弦线跟随控制算法研究及误差分析

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CO2激光切割中需要同时控制激光头和冷却喷头两个控制点的位置进行加工,这两个控制点的特点是在对工件的加工过程中时刻保持在同一轨迹上,并且在一次加工中两点之间的距离保持固定不变,而现有的控制方式就不能满足这些要求。激光切割加工的机床是以两个直线轴和一个旋转轴完成加工,本论文就机床结构特点建立了工件旋转和切割头旋转两种加工模式的机床的数学模型,完成了弦线跟随控制算法的设计,给出了计算流程,本文研究了直线、圆、直线与圆弧相切的几种常见的工件轨迹情况的计算方法。要减小工件误差,需要对旋转中心定位误差及两控制点方位误差对加工轮廓形状的影响进行研究,先单独对任意一个控制点的误差状况建立了数学模型,分别推导出了两种误差源单独对控制点运动轨迹影响的方程式,并将其应用在计算机建模上,计算出带误差的运动轨迹,并在实际机床上作了验证试验。再通过对比运用此算法的两个控制点之间运动轨迹误差的不同,总结出了误差源对整个算法的影响。要验证误差影响的正确性,需要对比轮廓误差的理论值与实际值,所以采用了一种基于扫描和图像处理的工件轮廓的测量方法获取工件信息,用边缘检测的方法获得工件轮廓信息,根据文章所总结的误差方程式,采用迭代逼近的方式计算误差方向及大小的方法,与检查的结果对比,实验结果证明误差对轮廓影响的正确性。通过计算出的结果调整机床设置,从而减小这两种误差对加工过程的影响。在国产数控系统上应用了弦线跟随控制算法,并设计了相应的应用界面,并开发了参数化生成加工代码的功能,程序根据输入参数自动生成加工代码。实际加工了一款玻璃基板样品,结果与设计尺寸相符,满足设计要求,实验结果证明弦线跟随控制算法及误差分析的理论是正确的。
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