CN102581686B - 碰撞保护方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

一种碰撞保护方法及其装置，该碰撞保护方法，对加工机台进行碰撞保护装置，其中包括下列步骤。首先响应于操作事件提供控制指令。接着响应于控制指令提供对应至保护目标组件的保护信息。然后找出保护目标组件的基础包络体。接着根据多阶层保护参数将基础包络体划分为多个子保护区块，并移除其中未与该保护目标组件相连的子保护区块，以定义出多阶层碰撞保护区间。然后判断多阶层保护区间是否与操作相关物件发生接触事件，以判断该保护目标组件是否发生碰撞事件；若是，提供控制信号来对加工机台的加工操作进行控制。

Description

碰撞保护方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种碰撞保护装置及方法，且特别涉及一种可提供多阶层碰撞保护区间的碰撞保护装置及方法。
背景技术
在科技发展日新月异的现今时代中，电子、感测器、无线通信、网络和软件技术快速发展，各种新式工具机台被开发出来，以增进相关产业的生产效率。举例来说，智能化工具机技术已被实做出来，诸多国际大厂纷纷将智能化技术实现在诸如多轴综合加工机、车铣复合加工机等工具机台产品上。一般来说，多轴系统多为高阶工具机，而其所加工的工件亦是高单价的产品，诸如航天、汽车零组件、或是高附加价值的3C产品。
在现有技术中，多轴加工系统产品曲面的复杂程度皆远高于三轴加工机，而工件损坏或刀具断裂时常为多轴工具机系统中频繁发生的问题。据此，如何针对多轴加工系统设计出可有效地对其中机构件进行碰撞保护的方法，为业界不断致力的方向之一。
发明内容
本发明涉及一种碰撞保护装置及方法，相较于传统碰撞保护装置，本发明相关的碰撞保护装置及方法具有可有效地针对加工系统中的保护目标组件提供多阶层碰撞保护区间的优点。
根据本发明的第一方面，提出一种碰撞保护装置，对加工机台进行碰撞保护操作，碰撞保护装置包括参数数据库模块及控制模块。参数数据库模块响应于控制指令提供对应至加工机台的保护目标组件的保护信息。控制模块响应于操作事件提供控制指令，控制模块用以对保护目标组件进行包络体运算操作，以找出基础包络体。控制模块还根据多阶层保护参数将基础包络体划分为多个子保护区块，并移除其中未与保护目标组件相连的子保护区块，以定义出多阶层碰撞保护区间。控制模块判断多阶层保护区间是否与操作相关物件发生接触事件，以判断保护目标组件是否发生碰撞，并于检测到接触事件时提供控制信号来对加工机台的加工操作进行控制。
根据本发明的第一方面，提出一种碰撞保护方法，对加工机台进行碰撞保护操作，碰撞保护方法包括下列步骤。首先响应于操作事件提供控制指令。接着响应于控制指令提供对应至加工机台的保护目标组件的保护信息。然后对保护目标组件进行包络体运算操作，以找出基础包络体。接着根据多阶层保护参数将基础包络体划分为多个子保护区块，并移除其中未与该保护目标组件相连的子保护区块，以定义出多阶层碰撞保护区间。然后判断多阶层保护区间是否与操作相关物件发生接触事件，以判断该保护目标组件是否发生碰撞事件；若是，提供控制信号来对加工机台的加工操作进行控制。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：
附图说明
图1，其绘示依照本发明实施例的碰撞保护装置的方块图。
图2绘示乃基础包络体Eb与图1的保护目标组件20的三维示意图。
图3绘示多阶层碰撞保护区间Eh的三维示意图。
图4绘示依照本发明实施例的碰撞保护方法的流程图。
图5绘示乃基础包络体Eb′与图1的保护目标组件20的三维示意图。
图6绘示乃基础包络体Eb″与图1的保护目标组件20的三维示意图。
图7绘示依照本发明实施例的碰撞保护装置的另一方块图。
【主要元件符号说明】
1、1′：碰撞保护装置
2、2′：加工机台
10、10′：使用者输入接口模块
