專利名稱：相貫線切割機(jī)可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種數(shù)控切割技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)，具體涉及一種相貫線切割機(jī) 可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
相貫線切割機(jī)可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的基本原理是根據(jù)鋼管管道的拼接要求，得到 包含鋼管管道相貫線軌跡數(shù)據(jù)的數(shù)控切割文件，從文件中獲取鋼管原始切割參數(shù)， 完成多種相交形式下各個(gè)管道的相貫線切割。相貫線切割機(jī)可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)具有 可重構(gòu)性，根據(jù)不同的加工任務(wù)和工序要求，該系統(tǒng)可與用戶的重構(gòu)命令交互， 自動(dòng)理解重構(gòu)任務(wù)并重構(gòu)基本功能和結(jié)構(gòu)配置，完成多軸聯(lián)動(dòng)控制以實(shí)現(xiàn)主管或 支管的相貫線切割，最終完成生產(chǎn)任務(wù)。相貫線切割機(jī)可重構(gòu)數(shù)控具有模塊化、 定制性、可擴(kuò)展性、可集成性、可轉(zhuǎn)變性等特征。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可重構(gòu)性，系 統(tǒng)的每個(gè)模塊都必須具有重構(gòu)能力，這樣才能使集成了各個(gè)模塊的整個(gè)系統(tǒng)具有 可重構(gòu)性。因此每個(gè)模塊都必須具有良好的封裝性，并包含有合適的接口，使之 成為一個(gè)獨(dú)立的功能模塊，從而形成一個(gè)具有重構(gòu)能力的模塊。利用相貫線切割 機(jī)可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的可重構(gòu)性，可以對(duì)不同配置的加工機(jī)床、不同類型的加工模 式、不同要求的加工任務(wù)重構(gòu)模塊配置和資源分配。通過對(duì)模塊的調(diào)整以及各模 塊之間的協(xié)作順序，靈活的應(yīng)對(duì)生產(chǎn)任務(wù)的變化。相貫線切割機(jī)可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng) 可加工多種鋼管管道相貫的樣式，功能齊全，控制精確，可以保證鋼管結(jié)合處的 加工質(zhì)量，并且使用簡(jiǎn)便，生產(chǎn)效率高，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜相貫線高精度高效率的加工， 能適應(yīng)連續(xù)的大批量多種類生產(chǎn)，具有良好的發(fā)展前景和推廣價(jià)值。
但是，現(xiàn)在大部分企業(yè)在切割加工鋼管管道時(shí)仍使用傳統(tǒng)的手工工藝，即工 人通過相貫線模板手工劃線，然后手持割炬進(jìn)行切割，工藝過程相當(dāng)?shù)姆爆?，?且生產(chǎn)效率低，加工精度也得不到保障，不利于企業(yè)的進(jìn)展，嚴(yán)重制約了企業(yè)的 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。雖然相貫線切割機(jī)控系統(tǒng)在一些企業(yè)己經(jīng)得到應(yīng)用，但其功能固定 單一的特點(diǎn)使系統(tǒng)的可重構(gòu)性難以實(shí)現(xiàn)，從而限制了用戶操作的靈活性，難以達(dá)到對(duì)產(chǎn)品品種和市場(chǎng)變化的適應(yīng)。而且，由于其系統(tǒng)的體系通常是固定的根據(jù)特 定的數(shù)控要求定制，對(duì)用戶不開放，各模塊之間沒有合適的接口，限制了系統(tǒng)的 可重構(gòu)性，使得系統(tǒng)的功能受限。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，文獻(xiàn)《五軸數(shù)控火焰切管機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)研制》 (《機(jī)械科學(xué)與技術(shù)》2008年2月第2期)提出了一種可滿足多種類型管件加工
