CN113075906A - 加工路径缺陷检测方法 - Google Patents

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CN113075906A CN202010046299.XA CN202010046299A CN113075906A CN 113075906 A CN113075906 A CN 113075906A CN 202010046299 A CN202010046299 A CN 202010046299A CN 113075906 A CN113075906 A CN 113075906A
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周国华
廖建智
王仁杰
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Abstract

本发明公开一种加工路径缺陷检测方法，包括以下步骤。首先，根据加工程序代码建立切削模面，切削模面具有多个模面网格点。接着，计算切削模面中各模面网格点的模面法向量。之后，计算加工程序代码中对应于模面法向量的单节的单节向量。接下来，根据模面法向量及单节向量的关系取得误差信息。若误差信息大于预设值，则显示缺陷信息于切削模面上。

Description

加工路径缺陷检测方法
技术领域
本发明涉及一种缺陷检测方法，且特别是涉及一种加工程序代码的加工路径缺陷检测方法。
背景技术
一般在使用计算机辅助设计软件(CAD)及计算机辅助制造软件(CAM)生成加工路径时，因软件的不同，容易使工件模型表面在转档的过程中产生问题，造成所生成的加工路径具有难以用肉眼观察的缺陷。诸如此类的问题往往都是在完成切削的成品后，在工件成品表面检测时发现到异常的纹路才被注意，因此极有必要建立一种在进行切削之前，可检测既有加工程序代码的加工路径中是否存在缺陷的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加工路径缺陷检测方法，可解决前述问题。
根据本发明的一方面，提出一种加工路径缺陷检测方法，包括以下步骤。首先，根据加工程序代码建立切削模面，切削模面具有多个模面网格点。接着，计算切削模面中各模面网格点的模面法向量。之后，计算加工程序代码中对应于模面法向量的单节的单节向量。接下来，根据模面法向量及单节向量的关系取得误差信息。若误差信息大于预设值，则显示缺陷信息于切削模面上。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附的附图详细说明如下：
附图说明
图1是本发明一实施例的加工路径缺陷检测方法的流程图；
图2是本发明一实施例的加工程序代码所构成的加工路径的示意图；
图3A是本发明一实施例的二维网格的示意图；
图3B是对图3A的二维网格的网格点进行Z坐标的插补的示意图；
图4是本发明一实施例的切削模面的示意图；
图5A是本发明一实施例的三维网格的示意图；
图5B是图5A的三维网格取得模面网格点的模面法向量的示意图；
图6A是本发明一实施例的模面法向量与对应的单节的单节向量的关系的示意图；
图6B是图6A的模面法向量及单节向量的关系取得误差信息的示意图；
图7A是本发明一实施例的由加工程序代码所构成的加工路径的示意图，其包含具有缺陷的单节节点；
图7B及图7C是修补加工程序代码中的一缺陷单节节点的示意图。
符号说明
10…加工路径缺陷检测方法
C…曲线
E…过切量
F…切削模面
I1、I2、I3、I12、I21、I22、I23、I32…模面网格点
M1…二维网格
M2…三维网格
N、N1、N2、N3、N4、N5、N1490、N1510…单节节点
N1500…缺陷的单节节点
N1500’…修正后的单节节点
Figure BDA0002369509750000021
…模面法向量
Pth…加工路径
P00、P01、P10、P20、P30…网格点
R1、R2…区域
S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17…步骤
Figure BDA0002369509750000022
…通过模面网格点的向量
Figure BDA0002369509750000023
…单节向量
α…夹角
具体实施方式
