TWI402130B - 碰撞保護方法及其裝置 - Google Patents

Description

碰撞保護方法及其裝置

本發明是有關於一種碰撞保護裝置及方法，且特別是有關於一種可提供多階層碰撞保護區間的碰撞保護裝置及方法。

在科技發展日新月異的現今時代中，電子、感測器、無線通訊、網路和軟體技術係快速發展，各種新式工具機台係被開發出來，以增進相關產業的生產效率。舉例來說，智能化工具機技術已被實做出來，諸多國際大廠紛紛將智能化技術實現在諸如多軸綜合加工機、車銑複合加工機等工具機台產品上。一般來說，多軸系統多為高階工具機，而其所加工之工件亦是高單價的產品，諸如航太、汽車零組件、或是高附加價值的3C產品。

在現有技術中，多軸加工系統產品曲面的複雜程度皆遠高於三軸加工機，而工件損壞或刀具斷裂時常為多軸工具機系統中頻繁發生的問題。據此，如何針對多軸加工系統設計出可有效地對其中機構件進行碰撞保護之方法，為業界不斷致力的方向之一。

本發明係有關於一種碰撞保護裝置及方法，相較於傳統碰撞保護裝置，本發明相關之碰撞保護裝置及方法具有可有效地針對加工系統中之保護目標組件提供多階層碰撞保護區間的優點。

根據本發明之第一方面，提出一種碰撞保護裝置，對加工機台進行碰撞保護操作，碰撞保護裝置包括參數資料庫模組及控制模組。參數資料庫模組回應於控制指令提供對應至加工機台之保護目標組件的保護資訊。控制模組回應於操作事件提供控制指令，控制模組用以對保護目標組件進行包絡體運算操作，以找出基礎包絡體。控制模組更根據多階層保護參數將基礎包絡體劃分為多個子保護區塊，並移除其中未與保護目標組件相連之子保護區塊，以定義出多階層碰撞保護區間。控制模組判斷多階層保護區間是否與操作相關物件發生接觸事件，以判斷保護目標組件是否發生碰撞，並於偵測到接觸事件時提供控制訊號來對加工機台之加工操作進行控制。

根據本發明之第一方面，提出一種碰撞保護方法，對加工機台進行碰撞保護操作，碰撞保護方法包括下列步驟。首先回應於操作事件提供控制指令。接著回應於控制指令提供對應至加工機台之保護目標組件的保護資訊。然後對保護目標組件進行包絡體運算操作，以找出基礎包絡體。接著根據多階層保護參數將基礎包絡體劃分為多個子保護區塊，並移除其中未與該保護目標組件相連之子保護區塊，以定義出多階層碰撞保護區間。然後判斷多階層保護區間是否與操作相關物件發生接觸事件，以判斷該保護目標組件是否發生碰撞事件；若是，提供控制訊號來對加工機台之加工操作進行控制。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

本實施例之碰撞保護裝置及方法係針對加工機台中欲進行碰撞保護之保護目標組件提供多階層碰撞保護區間。

請參照第1圖，其繪示依照本發明實施例之碰撞保護裝置的方塊圖。碰撞保護裝置1用以針對加工機台2提供碰撞保護服務，以對加工機台2中之保護目標組件20進行碰撞保護操作。舉例來說加工機台2可為多軸綜合加工機，而保護目標組件20可為其中之刀具、主軸或相關之機構件。

碰撞保護裝置1包括使用者輸入介面模組10、使用者輸出介面模組12、參數資料庫模組14、通訊介面模組16及控制模組18。

使用者輸入及輸出介面模組10及12用以提供使用者操作介面，藉此使用者可經由此使用者操作介面與碰撞保護裝置1進行互動，以對應地執行相關之控制操作。使用者輸入介面模組10回應於使用者之控制操作觸發操作事件Ev，控制模組18回應於操作事件Ev產生控制指令Cm。舉例來說，使用者輸入介面模組10包括鍵盤、觸控面板、軌跡球等使用者輸入介面裝置；使用者輸出介面模組12包括影像繪圖陣列電路與顯示器、喇叭等使用者輸出介面裝置。

參數資料庫模組14回應於控制指令Cm查詢工具機台保護資訊Ps，以找出對應至加工機台2中保護目標組件20之保護資訊Ps。舉例來說，保護資訊Ps包括保護目標組件20之外觀尺寸資訊。

控制模組18根據保護資訊Ps對保護目標組件20進行包絡體運算，以找出可完整包覆保護目標組件20之基礎包絡體Eb。舉例來說，控制模組18係根據軸向正交邊界盒(Axis Aligned Bounding Box，AABB)演算法來進行對應之包絡體運算操作。舉例來說，基礎包絡體Eb與保護目標組件20的三維示意圖如第2圖所示。

