TWI673620B - 利用動態位置誤差模擬切削方法 - Google Patents

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Abstract

一種利用動態位置誤差模擬切削方法，適於連接工具機之控制器，包括以下步驟：利用加工程式碼產生切削模面；計算在切削模面中各網格點之法向量；依據各位置命令與相對應之位置回授，求得在切削模面之三軸動態誤差量；計算三軸動態誤差量在切削模面之法向量之分量，以獲得各網格點之法向量誤差值；以及將法向量誤差值在相對應之網格點之過切資訊顯示於切削模面上。

Description

利用動態位置誤差模擬切削方法
本發明是有關於一種模擬切削方法，特別是一種利用動態位置誤差之模擬切削方法。
在模擬加工切削中，欲預估誤差在模面上的影響，習用技術通常使用CAD、CAM軟體，如NX、CATIA、VERICUT等。一般在利用CAD、CAM軟體之模擬加工切削之作法上，使用輸入至工具機的加工程式碼，讓刀具沿加工程式碼之加工路徑，消除工件與刀具交集體積來做材料移除，以達到模擬加工切削的目的。
由上述可知，CAD、CAM軟體僅使用加工程式碼去作概略性的模擬加工切削結果，換言之，習用技術係以輸入至工具機的加工程式碼，並依據加工程式碼之加工路徑做體積消除的運算，作為切削模擬結果，其僅能模擬刀具是否與工具機干涉，或是模擬切削模面上的殘料高度，並不包含控制、插補、工具機結構等導致之動態誤差的模擬結果。因此，習用技術利用CAD、CAM軟體之切削模擬之作法，無法反應真實的動態誤差對模面造成缺陷的情況，且體積消除的運算將會使得計算時間過長。
本發明提供一種利用動態位置誤差模擬切削方法，利用三軸動態誤差量投影於切削模面上之法向量的誤差表示方式，來模擬過切量，除了能反應真實的動態誤差所造成切削模面缺陷之情況以外，並能降低模擬切削之時間。
本發明之一實施例提出一種利用動態位置誤差模擬切削方法，適於連接一工具機之控制器，此方法包括以下步驟：利用一加工程式碼產生一切削模面，其中切削模面具有複數個網格點，加工程式碼具有一位置命令；計算在切削模面中各網格點之一法向量；由一工具機之控制器所回授之各網格點之一位置回授，依據各位置命令與相對應之位置回授，求得在切削模面之一三軸動態誤差量；計算各三軸動態誤差量在法向量之分量，以獲得各網格點之一法向量誤差值；以及將法向量誤差值在相對應之網格點之一過切資訊顯示於切削模面上。
本發明之一實施例另提出一種利用動態位置誤差模擬切削方法，適於連接一工具機，該工具機再連接一機電分析模組，此方法包括以下步驟：利用一加工程式碼產生一切削模面，其中切削模面具有複數個網格點，加工程式碼具有一位置命令；計算在切削模面中各網格點之一法向量；由一機電分析模組所回授之各網格點之一位置回授，依據各位置命令與相對應之位置回授，求得在切削模面之一三軸動態誤差量；計算各三軸動態誤差量在法向量之分量，以獲得各網格點之一法向量誤差值；以及將法向量誤差值在相對應之網格點之一過切資訊顯示於切削模面上。
基於上述，在本發明之利用動態位置誤差模擬切削方法中，由於工件之切削模面缺陷與垂直切削模面之法向量的誤差量關係最大，其誤差值越大，切削模面發生越明顯之過切現象，故可利用三軸動態誤差量投影於切削模面上之法向量的誤差表示方式，來模擬過切量，此方式估算誤差與切削結果比對之預估精度高、預估位置準確，更能反映工具機結構所導致之誤差，並容易觀察切削模面之誤差量，能在切削前得知加工路徑可能出現的缺陷並在切削後協助觀察切削紋路。
再者，本發明之利用動態位置誤差模擬切削方法可免去以刀具與工件立體幾何體積交集之複雜運算，將三軸動態誤差量內積於切削模面上之法向量計算法向量誤差值，藉此提升模擬速度。
另外，本發明可在同一加工法上找尋何處的誤差量較大，便於分析發生原因，並進行改善。
此外，本發明更能藉由不同加工法的誤差量，以利比較不同加工法之間加工路徑的優劣，或是加工參數對於切削結果的影響，更有助於判斷何種加工法適合哪種產品。
為讓本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此限制本發明的保護範圍。需說明的是，為了說明上的便利和明確，圖式中各元件的厚度或尺寸，係以誇張或省略或概略的方式表示，且各元件的尺寸並未完全為其實際的尺寸。
