CN108296854A - 机床防撞方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机床防撞方法及装置，其中所述机床防撞方法包括：S1、设置机床移动部件参数和机床固定部件参数；S2、根据所述机床移动部件参数抽象形状得到移动部件形状模型，根据所述机床固定部件参数抽象形状得到固定部件形状模型；S3、根据分离轴定理算法判断所述移动部件形状模型在运行过程中和所述固定部件形状模型之间的间隙距离是否小于预设安全距离，若是，则停止运行移动部件。本发明的机床防撞方法，可以使得机床移动部件在小于预设安全距离即将撞到机床固定部件时，就停止运行移动部件，防撞提醒提前，不会损伤机床部件，提高安全性能，并且防撞成本低，节省了成本。

Description

机床防撞方法及装置

技术领域

本发明涉及一种机床防撞方法及装置。

背景技术

在机床调试、打样测试或生产加工过程中，由于误操作使主轴和工作台面发生碰撞，导致主轴损坏，造成很大的损失。

由于操作不当导致的碰撞主要有如下几种情况：

(1)在做点动运动时，由于没有及时停止主轴而导致主轴和工作面发生碰撞。

(2)摇手轮时，由于没有及时停止主轴导致主轴和工作面的碰撞。

(3)由于加工程序使用不匹配，导致的工作区域不对，而发生的主轴和工作面的碰撞。

(4)由于坐标设定不正确，导致工作区域不对，而发生的主轴和工作面的碰撞。

(5)系统经过插补算法后的插补位置，而导致的主轴和工作面的碰撞。

(6)夹具装夹不到位，而导致的主轴和工作面的碰撞。

现有技术中的碰撞检测，一种是发生碰撞之后，基于反馈位置或电流的方式，提示装置停止运行，这种检测方式需要在发生碰撞后才能检测出来；还有一种采用外接装置方式，此种方式需要外接装置，价格成本比较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中机床防撞装置的防撞提醒滞后或者防撞成本高的缺陷，提供一种机床防撞方法及装置。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种机床防撞方法，所述机床防撞方法包括：

S1、设置机床移动部件参数和机床固定部件参数；

S2、根据所述机床移动部件参数抽象形状得到移动部件形状模型，根据所述机床固定部件参数抽象形状得到固定部件形状模型；

S3、根据分离轴定理算法判断所述移动部件形状模型在运行过程中和所述固定部件形状模型之间的间隙距离是否小于预设安全距离，若是，则停止运行移动部件。

较佳地，所述移动部件形状模型和所述固定部件形状模型均包括圆柱体、长方体和球体中的至少一种。

较佳地，所述机床移动部件参数包括主轴参数、刀柄参数和刀具参数；所述机床固定部件参数包括夹具参数和干涉区域参数；

步骤S2包括：

根据所述主轴参数抽象形状得到第一形状模型，根据所述刀柄参数抽象形状得到第二形状模型，根据所述刀具参数抽象形状得到第三形状模型；

根据所述夹具参数抽象形状得到第三形状模型；根据所述干涉区域参数抽象形状得到第四形状模型。

步骤S3包括：

分别判断所述第一形状模型、第二形状模型和第三形状模型与所述第三形状模型、第四形状模型之间的间隙距离是否小于所述预设安全距离，若是，则停止运行移动部件。

较佳地，所述分离轴定理算法包括圆柱体与圆柱体之间的间隙算法；

所述圆柱体与圆柱体之间的间隙算法包括圆柱轴线共面算法、圆柱轴线公轴线的交点在轴线范围内算法。

较佳地，所述分离轴定理算法包括圆柱体与长方体之间的间隙算法；

所述圆柱体与长方体之间的间隙算法包括长方体顶点在圆柱体内算法、长方体边与圆柱相交算法、长方体面与圆柱相交算法、圆柱位于长方体内算法。

一种机床防撞装置，所述机床防撞装置包括：

设置模块，所述设置模块用于设置机床移动部件参数和机床固定部件参数；

建模模块，所述建模模块用于根据所述机床移动部件参数抽象形状得到移动部件形状模型，并根据所述机床固定部件参数抽象形状得到固定部件形状模型；

防撞模块，所述防撞模块用于根据分离轴定理算法判断所述移动部件形状模型在运行过程中和所述固定部件形状模型之间的间隙距离是否小于预设安全距离，若是，则停止运行移动部件。