控制模組18更根據多階層保護參數Ph，將基礎包絡體Eb劃分為多個子保護區塊，並移除此些子保護區塊中未與保護目標組件20相交之子保護區塊，以定義出多階層碰撞保護區間Eh。

在一個操作實例中，控制模組18中係根據加工機台2之加工進給速度，經由查表的方式找出多階層保護參數Ph，其中此查表資訊可儲存於參數資料庫模組14中。當加工進給速度越高時，多階層保護參數Ph係對應至較低之數值；當加工進給速度越低時，多階層保護參數Ph係對應至較高之數值。

在另一個操作實例中，控制模組18中係根據加工機台2之保護目標組件20與操作相關物件(例如是加工機台2內部之其他機構件)間的相對距離，經由查表的方式找出多階層保護參數Ph，其中此查表資訊亦可儲存於參數資料庫模組14中。當相對距離越大時，多階層保護參數Ph係對應至較低之數值；當相對距離越小時，多階層保護參數Ph係對應至較高之數值。

控制模組18例如將基礎包絡體Eb之各個邊長劃分為參數Ph等分，藉此劃分得到此些子保護區塊；換言之，當多階層保護參數Ph之數值越高時，控制模組18係將基礎包絡體Eb劃分為體積較小的子保護區塊；當多階層保護參數Ph之數值越低時，控制模組係將基礎包絡體Eb劃分為體積較大的子保護區塊。在一個操作實例中，多階層保護參數Ph等於3，而控制模組18係將基礎包絡體Eb之各個邊長劃分為3等分，藉此將基礎包絡體Eb劃分為27個子保護區塊sub(1,1,1)、sub(1,1,2)、sub(1,1,3)、sub(1,2,1)、…、sub(3,3,3)，如第3圖所示。

進一步的說，27個子保護區塊sub(1,1,1)-sub(3,3,3)中部份之子保護區塊不與保護目標組件20相交連接(例如是子保護區塊sub(1,1,1))，而僅有部份之子保護區塊與保護目標組件20相交接(例如是子保護區塊sub(2,2,1))。在第3圖的例子中，與保護目標組件20相連接之子保護區塊sub(2,1,2)、sub(2,2,2)、sub(2,2,1)、sub(2,3,2)及sub(2,2,3)係形成多階層碰撞保護區間Eh，而未與保護目標組件20相交接之剩餘子保護區塊係被對應地移除。

控制模組18經由通訊介面模組16提供目前機械座標、運動軸進給速度等運動資訊Ms，以取得加工機台2之各操作相關物件位置，以判斷多階層保護區間Eh是否與操作相關物件接觸，作為判斷保護目標組件20是否發生碰撞事件。舉例來說，此操作相關物件例如為加工機台2內部的其他組件。當多階層保護區間Eh與操作相關物件接觸時，控制模組18經由通訊介面模組16提供控制訊號Sc來對加工機台2之加工操作進行控制(例如控制加工機台2中之驅動模組22終止加工機台2之加工操作)，藉此避免保護目標組件20發生碰撞。

請參照第4圖，其繪示依照本發明實施例之碰撞保護方法的流程圖。本實施例之碰撞保護方法包括下列之步驟。首先如步驟(a)，控制模組18回應於操作事件Ev提供控制指令Cm。接著如步驟(b)，參數資料庫模組14回應於控制指令Cm提供對應至加工機台2之保護目標組件20的保護資訊Ps。

然後如步驟(c)，控制模組18對保護目標組件20進行包絡體運算操作，以找出基礎包絡體Eb。接著如步驟(d)，控制模組18更根據多階層保護參數Ph將基礎包絡體Eb劃分為多個子保護區塊，並移除此些子保護區塊中未與保護目標組件20相交之子保護區塊，以定義出多階層碰撞保護區間Eh。

然後如步驟(e)，控制模組18更根據運動資訊Ms判斷多階層保護區間Eh是否與操作相關物件接觸，以判斷保護目標組件20是否發生碰撞事件；當偵測到此接觸事件時執行步驟(f)，以提供控制訊號Sc來對加工機台2之加工操作進行控制。

在本實施例中，雖僅以控制模組18根據多階層保護參數Ph來根據基礎包絡體Eb找出多階層碰撞保護區間Eh的情形為例做說明，然，本實施例之控制模組18並不侷限於此，而更可參考其他資訊來產生對應至保護目標組件20之包絡體。在另一個例子中，控制模組18更參考動態保護參數Pd來決定基礎包絡體Eb之尺寸，藉此根據動態保護參數Pd，針對保護目標組件20提供可動態調整之碰撞保護區間Eh’。