12、12′：使用者输出接口模块
14、14′：参数数据库模块
16、16′：通信接口模块
18、18′：控制模块
20、20′：保护目标组件
22、22′：驱动模块
Eb、Eb′、Eb″：包络体
Eh：多阶层碰撞保护区间
Ms：目前机械坐标、运动轴进给速度等运动信息
Ev、Ev′：操作事件
Cm：控制指令
Ps：保护信息
Sc：控制信号
具体实施方式
本实施例的碰撞保护装置及方法针对加工机台中欲进行碰撞保护的保护目标组件提供多阶层碰撞保护区间。
请参照图1，其绘示依照本发明实施例的碰撞保护装置的方块图。碰撞保护装置1用以针对加工机台2提供碰撞保护服务，以对加工机台2中的保护目标组件20进行碰撞保护操作。举例来说加工机台2可为多轴综合加工机，而保护目标组件20可为其中的刀具、主轴或相关的机构件。
碰撞保护装置1包括使用者输入接口模块10、使用者输出接口模块12、参数数据库模块14、通信接口模块16及控制模块18。
使用者输入及输出接口模块10及12用以提供使用者操作接口，藉此使用者可经由此使用者操作接口与碰撞保护装置1进行互动，以对应地执行相关的控制操作。使用者输入接口模块10响应于使用者的控制操作触发操作事件Ev，控制模块18响应于操作事件Ev产生控制指令Cm。举例来说，使用者输入接口模块10包括键盘、触控面板、轨迹球等使用者输入接口装置；使用者输出接口模块12包括图像绘图阵列电路与显示器、喇叭等使用者输出接口装置。
参数数据库模块14响应于控制指令Cm查询工具机台保护信息Ps，以找出对应至加工机台2中保护目标组件20的保护信息Ps。举例来说，保护信息Ps包括保护目标组件20的外观尺寸信息。
控制模块18根据保护信息Ps对保护目标组件20进行包络体运算，以找出可完整包覆保护目标组件20的基础包络体Eb。举例来说，控制模块18根据轴向正交边界盒(Axis Aligned Bounding Box，AABB)算法来进行对应的包络体运算操作。举例来说，基础包络体Eb与保护目标组件20的三维示意图如图2所示。
控制模块18还根据多阶层保护参数Ph，将基础包络体Eb划分为多个子保护区块，并移除这些子保护区块中未与保护目标组件20相交的子保护区块，以定义出多阶层碰撞保护区间Eh。
在一个操作实例中，控制模块18中根据加工机台2的加工进给速度，经由查表的方式找出多阶层保护参数Ph，其中此查表信息可存储于参数数据库模块14中。当加工进给速度越高时，多阶层保护参数Ph对应至较低的数值；当加工进给速度越低时，多阶层保护参数Ph对应至较高的数值。
在另一个操作实例中，控制模块18中根据加工机台2的保护目标组件20与操作相关物件(例如是加工机台2内部的其他机构件)间的相对距离，经由查表的方式找出多阶层保护参数Ph，其中此查表信息也可存储于参数数据库模块14中。当相对距离越大时，多阶层保护参数Ph对应至较低的数值；当相对距离越小时，多阶层保护参数Ph对应至较高的数值。
控制模块18例如将基础包络体Eb的各个边长划分为参数Ph等分，藉此划分得到这些子保护区块；换句话说，当多阶层保护参数Ph的数值越高时，控制模块18是将基础包络体Eb划分为体积较小的子保护区块；当多阶层保护参数Ph的数值越低时，控制模块是将基础包络体Eb划分为体积较大的子保护区块。在一个操作实例中，多阶层保护参数Ph等于3，而控制模块18是将基础包络体Eb的各个边长划分为3等分，藉此将基础包络体Eb划分为27个子保护区块sub(1，1，1)、sub(1，1，2)、sub(1，1，3)、sub(1，2，1)、...、sub(3，3，3)，如图3所示。
进一步的说，27个子保护区块sub(1，1，1)-sub(3，3，3)中部分的子保护区块不与保护目标组件20相交连接(例如是子保护区块sub(1，1，1))，而仅有部分的子保护区块与保护目标组件20相交接(例如是子保护区块sub(2，2，1))。在图3的例子中，与保护目标组件20相连接的子保护区块sub(2，1，2)、sub(2，2，2)、sub(2，2，1)、sub(2，3，2)及sub(2，2，3)形成多阶层碰撞保护区间Eh，而未与保护目标组件20相交接的剩余子保护区块被对应地移除。
