TW201516596A - 產品加工驗證系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種產品加工驗證系統，包括：擬合模組，用於將理論加工路徑所有點擬合成第一曲線；提取模組，用於提取產品理論圖檔的輪廓線；第一計算模組，用於計算每條輪廓線的法向；調整模組，用於以一條輪廓線為基準輪廓線，將所有輪廓線法向調整到與基準輪廓線的法向同向，形成第二曲線；第二計算模組，用於計算第一曲線上每個點到第二曲線上對應點之間的距離值；及第一判斷模組，用於當所有對應點之間的距離值超過第一設定公差範圍時，判斷加工程式存在誤差，當所有對應點之間的距離值沒有超過第一設定公差範圍時，判斷加工程式不存在誤差。

Description

產品加工驗證系統及方法

本發明涉及一種產品加工的系統及方法，尤其涉及一種產品加工驗證系統及方法。

數控機床（computer numerical control，CNC）加工機加工產品之前，通常需要人工編寫加工程式，將加工程式中寫入加工路徑，再藉由CNC加工機利用寫入的加工路徑加工產品的毛坯，從而得到實際的加工產品。再藉由檢測實際產品的重點尺寸來修正加工程式，利用修正過的加工程式加工新的產品，再檢測修正，直到加工出來的產品符合要求。該方法會藉由多次迭代才能達到目的，浪費大量的人力物力，且整個週期很長，使得產品無法於規定的交貨期交貨。

鑒於以上內容，有必要提供一種產品加工驗證系統及方法，可以驗證加工機加工產品的能力。

一種產品加工驗證系統，運行於數控機床加工機中，所述系統包括：擬合模組，用於從數控機床加工機的加工程式中獲取理論加工路徑的各個點的座標值，並根據各個點的座標值將所有點擬合成第一曲線；提取模組，用於從資料庫中獲取產品的理論圖檔，並提取該理論圖檔的所有輪廓線；第一計算模組，用於計算每條輪廓線的法向；調整模組，用於以一條輪廓線為基準輪廓線，以該基準輪廓線的法向為基準法向，將所有輪廓線的法向調整到與所述基準輪廓線的法向同向，調整後的輪廓線組成的曲線為第二曲線；第二計算模組，用於將第一曲線和第二曲線進行對齊，計算第一曲線上每個點到對應於第二曲線上的點之間的距離值，該距離值為第一曲線上每個點與第二曲線上對應點的偏差值；及第一判斷模組，用於當第一曲線和第二曲線上所有對應點之間的距離值超過第一設定公差範圍時，判斷所述加工程式存在誤差，當第一曲線和第二曲線上所有對應點之間的距離值沒有超過第一設定公差範圍時，判斷所述加工程式不存在誤差。

一種產品加工驗證方法，運行於數控機床加工機中，該方法包括：擬合步驟，從數控機床加工機的加工程式中獲取理論加工路徑的各個點的座標值，並根據各個點的座標值將所有點擬合成第一曲線；提取步驟，從資料庫中獲取產品的理論圖檔，並提取該理論圖檔的所有輪廓線；第一計算步驟，計算每條輪廓線的法向；調整步驟，以一條輪廓線為基準輪廓線，以該基準輪廓線的法向為基準法向，將所有輪廓線的法向調整到與所述基準輪廓線的法向同向，調整後的輪廓線組成的曲線為第二曲線；第二計算步驟，將第一曲線和第二曲線進行對齊，計算第一曲線上每個點到對應於第二曲線上的點之間的距離值，該距離值為第一曲線上每個點與第二曲線上對應點的偏差值；及第一判斷步驟，當第一曲線和第二曲線上所有對應點之間的距離值超過第一設定公差範圍時，判斷所述加工程式存在誤差，當第一曲線和第二曲線上所有對應點之間的距離值沒有超過第一設定公差範圍時，判斷所述加工程式不存在誤差。

相較於習知技術，所述產品加工驗證系統及方法，可以驗證數控機床（computer numerical control，CNC）加工機加工的產品是否偏差過大，保證了產品加工的精確性，提高產品加工的工作效率。

