TW201518888A - 加工機機內斷差補償系統及方法 - Google Patents
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Abstract
一種加工機機內斷差補償系統及方法,該加工機的加工主軸上安裝有點鐳射檢測裝置。所述系統包括:控制模組,用於控制加工機移動到各加工基準點;檢測模組,用於利用點鐳射檢測裝置得到各加工基準點的實際座標;擬合模組,用於根據上述得到的加工基準點的實際座標擬合得到基準平面;旋轉模組,用於根據上述基準平面與預設的法平面之間的角度差,計算加工路徑的所有加工點的於該基準平面的新座標;補償模組,控制加工機依次移動到各加工點,並計算得到各加工點的Z軸補償值傳輸給加工機。本發明可對待加工產品在Z方向的斷差進行精度補償。
Description
本發明屬於斷差補償領域,尤其涉及一種加工機機內斷差補償系統及方法。
數控機床(Computer numerical control,CNC)加工機在加工產品時,由於加工來料的問題,來料厚薄不一致會導致Z方向加工不一致,再加上CNC加工裝夾治具不能保證與CNC加工主軸的法向量絕對垂直,容易造成較大的加工誤差,從而使得加工出來的產品厚薄不一致。
鑒於以上內容,有必要提出一種加工機機內斷差補償系統及方法,其可以對待加工產品在Z方向的斷差進行精度補償,保證加工出來的產品厚薄一致。
所述加工機機內斷差補償系統運行於電腦中。該電腦與加工機通訊連接,該加工機的工作臺上放置待加工產品,所述的加工機的加工主軸上安裝有點鐳射檢測裝置,該系統包括:控制模組,用於根據電腦儲存的加工程式中多個加工基準點的座標,控制加工機進行相應的移動,使得加工機的刀具依次移動到各加工基準點;檢測模組,用於利用點鐳射檢測裝置依次投射到待加工產品的各加工基準點上,得到各加工基準點的實際座標;擬合模組,用於根據上述得到的加工基準點的實際座標擬合得到基準平面,並獲取得到該基準平面的中心點和法向量;旋轉模組,用於根據上述得到的基準平面與加工機預設的法平面之間的角度差,將加工程式中的加工路徑的所有加工點的座標旋轉到該基準平面,以得到加工路徑中所有加工點的新座標;補償模組,根據加工路徑中所有加工點的新座標,控制加工機依次移動到各加工點,透過點鐳射檢測裝置得到各加工點的實際座標,並透過斷差歸零得到各加工點的Z軸補償值,以及將各加工點的Z軸補償值傳輸給加工機。
所述加工機機內斷差補償方法應用於電腦中。該電腦與加工機通訊連接,該加工機的工作臺上放置有待加工產品,所述的加工機的加工主軸上安裝有點鐳射檢測裝置,該方法包括:控制步驟:根據電腦儲存的加工程式中多個加工基準點的座標,控制加工機進行相應的移動,使得加工機的刀具依次移動到各加工基準點;檢測步驟:利用點鐳射檢測裝置依次投射到待加工產品的各加工基準點上,得到各該加工基準點的實際座標;擬合步驟:根據上述得到加工基準點的實際座標擬合得到基準平面,並獲取得到該基準平面的中心點和法向量;旋轉步驟:根據上述得到的基準平面與加工機預設的法平面之間的角度差,將加工程式中的加工路徑的所有加工點的座標旋轉到該基準平面,以得到加工路徑中所有加工點的新座標;補償步驟:根據加工路徑中所有加工點的新座標,控制加工機依次移動到各加工點,透過點鐳射檢測裝置得到各加工點的實際座標,並透過斷差歸零得到各加工點的Z軸補償值,以及將各加工點的Z軸補償值傳輸給加工機。
相較於習知技術,本發明所提供的加工機機內斷差補償系統及方法透過將點鐳射檢測裝置安裝到加工機的加工主軸上,利用點鐳射檢測裝置能夠邊檢測邊加工的特點,計算出加工點在Z方向斷差的補償值,並傳輸給加工機,使得加工機透過加工點的補償值進行下刀加工,保證了加工出來的產品的厚薄相同。
圖1是本發明加工機機內斷差補償系統較佳實施例的系統架構圖。
圖2是本發明加工機中裝夾治具的結構示意圖。
圖3是本發明加工機中點鐳射檢測器與加工主軸之間的位置示意圖。
圖4是本發明加工機中點鐳射檢測器的結構示意圖。
