一种直线插补方法

摘要

本发明涉及一种直线插补方法，属于计算机数控领域。包括有脉冲分频器的直线插补器，由于分频器分频系数的实际值必须为整数，从而引起实际值偏离理想值，导致插补器输出脉冲出现偏差。为减小偏差，将分频器设置的分频系数实际值取为2类不同的整数，其中一类分频系数实际值其偏差值为负值，另一类分频系数实际值其偏差值为正值，使对应2类不同分频系数的输出脉冲的偏差相互抵消。这是一种基于微型计算机的软、硬件结合的直线插补器的解决方案；这种方案简单可靠、精度高、满足快速插补的要求，可实现多坐标轴联动控制。

主权项

1、一种直线插补方法，相应于k个序号为ω(ω＝1、2、……、k)的坐标轴χ_ω(ω＝1、2、……、k)的直线插补器，包括有相应于所述的位置坐标轴的k个脉冲分频器C_ω(ω＝1、2、……、k)，频率为f₀的输入脉冲L₀分别经所述的分频器C_ω(ω＝1、2、……、k)按照根据插补要求设定的分频系数的分频，获得k路输出脉冲L_ω(ω＝1、2、……、k)作为直线插补器的输出，直线插补中所需路径或轮廓线为直线，其二个已知点间的直线段称为所需直线段，所需直线段其终点位置坐标值相对其起点位置坐标值的增量，称为所需直线段的位置坐标值增量，以Δχ_ω(ω＝1、2、……、k)表示所需直线段对应序号为ω(ω＝1、2、……、k)的坐标轴χ_ω(ω＝1、2、……、k)的位置坐标值增量，Δχ_ω＝χ_ω，e-χ_ω，o，(ω＝1、2、……、k)，(Q-1)式中，①χ_ω，e(ω＝1、2、……、k)——所需直线段对应序号为ω(ω＝1、2、……、k)的坐标轴χ_ω(ω＝1、2、……、k)的终点位置坐标值，②χ_ω，o(ω＝1、2、……、k)——所需直线段对应序号为ω(ω＝1、2、……、k)的坐标轴χ_ω(ω＝1、2、……、k)的起点位置坐标值，所述的位置坐标值或位置坐标值增量以脉冲当量为单位计量，直线插补器的作用就是将所需直线段的位置坐标值增量Δχ_ω(ω＝1、2、……、k)转换为对应的脉冲输出，对所需直线段的插补也称为对其各位置坐标值增量的插补，一个理想的直线插补应满足下述条件，①在完成所需直线段插补的时间间隔内，插补器的各路输出脉冲L_ω(ω＝1、2、……、k)的个数分别等于|Δχ_ω|(ω＝1、2、……、k)，②插补器各路输出脉冲L_ω(ω＝1、2、……、k)时间上分布是均匀的，满足上述理想直线插补条件的插补器输出脉冲定义为理想输出脉冲L_ωL(ω＝1、2、……、k)，其频率值定义为输出脉冲的频率理想值f_ωL(ω＝1、2、……、k)，相对同一个位置坐标值增量，不同的输出脉冲频率理想值对应不同的理想输出脉冲，包括有分频器C_ω(ω＝1、2、……、k)的插补器，其输入脉冲L₀的频率值f₀与所述的频率理想值f_ωL(ω＝1、2、……、k)之比，定义为分频系数理想值Φ_ωL(ω＝1、2、……、k)，${\Phi }_{\mathrm{\omega L}}=\frac{f_0}{f_{\mathrm{\omega L}}},$(ω＝1、2、……、k)，(Q-2)对于同一个所需直线段，k路理想输出脉冲L_ωL(ω＝1、2、……、k)，不论输入脉冲频率f₀或输出脉冲频率理想值为多少，都应有${\Phi }_{1L}:{\Phi }_{2L}:......:{\Phi }_{\mathrm{kL}}=\frac{1}{\left|\Delta {\chi }_1\right|}:\frac{1}{\left|\Delta {\chi }_2\right|}:......:\frac{1}{\left|\Delta {\chi }_k\right|},---(Q-3)$在输入脉冲频率确定后，指定输出脉冲频率理想值也就指定了分频系数理想值，因而，分频系数理想值都是针对一个指定输出脉冲频率理想值而言的，分频器的分频系数实际值只能取为整数，相应的理想输出脉冲的分频系数理想值如果是非整数，实际值与理想值二者之间将出现偏差，因而，插补器实际输出的脉冲相对相应的理想输出脉冲可能存在着偏差，相应的理想输出脉冲指的是，满足理想直线插补条件、输出脉冲频率理想值为某一指定值的输出脉冲，插补器输出脉冲与相应的理想输出脉冲二者对应脉冲之间的周期之差，定义为插补器输出脉冲的周期偏差，插补器输出脉冲与相应的时间起点相同的理想输出脉冲二者对应脉冲之间的时间偏差定义为插补器输出脉冲的时间偏差，以v表示序号ω(ω＝1、2、……、k)中的某个序号，以θ(θ＝1、2、……、Δχ_V)表示相应于所需直线段位置坐标值增量Δχ_V分频器C_V输出脉冲L_V中的各个脉冲的序号，μ表示序号θ(θ＝1、2、……、Δχ_V)中的任意一个序号，序号为μ的输出脉冲，其周期偏差δt_Vμ为$\delta t_{\mathrm{V\mu }}=\frac{\delta {\Phi }_{\mathrm{v\mu }}}{f_0},---(Q-5)$式中，①δΦ_Vμ——分频器C_V输出脉冲L_V中序号为μ的脉冲其所对应的分频系数实际值Φ_Vμ相对相应于所需直线段位置坐标值增量Δχ_V的分频系数理想值Φ_VL的偏差值，δΦ_Vμ＝Φ_Vμ-Φ_VL，                   (Q-6)②f₀——分频器C_V输入脉冲的频率，分频器C_V输出脉冲L_V中某一个脉冲所对应的分频系数实际值相对相应于所需直线段位置坐标值增量Δχ_V的分频系数理想值Φ_VL的偏差值定义为所述的某一个脉冲所对应的分频系数实际值的偏差值。序号为μ的输出脉冲的时间偏差δT_Vμ其数值$\delta T_{\mathrm{V\mu }}=\underset{R=1}{\overset{\mu }{\Sigma }}\delta t_{\mathrm{V\mu }}=\underset{R=1}{\overset{\mu }{\Sigma }}\frac{\delta {\Phi }_{\mathrm{VR}}}{f_0}=\frac{1}{f_0}\underset{R=1}{\overset{\mu }{\Sigma }}\delta {\Phi }_{\mathrm{VR}},---(Q-7)$式中，①δΦ_VR(R＝1、2、……、μ)——分频器C_V输出脉冲L_V中序号为R(R＝1、2、……、μ)的脉冲其所对应的分频系数实际值Φ_VR(R＝1、2、……、μ)的偏差值，δΦ_VR＝Φ_VR-Φ_VL，(R＝1、2、……、μ)，(Q-8)其中Φ_VL为相应于所需直线段位置坐标值增量Δχ_V的分频系数理想值，②(R＝1、2、……、μ)——分频器C_V输出脉冲L_V中序号为1至序号为μ的各个脉冲周期的累计值，③(R＝1、2、……、μ)——分频器C_V输出脉冲L_V中序号为1至序号为μ的各个脉冲所对应的分频系数实际值的偏差值的累计值，将插补器输出的某一路脉冲的第1个脉冲至某一个脉冲其各个脉冲周期偏差的累计值定义为所述的某一个脉冲的周期偏差累计值，将插补器输出的某一路脉冲的第1个脉冲至某一个脉冲其各个脉冲所对应的分频系数实际值的偏差值的累计值定义为所述的某一个脉冲所对应的分频系数实际值的偏差累计值，受控物体的运动是由其相应的各坐标轴运动合成的，所需直线段是合成运动的轨迹，相应地各坐标轴分运动的轨迹将是平行于各自坐标轴的直线段，这些直线段分别称为所需直线段的各对应坐标轴的分量，每个坐标轴的运动只控制一个位置坐标值的变化，对应坐标轴χ_ω(ω＝1、2、……、k)的分量的位置坐标值增量指的就是