要求的五軸數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)，但是，該系統(tǒng)屬于特定的數(shù)控系統(tǒng)，對(duì)于其他類型 的加工機(jī)床和加工模型就不適用，另外，文獻(xiàn)中對(duì)于計(jì)算相貫線軌跡的數(shù)學(xué)模型， 采用的是理想圓管，未考慮到實(shí)際中鋼管可能存在一定的橢圓度，因此，計(jì)算得 到的軌跡數(shù)據(jù)在實(shí)際加工中就不準(zhǔn)確了。因此需要一種相貫線切割機(jī)可重構(gòu)數(shù)控 系統(tǒng)，能適應(yīng)各種加工機(jī)床、加工模式和加工需求，能根據(jù)面向?qū)ο蟮牟煌詣?dòng) 重構(gòu)模塊配置和資源配置，是解決當(dāng)前加工企業(yè)適應(yīng)市場(chǎng)要求，增強(qiáng)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力， 提高復(fù)雜相貫線的加工效率的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種相貫線切割機(jī)可重構(gòu)數(shù) 控系統(tǒng)，使其具有系統(tǒng)上的可重構(gòu)性。本發(fā)明可根據(jù)加工任務(wù)的需要，分配軸的 任務(wù)，構(gòu)成三軸、五軸系統(tǒng)等適應(yīng)實(shí)際需要的不同系統(tǒng)，還能根據(jù)機(jī)床配置的不 同完成加工控制的改變。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括:前處理模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、
可重構(gòu)控制模塊、加工管理模塊和顯示模塊，其中前處理模塊的輸入端與計(jì)算
機(jī)相連接讀取待加工的數(shù)控切割文件，前處理模塊的輸出端分別連接至可重構(gòu)控 制模塊的輸入端和參數(shù)設(shè)置模塊的輸入端并輸出原始切割參數(shù)，參數(shù)設(shè)置模塊的 輸出端連接至可重構(gòu)控制模塊的輸入端并傳輸更新數(shù)據(jù)，加工管理模塊的輸入端 與可重構(gòu)控制模塊的輸出端相連接以接收更新切割參數(shù)，加工管理模塊和可重構(gòu) 控制模塊的輸出端分別連接至顯示模塊的輸入端以輸出加工狀態(tài)配置信息和更新數(shù)據(jù)。
所述的前處理模塊包括數(shù)控切割文件讀取單元和數(shù)控切割文件校驗(yàn)單元， 其中數(shù)控切割文件讀取單元與計(jì)算機(jī)硬盤或者是移動(dòng)存儲(chǔ)器連接以讀取待加工 的數(shù)控切割文件，數(shù)控切割文件校驗(yàn)單元可重構(gòu)控制模塊和參數(shù)設(shè)置模塊連接以 傳輸經(jīng)校驗(yàn)后的數(shù)據(jù)切割文件中的原始切割參數(shù)。所述的數(shù)控切割文件讀取單元作為加工的先行工序，為后續(xù)步驟提供包含原 始切割參數(shù)的數(shù)控切割文件，該數(shù)控切割文件讀取單元通過接收計(jì)算機(jī)輸出的數(shù) 控切割文件，獲取數(shù)控切割文件中的原始切割參數(shù)，同時(shí)將數(shù)控切割文件的讀取 路徑的信息保存下來。從文件中得到的原始切割參數(shù)經(jīng)過整理，送入數(shù)控切割文 件校驗(yàn)單元。
所述的數(shù)控切割文件校驗(yàn)單元是對(duì)數(shù)控切割文件讀取單元提供的數(shù)控切割文 件中的原始切割參數(shù)進(jìn)行校核，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)是否合理。檢查文件是否提供的 加工必要的信息了解管道的編號(hào)和名稱信息可以避免鋼管的誤用。得到管道的壁 厚，可以根據(jù)板厚自動(dòng)的調(diào)節(jié)加工的速度。得到管道的半徑，可以根據(jù)管道的半 徑計(jì)算出加工管道所需要的傳動(dòng)比。
所述的原始切割參數(shù)，是指管道加工中用來擬合出管道相貫線軌跡的各離散 點(diǎn)坐標(biāo)以及該系統(tǒng)控制多軸聯(lián)動(dòng)軸在每個(gè)離散點(diǎn)的移動(dòng)距離和旋轉(zhuǎn)角度。