圖1為本發明之利用動態位置誤差模擬切削方法一實施例的流程圖。請參閱圖1，本實施例之利用動態位置誤差模擬切削方法S10可透過硬體(例如處理器、電腦、主機)、軟體(例如處理器執行之程式指令)或其組合來實施，換言之，本發明可為一軟體程式，能透過處理器或電腦等硬體來連接工具機之控制器，並將硬體中的處理器執行之程式指令(即本發明之利用動態位置誤差模擬切削方法)對工具機進行模擬加工切削。本實施例之利用動態位置誤差模擬切削方法S10包括步驟S11至步驟S15。首先，進行步驟S11，利用一加工程式碼產生一切削模面，換言之，利用加工程式碼之三維座標資料，繪製一近似實際工件的模型。需說明的是，在此所用「加工程式碼」之詞彙，係指數值控制碼(Numerical Control code，NC code)，其用來控制工具機的加工步驟，刀具沿加工程式碼之加工路徑以對工件進行預定尺寸之加工，進而產生所需尺寸的工件。
詳細而言，圖2A為本發明之加工程式碼一實施例的示意圖。圖2B為圖2A之加工程式碼內單節節點資料的示意圖。如圖2A與圖2B所示，加工程式碼由許多單節節點P所組成，加工程式碼的單節節點之資料包含複數個程式行號、一加工指令以及一位置命令(position command)，需說明的是，在此所用「位置命令」之詞彙，係指加工路徑的工具機三軸之三維座標資料，即X座標值、Y座標值與Z座標值。舉例而言，如圖2B中圈起處的X39.48967代表X座標值為39.48967；Y-40.73029代表Y座標值為-40.73029；Z-6.81824代表Z座標值為-6.81824。此外，圖2A之加工程式碼的表示與圖2B之單節節點之資料的數字僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此限制本發明的保護範圍。
於上述利用加工程式碼產生切削模面之步驟S11中，包括以下步驟。首先，讀取加工程式碼之位置指令的X座標值、Y座標值與Z座標值。接著，如圖3A與圖3B所示，圖3A為本發明之二維網格一實施例的示意圖。圖3B為本發明之對二維網格進行插補一實施例的示意圖。於X軸與Y軸形成之二維平面上，利用加工程式碼之位置指令的X座標的範圍與Y座標的範圍製作二維網格G。在此所述二維網格G與加工程式碼之間的關係如下：將加工程式碼之全部單節節點，每個單節節點之X座標與Y座標均包含在二維網格G的X座標的範圍與Y座標的範圍中。舉例而言，如圖3A及圖3B圖所示，圖3B的座標點Z1、Z2係為加工程式碼中單節節點之X座標及Y座標包含在圖3A之二維網格G的X座標之範圍與Y座標之範圍中，其中網格點P00代表網格編號(0,0)，網格點P01代表網格編號(0,1)，換言之，本發明在取得加工程式碼後，可以得知全部單節節點的分布，進一步可得知二維網格G的X座標的範圍及Y座標的範圍。此外，網格尺寸D(graph unit)可等同加工程式碼的單節長度，換言之，網格點P00與網格點P01之間的長度等於兩個相鄰單節節點P之間的單節長度。
接著，參考加工程式碼之位置指令的X座標與Y座標，對二維網格G進行位置指令的Z座標做插補，以構成一切削模面，其中切削模面具有複數個網格點。如圖3B所示，加工程式碼之位置指令的Z座標值，在二維網格G之Z軸上具有如Z座標之座標點Z1、Z2，座標點Z1沿Z軸方向上之一垂直線L1並未對應到網格點P00或網格點P10，座標點Z2沿Z軸方向上之一垂直線L1並未對應到網格點P10或網格點P20，換言之，加工程式碼之位置指令的Z座標值無法對應到二維網格G之網格點P00、網格點P10、網格點P20或其他網格點。因此，將每個加工程式碼之位置指令的Z座標值之座標點於X軸與Y軸之方向上進行插補以獲得網格點上的Z座標值ZP，使得網格點可對應至加工程式碼之位置指令的X座標值、Y座標值與Z座標值，以形成一三維網格。
本實施例之插補例如為一線性插補，舉例而言，參考加工程式碼之位置指令的X座標與Y座標，將相鄰兩個Z座標值之座標點Z1、Z2的數值取平均值得到Z座標值ZP，其中Z座標值ZP沿Z軸方向上之一垂直線L2對應到網格點P10，即Z座標值ZP可對應到網格點P10之Z座標值。舉例而言，如圖4A至圖4C所示，其中圖4C為切削模面網格Z座標一實施例的示意圖。以網格編號(5,5)為例，X座標值為-39.0903，Y座標值為-40.3298，Z座標值經由前述插補後為-3.5682，形成一三維網格。請復參閱圖3B，經由前述插補後，將沿著Z軸方向之每個Z座標值ZP連接成一曲面線L3，同理，亦將沿著Z軸方向之每個Z座標值ZP連接成一曲面線，最後這些曲面線構成一切削模面F1，如圖5所示，圖5為本發明之切削模面一實施例的示意圖。因此，透過本實施例利用加工程式碼，來產生切削模面F1，以繪製近似實際工件的模型，可便於後續步驟計算切削模面之法向量或者顯示模擬結果。
