CN104102173A - 数控装置 - Google Patents

Abstract

数控装置，其配备有：三维模型存储器，其存储有工件和夹具中至少一个的三维模型；三维测量装置，其整体地测量固定到机床上的所述工件和所述夹具的形状；以及形状处理器，其基于三维测量单元测得的测量数据产生整体测量模型，其中，所述工件和所述夹具是整体识别的，并基于整体生成的测量模型和所述工件或夹具的三维模型，对于所述工件和所述夹具中的至少一个，进一步单独测量模型，其中所述工件或所述夹具是单独测量的。

Description

数控装置

相关申请的交叉引用

    本申请要求2013年4月15日提交的日本专利申请No. 2013-085041的优先权，上述申请的公开内容通过引用全部并入本文。

技术领域

本发明涉及一种数控装置，其通过参考工具以及固定在机床上的工件和夹具的三维模型，根据数控信息控制工具与固定在机床上的工件之间的相对位置。

背景技术

 在传统的数控装置中，将工件、夹具、工具、机器等等的三维模型用作机械数据，当进行干涉检查时，通过控制工件与工具之间的相对位置，来控制工件的加工。

 在干涉检查中，工件的三维模型与工具的三维模型之间的干涉可认作是切削区域，且是可忽略的。进一步地，可通过根据工具的三维模型的移动计算切削区域，来使工件的三维模型变形。

 进一步地，在JP 2012-53508 A和JP 2012-53509 A所描述的数控机床中，可以通过非接触的方式测量固定到机床上的工件的三维形状、位置和方向。

 为了进行干涉检查，工具和具有夹具的工件的三维模型是必需的。对于重复加工的工件，考虑到工件形状可能的变化，测量固定到机床上的工件的实际形状，以获得该工件的三维模型，这是可靠的。进一步地，即使工件形状没有出现预期的变化，夹持工件的夹具的位置在每次工件加工过程中可能都是不同的。因此，测量固定到机床的夹具的实际形状，以获得该夹具的三维模型，这是可靠的。

 因此，可以想到通过使用三维测量装置测量工件和夹具的形状来创建三维模型。然而，当使用三维测量装置测量固定到机床上的工件和夹具来创建三维模型时，该三维测量装置不能够确定获得的三维坐标能否代表该工件或夹具的测量结果。因此，可区分地提供工件的三维模型和夹具的三维模型是不可能的。

 当加工工件同时进行干涉检查时，在切割过程中感测夹具与工具间的干涉是必需的，但是有必要忽略该工件和工具间的干涉。因此，应当辨别工具的三维模型和夹具的三维模型。

发明内容

 本发明的数控装置根据数控信息控制工具与具有固定到机床上的夹具的工件之间的相对移动。该数控装置包括：三维模型存储器，其存储有工件和夹具中至少一个的三维模型；三维测量装置，其整体地测量固定到机床上的所述工件和所述夹具的形状；测量数据存储器，其存储有通过三维测量装置测量的测量数据，在该测量数据中所述工件和所述夹具是整体识别的；以及形状处理器，其基于存储在存储数据存储器中的所述工件和所述夹具的存储数据，生成整体测量模型，在该整体测量模型中所述工件和所述夹具是整体识别的，并且，对于所述工件和所述夹具中的至少一个，基于所生成的整体测量模型和所述工件或夹具的三维模型，进一步生成单独测量模型，在该单独测量模型中所述工件或所述夹具是单独辨识的；其中，通过参考由所述形状处理器生成的单独测量模型，控制所述工具和所述带夹具的工件之间的相对移动。

在优选的方面，所述形状处理器对所述整体测量模型和所述工件和所述夹具其中一个的三维模型进行比较，并且在整体测量模型产生不包括在所述工件和所述夹具其中一个的三维模型中的区域，将该区域作为另一个的单独测量模型。在另一优选的方面，所述形状处理器对整体测量模型和所述工件和所述夹具其中一个的三维模型进行比较，并且在整体测量模型中生成包括在所述工件和所述夹具其中之一的三维模型中的区域，将该区域作为该工件和夹具其中之一的三维模型。

 通过预先提供所述工件或所述夹具的三维模型，使得在固定至机床的工件与夹具的三维测量结果中辨别工件区域和夹具区域成为可能。因此，可以实现干涉传感功能，这样，在响应快速馈送指令时，可感测全部所述工件、夹具和工具的三维模型之间的干涉，同时响应切削馈送指令而忽略所述工件与工具的三维模型之间的干涉。进一步地，所述工件和夹具的可辨识的三维模型实现了用于切削馈送指令的形状仿真，该仿真是通过计算工具模型经过的区域、并删除所述工件模型中与工具模型经过区域重叠的区域来实现的。

