專利名稱：海上石油平臺精密切割控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管材切割控制系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種海上石油平臺多幾何體相貫高效精密切割控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著海洋工程、艦船和潛艇內(nèi)部管路制造、機(jī)場和大型體育場館建設(shè)、大型橋梁建設(shè)等飛速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用日益廣泛，海上石油平臺由于其惡劣的工作環(huán)境，巨大的尺寸結(jié)構(gòu)，復(fù)雜的內(nèi)部搭接方式，代表了鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的最高水平。海上石油平臺在自身超大跨度結(jié)構(gòu)條件下要求高海況持續(xù)作業(yè)、13級風(fēng)浪時不解脫、風(fēng)暴自存等高要求，因而海洋石油平臺鋼結(jié)構(gòu)在強(qiáng)力區(qū)域采用節(jié)點由多個具有不同幾何形狀如板、管、錐、環(huán)管等的金屬構(gòu)件相貫而成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，且苛求復(fù)雜多幾何體相貫切割的制造精度和加工質(zhì)量。由于節(jié)點之間的跨度大，具有典型大尺度精度比特點，因此必須采用滿足大跨度精密切割技術(shù)才能滿足對 平臺可靠性、強(qiáng)度以及疲勞壽命的高要求。另外，從鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)角度來看，鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)量雖 然巨大，但呈現(xiàn)明顯的多品種、小批量和客戶化的特點，這種動態(tài)市場需求對現(xiàn)有的切割控制系統(tǒng)提出了巨大的挑戰(zhàn)。結(jié)合海上石油平臺鋼結(jié)構(gòu)的加工特點，滿足海上石油平臺鋼結(jié)構(gòu)加工的控制系統(tǒng)必須同時具備以下特點一是具備多機(jī)床/機(jī)器人(一般不少于12軸聯(lián)動)協(xié)調(diào)同步運動的能力，海上石油平臺鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合處多幾何體相貫，在鋼結(jié)構(gòu)的兩端形成復(fù)雜的空間結(jié)合面，必須使用多軸聯(lián)動同時控制割炬的位置和姿態(tài)才能同時完成兩端復(fù)雜結(jié)合面的加工。二是能適應(yīng)不同的機(jī)械構(gòu)型，由于鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)具有多品種、小批量和客戶化的特點，加工裝置的機(jī)械構(gòu)型也會隨加工任務(wù)而改變，可能單獨采用專用機(jī)床，或單獨采用六自由度串聯(lián)式關(guān)節(jié)機(jī)器人，也可能兩者同時采用，專用機(jī)床內(nèi)部構(gòu)型多樣，機(jī)器人的關(guān)節(jié)參數(shù)也可能不一樣，所以控制系統(tǒng)內(nèi)部的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)必須能根據(jù)機(jī)械構(gòu)型的不同而快速重構(gòu)。三是相同的加工任務(wù)，加工代碼與機(jī)械構(gòu)型無關(guān)。四是要實現(xiàn)精密加工運動滿足大尺度精度比的要求。海上石油平臺鋼結(jié)構(gòu)的跨度通常很大，而尺寸精度要求又很高，所以控制系統(tǒng)不但自身要能實現(xiàn)大范圍精確的軌跡運動，而且要能對工件的裝夾誤差和形狀誤差做出補償。以上特點的實現(xiàn)主要依賴于海上石油平臺切割控制系統(tǒng)運動控制的能力。運動控制系統(tǒng)可以分為專用運動控制系統(tǒng)和開放式運動控制系統(tǒng)兩大類。專用運動控制系統(tǒng)針對專門的運動控制領(lǐng)域開發(fā)，自身限制較多，如結(jié)構(gòu)封閉、兼容性差，已很難滿足現(xiàn)代工業(yè)和社會發(fā)展的需要。開放式運動控制系統(tǒng)，由于其開發(fā)性，自1987年提出以來，則顯示出強(qiáng)大的生命力。目前開放式控制器的標(biāo)準(zhǔn)主要有美國的0MAC(0pen Modular ArchitectureController)、歐洲 的 OSACA(Open System Architecture for Control withinAutomation)和日本的 OSEC (Open System Environment for Controller Architecture)。上海石油平臺鋼結(jié)構(gòu)的加工，由于其多品種、小批量和客戶化的特點，非常適合采用開放式運動控制系統(tǒng)。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前提出的基于PC+單DSP運動控制卡形式的開放式運動控制系統(tǒng)很多，如何帥在其碩士論文《基于DSP和FPGA的四軸運動控制卡的研究與開發(fā)》提出的一種四軸運動控制卡。但是現(xiàn)有的由這類運動控制卡構(gòu)成的切割控制系統(tǒng)不能滿足海上石油平臺鋼結(jié)構(gòu)加工的要求。首先，這類運動控制卡可聯(lián)動軸數(shù)有限，一般最多不超過8軸，且不可以擴(kuò)展。其次，這類運動控制卡的都是在線性空間內(nèi)直接對軸的運動進(jìn)行插補。這種方式有兩個缺點，一是加工代碼生成模塊需要知道加工機(jī)構(gòu)的機(jī)械構(gòu)型與各部件尺寸，才能將三維空間直角坐標(biāo)系內(nèi)的點轉(zhuǎn)換到軸空間內(nèi)。生成的加工代碼與機(jī)械構(gòu)型有密切的關(guān)系，機(jī)械構(gòu)型改變時，加工代碼也要隨之改變，加工代碼不具有唯一性、不可以重復(fù)使用。操作人員在查看加工代碼時，也不能直觀的看出加工點在三維空間直角坐標(biāo)系中的位置。二是三維空間直角坐標(biāo)系下的運動要用軸空間內(nèi)的短直線插補來擬合，不僅增加了插補數(shù)據(jù)量，也存在擬合誤差的問題。另外，此類控制系統(tǒng)不具有工件安裝誤差、形狀誤差補償功能。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種海上石油平臺多幾何體相貫高效精密切割控制系統(tǒng)
