CN104345691A - 计算装置、物料加工模拟系统及方法 - Google Patents

计算装置、物料加工模拟系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种物料加工模拟系统，应用于计算装置。该系统建立刀具的三维模型及物料的三维模型，对物料的三维模型进行三角网格化，并从存储器存储的CNC加工程序中依次提取加工路径上所有路径点的坐标。之后，该系统从刀具的三维模型上读取刀具的当前位置点，并从加工路径上读取一个路径点，根据该当前位置点到该路径点的距离及刀具的最大包围盒计算刀具从当前位置点移动到该路径点所形成的移动路径最大包围盒，再根据物料的三维模型上的三角形与该移动路径最大包围盒的相交关系对物料的三维模型进行裁切，得到裁切后的物料的三维模型。本发明提供一种物料加工模拟方法。

Description

计算装置、物料加工模拟系统及方法
技术领域
本发明涉及一种计算机辅助控制系统及方法，尤其是一种电脑数字控制（computer numerical control,CNC）物料加工模拟系统及方法。
背景技术
CNC加工程序是文本文件的格式，不直观，只有通过CNC加工实际的产品才能知道最后的加工效果。如果CNC加工程序编写得不是很好，加工效果可能不满足要求，并且在产品加工过程中刀具及CNC机台可能会被损坏。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种物料加工模拟系统及方法，可以令用户在正式利用CNC程序加工产品之前了解产品加工过程可能会发生的问题，及时对CNC加工程序进行调试。
本发明提供一种计算装置，该计算装置包括存储器及处理器。存储器存储计算机程序化指令、刀具的三维轮廓点坐标数据、物料的三维轮廓点坐标数据及CNC加工程序。处理器运行所述计算机程序化指令，执行以下操作：根据刀具及物料的三维轮廓点坐标数据建立刀具的三维模型及物料的三维模型；对物料的三维模型进行三角网格化；从CNC加工程序中依次提取加工路径上所有路径点的坐标；从刀具的三维模型上读取刀具的当前位置点，并从加工路径上读取一个路径点，根据该当前位置点到该路径点的距离及刀具的最大包围盒计算刀具从当前位置点移动到该路径点所形成的移动路径最大包围盒；及根据物料的三维模型上的三角形与该移动路径最大包围盒的相交关系对物料的三维模型进行裁切，得到裁切后的物料的三维模型。
本发明提供一种物料加工模拟系统。该系统根据存储器存储的刀具及物料的三维轮廓点坐标数据建立刀具的三维模型及物料的三维模型，对物料的三维模型进行三角网格化，并从存储器存储的CNC加工程序中依次提取加工路径上所有路径点的坐标。之后，该系统从刀具的三维模型上读取刀具的当前位置点，并从加工路径上读取一个路径点，根据该当前位置点到该路径点的距离及刀具的最大包围盒计算刀具从当前位置点移动到该路径点所形成的移动路径最大包围盒，再根据物料的三维模型上的三角形与该移动路径最大包围盒的相交关系对物料的三维模型进行裁切，得到裁切后的物料的三维模型。
本发明提供一种物料加工模拟方法。该方法根据存储器存储的刀具及物料的三维轮廓点坐标数据建立刀具的三维模型及物料的三维模型，对物料的三维模型进行三角网格化，并从存储器存储的CNC加工程序中依次提取加工路径上所有路径点的坐标。之后，该方法从刀具的三维模型上读取刀具的当前位置点，并从加工路径上读取一个路径点，根据该当前位置点到该路径点的距离及刀具的最大包围盒计算刀具从当前位置点移动到该路径点所形成的移动路径最大包围盒，再根据物料的三维模型上的三角形与该移动路径最大包围盒的相交关系对物料的三维模型进行裁切，得到裁切后的物料的三维模型。
相较于现有技术，本发明提供的物料加工模拟系统及方法，可以根据CNC加工程序模拟刀具裁切物料得到加工产品的过程，使得用户在正式利用CNC程序加工产品之前根据模拟过程直观地了解产品加工过程可能会发生的问题，及时对CNC加工程序进行调试。
附图说明
图1是本发明物料加工模拟系统较佳实施例的应用环境图。
图2是本发明物料加工模拟方法较佳实施例的流程图。
图3是本发明物料加工模拟系统从一个CNC加工程序中撷取的路径点坐标所组成的加工路径的示意图。
图4A是刀具从当前位置点P1移动到图3所示的加工路径上的一个路径点P2的二维示意图。
图4B是刀具从图4A中的当前位置点P1移动到路径点P2所形成的移动路径最大包围盒R1的二维示意图。
