TW201514644A - 計算裝置、物料加工模擬系統及方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種物料加工模擬系統，應用於計算裝置。該系統建立刀具的三維模型及物料的三維模型，對物料的三維模型進行三角網格化，並從儲存器儲存的CNC加工程式中依次提取加工路徑上所有路徑點的座標。之後，該系統從刀具的三維模型上讀取刀具的當前位置點，並從加工路徑上讀取一個路徑點，根據該當前位置點到該路徑點的距離及刀具的最大包圍盒計算刀具從當前位置點移動到該路徑點所形成的移動路徑最大包圍盒，再根據物料的三維模型上的三角形與該移動路徑最大包圍盒的相交關係對物料的三維模型進行裁切，得到裁切後的物料的三維模型。

Description

計算裝置、物料加工模擬系統及方法

本發明涉及一種電腦輔助控制系統及方法，尤其是一種電腦數位控制（computer numerical control, CNC）物料加工模擬系統及方法。

CNC加工程式是文字檔案的格式，不直觀，只有透過CNC加工實際的產品才能知道最後的加工效果。如果CNC加工程式編寫得不是很好，加工效果可能不滿足要求，並且在產品加工過程中刀具及CNC機台可能會被損壞。

鑒於以上內容，有必要提供一種物料加工模擬系統及方法，可以令用戶在正式利用CNC程式加工產品之前瞭解產品加工過程可能會發生的問題，及時對CNC加工程式進行調試。

本發明提供一種計算裝置，該計算裝置包括儲存器及處理器。儲存器儲存電腦程式化指令、刀具的三維輪廓點座標資料、物料的三維輪廓點座標資料及CNC加工程式。處理器運行所述電腦程式化指令，執行以下操作：根據刀具及物料的三維輪廓點座標資料建立刀具的三維模型及物料的三維模型；對物料的三維模型進行三角網格化；從CNC加工程式中依次提取加工路徑上所有路徑點的座標；從刀具的三維模型上讀取刀具的當前位置點，並從加工路徑上讀取一個路徑點，根據該當前位置點到該路徑點的距離及刀具的最大包圍盒計算刀具從當前位置點移動到該路徑點所形成的移動路徑最大包圍盒；及根據物料的三維模型上的三角形與該移動路徑最大包圍盒的相交關係對物料的三維模型進行裁切，得到裁切後的物料的三維模型。

本發明提供一種物料加工模擬系統。該系統根據儲存器儲存的刀具及物料的三維輪廓點座標資料建立刀具的三維模型及物料的三維模型，對物料的三維模型進行三角網格化，並從儲存器儲存的CNC加工程式中依次提取加工路徑上所有路徑點的座標。之後，該系統從刀具的三維模型上讀取刀具的當前位置點，並從加工路徑上讀取一個路徑點，根據該當前位置點到該路徑點的距離及刀具的最大包圍盒計算刀具從當前位置點移動到該路徑點所形成的移動路徑最大包圍盒，再根據物料的三維模型上的三角形與該移動路徑最大包圍盒的相交關係對物料的三維模型進行裁切，得到裁切後的物料的三維模型。

本發明提供一種物料加工模擬方法。該方法根據儲存器儲存的刀具及物料的三維輪廓點座標資料建立刀具的三維模型及物料的三維模型，對物料的三維模型進行三角網格化，並從儲存器儲存的CNC加工程式中依次提取加工路徑上所有路徑點的座標。之後，該方法從刀具的三維模型上讀取刀具的當前位置點，並從加工路徑上讀取一個路徑點，根據該當前位置點到該路徑點的距離及刀具的最大包圍盒計算刀具從當前位置點移動到該路徑點所形成的移動路徑最大包圍盒，再根據物料的三維模型上的三角形與該移動路徑最大包圍盒的相交關係對物料的三維模型進行裁切，得到裁切後的物料的三維模型。

相較於習知技術，本發明提供的物料加工模擬系統及方法，可以根據CNC加工程式模擬刀具裁切物料得到加工產品的過程，使得用戶在正式利用CNC程式加工產品之前根據模擬過程直觀地瞭解產品加工過程可能會發生的問題，及時對CNC加工程式進行調試。

