[发明专利]数值控制系统的路径轨迹点计算装置及其计算方法

说明书

技术领域

本发明是有关一种数值控制系统的路径轨迹点计算装置及其计算方法，尤指一种具有一队列缓冲器的一数值控制系统的路径轨迹点计算装置及其计算方法。

背景技术

运动控制是精密加工机械上关键的核心技术，其应用范围包涵了从定位控制或速度控制的产业机械到高精密度的各类计算机数值控制工具机(CNCmachine tools)。运动控制系统的建立是必须整合各种软硬件的技术而成的，对于使用者而言，除了对系统的基本功能要求外，成本高低、系统稳定性、使用频率、保固服务、与其它软硬件的扩充性和兼容性…等等，也都是评估运动控制系统的因素。另外在实际运动控制系统的考量上不仅要控制各轴位置，同时也要控制各轴的速度。因此，当各轴位置或速度控制不好，将直接影响机械定位的不精准而使产品的良率下降。

计算机数值控制CNC(Computer Numerical Control)利用计算机辅助制造(Computer-aided manufacturing，CAM)软件产生数值控制的G-Code文件，再将该G-Code文件程序传入CNC控制系统，由计算机通过数值信号，控制机器的自动位移工作，达到对象的切削加工作业。

数值控制工具机就是在工具机装上一套计算机数值控制系统(computerized numerical control system)，借着输入数值数据到计算机数值控制系统，计算机数值控制系统经计算后发出命令，对工具机进行主轴运转、刀具更换、刀具移动、冷却剂开关····等加以控制，以完成程序设计者所预期的动作。

美国专利US 6,772,020B2揭露一种利用移动式滤波器(moving filter)和延迟器来建立回算器，如此，可获得较平滑的同相位的位置、速度和加速度命令，并且对服务延迟现象会有很大改善。由于该方法是采用二阶段滤波器架构，实现控制回路的命令重建，并且，在滤波器的设计上必须同时考虑机台的特性。惟，虽然增加了命令回算器在设计上的复杂程度，却也降低此一方法的实用性，使得该方法并无法保证更高次曲线的连续性。

因此，如何设计出一种数值控制系统的路径轨迹点计算装置及其计算方法，能以降低串行通讯的数据量，并解决轨迹误差产生的问题，乃为本案发明所欲行克服并加以解决的一大课题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种数值控制系统的路径轨迹点计算装置，应用于一计算机数值控制工具机的加工路径轨迹点计算，以计算机辅助制造(CAM)软件产生的一G-code文件以定义该加工路径轨迹。该路径轨迹点计算装置包含一上位控制器及一服务驱动器。

该上位控制器包含一解译器(interpreter)及一第一高速串行通讯接口。该解译器(interpreter)读取该G-code文件，并解译该G-code文件以产生多个执行指令(executable instructions)。该第一高速串行通讯接口连接该解译器，用以提供传送该些执行指令的通讯接口。

该服务驱动器包含一第二高速串行通讯接口、一队列缓冲器(queue buffer)及一路径轨迹点计算器。该第二高速串行通讯接口是连接该上位控制器的该第一高速串行通讯接口，用以电性连接该服务驱动器与该上位控制器，并提供接收该些执行指令的通讯接口。该队列缓冲器(queue buffer)连接该第二高速串行通讯接口，用以提供储存空间以储存该上位控制器传送至该服务驱动器的该些执行指令。该路径轨迹点计算器连接该队列缓冲器，用以接收并计算该队列缓冲器所传送出的该些执行指令，以产生多个路径轨迹点。

为了解决上述问题，本发明提供一种数值控制系统的路径轨迹点计算方法，该数值控制系统应用于一上位控制器，提供多个执行指令至一服务驱动器，用以计算一计算机数值控制工具机的加工路径轨迹。该路径轨迹点计算方法的步骤包含：首先，读取一G-code文件；然后，通过一解译器解译该G-code文件以产生该些执行指令；然后，依序传送该些执行指令至一队列缓冲器，以储存该些执行指令；然后，依序传送该些执行指令至一路径轨迹点计算器；最后，通过该路径轨迹点计算器直接计算该些执行指令为多个路径轨迹点。

为此，该数值控制系统的路径轨迹点计算装置及其计算方法，可大幅降低该上位控制器传给该服务驱动器的数据量，而不用提高串行通讯速度。并且，可直接以基本执行指令(单节指令)来计算路径轨迹，而不会有产生轨迹误差的问题，同时能达到路径轨迹位置、角速度及角加速度的计算与位置回路同步计算，大幅提升系统的追随性能。并且，若执行指令传送错误，即可要求重传，增加系统的稳健度。