较佳地，所述移动部件形状模型和所述固定部件形状模型均包括圆柱体、长方体和球体中的至少一种。

较佳地，所述机床移动部件参数包括主轴参数、刀柄参数和刀具参数；所述机床固定部件参数包括夹具参数和干涉区域参数；

所述建模模块用于根据所述主轴参数抽象形状得到第一形状模型，还用于根据所述刀柄参数抽象形状得到第二形状模型，以及根据所述刀具参数抽象形状得到第三形状模型；

所述建模模块还用于根据所述夹具参数抽象形状得到第三形状模型；根据所述干涉区域参数抽象形状得到第四形状模型。

所述防撞模块用于分别判断所述第一形状模型、第二形状模型和第三形状模型与所述第三形状模型、第四形状模型之间的间隙距离是否小于所述预设安全距离，若是，则停止运行移动部件。

较佳地，所述分离轴定理算法包括圆柱体与圆柱体之间的间隙算法；

所述圆柱体与圆柱体之间的间隙算法包括圆柱轴线共面算法、圆柱轴线公轴线的交点在轴线范围内算法。

较佳地，所述分离轴定理算法包括圆柱体与长方体之间的间隙算法；

所述圆柱体与长方体之间的间隙算法包括长方体顶点在圆柱体内算法、长方体边与圆柱相交算法、长方体面与圆柱相交算法、圆柱位于长方体内算法。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的机床防撞方法，通过根据机床移动部件参数抽象形状得到移动部件形状模型，根据机床固定部件参数抽象形状得到固定部件形状模型；根据分离轴定理算法判断移动部件形状模型在运行过程中和固定部件形状模型之间的间隙距离是否小于预设安全距离，若是，则停止运行移动部件，可以使得机床移动部件在小于预设安全距离即将撞到机床固定部件时，就停止运行移动部件，防撞提醒提前，不会损伤机床部件，提高安全性能，并且防撞成本低，节省了成本。

附图说明

图1为本发明实施例1的机床防撞方法的流程图。

图2为本发明实施例2的机床防撞装置的模块示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

本实施例提供一种机床防撞方法，如图1所示，机床防撞方法包括：

步骤101、设置机床移动部件参数和机床固定部件参数。

机床移动部件参数包括主轴参数、刀柄参数和刀具参数；机床固定部件参数包括夹具参数和干涉区域参数。

步骤102、根据机床移动部件参数抽象形状得到移动部件形状模型，根据机床固定部件参数抽象形状得到固定部件形状模型。

移动部件形状模型和固定部件形状模型均包括圆柱体、长方体和球体中的至少一种。

根据主轴参数抽象形状得到第一形状模型，根据刀柄参数抽象形状得到第二形状模型，根据刀具参数抽象形状得到第三形状模型。

根据夹具参数抽象形状得到第三形状模型；根据干涉区域参数抽象形状得到第四形状模型。

本实施例中，第一形状模型、第二形状模型和第三形状模型均为圆柱体；第三形状模型为长方体，干涉区域可为圆柱体、长方体和球体中的至少一种。

步骤103、根据分离轴定理算法判断移动部件形状模型在运行过程中和固定部件形状模型之间的间隙距离是否小于预设安全距离，若是，则停止运行移动部件。

分别判断第一形状模型、第二形状模型和第三形状模型与第三形状模型、第四形状模型之间的间隙距离是否小于预设安全距离，若是，则停止运行移动部件。

在本实施例中，将主轴抽象出的第一圆柱体、刀柄抽象出的第二圆柱体和刀具抽象出的第三圆柱体作为移动部件在运行过程中分别与夹具抽象出的长方体和干涉区域抽象出的模型组合进行间隙距离计算，判断间隙距离是否小于预设安全距离，若是，则停止运行移动部件。

机床移动部件和机床固定部件在没有发生碰撞之前，根据当前的运行位置，计算分析是否小于预设安全距离，如果是，则即将发生碰撞，则停止运行移动部件。

本实施例的机床防撞方法利用了分离轴定理。分离轴定理是空间碰撞检测中一个很常用、很有效的判断方法。它的原理来源于集合分析中的“分离超平面定理”，如果两个集合A和B不相交，那么必定存在一个分离超平面P，并使得A和B分别位于P的不相同的两侧。当数据集是凸集时这里的分离超平面就是一个空间的平面。

分离轴定理算法包括圆柱体与圆柱体之间的间隙算法、分离轴定理算法包括圆柱体与长方体之间的间隙算法、圆柱体与球体之间的间隙算法。

圆柱体与圆柱体之间的间隙算法包括圆柱轴线共面算法、圆柱轴线公轴线的交点在轴线范围内算法。

圆柱体与长方体之间的间隙算法包括长方体顶点在圆柱体内算法、长方体边与圆柱相交算法、长方体面与圆柱相交算法、圆柱位于长方体内算法。

圆柱体与球体之间的间隙算法为将圆柱体的轴线的中点与球体的球心相连，然后与轴线一起确定了一个平面，把圆柱体和球体投影到该平面上，即是判断一个长方形与圆形是否存在间隙，使用分离轴定理求解即可。

