TW201525637A - Cnc加工能力驗證系統及方法 - Google Patents

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Xin-Yuan Wu
Lu Yang
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Abstract

本發明提供一種CNC加工能力驗證系統，應用於計算裝置。該計算裝置與CNC加工設備相連接。CNC加工設備運行加工程式對物料進行加工，生產預設數量的產品。掃描系統對每件產品進行掃描，得到每件產品對應的點雲資料。CNC加工能力驗證系統選擇一件產品的點雲資料作為基準點雲，將該基準點雲擬合成一個幾何圖形，再計算其他產品的點雲資料中的每個點與該幾何圖形的偏差值，根據計算得到的偏差值判斷CNC加工設備的加工能力是否合格。

Description

CNC加工能力驗證系統及方法
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）加工能力驗證系統及方法。
目前驗證CNC加工機的加工能力一般是利用CNC加工機加工出一件產品，由檢驗人員進行產品的實配或檢測產品長度方向尺寸，然後根據經驗值判定CNC加工機的加工能力是否合格。然而，人為判斷容易造成誤判。
鑒於以上內容，有必要提供一種系統及方法，可以客觀、準確地驗證CNC加工設備的加工能力。
一種CNC加工能力驗證系統，應用於與CNC加工設備相連接的計算裝置。該系統包括一系列功能模組，利用這些功能模組，該系統讀取掃描CNC加工設備加工得到的預設數量的產品對應的點雲資料，選擇一件產品的點雲資料作為基準點雲，將該基準點雲擬合成一個幾何圖形。然後，該系統計算其他產品的點雲資料中的每個點到該幾何圖形的最小距離，以該最小距離為每個點的偏差值，從所有偏差值中選出絕對值最大的偏差值及絕對值最小的偏差值，根據該絕對值最大的偏差值及絕對值最小的偏差值之和是否小於預設的公差值判斷該CNC加工設備的加工能力是否合格。
一種CNC加工能力驗證方法，應用於與CNC加工設備相連接的計算裝置。該方法包括：資料讀取步驟：讀取掃描CNC加工設備加工得到的預設數量的產品對應的點雲資料；圖形擬合步驟：選擇一件產品的點雲資料作為基準點雲，將該基準點雲擬合成一個幾何圖形；
偏差計算步驟：計算其他產品的點雲資料中的每個點到該幾何圖形的最小距離，以該最小距離為每個點的偏差值；及判斷步驟：從所有偏差值中選出絕對值最大的偏差值及絕對值最小的偏差值，根據該絕對值最大的偏差值及絕對值最小的偏差值之和是否小於預設的公差值判斷該CNC加工設備的加工能力是否合格。
相較於現有技術，本發明提供的CNC加工能力驗證系統及方法，可以根據對CNC加工設備生產的產品的分析結果客觀、準確地驗證CNC加工設備的加工能力。
圖1是本發明CNC加工能力驗證系統較佳實施例的應用環境圖。
圖2是本發明CNC加工能力驗證方法較佳實施例的流程圖。
圖3A及圖3B是根據點雲資料擬合曲線、計算點雲中的點到曲線的距離的示意圖。
參閱圖1所示，是本發明CNC加工能力驗證系統10較佳實施例的應用環境圖。該CNC加工能力驗證系統10應用於計算裝置1，該計算裝置1連接CNC加工設備2。計算裝置1還包括儲存器20、處理器30及顯示設備40。CNC加工設備2包括夾持治具21、物料22、加工程式23及掃描系統24。
夾持治具21用於夾持物料22。該夾持治具21是根據待生產的產品的三維圖檔製作的。
加工程式23用於控制CNC加工設備切削物料22、生產產品。
掃描系統24用於對物料22或生產的產品進行三維掃描，得到點雲資料。
CNC加工設備2還包括圖1中未示出的其他部件，例如用於切削物料22的刀具，放置物料22的工作臺，儲存加工程式23、掃描系統24及CNC加工設備2運行過程中產生的資料的儲存器，等等。
在本實施例中，CNC加工設備2運行加工程式23對物料22進行加工，生產預設數量的產品。掃描系統24對每件產品進行掃描，得到每件產品對應的點雲資料。CNC加工能力驗證系統10選擇一件產品的點雲資料作為基準點雲，將該基準點雲擬合成一個幾何圖形，再計算其他產品的點雲資料中的每個點與該幾何圖形的偏差值，根據計算得到的偏差值判斷CNC加工設備2的加工能力是否合格，並輸出圖形報告。
