CN108021097B - 工具路径生成装置、工具路径生成方法以及存储介质 - Google Patents

工具路径生成装置、工具路径生成方法以及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供工具路径生成装置、工具路径生成方法以及存储介质。避免在邻接的工具路径之间产生阶梯差，从而提高被加工品的质量。本发明提供工具路径生成装置，其具有：点列生成部(21)，基于加工程序而生成表示工具路径的点列；以及平滑化部(22)，对所生成的点列实施平滑化，平滑化部(22)具有：滤波长度设定部(221)，以点列上的各点中的在平滑化前后的乖离量成为第一阈值以下的方式，设定对各点适用的滤波长度；滤波长度变更部(222)，以对点列上的互相邻接的点分别适用的滤波长度之差的绝对值成为第二阈值以下的方式，变更所设定的滤波长度；以及滤波处理部(223)，基于变更后的滤波长度进行滤波处理。

Description

工具路径生成装置、工具路径生成方法以及存储介质
技术领域
本发明涉及适用于生成在数控装置中所利用的工具路径的工具路径生成装置、工具路径生成方法以及计算机可读存储介质。
背景技术
以往，已知如下技术，在机床的数控装置中，通过对根据指令点提供的工具路径进行平滑化处理，生成光滑的工具路径。作为平滑化的方法，利用贝济埃曲线、B‐样条曲线、NURBS曲线、简单平均、加权平均等。
但是，当进行往复加工或等高线加工等曲面加工时，如果对周期进给部分的空出间隔的工具路径进行平滑化处理，则相互邻接的工具路径之间产生阶梯差，有时对加工质量带来坏影响。这是由于邻接的工具路径的块体端点之间的线段距离稍微不同或者工具路径的折弯情况等的形状稍微不同而使得近似曲线的路径发生较大变化之类的平滑处理的特性所引起。
在专利文献1中公开了如下装置，在从加工程序读出的工具路径上以等间隔设定多个目标点，通过基于这些多个目标点进行平滑处理，生成新的工具路径。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-96077号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在专利文献1中，也存在如下情况，根据从加工程序读出的工具路径的形状，在邻接的工具路径之间平滑结果产生较大变动，从而产生阶梯差。
本发明是鉴于上述情况而做出，其目的在于提供工具路径生成装置、工具路径生成方法以及计算机可读存储介质，其通过防止在邻接的工具路径之间产生阶梯差，从而能够提高被加工品的加工质量。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明提供以下的方案。
本发明的第一方案是一种工具路径生成装置，其具有：点列生成部，基于加工程序而生成表示工具路径的点列；以及平滑化部，对所生成的所述点列实施平滑化，所述平滑化部具有：滤波长度设定部，以所述点列上的各点中的在平滑化前后的乖离量成为第一阈值以下的方式，设定对所述各点适用的滤波长度；滤波长度变更部，以对所述点列上的互相邻接的点分别适用的所述滤波长度之差的绝对值成为第二阈值以下的方式，变更所设定的所述滤波长度；以及滤波处理部，基于变更后的所述滤波长度进行滤波处理。
根据上述本发明的第一方案的工具路径生成装置，利用点列生成部，基于加工程序而生成表示工具路径的点列。然后，利用平滑化部所具备的滤波长度设定部，以点列上的各点中的在平滑化前后的乖离量成为第一阈值以下的方式，设定对各点适用的滤波长度。接着，利用平滑化部所具备的滤波长度变更部，以对点列上的互相邻接的点分别适用的滤波长度之差的绝对值成为第二阈值以下的方式，变更所设定的滤波长度。最后，利用平滑化部所具备的滤波处理部，基于变更后的滤波长度进行滤波处理。
通过如此，能够得到更光滑的平滑处理结果，并且能够避免在邻接的工具路径之间产生阶梯差。