發(fā)明內(nèi)容
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有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種海上石油平臺多幾何體相貫高效精密切割控制系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種海上石油平臺多幾何體相貫高效精密切割控制系統(tǒng)，包括以下模塊PC中的模塊有人機(jī)交互模塊、加工參數(shù)設(shè)置模塊、加工過程控制模塊、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊、加工代碼加載模塊、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視模塊、運動軌跡顯示模塊、應(yīng)用程序接口模塊；DSP運動控制卡內(nèi)的模塊包括通信解釋模塊、初始化模塊、狀態(tài)與錯誤管理模塊、參數(shù)管理模塊、坐標(biāo)系統(tǒng)定義模塊、緩存區(qū)管理模塊、運動控制模塊、譯碼模塊、插補模塊、微插補模塊，誤差補償模塊；加工機(jī)構(gòu)中的模塊包括軸驅(qū)動與電機(jī)模塊、激光定位測距模塊；以及獨立模塊同步脈沖與錯誤控制模塊。本研究在現(xiàn)有的開放式控制系統(tǒng)PC+單DSP結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上，提出了 PC+DSP運動控制卡群的結(jié)構(gòu)形式。為滿足海上石油平臺鋼結(jié)構(gòu)加工中多軸聯(lián)動，多機(jī)床/機(jī)器人聯(lián)動的要求，提出了多軸、多坐標(biāo)系、多運動控制卡同步控制的方法。為滿足加工中機(jī)械構(gòu)型的變化，提出了數(shù)控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)快速重構(gòu)的方法，加工代碼中的坐標(biāo)都在三維空間直角坐標(biāo)系內(nèi)描述，針對不同的機(jī)械構(gòu)型，加工代碼可重用。為滿足海上石油平臺鋼結(jié)構(gòu)大尺度精度比的要求，提出了微插補和工件誤差補償?shù)姆椒?。整個系統(tǒng)具有高效精密的特點。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的總體上采用了 PC+DSP運動控制卡群的結(jié)構(gòu)。PC上處理與海上石油平臺型材切割相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯。DSP運動控制卡群由若干塊功能結(jié)構(gòu)完全相同的DSP運動控制卡組成。PC內(nèi)，人機(jī)交互模塊接收用戶的輸入，通過加工過程控制模塊和加工參數(shù)設(shè)置模塊控制加工過程、改變加工參數(shù)。加工代碼加載模塊從加工過程控制模塊接收加載指令，通過通信接口，從系統(tǒng)外部模塊加工代碼生成存儲模塊加載加工代碼。加載后的加工代碼經(jīng)過拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊的校驗和加工參數(shù)設(shè)置模塊對缺省參數(shù)補全后經(jīng)過應(yīng)用程序接口模塊分散下載到各個DSP運動控制卡的緩存區(qū)管理模塊中。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊通過系統(tǒng)外部模塊商空間拓?fù)鋬?yōu)化模塊設(shè)定控制系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視模塊通過應(yīng)用程序接口模塊從各個DSP運動控制卡的狀態(tài)與錯誤管理模塊中獲取并顯示系統(tǒng)的狀態(tài)。運動軌跡顯式模塊根據(jù)加工過程控制模塊的的指令從系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視模塊中獲取當(dāng)前系統(tǒng)的位值姿態(tài)值及當(dāng)前加工代碼行數(shù)顯示割炬(焊槍)運動軌跡。應(yīng)用程序接口模塊向PC上的所用模塊提供DSP運動控制卡群的功能接口。若干塊所述相同DSP運動控制卡通過PC總線以及通信解釋模塊組合成DSP運動控制卡群DSP運動控制卡內(nèi)，通信解釋模塊與PC上應(yīng)用程序接口模塊配合，通過總線接口以約定的通信方式和通信編碼建立PC與DSP運動控制卡群的通信。初始化模塊為DSP運動控制卡內(nèi)各個模塊提供初始化服務(wù)。狀態(tài)與錯誤管理模塊維護(hù)系統(tǒng)狀態(tài)、接受各模塊提交的錯誤信息并采取相應(yīng)的措施。緩存區(qū)管理模塊從通信解釋模塊接受指令，根據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)定義模塊的設(shè)置，為每一個坐標(biāo)系統(tǒng)分配加工代碼緩存區(qū)，調(diào)整緩存區(qū)的大小。坐標(biāo)系統(tǒng)定義模塊根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊通過通信解釋模塊傳遞的指令，定義坐標(biāo)系統(tǒng)。運動控制模塊根據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)定義模塊輸入的坐標(biāo)系統(tǒng)定義和參數(shù)管理模塊輸入的運動參數(shù)，初始化 譯碼模塊、插補模塊、微插補模塊，使能運動標(biāo)志。參數(shù)管理模塊接收通信解釋模塊的指令，設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，包括I/O電平，軸接口的形式。譯碼模塊、插補模塊、微插補模塊在同步脈沖與錯誤控制模塊提供的同步脈沖作用下分別周期性的執(zhí)行譯碼、插補、微插補過程。同步脈沖與錯誤控制模塊也可以接收和設(shè)置各DSP運動控制卡狀態(tài)與錯誤管理模塊的錯誤狀態(tài)。譯碼模塊從緩存區(qū)管理模塊中提取加工代碼，解釋后作為插補模塊的輸入，插補模塊執(zhí)行插補過程后獲得軸增量，輸入到微插補模塊，微插補模塊中對軸增量進(jìn)行細(xì)分插補，完成伺服更新。