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外文翻譯資料 1 楦掃描機(jī)的控制系統(tǒng)的開發(fā) 1 In s A 0 to s of by to is it of of it by of as it is to in of of to to of do to 1 引言 在全球制鞋業(yè)中，中國制鞋業(yè)可謂異軍突起。短短的十多年，中國一躍升為全球 最大的鞋類生產(chǎn)國和出口國。制鞋業(yè)的迅猛發(fā)展也帶動了鞋楦業(yè)，鞋子的樣式越來越多，就要求鞋楦也要不斷翻新，這促成了鞋楦從耐用品變成易耗品。機(jī)械鞋楦機(jī)采用的是仿形加工的原理，它實(shí)現(xiàn)了鞋楦加工的批量生產(chǎn)，帶來了鞋楦業(yè)的飛速發(fā)展。但是機(jī)械鞋楦機(jī)也有其不可避 免的缺點(diǎn)：首先，從產(chǎn)品角度來講，它加工出來的鞋楦的鞋幫兩側(cè)，總有幾道較明顯的縱痕，鞋楦很不光滑，這 對于要求越來越高的制鞋業(yè)來說，是不能滿足要求的；其次，機(jī)械鞋楦機(jī)在實(shí)現(xiàn)鞋楦的縮放時，需要工人憑經(jīng)驗(yàn)手工調(diào)整機(jī)器，這對工人要求比較高；再次，也是最重要的，傳統(tǒng)的加工方法無法建立工件尺寸的文件，也無法做任何的外形修改。 2 of NC be of 文翻譯資料 2 in of D of by as a of of of At be in to of is of to is of NC of C so in ue to a of in of as C in to of C of be it by is a by by to by of of is 2 數(shù)控鞋楦機(jī)的數(shù)字化逆向工程系統(tǒng) D D 文翻譯資料 3 數(shù)控鞋楦機(jī)可以避免機(jī)械鞋楦機(jī)的缺點(diǎn)。數(shù)控鞋楦機(jī)采用數(shù)字化的逆 向工程系統(tǒng)，數(shù)字化的逆向工程系統(tǒng)在對鞋楦模型進(jìn)行三維掃描后，得到模型的三維數(shù)據(jù)文件，通過處理數(shù)據(jù)文件（如表面光滑處理，插值處理等），實(shí)現(xiàn)對鞋楦模型的縮放，并能改變鞋楦加工表面的螺旋線的螺距，從而改善加工表面的質(zhì)量。同時，所得數(shù)據(jù)文件可以存入電腦，需要時可再調(diào)出來，同一類型的鞋楦只需掃描一次，管理非常方便。顯然，這樣的數(shù)字化逆向工程系統(tǒng)才是滿足現(xiàn)代鞋楦業(yè)的發(fā)展的。數(shù)控鞋楦機(jī)的數(shù)字逆向工程流程圖如圖 1 所示： 圖 1 數(shù)控鞋楦機(jī)的數(shù)字逆向工程流程圖 國外的數(shù)控鞋楦機(jī)到目前為止已經(jīng)非常完善了，在實(shí)際應(yīng)用中也得到極大肯定。我們國內(nèi)由于種種原因，起步較晚，所以筆者所在實(shí)驗(yàn)室在參考國外機(jī)器的前提下，以實(shí)際應(yīng)用作為主要目的，進(jìn)行數(shù)控鞋楦機(jī)的研制，為國內(nèi)在該領(lǐng)域的企業(yè)提供一些參考。該數(shù)控鞋楦機(jī)有兩部分組成，一部分是掃描機(jī)，它通過掃描得到鞋楦的三維數(shù)據(jù)，另一部分是刻楦機(jī)，它利用掃描得到的三維數(shù) 據(jù)加工出鞋楦。本文主要討論鞋楦掃描機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，只有掃描得到的數(shù)據(jù)文件準(zhǔn)確，才能保證加工出來的鞋楦的質(zhì)量，因此鞋楦掃描機(jī)是實(shí)現(xiàn)鞋楦加工的基礎(chǔ)和前提。 3 a to as . 外文翻譯資料 4 As of is at in of it in on by of 3 鞋楦掃描機(jī)的掃描原理 首先，簡要介紹一下鞋楦掃描機(jī)的掃描原理，如下圖 2 所示。 