本实施例的机床防撞方法和传统的方法相比，不需要外接防撞设备，这样成本可以降低，而且本实施例的机床防撞方法没有通信延迟，通信时间短，响应速度快。

本实施例的机床防撞方法，通过根据机床移动部件参数抽象形状得到移动部件形状模型，根据机床固定部件参数抽象形状得到固定部件形状模型；根据分离轴定理算法判断移动部件形状模型在运行过程中和固定部件形状模型之间的间隙距离是否小于预设安全距离，若是，则停止运行移动部件，可以使得机床移动部件在小于预设安全距离即将撞到机床固定部件时，就停止运行移动部件，防撞提醒提前，不会损伤机床部件，提高安全性能，并且防撞成本低，节省了成本。

实施例2

本实施例提供一种机床防撞装置，如图2所示，机床防撞装置包括设置模块201、建模模块202、防撞模块203。

设置模块201用于设置机床移动部件参数和机床固定部件参数。机床移动部件参数包括主轴参数、刀柄参数和刀具参数；机床固定部件参数包括夹具参数和干涉区域参数。

建模模块202用于根据机床移动部件参数抽象形状得到移动部件形状模型，并根据机床固定部件参数抽象形状得到固定部件形状模型。移动部件形状模型和固定部件形状模型均包括圆柱体、长方体和球体中的至少一种。

建模模块202用于根据主轴参数抽象形状得到第一形状模型，还用于根据刀柄参数抽象形状得到第二形状模型，以及根据刀具参数抽象形状得到第三形状模型；

建模模块202还用于根据夹具参数抽象形状得到第三形状模型；根据干涉区域参数抽象形状得到第四形状模型。

本实施例中，第一形状模型、第二形状模型和第三形状模型均为圆柱体；第三形状模型为长方体，干涉区域可为圆柱体、长方体和球体中的至少一种。

防撞模块203用于根据分离轴定理算法判断移动部件形状模型在运行过程中和固定部件形状模型之间的间隙距离是否小于预设安全距离，若是，则停止运行移动部件。

防撞模块203用于分别判断第一形状模型、第二形状模型和第三形状模型与第三形状模型、第四形状模型之间的间隙距离是否小于预设安全距离，若是，则停止运行移动部件。

分别判断第一形状模型、第二形状模型和第三形状模型与第三形状模型、第四形状模型之间的间隙距离是否小于预设安全距离，若是，则停止运行移动部件。

在本实施例中，将主轴抽象出的第一圆柱体、刀柄抽象出的第二圆柱体和刀具抽象出的第三圆柱体作为移动部件在运行过程中分别与夹具抽象出的长方体和干涉区域抽象出的模型组合进行间隙距离计算，判断间隙距离是否小于预设安全距离，若是，则停止运行移动部件。

机床移动部件和机床固定部件在没有发生碰撞之前，根据当前的运行位置，计算分析是否小于预设安全距离，如果是，则即将发生碰撞，则停止运行移动部件。

本实施例的机床防撞装置利用了分离轴定理。分离轴定理是空间碰撞检测中一个很常用、很有效的判断方法。它的原理来源于集合分析中的“分离超平面定理”，如果两个集合A和B不相交，那么必定存在一个分离超平面P，并使得A和B分别位于P的不相同的两侧。当数据集是凸集时这里的分离超平面就是一个空间的平面。

本分离轴定理算法包括圆柱体与圆柱体之间的间隙算法、分离轴定理算法包括圆柱体与长方体之间的间隙算法、圆柱体与球体之间的间隙算法。

圆柱体与圆柱体之间的间隙算法包括圆柱轴线共面算法、圆柱轴线公轴线的交点在轴线范围内算法。

圆柱体与长方体之间的间隙算法包括长方体顶点在圆柱体内算法、长方体边与圆柱相交算法、长方体面与圆柱相交算法、圆柱位于长方体内算法。

圆柱体与球体之间的间隙算法为将圆柱体的轴线的中点与球体的球心相连，然后与轴线一起确定了一个平面，把圆柱体和球体投影到该平面上，即是判断一个长方形与圆形是否存在间隙，使用分离轴定理求解即可。