誤差補償模塊，通過軸接口利用激光定位測距模塊獲得的測量值對加工代碼中坐標(biāo)點處的誤差進(jìn)行補償。伺服更新的值通過軸接口輸出到軸驅(qū)動與電機(jī)模塊。多電機(jī)的協(xié)同運動作用在由加工機(jī)床、機(jī)器人及公共運動部件組成的加工機(jī)構(gòu)上是機(jī)構(gòu)完成特定的加工運動。加工機(jī)構(gòu)運動部件的位移量由激光定位測距模塊測量并通過軸接口返回到微插補模塊中。以下對本發(fā)明方法做進(jìn)一用步說明，具體內(nèi)容如下若干塊所述相同DSP運動控制卡通過PC總線以及通信解釋模塊組合成DSP運動控制卡群；在DSP運動控制卡群的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)多軸、多坐標(biāo)系統(tǒng)、多機(jī)床(機(jī)器人)聯(lián)動。人機(jī)交互模塊，其作用是接受用戶的輸入并向用戶反饋系統(tǒng)的輸出。用戶的輸入會分解到系統(tǒng)各個模塊，系統(tǒng)的輸出也是由系統(tǒng)各個模塊的輸出組成。加工過程控制模塊，其作是接受人機(jī)交互模塊輸入的用戶指令控制加工過程。加工過程的控制主要包括通過加工代碼加載模塊控制加工代碼的加載，加工代碼描述了加工過程中機(jī)構(gòu)的運動、輸入輸出動作；通過應(yīng)用程序接口模塊控制加工過程的啟動、暫停、恢復(fù)、停止、空走、前進(jìn)、后退；通過運動軌跡顯示模塊控制加工軌跡的顯示。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊，其作用是根據(jù)系統(tǒng)外部模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化模塊的優(yōu)化結(jié)果設(shè)定控制系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊將系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分解成多個獨立坐標(biāo)系統(tǒng)后，這些坐標(biāo)系統(tǒng)被分配至各個DSP運動控制卡中?？刂葡到y(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括加工機(jī)構(gòu)各運動單元的相對運動關(guān)系，運動單元的幾何尺寸，運動單元的組合形式。坐標(biāo)系統(tǒng)描述了規(guī)劃空間到軸空間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，規(guī)劃空間是指割炬在工件坐標(biāo)下描述的位置和姿態(tài)空間，軸空間由各關(guān)節(jié)軸的運動構(gòu)成。坐標(biāo)系統(tǒng)包含的這種轉(zhuǎn)換關(guān)系根據(jù)運動單元的相對運動關(guān)系，運動單元的幾何尺寸由DH法建?；蛐拷Ｇ蟮?。在控制系統(tǒng)內(nèi)部以函數(shù)的形式表示。每一個運動單元的組合在邏輯上對應(yīng)一個坐標(biāo)系統(tǒng)，在機(jī)械結(jié)構(gòu)上則對應(yīng)一臺多軸專用加工機(jī)床或一臺多軸串聯(lián)關(guān)節(jié)式機(jī)器人。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊將系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分解成多個獨立坐標(biāo)系統(tǒng)后，這些坐標(biāo)系統(tǒng)被分配至各個DSP運動控制卡中。
加工代碼加載模塊，其作用是根據(jù)加工過程控制模塊的指令從加工代碼系統(tǒng)外部模塊加工代碼生成存儲模塊中導(dǎo)入描述加工任務(wù)的加工代碼。加工代碼在三維空間直角坐標(biāo)系下描述。三維空間直角坐標(biāo)系可以是機(jī)床坐標(biāo)系，機(jī)器人基座坐標(biāo)系或者工件坐標(biāo)系。加工代碼中包含了坐標(biāo)系統(tǒng)的信息。為保證加工代碼的準(zhǔn)確性，需要通過拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊的信息，對加工代碼進(jìn)行校驗。加工代碼在三維空間直角坐標(biāo)系下以樣條的形式描述割炬或工件的位置姿態(tài)，加工代碼中出現(xiàn)的坐標(biāo)系統(tǒng)必須與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊中的坐標(biāo)系統(tǒng)一致。校驗完成后的加工代碼按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊中對坐標(biāo)系統(tǒng)的定義，以坐標(biāo)系統(tǒng)為區(qū)分，分散下載到各個DSP運動控制卡中的緩存區(qū)管理模塊。加工參數(shù)設(shè)置模塊，其作用是根據(jù)人機(jī)交互模塊的輸入設(shè)置本發(fā)明系統(tǒng)的加工參數(shù)。加工參數(shù)包括切割方式(火焰切割、等離子切割、空走)，各種切割方式下的切割速度，弓丨入線的長度與形式，穿孔延時的時間。系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視模塊，其作用是通過應(yīng)用程序接口模塊監(jiān)視系統(tǒng)的狀態(tài)。系統(tǒng)的狀態(tài)包括各軸正負(fù)限位、報警信號，各軸位置值，當(dāng)前正在執(zhí)行加工代碼的加工代碼的行數(shù)。