以下将详述本发明的各实施例，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、等效变化都包含在本发明的范围内，并以附上的权利要求为准。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及实施范例；然而，这些特定细节及实施范例不应视为本发明的限制。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。特别注意的是，附图仅为示意及便于说明之用，并非代表元件实际的尺寸或数量，除非有特别说明。
请参照图1，其是根据本发明一实施例的加工路径缺陷检测方法10的流程图。加工路径缺陷检测方法10可通过一运算装置，例如独立的计算机或工具机的控制器来执行，据以检测出加工路径上的缺陷，而不需与实际的工具机连结。换言之，本发明所提供的加工路径缺陷检测方法10并非且也不需通过工具机回授的实际位置信息来得知加工路径的缺陷。
加工路径缺陷检测方法10至少包括步骤S11至步骤S16，以检测加工路径是否具有缺陷。首先进行步骤S11，根据一加工程序代码建立一切削模面。加工程序代码是一种用于输入工具机的多数指令，以驱动工具机进行加工，例如是数值控制码(Numerical Controlcode,NC code)或其他用于控制工具机作动的指令码。
如图2所示，其是根据本发明一实施例的加工程序代码所构成的加工路径Pth的示意图。加工程序代码具有多条的路径轨迹，每条路径轨迹由许多单节节点N所构成，且相邻的两个单节节点N间的路径称为一单节。其中每一单节节点N均具有一三维坐标数据。当加工程序代码输入至工具机后，工具机的刀具便沿着加工路径Pth的多条路径轨迹运行进行切削，进而得到所需的工件成品。
在步骤S11中，首先要绘制一个虚拟的二维网格。请参照图3A，其是根据本发明一实施例的二维网格M1的示意图。二维网格M1例如以棋盘状形式形成，包含多个网格点，例如网格点P00、P01…等。每个网格点均具有X坐标值与Y坐标值。要特别说明的是，此二维网格M1的区域范围需包含加工程序代码中所有单节节点N的X坐标值与Y坐标值。亦即，若将加工程序代码中所有单节节点N垂直投影至XY平面上，所有的单节节点N均要落在此二维网格M1的范围中。
如图3A所示，相邻的两个网格点之间的距离为网格尺寸D，网格尺寸D的大小需近似于加工程序代码的单节长度。举例来说，网格尺寸D可等于或略小于加工程序代码的单节长度。在本实施例中，网格尺寸D以等于加工程序代码的单节长度的情况做说明。
当绘制完二维网格M1后，接着，对二维网格M1的每个网格点进行Z坐标的插补，以取得每个网格点对应的Z坐标值或插补值。请参照图3B，其是对图3A的二维网格M1的网格点进行Z坐标的插补的示意图。由于加工程序代码中每个单节节点(例如单节节点N1、N2)垂直投影至XY平面时，投影的点不一定会刚好对应到二维网格M1上的网格点(例如网格点P10、P20、P30)，故需要对二维网格M1的每个网格点进行Z坐标的插补，以得知每个网格点对应的Z坐标值信息，使每个网格点可对应至加工程序代码的三维坐标数据，并据此获得切削模面。
举例来说，当欲对网格点P10进行Z坐标的插补时，可先寻找X坐标值和Y坐标值与网格点P10相邻的单节节点，即为单节节点N1及N2。接着，根据单节节点N1的X、Z坐标值(X1,Z1)及单节节点N2的X、Z坐标值(X2,Z2)，以插补的方式(例如是线性插补)取得网格点P10对应的Z坐标值(Zp)。如此，网格点P10沿Z坐标方向相距距离Zp的点I1的X、Z坐标值即为(Xp,Zp)。接着，再反复依照前述方式找寻其它经插补后的点I2、I3…。这些经插补后的点I1、I2、I3…可以平滑化的方式连接成一曲线C。待找寻二维网格M1中的所有经插补后的点之后，所有的曲线将可构成一近似于实际工件成品的切削模面F，如图4所示，其是根据本发明一实施例的切削模面F的示意图。于此，前述经插补后的点可称为切削模面F的模面网格点。
接着，如图1所示，在完成步骤S11后，进行步骤S12，计算切削模面F中各模面网格点的一模面法向量。要说明的是，前述经插补后得到的模面网格点(例如I1、I2、I3)还构成一个三维网格，如图5A所示，其是根据本发明一实施例的三维网格M2的示意图。事实上，切削模面F应是以类似于三维网格M2的形式表示，但由于三维网格M2中的每一个网格的尺寸都十分微小，因此切削模面F可以视为由多个微小平面所构成的曲面。
此外，请参照图4及图5A，更因为三维网格M2中的每一个网格的尺寸都十分微小，若在切削模面F中提取足够微小的区域R1来观看，三维网格M2可以视为二维平面的网格。因此，在进行步骤S12时，可利用以下方式来找出各模面网格点的模面法向量。