该分量对应坐标轴χ_ω(ω＝1、2、……、k)的位置坐标值增量Δχ_ω(ω＝1、2、……、k)，对对应坐标轴χ_ω(ω＝1、2、……、k)分量的插补指的就是对其位置坐标值增量Δχ_ω(ω＝1、2、……、k)的插补，对所需直线段进行插补也即同时分别对所需直线段的各对应坐标轴分量进行插补，所述的分频器C_ω(ω＝1、2、……、k)的k路输出脉冲L_ω(ω＝1、2、……、k)即为所需直线段k个对应坐标轴χ_ω(ω＝1、2、……、k)的分量的插补结果，以v表示序号ω(ω＝1、2、……、k)中的某个序号，Γ为所需直线段对应坐标轴χ_V的分量上的一个分段，Δχ_VΓ表示该分段的位置坐标值增量，将相应于Δχ_VΓ插补器输出脉冲L_VΓ的第|Δχ_VΓ|个脉冲与时间起点相同的相应于所需直线段坐标值增量Δχ_V的理想输出脉冲L_VL的第|Δχ_VΓ|个脉冲之间的时间偏差，定义为相应于位置坐标值增量Δχ_VΓ插补器输出脉冲L_VΓ的时间偏差δT_VΓ，也称相应于所需直线段对应坐标轴χ_V的分量的所述分段Γ插补器输出脉冲L_VΓ的时间偏差δT_VΓ，如果所需直线段不进行分段，则相应于位置坐标值增量Δχ_V插补器输出脉冲L_V的第|Δχ_v|个脉冲与时间起点相同的相应于所需直线段位置坐标值增量Δχ_V的理想输出脉冲L_VL的第|Δχ_v|个脉冲之间的时间偏差，定义为相应于位置坐标值增量Δχ_V插补器输出脉冲L_VL的时间偏差，也称相应于所需直线段对应坐标轴χ_V的分量插补器输出脉冲L_V的时间偏差δT_V，如果相应于同一个分段的分频器C_V输出脉冲L_VΓ中的各个脉冲其所对应的分频系数实际值取值相同，则相应于位置坐标值增量Δχ_VΓ也即相应于输出|Δχ_VΓ|个脉冲，由于分频器C_V分频系数实际值Φ_VΓ偏离分频系数理想值Φ_VL引起的时间偏差ΔT_VΓ为${\mathrm{\Delta T}}_{\mathrm{V\Gamma }}=\frac{\delta {\Phi }_{\mathrm{V\Gamma }}\left|\Delta {\chi }_{\mathrm{V\Gamma }}\right|}{f_0},---(Q-10)$或$\left|{\mathrm{\Delta T}}_{\mathrm{V\Gamma }}\right|=\left|\frac{\delta {\Phi }_{\mathrm{V\Gamma }}\Delta {\chi }_{\mathrm{V\Gamma }}}{f_o}\right|,---(Q-11)$式中，δΦ_VΓ——所述的分频系数实际值Φ_VΓ的偏差值，δΦ_VΓ＝Φ_VΓ-Φ_VL，(Q-12)其中，Φ_VL——相应于所需直线段位置坐标值增量Δχ_V的分频系数理想值，输出脉冲的时间偏差对应着相应坐标轴运动的位置偏差，也对应着相应的分频系数实际值的偏差值或偏差累计值，对时间偏差或位置偏差的要求都可以转换为对分频系数实际值的偏差值或偏差累计值的要求，包括有如上所述的分频器C_ω(ω＝1、2、……、k)的直线插补器，决定插补器输出脉冲时间偏差的参数包括相应的分频系数实际值的偏差值、位置坐标值增量或输出脉冲个数及分频器的输入脉冲频率，其特征在于：包括有所述分频器C_ω(ω＝1、2、……、k)的直线插补器在对所需直线段对应坐标轴χ_V的分量进行插补时，相应于所需直线段位置坐标值增量Δχ_V分频器C_V输出脉冲L_V中的各个脉冲，其所对应的分频系数实际值取值有2类不同的整数，其中一类分频系数实际值其偏差值为负值，另一类分频系数实际值其偏差值为正值，且输出的相邻脉冲所对应的分频系数实际值取值发生变更的次数超过1次，所述的v是序号ω(ω＝1、2、……、k)中的某个序号。