CN112947291B - 刀具路径撷取方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种刀具路径撷取方法及装置，包括下列方法步骤：取得工具机控制器传输数据的更新频率，计算刀具加工路径的进给率，并判断是否取得适用进给率；读取G代码并确认该进给率；判断该进给率是否等于设定值，若否则设定覆写值以调整该进给率；依据该进给率记录坐标数据以合成刀具路径文件。此刀具路径文件适用于提供加工分析模拟之用。

Description

刀具路径撷取方法及装置
技术领域
本发明是有关于一种刀具路径撷取方法及装置，尤指一种可依据工具机控制器的通讯频率，调整刀具加工进给率，以撷取刀具路径坐标的方法及装置。
背景技术
目前在进行工具机加工效能分析之前，必须首先收集完整的刀具路径，但由于已知工具机的控制器所采用的通讯协议，并无法提供即时的传输数据，例如延迟时间过长等，导致所撷取的坐标数据并不完整或不连续，使得后续重建切削路径时造成极大误差。
此外，若加工程序是由计算机辅助设计(CAD，Computer Aided Design)系统经由计算机辅助制造(CAM，Computer-aided manufacturing)系统而产生时，必须经过路径规划、产生中间文件、取得G代码(G code，一种数控程序语言)等过程，无法即时呈现工具机加工的实际状况。而若是采用解释器对G代码进行解读时，则存在解释器产品不普遍、解释器撰写完整性不足、后续维护困难等问题。
此外，现行计算机辅助制造系统所产生的G代码不一定支持刀具路径文件(APT)的格式，由于刀具路径文件是一长串的刀具路径坐标的集合，而在进行刀具路径数据分析时，必须针对路径上的每一个坐标进行分析，并需要后续处理将G代码转成路径文件，而且需要另外撰写巨集指令，处理方式变得繁复且不精确。
换言之，目前在进行刀具路径分析时，无论是从控制器或是从软件取得，都会面临到刀具路径取得不易或失真的问题。
据此，如何能有一种可依据工具机控制器的通讯频率，调整出适合的工件加工进给率，以撷取刀具路径的方法与装置，将是相关技术领域人士亟待解决的课题。
发明内容
于一实施例中，本发明提出一种刀具路径撷取方法，主要包括以下步骤：
(a)取得工具机控制器传输数据的更新频率；
(b)计算并判断是否取得适用的进给率；
(c)若是则读取控制器的G代码以确认进给率；
(d)依据该进给率，记录刀具路径坐标数据以合成刀具路径文件。
于另一实施例中，本发明提出一种刀具路径撷取装置，包括：
通讯频率分析单元，取得工具机控制器传输数据的更新频率，计算并判断取得适用的进给率；
加工速度控制单元，依据进给率与控制器的G代码以确认进给率；以及
刀具路径撷取单元，依据确认的进给率，接收由控制器所传输的刀具路径坐标数据以合成刀具路径文件。
附图说明
图1为本发明的刀具路径撷取装置的一实施例的架构示意图。
图2为本发明的刀具路径撷取方法的一实施例的流程图。
图3为图2实施例的步骤104的详细步骤实施例的流程图。
图4为已知刀具路径与利用本发明刀具路径撷取方法的新路径的对比示意图。
符号说明
10：刀具路径撷取装置
11：通讯频率分析单元
12：加工速度控制单元
13：刀具路径撷取单元
20：工具机
21：控制器
100：刀具路径撷取方法的流程
102～118：刀具路径撷取方法的流程的步骤
1041～1049：计算适用进给率的流程的步骤
T1：已知刀具路径
T2：新路径
具体实施方式
以下将详述本发明内容的各实施例，并配合附图作为例示。除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其他的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包括在本发明的范围内，并以权利要求为准。在说明书的描述中，为了使读者对本发明有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本发明可能在省略部分或全部这些特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或元件并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。附图中相同或类似的元件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，附图仅为示意之用，并非代表元件实际的尺寸或数量，除非有特别说明。
