[發(fā)明專(zhuān)利]一種使用伺服現(xiàn)場(chǎng)總線通信的機(jī)床運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)圖形仿真系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110191661.3
• 申請(qǐng)日: 2011-07-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102339020A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郇極;肖文磊
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B17/02
• 分類(lèi)號(hào): G05B17/02
• 代理公司: 北京慧泉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛(ài)華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種使用伺服現(xiàn)場(chǎng)總線通信的機(jī)床運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)圖形仿真系統(tǒng)，屬于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域。

技術(shù)背景

先進(jìn)數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)具有機(jī)床運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)圖形仿真功能，數(shù)控加工程序運(yùn)行時(shí)，可以在數(shù)控機(jī)床操作顯示器上顯示機(jī)床結(jié)構(gòu)和部件的運(yùn)動(dòng)，用于數(shù)控加工程序的檢查、修改和優(yōu)化，提高數(shù)控機(jī)床的使用效率和方便性。目前使用的數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)圖形仿真系統(tǒng)如圖1所示，數(shù)控系統(tǒng)1，包括譯碼器模塊2，插補(bǔ)器模塊3，伺服裝置現(xiàn)場(chǎng)總線接口4，集成式仿真系統(tǒng)5。伺服裝置現(xiàn)場(chǎng)總線接口4通過(guò)總線電纜6連接伺服裝置7，所述的伺服裝置可以設(shè)有多個(gè)，各伺服裝置之間通過(guò)總線電纜串聯(lián)。伺服裝置控制伺服電機(jī)產(chǎn)生機(jī)床工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。機(jī)床結(jié)構(gòu)布局和部件造型由CAD機(jī)床造型系統(tǒng)10完成，它根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)部件11生成機(jī)床結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)部件數(shù)據(jù)12，通過(guò)造型數(shù)據(jù)接口13提供給集成式仿真系統(tǒng)5。數(shù)控系統(tǒng)1運(yùn)行時(shí)，譯碼器模塊2讀入數(shù)控加工程序14，完成數(shù)控程序段的譯碼，提供給后續(xù)的插補(bǔ)器模塊3使用，插補(bǔ)器模塊3產(chǎn)生機(jī)床坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)位置坐標(biāo)指令15，由伺服裝置現(xiàn)場(chǎng)總線接口4將坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)位置坐標(biāo)指令15轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)幀16，通過(guò)總線電纜6連接伺服裝置7和后續(xù)的伺服裝置9，控制伺服電機(jī)產(chǎn)生機(jī)床工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，插補(bǔ)器模塊3產(chǎn)生的機(jī)床坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)位置坐標(biāo)指令15也提供給集成式仿真系統(tǒng)5。集成式仿真系統(tǒng)5根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)布局和運(yùn)動(dòng)部件數(shù)據(jù)12在機(jī)床操作顯示器17上產(chǎn)生機(jī)床部件的三維動(dòng)態(tài)圖形顯示。

這種虛擬仿真系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn)：1.仿真軟件運(yùn)行占用大量計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)間，降低了數(shù)控系統(tǒng)的性能；2.仿真顯示占用了操作顯示界面，有時(shí)影響機(jī)床操作；3.虛擬仿真系統(tǒng)不具備通用性，不能在不同的數(shù)控系統(tǒng)中運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種使用伺服現(xiàn)場(chǎng)總線通信的機(jī)床運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)圖形仿真系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

本發(fā)明一種使用伺服現(xiàn)場(chǎng)總線通信的機(jī)床運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)圖形仿真系統(tǒng)，包括數(shù)控系統(tǒng)、總線電纜、伺服裝置、總線接收器、CAD機(jī)床造型系統(tǒng)和分布式仿真系統(tǒng)。

所述的數(shù)控系統(tǒng)包括：譯碼器模塊，插補(bǔ)器模塊，伺服裝置現(xiàn)場(chǎng)總線接口；

所述的CAD機(jī)床造型系統(tǒng)為動(dòng)態(tài)圖形仿真計(jì)算機(jī)提供機(jī)床布局結(jié)構(gòu)和部件造型數(shù)據(jù)；