在上述本发明的第一方案的工具路径生成装置中，还可以是如下结构：所述滤波长度变更部，以长度变小的方式，变更对所述互相邻接的点分别适用的所述滤波长度中的一者。
根据该结构，能够确保在平滑化前后的乖离量成为第一阈值以下，同时能够变更滤波长度，因此能够得到进一步光滑的平滑处理结果。
在上述本发明的第一方案的工具路径生成装置中，还可以是如下结构：所述点列生成部，生成由包含于所述加工程序中的点列、和插补该点列上的各点之间的附加点构成的所述点列。
根据该结构，能够减少由于工具路径中的邻接的块端点之间的线段距离稍微不同而产生的平滑化处理结果的变动，该工具路径由包含于加工程序中的点列构成。
本发明的第二方案是一种工具路径生成方法，其包含：点列生成工序，基于加工程序而生成表示工具路径的点列；以及平滑化工序，对所生成的所述点列实施平滑化，所述平滑化工序包含：以所述点列上的各点中的在平滑化前后的乖离量成为第一阈值以下的方式，设定对所述各点适用的滤波长度的工序；以对所述点列上的互相邻接的点分别适用的所述滤波长度之差的绝对值成为第二阈值以下的方式，变更所设定的所述滤波长度的工序；以及基于变更后的所述滤波长度进行滤波处理的工序。
本发明的第三方案是一种计算机可读存储介质，其存储有工具路径生成程序，所述工具路径生成程序使计算机执行以下处理：点列生成处理基于加工程序而生成表示工具路径的点列；以及平滑化处理，对所生成的所述点列实施平滑化，所述平滑化处理包含：以所述点列上的各点中的在平滑化前后的乖离量成为第一阈值以下的方式，设定对所述各点适用的滤波长度的处理；以对所述点列上的互相邻接的点分别适用的所述滤波长度之差的绝对值成为第二阈值以下的方式，变更所设定的所述滤波长度的处理；以及基于变更后的所述滤波长度进行滤波处理的处理。
发明效果
根据本发明，起到如下效果：能够避免在邻接的工具路径之间产生阶梯差，从而能够提高被加工品的质量。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的数控装置的概略结构的框图。
图2是表示由包含于加工程序中的指令点和在点列生成部中附加的附加点构成的点列的一例的图。
图3是表示平滑化处理之前的点列以及平滑化处理之后的点列的一例的图。
图4是表示利用图1所示的数控装置执行的处理的流程图。
附图标记说明
2：工具路径生成部(工具路径生成装置)
21：点列生成部
22：平滑化部
221：滤波长度设定部
222：滤波长度变更部
223：滤波处理部
具体实施方式
以下，对本发明的一个实施方式的数控装置参照附图进行说明。
如图1所示，数控装置1基于所输入的加工程序，对驱动机床等所具备的伺服马达的伺服驱动部4以及驱动主轴用马达的主轴驱动部5进行控制。
数控装置1具有：未图示的CPU(中央运算处理装置)；RAM(Random Access Memory)等的主存储装置；HDD(Hard Disk Drive)等的辅助存储装置；键盘等的输入装置；监视器等的输出装置；在与外部设备之间进行各种数据交换的外部接口；以及接收来自CPU的轴移动指令，并控制机床的伺服驱动部4及主轴驱动部5的控制机构等。在辅助存储装置中存储有程序等，CPU从辅助存储装置向主存储装置读出该程序并执行，从而实现在本实施方式中说明的各功能。
如图1所示，数控装置1具有作为功能块的工具路径生成部(工具路径生成装置)2、生成用于控制伺服驱动部4及主轴驱动部5的脉冲的脉冲生成部3。
工具路径生成部2具有：基于所输入的加工程序而生成点列的点列生成部21、以及对所生成的点列进行平滑化处理的平滑化部22。
点列生成部21抽出包含于加工程序中的多个指令点，从而生成作为工具路径的点列。在该情况下，如图2所示，也可以附加对各指令点之间进行插补的附加点，生成由多个指令点和附加点构成的点数比较多的点列。附加点如何附加于各指令点之间都可以，例如，按照在加工程序内指定的指令速度，对以预定的时间间隔前进的部分的每个距离，附加附加点。
