基于西门子840D数控系统的防碰撞技术研究.pdf

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1、基于西门子840D数控系统的防碰撞技术研究许玮①张为民①②金致富①(①同济大学机械工程学院，上海201804；②同济大学中德学院，上海200092)摘要：介绍了基于层次包围盒的碰撞检测算法以及西门子SINUMERIC840D的保护区设定指令，并在此基础上通过一个镗孔加工实例实现了SINUMERIC840D的保护区功能应用。关键词：数控机床防碰撞层次包围盒西门子SINUMERIC840D保护区Anti-CollisionTechnologyResearchBasedonSiemens840DCNCSystemXUWei①ZHANGWeimin∞JINZhifu①。，((~)Coll

2、egeofMechanicalEngineering，Ton~iUniversity，Shanghai201804，CHN；(~)Sino-GermanCollege，Ton~iUniversity，Shanghai200092，CHN)Abstract：ThispaperintroducescollisiondetectionalgorithmbasedonhierarchicalboundingboxandSiemensSI—NUMERIC840Dprotectionzonessettingcommand，aimedtoaprojectexampleofboringhole，

3、thefunc—tionofprotectionzonesinSINUMERIC840Disshownandresearched．Keywords：CNCMachineTool；Anti-collision；HierarchicalBoundingBox；SiemensSINUMERIC840D；Protec—tionZones当前很多的数控机床切削速度高，切削路径复杂，碰撞干涉情况。一般可分为离散碰撞检测和连续碰撞在实际工作中要想使机床操作人员预测机床发生碰撞检测。离散碰撞检测的实质就是仍是在若干个离散时的可能性，并在紧急状态下立即关闭开关和切断电源间点采用静态干涉检测算法进行

4、碰撞检测，但存在漏几乎是不可能的¨。数控加工机床的刀具及主轴、刀检等缺点。而连续碰撞检测算法解决了离散检测算法架在运行过程中一旦发生意外碰撞，会造成机床设备的缺点，但也存在计算量大、系统实时性差的缺点。损坏和停产，因此开发基于数控系统的防碰撞功能势1．2基于层次包围盒的碰撞检测算法在必行。本文主要介绍了基于层次包围盒的碰撞检测包围盒技术的基本思想是利用一个简单的几何形算法并通过工程实例中的镗孔工艺实现了西门子SI．体将待检验的具有复杂外形的物体包围，当进行碰撞NUMERIC840D的防碰撞保护区功能的应用。检测时，首先检测这两个物体的包围盒是否相交，若相交，便进一步对物体进行详细

5、的碰撞测试，若不相交，1碰撞检测算法简介则说明两物体无碰撞干涉。1．1三维空间碰撞检测问题综述常用的包围盒的类型包括：沿坐标轴的包围盒三维空间碰撞检测按照物体干涉的类型可以分为AABB(axis—alignedboundingboxes)、包围球静态干涉检测和动态碰撞检测。(spheres)、方向包围盒OBB(orientedboundingbox)(1)静态干涉检测是指物体在空间中的位置不随等，如图1所示。时间变化而变化，判别是否有任何一对物体占有公共沿坐标轴的包围盒AABB，是包含几何对象且各空间。静态干涉检测算法按照物体建模方法的不同可边平行于坐标轴的最小六面体。对于给定两

6、物体A以分为两类，一类是基于B—rep模型的空间分解法，另和B的AABB包围盒碰撞检测方法非常简单，只需要一类是以层次模型为基础的层次包围盒法J。计算出物体A和B的点集合中在、y、z方向上的最(2)动态干涉检测是指物体在空间的位置随着时大值和最小值，而A和B的碰撞可表示为两物体在3间的变化而变化，它是检查沿特定轨迹移动的物体的个坐标面上的投影均重合，因此仅需要通过6次比较{国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项(编号：2009ZX04001-072—02)；国家863计划重点项目(编号：2007AA042002)基金资助蒂森克虏伯基金．33．设计与研究DesignandR

7、esearch计算便可以得到碰撞测试结果。但是AABB检测算法SINUMERIC840D是西门子公司20世纪90年代存在着不足，特别是当物体处于与3个坐标轴均有偏推出的高性能数控系统，可进行各种复杂的加工。它角时，包围盒的冗余空间就会增加，从而导致算法的效保持了与前几代系统同样的结构，通过建立在综合的率降低。西门子SINUMERIC840D中的保护区功能实系统平台上，由数控及驱动单元(NCU)、人机通信际上就是基于层次包围盒算法中AABB包围盒的相关(MMC)、可编程逻辑控制器(