圖1是本發明產品加工驗證系統較佳實施例的運行環境圖。

圖2是本發明產品加工驗證系統較佳實施例的功能模組圖。

圖3是本發明產品加工驗證方法較佳實施例的作業流程圖。

圖4是本發明中加工程式格式示意圖。

圖5是本發明中調整產品輪廓線法向示意圖。

如圖1所示，是本發明產品加工驗證系統較佳實施例的運行環境圖。該產品加工驗證系統10運行於數控機床（computer numerical control，CNC）加工機1（以下簡稱為CNC加工機1）。該CNC加工機1包括加工程式11和資料庫12，該加工程式11提供用戶輸入的產品的理論加工路徑，該理論加工路徑是由產品的理論點組成的。該加工程式11還提供了CNC加工機1加工產品的速度、角度等參數。所述資料庫12中儲存有所述加工程式11對應的理論圖檔，該理論圖檔為所述產品的標準設計圖檔。

如圖2所示，是圖1中產品加工驗證系統10的功能模組圖。所述產品加工驗證系統10包括：檢測模組100、擬合模組101、提取模組102、第一計算模組103、調整模組104、第二計算模組105、第一判斷模組106、控制模組107、第三計算模組108及第二判斷模組109。所述模組是具有特定功能的軟體程式段，該軟體儲存於電腦可讀儲存介質或其他儲存設備，可被電腦或其他包含處理器的計算裝置執行，從而完成本發明中產品加工驗證作業流程。

檢測模組100用於啟動加工程式11時，檢查加工程式11的程式格式是否正確。本實施例中，該加工程式11的正確程式格式為每行記錄有理論加工路徑的各個點的座標值，如圖4所示。

擬合模組101用於從加工程式11中獲取理論加工路徑的各個點的座標值，並將各個點的座標值加入點座標佇列，根據最小二乘法迭代將點座標佇列中的所有點擬合成第一曲線，使得所有點到擬合出來的第一曲線的距離平方和的平均值最小。

提取模組102用於從資料庫12中獲取所述加工程式11對應的產品的理論圖檔，並提取該理論圖檔的所有輪廓線，本實施例中，該輪廓線為CAD輪廓線。

第一計算模組103用於計算每條輪廓線的法向。本實施例中，每條輪廓線的法向的計算方式為：於每條輪廓線上取第一點和第二點，並將該兩點形成一個向量，取該第一點和第二點所於平面的Z軸方向為一個向量，將該兩個向量進行向量叉乘即可計算出該輪廓線的法向。

調整模組104用於以一條輪廓線為基準輪廓線，以該基準輪廓線的法向為基準法向，將所有其他輪廓線的法向調整到與所述基準輪廓線的法向同向，調整法向後的輪廓組成的曲線為第二曲線，如圖5所示。本實施例中，該法向一致是指若基準輪廓線的法向為外法向，則將所有輪廓線的法向均調整為外法向。本發明較佳實施例中，相鄰輪廓線的法向量之間的角度小於80度即為同向。

第二計算模組105用於將第一曲線和第二曲線進行對齊，計算並輸出第一曲線上每個點到第二曲線上的對應點之間的距離值，該距離值為第一曲線上每個點與第二曲線上對應點的偏差值。該第二計算模組105還用於將所述第一曲線和第二曲線用不同的顏色繪出，方便用戶查看。本實施例中，計算第一曲線上每個點到第二曲線上所有點的距離值，並獲取到第一曲線上每個點到第二曲線最近距離對應的第二曲線上的點，該第二曲線上獲取到的點為與第一曲線上點的對應點。如第一曲線上點A到第二曲線上的點A’之間的距離為該點A到第二曲線上所有點的最小距離，點A和點A’即為第一曲線和第二曲線上對應的點，該對應點之間的距離即為該兩點之間的偏差值。

第一判斷模組106用於判斷所述第一曲線和第二曲線上所有對應點之間的距離值是否超過第一設定公差範圍。由於第一曲線為加工程式11根據加工路徑形成的曲線，第二曲線為理論圖檔形成的曲線，所述對齊之後形成的第一曲線和第二曲線對應點之間的距離值表明了加工程式11的精確度。當所述第一曲線和第二曲線上存在對應點之間的距離值超過所述第一設定公差範圍時，該第一判斷模組106判斷所述加工程式11存在誤差。當所述第一曲線和第二曲線上所有對應點之間的距離值均未超過所述第一設定公差範圍時，該第一判斷模組106判斷所述加工程式11不存在誤差。

