基于偏移量nurbs曲線的數控裁床運動控制方法
【專利摘要】一種基于偏移量NURBS曲線的數控裁床運動控制方法，包括：數據讀入模塊讀入皮革加工軌跡的控制點信息和需要調整曲線軌的偏移量，插補模塊根據讀入的信息點計算出節點矢量；根據節點矢量計算出基函數以及權重因子取特定值時求出的距離量；根據偏移量和距離量對NURBS有理分式進行變形重構，權重因子用偏移量來代替；根據重構以后的NURBS有理分式對整個軌跡進行分段；進而求出每段的運行時間，求出u值的變化量；根據u值的變化量求出插補點，插補控制模塊輸出插補點到機械運動模塊，控制刀具運動對工件進行加工。通過上述方式，利用樣條方法進行插補，并且用偏移量代替權重因子，克服當前皮革裁床無法高精度加工自由型軌跡，加工軌跡無法簡單調整，NURBS方法插補參數難以理解的弊端。
【專利說明】基于偏移量NURBS曲線的數控裁床運動控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及數控系統領域，，特別是數控裁床以及其他涉及路徑規劃的領域，是基于偏移量NURBS曲線的數控裁床運動控制方法。
【背景技術】
[0002]從20世紀60年代末期，美國、德國、日本、法國等一些工業發達國家先后利用數控技術對皮革制品加工行業、服裝加工、紡織工業等行業進行自動化改造，以提高這些勞動力密集行業的自動化水平，降低勞動力成本。國內皮革裁剪技術研究起步較晚，主要是用利用直線插補和圓弧插補進行路徑軌跡擬合。隨著皮革裁剪技術發展，軌跡越來越復雜，精度要求越來越高，簡單的直線、圓弧插補已經很難滿足插補精度的要求。
[0003]數控系統領域的核心是數控插補技術，插補技術的優劣直接影響到加工技術的優劣。每個制造業大國都普遍采用數控技術，用來提高工業制造水平，提高對動態多變市場的適應能力和競爭力。數控技術不斷發展使得傳統制造業迎來革命性的變化，使得數控技術成為先進制造業的標志。隨著數控技術的不斷發展，它對諸多重要行業都產生了重要影響，數控領域計算能力的不斷提高，使得一些計算量的大的插補算法也開始應用的數控領域。但目前還存在諸多問題需要解決。
[0004]B樣條曲線是B6Zier曲線的改進形式，主要區別在于基函數的構造方式不同，B樣條理論的好處就是能保留B6Zier方法的優點，同時增加了可局部修改的性質。B樣條方法在表示與設計自由型曲線與曲面形狀時顯示了強大的威力，但B樣條不能精確表示除拋物線以外的曲線，這樣就帶來了諸多問題。使得一些簡單問題復雜化，帶來了設計上不存在的誤差。而NURBS曲線能很好的解決這些問題。NURBS理論經過近三十年的發展，經過諸多科研人員的努力，NURBS曲線日趨成熟，并且應用到諸多領域。對現有的B樣條方法進行改造，保留它在描述自由型曲線的功能的同時，增加了表示二次曲線弧的能力，具有這種的能力的樣條表示方式就是有理B樣條方法。而均勻、準均勻、分段貝齊爾三種類型又可以看做是非均勻類型的特例，所以習慣統稱為為非均勻有理B樣條方法，簡稱為NURBS方法。
[0005]用皮革裁床進行皮革加工時，給定皮革的加工軌跡，但是有時需要對路徑軌跡進行調整，就顯得特別麻煩，一種方法是通過改變控制點，對軌跡進行調整，但是需要復雜的計算，另外一種就是需要通過改變NURBS曲線的權重因子，進行改變軌跡的形狀，但是權重因子的改變和軌跡的變化沒有線性的對應關系，需要反復的改變的權重因子值，才有可能得到近似的軌跡。并且NURBS曲線的權重因子雖然可以控制曲線與控制點的遠近，但是它的具體含義以及功能卻不夠直觀，一般看到曲線如果想實現曲線的移動變化都是想考慮移動多少距離，而不是考慮權重因子是多少。權重因子不能隨意取值，如果取得不合適，會導致很壞的參數化，甚至完全破壞掉相關的控制曲線。
【發明內容】
[0006]本發明主要解決的技術問題是為了克服皮革裁床對一些皮革加工軌跡的不能高精度的擬合；無法對加工軌跡在不改變控制點的情況下簡單準確的調整；當前NURBS曲線理論不夠直觀線性表示對加工曲線軌跡的控制等不足，本發明提供一種不需要通過改變控制點就能線性調整皮革裁床加工軌跡的一種基于偏移量NURBS曲線的數控裁床運動控制方法。本發明提供了一種偏移量代替權重因子的NURBS方法。包括:根據給定的皮革加工軌跡的控制點在哈德利一賈德方法基礎上進行變形計算出合適的節點向量；再根據NURBS有理分式計算出權重因子取特定值時求出的插補點與相對應的控制點的距離，進而利用偏移量和距離量對有理分式進行變形重構；再根據重構后的NURBS有理分式，對加工軌跡進行分段，計算時間點，求出插補點。
[0007]所述基于偏移量NURBS曲線的數控裁床運動控制方法包括以下過程:
[0008]第一步，插補模塊從數據輸入模塊得到皮革加工軌跡控制點信息，得到m+p+1個
控制點P為所構造的基函數次數。根據控制點之間的距離遠近，計算出合適的節
點向量值U。
[0009]先計算控制點之間距離樸公式為:
[0010]
【權利要求】
1.基于偏移量NURBS曲線的數控裁床運動控制方法，，其特征在于步驟如下: 第一步，插補模塊從數據輸入模塊得到皮革加工軌跡控制點信息，得到m+p+1個控制點{p}M+Pn=0 ，P為所構造的基函數次數。根據控制點之間的距離遠近，計算出合適的節點向量值U。 先計算控制點之間距離4，公式為:
2.如權利要求1所述的基于偏移量NURBS曲線的數控裁床運動控制方法，，其特征在于:第一步中有關節點向量的計算，是根據控制點之間的距離在哈德利一賈德方法遞推公式基礎上經過變形后進行計算，節點向量形式為:
U = [O, O, O, up, up+1,...um+pl, m+1, m+1, m+1]。
3.如權利要求1所述的基于偏移量NURBS曲線的數控裁床運動控制方法，其特征在于:第二步中有關偏移量給定，偏移量的個數與控制點的個數一致。
4.如權利要求1所述的基于偏移量NURBS曲線的數控裁床運動控制方法，其特征在于:第二步中距離量的計算，給定的第二個偏移量對應的節點為〒和倒數第二個偏移量對應的節點為’其他偏移量與節點依次相對應。插補計算時在沒有求出的新的權重因子之前，需要用到的權重因子取1，進行過渡計算；求出的新的權重因子要對對應的權重因子進行替換，進行實時更新；NURBS中需要用到的距離量，按照u值取節點值時進行計算。
5.如權利要求1，所述的基于偏移量NURBS曲線的數控裁床運動控制方法，其特征在于:第三步NURBS曲線表達式，NURBS有理分式進行計算時距離量并隨著用到的控制點的變化而變化；數控裁床的插補方法用NURBS方法進行軌跡插補計算，用偏移量代替權重因子，對NURBS曲線表達式進行變形重構，表達式形式為:
【文檔編號】G05B19/41GK104035380SQ201410197729
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月12日 優先權日:2014年5月12日
【發明者】楊亮亮, 許守金, 武曉虎 申請人:浙江理工大學