1‧‧‧計算裝置

10‧‧‧物料加工模擬系統

11‧‧‧模型建立模組

12‧‧‧模型處理模組

13‧‧‧加工路徑點提取模組

14‧‧‧包圍盒計算模組

15‧‧‧第一判斷模組

16‧‧‧加工模擬模組

17‧‧‧第二判斷模組

20‧‧‧儲存器

30‧‧‧處理器

40‧‧‧顯示設備

2‧‧‧影像量測機台

3‧‧‧刀具

4‧‧‧物料

圖1是本發明物料加工模擬系統較佳實施例的應用環境圖。

圖2是本發明物料加工模擬方法較佳實施例的流程圖。

圖3是本發明物料加工模擬系統從一個CNC加工程式中擷取的路徑點座標所組成的加工路徑的示意圖。

圖4A是刀具從當前位置點P1移動到圖3所示的加工路徑上的一個路徑點P2的二維示意圖。

圖4B是刀具從圖4A中的當前位置點P1移動到路徑點P2所形成的移動路徑最大包圍盒R1的二維示意圖。

圖5A是刀具的最大包圍盒的三維示意圖。

圖5B是刀具從圖4A中的當前位置點P1移動到路徑點P2所形成的移動路徑最大包圍盒R1的三維示意圖。

圖6是刀具所形成的移動路徑最大包圍盒R1與三角網格化後的物料相交的示意圖。

圖7是以移動路徑最大包圍盒R1與物料上的三角形的相交關係示意說明刀具裁切物料的過程。

如圖1所示，是本發明物料加工模擬系統10（以下簡稱系統10）較佳實施例的應用環境圖。該系統10應用於計算裝置1。該計算裝置1還包括儲存器20、處理器30及顯示設備40。

在本實施例中，該計算裝置1與影像量測機台2相連接，該影像量測機台2對刀具3進行影像量測，得到刀具3的三維輪廓點座標資料，並傳送至計算裝置1。有關如何獲取刀具3的三維輪廓點座標資料的詳細過程請參閱申請號為201210100800.1、發明名稱為“刀具檢測系統及方法”的發明專利申請，在此不再贅述。該影像量測機台2還可以對待加工的物料4進行影像量測，得到物料4的三維輪廓點座標資料，並傳送至計算裝置1。

儲存器20儲存刀具3的三維輪廓點座標資料及物料4的三維輪廓點座標資料。

在本實施例中，該系統10包括模型建立模組11、模型處理模組12、加工路徑點提取模組13、包圍盒計算模組14、第一判斷模組15、加工模擬模組16及第二判斷模組17。模組11-17包括電腦程式指令，這些電腦程式指令儲存在儲存器20。處理器30執行這些電腦程式化指令，建立刀具3及物料4的三維模型，根據刀具3及物料4的三維模型、CNC加工程式中的路徑點模擬刀具3裁切物料4得到加工產品的過程。

顯示設備40顯示刀具3及物料4的三維模型，並顯示模擬刀具3裁切物料4得到加工產品的過程。

以下結合圖2-7說明模組11-17的具體功能。

參閱圖2所示，是本發明物料加工模擬方法較佳實施例的流程圖。

步驟S10，模型建立模組11從儲存器20讀取刀具3的三維輪廓點座標資料及物料4的三維輪廓點座標資料，根據刀具3的三維輪廓點座標資料建立刀具3的三維模型，根據物料4的三維輪廓點座標資料建立物料4的三維模型。

步驟S20，模型處理模組12對物料4的三維模型進行三角網格化。有關如何對物料4的三維模型進行三角網格化的詳細過程請參閱申請號為200910311058.7、發明名稱為“光照環境模擬系統及方法”的發明專利申請的圖3及其相關描述，在此不再贅述。