運動軌跡顯示模塊，其作用是根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視模塊提供的各軸位置值，當(dāng)前正在執(zhí)行加工代碼的加工代碼的行數(shù)顯示割炬(焊槍)相對與工件的位置和姿態(tài)。應(yīng)用程序接口模塊，其作用是將DSP運動控制卡中各模塊提供的功能以動態(tài)鏈接庫函數(shù)的形式提供給PC上的各個模塊使用。通信解釋模塊，其作用是與PC上應(yīng)用程序接口模塊配合，通過總線接口以約定的通信方式和通信編碼建立PC與DSP運動控制卡群的通信。約定的通信方式是指PC與DSP之間采用雙口 RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。每塊DSP運動控制卡分配一段私有地址和一段公共地址。公共地址的作用是PC可以向多塊DSP運動控制卡同時發(fā)送命令，提高通信效率。約定的通信編碼包括兩部分，一部分命令編碼，大小為2字節(jié)；另一部分為命令附加參數(shù)，大小為4字節(jié)。命令編碼以二進(jìn)制表示，單個或多個連續(xù)比特代表一個特定的意義，可以以樹狀形式區(qū)分所用的命令類型，第一層節(jié)點包括立即命令、緩存命令，第二層節(jié)點包括軸命令、非軸命令，第三層節(jié)點包括參數(shù)命令、運動指令。附加參數(shù)可以解釋為整形也可以解釋為浮點形，由具體命令決定。初始化模塊，其作用是為DSP運動控制卡內(nèi)各個模塊提供初始化服務(wù)。狀態(tài)與錯誤管理模塊，其作用是維護(hù)DSP運動控制卡的系統(tǒng)狀態(tài)、接受各模塊提交的錯誤信息并采取相應(yīng)的措施。DSP運動控制卡系統(tǒng)狀態(tài)包括限位觸發(fā)標(biāo)志、驅(qū)動器報警標(biāo)志、運動標(biāo)志、譯碼進(jìn)行中標(biāo)志、各軸的速度、位置、各坐標(biāo)系統(tǒng)的合成速度、當(dāng)前坐標(biāo)。DSP運動控制卡的錯誤形式包括，軸運動失敗，譯碼中出現(xiàn)的實時錯誤，其他DSP運動控制卡出錯。采取的措施主要包括記錄錯誤信息，停止運動，向同步脈沖與錯誤控制模塊發(fā)送錯誤產(chǎn)生信號。參數(shù)管理模塊，其作用是管理運動控制卡內(nèi)部的參數(shù)。控制卡內(nèi)部的參數(shù)包括運動速度、加速度、加減速形式、限位、零位的觸發(fā)電平。坐標(biāo)系統(tǒng)定義模塊，其作用是結(jié)合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊在DSP內(nèi)部提供一種坐標(biāo)系統(tǒng)的定義方式。這種定義方式是指拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊中以二進(jìn)制機(jī)器碼函數(shù)的形式描述坐標(biāo)系統(tǒng)的定義，坐標(biāo)系統(tǒng)定義模塊則負(fù)責(zé)在DSP內(nèi)部開辟一塊內(nèi)存空間，記錄該空間的首地址作為坐標(biāo)系統(tǒng)定義的函數(shù)地址，二進(jìn)制匯編函數(shù)下載到DSP后記錄在該地址后。DSP中其他模塊只要調(diào)用該函數(shù)地址就可以實現(xiàn)規(guī)劃空間到軸空間的轉(zhuǎn)換。運動控制模塊，其作用是結(jié)合同步脈沖與錯誤控制模塊控制運動控制卡內(nèi)部的運動過程，包括運動的開始、暫定、恢復(fù)、停止。運動控制卡內(nèi)部運動都是在坐標(biāo)系統(tǒng)下描述的。單一 DSP運動控制內(nèi)坐標(biāo)系統(tǒng)可能不止一個。當(dāng)DSP收到PC通過總線接口發(fā)過來的多坐標(biāo)系統(tǒng)同步運動命令時，運動控制模塊根據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)定義模塊和參數(shù)管理模塊初始化每個坐標(biāo)系統(tǒng)的譯碼模塊、插補模塊、微插補模塊，使能運動標(biāo)志。PC打開同步脈沖與錯誤控制1吳塊中的冋步脈沖后，實 際運動開始。緩存區(qū)管理模塊，其作用是為各個坐標(biāo)系統(tǒng)開辟緩存區(qū)，存儲各個坐標(biāo)系統(tǒng)下的加工代碼。譯碼模塊，其作用是將加工代碼解釋成插補模塊可以使用的形式。譯碼模塊在同步脈沖與錯誤控制模塊產(chǎn)生的同步譯碼脈沖作用下，依靠DSP中斷機(jī)制周期性的執(zhí)行。在每個譯碼周期內(nèi)，譯碼模塊從緩存區(qū)管理模塊中提取加工代碼，加工代碼以約定的命令格式存儲在緩存區(qū)管理模塊中。每次提取加工代碼中的一行，一行可以包含若干條命令。插補模塊，其作用是在由所述同步脈沖與錯誤控制模塊提供的周期性的插補同步脈沖驅(qū)動下，利用所述譯碼模塊提供的譯碼信息完成加工代碼兩點之間數(shù)據(jù)點的插補并通過所述坐標(biāo)系統(tǒng)定義模塊提供的坐標(biāo)系統(tǒng)定義將數(shù)據(jù)點坐標(biāo)從規(guī)劃空間轉(zhuǎn)換到軸空間。插補所在空間為位姿空間。插補也是周期性的執(zhí)行。周期由同步脈沖與錯誤控制模塊提供的插補同步脈沖的周期決定。每次執(zhí)行一次插補，獲得規(guī)劃規(guī)劃空間內(nèi)的一個位置、姿態(tài)值。該值通過坐標(biāo)系統(tǒng)定義轉(zhuǎn)換為軸空間的值，即各軸的位置值。微插補模塊，其作用是在由所述同步脈沖與錯誤控制模塊提供的周期性的微插補同步脈沖驅(qū)動下，對所述插補模塊獲得的各軸位置值進(jìn)行不同形式的細(xì)分插補并完成伺服更新。微插補過程也是周期性的執(zhí)行。插補周期與伺服更新周期一致。該周期由同步脈沖與錯誤控制模塊提供的微插補同步脈沖保證。對于具有復(fù)雜的軸空間系統(tǒng)，如六關(guān)節(jié)串聯(lián)式機(jī)器人，插補運算的計算量很大，為保證DSP內(nèi)其他模塊的計算時間，必須取較大插補周期。為滿足伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時提高伺服系統(tǒng)的定位精度，伺服更新周期固定且很小。由于插補周期和伺服周期不匹配，所以伺服系統(tǒng)無法直接利用插補運算的結(jié)果。微插補模塊可以解決這個問題。微插補模塊根據(jù)插補周期與伺服更新周期的比值，對插補模塊獲得的軸位置進(jìn)行細(xì)分插補。當(dāng)細(xì)分?jǐn)?shù)較少時，采用線性細(xì)分插補；當(dāng)細(xì)分?jǐn)?shù)較大時，根據(jù)軸位置增量兩端的速度和位置值，進(jìn)行三次多項式細(xì)分插補，提高微插補的精度。誤差補償模塊，其作用是利用空走運動時激光定位與測距模塊的測量值對工件裝夾誤差、形狀誤差進(jìn)行補償。在大跨度結(jié)構(gòu)條件下，工件會因為裝夾產(chǎn)生空間位置偏差，工件自身也存在形狀誤差，若直接按理想位置、理想形狀切割，切割過程中割炬槍口到工件表面的距離會偏離設(shè)定值，會降低切割的質(zhì)量與加工精度。本發(fā)明中，激光傳感器固定在割炬的安裝座上，割炬在不點火的情況下空走一遍，誤差補償模塊利用激光傳感器的測量值，計算出加工代碼中每個坐標(biāo)點處的補償值，該補償值以加工代碼的行號為索引記錄在誤差補償模塊的緩存區(qū)內(nèi)。