圖5是本發明加工機機內斷差補償系統較佳實施例的功能模組圖。
圖6是本發明加工機機內斷差補償方法較佳實施例的流程圖。
參閱圖1所示,是本發明加工機機內斷差補償系統10較佳實施例的系統架構圖。該加工機機內斷差補償系統10(以下簡稱“斷差補償系統10”)安裝在一台電腦1中。所述電腦1包括處理器11及儲存裝置12,並與一台加工機2通訊連接。該加工機2可以是數控機床(Computer numerical control,CNC)加工機。
所述的加工機2用於對待加工產品(圖中未示出)進行加工。該加工機2包括裝夾治具20、點鐳射檢測裝置22、加工主軸24以及加工刀具26。
如圖2所示,所述的裝夾治具20包括工作臺200、X軸線性馬達201、X軸光學尺202、Z軸線性馬達203、Z軸光學尺204以及刀具學尺205。所述的工作臺200用於放置待加工產品。所述的加工機2透過上述X軸線性馬達201、X軸光學尺202、Z軸線性馬達203以及Z軸光學尺204控制加工刀具26移動到待加工產品的加工位置,再利用刀具學尺205精確定位到加工點,以對待加工產品進行加工。
所述點鐳射檢測裝置22與加工主軸24及加工刀具26的位置關係如圖3所示。在本較佳實施例中,需要保證所述點鐳射檢測裝置22於待加工產品上的投射點的Z座標值大於加工刀具26最底端的Z座標值,且檢測點與加工主軸24的軸線是有交點的。
所述的點鐳射檢測裝置22的結構示意圖如圖4所示。所述的點鐳射檢測裝置22包括保護盒220、點鐳射發射器222、以及電荷耦合裝置(Charge Coupled Device,CCD)接收器224。所述的保護盒220用於使得點鐳射檢測裝置22所測得的資料不受外界環境影響。所述的點鐳射檢測裝置22透過保護盒220及掛鈎(圖中未使出)安裝到CNC加工機2的加工主軸24上的。所述的點鐳射發射器222與加工刀具26同軸。所述的點鐳射發射器222發射雷射光束投射到待加工產品上再反射到CCD接收器224接收,透過三角定位計算出該投射點的Z座標值。所述的保護盒220下端是可以打開和關閉的防塵蓋2200。由於加工機2內環境很差,油污、粉塵等,所以需要保護裝置,僅在測量時才打開該防塵蓋2200。
所述的斷差補償系統10用於利用點鐳射檢測裝置22計算各加工點的斷差補償值,並傳輸給加工機2,使得加工機2透過加工點的補償值進行下刀加工,保證了加工出來的產品的厚薄相同。
所述處理器11用於執行加工機機內斷差補償系統10中的各功能模組。所述的儲存裝置12用於儲存電腦1的各類資料。所述儲存裝置12中可以儲存有加工待加工產品的加工程式。該加工程式中包括了對待加工產品加工的加工路徑的所有加工點的座標,以及多個加工基準點的座標。
參閱圖5所示,是本發明加工機機內斷差補償系統10較佳實施例的功能模組圖。該加工機機內斷差補償系統10包括控制模組100、檢測模組101、擬合模組102、旋轉模組103及補償模組104。上述各功能模組100~104是完成特定功能的各個程式段,比軟體程式本身更適合於描述軟體在電腦設備,如電腦1中的執行過程,因此本發明對軟體程式的描述都以模組描述。
所述的控制模組100用於根據加工程式中多個加工基準點的座標,控制X軸線性馬達201與Z軸線性馬達203進行相應的移動,並透過刀具學尺205精確定位到各加工基準點。
所述的檢測模組101用於控制點鐳射檢測裝置22的防塵蓋2200打開,利用點鐳射檢測裝置22依次投射到待加工產品的各加工基準點上,得到各加工基準點的實際座標。所述各加工基準點的X座標值是不變的,其實際的Z座標值是利用點鐳射發射器222與CCD接收器224計算得到的。應說明的是,在本較佳實施例中,透過所述的控制模組100與檢測模組101需要計算出至少四個基準點的實際座標。