步驟S30，加工路徑點提取模組13從儲存器20讀取CNC加工程式，從CNC加工程式中依次提取加工路徑上所有路徑點的座標。CNC加工程式是有預設格式的程式，其每一行包含XYZ關鍵字，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後面的資料分別表示加工路徑上一個路徑點的X、Y、Z座標值。如圖3所示，是從CNC加工程式中依次提取所有路徑點的座標所組成的加工路徑的示意圖。

步驟S40，包圍盒計算模組14從刀具3的三維模型上讀取刀具3的當前位置點（例如刀具3的初始位置點P1），並從加工路徑上讀取一個路徑點P2（例如第一個路徑點）。在本實施例中，刀具3的當前位置點指的是刀具3用於切削產品（例如物料4）的前端部分的中心點。例如，假設刀具3用於切削產品的前端部分的平面圖為如圖4A所示的圓形，則刀具3的當前位置點P1為該圓形的圓心。隨著刀具3的運動，刀具3的當前位置點的座標會發生變化。

步驟S50，包圍盒計算模組14根據刀具3的當前位置點P1到該路徑點P2的距離及刀具3的最大包圍盒計算刀具3從當前位置點P1移動到該路徑點P2所形成的移動路徑最大包圍盒R1。如圖4B所示，是以二維圖示意刀具3從圖4A中的當前位置點P1移動到路徑點P2所形成的移動路徑最大包圍盒R1。在本實施例中，該移動路徑最大包圍盒R1是由刀具3的最大包圍盒（如圖5A所示）及刀具3從當前位置點P1移動到路徑點P2所經過的空間路徑所形成的長方體（如圖5B所示）。刀具3的最大包圍盒是將刀具3完全包圍在其中的一個長方體。

步驟S60，第一判斷模組15判斷物料4的三維模型（三角網格化後的三維模型）與該移動路徑最大包圍盒R1是否相交。若物料4的三維模型與該移動路徑最大包圍盒R1相交（如圖6所示），則表明刀具3在對物料4進行裁切操作，執行步驟S70。若物料4的三維模型與該移動路徑最大包圍盒R1不相交，則表明刀具3還未接觸到物料4，流程進入步驟S80。

執行步驟S70，加工模擬模組16根據物料4的三維模型上的三角形與該移動路徑最大包圍盒R1的相交關係對物料4的三維模型進行裁切，得到裁切後的物料4的三維模型。

在本實施例中，所述相交關係包括：三角形完全落入該移動路徑最大包圍盒R1之內；三角形完全落入該移動路徑最大包圍盒R1之外；以及三角形的一部分落入該移動路徑最大包圍盒R1之內、另一部分落入該移動路徑最大包圍盒R1之外。

所述裁切包括：1. 刪除物料4的三維模型上的完全落入該移動路徑最大包圍盒R1之內的所有三角形（如圖7中的三角形A1、A2）；2. 保留物料4的三維模型上的完全落入該移動路徑最大包圍盒R1之外的所有三角形（如圖7中的三角形A3）；3. 若一個三角形（如圖7中的三角形A4）一部分落入該移動路徑最大包圍盒R1之內、另一部分落入該移動路徑最大包圍盒R1之外，則刪除三角形落入該移動路徑最大包圍盒R1之內的部分（如圖7中的三角形A4的白色部分），保留落入該移動路徑最大包圍盒R1之外的部分（如圖7中的三角形A4的黑色部分）。

加工模擬模組16還根據刀具3的當前位置點P1、路徑點P2及所述移動路徑最大包圍盒R1繪製刀具3的運動路徑，以模擬刀具3的運動過程。

步驟S80，第二判斷模組17判斷該路徑點P2是否為加工路徑上的最後一個路徑點。若該路徑點P2不是加工路徑上的最後一個路徑點，則取刀具3目前到達的路徑點（例如P2）的座標為刀具3的當前位置點的座標、流程返回步驟S40，繼續模擬刀具3的運動路徑及刀具3對物料4的三維模型的裁切，直到刀具3到達最後一個路徑點、完成物料4的最終裁切，得到最終被裁切後的物料4的三維模型，流程結束。