在本實施例中，在利用加工程式碼產生切削模面之步驟S11後，接著進行步驟S12，計算在切削模面中各網格點之一法向量，其中步驟S12包括以下步驟。首先，於各網格點找尋至少兩向量，其中兩向量分別通過對應之網格點。接著，將兩向量外積以獲得各網格點之法向量。舉例而言，如圖6A與圖6B所示，圖6A為本發明在二維網格找尋鄰近位置點的示意圖。圖6B為本發明一網格點之法向量的示意圖。欲計算網格點P22的法向量，先在網格點P22鄰近的位置點，例如網格點P22周圍四個位置點的座標，即網格點P12、P21、P32、P23。接著，沿著Y軸，將網格點P21與網格點P23連接起來形成一第一法向量U；沿著X軸，將網格點P12與網格點P32連接起來形成一第二法向量V，其中第一法向量U與第二法向量V均分別通過對應之網格點P22。接著，將第一法向量U與第二法向量V外積以得到一法向量N。需說明的是，為了便於說明，圖6A與圖6B係在二維網格G上舉例說明，然透過前述步驟S11，每一個網格點上可對應至加工程式碼之位置指令的X座標值、Y座標值與Z座標值，形成一三維網格，三維網格上的網格點亦可依據同樣做法去找出某一網格點上的法向量。在一具體實施例中，如圖7A至圖7C所示，圖7A為網格點之法向量X方向分量一實施例的示意圖。圖7B為網格點之法向量Y方向分量的示意圖。圖7C為網格點之法向量Z方向分量的示意圖。透過本實施例計算在切削模面中各網格點之一法向量之步驟S12後，以網格編號(5,5)為例，法向量X方向分量為0，法向量Y方向分量為近似0，而法向量Z方向分量為1。
在本實施例中，計算在切削模面中各網格點之法向量之步驟S12後，接著進行步驟S13，由一工具機之控制器所回授之各網格點之一位置回授。在本實施例中，工具機之控制器連接一光學尺(linear scale)，光學尺係為一線性編碼器，其主要是通過光感應，來測量刀具運行的移動距離，並將此距離值傳輸到工具機之控制器，來進行監測分析與顯示。基於前述光學尺的設置，可將工具機之控制器輸入加工程式碼，於加工過程中，工具機之控制器中的光學尺能回授各網格點之一位置回授。需說明的是，在此所用「位置回授」之詞彙，係指工具機之控制器中的光學尺回傳工具機三軸之真實位置的三維座標資料，即X座標值、Y座標值與Z座標值。接著，依據各位置命令與相對應之位置回授，求得在切削模面之一三軸動態誤差量。換言之，透過實際加工中光學尺回授實際工具機三軸之三維座標資料，可比對出與輸入至工具機之控制器的加工程式碼之位置命令的三維座標資料的輸出位置之誤差量，即X座標值、Y座標值與Z座標值之三軸動態誤差量。舉例而言，圖8為本發明之位置回授與三軸動態誤差量一實施例的示意圖。由圖8可知，每隔一時間，工具機之控制器中的光學尺能回授各網格點之一位置回授PB，工具機之控制器依據位置命令與相對應之位置回授，可以知道切削模面之一三軸動態誤差量EB，其中ERR X代表X座標值之動態誤差量，ERR Y代表Y座標值之動態誤差量，ERR Z代表Z座標值之動態誤差量。
在本實施例中，在步驟S13求得在切削模面之三軸動態誤差量後，接著進行步驟S14，計算各三軸動態誤差量在法向量之分量，以獲得各網格點之一法向量誤差值。如圖9所示，圖9為本發明計算三軸動態誤差量在法向量之分量的示意圖，步驟S13之切削模面之三軸動態誤差量，即X座標值之動態誤差量ERR X、Y座標值之動態誤差量ERR Y與Z座標值之動態誤差量ERR Z；步驟S12之切削模面中各網格點之法向量N，將三軸動態誤差量(X座標值之動態誤差量ERR X、Y座標值之動態誤差量ERR Y與Z座標值之動態誤差量ERR Z)與切削模面F1中各網格點之法向量N內積，可得到加工路徑於切削模面之法向量N上的誤差量，即為過切量。換言之，由於工件之切削模面缺陷與垂直切削模面之法向量的誤差量關係最大，其誤差值越大，切削模面發生越明顯之過切現象，本實施例利用三軸動態誤差量投影於切削模面上之法向量的誤差表示方式，來模擬過切量，更能反映工具機結構所導致之誤差，並容易觀察切削模面之誤差量。
