一種玻璃切割機的刀頭隨動控制方法及其控制裝置與流程

本發(fā)明涉及一種控制方法及其控制裝置，尤其涉及一種玻璃切割機的刀頭隨動控制方法及其控制裝置。

背景技術(shù)：

玻璃切割機(Glass cutting machine)是指專用于玻璃加工與下料的一種加工機械。目前低檔玻璃切割機一般由人工手動操作，中高檔玻璃切割機一般由數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)玻璃切割的自動或半自動加工。由于玻璃加工特殊性，玻璃切割機刀頭材料一般選擇金剛石。而金剛石刀具切削刃呈線型，在加工異形(如圓弧)玻璃時，如果刀頭切削刃方向與軌跡切線方向不一致，會導致加工效果很差，嚴重時會損壞刀具。

目前，人工手動操作刀頭轉(zhuǎn)向，不僅效率低下，而且也很難滿足加工精度。配有數(shù)控系統(tǒng)的玻璃切割機，能夠方便加工直線形玻璃，而能滿足加工異形玻璃的數(shù)控玻璃切割機都依賴進口，價格昂貴，而且一旦設(shè)備出現(xiàn)異常，維修成本很高。因此，在現(xiàn)有數(shù)控玻璃切割機中，增加易于實現(xiàn)且維修方便的刀頭隨動控制技術(shù)，是急需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種玻璃切割機的刀頭隨動控制方法及其控制裝置，使得在數(shù)控玻璃切割機中，刀頭能夠隨動，當進行玻璃加工時，刀頭根據(jù)加工軌跡進行隨動，解決在加工異形玻璃時，由于刀頭切削刃方向與軌跡切線方向不一致，無法滿足加工要求的缺陷。

本發(fā)明的解決方案是：一種玻璃切割機的刀頭隨動控制方法，其用于控制刀頭伺服控制器以實現(xiàn)驅(qū)動刀頭隨動軸帶動刀頭進行旋轉(zhuǎn)的目的；所述方法包括以下步驟：

步驟一、提供一個刀頭隨動參數(shù)作為目標刀頭隨動參數(shù)：刀頭隨動參數(shù)為直線加工指令和圓弧加工指令中的一種指令，所述直線加工指令包括直線的起點坐標和終點坐標；所述圓弧加工指令包括圓弧的起點坐標、終點坐標、圓心坐標和旋轉(zhuǎn)方向；

步驟二、獲取目標刀頭隨動角度：

當直線加工轉(zhuǎn)直線加工時，即在當前刀頭隨動參數(shù)和目標刀頭隨動參數(shù)均對應(yīng)為直線加工指令時，計算這兩條直線加工指令對應(yīng)的兩條直線之間的夾角，并作為所述目標刀頭隨動角度；

當直線加工轉(zhuǎn)圓弧加工時，即在當前刀頭隨動參數(shù)對應(yīng)為直線加工指令，而目標刀頭隨動參數(shù)對應(yīng)為圓弧加工指令時，計算這直線加工指令對應(yīng)的直線和這圓弧加工指令對應(yīng)的圓弧的切線之間的夾角，并作為所述目標刀頭隨動角度；

當圓弧加工時，即在當前刀頭隨動參數(shù)為空，而目標刀頭隨動參數(shù)對應(yīng)為圓弧加工指令時，只需計算這條圓弧加工指令對應(yīng)的圓弧的圓心角，并作為所述目標刀頭隨動角度；

當圓弧加工轉(zhuǎn)直線加工時，即在當前刀頭隨動參數(shù)對應(yīng)為圓弧加工指令，而目標刀頭隨動參數(shù)對應(yīng)為直線加工指令時，計算這直線加工指令對應(yīng)的直線和這圓弧加工指令對應(yīng)的圓弧的切線之間的夾角，并作為所述目標刀頭隨動角度；

