用于生成軌跡的方法和系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明總體上涉及數字控制處理，更特別地，涉及針對數字控制處理確定空間坐標的軌跡。
【背景技術】
[0002]數字控制(NC)涉及由在存儲介質上編碼的抽象編程命令操作的機器工具的自動化或通過凸輪實現機械自動化的機器工具的自動化。當前大多數NC是計算機數字控制(CNC)，在CNC中，計算機負責控制的整體部分。
[0003]在現代CNC系統中，使用計算機輔助設計(CAD)和計算機輔助制造(CAM)程序使端到端的組件設計高度自動化。程序生成文件，該文件通過后置處理器被解釋以提取操作特定機器所需的命令，然后將文件加載到CNC機器中用于生產。通常，數字控制機器被提供參考軌跡，參考軌跡是表示致動器位置或待移動塊體的空間坐標的一序列點的形式。CNC控制塊體的移動以跟隨軌跡以及(有可能)機器的給定物理限制。
[0004]操作加工機器的運動控制器是CNC的一個示例。機床、研磨機和坐標測量機器(CMM)是利用CNC進行運動控制的制造設備的其它示例。三軸CNC加工機器具有其中安裝有工具的頭部和能相對于工具在X、Y平面內移動的工作臺。根據正交的Χ、Υ和Z笛卡爾坐標系，電機控制工作臺在X和Y方向上的運動和工具在Z方向上的運動。位置傳感器(通常，編碼器或定標器(scaler))提供反饋，所述反饋指示工具相對于加工機器的坐標系的位置。
[0005]CNC部分地讀取指明工具在指定速率或進料速率下將跟隨的工具路徑軌跡。通常，使用數字控制編程語言實現工具運動，該語言也被稱為預備代碼或G代碼，參見(例如)RS274D和DIN 66025/IS0 6983標準。控制器連續地比較當前工具位置和指定工具路徑。利用這個反饋，控制器生成信號，以在工具以所需速率沿著工具路徑移動的同時使工具的實際軌跡盡可能接近地匹配輸入軌跡這樣的方式控制電機。控制器可與計算機輔助加工(CAM)系統結合起來使用。
[0006]用所需加工結果的模型確定軌跡和對應的G代碼。在確定了軌跡之后，CNC不訪問原始模型并且不能補償控制中的任何錯誤。另外，軌跡信息可能不是所需加工的準確表示，例如，軌跡可能因噪聲、坐標的過度量化、模型幾何形狀的欠采樣而被損壞。
[0007]因此，在軌跡數據被供應到控制器之前，一般有必要對軌跡數據進行重新處理和重采樣。通常，這涉及對一序列點進行過濾和平滑。已經使用了多種傳統方法以改善輸入軌跡，這些方法包括求平均、插值、擬合簡單曲線、剔除異常的閾值，參見例如美國專利5815401,7444202 和 5723961。
[0008]然而，由于CNC的計算能力的限制，導致傳統方法局部地(即，在數據點的小窗口內)處理輸入軌跡。這導致明顯欠佳的結果，因為小窗口可能不包括足夠的信息以確定特異點是否表示拐角、量化偽跡、過剩運動、采樣偽跡、欠采樣的曲率變化或一些其它偽跡。
【發明內容】
[0009]本發明要解決的問題
[0010]本發明的各種實施方式是基于以下認識:只基于本地可用信息的針對數字控制(NC)處理的輸入軌跡的局部修改可能欠佳。這是因為，在不考慮軌跡的其它部分的結構和可能修改的情況下確定局部修改。
[0011]為了應對這個缺陷，本發明的一些實施方式作為局部修改輸入軌跡的替代方式，在計算全部因素時，使用這個局部修改作為一個因素，以考慮整體軌跡的全局修改。為此目的，一些實施方式基于各種各樣可能的本地修改形式的組合，修改軌跡。
[0012]例如，一個實施方式針對NC處理通過表示空間坐標的點形成的輸入軌跡，以確定點的多個序列。各序列是通過從輸入軌跡中去除獨特點組合形成的并且可表示整個輸入軌跡的全局修改。對于各序列，實施方式確定輸入軌跡中各點的本地成本。例如，序列的點的本地成本基于該點相對于該序列中至少一些點的空間布置。
[0013]在一些實施方式中，確定針對序列的點的本地成本，即使從該序列去除該點。以此方式，實施方式可考慮更多可能的本地修改因素。實施方式通過針對各序列確定輸入軌跡的點的對應本地成本的總和來比較各種序列，并且選擇具有本地成本總和的最佳值的最佳序列。例如，最佳值是本地成本總和的最小值或最大值。通過確定本地成本的總和，實施方式將點的本地成本視為全部因素中的一個因素，這些因素允許對基于最佳序列生成軌跡進行全局決策。
