且NURBS曲线的权重因子虽然可以控制曲线与控制点的远近，但是它的具体含义以及功能却不够直观，一般看到曲线如果想实现曲线的移动变化都是想考虑移动多少距离，而不是考虑权重因子是多少。权重因子不能随意取值，如果取得不合适，会导致很坏的参数化，甚至完全破坏掉相关的控制曲线。
【发明内容】
[0006]本发明主要解决的技术问题是为了克服皮革裁床对一些皮革加工轨迹的不能高精度的拟合；无法对加工轨迹在不改变控制点的情况下简单准确的调整；当前NURBS曲线理论不够直观线性表示对加工曲线轨迹的控制等不足，本发明提供一种不需要通过改变控制点就能线性调整皮革裁床加工轨迹的一种基于偏移量NURBS曲线的数控裁床运动控制方法。本发明提供了一种偏移量代替权重因子的NURBS方法。包括:根据给定的皮革加工轨迹的控制点在哈德利一贾德方法基础上进行变形计算出合适的节点向量；再根据NURBS有理分式计算出权重因子取特定值时求出的插补点与相对应的控制点的距离，进而利用偏移量和距离量对有理分式进行变形重构；再根据重构后的NURBS有理分式，对加工轨迹进行分段，计算时间点，求出插补点。
[0007]所述基于偏移量NURBS曲线的数控裁床运动控制方法包括以下过程:
[0008]第一步，插补模块从数据输入模块得到皮革加工轨迹控制点信息，得到m+p+1个
控制点P为所构造的基函数次数。根据控制点之间的距离远近，计算出合适的节
点向量值U。
[0009]先计算控制点之间距离朴公式为:
[0010]
【权利要求】
1.基于偏移量NURBS曲线的数控裁床运动控制方法，，其特征在于步骤如下: 第一步，插补模块从数据输入模块得到皮革加工轨迹控制点信息，得到m+p+1个控制点{p}M+Pn=0 ，P为所构造的基函数次数。根据控制点之间的距离远近，计算出合适的节点向量值U。 先计算控制点之间距离4，公式为:
2.如权利要求1所述的基于偏移量NURBS曲线的数控裁床运动控制方法，，其特征在于:第一步中有关节点向量的计算，是根据控制点之间的距离在哈德利一贾德方法递推公式基础上经过变形后进行计算，节点向量形式为:
U = [O, O, O, up, up+1,...um+pl, m+1, m+1, m+1]。
3.如权利要求1所述的基于偏移量NURBS曲线的数控裁床运动控制方法，其特征在于:第二步中有关偏移量给定，偏移量的个数与控制点的个数一致。
4.如权利要求1所述的基于偏移量NURBS曲线的数控裁床运动控制方法，其特征在于:第二步中距离量的计算，给定的第二个偏移量对应的节点为〒和倒数第二个偏移量对应的节点为’其他偏移量与节点依次相对应。插补计算时在没有求出的新的权重因子之前，需要用到的权重因子取1，进行过渡计算；求出的新的权重因子要对对应的权重因子进行替换，进行实时更新；NURBS中需要用到的距离量，按照u值取节点值时进行计算。
5.如权利要求1，所述的基于偏移量NURBS曲线的数控裁床运动控制方法，其特征在于:第三步NURBS曲线表达式，NURBS有理分式进行计算时距离量并随着用到的控制点的变化而变化；数控裁床的插补方法用NURBS方法进行轨迹插补计算，用偏移量代替权重因子，对NURBS曲线表达式进行变形重构，表达式形式为:
【文档编号】G05B19/41GK104035380SQ201410197729
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月12日 优先权日:2014年5月12日
【发明者】杨亮亮, 许守金, 武晓虎 申请人:浙江理工大学