控制模組107用於控制所述CNC加工機1根據加工程式11進行產品加工，並掃描加工出來的產品的實際加工路徑線，得到該產品的點雲，並根據最小二乘法迭代點雲的座標值將所述點雲擬合成第三曲線。本實施例中，所述CNC加工機1中的高精度CNC檢測機（未示出）對所述產品的輪廓進行掃描，得到二維圖像，並將該二維圖像二值化，根據二值化圖像中的圖元變化來計算每張圖片中的二維輪廓座標得到點雲。

第三計算模組108用於將第三曲線和第二曲線進行對齊，計算並輸出第三曲線上每個點到第二曲線上的對應點之間的距離值，該距離值為第三曲線上每個點與第二曲線上對應點的偏差值，並將該第三曲線用不同於第一曲線和第二曲線的顏色繪出，方便用戶查看。

第二判斷模組109用於判斷第三曲線和第二曲線上所有對應點之間的距離值是否超過第二設定公差範圍。當該第三曲線和第二曲線上所有對應點之間的距離值沒有超過第二設定公差範圍時，該第二判斷模組109判斷所述CNC加工機1加工產品的誤差於允許的範圍內。當所述第三曲線和第二曲線上存在對應點之間的距離值超過第二設定公差範圍時，所述第二判斷模組109判斷該CNC加工機1加工產品的誤差超出了允許的範圍。

如圖3所示，是本發明產品加工驗證方法較佳實施例的作業流程圖。

步驟S30，檢測模組100啟動加工程式11時，檢查加工程式11的程式格式是否正確。本實施例中，該加工程式11的正確程式格式為每行記錄有理論加工路徑的各個點的座標值，如圖4所示。

步驟S31，當檢查加工程式11的程式格式正確時，擬合模組101從檢查加工程式11中獲取理論加工路徑的各個點的座標值，並將各個點的座標值加入點座標佇列，根據最小二乘法迭代將點座標佇列中的所有點擬合成第一曲線，使得所有點到擬合出來的第一曲線的距離平方和的平均值最小。

步驟S32，提取模組102從資料庫12中獲取所述加工程式11對應的產品的理論圖檔，並提取該理論圖檔的所有輪廓線，本實施例中，該輪廓線為CAD輪廓線。

步驟S33，第一計算模組103計算每條輪廓線的法向。本實施例中，每條輪廓線的法向的計算方式為：於每條輪廓線上取第一點和第二點，並將該兩點形成一個向量，取該第一點和第二點所於平面的Z軸方向為一個向量，將該兩個向量進行向量叉乘即可計算出該輪廓線的法向。

步驟S34，調整模組104以一條輪廓線為基準輪廓線，以該基準輪廓線的法向為基準法向，將所有其他輪廓線的法向調整到與所述基準輪廓線的法向同向，調整法向後的輪廓組成的曲線為第二曲線，如圖5所示。本實施例中，該法向一致是指若基準輪廓線的法向為外法向，則將所有輪廓線的法向均調整為外法向。本發明較佳實施例中，相鄰輪廓線的法向量之間的角度小於80度即為同向。

步驟S35，第二計算模組105將第一曲線和第二曲線進行對齊，計算並輸出第一曲線上每個點到第二曲線上的對應點之間的距離值，該距離值為第一曲線上每個點與第二曲線上對應點的偏差值。該第二計算模組105還用於將所述第一曲線和第二曲線用不同的顏色繪出，方便用戶查看。本實施例中，計算第一曲線上每個點到第二曲線上所有點的距離值，並獲取到第一曲線上每個點到第二曲線最近距離對應的第二曲線上的點，該第二曲線上獲取到的點與該第一曲線上點的對應點。如第一曲線上點A到第二曲線上的點A’之間的距離為該點A到第二曲線上所有點的最小距離，點A和點A’即為第一曲線和第二曲線上對應的點，該對應點之間的距離即為該兩點之間的偏差值。