所述的加工管理模塊包括通訊單元、切割控制單元、控制規(guī)劃單元和狀態(tài) 監(jiān)控單元，其中通訊單元與可重構(gòu)控制模塊、工控計(jì)算機(jī)和切割控制單元連接 以傳輸更新切割參數(shù)，切割控制單元與可重構(gòu)控制模塊、數(shù)字量輸入輸出卡和觸 摸屏連接以接收更新切割參數(shù)并輸出切割坐標(biāo)參數(shù)和切割速度參數(shù)，狀態(tài)監(jiān)控單 元分別與數(shù)字量輸入輸出卡和觸摸屏連接以輸出加工狀態(tài)配置信息和更新數(shù)據(jù)， 控制規(guī)劃單元接收可重構(gòu)控制模塊輸出的更新切割參數(shù)。
所述的通訊單元是指連接工控計(jì)算機(jī)和切割控制單元的通訊ISA總線，該通訊 單元以運(yùn)動(dòng)控制卡提供的動(dòng)態(tài)連接庫為基礎(chǔ)進(jìn)行通訊。IPC的任務(wù)分配，可以通過 通訊單元向運(yùn)動(dòng)控制卡傳送，保證加工任務(wù)的精確性、完整性和實(shí)時(shí)性。工控計(jì) 算機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)控切割文件的管理、參數(shù)設(shè)置、加工過程監(jiān)視和設(shè)備診斷等功能。運(yùn) 動(dòng)控制卡完成各軸的閉環(huán)控制并且接受上位機(jī)的數(shù)控切割文件，解釋編譯實(shí)現(xiàn)多 軸的運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)。
所述的切割控制單元中設(shè)有運(yùn)動(dòng)控制卡，該切割控制單元的根據(jù)鋼管外徑的離 散數(shù)據(jù)，采用PID算法、速度前饋算法和加速度前饋控制算法，同時(shí)完成多軸運(yùn) 動(dòng)插補(bǔ)并輸出切割坐標(biāo)參數(shù)和切割速度參數(shù)。
所述的鋼管外徑的離散數(shù)據(jù)是指現(xiàn)場(chǎng)采集到的用來擬合出實(shí)際鋼管管道相貫 線軌跡的各離散點(diǎn)坐標(biāo)以及該系統(tǒng)控制多軸聯(lián)動(dòng)軸在每個(gè)離散點(diǎn)的移動(dòng)距離和旋轉(zhuǎn)角度。
所述的控制規(guī)劃單元根據(jù)曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變換以及各軸的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，該控制 規(guī)劃單元上設(shè)有橢圓度檢測(cè)模塊，對(duì)于圓度不理想的鋼管進(jìn)行橢圓度檢測(cè)，對(duì)鋼 管的加工進(jìn)行調(diào)整。
所述的狀態(tài)監(jiān)控單元包括數(shù)字量輸入輸出卡的狀態(tài)監(jiān)控和觸摸屏的狀態(tài)監(jiān) 控，數(shù)字量輸入輸出卡完成模擬開關(guān)量輸入輸出的邏輯控制和反饋，在加工過程 中完成對(duì)I/0的控制，并向用戶反饋這些I/O的狀態(tài)。觸摸屏人機(jī)界面是用戶的 輸入界面和狀態(tài)的反饋界面，接受用戶的指令反饋系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息，通過觸摸屏 人機(jī)界面，可以控制管道相貫線切割機(jī)的加工模式。
所述的顯示模塊包括數(shù)據(jù)顯示單元、軌跡顯示單元和模擬顯示單元，其中 數(shù)據(jù)顯示單元與可重構(gòu)控制模塊連接，軌跡顯示單元與加工管理模塊連接，模擬 顯示單元與加工管理模塊連接。
所述的數(shù)據(jù)顯示單元顯示管道相貫線數(shù)據(jù)軌跡數(shù)控切割文件中包含的管道編 號(hào)、名稱信息，管道的半徑、管道的壁厚；在加工過程中，數(shù)據(jù)顯示單元顯示加 工軸的機(jī)械坐標(biāo)和工件坐標(biāo)、軸的進(jìn)給速度和速度修調(diào)等加工狀態(tài)和加工信息； 軌跡顯示單元顯示原始切割參數(shù)擬合后的軌跡和相貫線二維展開圖的軌跡和相貫 線的空間三維軌跡；模擬顯示單元顯示模擬仿真的加工過程。
本發(fā)明具體工作時(shí)，由前處理模塊從計(jì)算機(jī)硬盤或者是移動(dòng)存儲(chǔ)器中讀取待