圖 2 鞋楦掃描機(jī)的掃描原理圖 如上圖所示， X 軸帶動鞋楦的自轉(zhuǎn)， Y 軸為指向鞋楦中心線， Z 軸在鞋楦長度方向移動，即掃描輪移動的方向。鞋楦掃描機(jī)采用接觸式測量方 式，所用測量工具為掃描輪，它安裝在 Y 軸方向，掃描輪靠在鞋楦上，其后面由氣泵頂著，掃描輪隨著鞋子的運(yùn)動而前后移動，掃描輪后面的光柵尺采集鞋楦數(shù)據(jù)。 4 C as a C + + of by in PC as a of as a t to of . 外文翻譯資料 5 of 4 鞋楦掃描機(jī)的控制系統(tǒng)概述 鞋楦掃描機(jī)采用 作為上位機(jī)，利用面向?qū)ο蟮恼Z言 進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)、開發(fā)，通過運(yùn)動控制卡驅(qū)動系統(tǒng)并采集三根軸的數(shù)據(jù)，得到掃描數(shù)據(jù)文件，以用于加工。上位機(jī)作為掃描機(jī)的操作 界面，完成數(shù)據(jù)分析、處理以及對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制等任務(wù)。運(yùn)動控制卡作為控制核心，完成發(fā)送及接收脈沖。伺服電機(jī)接受板卡發(fā)送的脈沖，驅(qū)動各個軸運(yùn)動，同時，伺服電機(jī)編碼器反饋給運(yùn)動控制。整個控制系統(tǒng)簡圖如下圖 3 所示。 o. of .1 o. 1of o. 1o. 0文翻譯資料 6 圖 3 控制系統(tǒng)總框圖 下面主要介紹運(yùn)動控制卡，伺服電機(jī)以及光柵尺的選擇及控制。 In is of a is In to to to at it is In to of of is of a a A of as as as as of is on CI up or of a as at of of of be UL IR be to (+ or in a be a of be an to to of of , B of EA B Z a 文翻譯資料 7 of to of be L + (L-( by In of is a it to to to X do a or I be to of to of to to a at be to so is in a at of in of in to to In at of an is at a of of 文翻譯資料 8 of 4． 1 運(yùn)動控制卡的選擇及控制 在掃描系統(tǒng)中，運(yùn)動控制卡是整個系統(tǒng)的核心， 因此選擇合適的運(yùn)動控制卡是很重要的。 在掃描過程中，運(yùn)動控制卡需要控制 Z 軸和 X 軸的伺服電機(jī)，運(yùn)動控制卡不僅要發(fā)送脈沖給電機(jī)驅(qū)動器，同時接受伺服電機(jī)編碼器反饋的脈沖數(shù)。運(yùn)動控制卡還接受光柵尺反饋信號。由于是采集鞋楦三維的數(shù)據(jù)，采樣點(diǎn)越密集，加工出來的產(chǎn)品越光滑。在本系統(tǒng)中，設(shè)定鞋楦轉(zhuǎn)一圈需要采樣幾百個點(diǎn)，因此對運(yùn)動控制卡的驅(qū)動輸出脈沖要求比較高，對編碼器輸入頻率也有一定要求，控制軸數(shù)要求三軸。綜合考慮各種性能以及經(jīng)濟(jì)性等 ,選擇深圳雷賽公司的 列運(yùn)動控制卡。 本系統(tǒng)的運(yùn)動控制卡 是基于 線的高性能運(yùn)動控制卡，可控制多達(dá)四軸步進(jìn)或伺服電機(jī)。此系列具有即插即用、最高 4沖頻率、 S 曲線減振功能、編碼器反饋、隨時變速等高級功能。 本運(yùn)動控制卡的每一軸的兩個信號輸出口 用來輸出脈沖和方向信號，這兩個輸出口可以由程序設(shè)成正脈沖 +反脈沖（雙脈沖）模式或脈沖 +方向模式（單脈沖）。本系統(tǒng)采用脈沖 +方向形式，并設(shè)定脈沖為差分輸出方式，在差分輸出模式下，每一個信號可以被差分成一對相異的信號。使用差分輸出方式可有效的減少傳輸中的干擾，提高可靠性。 