步驟S36，第一判斷模組106判斷所述第一曲線和第二曲線上所有對應點之間的距離值是否超過第一設定公差範圍。由於第一曲線為加工程式11根據加工路徑形成的曲線，第二曲線為理論圖檔形成的曲線，所述對齊之後形成的第一曲線和第二曲線對應點之間的距離值表明了加工程式11的精確度。

步驟S37，該第一判斷模組106根據判斷結果來確定所述加工程式11是否存在誤差。當所述第一曲線和第二曲線上存在對應點之間的距離值超過所述第一設定公差範圍時，該第一判斷模組106判斷所述加工程式11存在誤差。當所述第一曲線和第二曲線上所有對應點之間的距離值均未超過所述第一設定公差範圍時，該第一判斷模組106判斷所述加工程式11不存在誤差。

步驟S38，控制模組107控制所述CNC加工機1根據加工程式將進行產品加工，並掃描加工出來的產品的實際加工路徑線，得到該產品的點雲，並根據最小二乘法迭代點雲的座標值將所述點雲擬合成第三曲線。本實施例中，所述CNC加工機1中的高精度CNC檢測機（未示出）對所述產品的輪廓進行掃描，得到二維圖像，並將該二維圖像二值化，根據二值化圖像中的圖元變化來計算每張圖片中的二維輪廓座標得到點雲。

步驟S39，第三計算模組108將第三曲線和第二曲線進行對齊，計算並輸出第三曲線上每個點到第二曲線上的對應點之間的距離值，該距離值為第三曲線上每個點與第二曲線上對應點的偏差值，並將該第三曲線用不同於第一曲線和第二曲線的顏色繪出，方便用戶查看。

步驟S40，第二判斷模組109用於判斷第三曲線和第二曲線上所有對應點之間的距離值是否超過第二設定公差範圍。

步驟S41，第二判斷模組109根據上述判斷結果確定CNC加工機1加工產品是否超出允許的誤差範圍。當該第三曲線和第二曲線上所有對應點之間的距離值沒有超過第二設定公差範圍時，該第二判斷模組109判斷所述CNC加工機1加工產品的誤差於允許的範圍內。當所述第三曲線和第二曲線上存在對應點之間的距離值超過第二設定公差範圍時，所述第二判斷模組109判斷該CNC加工機1加工產品的誤差超出了允許的範圍。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅爲本發明之較佳實施例，本發明之範圍並不以上述實施例爲限，舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

1‧‧‧數控機床加工機

10‧‧‧產品加工驗證系統

11‧‧‧加工程式

12‧‧‧資料庫

100‧‧‧檢測模組

101‧‧‧擬合模組

102‧‧‧提取模組

103‧‧‧第一計算模組

104‧‧‧調整模組

105‧‧‧第二計算模組

106‧‧‧第一判斷模組

107‧‧‧控制模組

108‧‧‧第三計算模組

109‧‧‧第二判斷模組

無

10‧‧‧產品加工驗證系統

100‧‧‧檢測模組

101‧‧‧擬合模組

102‧‧‧提取模組

103‧‧‧第一計算模組

104‧‧‧調整模組

105‧‧‧第二計算模組

106‧‧‧第一判斷模組

107‧‧‧控制模組

108‧‧‧第三計算模組

109‧‧‧第二判斷模組

Claims (10)