图5A是刀具的最大包围盒的三维示意图。
图5B是刀具从图4A中的当前位置点P1移动到路径点P2所形成的移动路径最大包围盒R1的三维示意图。
图6是刀具所形成的移动路径最大包围盒R1与三角网格化后的物料相交的示意图。
图7是以移动路径最大包围盒R1与物料上的三角形的相交关系示意说明刀具裁切物料的过程。
主要元件符号说明
计算装置 1
物料加工模拟系统 10
模型建立模块 11
模型处理模块 12
加工路径点提取模块 13
包围盒计算模块 14
第一判断模块 15
加工模拟模块 16
第二判断模块 17
存储器 20
处理器 30
显示设备 40
影像量测机台 2
刀具 3
物料 4
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
如图1所示，是本发明物料加工模拟系统10（以下简称系统10）较佳实施例的应用环境图。该系统10应用于计算装置1。该计算装置1还包括存储器20、处理器30及显示设备40。
在本实施例中，该计算装置1与影像量测机台2相连接，该影像量测机台2对刀具3进行影像量测，得到刀具3的三维轮廓点坐标数据，并传送至计算装置1。有关如何获取刀具3的三维轮廓点坐标数据的详细过程请参阅申请号为201210100800.1、发明名称为“刀具检测系统及方法”的发明专利申请，在此不再赘述。该影像量测机台2还可以对待加工的物料4进行影像量测，得到物料4的三维轮廓点坐标数据，并传送至计算装置1。
存储器20存储刀具3的三维轮廓点坐标数据及物料4的三维轮廓点坐标数据。
在本实施例中，该系统10包括模型建立模块11、模型处理模块12、加工路径点提取模块13、包围盒计算模块14、第一判断模块15、加工模拟模块16及第二判断模块17。模块11-17包括计算机程序指令，这些计算机程序指令存储在存储器20。处理器30执行这些计算机程序化指令，建立刀具3及物料4的三维模型，根据刀具3及物料4的三维模型、CNC加工程序中的路径点模拟刀具3裁切物料4得到加工产品的过程。
显示设备40显示刀具3及物料4的三维模型，并显示模拟刀具3裁切物料4得到加工产品的过程。
以下结合图2-7说明模块11-17的具体功能。
参阅图2所示，是本发明物料加工模拟方法较佳实施例的流程图。
步骤S10，模型建立模块11从存储器20读取刀具3的三维轮廓点坐标数据及物料4的三维轮廓点坐标数据，根据刀具3的三维轮廓点坐标数据建立刀具3的三维模型，根据物料4的三维轮廓点坐标数据建立物料4的三维模型。
步骤S20，模型处理模块12对物料4的三维模型进行三角网格化。有关如何对物料4的三维模型进行三角网格化的详细过程请参阅申请号为200910311058.7、发明名称为“光照环境模拟系统及方法”的发明专利申请的图3及其相关描述，在此不再赘述。
步骤S30，加工路径点提取模块13从存储器20读取CNC加工程序，从CNC加工程序中依次提取加工路径上所有路径点的坐标。CNC加工程序是有预设格式的程序，其每一行包含XYZ关键字，例如：
X[158.75]Y[92.279]Z.488；
X[158.75]Y[92.031]Z.84；
X[158.75]Y[91.657]Z1.371；
X[158.75]Y[91.478]Z1.675；
X[158.75]Y[91.287]Z1.971；
X[158.75]Y[91.085]Z2.257；
X[158.75]Y[90.872]Z2.535；
X[158.75]Y[90.648]Z2.805；
其中，每一行中X、Y、Z后面的数据分别表示加工路径上一个路径点的X、Y、Z坐标值。如图3所示，是从CNC加工程序中依次提取所有路径点的坐标所组成的加工路径的示意图。
步骤S40，包围盒计算模块14从刀具3的三维模型上读取刀具3的当前位置点（例如刀具3的初始位置点P1），并从加工路径上读取一个路径点P2（例如第一个路径点）。在本实施例中，刀具3的当前位置点指的是刀具3用于切削产品（例如物料4）的前端部分的中心点。例如，假设刀具3用于切削产品的前端部分的平面图为如图4A所示的圆形，则刀具3的当前位置点P1为该圆形的圆心。随着刀具3的运动，刀具3的当前位置点的坐标会发生变化。