请参阅图1所示，本发明所提供的刀具路径撷取装置10，包括电性连接的通讯频率分析单元11、加工速度控制单元12及刀具路径撷取单元13。刀具路径撷取装置10与工具机20的控制器21通常采取有线方式连接并相互传输数据。本发明的刀具路径撷取装置10举例可藉由计算机实施。
工具机20可为计算机数值控制(CNC，Computer Numerical Control)工具机，控制器21可为工具机的计算机数值控制器。控制器21用以将工具机20加工时的相关数据，例如刀具加工路径的坐标，以一频率传输到刀具路径撷取装置10。例如，控制器21可以每5毫秒(ms)对外传送或更新一次数据，亦即，控制器21传送数据的更新频率为每5毫秒一次，此频率可以随需求而调整。因此，刀具路径撷取装置10必须先确认控制器21的可适用的更新频率，才不致影响后续重建刀具路径坐标的撷取或取样精度，例如过快的频率可以提高路径的精度，但却可能导致数据运算费时。
请参阅图1及图2所示，说明本发明的刀具路径撷取方法的一实施例的流程100，其包括以下步骤：
步骤102：开始。
步骤104：取得工具机20控制器21传输数据的更新频率，计算刀具加工速度或进给率：是藉由刀具路径撷取装置10依据更新频率，接收控制器21所传输的连续刀具坐标数据，在一测试程序执行期间，用以计算刀具加工的进给率(mm/sec)。于步骤104中，是由图1所示通讯频率分析单元11执行上述动作。
步骤106：开始检测直到取得所有路径的适用进给率；若否，则回到步骤104。本步骤106可合并于步骤104中实施。
步骤108：读取控制器测试程序的G代码以确认进给率：是根据所读取测试程序的G代码，以确定各路径所适用的进给率，加工程序的G代码包括直线加工指令与弧线加工的指令，例如直线路径的进给率可能快于弧线路径的进给率以节省撷取时间，而此加工程序不同于步骤104的测试程序。于步骤108中，是由图1所示加工速度控制单元12执行上述动作。
步骤110：判断确认进给率是否等于设定值；若否，则进入步骤112；若是，进入步骤114；设定值是依据需求而设定，以作为一比对的基准，并无一定限制。本步骤110可选择性地略过。
步骤112：设定覆写值(Feed Override)以调整确认的进给率：于步骤110判断当确认进给率不等于设定值时，此确认进给率可能大于或小于设定值，此时设定覆写值以适度地调升或调降进给率而得到较适用的进给率，而覆写值为一百分比值。本步骤112可选择性地略过。
步骤114：记录刀具路径坐标数据：是依据最终确认的进给率，修改控制器以更新频率接收连续多个的刀具坐标数据到一刀具坐标集合，以合成一刀具路径文件。于步骤114中，是由图1所示刀具路径撷取单元13执行上述动作。
步骤116：判断是否为加工程序的结尾；若是，则结束(进入步骤118)；若否，则回到步骤108。
步骤118：结束。
请参阅图1及图3所示，其中关于图2的步骤104计算刀具进给率的流程，还包括以下步骤：
步骤1041：开始。
步骤1042：传送移动指令到工具机20：传送测试程序到控制器21，控制器21命令工具机20执行一段直线或弧线移动指令，以产生连续变化的刀具坐标数据。测试程序是提供工具机20进行模拟加工，包括多个移动指令。
步骤1043：工具机20执行移动指令。
步骤1044：读取坐标并记录目前时间：读取刀具路径上各位置的坐标并加上时间戳，以供后续步骤比对之用。
步骤1045：判断坐标是否改变；若是，则进行步骤1046；若否，则回到步骤1044继续读取；坐标改变表示路径发生改变，例如直线与弧线之间的相互转变，或刀具路径发生偏差。
步骤1046：记录坐标更新时间差；当步骤1045判断坐标改变时，就把改变的坐标加上时间戳，以供后续比对之用。
步骤1047：判断测试程序是否结束；若是，则进行步骤1048；若否，则回到步骤1044。