在一實施例中，由於工具機之控制器輸出之三軸動態誤差量的資料點一般會比切削模面之網格點來的密集，換言之，工具機之控制器讀取並輸出的三軸動態誤差量的資料點多，而切削模面之網格點能顯示的資料點少，因此，於前述將三軸動態誤差量(X座標值之動態誤差量ERR X、Y座標值之動態誤差量ERR Y與Z座標值之動態誤差量ERR Z)與切削模面F1中各網格點之法向量N內積的步驟中，更包括以下步驟：於各網格點一取樣區間內對應的各三軸動態誤差量中，尋找最大的法向量誤差值，藉此避免漏掉三軸動態誤差量的資料點，並可在一取樣區間內找到能反應並代表該網格點之法向量誤差值，即過切量。 舉例而言，如圖10所示，圖10為本發明之網格點與三軸動態誤差量取樣一實施例的示意圖。圖10之上方表示切削模面之網格點，其具有一第一網格點P1、一第二網格點P2以及一第三網格點P3，且第一網格點P1與第二網格點P2之間具有一網格尺寸D，第二網格點P2與第三網格點P3之間具有一網格尺寸D。圖10之下方表示工具機之控制器輸出之三軸動態誤差量的資料點，其具有複數個三軸動態誤差量的資料點C1~C9。由圖10可看出，第一網格點P1可對應至三軸動態誤差量的資料點C1，第二網格點P2可對應至三軸動態誤差量的資料點C5，第三網格點P3可對應至三軸動態誤差量的資料點C9，而資料點C2、資料點C3與資料點C4位於第一網格點P1與第二網格點P2之間，資料點C6、資料點C7與資料點C8位於第二網格點P2與第三網格點P3之間。以第二網格點P2為例，以第二網格點P2為中心，1/2之網格尺寸D為取樣範圍，形成如圖10之取樣區間RD，該取樣區間RD包含三軸動態誤差量的資料點C3、資料點C4、資料點C5、資料點C6及資料點C7，並將三軸動態誤差量的資料點C3、資料點C4、資料點C5、資料點C6及資料點C7分別與第二網格點P2之法向量內積，接著將這些內積後的值比對取最大值作為代表第二網格點P2之法向量誤差值。如圖11所示，圖11為網格點之法向量誤差值一實施例的示意圖。以網格編號(5,5)為例，法向量誤差值為2.2204e-15。
在本實施例中，在步驟S14求得在切削模面中各網格點之法向量誤差值後，接著進行步驟S15，將法向量誤差值在相對應之網格點之一過切資訊顯示於切削模面。如圖12A與圖12B所示，圖12A為法向量誤差值顯示於切削模面一實施例的示意圖。圖12B為對應圖12A之法向量誤差值的數值表示的示意圖。需說明的是，為了便於說明，圖12A的切削模面擷取Y軸方向一部分作為代表。在本實施例中，將前述步驟S14之切削模面中各網格點之法向量誤差值的數值大小，依據圖12B之法向量誤差值之數值大小的區間作為分類，例如第一區間R1的法向量誤差值之數值大於第二區間R3的法向量誤差值之數值與第三區間R3的法向量誤差值之數值，且第二區間R3的法向量誤差值之數值大於第三區間R3的法向量誤差值之數值。於圖12A中，例如可依據圖12B之數值大小之區間的分類以不同顏色或不同暗淡等各種表示情境，顯示在圖12A之切削模面上。舉例而言，圖12A之切削模面上的複數個模面區間B1~B5的法向量誤差值之數值對應至圖12B之第一區間R1的法向量誤差值之數值，該數值例如為大於10，即模面區間B1~B5之法向量誤差值之數值大於10，正誤差量大代表切削紋路較淺，即切削不足；另一方面，圖12A之切削模面上的複數個模面區間Q1~Q5的法向量誤差值之數值對應至圖12B之第一區間R3的法向量誤差值之數值，該數值例如為小於-10，即模面區間Q1~Q5之法向量誤差值之數值小於-10，負誤差量大代表切削紋路較深，代表此時切削過量，即所謂的過切，換言之，透過本實施例可將過切資訊顯示於切削模面，更能在切削前得知加工路徑可能出現的缺陷並在切削後協助觀察切削紋路。
圖13為本發明之利用動態位置誤差模擬切削方法另一實施例的流程圖。請參閱圖13。需說明的是，圖13的利用動態位置誤差模擬切削方法S20與圖1的利用動態位置誤差模擬切削方法S10相似，其中相同的步驟以相同的標號表示且具有相同的功能而不再重複說明，以下僅說明差異處。圖13的利用動態位置誤差模擬切削方法S20與圖1的利用動態位置誤差模擬切削方法S10的差異在於：計算在切削模面中各網格點之法向量之步驟S12後，接著進行步驟S23，由一機電分析模組所回授之各網格點之一位置回授，依據各位置命令與相對應之位置回授，求得在切削模面中各該網格點之一三軸動態誤差量。
在本實施例中，工具機之控制器連接一機電分析模組，機電分析模組係可依據工具機上的載台、馬達、螺桿、軸承等構件，於加工時這些構件之運動關係而具有一運動方程式，利用該運動方程式建立一工具機伺服控制模型，工具機伺服控制模型一般由電流迴路、速度迴路、位置迴路三層組成，其中位置迴路包含電流迴路與速度迴路，而速度迴路包含電流迴路。基於前述機電分析模組的設置，機電分析模組接收工具機之控制器輸入加工程式碼之位置命令與一工具機誤差，工具機誤差如刀尖點位置誤差、螺桿變形量，其中刀尖點位置誤差可由頻率響應(Frequency Response Function，FRF)實驗取得。工具機之控制器中機電分析模組依據工具機伺服控制模型能回授各網格點之一位置回授需說明的是，在此所用「位置回授」之詞彙，係指工具機之控制器中的機電分析模組回傳工具機三軸之模擬真實位置的三維座標資料，機電分析模組接收位置命令與工具機誤差，依據工具機伺服控制模型之電流迴路、速度迴路、位置迴路之求解迴路模型，模擬計算求得位置回授。接著，依據各位置命令與相對應之位置回授，求得在切削模面中各網格點之一三軸動態誤差量。