X 軸和 Z 軸的伺服電機(jī)驅(qū)動 器接收來自運(yùn)動控制卡的脈沖和方向信號。 本運(yùn)動控制卡可同時控制四根軸，每一軸都有三對差分的 A 相、 B 相和 Z 相輸入信號， 號用來進(jìn)行位置計(jì)算， 號用作原點(diǎn)索引信號。每一軸都有一個原點(diǎn)開關(guān)信號，通過機(jī)械原點(diǎn)信號輸入來查找該軸的原點(diǎn)，可通過軟件設(shè)定原點(diǎn)開關(guān)模式。每一軸都有兩個位置限位信號 正向限位）和 向限位），可通過軟件設(shè)定限位開關(guān)模式。在本系統(tǒng)中， X 軸和 Z 軸的伺服電機(jī)編碼器反饋的脈沖信號都接入運(yùn)動控制卡。由于每根軸運(yùn)動初始有個起始位，因此需要用原點(diǎn)信號，軟件通過搜索原點(diǎn)信號來 確定起始位。 X 軸為旋轉(zhuǎn)方向，不需要正反限位，只采用一個原點(diǎn)信號。 Z 軸除了原點(diǎn)信號外，還接入正負(fù)兩個位置限位信號，兩個限位起保護(hù)作用。通用數(shù)字輸入輸出口也可用來接一些開關(guān)信號。 對于單軸運(yùn)動，按照運(yùn)動距離來分 ,本運(yùn)動控制卡有定長運(yùn)行模式和連續(xù)運(yùn)行外文翻譯資料 9 模式。按照運(yùn)動速度來分，本運(yùn)動控制卡有梯形速度運(yùn)行模式和 S 曲線運(yùn)行模式。S 曲線運(yùn)行模式用來讓一根軸以 S 曲線速度運(yùn)行指定脈沖數(shù)， S 曲線運(yùn)行模式可以有效消除并改善加減速時的振動，使運(yùn)動非常平滑。如下圖 4 所示 : 圖 4 S 曲線速度及加速度 由于 S 曲線運(yùn)行模式較于梯形速度運(yùn)行模式的優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)中均采用 S 曲線運(yùn)行模式。在掃描開始前，為了測量鞋楦的底板直長，需要將鞋楦轉(zhuǎn)過一定角度，這時采用定長運(yùn)行模式。在掃描過程中， Z 軸和 X 軸執(zhí)行同時但獨(dú)立的運(yùn)動，并且是連續(xù)運(yùn)動。同時保證這兩根軸以一定的比例速度運(yùn)動。實(shí)際情況證明，本運(yùn)動控制卡能滿 足本系統(tǒng)的要求，實(shí)現(xiàn)鞋楦數(shù)據(jù)的三維掃描，從而得到鞋楦三維據(jù)文件。 4.2 is to to be be At of a of In we C .5 r, 320 V, 000 r / m. to as in of of At on 文翻譯資料 10 of a in be to of a 1. of of 2. to As as 3. to in of In if as a 100% is so to a it to be a of to of in It is 1 / 50 <20. 4． 2 伺服電機(jī)的選擇及控制 由于本控制系統(tǒng)對實(shí)時性要求比較高，運(yùn)動控制卡發(fā)送脈沖給電機(jī)驅(qū)動器，要求電機(jī)立即發(fā)脈沖，不得延遲，不得有誤。因此本控制系統(tǒng)不能采用步進(jìn)電機(jī)，而必須采用伺服電機(jī)系統(tǒng)。同時伺服電機(jī)具有控制精度高，較強(qiáng)的過載能力，速度響應(yīng)性能好，運(yùn)行性能可靠等一系列優(yōu)點(diǎn)。在本系統(tǒng)中，我們選用 數(shù)字式交流伺服驅(qū)動器 置的伺服電機(jī)為 動器所帶電機(jī)的額定輸出功率為 轉(zhuǎn)編碼器為增量型 2500P/r，輸入電源為 3相 220V，額定速度為 2000r/m。 本系統(tǒng)中要求到位比較準(zhǔn)確迅速，由于在鞋楦轉(zhuǎn)一圈（即 X 軸轉(zhuǎn)動一圈）需要采樣幾百個點(diǎn)，因此對伺服系統(tǒng)的響應(yīng)要求比較高。同時，伺服電機(jī)的參數(shù)對掃描質(zhì)量也有一定影響。