當圓弧加工轉(zhuǎn)圓弧加工時，即在當前刀頭隨動參數(shù)和目標刀頭隨動參數(shù)均對應(yīng)為圓弧加工指令時，計算這兩條圓弧加工指令對應(yīng)的兩條圓弧的切線之間的夾角，并作為所述目標刀頭隨動角度；

步驟三、角度插補運動：對所述目標刀頭隨動角度進行插補計算，得到輸出控制脈沖，所述輸出控制脈沖發(fā)送給刀頭伺服控制器以控制刀頭隨動軸驅(qū)動刀頭進行旋轉(zhuǎn)。

作為上述方案的進一步改進，步驟一中，采用對G代碼加工文件進行譯碼操作而獲取所述目標刀頭隨動參數(shù)。

作為上述方案的進一步改進，步驟二中，當直線加工轉(zhuǎn)直線加工時，根據(jù)這兩條直線方向向量計算相應(yīng)夾角。

作為上述方案的進一步改進，步驟二中，當直線加工轉(zhuǎn)圓弧加工時，根據(jù)直線方向向量與圓弧切線向量計算相應(yīng)夾角。

作為上述方案的進一步改進，步驟二中，當圓弧加工時，只需根據(jù)圓弧的起點坐標、終點坐標、半徑和旋轉(zhuǎn)方向計算圓心角。

作為上述方案的進一步改進，步驟二中，當圓弧加工轉(zhuǎn)直線加工時，根據(jù)圓弧切線向量與直線方向向量計算相應(yīng)夾角。

作為上述方案的進一步改進，步驟二中，當圓弧加工轉(zhuǎn)圓弧加工時，根據(jù)這兩條圓弧切線向量計算相應(yīng)夾角。

作為上述方案的進一步改進，所述方法還包括步驟：在角度插補運動前進行閾值判斷：判斷所述目標刀頭隨動角度是否小于預(yù)定的最小轉(zhuǎn)動角度，如否則對所述目標刀頭隨動角度進行插補計算；否則不對所述目標刀頭隨動角度進行插補計算，但是此時刻的目標刀頭隨動角度和下時刻的目標刀頭隨動角度進行角度累加，并在相應(yīng)的步驟三中對累加值進行閾值判斷。

本發(fā)明還提供一種玻璃切割機的刀頭隨動控制裝置，其采用上述任意玻璃切割機的刀頭隨動控制方法，用于控制刀頭伺服控制器以實現(xiàn)驅(qū)動刀頭隨動軸帶動刀頭進行旋轉(zhuǎn)的目的；所述裝置包括：

目標刀頭隨動參數(shù)輸出模塊，其用于提供一個刀頭隨動參數(shù)作為目標刀頭隨動參數(shù)：刀頭隨動參數(shù)為直線加工指令和圓弧加工指令中的一種指令，所述直線加工指令包括直線的起點坐標和終點坐標；所述圓弧加工指令包括圓弧的起點坐標、終點坐標、圓心坐標和旋轉(zhuǎn)方向；

目標刀頭隨動角度獲取模塊，其用于獲取目標刀頭隨動角度：

當直線加工轉(zhuǎn)直線加工時，即在當前刀頭隨動參數(shù)和目標刀頭隨動參數(shù)均對應(yīng)為直線加工指令時，計算這兩條直線加工指令對應(yīng)的兩條直線之間的夾角，并作為所述目標刀頭隨動角度；

當直線加工轉(zhuǎn)圓弧加工時，即在當前刀頭隨動參數(shù)對應(yīng)為直線加工指令，而目標刀頭隨動參數(shù)對應(yīng)為圓弧加工指令時，計算這直線加工指令對應(yīng)的直線和這圓弧加工指令對應(yīng)的圓弧的切線之間的夾角，并作為所述目標刀頭隨動角度；

當圓弧加工時，即在當前刀頭隨動參數(shù)為空，而目標刀頭隨動參數(shù)對應(yīng)為圓弧加工指令時，只需計算這條圓弧加工指令對應(yīng)的圓弧的圓心角，并作為所述目標刀頭隨動角度；