實際加工時，將誤差補償值疊加到相應(yīng)行加工代碼坐標(biāo)點上，按補償后的加工代碼坐標(biāo)點運動。同步脈沖與錯誤控制模塊，其作用是通過其自身發(fā)出的多種不同周期的同步脈沖信號同步多塊所述DSP運動控制卡內(nèi)的運動，并接受各所述DSP運動控制卡運動過程中產(chǎn)生的錯誤脈沖，對所述DSP運動控制卡群進(jìn)行整體錯誤控制。同步脈沖與錯誤控制模塊在各運動控制模塊完成開始運動初始化并使能運動標(biāo)志位后，根據(jù)PC的指令，為譯碼模塊、插補模塊、微插補模塊提供不同周期的同步脈沖。在同步脈沖的作用下，分散在各DSP運動控制卡內(nèi)的運動將同步執(zhí)行。在運動過程中，如果某塊DSP運動控制卡產(chǎn)生運行錯誤，該卡內(nèi)部的狀態(tài)與錯誤管理模塊將相應(yīng)的錯誤標(biāo)志置位，停止運動，并向同步脈沖與錯誤控制模塊發(fā)送信號脈沖，同步脈沖與錯誤控制模塊收到該信號脈沖后，向DSP運動控制卡群內(nèi)所有的成員發(fā)送錯誤外部中斷信號，各成員卡內(nèi)部的狀態(tài)與錯誤管理模塊利用該信號設(shè)置外部錯誤標(biāo)志位，停止運動。軸驅(qū)動與電機(jī)模塊，其作用是驅(qū)動與電機(jī)相連的各機(jī)械軸完成直線或旋轉(zhuǎn)運動。激光定位與測距模塊，其作用是測量軸的位置、定位工件的位置。測量軸的位置時，激光傳感器安裝在空間固定位置上，測量移動軸的位置。海上石油平臺鋼結(jié)構(gòu)尺寸變化很大，采用激光測量軸的位置可以補償直線導(dǎo)軌的誤差，與光柵尺相比，測量系統(tǒng)柔性提高，成本降低。定位工件的位置，激光傳感器固定在割炬的安裝座上，按加工代碼對工件進(jìn)行掃描，獲得工件表面的位置值，提供給誤差補償模塊使用。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，提供了一套完善的海上石油平臺多幾何體相貫高效精密切割控制系統(tǒng)。本研究系統(tǒng)基于PC+DSP運動控制卡群的結(jié)構(gòu)形式，針對海上石油平臺鋼結(jié)構(gòu)加工的特點，具有以下優(yōu)點可實現(xiàn)多軸、多坐標(biāo)系統(tǒng)、多運動控制卡同步控制，進(jìn)而實現(xiàn)多機(jī)床/機(jī)器人聯(lián)動，聯(lián)動軸數(shù)可達(dá)32軸(在電氣特性允許的條件下還可擴(kuò)展)；可根據(jù)機(jī)械拓?fù)錁?gòu)型快速重構(gòu)控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；加工代碼在三維空間直角坐標(biāo)系描述，具有可重用性，且沒有擬合誤差；可修正工件的裝夾誤差和形狀誤差，定位精確，可滿足大尺度精度比的要求。


圖I是本發(fā)明切割控制系統(tǒng)的示意框圖；圖2是本發(fā)明切割控制系統(tǒng)加工裝置示意圖。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。如圖I所示，系統(tǒng)采用PC+DSP運動控制卡群的結(jié)構(gòu)。PC中的模塊有人機(jī)交互模塊、加工參數(shù)設(shè)置模塊、加工過程控制模塊、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊、加工代碼加載模塊、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視模塊、運動軌跡顯示模塊、應(yīng)用程序接口模塊；DSP運動控制卡內(nèi)的模塊包括通信解釋模塊、初始化模塊、狀態(tài)與錯誤管理模塊、參數(shù)管理模塊、坐標(biāo)系統(tǒng)定義模塊、緩存區(qū)管理模塊、運動控制模塊、譯碼模塊、插補模塊、微插補模塊，誤差補償模塊；加工機(jī)構(gòu)中的模塊包括軸驅(qū)動與電機(jī)模塊、激光定位測距模塊；以及獨立模塊同步脈沖與錯誤控制模塊。DSP運動控制卡群有四塊結(jié)構(gòu)功能完全相同的DSP運動控制卡組成,每塊DSP運動控制卡最多實現(xiàn)8軸聯(lián)動，總共最多可實現(xiàn)32軸聯(lián)動。圖2是加工機(jī)構(gòu)裝置圖。圖2中的裝置包括兩臺6軸串聯(lián)式關(guān)節(jié)機(jī)器人5、9，公共旋轉(zhuǎn)軸1，公共旋轉(zhuǎn)軸6，割炬3、7，激光測距傳感器4、8、10以及待加工工件2。機(jī)器人5、9安裝在公共移動軸上，在工件兩端同時加工，可根據(jù)加工位置點移動。待加工工件為圓管，圓管固定在公共旋轉(zhuǎn)軸上，做旋轉(zhuǎn)運動。具體實施過程如下首先，人機(jī)交互模塊接受用戶的輸入并向用戶反饋系統(tǒng)的輸出。用戶的輸入會分解到系統(tǒng)各個模塊，系統(tǒng)的輸出也是由系統(tǒng)各個模塊的輸出組成。然后，加工過程控制模塊，接受人機(jī)交互模塊輸入的用戶指令控制加工過程。加工過程的控制主要包括通過加工代碼加載模塊控制加工代碼的加載，加工代碼描述了加工過程中機(jī)構(gòu)的運動、輸入輸出動作；通過應(yīng)用程序接口模塊控制加工過程的啟動、暫停、恢復(fù)、停止、空走、前進(jìn)、后退；通過運動軌跡顯示模塊控制加工軌跡的顯示。然后，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊接收人機(jī)交互模塊輸入的用戶指令根據(jù)系統(tǒng)外部模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化模塊的優(yōu)化結(jié)果設(shè)定控制系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括加工機(jī)構(gòu)各運動單元的相對運動關(guān)系，運動單元的幾何尺寸，運動單元的組合形式。在控制系統(tǒng)內(nèi)部，系 統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表示為若干獨立的坐標(biāo)系統(tǒng)。坐標(biāo)系統(tǒng)描述了規(guī)劃空間到軸空間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。規(guī)劃空間是指割炬和工件在三維空間直角坐標(biāo)系下描述的位置和姿態(tài)空間。軸空間由各關(guān)節(jié)軸的運動構(gòu)成。坐標(biāo)系統(tǒng)包含的這種轉(zhuǎn)換關(guān)系根據(jù)運動單元的相對運動關(guān)系，運動單元的幾何尺寸由DH法建模或旋量建模求得。