平滑化部22利用滤波进行平滑化处理。在本实施方式中，作为滤波而使用简单平均。利用滤波的平滑化处理，与利用样条曲线等的平滑化处理相比，不会因为工具路径的折弯情况等的形状的稍微不同而在平滑化处理之后的结果上发生较大的变动，从而恰当。这是由于如下性质所引起：在利用滤波的平滑化处理中，相对于平滑化处理之前的路径必然向内转的方向，值发生变化。
若将由点列生成部21生成的平滑化处理之前的由N点组成的点列P上的第n个点的坐标值设为Pn，则利用简单平均的平滑化处理之后的由N点组成的点列Q上的第n个点的坐标值Qn能够利用公式(1)表示。
数1
在此，是L＜n≤N－L，L表示平均化的范围，即滤波长度。图3表示L＝2的情况的例。
更具体而言，如图1所示，平滑化部22具有滤波长度设定部221、滤波长度变更部222、以及滤波处理部223。
滤波长度设定部221设定由点列生成部21生成的点列P上的每个点的滤波长度L。
在此，将以滤波长度Ln实施平滑化处理之后的点列Q上的第n个点的坐标值Qn设为Qn(Ln)。公式(2)表示的平滑化处理前后中的乖离量，存在滤波长度Ln越大则乖离量越大的倾向，而且存在滤波长度Ln越小则乖离量越小的倾向。
数2
|Pn-Qn(Ln)| (2)
而且，在滤波长度Ln＝0的情况下，成为如下。
数3
Pn＝Qn(0) (3)
滤波长度设定部221对平滑化处理前后的乖离量设置公差(第一阈值)，对点列P上的各点设定满足公式(4)的最大的滤波长度Ln。
数4
|Pn-Qn(Ln)|≤tolerance (4)
在此，用tolerance记载的公差是零以上的値，能够任意设定。
在不满足公式(4)的情况下，通过减小Ln，能够得到满足公式(4)的Ln。此外，由于公式(3)以及公差是零以上的值，因此能够保证必然存在满足公式(4)的Ln。
滤波长度变更部222，以分别对互相邻接的点设定的滤波长度L之差的绝对值成为预定的阈值(第二阈值)以下的方式，变更对点列P上的各点设定的滤波长度L。更具体而言，例如，以第n－1个滤波长度Ln－1和第n个滤波长度Ln满足公式(5)的方式变更滤波长度Ln。
数5
|Ln-1-Ln|≤1 (5)
在此，1＜n≤N。
滤波长度变更部222在滤波长度Ln不满足公式(5)的情况下，减小滤波长度Ln或者Ln－1之中大的值，从而满足公式(5)。
滤波处理部223基于由滤波长度变更部222变更的滤波长度L1～LN，进行利用简单平均滤波的平滑化处理，计算出坐标值Q1(L1)～QN(LN)。
脉冲生成部3根据由滤波处理部223计算出的坐标值Q1(L1)～QN(LN)，生成脉冲，对伺服驱动部4以及主轴驱动部5进行控制。
接着，对包含在具有上述结构的工具路径生成部2中执行的本实施方式的工具路径生成方法的数控方法，参照图1以及图4进行说明。
首先，在点列生成部21中读入加工程序(图4的步骤S1)，利用点列生成部21从加工程序抽出由指令点组成的点列(图4的步骤S2)。然后，根据需要，利用点列生成部21，以插补指令点之间的方式插入附加点(图4的步骤S3)。由此，能够减少由于由包含在加工程序中的指令点组成的工具路径中的邻接的块端点之间的线段距离稍微不同而产生的平滑化处理结果的变动。
进行由在步骤S3中新生成的N个点组成的点列P的缓冲(图4的步骤S4)。
接着，利用滤波长度设定部221，对N个点分别设定初始滤波长度Ln(图4的步骤S5)。这些初始滤波长度被上述的点列P的缓冲的大小所限制，尽量设定为较大。
其次，对点列P上的第一个至第N个的各点，进行步骤S6～步骤S9的处理。首先，计算平滑化处理之后的点的坐标值Qn(Ln)(图4的步骤S6)，进行公差的检验(图4的步骤S7)。在不满足公式(4)的情况下，减小设定于该点上的初始滤波长度Ln(图4的步骤S9)，同时重复进行步骤S6以及步骤S7。在公差的检验中满足公式(4)的情况下，缓冲此时的平滑化处理之后的点的坐标值Qn(Ln)(图4的步骤S8)。