控制模块18经由通信接口模块16提供目前机械坐标、运动轴进给速度等运动信息Ms，以取得加工机台2的各操作相关物件位置，以判断多阶层保护区间Eh是否与操作相关物件接触，作为判断保护目标组件20是否发生碰撞事件。举例来说，此操作相关物件例如为加工机台2内部的其他组件。当多阶层保护区间Eh与操作相关物件接触时，控制模块18经由通信接口模块16提供控制信号Sc来对加工机台2的加工操作进行控制(例如控制加工机台2中的驱动模块22终止加工机台2的加工操作)，藉此避免保护目标组件20发生碰撞。
请参照图4，其绘示依照本发明实施例的碰撞保护方法的流程图。本实施例的碰撞保护方法包括下列的步骤。首先如步骤(a)，控制模块18响应于操作事件Ev提供控制指令Cm。接着如步骤(b)，参数数据库模块14响应于控制指令Cm提供对应至加工机台2的保护目标组件20的保护信息Ps。
然后如步骤(c)，控制模块18对保护目标组件20进行包络体运算操作，以找出基础包络体Eb。接着如步骤(d)，控制模块18还根据多阶层保护参数Ph将基础包络体Eb划分为多个子保护区块，并移除这些子保护区块中未与保护目标组件20相交的子保护区块，以定义出多阶层碰撞保护区间Eh。
然后如步骤(e)，控制模块18还根据运动信息Ms判断多阶层保护区间Eh是否与操作相关物件接触，以判断保护目标组件20是否发生碰撞事件；当检测到此接触事件时执行步骤(f)，以提供控制信号Sc来对加工机台2的加工操作进行控制。
在本实施例中，虽仅以控制模块18根据多阶层保护参数Ph来根据基础包络体Eb找出多阶层碰撞保护区间Eh的情形为例做说明，然而，本实施例的控制模块18并不局限于此，而还可参考其他信息来产生对应至保护目标组件20的包络体。在另一个例子中，控制模块18更参考动态保护参数Pd来决定基础包络体Eb的尺寸，藉此根据动态保护参数Pd，针对保护目标组件20提供可动态调整的碰撞保护区间Eh′。
进一步来说，相似于多阶层碰撞保护参数Ph的产生操作，控制模块18中根据加工机台2的加工进给速度及保护目标组件20与操作相关物件间的相对距离，经由查表的方式找出动态保护参数Pd，其中此查表信息可存储于参数数据库模块14中。当加工进给速度越高或相对距离越大时，动态保护参数Pd对应至较大的数值，以控制基础包络体Eb对应至较大的尺寸，如图5中的基础包络体Eb′所示。当加工进给速度越低或相对距离越小时，动态保护参数Pd对应至较小的数值，以控制基础包络体Eb对应至较小的区块尺寸，如图6中的基础包络体Eb″所示。之后，对动态调整后的基础包络体Eb′或Eb″执行前述参考多阶层碰撞保护参数Ph来划分基础包络体及移除未与保护目标组件20连接的子保护区块的操作，便可产生可动态调整的多阶层碰撞保护区间。
在本实施例中，虽仅以控制模块18响应于使用者输入接口模块10提供的操作事件Ev来进行相关的碰撞保护操作的情形为例做说明，然而，本实施例的碰撞保护装置1并不局限于此，而还可根据其他输入接口装置触发的操作事件来执行前述碰撞保护操作。
在一个例子中，加工机台2′于其与碰撞保护装置1′间的通信连结建立后提供机台识别信息至碰撞保护装置1′，藉此触发操作事件Ev′，如图7所示。举例来说，此机台识别信息包括加工机台2′的机型及保护目标组件20′的形状、位置等信息。据此，控制模块18′可响应于操作事件Ev′驱动碰撞保护装置1′中各个模块执行前述碰撞保护操作流程。
本实施例的碰撞保护装置参考相关于加工机台的加工进给速度或保护目标物件与其的操作相关物件的距离的多阶层保护参数及动态保护参数，来根据对应至保护目标物的基础包络体产生多阶层保护区间或动态保护区间，并据以对保护目标物件进行碰撞保护操作。据此，相较于传统碰撞保护装置，本发明相关的碰撞保护装置及方法具有可有效地针对加工系统中的保护目标组件提供多阶层碰撞保护区间或动态保护区间的优点。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