綜上所述，在本發明之利用動態位置誤差模擬切削方法中，由於工件之切削模面缺陷與垂直切削模面之法向量的誤差量關係最大，其誤差值越大，切削模面發生越明顯之過切現象，故可利用三軸動態誤差量投影於切削模面上之法向量的誤差表示方式，來模擬過切量，此方式估算誤差與切削結果比對之預估精度高、預估位置準確，能反映工具機結構所導致之誤差，並容易觀察切削模面之誤差量，更能在切削前得知加工路徑可能出現的缺陷並在切削後協助觀察切削紋路。
再者，本發明之利用動態位置誤差模擬切削方法可免去以刀具與工件立體幾何體積交集之複雜運算，將三軸動態誤差量內積於切削模面上之法向量計算法向量誤差值，藉此提升模擬速度。
另外，本發明可在同一加工法上找尋何處的誤差量較大，便於分析發生原因，並進行改善。
此外，本發明更能藉由不同加工法的誤差量，以利比較不同加工法之間加工路徑的優劣，或是加工參數對於切削結果的影響，更有助於判斷何種加工法適合哪種產品。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
B1~B5‧‧‧模面區間
C1~C9‧‧‧資料點
D‧‧‧網格尺寸
EB‧‧‧三軸動態誤差量
ERR X‧‧‧X座標值之動態誤差量
ERR Y‧‧‧Y座標值之動態誤差量
ERR Z‧‧‧Z座標值之動態誤差量
F1‧‧‧切削模面
G‧‧‧二維網格
L1、L2‧‧‧垂直線
L3‧‧‧曲面線
P‧‧‧單節節點
P1‧‧‧第一網格點
P2‧‧‧第二網格點
P3‧‧‧第三網格點
P00、P01‧‧‧網格點
P10、P20‧‧‧網格點
P21、P22、P23‧‧‧網格點
P12、P32‧‧‧網格點
R1‧‧‧第一區間
R2‧‧‧第二區間
R3‧‧‧第三區間
PB‧‧‧位置回授
RD‧‧‧取樣區間
U‧‧‧第一法向量
V‧‧‧第二法向量
N‧‧‧法向量
Q1~Q5‧‧‧模面區間
Z1、Z2‧‧‧座標點
ZP‧‧‧Z座標值
S10、S20‧‧‧利用動態位置誤差模擬切削方法
S11~S15‧‧‧步驟
S23‧‧‧步驟
圖1為本發明之利用動態位置誤差模擬切削方法一實施例的流程圖。 圖2A為本發明之加工程式碼一實施例的示意圖。 圖2B為圖2A之加工程式碼內單節節點資料的示意圖。 圖3A為本發明之二維網格一實施例的示意圖。 圖3B為本發明之對二維網格進行插補一實施例的示意圖。 圖4A為切削模面網格X座標一實施例的示意圖。 圖4B為切削模面網格Y座標一實施例的示意圖。 圖4C為切削模面網格Z座標一實施例的示意圖。 圖5為本發明之切削模面一實施例的示意圖。 圖6A為本發明在二維網格找尋鄰近位置點的示意圖。 圖6B為本發明一網格點之法向量的示意圖。 圖7A為網格點之法向量X方向分量一實施例的示意圖。 圖7B為網格點之法向量Y方向分量的示意圖。 圖7C為網格點之法向量Z方向分量的示意圖。 圖8為本發明之位置回授與三軸動態誤差量一實施例的示意圖。 圖9為本發明計算三軸動態誤差量在法向量之分量的示意圖。 圖10為本發明之網格點與三軸動態誤差量取樣一實施例的示意圖。 圖11為網格點之法向量誤差值一實施例的示意圖。 圖12A為法向量誤差值顯示於切削模面一實施例的示意圖。 圖12B為對應圖12A之法向量誤差值的數值表示的示意圖。 圖13為本發明之利用動態位置誤差模擬切削方法另一實施例的流程圖。

Claims (11)

  1. 一種利用動態位置誤差模擬切削方法，適於連接一工具機之控制器，該利用動態位置誤差模擬切削方法包括以下步驟： 利用一加工程式碼產生一切削模面，其中該切削模面具有複數個網格點，該加工程式碼具有一位置命令； 計算在該切削模面中各該網格點之一法向量； 由該工具機之控制器回授之各該網格點之一位置回授，依據各該位置命令與相對應之該位置回授，求得在該切削模面之一三軸動態誤差量； 計算各該三軸動態誤差量在該法向量之分量，以獲得各該網格點之一法向量誤差值；以及 將該法向量誤差值在相對應之該網格點之一過切資訊顯示於該切削模面上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之利用動態位置誤差模擬切削方法，其中所述利用該加工程式碼產生該切削模面的步驟，包括以下步驟： 利用該加工程式碼之該位置指令的X座標的範圍與Y座標的範圍製作一二維網格；以及 參考該加工程式碼之該位置指令的該X座標與該Y座標，對該二維網格進行該位置指令的Z座標做插補，以構成該切削模面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之利用動態位置誤差模擬切削方法，其中所述計算在該切削模面中各該網格點之該法向量的步驟，包括以下步驟： 於各該網格點找尋至少兩向量，其中該至少兩向量分別通過對應之該網格點；以及 將該至少兩向量外積以獲得各該網格點之該法向量。