加工的數(shù)控切割文件，并將從該數(shù)控切割文件中讀取的原始切割參數(shù)存入到可重 構(gòu)控制模塊，等待可重構(gòu)控制模塊處理和分配；參數(shù)設(shè)置模塊根據(jù)加工任務(wù)、工 序要求和機(jī)床配置列出了加工過程中包含的需要設(shè)置和修改的更新數(shù)據(jù)，并將這 些更新數(shù)據(jù)送入可重構(gòu)控制模塊，為后續(xù)的加工提供必要的參數(shù)信息；同時(shí)，還 需要把這些參數(shù)寫入到計(jì)算機(jī)硬盤或移動(dòng)存儲(chǔ)器上的參數(shù)文件中進(jìn)行保存，供用 戶隨時(shí)查看和調(diào)用，亦作為下次程序運(yùn)行時(shí)的默認(rèn)參數(shù)；可重構(gòu)控制模塊從前處 理模塊獲得原始切割參數(shù)，同時(shí)把原始切割參數(shù)送入顯示模塊；可重構(gòu)控制模塊 從參數(shù)設(shè)置模塊獲得更新數(shù)據(jù)后，參數(shù)，自動(dòng)理解重構(gòu)任務(wù)并重構(gòu)基本功能和結(jié) 構(gòu)配置，重構(gòu)一種滿足加工需要的配置，并向加工管理模塊發(fā)送更新切割參數(shù)。 顯示模塊從可重構(gòu)控制模塊中獲取原始切割參數(shù)后，根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算，恢復(fù)軌跡在 空間上的表示，使得數(shù)據(jù)以圖形的形式表現(xiàn)出來，顯示模塊另外顯示加工狀態(tài)配置信息。加工管理模塊從可重構(gòu)控制模塊獲取更新切割參數(shù)后，根據(jù)實(shí)時(shí)環(huán)境完 成相應(yīng)的加工。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用各個(gè)已有模塊的接口，通過增加、刪減或者是 置換模塊的方法，使得用戶在進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)用最經(jīng)濟(jì)的方案滿足所需的生 產(chǎn)能力和功能，大大減少了開發(fā)周期、降低了開發(fā)成本；本發(fā)明對(duì)不同配置的機(jī) 床，也能重新進(jìn)行模塊配置，重新進(jìn)行資源分配，免于因機(jī)床的細(xì)微差別而重新 設(shè)計(jì)開發(fā)系統(tǒng)。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為實(shí)施例加工示意圖，其中圖2a使用橢圓度誤差的修正示意圖，圖 2b為修正高度示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下 進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限 于下述的實(shí)施例。
如圖1所示，本實(shí)施例包括前處理模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、可重構(gòu)控制模塊、 加工管理模塊和顯示模塊，其中前處理模塊的輸入端與計(jì)算機(jī)相連接讀取待加 工的數(shù)控切割文件，前處理模塊的輸出端分別連接至可重構(gòu)控制模塊的輸入端和 參數(shù)設(shè)置模塊的輸入端并輸出原始切割參數(shù)，參數(shù)設(shè)置模塊的輸出端連接至可重 構(gòu)控制模塊的輸入端并傳輸更新數(shù)據(jù)，加工管理模塊的輸入端與可重構(gòu)控制模塊 的輸出端相連接以接收更新切割參數(shù)，加工管理模塊和可重構(gòu)控制模塊的輸出端 分別連接至顯示模塊的輸入端以輸出加工狀態(tài)配置信息和更新數(shù)據(jù)。
所述的前處理模塊包括數(shù)控切割文件讀取單元和數(shù)控切割文件校驗(yàn)單元， 其中數(shù)控切割文件讀取單元與計(jì)算機(jī)硬盤或者是移動(dòng)存儲(chǔ)器連接以讀取待加工 的數(shù)控切割文件，數(shù)控切割文件校驗(yàn)單元可重構(gòu)控制模塊和參數(shù)設(shè)置模塊連接以 傳輸經(jīng)校驗(yàn)后的數(shù)據(jù)切割文件中的原始切割參數(shù)。
所述的數(shù)控切割文件讀取單元作為加工的先行工序，為后續(xù)步驟提供包含原 始切割參數(shù)的數(shù)控切割文件，該數(shù)控切割文件讀取單元通過接收計(jì)算機(jī)輸出的數(shù) 控切割文件，獲取數(shù)控切割文件中的原始切割參數(shù)，同時(shí)將數(shù)控切割文件的讀取 路徑的信息保存下來。從文件中得到的原始切割參數(shù)經(jīng)過整理，送入數(shù)控切割文