在控制系統(tǒng)內(nèi)部以函數(shù)的形式表示。每一個運動單元的組合在邏輯上對應(yīng)一個坐標(biāo)系統(tǒng)，在機(jī)械結(jié)構(gòu)上則對應(yīng)一臺多軸專用加工機(jī)床或一臺多軸串聯(lián)關(guān)節(jié)式機(jī)器人。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊將系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分解成多個獨立坐標(biāo)系統(tǒng)后，這些坐標(biāo)系統(tǒng)被分配至各個DSP運動控制卡中。本實施例中，系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被分成5個獨立的坐標(biāo)系統(tǒng)，機(jī)器人5對應(yīng)一個坐標(biāo)系統(tǒng),描述了割炬3在機(jī)器人5基座坐標(biāo)系下的位姿空間到機(jī)床軸空間的轉(zhuǎn)換，機(jī)器人9對應(yīng)另一個坐標(biāo)系統(tǒng)，描述了割炬7在機(jī)器人9基座坐標(biāo)系下的位姿空間到機(jī)器人軸空間的轉(zhuǎn)換，公共旋轉(zhuǎn)軸對應(yīng)第三個坐標(biāo)系統(tǒng)，描述了工件在機(jī)床坐標(biāo)系下的位姿空間到旋轉(zhuǎn)軸軸空間的轉(zhuǎn)換。公共移動軸對應(yīng)第四、第五個坐標(biāo)系統(tǒng)，分別描述了工件坐標(biāo)系下機(jī)器人5基座坐標(biāo)系與機(jī)器人9基座坐標(biāo)系的位姿空間到公共移動軸軸空間的轉(zhuǎn)換。這5個坐標(biāo)系統(tǒng)分別被分配到4塊不同的運動控制卡中，前三個坐標(biāo)系統(tǒng)分配到三塊不同運動控制卡，最后兩個坐標(biāo)系統(tǒng)分配到剩下的一塊運動控制卡中。然后，加工代碼加載模塊根據(jù)加工過程控制模塊的指令從加工代碼系統(tǒng)外部模塊加工代碼生成存儲模塊中導(dǎo)入描述加工任務(wù)的加工代碼。加工代碼在三維空間直角坐標(biāo)系下描述。加工代碼中包含了坐標(biāo)系統(tǒng)的信息。為保證加工代碼的準(zhǔn)確性，需要通過拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊的信息，對加工代碼進(jìn)行校驗。加工代碼在三維空間直角坐標(biāo)系下以樣條的形式描述割炬或工件的位置姿態(tài)，校驗加工代碼中出現(xiàn)的坐標(biāo)系統(tǒng)是否與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊中的坐標(biāo)系統(tǒng)一致。校驗完成后的加工代碼按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊中對坐標(biāo)系統(tǒng)的定義，以坐標(biāo)系統(tǒng)為區(qū)分，分散下載到各個DSP運動控制卡中的緩存區(qū)管理模塊。然后，加工參數(shù)設(shè)置模塊根據(jù)人機(jī)交互模塊的輸入設(shè)置本發(fā)明系統(tǒng)的加工參數(shù)。加工參數(shù)包括切割方式(火焰切割、等離子切割、空走)，各種切割方式下的切割速度，引入線的長度與形式，穿孔延時的時間。然后，系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視模塊通過應(yīng)用程序接口模塊監(jiān)視系統(tǒng)的狀態(tài)。系統(tǒng)的狀態(tài)包括各軸正負(fù)限位、報警信號，各軸位置值，當(dāng)前正在執(zhí)行加工代碼的加工代碼的行數(shù)。
然后，運動軌跡顯示模塊根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視模塊提供的各軸位置值，當(dāng)前正在執(zhí)行加工代碼的加工代碼的行數(shù)顯示割炬(焊槍)相對與工件的位置和姿態(tài)。然后，應(yīng)用程序接口模塊將DSP運動控制卡中各模塊提供的功能以動態(tài)鏈接庫函數(shù)的形式提供給PC上的各個模塊使用。然后，通信解釋模塊作用是與PC上應(yīng)用程序接口模塊配合，通過總線接口以約定的通信方式和通信編碼建立PC與DSP運動控制卡群的通信。約定的通信方式是指PC與DSP之間采用雙口 RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。每塊DSP運動控制卡分配一段私有地址和一段公共地址。公共地址的作用是PC可以向多塊DSP運動控制卡同時發(fā)送命令，提高通信效率。約定的通信編碼包括兩部分，一部分命令編碼，大小為2字節(jié)；另一部分為命令附加參數(shù)，大小為4字節(jié)。命令編碼以二進(jìn)制表示，單個或多個連續(xù)比特代表一個特定的意義，可以以樹狀形式區(qū)分所用的命令類型，第一層節(jié)點包括立即命令、緩存命令，第二層節(jié)點包括軸命令、非軸命令，第三層節(jié)點包括參數(shù)命令、運動指令。附加參數(shù)可以解釋為整形也可以解釋為浮點形，由具體命令決定。 然后，初始化模塊為DSP運動控制卡內(nèi)各個模塊提供初始化服務(wù)。然后，狀態(tài)與錯誤管理模塊維護(hù)DSP運動控制卡的系統(tǒng)狀態(tài)、接受各模塊提交的錯誤信息并采取相應(yīng)的措施。DSP運動控制卡系統(tǒng)狀態(tài)包括限位觸發(fā)標(biāo)志、驅(qū)動器報警標(biāo)志、運動標(biāo)志、譯碼進(jìn)行中標(biāo)志、各軸的速度、位置、各坐標(biāo)系統(tǒng)的合成速度、當(dāng)前坐標(biāo)。DSP運動控制卡的錯誤形式包括，軸運動失敗，譯碼中出現(xiàn)的實時錯誤，其他DSP運動控制卡出錯。采取的措施主要包括記錄錯誤信息，停止運動，向同步脈沖與錯誤控制模塊發(fā)送錯誤產(chǎn)生信號。然后，參數(shù)管理模塊管理運動控制卡內(nèi)部的參數(shù)?？刂瓶▋?nèi)部的參數(shù)包括運動速度、加速度、加減速形式、限位、零位的觸發(fā)電平。然后，坐標(biāo)系統(tǒng)定義模塊結(jié)合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊在DSP內(nèi)部提供一種坐標(biāo)系統(tǒng)的定義方式。