首先，找寻三维网格M2中通过各模面网格点的两向量。举例来说，图5B是根据图5A的三维网格M2取得模面网格点I22的模面法向量
Figure BDA0002369509750000051
的示意图。请参照图5A及图5B，假设欲找寻模面网格点I22的模面法向量
Figure BDA0002369509750000052
先找寻模面网格点I22邻近的四个模面网格点的位置坐标，这四个模面网格点例如是I12、I21、I32及I23。接着计算依序通过模面网格点I12及I32的向量
Figure BDA0002369509750000053
并计算依序通过模面网格点I21及I23的向量
Figure BDA0002369509750000054
且向量
Figure BDA0002369509750000055
及向量
Figure BDA0002369509750000056
均分别通过模面网格点I22。接着，再将向量
Figure BDA0002369509750000057
及向量
Figure BDA0002369509750000058
外积，以取得模面网格点I22的模面法向量
Figure BDA0002369509750000059
之后，如图1所示，在完成步骤S12后，进行步骤S13，计算加工程序代码中对应于模面法向量的单节的一单节向量。举例来说，请参照图6A，其是根据本发明一实施例的模面法向量
Figure BDA00023695097500000510
与对应的单节的单节向量
Figure BDA00023695097500000511
的关系的示意图。在图6A中，以
Figure BDA00023695097500000512
绘示者即为前述提及的模面网格点，以虚线绘示者即为前述提及的三维网格，并且，模面网格点I4的模面法向量
Figure BDA00023695097500000513
也可通过前述提及的方式取得。由于模面网格点I4是由相邻的单节节点(例如单节节点N3、N4)进行插补而求得，因此单节节点N3、N4、N5不一定会刚好落在虚线绘示的三维网格上。
在步骤S13中，首先找寻加工程序代码中邻近于具有模面法向量的模面网格点的两单节节点。举例来说，模面网格点I4是由相邻的单节节点N3、N4进行插补而求得，故邻近于模面法向量
Figure BDA00023695097500000514
的模面网格点I4的两单节节点即为单节节点N3、N4。接着，取得两单节节点N3、N4构成的单节向量
Figure BDA00023695097500000515
接下来，如图1所示，在计算加工程序代码中对应于模面法向量的单节的单节向量的步骤S13后，进行步骤S14，根据模面法向量及单节向量的关系取得一误差信息。
在一实施例中，误差信息为模面法向量及单节向量之间的一夹角与90°直角的差值。举例来说，请参照图6B，其是根据图6A的模面法向量
Figure BDA00023695097500000516
及单节向量
Figure BDA00023695097500000517
的关系取得误差信息的示意图。在求得模面法向量
Figure BDA00023695097500000518
及单节向量
Figure BDA00023695097500000519
后，即可根据两向量的关系求得两向量之间的夹角α。
之后，请参照图1，进行步骤S15，判断步骤S14中所取得的误差信息是否大于一预设值。以误差信息为模面法向量及单节向量之间的一夹角与90°直角的差值为例作说明，使用者可事先设定一预设值，预设值例如是角度10°。如图1及图6B所示，当模面法向量及单节向量之间的夹角α与90°直角的差值大于10°时，则进入步骤S16；若小于10°时，则选择性地回到步骤12继续计算下一个模面网格点，或完成所有计算直接结束本方法10。
在步骤S16中，将一缺陷信息显示于切削模面上。缺陷信息例如是加工程序代码中的一缺陷单节节点，其可以不同的颜色、亮度、灰度程度或标志来表示。举例来说，以误差信息为模面法向量及单节向量之间的一夹角差值为例作说明，若夹角差值大于预设值，即可以不同的颜色、亮度、灰度程度或标志将缺陷信息(例如是加工程序代码中的一缺陷单节节点)显示于如图4所示的切削模面F上，以便于使用者观察。
此外，若发现切削模面F中具上显示有一缺陷信息，例如是加工程序代码中的一缺陷单节节点，根据本发明的其它实施例，还可以进一步修补此缺陷单节节点，如图1的步骤S17。