最後應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。

無

1‧‧‧計算裝置

10‧‧‧物料加工模擬系統

11‧‧‧模型建立模組

12‧‧‧模型處理模組

13‧‧‧加工路徑點提取模組

14‧‧‧包圍盒計算模組

15‧‧‧第一判斷模組

16‧‧‧加工模擬模組

17‧‧‧第二判斷模組

20‧‧‧儲存器

30‧‧‧處理器

40‧‧‧顯示設備

2‧‧‧影像量測機台

3‧‧‧刀具

4‧‧‧物料

Claims (10)

1. 一種物料加工模擬方法，應用於計算裝置，該方法包括：
   模型建立步驟：從儲存器讀取刀具的三維輪廓點座標資料及物料的三維輪廓點座標資料，根據刀具的三維輪廓點座標資料建立刀具的三維模型，及根據物料的三維輪廓點座標資料建立物料的三維模型；
   模型處理步驟：對物料的三維模型進行三角網格化；
   加工路徑點提取步驟：從儲存器讀取CNC加工程式，從CNC加工程式中依次提取加工路徑上所有路徑點的座標；
   包圍盒計算步驟：從刀具的三維模型上讀取刀具的當前位置點，並從加工路徑上讀取一個路徑點，根據該當前位置點到該路徑點的距離及刀具的最大包圍盒計算刀具從當前位置點移動到該路徑點所形成的移動路徑最大包圍盒；
   第一判斷步驟：判斷物料的三維模型與該移動路徑最大包圍盒是否相交，若相交則執行加工模擬步驟，若不相交則直接執行第二判斷步驟；
   加工模擬步驟：根據物料的三維模型上的三角形與該移動路徑最大包圍盒的相交關係對物料的三維模型進行裁切，得到裁切後的物料的三維模型；及
   第二判斷步驟：判斷該路徑點是否為加工路徑上的最後一個路徑點，若不是加工路徑上的最後一個路徑點，則以刀具當前到達的路徑點為刀具的當前位置點，並返回所述包圍盒計算步驟，繼續模擬刀具對物料的三維模型的裁切，直到刀具到達加工路徑上的最後一個路徑點。
2. 如申請專利範圍第1項所述的物料加工模擬方法，所述加工模擬步驟還包括：根據刀具的當前位置點、從加工路徑上讀取的路徑點及所述移動路徑最大包圍盒繪製刀具的運動路徑。
3. 如申請專利範圍第1項所述的物料加工模擬方法，所述相交關係包括：三角形完全落入該移動路徑最大包圍盒之內；三角形完全落入該移動路徑最大包圍盒之外；以及三角形的一部分落入該移動路徑最大包圍盒之內、另一部分落入該移動路徑最大包圍盒之外。
4. 如申請專利範圍第3項所述的物料加工模擬方法，所述裁切包括：刪除物料的三維模型上的完全落入該移動路徑最大包圍盒之內的所有三角形；保留物料的三維模型上的完全落入該移動路徑最大包圍盒之外的所有三角形；及若一個三角形一部分落入該移動路徑最大包圍盒之內、另一部分落入該移動路徑最大包圍盒之外，則刪除該三角形落入該移動路徑最大包圍盒之內的部分、保留該三角形落入該移動路徑最大包圍盒之外的部分。
5. 一種物料加工模擬系統，應用於計算裝置，該系統包括：
   模型建立模組，用於從儲存器讀取刀具的三維輪廓點座標資料及物料的三維輪廓點座標資料，根據刀具的三維輪廓點座標資料建立刀具的三維模型，及根據物料的三維輪廓點座標資料建立物料的三維模型；
   模型處理模組，用於對物料的三維模型進行三角網格化；
   加工路徑點提取模組，用於從儲存器讀取CNC加工程式，從CNC加工程式中依次提取加工路徑上所有路徑點的座標；