所述的總線接收器硬件包括現(xiàn)場(chǎng)總線接收器接口、FPGA接收和轉(zhuǎn)發(fā)控制器、以太網(wǎng)接口、以及輔助電路；

所述的分布式仿真系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收模塊、內(nèi)部數(shù)據(jù)映射模塊、幾何造型模塊和三維顯示模塊組成。所述的數(shù)據(jù)接收模塊負(fù)責(zé)從網(wǎng)絡(luò)中接收總線數(shù)據(jù)接收器發(fā)送的數(shù)據(jù)幀，并傳遞到內(nèi)部數(shù)據(jù)映射模塊；所述的內(nèi)部數(shù)據(jù)映射模塊將接收到的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理，將其中封裝的各個(gè)伺服軸的數(shù)據(jù)映射到伺服軸內(nèi)部數(shù)據(jù)變量中；所述的幾何造型模塊讀取并解析CAD機(jī)床造型系統(tǒng)生成的機(jī)床造型文件，在分布式仿真系統(tǒng)內(nèi)部生成機(jī)床造型數(shù)據(jù)；所述的三維顯示模塊將機(jī)床造型數(shù)據(jù)渲染成三維可視的效果，并根據(jù)伺服軸內(nèi)部數(shù)據(jù)變量產(chǎn)生各伺服軸的運(yùn)動(dòng)；

它們的連接關(guān)系為：數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)總線電纜與伺服裝置相連，伺服裝置通過(guò)總線電纜與總線接收器相連。所述的伺服裝置可以設(shè)有多個(gè)，各伺服裝置之間通過(guò)總線電纜串聯(lián)。伺服裝置驅(qū)動(dòng)伺服軸完成數(shù)控系統(tǒng)指定的運(yùn)動(dòng)。CAD機(jī)床造型系統(tǒng)根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)部件生成機(jī)床結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)部件數(shù)據(jù)，以文本數(shù)據(jù)方式提供給動(dòng)態(tài)圖形仿真計(jì)算機(jī)，動(dòng)態(tài)圖形仿真計(jì)算機(jī)運(yùn)行分布式仿真系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)圖形仿真計(jì)算機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)線連接總線接收器。另外，所述的總線接收器進(jìn)一步與數(shù)控系統(tǒng)的伺服裝置現(xiàn)場(chǎng)總線接口4連接，接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送的伺服裝置的位置控制指令，通過(guò)FPGA接收和轉(zhuǎn)發(fā)控制器從以太網(wǎng)接口發(fā)送給動(dòng)態(tài)圖形仿真計(jì)算機(jī)。

所述的動(dòng)態(tài)圖形仿真計(jì)算機(jī)使用由CAD機(jī)床造型系統(tǒng)提供的機(jī)床結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)部件數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)圖形仿真計(jì)算機(jī)上安裝的動(dòng)態(tài)圖形仿真程序根據(jù)機(jī)床造型數(shù)據(jù)和各個(gè)伺服裝置的位置指令產(chǎn)生機(jī)床部件的三維虛擬運(yùn)動(dòng)。

所述的機(jī)床運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)圖形仿真系統(tǒng)的配套軟件包括FPGA控制程序和動(dòng)態(tài)圖形仿真程序。

所述的FPGA控制程序的軟件流程圖如圖4所示，總線數(shù)據(jù)接收器能夠讀取數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送給各個(gè)伺服裝置的位置控制指令或者專(zhuān)門(mén)發(fā)送給仿真計(jì)算機(jī)的位置指令數(shù)據(jù)。FPGA控制程序在運(yùn)行時(shí)，按總線周期偵聽(tīng)總線數(shù)據(jù)幀，如果接收到仿真數(shù)據(jù)幀，則對(duì)總線數(shù)據(jù)幀進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)幀的打包，并從總線接收器的以太網(wǎng)口發(fā)送出去。