當圓弧加工轉(zhuǎn)直線加工時，即在當前刀頭隨動參數(shù)對應(yīng)為圓弧加工指令，而目標刀頭隨動參數(shù)對應(yīng)為直線加工指令時，計算這直線加工指令對應(yīng)的直線和這圓弧加工指令對應(yīng)的圓弧的切線之間的夾角，并作為所述目標刀頭隨動角度；

當圓弧加工轉(zhuǎn)圓弧加工時，即在當前刀頭隨動參數(shù)和目標刀頭隨動參數(shù)均對應(yīng)為圓弧加工指令時，計算這兩條圓弧加工指令對應(yīng)的兩條圓弧的切線之間的夾角，并作為所述目標刀頭隨動角度；

插補計算模塊，其用于角度插補運動：對所述目標刀頭隨動角度進行插補計算，得到輸出控制脈沖，所述輸出控制脈沖發(fā)送給刀頭伺服控制器以控制刀頭隨動軸驅(qū)動刀頭進行旋轉(zhuǎn)。

作為上述方案的進一步改進，所述裝置還包括閾值判斷模塊，其用于在角度插補運動前進行閾值判斷：判斷所述目標刀頭隨動角度是否小于預(yù)定的最小轉(zhuǎn)動角度，如否則對所述目標刀頭隨動角度進行插補計算；否則不對所述目標刀頭隨動角度進行插補計算，但是此時刻的目標刀頭隨動角度和下時刻的目標刀頭隨動角度進行角度累加，并在相應(yīng)的步驟三中對累加值進行閾值判斷。

與已有技術(shù)相比，尤其是與進口的數(shù)控玻璃切割機相比，本發(fā)明能實現(xiàn)現(xiàn)有玻璃切割機的相同刀頭隨動效果，而且實現(xiàn)簡單，開發(fā)周期短，功能穩(wěn)定，成本低，易于維修，器切割精度不低于現(xiàn)有技術(shù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明玻璃切割機的刀頭隨動控制方法的流程圖。

圖2是圓弧加工時，目標刀頭隨動角度的計算示意圖。

圖3是直線加工轉(zhuǎn)直線加工時，目標刀頭隨動角度的計算示意圖。

圖4是直線加工轉(zhuǎn)圓弧加工時，目標刀頭隨動角度的計算示意圖。

圖5是圓弧加工轉(zhuǎn)圓弧加工時，目標刀頭隨動角度的計算示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請參閱圖1，本發(fā)明玻璃切割機的刀頭隨動控制方法，其用于控制刀頭伺服控制器以實現(xiàn)驅(qū)動刀頭隨動軸帶動刀頭進行旋轉(zhuǎn)的目的。針對本發(fā)明的玻璃切割機的刀頭隨動控制方法，設(shè)置對應(yīng)的玻璃切割機的刀頭隨動控制裝置，所述玻璃切割機的刀頭隨動控制裝置包括用于輸出目標刀頭隨動參數(shù)的目標刀頭隨動參數(shù)輸出模塊、用于獲取目標刀頭隨動角度的目標刀頭隨動角度獲取模塊、用于角度插補運動的插補計算模塊、用于在角度插補運動前進行閾值判斷的閾值判斷模塊。所述方法包括以下步驟。

步驟一、提供一個刀頭隨動參數(shù)作為目標刀頭隨動參數(shù)：刀頭隨動參數(shù)為直線加工指令和圓弧加工指令中的一種指令，所述直線加工指令包括直線的起點坐標和終點坐標；所述圓弧加工指令包括圓弧的起點坐標、終點坐標、圓心坐標和旋轉(zhuǎn)方向。此步驟由目標刀頭隨動參數(shù)輸出模塊執(zhí)行。

步驟一中，除了手動輸入所述目標刀頭隨動參數(shù)，也可以采用現(xiàn)有的G代碼加工文件，對G代碼加工文件進行譯碼操作而獲取所述目標刀頭隨動參數(shù)。