然后，利用滤波长度变更部222，对点列P上的各点，进行分别对互相邻接的点设定的滤波长度Ln是否满足公式(5)的条件检验(图4的步骤S10)。在分别对互相邻接的点设定的滤波长度不满足公式(5)的情况下，减小滤波长度Ln－1或者Ln之中大的值，以使其满足公式(5)(图4的步骤S11)。
通过如此，能够确保平滑化前后的乖离量成为第一阈值以下，同时能够以分别对互相邻接的点设定的滤波长度之差不会变成比预定的阈值还大的方式变更滤波长度，因此能够得到更光滑的平滑化结果。
基于如此得到的点列P上的各点中的滤波长度Ln，利用滤波处理部223实施简单平均的滤波处理，再次计算平滑化处理之后的Qn(Ln)(图4的步骤S12)。
然后，利用数控装置1的脉冲生成部3，作为移动指令的Qn(Ln)－Qn－1(Ln－1)，作为脉冲而输出，并控制伺服驱动部4以及主轴驱动部5(图4的步骤S13)。
如此，单独决定对点列P上的各点实施的滤波的滤波长度，基于所决定的滤波长度实施滤波处理，因此能够进行更光滑的平滑化处理，并能够避免在与邻接的路径之间产生阶梯差。
以上，参照附图对本发明的实施方公式进行了详述，但具体的结构不限于这些实施方式，还包含不脱离本发明的宗旨的范围内的设计变更等。
例如，在上述实施方式中，将滤波长度L作设为整数，但还可以将滤波长度L设为实数。在该情况下，利用公式(6)能够计算出点列Q上的第n个点的坐标值Qn。
数6
在此，M是不超过L的最大的整数。
另外，作为在平滑化部22中适用的滤波而利用了简单平均滤波，但不限于此，例如，还可以适用加权平均滤波等的滤波。
另外，在上述实施方式中，工具路径生成部2通过由处理器执行作为软件的工具路径生成程序来实现各功能，但不限于此，还可以由硅片上的电路等硬件来实现各功能。

Claims (5)

1.一种工具路径生成装置，其特征在于，具有：
点列生成部，基于加工程序而生成表示工具路径的点列；以及
平滑化部，对所生成的所述点列实施平滑化，
所述平滑化部具有：
滤波长度设定部，以所述点列上的各点中的在平滑化前后的乖离量成为第一阈值以下，且对所述各点适用的滤波长度最大的方式，设定所述滤波长度；
滤波长度变更部，以对所述点列上的互相邻接的点分别适用的所述滤波长度之差的绝对值成为第二阈值以下的方式，变更所设定的所述滤波长度；以及
滤波处理部，基于变更后的所述滤波长度进行滤波处理。
2.根据权利要求1所述的工具路径生成装置，其特征在于，
所述滤波长度变更部，以长度变小的方式，变更对所述互相邻接的点分别适用的所述滤波长度中的一者。
3.根据权利要求1或2所述的工具路径生成装置，其特征在于，
所述点列生成部，生成由包含于所述加工程序中的点列、和插补该点列上的各点之间的附加点构成的所述点列。
4.一种工具路径生成方法，其特征在于，包含：
点列生成工序，基于加工程序而生成表示工具路径的点列；以及
平滑化工序，对所生成的所述点列实施平滑化，
所述平滑化工序包含：
以所述点列上的各点中的在平滑化前后的乖离量成为第一阈值以下，且对所述各点适用的滤波长度最大的方式，设定所述滤波长度的工序；
以对所述点列上的互相邻接的点分别适用的所述滤波长度之差的绝对值成为第二阈值以下的方式，变更所设定的所述滤波长度的工序；以及
基于变更后的所述滤波长度进行滤波处理的工序。
5.一种计算机可读存储介质，其存储有工具路径生成程序，
所述工具路径生成程序使计算机执行以下处理：
点列生成处理，基于加工程序而生成表示工具路径的点列；以及
平滑化处理，对所生成的所述点列实施平滑化，
所述平滑化处理包含：
以所述点列上的各点中的在平滑化前后的乖离量成为第一阈值以下，且对所述各点适用的滤波长度最大的方式，设定所述滤波长度的处理；
以对所述点列上的互相邻接的点分别适用的所述滤波长度之差的绝对值成为第二阈值以下的方式，变更所设定的所述滤波长度的处理；以及
基于变更后的所述滤波长度进行滤波处理的处理。
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