数控系统虚拟设备调试环境的开发.pdf

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1、数控系统虚拟设备调试环境的开发何超杰广州数控设备有限公司广州市萝岗区云埔工业区观达路22号摘要：数控系统能控制各种自动化设备，在数控系统开发的过程中，需要连接各种不同的设备进行调试，但是由于设备昂贵，所以调试成本非常高，本文论述数控机床虚拟环境系统的开发，应用虚拟环境内的虚拟设备代替真实机床设备，以减轻调试成本。关键字：虚拟环境数控调试OpenGLTheDevelopingofVirtualDeviceDebuggingEnvironmentSystemInCNCAbstract:CNCcancon

2、trolavarietyofautomatedequipment.InthedevelopmentprocessofCNC,theneedtoconnectavarietyofdevicesfordebugging,butbecausetheequipmentisexpensive,sothecostisveryhighdebugging,thispaperdiscussestheCNCmachinetoolvirtualenvironmentsystemdevelopment,applicatio

3、nsthevirtualdeviceinthevirtualenvironmentinsteadoftherealmachinetools,inordertoreducecommissioningcosts.Keyword:virtualenvironmentCNCdebuggingOpenGL1.前言数控系统是工业控制的主机，能控制各种各样的自动化设备，如数控车床、数控铣床、数控磨床、机器人、生产线等。每套自动化设备有其特有的运动控制方式和使用工艺。数控系统研发单位都会存在一个难题，要令其产品适应

4、不同设备的控制，就必须要把控制系统连接到相关设备进行测试。但是研发人员的数量众多，可使用的设备由于价格昂贵等原因，不可能配置足够，还有车间与研发部门往往距离太远，测试不方便。本文针对该问题，提出应用计算机三维图像技术，开发能模拟各种自动化设备的虚拟环境系统。市场上充积着各种各样的数控仿真软件，如广州的超远仿真，南京的斯沃仿真，德国的Machining等，这些仿真软件都整合了数控机床三维仿真技术和数控程序译码技术，能对数控加工代码进行仿真。但是这些仿真软件属于离线仿真软件，不能与数控系统连接，进行在线

5、仿真；同时这些软件的设备种类都比较单一，如只能对车床，或者铣床等单一种类进行仿真。本文论述的虚拟环境系统能直接与数控系统进行连接，能构建不同的自动化虚拟设备，满足各种设备的数控系统调试使用。2基于OPENGL技术的三维交互系统的开发2.1基于OPENGL的三维显示技术本文论述的虚拟设备调试环境的一个特点是和大多数数控仿真的国内外商业软件一样，是一个三维图形显示的交互式系统，能使使用者方便、直观地观察虚拟设备的运行情况。该系统基于VC++的编程平台，使用openGL的图形函数，完成系统内关于三维图象和

6、一些相关的图象操作功能的编程工作。openGL是专业的3D程序接口，是一个功能强大，调用方便的底层3D图形库。OpenGL的英文全称是“OpenGraphieSLibrary”，顾名思义，openGL便是“开放的图形程序接口”。它包括100多个非常清晰的图形函数，利用这些图形函数，用户不但可以直接使用自己的数据，而且可以利用其他数据源[1]。系统应用openGL显示虚拟设备的STL模型，通过鼠标消息时间等完成与这些STL模型的交互。2.2虚拟设备的显示首先使用openGL函数在系统中建立三维场景，令

7、系统能显示各种三维图形。通过专业的CAD软件绘制设备的三维图，输出装配好的零件STL模型文件。STL(Stere。1ithography)文件由3DSystems公司提出并加以广泛推广应用的，它使用三角形面片来表示三维实体模型，现己成为CAD/CAM系统接口文件格式的工业标准之一，绝大多数的CAD软件都能生成此种格式文件[2]。这种模型的数据结构简单，能减轻开ITTimeWeekly167发软件系统的工作量。它包含的点的坐标信息和三角片的法矢信息能满足三维显示的数据要求。本系统读入的就是STL三角网

8、格文件（图2-1,图2-2），把这些信息放进一个存储离散三角片的结构中，然后调用相关的openGL函数，把所有三角片绘制出来，显示整个零件三角网格模型，最后设置三维场景的灯光和模型材质，使模型显示更加美观。图2-1STL文件片段图2-2STL三角片示意图2.3虚拟设备调试环境的结构本文开发的虚拟设备调试环境（软件结构图如图2-3）主要通过读入虚拟设备的STL模型文件，获得三维模型的数据，然后显示三维模型，通过鼠标消息操作，可以对虚拟设备进行旋转，平移，缩放等的三维交互