所述的擬合模組102用於根據上述輸出的檢測點的座標擬合得到基準平面,並獲取得到該基準平面的中心點和法向量。在本較佳實施例中,所述的擬合模組102利用最小二乘法與擬牛頓迭代演算法進行面的擬合。所述的擬合模組102根據最小二乘法迭代所述檢測點相對於預擬合的基準平面的最佳位置,其中,所有點到該預擬合的基準平面的距離平方和的平均值最小(擬牛頓解非線形方程式),所述的迭代方程式為:
。
其中,X1,Z1為檢測點的座標,X2,Z2為預擬合的基準平面上的座標,n為檢測點的個數。
其中計算f(x)的方法包括子步驟一:當利用預設的迭代初始參數取得的f(x)小於一個預設的對齊精度FunX時,迭代結束,直接得到該第一次迭代取得的f(x);子步驟二:當第一次取得的f(x)不小於FunX,利用數學法則如擬牛頓迭代法計算f(x)的下降方向,所述下降方向指使f(x)的值變小的方向,若不存在下降方向,流程同樣結束,也輸出得到第一次取得的f(x);子步驟三:若存在所述下降方向,計算檢測點沿下降方向移動預設的對齊步長D後到預擬合的基準平面的距離f(x+1),其中,所述f(x+1)=f(x)+|D|;若上述計算得到的f(x+1)小於f(x),返回子步驟二繼續判斷是否存在下降方向;若f(x+1)不小於f(x),則返回子步驟三計算檢測點沿下降方向再移動預設的對齊步長後到預擬合的基準平面的距離。
所述的旋轉模組103用於根據上述得到的基準平面與加工機2預設的法平面之間的角度差,將加工程式中的加工路徑的所有加工點的座標旋轉到該基準平面,以得到加工路徑中所有加工點的新座標。
所述的補償模組104用於根據加工路徑中所有加工點的新座標,控制加工機2依次移動到各加工點以得到各加工點的實際Z座標值,並透過斷差歸零得到各加工點的Z軸補償值,以及將各加工點的Z軸補償值傳輸給加工機2。加工機2透過各加工點的補償值進行下刀,從而保證待加工產品的加工出來的產品厚薄相同。
如圖6所示,是本發明調整畫面顯示的方法的第一較佳實施例的流程圖。應該瞭解,本發明所述調整畫面顯示的方法並不限於圖6所示流程圖中的步驟及順序。根據不同的實施例,圖6所示流程圖中的步驟可以增加、移除、或者改變順序。
步驟S110,控制模組100根據加工程式中多個加工基準點的座標,控制X軸線性馬達201與Z軸線性馬達203進行相應的移動,並透過刀具學尺205依次精確定位到各加工基準點。
步驟S111,檢測模組101控制點鐳射檢測裝置22的防塵蓋2200打開,並利用點鐳射檢測裝置22依次投射到待加工產品的各加工基準點上,得到各加工基準點的實際座標。所述各加工基準點的X座標值是不變的,其實際的Z座標值是利用點鐳射發射器222與CCD接收器224計算得到的。
步驟S112,擬合模組102根據上述輸出的檢測點的座標擬合得到基準平面,並獲取得到該基準平面的中心點和法向量。在本較佳實施例中,所述的擬合模組102利用最小二乘法與擬牛頓迭代演算法進行面的擬合。
步驟S113,旋轉模組103根據上述得到的基準平面與加工機2預設的法平面之間的角度差,將加工程式中的加工路徑的所有加工點的座標旋轉到該基準平面,以得到加工路徑中所有加工點的新座標。
步驟S114,補償模組104根據加工路徑中所有加工點的新座標,控制加工機2依次移動到各加工點,透過點鐳射檢測裝置22得到各加工點的實際Z座標值,並透過斷差歸零得到各加工點的Z軸補償值,以及將各加工點的Z軸補償值傳輸給加工機2。加工機2透過各加工點的補償值進行下刀,從而保證待加工產品的加工出來的產品厚薄相同。應說明的是,該補償值可為正也可為負。
綜上所述,本發明符合發明專利要件,爰依法提出專利申請。惟,以上所述者僅爲本發明之較佳實施例,本發明之範圍並不以上述實施例爲限,舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化,皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
1‧‧‧電腦
10‧‧‧斷差補償系統
11‧‧‧處理器
12‧‧‧儲存裝置
2‧‧‧加工機
20‧‧‧裝夾治具
200‧‧‧工作臺
201‧‧‧X軸線性馬達
202‧‧‧X軸光學尺
203‧‧‧Z軸線性馬達