8件校驗(yàn)單元。
所述的數(shù)控切割文件校驗(yàn)單元是對(duì)數(shù)控切割文件讀取單元提供的數(shù)控切割文 件中的原始切割參數(shù)進(jìn)行校核，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)是否合理。檢查文件是否提供的 加工必要的信息了解管道的編號(hào)和名稱信息可以避免鋼管的誤用。得到管道的壁 厚，可以根據(jù)板厚自動(dòng)的調(diào)節(jié)加工的速度。得到管道的半徑，可以根據(jù)管道的半 徑計(jì)算出加工管道所需要的傳動(dòng)比。
所述的原始切割參數(shù)，是指管道加工中用來擬合出管道相貫線軌跡的各離散 點(diǎn)坐標(biāo)以及該系統(tǒng)控制多軸聯(lián)動(dòng)軸在每個(gè)離散點(diǎn)的移動(dòng)距離和旋轉(zhuǎn)角度。
所述的加工管理模塊包括通訊單元、切割控制單元、控制規(guī)劃單元和狀態(tài) 監(jiān)控單元，其中通訊單元與可重構(gòu)控制模塊、工控計(jì)算機(jī)和切割控制單元連接 以傳輸更新切割參數(shù)，切割控制單元與可重構(gòu)控制模塊、數(shù)字量輸入輸出卡和觸 摸屏連接以接收更新切割參數(shù)并輸出切割坐標(biāo)參數(shù)和切割速度參數(shù)，狀態(tài)監(jiān)控單 元分別與數(shù)字量輸入輸出卡和觸摸屏連接以輸出加工狀態(tài)配置信息和更新數(shù)據(jù)， 控制規(guī)劃單元接收可重構(gòu)控制模塊輸出的更新切割參數(shù)。
所述的通訊單元是指連接工控計(jì)算機(jī)和切割控制單元的通訊isa總線，該通 訊單元以運(yùn)動(dòng)控制卡提供的動(dòng)態(tài)連接庫為基礎(chǔ)進(jìn)行通訊。ipc的任務(wù)分配，可以通 過通訊單元向運(yùn)動(dòng)控制卡傳送，保證加工任務(wù)的精確性、完整性和實(shí)時(shí)性。工控 計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)控切割文件的管理、參數(shù)設(shè)置、加工過程監(jiān)視和設(shè)備診斷等功能。 運(yùn)動(dòng)控制卡完成各軸的閉環(huán)控制并且接受上位機(jī)的數(shù)控切割文件，解釋編譯實(shí)現(xiàn) 多軸的運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)。
所述的切割控制單元中設(shè)有運(yùn)動(dòng)控制卡，該切割控制單元的根據(jù)鋼管外徑的 離散數(shù)據(jù)，采用pid算法、速度前饋算法和加速度前饋控制算法，同時(shí)完成多軸 運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)并輸出切割坐標(biāo)參數(shù)和切割速度參數(shù)。
所述的鋼管外徑的離散數(shù)據(jù)是指現(xiàn)場(chǎng)采集到的用來擬合出實(shí)際鋼管管道相貫 線軌跡的各離散點(diǎn)坐標(biāo)以及該系統(tǒng)控制多軸聯(lián)動(dòng)軸在每個(gè)離散點(diǎn)的移動(dòng)距離和旋 轉(zhuǎn)角度。
所述的控制規(guī)劃單元根據(jù)曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變換以及各軸的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，該控制 規(guī)劃單元上設(shè)有橢圓度檢測(cè)模塊，對(duì)于圓度不理想的鋼管進(jìn)行橢圓度檢測(cè)，對(duì)鋼 管的加工進(jìn)行調(diào)整。所述的狀態(tài)監(jiān)控單元包括數(shù)字量輸入輸出卡的狀態(tài)監(jiān)控和觸摸屏的狀態(tài)監(jiān) 控，數(shù)字量輸入輸出卡完成模擬開關(guān)量輸入輸出的邏輯控制和反饋，在加工過程 中完成對(duì)I/0的控制，并向用戶反饋這些I/0的狀態(tài)。