[0014]因此，一個實施方式公開了一種針對數字控制(NC)處理基于由表示空間坐標的點形成的輸入軌跡生成軌跡的方法。該方法包括:確定點的多個序列，其中，通過從所述輸入軌跡中去除獨特點組合來形成各序列；針對各序列，確定所述輸入軌跡中各點的本地成本，其中，序列的點的本地成本基于所述點相對于所述序列中的至少一些點的空間布置；針對各序列，確定所述輸入軌跡中各點的對應本地成本的總和；基于具有本地成本總和的最佳值的最佳序列，確定所述軌跡，其中，所述最佳值是所述本地成本總和的最小值或最大值。所述方法的步驟由處理器執行。
[0015]另一個實施方式公開了一種針對數字控制NC處理基于由表示空間坐標的點形成的輸入軌跡生成軌跡的系統。所述系統包括處理器，所述處理器被構造為用于:確定點的多個序列，其中，通過從所述輸入軌跡中去除獨特點組合來形成各序列，其中，所述去除包括將所述獨特點組合標記為去除點并且將所述序列中的保留的點標記為保留的點、拐角點、噪聲點或冗余點中的一個或組合；針對各序列，確定所述輸入軌跡中各點的本地成本，其中，針對序列的點的本地成本是基于所述點相對于所述序列中的至少一些點的空間布置；針對各序列，確定所述輸入軌跡中各點的對應本地成本的總和；基于具有本地成本總和的最佳值的最佳序列，確定所述軌跡；使用所述標記，將樣條曲線擬合到所述序列的保留的點。
【附圖說明】
[0016]圖1是采用本發明的一些實施方式的NC機器的流程圖。
[0017]圖2A是本發明的一些實施方式所使用的加工工具的軌跡的示意圖。
[0018]圖2B是本發明的一些實施方式所使用的工具的線性軌跡的示意圖。
[0019]圖2C是本發明的一些實施方式所使用的工具的曲線軌跡的示意圖。
[0020]圖3是根據本發明的一些實施方式的用于確定軌跡的方法的框圖。
[0021]圖4A是根據本發明的一些實施方式通過從輸入序列中去除點的不同組合來確定序列的示例。
[0022]圖4B是根據本發明的一些實施方式通過從輸入序列中去除點的不同組合來確定序列的示例。
[0023]圖4C是根據本發明的一些實施方式通過從輸入序列中去除點的不同組合來確定序列的示例。
[0024]圖4D是根據本發明的一些實施方式通過從輸入序列中去除點的不同組合來確定序列的示例。
[0025]圖5是根據本發明的一些實施方式的通過在一些點之間擬合樣條曲線來進一步修改最佳序列的本發明的一個實施方式的示意圖。
[0026]圖6是根據一個實施方式的用于擬合樣條曲線的方法的框圖。
[0027]圖7是根據另一個實施方式的用于擬合樣條曲線的方法的框圖。
[0028]圖8A是用于確定本發明的一些實施方式所使用的距離的方法的示意圖。
[0029]圖8B是根據一些實施方式的原理確定的軌跡的示例。
[0030]圖9是根據本發明的一個實施方式的使用動態規劃(DP)確定最佳序列的示例。
[0031]圖1OA是根據本發明的一個實施方式的示出標記和成本分配的段。
[0032]圖1OB是根據本發明的一個實施方式的示出標記和成本分配的段。
[0033]圖1OC是根據本發明的一個實施方式的示出標記和成本分配的段。
[0034]圖11是根據一個實施方式分析點的序列的示例。
【具體實施方式】
[0035]系統和方法概況
[0036]圖1示出數字控制(NC)處理(S卩，NC加工系統100)和基于通過表示用于NC處理的空間坐標的點所形成的輸入軌跡生成軌跡的系統150的示例。輸入軌跡可被直接提供到系統150或由G代碼106指定。系統150確定軌跡并且將軌跡輸出到系統100。例如，系統150可修改G代碼106或機器指令110。在一些實施方式中，NC加工系統100是NC銑削(milling)系統。
[0037]在NC加工系統100中，計算機輔助設計(CAD)模型102被輸入到計算機輔助制造(CAM)系統104，CAM系統104生成用于控制NC加工機器的G代碼106。在NC加工期間，G代碼被輸入到NC加工輸入控制臺108，NC加工輸入控制臺108處理各G代碼以生成對應的一組NC機器指令110。NC機器指令被輸入到NC控制器112，NC控制器112生成一組電機控制信號114，以將工具116相對于工件118移動，以加工工件。
[0038]系統150可用計算機輔助制造系統104所生成的G代碼106或NC控制臺108所生成的NC機器指令110作為輸入。通過生成軌跡的計算機處理器152讀取系統150的輸入。
[0039]在一些實施方式中，系統150在NC加工期間實時生成軌跡。在替代實施方式中，系統150仿真工件