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之利用動態位置誤差模擬切削方法，其中所述計算各該三軸動態誤差量在該法向量之分量的步驟，包括以下步驟： 將該三軸動態誤差量與該切削模面中各該網格點之該法向量內積。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之利用動態位置誤差模擬切削方法，其中所述將該三軸動態誤差量與該切削模面中各該網格點之該法向量內積的步驟，包括以下步驟： 於各該網格點一取樣區間內對應的各該三軸動態誤差量中，尋找最大的該法向量誤差值。
  6. 一種利用動態位置誤差模擬切削方法，適於連接一工具機，該工具機再連接一機電分析模組，該利用動態位置誤差模擬切削方法包括以下步驟： 利用一加工程式碼產生一切削模面，其中該切削模面具有複數個網格點，該加工程式碼具有一位置命令； 計算在該切削模面中各該網格點之一法向量； 由該機電分析模組所回授之各該網格點之一位置回授，依據各該位置命令與相對應之該位置回授，求得在該切削模面之一三軸動態誤差量； 計算各該三軸動態誤差量在該法向量之分量，以獲得各該網格點之一法向量誤差值；以及 將該法向量誤差值在相對應之該網格點之一過切資訊顯示於該切削模面上。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之利用動態位置誤差模擬切削方法，其中所述利用該加工程式碼產生該切削模面的步驟，包括以下步驟： 利用該加工程式碼之該位置指令的X座標的範圍與Y座標的範圍製作一二維網格；以及 參考該加工程式碼之該位置指令的該X座標與該Y座標，對該二維網格進行該位置指令的Z座標做插補，以構成該切削模面。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之利用動態位置誤差模擬切削方法，其中所述計算在該切削模面中各該網格點之該法向量的步驟，包括以下步驟： 於各該網格點找尋至少兩向量，其中該至少兩向量分別通過對應之該網格點；以及 將該至少兩向量外積以獲得各該網格點之該法向量。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之利用動態位置誤差模擬切削方法，其中所述計算各該三軸動態誤差量在該法向量之分量的步驟，包括以下步驟： 將該三軸動態誤差量與該切削模面中各該網格點之該法向量內積。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之利用動態位置誤差模擬切削方法，其中所述將該三軸動態誤差量與該切削模面中各該網格點之該法向量內積的步驟，包括以下步驟： 於各該網格點一取樣區間內對應的各該三軸動態誤差量中，尋找最大的該法向量誤差值。
  11. 如申請專利範圍第6項所述之利用動態位置誤差模擬切削方法，其中所述由該機電分析模組所回授之各該網格點之一位置回授的步驟，包括以下步驟： 建立一工具機伺服控制模型，其中該工具機伺服控制模型包含一電流迴路、一速度迴路與一位置迴路；以及 該機電分析模組依據該加工程式碼之該位置命令與一工具機誤差，以獲得各該網格點之該位置回授，其中工具機誤差包含刀尖點位置誤差或螺桿變形量。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI760675B (zh) * 2020-01-06 2022-04-11 財團法人工業技術研究院 加工路徑缺陷檢測方法

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6956138B2 (ja) * 2019-04-25 2021-10-27 ファナック株式会社 波形表示装置、及び波形表示方法
JP7473321B2 (ja) * 2019-10-31 2024-04-23 ファナック株式会社 シミュレーション装置、数値制御装置、及びシミュレーション方法