觸摸屏人機(jī)界面是用戶的 輸入界面和狀態(tài)的反饋界面，接受用戶的指令反饋系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息，通過觸摸屏 人機(jī)界面，可以控制管道相貫線切割機(jī)的加工模式。所述的鋼管外徑的離散數(shù)據(jù)，是指現(xiàn)場(chǎng)采集到的用來擬合出實(shí)際鋼管管道相貫 線軌跡的各離散點(diǎn)坐標(biāo)以及該系統(tǒng)控制多軸聯(lián)動(dòng)軸在每個(gè)離散點(diǎn)的的移動(dòng)距離和 旋轉(zhuǎn)角度。所述的顯示模塊包括數(shù)據(jù)顯示單元、軌跡顯示單元和模擬顯示單元，其中 數(shù)據(jù)顯示單元與可重構(gòu)控制模塊連接傳輸數(shù)據(jù)信息，軌跡顯示單元與加工管理模 塊連接傳輸軌跡信息，模擬顯示單元加工管理模塊連接傳輸模擬信息。所述的數(shù)據(jù)顯示單元顯示管道相貫線數(shù)據(jù)軌跡數(shù)控切割文件中包含的管道編 號(hào)、名稱信息，管道的半徑、管道的壁厚；在加工過程中，數(shù)據(jù)顯示單元顯示加 工軸的機(jī)械坐標(biāo)和工件坐標(biāo)、軸的進(jìn)給速度和速度修調(diào)等加工狀態(tài)和加工信息； 軌跡顯示單元顯示原始切割參數(shù)擬合后的軌跡和相貫線二維展開圖的軌跡和相貫 線的空間三維軌跡；模擬顯示單元顯示模擬仿真的加工過程。本實(shí)施例通過前處理模塊從計(jì)算機(jī)硬盤或者是移動(dòng)存儲(chǔ)器中讀取待加工的數(shù) 控切割文件，并將從該數(shù)控切割文件中讀取的原始切割參數(shù)存入到可重構(gòu)控制模 塊，等待可重構(gòu)控制模塊處理和分配；參數(shù)設(shè)置模塊根據(jù)加工任務(wù)、工序要求和 機(jī)床配置列出了加工過程中包含的需要設(shè)置和修改的更新數(shù)據(jù)，并將這些更新數(shù) 據(jù)送入可重構(gòu)控制模塊，為后續(xù)的加工提供必要的參數(shù)信息；同時(shí)，還需要把這 些參數(shù)寫入到計(jì)算機(jī)硬盤或移動(dòng)存儲(chǔ)器上的參數(shù)文件中進(jìn)行保存，供用戶隨時(shí)査 看和調(diào)用，亦作為下次程序運(yùn)行時(shí)的默認(rèn)參數(shù)；可重構(gòu)控制模塊從前處理模塊獲 得原始切割參數(shù)，同時(shí)把原始切割參數(shù)送入顯示模塊；可重構(gòu)控制模塊從參數(shù)設(shè) 置模塊獲得更新數(shù)據(jù)后，自動(dòng)理解重構(gòu)任務(wù)并重構(gòu)基本功能和結(jié)構(gòu)配置，重構(gòu)一 種滿足加工需要的配置，并向加工管理模塊發(fā)送更新切割參數(shù)。顯示模塊從可重 構(gòu)控制模塊中獲取原始切割參數(shù)后，根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算，恢復(fù)軌跡在空間上的表示， 使得數(shù)據(jù)以圖形的形式表現(xiàn)出來，顯示模塊另外顯示加工狀態(tài)配置信息。加工管 理模塊從可重構(gòu)控制模塊獲取更新切割參數(shù)后，根據(jù)實(shí)時(shí)環(huán)境完成相應(yīng)的加工。本實(shí)施例所述的橢圓度檢測(cè)是一個(gè)解決鋼管圓度不理想的方案。在實(shí)際應(yīng)用 中，相貫線編程軟件生成的相貫線曲線是以理想圓管為依據(jù)的，目的是為了在加 工過程中，使整個(gè)破口機(jī)構(gòu)中心(A軸B軸中心)始終保持對(duì)準(zhǔn)鋼管管道的外壁高 度，而在實(shí)際加工過程中，如果鋼管管道存在橢圓度，但又沒有對(duì)鋼管管道的橢 圓度進(jìn)行補(bǔ)償，勢(shì)必將影響到實(shí)際的裝配甚至影響切割過程的正常完成。如圖2-1 所示是在加工存在橢圓度的鋼管管道時(shí)未使用橢圓度補(bǔ)償?shù)氖疽鈭D，s表示橢圓 度，h為加工尺寸受橢圓度影響，所以在切割點(diǎn)a處，AB軸中心不在管徑外壁上， 加工尺寸存在誤差。所以在加工過程中，必須檢測(cè)鋼管的橢圓度，以保證加工精 度。本數(shù)控系統(tǒng)面向該問題時(shí)，自主開發(fā)了可以在切割過程中實(shí)時(shí)測(cè)試補(bǔ)償?shù)亩?位系統(tǒng)。如圖2a所示為使用橢圓度誤差的修正示意圖，S表示橢圓度，Z表示Z 軸電機(jī)。