附图说明

图1为机床的整体结构图；

图2为数控装置的功能框图；

图3为测量数据的示例图；

图4为工件模型的示例图；

图5为工件模型的另一示例图；

图6为创建整体测量模型的流程图；

图7为整体测量数据的示例图；

图8为生成整体测量模型的过程图；

图9为生成整体测量模型的过程图；

图10为生成整体测量模型的过程图；

图11为生成整体测量模型的过程图；

图12为生成整体测量模型的过程图；

图13为生成整体测量模型的过程图；

图14为单独测量的工件模型和单独测量的夹具模型的示例图；

图15为工具模型的示例图；

图16为创建单独测量模型的流程图；

图17为两个模型的三角形重叠的示图。

具体实施方式

 图1为用于执行本发明的机床的总体结构示意图。在图1中，显示了机床1的整体，其具有安装在机床1的主轴2上的三维测量装置3。进一步地，工件5位于机床1的工作台4上，用夹具6固定。

图2为执行本发明的一个示例的框图。三维测量装置3整体测量固定到机床1上的工件5和夹具6上，并且输出测量数据12，在所述测量数据中工件5和夹具6是整体识别的。图3为测量数据12的示意图。机床1的工作台4上的某一点被认作是机床1的参照点13，这样，测量数据12用基于参照点13的三维坐标(X, Y, Z)的点云数据表示。输出的测量数据12存储在测量数据存储器7中。

 三维模型存储器08存储工件模型14。图4为工件模型14的示意图。三维模型的形状用基于参照点15的三角顶点信息表示。由于工件模型14可能通过仿真单元11用作模型，因此理想地，工具模型14具有类似于工件5的形状。然而，在这个实施例中，由于工具模型14没有用在仿真单元1中，因此，该工件模型14可能具有简单形状，如图4所示。鉴于工件形状的不同，工件模型14设置为比实际工件5更大，以便总能包括工件的形状。进一步地，考虑到位于机床1的工作台4上的工件5的位置，通过坐标来定义该工件模型14，其中，该坐标将与测量数据12中的参照点13匹配的点用作参照点15。

 图5显示了当假定参照点13的位置和参照点15的位置为彼此匹配时，测量数据12的位置和工具模型14的位置彼此不匹配的一种情形。可以通过测量位于机床1的工作台4上的工件5的位置，来移动工件模型14，使得测量数据的位置12和工件模型14的位置彼此匹配，如图4所示。 

 图形处理器9生成测量模型16，其中，形成测量数据12的点云数据用一组三角形表示。图6为表示由形状处理器9所执行、从测量数据12中生成整体测量模型16的步骤的流程图，在该整体测量模型中工件和夹具是整体识别的。图7为测量数据12的顶视图。

为从测量数据12中生成整体测量模型16，首先，将测量数据12中的点连接起来，以创建三角形（S1）。图8显示了通过连接测量数据12中的点生成三角形的状态。

 接着，关于该生成的三角形，如果一个三角形可以识别为与相邻三角形属于相同的平面（S2），那么这些三角形将被组合。图9显示了生成的三角形被组合的情形。然后，关于测量数据12中最外面的点，在降至特定高度的位置处创建相应点（S3）。图10显示了生成点的情形。

接着，使用测量数据12中最外的点和生成的点创建三角形（S4）。图11显示了生成三角形的情形。然后，关于生成的三角形，如果一个三角形可以被认为属于与相邻三角形相同的平面，那么这些三角形将被组合（S5）。图12显示了三角形被组合的情形。图13为通过这种方式生成的整体测量模型16的示意图。整体测量模型16由基于参照点17的三角形的顶点信息表示。测量数据的参照点13和整体测量模型16的参照点17代表相同的点。

 一旦整体测量模型16生成了，则形状处理器9执行整体测量模型16与工件模型14之间的逻辑操作，这样，在整体测量模型16中，包含在工件模型14内部的区域被设置为单独测量的工件模型18，其代表从整体测量模型16中单独提取的工件5区域。进一步地，在整体测量模型16中，没有包含在工件模型14中的区域或单独测量的模型18被设定为单独测量的夹具模型19，其代表从整体测量模型16中单独提取的夹具6区域。

 图14显示了从整体测量模型中生成的单独测量的工件模型18和单独测量的夹具模型19。这些模型由基于参照点20的三角形的顶点的坐标表示。参照点20和整体测量模型16的参照点17表示相同的点。形状处理器9将单独测量的工件模型18和单独测量的夹具模型19存储进三维模型存储器8。