在系統(tǒng)采用的控制模式下，將伺服電機(jī)的參數(shù)調(diào)整到比較好的情況，主要是以下幾個參數(shù)。 1．參數(shù) 一位置環(huán)增益）定義位置控制的響應(yīng)曲線，增益設(shè)定越高，定位時間越快。 2．參數(shù) 一速度環(huán)增益）和參數(shù) 起獲得伺服系統(tǒng)的總響應(yīng)外文翻譯資料 11 曲線。盡可能設(shè)定高增益。 3．參數(shù) 度前饋）設(shè)定位置 控制中速度前饋量。在電機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)時，若將此值設(shè)為 100％，位置偏差幾乎為零。此值設(shè)定得較高，可在較小的位置偏差獲得較快反應(yīng)，但可能會導(dǎo)致超調(diào)。 通過對 數(shù)的設(shè)置，可以很方便的與各種頻率的指令脈沖相匹配，以達(dá)到理想的控制分辨率 (角度 /脈沖 )。二者的值差異過大會造成控制精度下降。所以推薦設(shè)置 ：電子齒輪比 )為： 1/50<電子齒輪比 <20。 4.3 In of it in of to to we It 0 5a TL T" 0 m / In be ,000 in as a is To a of of is by a a to is to NC 0 mm a o. is is to 外文翻譯資料 12 of 4． 3 光柵尺的選擇及控制 在本控制系統(tǒng)中，光柵尺用于采集 Y 軸數(shù)據(jù)，它安裝在掃描輪的后面，在掃描過程中，掃描輪不斷前后移動，從而帶動光柵尺移動，光柵尺采集到的脈沖信號反饋到運(yùn)動控制卡。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，考慮精度、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等各種因素，我們選用 性光柵尺。它采用的玻璃鍍鉻刻度柵距為 20度為 ±5辨率為 1輸出信號為差動 號，輸出信號周期 “T”為 4大速度為 60m/于在本系統(tǒng)中，光柵尺需要不停前后移動，而該光柵尺讀數(shù)頭移動采用滾動軸承， 可最小限度減小磨損，大大提高使用壽命，該光柵尺的移動壽命超過 9000 饋系統(tǒng)提供的電信號是通過鍍刻在直尺上的鉻線柵格，通過光電處理轉(zhuǎn)換成電信號。 饋系統(tǒng)用紅外線發(fā)光二極管作為光源，這種光源具有安全、可靠和壽命長的特點(diǎn)。 為在測量中提供一個絕對參考點(diǎn)，在線性光柵尺臨近反饋刻線的某些位置提供參考點(diǎn)標(biāo)記信號。此標(biāo)記信號是由特定的刻線產(chǎn)生的一個脈沖，當(dāng)運(yùn)行通過該點(diǎn)時能確定機(jī)床的絕對位置，這主要是為防止數(shù)控機(jī)床掉電后軸意外移動而產(chǎn)生誤差。性光柵尺每隔 50有一個參考 點(diǎn)標(biāo)記 標(biāo)記產(chǎn)生的信號，是和反饋信號同步的，目的是為保證可靠的測量重復(fù)精度。實(shí)際情況證明， 性光柵尺能夠滿足本系統(tǒng)的控制要求。 5 As a be of be to of 5 結(jié)束語 如上，運(yùn)動控制卡，伺服系統(tǒng)和光柵尺構(gòu)成了鞋楦掃描機(jī)的數(shù)字控制系統(tǒng)。實(shí)際證明，整個控制系統(tǒng)運(yùn)作非常穩(wěn)定，將掃描得到的數(shù)據(jù)文件用于鞋楦刻楦機(jī)加工，加工出來的產(chǎn)品很光滑，完全避免了機(jī)械鞋楦機(jī)的缺點(diǎn)，能夠滿足市場的需求。 外文翻譯資料 13 1. un a "3-D s 2. 3. 4. C 5. 考文獻(xiàn)： 1．許智欽 孫長庫 編著 《 3D 逆向工程技術(shù)》 中國計(jì)量出版社 2．深圳雷賽 制 板硬件手冊 3．深圳雷賽 制板軟件手冊 4． 流伺服電機(jī)驅(qū)動器 系列使用說明 5． 柵尺使用說明