[發明專利]快刀伺服控制系統的軟件架構

在審

• 申請號: 201610971697.6
• 申請日: 2016-10-28
• 公開（公告）號: CN106597993A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 榮德志;趙利;王國海;李金明
• 申請（專利權）人: 北京海普瑞森科技發展有限公司
• 主分類號: G05B19/414
• 分類號: G05B19/414
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙)11296
• 代理人: 張淑賢

技術領域

本發明涉及快刀伺服控制領域，尤其涉及一種快刀伺服控制系統的軟件架構。

背景技術

具有表面微結構的零件在機械工程和光電產業中得到了越來越廣泛的應用。這些表面有微小拓撲結構,如微透鏡、微V溝、微金字塔等微陣列結構,面形精度達亞微米級,表面粗糙度達納米級,這些表面結構使元件表現出一些獨特的光學性能和其它物理性能。由于精度要求高,傳統加工方法的加工精度難以滿足需求,金剛石超精密車削是加工這類零件的有效方法。其中,一種最好的實現方法是快刀伺服。

快刀伺服(Fast Tool Servo)的核心是伺服控制的刀架及其控制系統。控制系統在實時采集主軸角度信號的基礎上，實時發出控制量，控制刀具實時微進給，從而實現刀具跟蹤工件面形的起伏變化。快刀伺服在加工前僅需對零件面形進行精確計算，生成能表征零件面形的數據文件。由于快刀伺服的運動頻響高、行程只有數毫米，因而，其適于加工面形突變或不連續、有限行程內的微小結構。

快刀伺服車削的主要特點：將被加工的復雜形面分解為回轉形面和形面上的微結構，然后將兩者疊加。由X軸和Z軸進給實現回轉形面的軌跡運動，對車床主軸只進行位置檢測并不進行軌跡控制。借助安裝在Z軸但獨立于車床數控系統之外的冗余運動軸來驅動刀具，完成車削微結構形面所需的Z軸運動。這種加工方法具有高頻響、高剛度、高定位精度的特點。

現有技術的快刀伺服控制系統不易升級和維護，針對該技術問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發明內容

本發明的目的是提供一種方便維護和升級的快刀伺服控制系統的軟件架構。

為了實現上述目的，本發明提供了一種快刀伺服控制系統的軟件架構，該軟件架構從頂層到底層依次包括：人機界面層，用于接收和顯示用戶輸入的快刀伺服的加工程序中所需的參數信息，并將參數信息發送至任務管理層；任務管理層，用于將參數信息發送至模型解析層，還用于與快刀伺服進行通訊以獲取快刀伺服的實時位置信息并發送至閉環控制層；模型解析層，用于以預定時間周期或預定頻率，根據任務管理層發送的參數信息和預先建立的數學模型計算當前需要執行的快刀伺服指令位置信息；以及閉環控制層，用于根據快刀伺服指令位置信息和快刀伺服的實時位置信息生成閉環控制指令，以對快刀伺服進行閉環控制，其中，任務管理層設置有應用接口，人機界面層與任務管理層之間通過應用接口相連，模型解析層與閉環控制層工作在同一實時操作系統中。

進一步地，模型解析層包括：模型解析模塊，用于調用數學函數生成數學模型，并將參數信息輸入至數學模型進行計算，以得到理論快刀伺服指令位置信息；以及運動規劃模塊，用于根據快刀伺服的約束條件對理論快刀伺服指令位置信息進行優化，以得到快刀伺服指令位置信息和快刀伺服指令速度。

進一步地，任務管理層還用于與快刀伺服進行通訊以獲取快刀伺服的執行狀態和執行參數，并將快刀伺服的執行狀態和執行參數發送至人機界面層；人機界面層還用于顯示快刀伺服的執行狀態和執行參數。

進一步地，人機界面層還用于以圖形或動畫的形式，根據用戶輸入的快刀伺服的加工程序中所需的參數信息顯示快刀伺服的模擬路徑或模擬快刀車削截面，根據快刀伺服的執行狀態和執行參數顯示快刀伺服的實際路徑或實際快刀車削截面。

進一步地，任務管理層還用于根據快刀伺服的執行狀態和執行參數進行報警判斷處理。

進一步地，任務管理層還用于根據報警判斷處理得到的結果對快刀伺服進行保證安全的控制操作。

進一步地，任務管理層還用于將報警判斷處理后得到的報警信息發送至人機界面層，人機界面層還用于顯示報警信息、參數配置信息、系統錯誤恢復和診斷信息。

進一步地，人機界面層還提供了參數配置接口、狀態查詢接口、編寫顯示接口和歷史查詢接口中至少一種；參數配置接口用于設置快刀的位置、速度、加速度和加加速度進行控制；狀態查詢接口用于查看快刀伺服的執行狀態；編寫顯示接口用于編輯顯示運行已做好的加工參數文件；歷史查詢接口用于查看歷史報警信息。

進一步地，人機界面層、任務管理層、模型解析層和閉環控制層的優先級逐漸升高。

進一步地，預定頻率大于500HZ。

本發明的快刀伺服的軟件架構，從頂層到底層依次包括人機界面層、任務管理層、模型解析層和閉環控制層，且任務管理層提供了應用接口，方便外部應用通過應用接口添加到快刀伺服整體控制的軟件架構中實現軟件架構的升級，且分成四層，方便維護。同時，實現快刀伺服的閉環控制，控制精度高。

附圖說明