以图7A至图7C的实施例来说明，其中图7A是根据本发明一实施例的由加工程序代码所构成的加工路径的示意图，其包含具有缺陷的单节节点；图7B及图7C绘示修补加工程序代码中的一缺陷单节节点的示意图。
请参照图7A，在经过图1叙述的加工路径缺陷检测方法10的步骤S11至步骤S15后，在区域R2中发现一具有缺陷的单节节点N1500，区域R2的放大图可参照图7B所示，此区域包含单节节点N1490、N1500及N1510。
首先参照图7B，在以误差信息为模面法向量及单节向量之间的一夹角差值为例的情况下，模面法向量
Figure BDA0002369509750000061
及对应的单节向量
Figure BDA0002369509750000062
之间的夹角差值已大于预设值，因此将单节节点N1500视为一具有缺陷的单节节点。接着，可根据夹角差值进行缺陷的单节节点N1500的修补。
于此，可根据夹角计算一过切量E，过切量E可依据(式一)来求得。(式一)如下述表示：
Figure BDA0002369509750000063
接着，沿着模面法向量
Figure BDA0002369509750000064
的方向移动单节节点N1500，以补回过切量E，产生一修正后的单节节点N1500’，如图7C所示。如此，即可依据修正后的结果输出一优化过后的加工路径，优化过后的加工路径以虚线表示；依据优化过后的加工路径，原加工程序代码可获得修改。
综上所述，根据本发明所提供的加工路径缺陷检测方法，可依据加工程序代码检查加工路径是否具有缺陷，即使没有实际图档的情况下也能够进行检测。此外，若检测加工路径具有缺陷时，还能够局部地修补具有缺陷的单节节点，并据以产生优化的加工路径及加工程序代码。
虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明。本发明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，可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (10)

1.一种加工路径缺陷检测方法，适于由一运算装置实施，包括以下步骤：
根据加工程序代码建立切削模面，该切削模面具有多个模面网格点；
计算各该模面网格点的模面法向量；
计算该加工程序代码中对应于各该模面法向量的单节的单节向量；
根据该模面法向量及该单节向量的关系取得误差信息；以及
若该误差信息大于预设值，显示缺陷信息于该切削模面上。
2.如权利要求1所述的加工路径缺陷检测方法，其中根据该加工程序代码建立该切削模面的步骤包括：
绘制二维网格，该二维网格具有多个网格点；
找寻与该每个网格点相邻的二单节节点，根据该些相邻的单节节点，对该网格点进行沿一坐标轴的插补，以取得该每个网格点对应的坐标值，该每个网格点沿该坐标轴具有该坐标值的点是为各该模面网格点；以及
平滑化该些模面网格点以产生该切削模面。
3.如权利要求2所述的加工路径缺陷检测方法，其中该二维网格的网格尺寸等于该加工程序代码的单节的长度。
4.如权利要求1所述的加工路径缺陷检测方法，其中该些模面网格点还构成三维网格。
5.如权利要求4所述的加工路径缺陷检测方法，其中计算该模面网格点的该模面法向量的步骤包括：
找寻该三维网格中通过各该模面网格点的两向量；以及
将该两向量外积，以取得各该模面网格点的该模面法向量。
6.如权利要求1所述的加工路径缺陷检测方法，其中计算该加工程序代码中对应于各该模面法向量的该单节的该单节向量的步骤包括：
找寻该加工程序代码中邻近于具有该模面法向量的该模面网格点的两单节节点；以及
取得该两单节节点构成的该单节向量。
7.如权利要求1所述的加工路径缺陷检测方法，其中该误差信息为该模面法向量及该单节向量之间的夹角与直角的差值。
8.如权利要求7所述的加工路径缺陷检测方法，还包括：
若该差值大于该预设值，根据该差值修补该加工程序代码中对应的缺陷单节节点。
9.如权利要求8所述的加工路径缺陷检测方法，其中根据该差值修补该加工程序代码中对应的该缺陷单节节点的步骤包括：
根据该夹角计算过切量；以及
沿着该模面法向量的方向移动该缺陷单节节点，补回该过切量。
10.如权利要求1所述的加工路径缺陷检测方法，其中该缺陷信息以不同的颜色、亮度、灰度程度或标志显示。
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