JP2021105825A (ja) * 2019-12-26 2021-07-26 ファナック株式会社 シミュレーション装置、数値制御装置、及びシミュレーション方法
CN112733296A (zh) * 2021-01-12 2021-04-30 天津大学 基于grnn的混联机器人铣削加工误差预测及补偿方法
CN113626953B (zh) * 2021-08-17 2023-12-22 哈尔滨理工大学 高能效铣削加工误差动态分布特性识别方法
TWI808695B (zh) * 2022-03-24 2023-07-11 國立中正大學 銑削加工即時監測系統

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200402524A (en) * 2002-04-30 2004-02-16 Jfe Steel Corp Measuring method and device for bead cut shape of electric resistance welded tube
US7177734B2 (en) * 2002-12-30 2007-02-13 Marine Cybernetics As System and method for testing a control system of a marine vessel

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5710709A (en) 1993-08-19 1998-01-20 Iowa State University Research Foundation, Inc. NC milling simulation and dimensional verification via dexel representation
DE10144932B4 (de) 2001-09-12 2014-07-31 Siemens Aktiengesellschaft Visualisierung von Werkstücken bei der Simulation von Fräsprozessen
DE10157964B4 (de) * 2001-11-26 2011-06-22 Siemens AG, 80333 Verfahren zur Optimierung einer Oberflächengüte eines zu fertigenden Werkstücks anhand von CNC-Programmdaten
WO2003088085A1 (en) * 2002-04-04 2003-10-23 Arizona Board Of Regents Three-dimensional digital library system
US7024272B2 (en) 2002-04-26 2006-04-04 Delphi Technologies, Inc. Virtual design, inspect and grind optimization process
US7023433B2 (en) * 2002-10-14 2006-04-04 Chung Yuan Christian University Computer-implemented method for constructing and manipulating a three-dimensional model of an object volume, and voxels used therein
US7321364B2 (en) * 2003-05-19 2008-01-22 Raytheon Company Automated translation of high order complex geometry from a CAD model into a surface based combinatorial geometry format
GB2452091B (en) * 2007-08-24 2013-01-02 Zeeko Ltd Computer controlled work tool apparatus and method
TW200925812A (en) 2007-12-14 2009-06-16 Nat Univ Tsing Hua Method of planning path for curved surface cutting process based on global optimization