步骤1048：通过真实路径与理论路径的误差，计算适用的进给率。于步骤1047判断整个程序结束时，再根据各时间戳分析刀具的进给率，计算出适用的进给率。
步骤1049：结束。
当完成上述步骤，取得适用的进给率后，即可进行图2的步骤106。
请参阅图4所示，显示已知刀具路径T1(实线)以及利用本发明所提供的刀具路径撷取方法进行修正后的新路径T2(虚线)。已知刀具路径T1与新路径T2大致重叠，但是在某些位置，尤其是转角及圆弧位置存在较大差异，这说明弧线路径将需要较慢的进给率与较短的数据更新频率。
就图4所示刀具路径的范例而言，其中，已知刀具路径T1的转角误差为1.130407公厘(mm)，圆误差为0.387674公厘，运行时间为41秒；利用本发明所提供的刀具路径撷取方法进行修正后，新路径T2的转角误差为1.13045公厘(mm)，圆误差为0.079694公厘，运行时间为39秒。可比对出利用本发明所提供的刀具路径撷取方法进行修正后的新路径T2更为精确，且取样时间较短，其原因之一在于，利用新路径T2进行加工时，可控制加工刀具于直线部分加速(加大进给率)，而圆弧或圆形部分则可减速(减小进给率)。如此不仅可得到精确的刀具路径，更可缩减取样时间。
综上所述，本发明所提供的刀具路径撷取方法及装置，可依据工具机控制器的通讯频率计算出最适当的进给率，计算进给率的方式不限，不需要对应工具机控制器厂牌，且不需要解释器，也不需要撰写巨集指令，即可精确地控制工具机的加工速度，缩短运行时间并确保刀具路径的精度。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。

Claims (6)

1.一种刀具路径撷取方法，适用于连接控制器的工具机，所述工具机装设刀具，所述方法包括以下步骤：
(a)取得所述控制器传输数据的更新频率；
(b)计算并判断是否取得所述控制器的进给率；若是，则进入步骤(c)；若否，则回到步骤(a)；
(c)读取所述控制器的G代码以确认所述进给率；
(d)依据确认的所述进给率，记录所述控制器所传输的所述刀具的坐标数据以生成刀具路径文件，
其中所述步骤(b)包括以下步骤：
(b1)传送移动指令到所述工具机；
(b2)所述工具机执行所述移动指令；
(b3)读取所述坐标数据并记录当前时间；
(b4)判断所述坐标数据是否改变；若是，则进入步骤(b5)；若否，则回到步骤(b3)；
(b5)更新所述坐标数据与所述当前时间；
(b6)判断所述移动指令是否结束；若是，则进行步骤(b7)；若否，则回到步骤(b3)；
(b7)依据真实路径与理论路径的误差，计算所述进给率。
2.根据权利要求1所述的刀具路径撷取方法，其中所述步骤(c)之后与所述步骤(d)之前还包括以下步骤：
(c1)判断确认的所述进给率是否等于设定值；若否，则进入步骤(c2)；若是，则进入步骤(d)；
(c2)设定覆写值以调整确认的所述进给率。
3.根据权利要求1所述的刀具路径撷取方法，其中所述进给率包括直线路径进给率与弧线路径进给率。
4.根据权利要求2所述的刀具路径撷取方法，其中所述覆写值是一百分比值。
5.根据权利要求1所述的刀具路径撷取方法，其中所述步骤(b1)中传送所述移动指令到所述工具机，是传送测试程序到所述控制器，所述测试程序包括所述移动指令。
6.一种刀具路径撷取装置，电性连接工具机的控制器，所述装置包括：
通讯频率分析单元，取得所述控制器传输数据的更新频率，并计算所述控制器的适用的进给率；
加工速度控制单元，依据所述进给率与所述控制器的G代码以确认所述进给率；以及
刀具路径撷取单元，依据确认的所述进给率，接收由所述控制器所传输的坐标数据以合成刀具路径文件，
其中计算所述控制器的适用的进给率包括以下步骤：
(b1)传送移动指令到所述工具机；
(b2)所述工具机执行所述移动指令；
(b3)读取所述坐标数据并记录当前时间；
(b4)判断所述坐标数据是否改变；若是，则进入步骤(b5)；若否，则回到步骤(b3)；
(b5)更新所述坐标数据与所述当前时间；
(b6)判断所述移动指令是否结束；若是，则进行步骤(b7)；若否，则回到步骤(b3)；
(b7)依据真实路径与理论路径的误差，计算所述进给率。
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