本实施例的机床防撞装置和传统的装置相比，不需要外接防撞设备，这样成本可以降低，而且本实施例的机床防撞方法没有通信延迟，通信时间短，响应速度快。

本实施例的机床防撞装置，通过根据机床移动部件参数抽象形状得到移动部件形状模型，根据机床固定部件参数抽象形状得到固定部件形状模型；根据分离轴定理算法判断移动部件形状模型在运行过程中和固定部件形状模型之间的间隙距离是否小于预设安全距离，若是，则停止运行移动部件，可以使得机床移动部件在小于预设安全距离即将撞到机床固定部件时，就停止运行移动部件，防撞提醒提前，不会损伤机床部件，提高安全性能，并且防撞成本低，节省了成本。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种机床防撞方法，其特征在于，所述机床防撞方法包括：

S1、设置机床移动部件参数和机床固定部件参数；

S2、根据所述机床移动部件参数抽象形状得到移动部件形状模型，根据所述机床固定部件参数抽象形状得到固定部件形状模型；

S3、根据分离轴定理算法判断所述移动部件形状模型在运行过程中和所述固定部件形状模型之间的间隙距离是否小于预设安全距离，若是，则停止运行移动部件。

2.如权利要求1所述的机床防撞方法，其特征在于，所述移动部件形状模型和所述固定部件形状模型均包括圆柱体、长方体和球体中的至少一种。

3.如权利要求1所述的机床防撞方法，其特征在于，所述机床移动部件参数包括主轴参数、刀柄参数和刀具参数；所述机床固定部件参数包括夹具参数和干涉区域参数；

步骤S2包括：

根据所述主轴参数抽象形状得到第一形状模型，根据所述刀柄参数抽象形状得到第二形状模型，根据所述刀具参数抽象形状得到第三形状模型；

根据所述夹具参数抽象形状得到第三形状模型；根据所述干涉区域参数抽象形状得到第四形状模型；

步骤S3包括：

分别判断所述第一形状模型、第二形状模型和第三形状模型与所述第三形状模型、第四形状模型之间的间隙距离是否小于所述预设安全距离，若是，则停止运行移动部件。

4.如权利要求2所述的机床防撞方法，其特征在于，所述分离轴定理算法包括圆柱体与圆柱体之间的间隙算法；

所述圆柱体与圆柱体之间的间隙算法包括圆柱轴线共面算法、圆柱轴线公轴线的交点在轴线范围内算法。

5.如权利要求2所述的机床防撞方法，其特征在于，所述分离轴定理算法包括圆柱体与长方体之间的间隙算法；

所述圆柱体与长方体之间的间隙算法包括长方体顶点在圆柱体内算法、长方体边与圆柱相交算法、长方体面与圆柱相交算法、圆柱位于长方体内算法。

6.一种机床防撞装置，其特征在于，所述机床防撞装置包括：

设置模块，所述设置模块用于设置机床移动部件参数和机床固定部件参数；

建模模块，所述建模模块用于根据所述机床移动部件参数抽象形状得到移动部件形状模型，并根据所述机床固定部件参数抽象形状得到固定部件形状模型；

防撞模块，所述防撞模块用于根据分离轴定理算法判断所述移动部件形状模型在运行过程中和所述固定部件形状模型之间的间隙距离是否小于预设安全距离，若是，则停止运行移动部件。

7.如权利要求6所述的机床防撞装置，其特征在于，所述移动部件形状模型和所述固定部件形状模型均包括圆柱体、长方体和球体中的至少一种。

8.如权利要求6所述的机床防撞装置，其特征在于，所述机床移动部件参数包括主轴参数、刀柄参数和刀具参数；所述机床固定部件参数包括夹具参数和干涉区域参数；

所述建模模块用于根据所述主轴参数抽象形状得到第一形状模型，还用于根据所述刀柄参数抽象形状得到第二形状模型，以及根据所述刀具参数抽象形状得到第三形状模型；

所述建模模块还用于根据所述夹具参数抽象形状得到第三形状模型；根据所述干涉区域参数抽象形状得到第四形状模型；

所述防撞模块用于分别判断所述第一形状模型、第二形状模型和第三形状模型与所述第三形状模型、第四形状模型之间的间隙距离是否小于所述预设安全距离，若是，则停止运行移动部件。

9.如权利要求7所述的机床防撞装置，其特征在于，所述分离轴定理算法包括圆柱体与圆柱体之间的间隙算法；

所述圆柱体与圆柱体之间的间隙算法包括圆柱轴线共面算法、圆柱轴线公轴线的交点在轴线范围内算法。

10.如权利要求7所述的机床防撞装置，其特征在于，所述分离轴定理算法包括圆柱体与长方体之间的间隙算法；

所述圆柱体与长方体之间的间隙算法包括长方体顶点在圆柱体内算法、长方体边与圆柱相交算法、长方体面与圆柱相交算法、圆柱位于长方体内算法。