 工具模型21也存储在三维模型存储器8中。图15显示了由基于参考点22的三角形的顶点坐标代表的工具模型21。仿真单元11基于数控单元10发送来的数控信息，通过操作单独测量的工件模型18、单独测量的夹具模型19和工具模型21执行干涉检验。

 在上面的描述中，工件模型14假定为存储在三维模型存储器中。然而，当夹具的安装位置差异最小，或夹具的安装位置是已知的时，可替代地存储夹具模型，这样，包含在夹具模型中的区域被设定为单独测量的夹具模型，而没有包含在夹具模型中的区域被设定为单独测量的工件模型。

 图16为从测量数据12生成单独测量的工件模型18和单独测量的夹具模型19的步骤的流程图，该流程由图2所示装置、从三维测量装置3到仿真单元11来执行。

为了从测量数据中生成单独测量的工件模型18和单独测量的夹具模型19，首先，工件15和夹具6被固定到机床1上（S6）。三维测量装置3测量固定到机床1的工作台4的工件5和夹具6的表面的高度信息，并输出测量数据12，其中，用基于表示工作台4上的特定点的参照点13的三维坐标（X、Y、Z）的点云数据表示高度信息（S7）。

 接着，创建工件5的工件模型14（S8）。然后，测量工件5关于工作台4上的特定点的位置（S9）。应该指出，为1使用NC程序或类似的数控命令通过机床来处理工件5，应当通过测量工件5关于机床1的工作台4上的特定点的位置，并校正工件5的位置，来对工具的位置进行支配。可以通过使用接触式测量仪器的方法测量工件5的位置。也可以通过分析测量数据12、从测量数据中提取兴趣点，来估算工件5的位置。

接着，通过使用步骤S4测量的工件5的位置，将工件5的工件模型14移至与固定到机床1上的工件5的位置相对应的位置（S10）。然后，将测量数据12转换为整体测量模型16，以将其形状与机床5的工件模型14的形状进行比较（S11）。虽然，测量数据12用一组坐标点表示，然而，可以通过用线连接这些点生成三角形，以将测量数据12转换为整体测量模型16。

 接着，在整体测量模型16中，将包含在工件模型14内的区域设定为单独测量的工件模型18（S12）。进一步地，在整体测量模型16中，将没有包含在工件模型14中的区域设定为单独测量的夹具模型19（S13）。工件模型14和整体测量模型16由三角形顶点的坐标表示。在比较由三角形的顶点坐标表示的模型后，可以通过计算三角形的重叠区域而确定模型的包含关系。

 图17显示了三角形23和三角形24重叠的情形。其中得到了三角形23的一边与三角形24间的交叉点。并且，得到了三角形23的另一边与三角形24间的交叉点。得到了连接这两个交叉点的交叉线25。对这一步骤重复操作后，可以得到交叉线25的连续线。模型的包含关系可由被认为是边界线的该连续线确定，从而从整体测量模型16中获得单独测量的工件模型18和单独测量的夹具模型19。

Claims (3)

1.数控装置，其用于根据数控信息控制工具与工件之间的相对移动，所述工件具有固定至机床的夹具，该数控装置包括：

三维模型存储器，其存储有所述工件和所述夹具中至少一个的三维模型；

三维测量装置，其整体地测量固定到所述机床上的所述工件和所述夹具的形状；

测量数据存储器，其存储有所述三维测量装置测得的测量数据，在所述测量数据中所述工件和所述夹具是整体识别的；以及

形状处理器，其基于存储在所述存储数据存储器中的所述工件和所述夹具的测量数据，生成整体测量的模型，在该模型中所述工件和所述夹具是整体识别的，并且，对于所述工件和所述夹具中的至少一个，所述形状处理器基于整体生成的测量模型和所述工件或夹具的三维模型，进一步生成单独测量的模型，在该单独测量的模型中所述工件或所述夹具是单独辨识的；

其中，通过参考由所述形状处理器生成的单独测量的模型，控制所述工具与具有所述夹具的所述工件之间的相对移动。

2. 根据权利要求1所述的数控装置，其特征在于，所述形状处理器对所述整体测量模型和所述工件和所述夹具其中一个的三维模型进行比较，并在所述整体测量模型中生成不包括在所述工件和所述夹具其中一个的三维模型中的区域，将该区域作为所述工件和所述夹具其中另一个的单独测量模型。

3.根据权利要求1所述的数控装置，其特征在于，所述形状处理器对所述整体测量模型和所述工件和所述夹具其中一个的三维模型进行比较，并在所述整体测量模型生成包括在所述工件和所述夹具其中一个的三维模型中、作为其单独测量模型的区域。