204‧‧‧Z軸光學尺
205‧‧‧刀具學尺
22‧‧‧點鐳射檢測裝置
220‧‧‧保護盒
222‧‧‧點鐳射發射器
224‧‧‧CCD接收器
2200‧‧‧防塵蓋
24‧‧‧加工主軸
26‧‧‧加工刀具
100‧‧‧控制模組
101‧‧‧檢測模組
102‧‧‧擬合模組
103‧‧‧旋轉模組
104‧‧‧補償模組
無
1‧‧‧電腦
10‧‧‧斷差補償系統
11‧‧‧處理器
12‧‧‧儲存裝置
2‧‧‧加工機
20‧‧‧裝夾治具
22‧‧‧點鐳射檢測裝置
24‧‧‧加工主軸
26‧‧‧加工刀具
Claims (6)
- 一種加工機機內斷差補償系統,運行於電腦中,該電腦與加工機通訊連接,該加工機的工作臺上放置待加工產品,所述的加工機的加工主軸上安裝有點鐳射檢測裝置,該系統包括:
控制模組,用於根據電腦儲存的加工程式中多個加工基準點的座標,控制加工機進行相應的移動,使得加工機的刀具依次移動到各加工基準點;
檢測模組,用於利用點鐳射檢測裝置依次投射到待加工產品的各加工基準點上,得到各加工基準點的實際座標;
擬合模組,用於根據上述得到的加工基準點的實際座標擬合得到基準平面,並獲取得到該基準平面的中心點和法向量;
旋轉模組,用於根據上述得到的基準平面與加工機預設的法平面之間的角度差,將加工程式中的加工路徑的所有加工點的座標旋轉到該基準平面,以得到加工路徑中所有加工點的新座標;及
補償模組,根據加工路徑中所有加工點的新座標,控制加工機依次移動到各加工點,透過點鐳射檢測裝置得到各加工點的實際Z座標值,並透過斷差歸零得到各加工點的Z軸補償值,以及將各加工點的Z軸補償值傳輸給加工機。 - 如申請專利範圍第1項所述之加工機機內斷差補償系統,所述的點鐳射檢測裝置包括保護盒、點鐳射發射器以及電荷耦合裝置CCD接收器,其中所述的保護盒的下端是能夠打開與關閉的防塵蓋,該防塵蓋在測量時打開;所述的點鐳射發射器與加工刀具同軸,該點鐳射發射器發射雷射光束投射到待加工產品上再反射到CCD接收器接收,透過三角定位計算出該投射點的Z座標值。
- 如申請專利範圍第2項所述之加工機機內斷差補償系統,所述的點鐳射檢測裝置於待加工產品上的投射點的Z座標值大於加工刀具最底端的Z座標值,且與加工主軸的軸線有交點。
- 一種加工機機內斷差補償方法,應用於電腦中,該電腦與加工機通訊連接,該加工機的工作臺上放置有待加工產品,所述的加工機的加工主軸上安裝有點鐳射檢測裝置,該方法包括:
控制步驟:根據電腦儲存的加工程式中多個加工基準點的座標,控制加工機進行相應的移動,使得加工機的刀具依次移動到各加工基準點;
檢測步驟:利用點鐳射檢測裝置依次投射到待加工產品的各加工基準點上,得到各加工基準點的實際座標;
擬合步驟:根據上述得到的加工基準點的實際座標擬合得到基準平面,並獲取得到該基準平面的中心點和法向量;
旋轉步驟:根據上述得到的基準平面與加工機預設的法平面之間的角度差,將加工程式中的加工路徑的所有加工點的座標旋轉到該基準平面,以得到加工路徑中所有加工點的新座標;
補償步驟:根據加工路徑中所有加工點的新座標,控制加工機依次移動到各加工點,透過點鐳射檢測裝置得到各加工點的實際Z座標值,並透過斷差歸零得到各加工點的Z軸補償值,以及將各加工點的Z軸補償值傳輸給加工機。 - 如申請專利範圍第4項所述之加工機機內斷差補償方法,所述的點鐳射檢測裝置包括保護盒、點鐳射發射器以及電荷耦合裝置CCD接收器,其中所述的保護盒的下端是能夠打開與關閉的防塵蓋,該防塵蓋在測量時打開;所述的點鐳射發射器與加工刀具同軸,該點鐳射發射器發射雷射光束投射到待加工產品上再反射到CCD接收器接收,透過三角定位計算出該投射點的Z座標值。
- 如申請專利範圍第5項所述之加工機機內斷差補償方法,所述的點鐳射檢測裝置於待加工產品上的投射點的Z座標值大於加工刀具最底端的Z座標值,且與加工主軸的軸線有交點。
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