Claims (16)

1.一种碰撞保护装置，用以对一加工机台进行碰撞保护操作，该碰撞保护装置包括：
一参数数据库模块，响应于一控制指令提供对应至该加工机台的一保护目标组件的一保护信息；以及
一控制模块，响应于一操作事件提供该控制指令，该控制模块根据该保护信息用以对该保护目标组件进行包络体运算操作，以找出一基础包络体，该控制模块还根据一多阶层保护参数将该基础包络体划分为多个子保护区块，并移除这些子保护区块中未与该保护目标组件相交的子保护区块，以定义出一多阶层碰撞保护区间；
其中，该控制模块判断该多阶层保护区间是否与一操作相关物件发生一接触事件，以判断该保护目标组件是否发生碰撞，并于检测到该接触事件时提供一控制信号来对该加工机台的加工操作进行控制；
其中该控制模块还参考一动态保护参数来决定该基础包络体的尺寸，藉此根据该动态保护参数，针对该保护目标组件提供可动态调整的该多阶层碰撞保护区间。
2.如权利要求1所述的碰撞保护装置，还包括：
一使用者输入接口模块，用以触发该操作事件；及
一使用者输出接口模块，受控于该控制模块显示该控制模块执行的碰撞检测操作。
3.如权利要求1所述的碰撞保护装置，其中该多阶层保护参数相关于该加工机台的一进给速度信息。
4.如权利要求1所述的碰撞保护装置，其中该多阶层保护参数相关于该保护目标组件与该操作相关物件间的一距离信息。
5.如权利要求1所述的碰撞保护装置，其中该动态保护参数相关于该加工机台的一进给速度信息。
6.如权利要求1所述的碰撞保护装置，其中该动态保护参数相关于该保护目标组件与该操作相关物件间的一距离信息。
7.如权利要求1所述的碰撞保护装置，还包括：
一通信接口模块，用以与该加工机台连接，以将该控制模块提供的该控制信号提供至该加工机台，以对该加工机台的加工操作进行控制。
8.如权利要求1所述的碰撞保护装置，还包括：
一通信接口模块，用以与该加工机台连接，以将该加工机台目前机械坐标、运动轴进给速度的运动信息提供至该控制模块。
9.如权利要求1所述的碰撞保护装置，其中该保护信息包括该保护目标组件的外观尺寸信息。
10.一种碰撞保护方法，用以对一加工机台进行碰撞保护操作，该碰撞保护方法包括：
响应于一操作事件提供一控制指令；
响应于该控制指令提供对应至该加工机台的一保护目标组件的一保护信息；
根据该保护信息对该保护目标组件进行包络体运算操作，以找出一基础包络体；
根据一多阶层保护参数将该基础包络体划分为多个子保护区块，并移除这些子保护区块中未与该保护目标组件相连的子保护区块，以定义出一多阶层碰撞保护区间，其中参考一动态保护参数决定该基础包络体的尺寸，藉此根据该动态保护参数，针对该保护目标组件提供可动态调整的该多阶层碰撞保护区间；
判断该多阶层保护区间是否与一操作相关物件发生一接触事件，以判断该保护目标组件是否发生一碰撞事件；以及
当检测到该接触事件时，提供一控制信号来对该加工机台的加工操作进行控制。
11.如权利要求10所述的碰撞保护方法，还包括：
显示该控制模块执行的碰撞检测操作。
12.如权利要求10所述的碰撞保护方法，其中该多阶层保护参数相关于该加工机台的一进给速度信息。
13.如权利要求10所述的碰撞保护方法，其中该多阶层保护参数相关于该保护目标组件与该操作相关物件间的一距离信息。
14.如权利要求10所述的碰撞保护方法，其中该动态保护参数相关于该加工机台的一进给速度信息。
15.如权利要求10所述的碰撞保护方法，其中该动态保护参数相关于该保护目标组件与该操作相关物件间的一距离信息。
16.如权利要求10所述的碰撞保护方法，其中该保护信息包括该保护目标组件的外观尺寸信息。
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