這種定義方式是指拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊中以二進(jìn)制機(jī)器碼函數(shù)的形式描述坐標(biāo)系統(tǒng)的定義，坐標(biāo)系統(tǒng)定義模塊則負(fù)責(zé)在DSP內(nèi)部開辟一塊內(nèi)存空間，記錄該空間的首地址作為坐標(biāo)系統(tǒng)定義的函數(shù)地址，二進(jìn)制匯編函數(shù)下載到DSP后記錄在該地址后。DSP中其他模塊只要調(diào)用該函數(shù)地址就可以實現(xiàn)規(guī)劃空間到軸空間的轉(zhuǎn)換。然后，運動控制模塊結(jié)合同步脈沖與錯誤控制模塊控制運動控制卡內(nèi)部的運動過程，包括運動的開始、暫定、恢復(fù)、停止。運動控制卡內(nèi)部運動都是在坐標(biāo)系統(tǒng)下描述的。單一 DSP運動控制內(nèi)坐標(biāo)系統(tǒng)可能不止一個。當(dāng)DSP收到PC通過總線接口發(fā)過來的多坐標(biāo)系統(tǒng)同步運動命令時，運動控制模塊根據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)定義模塊和參數(shù)管理模塊初始化每個坐標(biāo)系統(tǒng)的譯碼模塊、插補模塊、微插補模塊，使能運動標(biāo)志。PC打開同步脈沖與錯誤控制模塊中的同步脈沖后，實際運動開始。然后，緩存區(qū)管理模塊為各個坐標(biāo)系統(tǒng)開辟緩存區(qū)，存儲各個坐標(biāo)系統(tǒng)下的加工代碼。然后，譯碼模塊將加工代碼解釋成插補模塊可以使用的形式。譯碼模塊在同步脈沖與錯誤控制模塊產(chǎn)生的同步譯碼脈沖作用下，依靠DSP中斷機(jī)制周期性的執(zhí)行。在每個譯碼周期內(nèi)，譯碼模塊從緩存區(qū)管理模塊中提取加工代碼，加工代碼以約定的命令格式存儲在緩存區(qū)管理模塊中。每次提取加工代碼中的一行，一行可以包含若干條命令。
然后，插補模塊在由同步脈沖與錯誤控制模塊提供的周期性的插補同步脈沖驅(qū)動下，利用譯碼模塊提供的譯碼信息完成加工代碼兩點之間數(shù)據(jù)點的插補并通過坐標(biāo)系統(tǒng)定義模塊提供的坐標(biāo)系統(tǒng)定義將數(shù)據(jù)點坐標(biāo)從規(guī)劃空間轉(zhuǎn)換到軸空間。插補所在空間為位姿空間。插補也是周期性的執(zhí)行。周期由同步脈沖與錯誤控制模塊提供的插補同步脈沖的周期決定。每次執(zhí)行一次插補，獲得規(guī)劃規(guī)劃空間內(nèi)的一個位置、姿態(tài)值。該值通過坐標(biāo)系統(tǒng)定義轉(zhuǎn)換為軸空間的值，即各軸的位置值。然后，微插補模塊在由同步脈沖與錯誤控制模塊提供的周期性的微插補同步脈沖驅(qū)動下，對插補模塊獲得的各軸位置值進(jìn)行不同形式的細(xì)分插補并完成伺服更新。微插補過程也是周期性的執(zhí)行。插補周期與伺服更新周期一致。該周期由同步脈沖與錯誤控制模塊提供的微插補同步脈沖保證。對于具有復(fù)雜的軸空間系統(tǒng)，如六關(guān)節(jié)串聯(lián)式機(jī)器人，插補運算的計算量很大，為保證DSP內(nèi)其他模塊的計算時間，必須取較大插補周期。為滿足伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時提高伺服系統(tǒng)的定位精度，伺服更新周期固定且很小。由于插補周期和伺服周期不匹配，所以伺服系統(tǒng)無法直接利用插補運算的結(jié)果。微插補模塊可以解決這個問題。微插補模塊根據(jù)插補周期與伺服更新周期的比值，對插補模塊獲得的軸位置進(jìn)行細(xì)分插補。當(dāng)細(xì)分?jǐn)?shù)較少時，采用線性細(xì)分插補；當(dāng)細(xì)分?jǐn)?shù)較大時，根據(jù)軸位置增量兩端的速·度和位置值，進(jìn)行三次多項式細(xì)分插補，提高微插補的精度。然后，誤差補償模塊利用空走運動時激光定位與測距模塊的測量值對工件裝夾誤差、形狀誤差進(jìn)行補償。在大跨度結(jié)構(gòu)條件下，工件會因為裝夾產(chǎn)生空間位置偏差，工件自身也存在形狀誤差，若直接按理想位置、理想形狀切割，切割過程中割炬槍口到工件表面的距離會偏離設(shè)定值，會降低切割的質(zhì)量與加工精度。本發(fā)明中，激光傳感器固定在割炬的安裝座上，割炬在不點火的情況下空走一遍，誤差補償模塊利用激光傳感器的測量值，計算出加工代碼中每個坐標(biāo)點處的補償值，該補償值以加工代碼的行號為索引記錄在誤差補償模塊的緩存區(qū)內(nèi)。實際加工時，將誤差補償值疊加到相應(yīng)行加工代碼坐標(biāo)點上，按補償后的加工代碼坐標(biāo)點運動。然后，同步脈沖與錯誤控制模塊通過其自身發(fā)出的多種不同周期的同步脈沖信號同步多塊所述DSP運動控制卡內(nèi)的運動，并接受各DSP運動控制卡運動過程中產(chǎn)生的錯誤脈沖，對DSP運動控制卡群進(jìn)行整體錯誤控制。同步脈沖與錯誤控制模塊在各運動控制模塊完成開始運動初始化并使能運動標(biāo)志位后，根據(jù)PC的指令，為譯碼模塊、插補模塊、微插補模塊提供不同周期的同步脈沖。在同步脈沖的作用下，分散在各DSP運動控制卡內(nèi)的運動將同步執(zhí)行。在運動過程中，如果某塊DSP運動控制卡產(chǎn)生運行錯誤，該卡內(nèi)部的狀態(tài)與錯誤管理模塊將相應(yīng)的錯誤標(biāo)志置位，停止運動，并向同步脈沖與錯誤控制模塊發(fā)送信號脈沖，同步脈沖與錯誤控制模塊收到該信號脈沖后，向DSP運動控制卡群內(nèi)所有的成員發(fā)送錯誤外部中斷信號，各成員卡內(nèi)部的狀態(tài)與錯誤管理模塊利用該信號設(shè)置外部錯誤標(biāo)志位，停止運動。然后，軸驅(qū)動與電機(jī)模塊驅(qū)動與電機(jī)相連的各機(jī)械軸完成直線或旋轉(zhuǎn)運動。最后，激光定位與測距模塊，其作用是測量軸的位置、定位工件的位置。測量軸的位置時，激光傳感器安裝在空間固定位置上，測量移動軸的位置。海上石油平臺鋼結(jié)構(gòu)尺寸變化很大，采用激光測量軸的位置可以補償直線導(dǎo)軌的誤差，與光柵尺相比，測量系統(tǒng)柔性提高，成本降低。定位工件的位置，激光傳感器固定在割炬的安裝座上，按加工代碼對工件進(jìn)行掃描，獲得工件表面的位置值，提供給誤差補償模塊使用。