開啟橢圓度檢測(cè)，系統(tǒng)開始采集鋼管外徑的離散數(shù)據(jù)，通過高度傳感器， 直接采樣實(shí)際鋼管外徑的離散數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)同時(shí)送入DSP運(yùn)算，將運(yùn)算后的結(jié) 果作為補(bǔ)償量輸出到Z軸中以調(diào)整剖口機(jī)構(gòu)中心的高度，使剖口機(jī)構(gòu)中心的位置 修正至鋼管管道的外壁，修正高度在圖2b中的以d表示，其值等于實(shí)際鋼管管道 的橢圓度，此時(shí)，在切割點(diǎn)b處，AB軸中心修正至管壁外徑上。本實(shí)施例采用可橢圓度檢測(cè)，與現(xiàn)有技術(shù)采用的位置傳感器先測(cè)量后切割的 方法相比較，更大程度上滿足了對(duì)較大橢圓度管正常切割的要求，使得切割效率 大大提高。
權(quán)利要求
1、一種相貫線切割機(jī)可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于，包括前處理模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、可重構(gòu)控制模塊、加工管理模塊和顯示模塊，其中前處理模塊的輸入端與計(jì)算機(jī)相連接讀取待加工的數(shù)控切割文件，前處理模塊的輸出端分別連接至可重構(gòu)控制模塊的輸入端和參數(shù)設(shè)置模塊的輸入端并輸出原始切割參數(shù)，參數(shù)設(shè)置模塊的輸出端連接至可重構(gòu)控制模塊的輸入端并傳輸更新數(shù)據(jù)，加工管理模塊的輸入端與可重構(gòu)控制模塊的輸出端相連接以接收更新切割參數(shù)，加工管理模塊和可重構(gòu)控制模塊的輸出端分別連接至顯示模塊的輸入端以輸出加工狀態(tài)配置信息和更新數(shù)據(jù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的相貫線切割機(jī)可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，其特征是，所述的 前處理模塊包括數(shù)控切割文件讀取單元和數(shù)控切割文件校驗(yàn)單元，其中數(shù)控 切割文件讀取單元與計(jì)算機(jī)硬盤或者是移動(dòng)存儲(chǔ)器連接以讀取待加工的數(shù)控切割 文件，數(shù)控切割文件校驗(yàn)單元可重構(gòu)控制模塊和參數(shù)設(shè)置模塊連接以傳輸經(jīng)校驗(yàn) 后的數(shù)據(jù)切割文件中的原始切割參數(shù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的相貫線切割機(jī)可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，其特征是，所述的數(shù)控切割文件讀取單元作為加工的先行工序，為后續(xù)步驟提供包含原始切割參數(shù) 的數(shù)控切割文件，該數(shù)控切割文件讀取單元通過接收計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)控切割文件， 獲取數(shù)控切割文件中的原始切割參數(shù)，同時(shí)將數(shù)控切割文件的讀取路徑的信息保 存下來，從文件中得到的原始切割參數(shù)經(jīng)過整理，送入數(shù)控切割文件校驗(yàn)單元。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的相貫線切割機(jī)可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，其特征是，所述的 數(shù)控切割文件校驗(yàn)單元是對(duì)數(shù)控切割文件讀取單元提供的數(shù)控切割文件中的原始 切割參數(shù)進(jìn)行校核。