步骤S50，包围盒计算模块14根据刀具3的当前位置点P1到该路径点P2的距离及刀具3的最大包围盒计算刀具3从当前位置点P1移动到该路径点P2所形成的移动路径最大包围盒R1。如图4B所示，是以二维图示意刀具3从图4A中的当前位置点P1移动到路径点P2所形成的移动路径最大包围盒R1。在本实施例中，该移动路径最大包围盒R1是由刀具3的最大包围盒（如图5A所示）及刀具3从当前位置点P1移动到路径点P2所经过的空间路径所形成的长方体（如图5B所示）。刀具3的最大包围盒是将刀具3完全包围在其中的一个长方体。
步骤S60，第一判断模块15判断物料4的三维模型（三角网格化后的三维模型）与该移动路径最大包围盒R1是否相交。若物料4的三维模型与该移动路径最大包围盒R1相交（如图6所示），则表明刀具3在对物料4进行裁切操作，执行步骤S70。若物料4的三维模型与该移动路径最大包围盒R1不相交，则表明刀具3还未接触到物料4，流程进入步骤S80。
执行步骤S70，加工模拟模块16根据物料4的三维模型上的三角形与该移动路径最大包围盒R1的相交关系对物料4的三维模型进行裁切，得到裁切后的物料4的三维模型。
在本实施例中，所述相交关系包括：三角形完全落入该移动路径最大包围盒R1之内；三角形完全落入该移动路径最大包围盒R1之外；以及三角形的一部分落入该移动路径最大包围盒R1之内、另一部分落入该移动路径最大包围盒R1之外。
所述裁切包括：1.删除物料4的三维模型上的完全落入该移动路径最大包围盒R1之内的所有三角形（如图7中的三角形A1、A2）；2.保留物料4的三维模型上的完全落入该移动路径最大包围盒R1之外的所有三角形（如图7中的三角形A3）；3.若一个三角形（如图7中的三角形A4）一部分落入该移动路径最大包围盒R1之内、另一部分落入该移动路径最大包围盒R1之外，则删除三角形落入该移动路径最大包围盒R1之内的部分（如图7中的三角形A4的白色部分），保留落入该移动路径最大包围盒R1之外的部分（如图7中的三角形A4的黑色部分）。
加工模拟模块16还根据刀具3的当前位置点P1、路径点P2及所述移动路径最大包围盒R1绘制刀具3的运动路径，以模拟刀具3的运动过程。
步骤S80，第二判断模块17判断该路径点P2是否为加工路径上的最后一个路径点。若该路径点P2不是加工路径上的最后一个路径点，则取刀具3目前到达的路径点（例如P2）的坐标为刀具3的当前位置点的坐标、流程返回步骤S40，继续模拟刀具3的运动路径及刀具3对物料4的三维模型的裁切，直到刀具3到达最后一个路径点、完成物料4的最终裁切，得到最终被裁切后的物料4的三维模型，流程结束。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种物料加工模拟方法，应用于计算装置，其特征在于，该方法包括：
模型建立步骤：从存储器读取刀具的三维轮廓点坐标数据及物料的三维轮廓点坐标数据，根据刀具的三维轮廓点坐标数据建立刀具的三维模型，及根据物料的三维轮廓点坐标数据建立物料的三维模型；
模型处理步骤：对物料的三维模型进行三角网格化；
加工路径点提取步骤：从存储器读取CNC加工程序，从CNC加工程序中依次提取加工路径上所有路径点的坐标；
包围盒计算步骤：从刀具的三维模型上读取刀具的当前位置点，并从加工路径上读取一个路径点，根据该当前位置点到该路径点的距离及刀具的最大包围盒计算刀具从当前位置点移动到该路径点所形成的移动路径最大包围盒；
第一判断步骤：判断物料的三维模型与该移动路径最大包围盒是否相交，若相交则执行加工模拟步骤，若不相交则直接执行第二判断步骤；
加工模拟步骤：根据物料的三维模型上的三角形与该移动路径最大包围盒的相交关系对物料的三维模型进行裁切，得到裁切后的物料的三维模型；及
第二判断步骤：判断该路径点是否为加工路径上的最后一个路径点，若不是加工路径上的最后一个路径点，则以刀具当前到达的路径点为刀具的当前位置点，并返回所述包围盒计算步骤，继续模拟刀具对物料的三维模型的裁切，直到刀具到达加工路径上的最后一个路径点。
2.如权利要求1所述的物料加工模拟方法，其特征在于，所述加工模拟步骤还包括：根据刀具的当前位置点、从加工路径上读取的路径点及所述移动路径最大包围盒绘制刀具的运动路径。
3.如权利要求1所述的物料加工模拟方法，其特征在于，所述相交关系包括：三角形完全落入该移动路径最大包围盒之内；三角形完全落入该移动路径最大包围盒之外；以及三角形的一部分落入该移动路径最大包围盒之内、另一部分落入该移动路径最大包围盒之外。