1. 一種產品加工驗證系統，運行於數控機床加工機中，所述系統包括：
   擬合模組，用於從數控機床加工機的加工程式中獲取理論加工路徑的各個點的座標值，並根據各個點的座標值將所有點擬合成第一曲線；
   提取模組，用於從資料庫中獲取產品的理論圖檔，並提取該理論圖檔的所有輪廓線；
   第一計算模組，用於計算每條輪廓線的法向；
   調整模組，用於以一條輪廓線為基準輪廓線，以該基準輪廓線的法向為基準法向，將所有輪廓線的法向調整到與所述基準輪廓線的法向同向，調整後的輪廓線組成的曲線為第二曲線；
   第二計算模組，用於將第一曲線和第二曲線進行對齊，計算第一曲線上每個點到第二曲線上的對應點之間的距離值，該距離值為第一曲線上每個點與第二曲線上對應點的偏差值；及
   第一判斷模組，用於當第一曲線和第二曲線上所有對應點之間的距離值超過第一設定公差範圍時，判斷所述加工程式存在誤差，當第一曲線和第二曲線上所有對應點之間的距離值沒有超過第一設定公差範圍時，判斷所述加工程式不存在誤差。
2. 如申請專利範圍第1項所述之產品加工驗證系統，該系統還包括:
   控制模組，用於控制所述數控機床加工機根據加工程式進行產品加工，並掃描加工出來的產品的實際加工路徑線，得到該產品的點雲，並將所述點雲擬合成第三曲線；及
   第二判斷模組，用於當第三曲線和第二曲線上所有對應點之間的距離值超過第二設定公差範圍時，判斷所述數控加工機加工產品的誤差不於允許的誤差範圍內，當第三曲線和第二曲線上所有對應點之間的距離值沒有超過第二設定公差範圍時，判斷所述數控加工機加工產品的誤差於允許的誤差範圍內。
3. 如申請專利範圍第1項所述之產品加工驗證系統，該系統還包括：
   檢查模組，用於啟動所述加工程式時，檢查加工程式的程式格式是否正確。
4. 如申請專利範圍第1項所述之產品加工驗證系統，所述第一計算模組計算每條輪廓線的法向是於每條輪廓線上取第一點和第二點，並將該兩點形成一個向量，取該第一點和第二點所於平面的Z軸方向為一個向量，將該兩個向量進行向量叉乘即計算出該輪廓線的法向。
5. 如申請專利範圍第1項所述之產品加工驗證系統，所述調整模組調整後的所有輪廓線中的相鄰輪廓線的法向量之間的角度小於80度確定為同向。
6. 一種產品加工驗證方法，運行於數控機床加工機中，該方法包括：
   擬合步驟，從數控機床加工機的加工程式中獲取理論加工路徑的各個點的座標值，並根據各個點的座標值將所有點擬合成第一曲線；
   提取步驟，從資料庫中獲取產品的理論圖檔，並提取該理論圖檔的所有輪廓線；
   第一計算步驟，計算每條輪廓線的法向；
   調整步驟，以一條輪廓線為基準輪廓線，以該基準輪廓線的法向為基準法向，將所有輪廓線的法向調整到與所述基準輪廓線的法向同向，調整後的輪廓線組成的曲線為第二曲線；
   第二計算步驟，將第一曲線和第二曲線進行對齊，計算第一曲線上每個點到第二曲線上的對應點之間的距離值，該距離值為第一曲線上每個點與第二曲線上對應點的偏差值；及
   第一判斷步驟，當第一曲線和第二曲線上所有對應點之間的距離值超過第一設定公差範圍時，判斷所述加工程式存在誤差，當第一曲線和第二曲線上所有對應點之間的距離值沒有超過第一設定公差範圍時，判斷所述加工程式不存在誤差。
7. 如申請專利範圍第6項所述之產品加工驗證方法，該方法還包括：
   控制步驟，控制所述數控機床加工機根據加工程式將產品加工，並掃描加工出來的產品的實際加工路徑線，得到該產品的點雲，並將所述點雲擬合成第三曲線；及
   第二判斷步驟，當第三曲線和第二曲線上所有對應點之間的距離值超過第二設定公差範圍時，判斷所述數控加工機加工產品的誤差不於允許的誤差範圍內，當第三曲線和第二曲線上所有對應點之間的距離值沒有超過第二設定公差範圍時，判斷所述數控加工機加工產品的誤差於允許的誤差範圍內。
8. 如申請專利範圍第6項所述之產品加工驗證方法，該方法於所述擬合步驟之前還包括：
   檢查步驟，啟動所述加工程式時，檢查加工程式的程式格式是否正確。
9. 如申請專利範圍第6項所述之產品加工驗證方法，所述第一計算步驟還包括：於每條輪廓線上取第一點和第二點，並將該兩點形成一個向量，取該第一點和第二點所於平面的Z軸方向為一個向量，將該兩個向量進行向量叉乘即計算出該輪廓線的法向。
10. 如申請專利範圍第6項所述之產品加工驗證方法，所述調整步驟調整後的所有輪廓線中的相鄰輪廓線的法向量之間的角度小於80度確定為同向。