   包圍盒計算模組，用於從刀具的三維模型上讀取刀具的當前位置點，並從加工路徑上讀取一個路徑點，根據該當前位置點到該路徑點的距離及刀具的最大包圍盒計算刀具從當前位置點移動到該路徑點所形成的移動路徑最大包圍盒；
   第一判斷模組，用於判斷物料的三維模型與該移動路徑最大包圍盒R1是否相交，若相交則執行加工模擬步驟，若不相交則直接執行第二判斷步驟；
   加工模擬模組，用於根據物料的三維模型上的三角形與該移動路徑最大包圍盒的相交關係對物料的三維模型進行裁切，得到裁切後的物料的三維模型；及
   第二判斷模組，用於判斷該路徑點是否為加工路徑上的最後一個路徑點，若不是加工路徑上的最後一個路徑點，則以刀具當前到達的路徑點為刀具的當前位置點，繼續執行所述包圍盒計算模組、第一判斷模組及加工模擬模組模擬刀具對物料的三維模型的裁切，直到刀具到達加工路徑上的最後一個路徑點。
6. 如申請專利範圍第5項所述的物料加工模擬系統，所述加工模擬模組還用於：根據刀具的當前位置點、從加工路徑上讀取的路徑點及所述移動路徑最大包圍盒繪製刀具的運動路徑。
7. 如申請專利範圍第5項所述的物料加工模擬系統，所述相交關係包括：三角形完全落入該移動路徑最大包圍盒之內；三角形完全落入該移動路徑最大包圍盒之外；以及三角形的一部分落入該移動路徑最大包圍盒之內、另一部分落入該移動路徑最大包圍盒之外。
8. 如申請專利範圍第7項所述的物料加工模擬系統，所述裁切包括：刪除物料的三維模型上的完全落入該移動路徑最大包圍盒之內的所有三角形；保留物料的三維模型上的完全落入該移動路徑最大包圍盒之外的所有三角形；及若一個三角形一部分落入該移動路徑最大包圍盒之內、另一部分落入該移動路徑最大包圍盒之外，則刪除該三角形落入該移動路徑最大包圍盒之內的部分、保留該三角形落入該移動路徑最大包圍盒之外的部分。
9. 一種計算裝置，包括：
   儲存器，用於儲存電腦程式化指令、刀具的三維輪廓點座標資料、物料的三維輪廓點座標資料及CNC加工程式；及
   處理器，該處理器運行所述電腦程式化指令，執行以下步驟：
   模型建立步驟：從儲存器讀取刀具的三維輪廓點座標資料及物料的三維輪廓點座標資料，根據刀具的三維輪廓點座標資料建立刀具的三維模型，及根據物料的三維輪廓點座標資料建立物料的三維模型；
   模型處理步驟：對物料的三維模型進行三角網格化；
   加工路徑點提取步驟：從儲存器讀取CNC加工程式，從CNC加工程式中依次提取加工路徑上所有路徑點的座標；
   包圍盒計算步驟：從刀具的三維模型上讀取刀具的當前位置點，並從加工路徑上讀取一個路徑點，根據該當前位置點到該路徑點的距離及刀具的最大包圍盒計算刀具從當前位置點移動到該路徑點所形成的移動路徑最大包圍盒；
   第一判斷步驟：判斷物料的三維模型與該移動路徑最大包圍盒是否相交，若相交則執行加工模擬步驟，若不相交則直接執行第二判斷步驟；
   加工模擬步驟：根據物料的三維模型上的三角形與該移動路徑最大包圍盒的相交關係對物料的三維模型進行裁切，得到裁切後的物料的三維模型；及
   第二判斷步驟：判斷該路徑點是否為加工路徑上的最後一個路徑點，若不是加工路徑上的最後一個路徑點，則以刀具當前到達的路徑點為刀具的當前位置點、返回所述包圍盒計算步驟，繼續模擬刀具對物料的三維模型的裁切，直到刀具到達加工路徑上的最後一個路徑點。
10. 如申請專利範圍第9項所述的計算裝置，所述加工模擬步驟還包括：根據刀具的當前位置點、從加工路徑上讀取的路徑點及所述移動路徑最大包圍盒繪製刀具的運動路徑。