CNC加工能力驗證系統10包括資料讀取模組11、圖形擬合模組12、偏差計算模組13、判斷模組14及報告生成模組15。模組11-15包括電腦程式化指令，這些電腦程式化指令儲存在儲存器20。處理器30執行這些電腦程式化指令，提供CNC加工能力驗證系統10的上述功能。模組11-15的具體功能請參閱下文關於圖2的介紹。
參閱圖2所示，是本發明CNC加工能力驗證方法較佳實施例的流程圖。
步驟S10，將物料22放置在夾持治具21上，CNC加工設備2運行加工程式23連續加工預設數量的產品。例如，CNC加工設備2連續加工32件相同的產品。
步驟S20，掃描系統24掃描加工的每件產品的三維輪廓，得到每件產品的點雲資料。資料讀取模組11從掃描系統24讀取每件產品的點雲資料，並儲存於儲存器20。
例如，在本實施例中，該掃描系統24可以為鐳射掃描器。鐳射掃描器掃描32件產品的三維輪廓，得到32組連續的點雲資料。
步驟S30，圖形擬合模組12選擇一件產品的點雲資料作為基準點雲，將該基準點雲擬合成一個幾何圖形。該幾何圖形可以為曲線，也可以為曲面。
需要指出的是，選擇曲面作為擬合的幾何圖形對於加工能力的測試會比較全面，但耗時比較久。選擇曲線作為擬合的幾何圖形比較快速比較好匹配CNC的加工路徑。故，是選擇曲線還是曲面可以根據生產的實際需要作出，例如，若每天都利用CNC加工設備2進行生產，則可以選擇曲線。
在本實施例中，圖形擬合模組12利用最小二乘法迭代擬合曲面或曲線，找出曲線或曲面相對於基準點雲中所有點的最佳位置：基準點雲中的所有點到曲線或曲面的距離的平方和的平均值最小(擬牛頓解非線形方程式)，如下：
步驟S40，偏差計算模組13計算其他產品的點雲資料中的每個點到該幾何圖形的最小距離，以該最小距離為每個點的偏差值，並根據該最小距離確定每個點到該幾何圖形的向量。
例如，在本實施例中，該幾何圖形為曲線（如圖3A、3B所示的曲線L）。圖3A中曲線L附件的離散點為其他31件產品的點雲資料中的點，圖3B中的每個離散點與曲線L之間的連線表示該離散點的偏差值及該離散點到曲線L的向量。
步驟S50，判斷模組14從所有偏差值中選出絕對值最大的偏差值及絕對值最小的偏差值，根據該絕對值最大的偏差值及絕對值最小的偏差值之和判斷CNC加工設備2的加工能力是否合格。例如，記絕對值最大的偏差值為|max|、絕對值最小的偏差值為|min|，則CNC加工設備2的加工能力=|max|+|min|。若|max|+|min|大於預設的設計公差，則判斷模組14判斷CNC加工設備2的加工能力合格。否則，判斷模組14判斷CNC加工設備2的加工能力不合格。
步驟S60，報告生成模組15根據其他產品的點雲資料中每個點到該幾何圖形的向量及偏差值繪製三維色階圖形，並顯示於顯示設備40。
例如，報告生成模組15根據每個偏差值落入的公差分段範圍賦予該偏差值對應的幾何圖形上的點一個相應的顏色值（也可以賦予該點到該幾何圖形的向量該相應的顏色值。用戶透過該幾何圖形各部分的顏色結合公差範圍，可以直觀地瞭解該幾何圖形各個部分的偏差情況。關於公差分段及顏色設置的細節，可以參閱CN200810306324.2號專利中的相關具體介紹。
在其他實施例中，步驟S10、S60也可以省略。
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。
1‧‧‧計算裝置
10‧‧‧CNC加工能力驗證系統
11‧‧‧資料讀取模組
12‧‧‧圖形擬合模組
13‧‧‧偏差計算模組
14‧‧‧判斷模組
15‧‧‧報告生成模組
20‧‧‧儲存器
30‧‧‧處理器
40‧‧‧顯示設備
2‧‧‧CNC加工設備
21‧‧‧夾持治具
22‧‧‧物料
23‧‧‧加工程式
24‧‧‧掃描系統
無
1‧‧‧計算裝置
10‧‧‧CNC加工能力驗證系統
11‧‧‧資料讀取模組
12‧‧‧圖形擬合模組
13‧‧‧偏差計算模組
14‧‧‧判斷模組
15‧‧‧報告生成模組
20‧‧‧儲存器
30‧‧‧處理器
40‧‧‧顯示設備
2‧‧‧CNC加工設備
21‧‧‧夾持治具
22‧‧‧物料
23‧‧‧加工程式
24‧‧‧掃描系統