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的相貫線切割機(jī)可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，其特征是，所述的 加工管理模塊包括通訊單元、切割控制單元、控制規(guī)劃單元和狀態(tài)監(jiān)控單元， 其中通訊單元與可重構(gòu)控制模塊、工控計(jì)算機(jī)和切割控制單元連接以傳輸更新 切割參數(shù)，切割控制單元與可重構(gòu)控制模塊、數(shù)字量輸入輸出卡和觸摸屏連接以 接收更新切割參數(shù)并輸出切割坐標(biāo)參數(shù)和切割速度參數(shù)，狀態(tài)監(jiān)控單元分別與數(shù) 字量輸入輸出卡和觸摸屏連接以輸出加工狀態(tài)配置信息和更新數(shù)據(jù)，控制規(guī)劃單元接收可重構(gòu)控制模塊輸出的更新切割參數(shù)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的相貫線切割機(jī)可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，其特征是，所述的 通訊單元是指連接工控計(jì)算機(jī)和切割控制單元的通訊ISA總線，該通訊單元以運(yùn) 動(dòng)控制卡提供的動(dòng)態(tài)連接庫為基礎(chǔ)進(jìn)行通訊。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的相貫線切割機(jī)可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，其特征是，所述的 切割控制單元中設(shè)有運(yùn)動(dòng)控制卡，該切割控制單元根據(jù)鋼管外徑的離散數(shù)據(jù)，采 用PID算法、速度前饋算法和加速度前饋控制算法，同時(shí)完成多軸運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)并輸 出切割坐標(biāo)參數(shù)和切割速度參數(shù)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的相貫線切割機(jī)可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，其特征是，所述的 鋼管外徑的離散數(shù)據(jù)是指現(xiàn)場(chǎng)采集到的用來擬合出實(shí)際鋼管管道相貫線軌跡的各 離散點(diǎn)坐標(biāo)以及該系統(tǒng)控制多軸聯(lián)動(dòng)軸在每個(gè)離散點(diǎn)的移動(dòng)距離和旋轉(zhuǎn)角度。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的相貫線切割機(jī)可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，其特征是，所述的 控制規(guī)劃單元根據(jù)曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變換以及各軸的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，該控制規(guī)劃單元 上設(shè)有橢圓度檢測(cè)模塊，對(duì)于圓度不理想的鋼管進(jìn)行橢圓度檢測(cè)，對(duì)鋼管的加工 進(jìn)行調(diào)整。
全文摘要
一種數(shù)控切割技術(shù)領(lǐng)域的相貫線切割機(jī)可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，包括前處理模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、可重構(gòu)控制模塊、加工管理模塊和顯示模塊，其中前處理模塊的輸入端與計(jì)算機(jī)相連接讀取待加工的數(shù)控切割文件，前處理模塊的輸出端分別連接至可重構(gòu)控制模塊的輸入端和參數(shù)設(shè)置模塊的輸入端并輸出原始切割參數(shù)，參數(shù)設(shè)置模塊的輸出端連接至可重構(gòu)控制模塊的輸入端并傳輸更新數(shù)據(jù)，加工管理模塊的輸入端與可重構(gòu)控制模塊的輸出端相連接以接收更新切割參數(shù)，加工管理模塊和可重構(gòu)控制模塊的輸出端分別連接至顯示模塊的輸入端以輸出加工狀態(tài)配置信息和更新數(shù)據(jù)。本發(fā)明滿足了對(duì)較大橢圓度管正常切割的要求，使得切割效率大大提高。
文檔編號(hào)G05B19/18GK101634847SQ20091005490
公開日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月16日
發(fā)明者殷躍紅, 盛景偉 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)