4.如权利要求3所述的物料加工模拟方法，其特征在于，所述裁切包括：删除物料的三维模型上的完全落入该移动路径最大包围盒之内的所有三角形；保留物料的三维模型上的完全落入该移动路径最大包围盒之外的所有三角形；及若一个三角形一部分落入该移动路径最大包围盒之内、另一部分落入该移动路径最大包围盒之外，则删除该三角形落入该移动路径最大包围盒之内的部分、保留该三角形落入该移动路径最大包围盒之外的部分。
5.一种物料加工模拟系统，应用于计算装置，其特征在于，该系统包括：
模型建立模块，用于从存储器读取刀具的三维轮廓点坐标数据及物料的三维轮廓点坐标数据，根据刀具的三维轮廓点坐标数据建立刀具的三维模型，及根据物料的三维轮廓点坐标数据建立物料的三维模型；
模型处理模块，用于对物料的三维模型进行三角网格化；
加工路径点提取模块，用于从存储器读取CNC加工程序，从CNC加工程序中依次提取加工路径上所有路径点的坐标；
包围盒计算模块，用于从刀具的三维模型上读取刀具的当前位置点，并从加工路径上读取一个路径点，根据该当前位置点到该路径点的距离及刀具的最大包围盒计算刀具从当前位置点移动到该路径点所形成的移动路径最大包围盒；
第一判断模块，用于判断物料的三维模型与该移动路径最大包围盒R1是否相交，若相交则执行加工模拟步骤，若不相交则直接执行第二判断步骤；
加工模拟模块，用于根据物料的三维模型上的三角形与该移动路径最大包围盒的相交关系对物料的三维模型进行裁切，得到裁切后的物料的三维模型；及
第二判断模块，用于判断该路径点是否为加工路径上的最后一个路径点，若不是加工路径上的最后一个路径点，则以刀具当前到达的路径点为刀具的当前位置点，继续执行所述包围盒计算模块、第一判断模块及加工模拟模块模拟刀具对物料的三维模型的裁切，直到刀具到达加工路径上的最后一个路径点。
6.如权利要求5所述的物料加工模拟系统，其特征在于，所述加工模拟模块还用于：根据刀具的当前位置点、从加工路径上读取的路径点及所述移动路径最大包围盒绘制刀具的运动路径。
7.如权利要求5所述的物料加工模拟系统，其特征在于，所述相交关系包括：三角形完全落入该移动路径最大包围盒之内；三角形完全落入该移动路径最大包围盒之外；以及三角形的一部分落入该移动路径最大包围盒之内、另一部分落入该移动路径最大包围盒之外。
8.如权利要求7所述的物料加工模拟系统，其特征在于，所述裁切包括：删除物料的三维模型上的完全落入该移动路径最大包围盒之内的所有三角形；保留物料的三维模型上的完全落入该移动路径最大包围盒之外的所有三角形；及若一个三角形一部分落入该移动路径最大包围盒之内、另一部分落入该移动路径最大包围盒之外，则删除该三角形落入该移动路径最大包围盒之内的部分、保留该三角形落入该移动路径最大包围盒之外的部分。
9.一种计算装置，其特征在于，该计算装置包括：
存储器，用于存储计算机程序化指令、刀具的三维轮廓点坐标数据、物料的三维轮廓点坐标数据及CNC加工程序；及
处理器，该处理器运行所述计算机程序化指令，执行以下步骤：
模型建立步骤：从存储器读取刀具的三维轮廓点坐标数据及物料的三维轮廓点坐标数据，根据刀具的三维轮廓点坐标数据建立刀具的三维模型，及根据物料的三维轮廓点坐标数据建立物料的三维模型；
模型处理步骤：对物料的三维模型进行三角网格化；
加工路径点提取步骤：从存储器读取CNC加工程序，从CNC加工程序中依次提取加工路径上所有路径点的坐标；
包围盒计算步骤：从刀具的三维模型上读取刀具的当前位置点，并从加工路径上读取一个路径点，根据该当前位置点到该路径点的距离及刀具的最大包围盒计算刀具从当前位置点移动到该路径点所形成的移动路径最大包围盒；
第一判断步骤：判断物料的三维模型与该移动路径最大包围盒是否相交，若相交则执行加工模拟步骤，若不相交则直接执行第二判断步骤；
加工模拟步骤：根据物料的三维模型上的三角形与该移动路径最大包围盒的相交关系对物料的三维模型进行裁切，得到裁切后的物料的三维模型；及
第二判断步骤：判断该路径点是否为加工路径上的最后一个路径点，若不是加工路径上的最后一个路径点，则以刀具当前到达的路径点为刀具的当前位置点、返回所述包围盒计算步骤，继续模拟刀具对物料的三维模型的裁切，直到刀具到达加工路径上的最后一个路径点。
10.如权利要求9所述的计算装置，其特征在于，所述加工模拟步骤还包括：根据刀具的当前位置点、从加工路径上读取的路径点及所述移动路径最大包围盒绘制刀具的运动路径。
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