Claims (8)

  1. 一種CNC加工能力驗證方法，該方法包括：
    資料讀取步驟：讀取掃描CNC加工設備加工得到的預設數量的產品對應的點雲資料；
    圖形擬合步驟：選擇一件產品的點雲資料作為基準點雲，將該基準點雲擬合成一個幾何圖形；
    偏差計算步驟：計算其他產品的點雲資料中的每個點到該幾何圖形的最小距離，以該最小距離為每個點的偏差值；及
    判斷步驟：從所有偏差值中選出絕對值最大的偏差值及絕對值最小的偏差值，根據該絕對值最大的偏差值及絕對值最小的偏差值之和是否小於預設的公差值判斷該CNC加工設備的加工能力是否合格。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的CNC加工能力驗證方法，還包括步驟：
    報告生成步驟：根據其他產品的點雲資料中每個點到該幾何圖形的向量及偏差值繪製三維色階圖形。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的CNC加工能力驗證方法，其特徵在於，該幾何圖形是利用最小二乘法迭代擬合得到的，該基準點雲中的所有點到該幾何圖形的距離的平方和的平均值為最小時，該幾何圖形的位置為最佳位置。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的CNC加工能力驗證方法，所述報告生成步驟包括：根據每個偏差值落入的公差分段範圍賦予該偏差值對應的幾何圖形上的點一個相應的顏色值。
  5. 一種CNC加工能力驗證系統，該系統包括：
    資料讀取模組，用於讀取掃描CNC加工設備加工得到的預設數量的產品對應的點雲資料；
    圖形擬合模組，用於選擇一件產品的點雲資料作為基準點雲，將該基準點雲擬合成一個幾何圖形；
    偏差計算模組，用於計算其他產品的點雲資料中的每個點到該幾何圖形的最小距離，以該最小距離為每個點的偏差值；及
    判斷模組，用於從所有偏差值中選出絕對值最大的偏差值及絕對值最小的偏差值，根據該絕對值最大的偏差值及絕對值最小的偏差值之和是否小於預設的公差值判斷該CNC加工設備的加工能力是否合格。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的CNC加工能力驗證系統，該系統還包括報告生成模組，用於根據其他產品的點雲資料中每個點到該幾何圖形的向量及偏差值繪製三維色階圖形。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的CNC加工能力驗證系統，該幾何圖形是利用最小二乘法迭代擬合得到的，該基準點雲中的所有點到該幾何圖形的距離的平方和的平均值為最小時，該幾何圖形的位置為最佳位置。
  8. 如申請專利範圍第6項CNC加工能力驗證系統，所述報告生成模組根據每個偏差值落入的公差分段範圍賦予該偏差值對應的幾何圖形上的點一個相應的顏色值。
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