步驟二、獲取目標刀頭隨動角度。此步驟由目標刀頭隨動角度獲取模塊執(zhí)行，此步驟存在多種狀況，如下介紹。

當直線加工轉(zhuǎn)直線加工時，即在當前刀頭隨動參數(shù)和目標刀頭隨動參數(shù)均對應(yīng)為直線加工指令時，計算這兩條直線加工指令對應(yīng)的兩條直線之間的夾角，并作為所述目標刀頭隨動角度。具體應(yīng)用時可根據(jù)這兩條直線方向向量計算相應(yīng)夾角。

當直線加工轉(zhuǎn)圓弧加工時，即在當前刀頭隨動參數(shù)對應(yīng)為直線加工指令，而目標刀頭隨動參數(shù)對應(yīng)為圓弧加工指令時，計算這直線加工指令對應(yīng)的直線和這圓弧加工指令對應(yīng)的圓弧的切線之間的夾角，并作為所述目標刀頭隨動角度。具體應(yīng)用時可根據(jù)直線方向向量與圓弧切線向量計算相應(yīng)夾角。

當圓弧加工時，即在當前刀頭隨動參數(shù)為空，而目標刀頭隨動參數(shù)對應(yīng)為圓弧加工指令時，只需計算這條圓弧加工指令對應(yīng)的圓弧的圓心角，并作為所述目標刀頭隨動角度。具體應(yīng)用時只需根據(jù)圓弧的起點坐標、終點坐標、半徑和旋轉(zhuǎn)方向計算圓心角。

當圓弧加工轉(zhuǎn)直線加工時，即在當前刀頭隨動參數(shù)對應(yīng)為圓弧加工指令，而目標刀頭隨動參數(shù)對應(yīng)為直線加工指令時，計算這直線加工指令對應(yīng)的直線和這圓弧加工指令對應(yīng)的圓弧的切線之間的夾角，并作為所述目標刀頭隨動角度。具體應(yīng)用時可根據(jù)圓弧切線向量與直線方向向量計算相應(yīng)夾角。

當圓弧加工轉(zhuǎn)圓弧加工時，即在當前刀頭隨動參數(shù)和目標刀頭隨動參數(shù)均對應(yīng)為圓弧加工指令時，計算這兩條圓弧加工指令對應(yīng)的兩條圓弧的切線之間的夾角，并作為所述目標刀頭隨動角度。具體應(yīng)用時可根據(jù)這兩條圓弧切線向量計算相應(yīng)夾角。

步驟三、角度插補運動：對所述目標刀頭隨動角度進行插補計算，得到輸出控制脈沖，所述輸出控制脈沖發(fā)送給刀頭伺服控制器以控制刀頭隨動軸驅(qū)動刀頭進行旋轉(zhuǎn)。此步驟由插補計算模塊執(zhí)行，

在步驟三之前可增加一個步驟，即在角度插補運動前進行閾值判斷：判斷所述目標刀頭隨動角度是否小于預(yù)定的最小轉(zhuǎn)動角度，如否則對所述目標刀頭隨動角度進行插補計算；否則不對所述目標刀頭隨動角度進行插補計算，但是此時刻的目標刀頭隨動角度和下時刻的目標刀頭隨動角度進行角度累加，并在相應(yīng)的步驟三中對累加值進行閾值判斷。此步驟由閾值判斷模塊執(zhí)行。

因此，目標刀頭隨動角度可從G代碼加工文件，經(jīng)過譯碼，獲得目標刀頭隨動參數(shù)后，根據(jù)目標隨動參數(shù)進行角度計算，得到目標刀頭隨動角度后，進行閾值判斷是否進行角度插補運動。所述目標刀頭隨動參數(shù)包括加工指令號(對應(yīng)直線和圓弧加工)，起點坐標，終點坐標，圓心坐標和旋轉(zhuǎn)方向(圓弧加工)。上述插補運動是指根據(jù)隨動角度，進行插補計算，得到刀頭隨動軸的輸出控制脈沖。上述輸出控制脈沖由CNC控制器發(fā)送給刀頭伺服控制器，再由刀頭伺服控制器控制刀頭隨動軸進行旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)刀頭隨動功能。