US8010328B2 (en) 2009-05-19 2011-08-30 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. Method for simulating numerically controlled milling using adaptively sampled distance fields
US20120221300A1 (en) * 2009-10-06 2012-08-30 Pécsi Tudományegyetem Method, computer system and computer program product for machining simulation and for visually presenting such simulation
US8483858B2 (en) * 2010-03-31 2013-07-09 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. System and method for optimizing machining simulation
TWI414376B (zh) * 2011-04-14 2013-11-11 Nat Univ Tsing Hua 一種五軸曲面側銑加工系統及其刀具路徑規劃方法
EP2590143B1 (en) 2011-11-03 2018-10-24 Dassault Systèmes Simulation of the machining of a workpiece
US8724881B2 (en) * 2011-11-09 2014-05-13 Siemens Aktiengesellschaft Method and system for precise segmentation of the left atrium in C-arm computed tomography volumes
CN102566500B (zh) 2011-11-24 2013-09-18 山东理工大学 基于直线段逼近节点的数控***轮廓误差控制方法
CN102699761B (zh) * 2012-06-27 2014-09-03 电子科技大学 基于“s”形检测试件的五轴数控机床的误差辨识方法
CN104166373A (zh) * 2014-08-06 2014-11-26 上海理工大学 数控机床加工误差在线检测方法及***
CN104615083B (zh) 2015-01-23 2017-05-03 大连理工大学 基于刀位点修改的曲面刀轨轮廓误差补偿方法
CN104898564B (zh) 2015-05-04 2017-06-23 大连理工大学 一种降低三轴联动轮廓误差的方法
FR3035990A1 (fr) * 2015-05-07 2016-11-11 Inst Mines Telecom Procede de simplification de modele de geometrie
US11504853B2 (en) * 2017-11-16 2022-11-22 General Electric Company Robotic system architecture and control processes

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200402524A (en) * 2002-04-30 2004-02-16 Jfe Steel Corp Measuring method and device for bead cut shape of electric resistance welded tube
US7177734B2 (en) * 2002-12-30 2007-02-13 Marine Cybernetics As System and method for testing a control system of a marine vessel

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI760675B (zh) * 2020-01-06 2022-04-11 財團法人工業技術研究院 加工路徑缺陷檢測方法

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