以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng) 造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種海上石油平臺精密切割控制系統(tǒng)，其特征在于，基于PC和DSP運動控制卡群的結(jié)構(gòu)形式，由PC中的模塊、DSP運動控制卡內(nèi)的模塊和加工機(jī)構(gòu)中的模塊組成； 所述PC中的模塊包括人機(jī)交互模塊、加工參數(shù)設(shè)置模塊、加工過程控制模塊、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊、加工代碼加載模塊、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視模塊、運動軌跡顯示模塊、應(yīng)用程序接口模塊； 所述DSP運動控制卡內(nèi)的模塊包括通信解釋模塊、初始化模塊、狀態(tài)與錯誤管理模塊、參數(shù)管理模塊、坐標(biāo)系統(tǒng)定義模塊、緩存區(qū)管理模塊、運動控制模塊、譯碼模塊、插補模塊、微插補模塊，誤差補償模塊； 所述加工機(jī)構(gòu)中的模塊包括軸驅(qū)動與電機(jī)模塊、激光定位測距模塊；以及獨立模塊同步脈沖與錯誤控制模塊。
2.如權(quán)利要求I所述的海上石油平臺精密切割控制系統(tǒng)，其特征在于，若干塊所述相同DSP運動控制卡通過PC總線以及所述通信解釋模塊組合成DSP運動控制卡群；在所述DSP運動控制卡群的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)多軸、多坐標(biāo)系統(tǒng)、多機(jī)床(機(jī)器人)聯(lián)動。
3.如權(quán)利要求I所述的海上石油平臺精密切割控制系統(tǒng)，其特征在于，所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊，根據(jù)系統(tǒng)外部模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化模塊的優(yōu)化結(jié)果設(shè)定控制系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊將系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分解成多個獨立坐標(biāo)系統(tǒng)后，這些坐標(biāo)系統(tǒng)被分配至各個所述DSP運動控制卡中； 所述控制系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括加工機(jī)構(gòu)各運動單元的相對運動關(guān)系，運動單元的幾何尺寸，運動單元的組合形式； 所述坐標(biāo)系統(tǒng)描述了規(guī)劃空間到軸空間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，規(guī)劃空間是指割炬在工件坐標(biāo)下描述的位置和姿態(tài)空間，軸空間由各關(guān)節(jié)軸的運動構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求I所述的海上石油平臺精密切割控制系統(tǒng)，其特征在于，所述同步脈沖與錯誤控制模塊，通過其自身發(fā)出的多種不同周期的同步脈沖信號同步多塊所述DSP運動控制卡內(nèi)的運動，并接受各所述DSP運動控制卡運動過程中產(chǎn)生的錯誤脈沖，對所述DSP運動控制卡群進(jìn)行整體錯誤控制。
5.如權(quán)利要求I所述的海上石油平臺精密切割控制系統(tǒng)，其特征在于，所述通信解釋模塊，與所述PC上應(yīng)用程序接口模塊配合，通過總線接口以約定的通信方式和通信編碼建立PC與所述DSP運動控制卡群的通信。
6.如權(quán)利要求I所述的海上石油平臺精密切割控制系統(tǒng)，其特征在于，所述坐標(biāo)系統(tǒng)定義模塊，結(jié)合所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊在所述DSP運動控制卡內(nèi)部提供一種坐標(biāo)系統(tǒng)的定義方式。
7.如權(quán)利要求I所述的海上石油平臺精密切割控制系統(tǒng)，其特征在于，所述插補模塊，在由所述同步脈沖與錯誤控制模塊提供的周期性的插補同步脈沖驅(qū)動下，利用所述譯碼模塊提供的譯碼信息完成加工代碼兩點之間數(shù)據(jù)點的插補并通過所述坐標(biāo)系統(tǒng)定義模塊提供的坐標(biāo)系統(tǒng)定義將數(shù)據(jù)點坐標(biāo)從規(guī)劃空間轉(zhuǎn)換到軸空間。
8.如權(quán)利要求I所述的海上石油平臺精密切割控制系統(tǒng)，其特征在于，所述微插補模塊，在由所述同步脈沖與錯誤控制模塊提供的周期性的微插補同步脈沖驅(qū)動下，對所述插補模塊獲得的各軸位置值進(jìn)行不同形式的細(xì)分插補并完成伺服更新。
9.如權(quán)利要求I所述的海上石油平臺精密切割控制系統(tǒng)，其特征在于，所述誤差補償模塊， 利用空走運動時激光定位與測距模塊的測量值對工件裝夾誤差、形狀誤差進(jìn)行補償。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種海上石油平臺高效精密切割控制系統(tǒng)，基于PC和DSP運動控制卡群的結(jié)構(gòu)形式，主要包括PC內(nèi)加工過程控制模塊、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定模塊、加工代碼加載模塊，加工參數(shù)設(shè)置模塊，DSP運動控制卡內(nèi)通信解釋模塊、狀態(tài)與錯誤管理模塊、參數(shù)管理模塊、坐標(biāo)系統(tǒng)定義模塊、緩存區(qū)管理模塊、運動控制模塊、譯碼模塊、插補模塊、微插補模塊，誤差補償模塊以及獨立模塊同步脈沖與錯誤控制模塊等。針對海上石油平臺鋼結(jié)構(gòu)加工的特點，可實現(xiàn)多軸、多坐標(biāo)系統(tǒng)、多運動控制卡同步控制，可根據(jù)機(jī)械拓?fù)錁?gòu)型快速重構(gòu)控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)且加工代碼具有可重用性，可修正工件的裝夾誤差和形狀誤差，定位精確，可滿足大尺度精度比的要求。
文檔編號B23K37/00GK102896446SQ20121038096
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月9日
發(fā)明者殷躍紅, 姜振華, 徐文超, 陸建, 肖錫良, 俞力生, 彭程 申請人:上海交通大學(xué)