具體實施中，對目標刀頭隨動角度的獲取再進行詳細介紹，如圖2-5所示。

在進行圓弧加工時，從G代碼加工文件讀取到加工指令代碼，經(jīng)過譯碼，獲得隨動參數(shù)：起點坐標S(x_s,y_s)，終點坐標E(x_E,y_E)，圓心坐標O(x_O,y_O)，以及圓弧加工方向。如圖2實線表示從S點順時針加工到E點，虛線表示S點逆時針加工到E點。由圖2看出，加工方向不同，加工軌跡就不同，所對應(yīng)圓心角不同，圖2黑色實線對應(yīng)的圓心角為α，此時圓弧為劣弧，虛線對應(yīng)圓心角為(2π-α)，此時圓弧為優(yōu)弧。首先計算α，然后進行圓心角取舍判斷。根據(jù)向量夾角公式可得：

根據(jù)向量叉乘公式再結(jié)合圓弧加工方向可得：

式中，G02表示圓弧順時針加工方向，G03表示圓弧逆時針加工方向。

根據(jù)公式(1)、(2)可得到圓弧加工時的刀頭隨動角度，然后傳遞到刀頭隨動插補指令進行插補。插補過程如圖2所示，在軌跡插補同時，再根據(jù)實時計算得到的刀頭隨動角度δ，進行插補計算得到各個軸的輸出脈沖量。這些脈沖量經(jīng)CNC控制器發(fā)送給伺服控制器，最終控制電機進行旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)軌跡插補和刀頭隨動。

在進行直線加工轉(zhuǎn)到直線加工時，從G代碼加工文件經(jīng)過譯碼，獲得隨動參數(shù)：起點坐標A(x_A,y_A)，轉(zhuǎn)折點坐標B(x_B,y_B)，終點坐標C(x_C,y_C)，如圖3所示。根據(jù)前述向量夾角計算公式(1)能夠計算得到刀頭隨動角度，再經(jīng)過前述刀頭隨動插補過程，實現(xiàn)刀頭隨動。

在進行直線加工轉(zhuǎn)到圓弧加工時，從G代碼加工文件經(jīng)過譯碼，獲得隨動參數(shù)：起點坐標A(x_A,y_A)，轉(zhuǎn)折點坐標B(x_B,y_B)，終點坐標C(x_C,y_C)，圓心坐標O(x_O,y_O)，以及圓弧加工方向，如圖4所示。首先根據(jù)圓弧加工方向和坐標參數(shù)，計算得到圓弧切線向量，然后再根據(jù)上述直線加工轉(zhuǎn)到直線加工中的方法，計算得到刀頭隨動角度，再經(jīng)過前述刀頭隨動插補過程，實現(xiàn)刀頭隨動。

在進行圓弧加工轉(zhuǎn)到直線加工時，計算得到刀頭隨動角度的方法與上述直線加工轉(zhuǎn)到圓弧加工的計算方法基本一致。

在進行圓弧加工轉(zhuǎn)到圓弧加工時，從G代碼加工文件經(jīng)過譯碼，獲得隨動參數(shù)：起點坐標A(x_A,y_A)，轉(zhuǎn)折點坐標B(x_B,y_B)，終點坐標C(x_C,y_C)，圓弧1圓心坐標O₁(x_O1,y_O1)，圓弧2圓心坐標O₂(x_O2,y_O2)以及圓弧加工方向，如圖5所示。首先根據(jù)圓弧加工方向和坐標參數(shù)，分別計算得到圓弧1切線向量和圓弧2切線向量，然后再根據(jù)上述直線加工轉(zhuǎn)到直線加工中的方法，計算得到刀頭隨動角度，再經(jīng)過前述刀頭隨動插補過程，實現(xiàn)刀頭隨動。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。