進一步來說，相似於多階層碰撞保護參數Ph之產生操作，控制模組18中根據加工機台2之加工進給速度及保護目標組件20與操作相關物件間的相對距離，經由查表的方式找出動態保護參數Pd，其中此查表資訊可儲存於參數資料庫模組14中。當加工進給速度越高或相對距離越大時，動態保護參數Pd係對應至較大之數值，以控制基礎包絡體Eb對應至較大的尺寸，如第5圖中之基礎包絡體Eb’所示。當加工進給速度越低或相對距離越小時，動態保護參數Pd係對應至較小之數值，以控制基礎包絡體Eb對應至較小的區塊尺寸，如第6圖中之基礎包絡體Eb"所示。之後，對動態調整後之基礎包絡體Eb’或Eb"執行前述參考多階層碰撞保護參數Ph來劃分基礎包絡體及移除未與保護目標組件20連接之子保護區塊之操作，便可產生可動態調整之多階層碰撞保護區間。

在本實施例中，雖僅以控制模組18回應於使用者輸入介面模組10提供之操作事件Ev來進行相關之碰撞保護操作的情形為例做說明，然，本實施例之碰撞保護裝置1並不侷限於此，而更可根據其他輸入介面裝置觸發之操作事件來執行前述碰撞保護操作。

在一個例子中，加工機台2’係於其與碰撞保護裝置1’間之通訊連結建立後提供機台識別資訊至碰撞保護裝置1’，藉此觸發操作事件Ev’，如第7圖所示。舉例來說，此機台識別資訊包括加工機台2’之機型及保護目標組件20’之形狀、位置等資訊。據此，控制模組18’可回應於操作事件Ev’驅動碰撞保護裝置1’中各個模組執行前述碰撞保護操作流程。

本實施例之碰撞保護裝置係參考相關於加工機台之加工進給速度或保護目標物件與其之操作相關物件之距離之多階層保護參數及動態保護參數，來根據對應至保護目標物之基礎包絡體產生多階層保護區間或動態保護區間，並據以對保護目標物件進行碰撞保護操作。據此，相較於傳統碰撞保護裝置，本發明相關之碰撞保護裝置及方法具有可有效地針對加工系統中之保護目標組件提供多階層碰撞保護區間或動態保護區間的優點。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1、1’．．．碰撞保護裝置

2、2’．．．加工機台

10、10’．．．使用者輸入介面模組

12、12’．．．使用者輸出介面模組

14、14’．．．參數資料庫模組

16、16’．．．通訊介面模組

18、18’．．．控制模組

20、20’．．．保護目標組件

22、22’．．．驅動模組

Eb、Eb’、Eb"．．．包絡體

Eh．．．多階層碰撞保護區間

Ms．．．目前機械座標、運動軸進給速度等運動資訊

Ev、Ev’．．．操作事件

Cm．．．控制指令

Ps．．．保護資訊

Sc．．．控制訊號

第1圖，其繪示依照本發明實施例之碰撞保護裝置的方塊圖。

第2圖繪示乃基礎包絡體Eb與第1圖之保護目標組件20的三維示意圖。

第3圖繪示多階層碰撞保護區間Eh的三維示意圖。

第4圖繪示依照本發明實施例之碰撞保護方法的流程圖。

第5圖繪示乃基礎包絡體Eb’與第1圖之保護目標組件20的三維示意圖。

第6圖繪示乃基礎包絡體Eb"與第1圖之保護目標組件20的三維示意圖。

第7圖繪示依照本發明實施例之碰撞保護裝置的另一方塊圖。

(a)-(f)．．．操作步驟

Claims (18)

1. 一種碰撞保護裝置，用以對一加工機台進行碰撞保護操作，該碰撞保護裝置包括：一參數資料庫模組，回應於一控制指令提供對應至該加工機台之一保護目標組件的一保護資訊；以及一控制模組，回應於一操作事件提供該控制指令，該控制模組根據該保護資訊用以對該保護目標組件進行包絡體運算操作，以找出一基礎包絡體，該控制模組更根據一多階層保護參數將該基礎包絡體劃分為複數個子保護區塊，並移除該些子保護區塊中未與該保護目標組件相交之子保護區塊，以定義出一多階層碰撞保護區間；其中，該控制模組判斷該多階層保護區間是否與一操作相關物件發生一接觸事件，以判斷該保護目標組件是否發生碰撞，並於偵測到該接觸事件時提供一控制訊號來對該加工機台之加工操作進行控制。
2. 如申請專利範圍第1項所述之碰撞保護裝置，更包括：一使用者輸入介面模組，用以觸發該操作事件；及一使用者輸出介面模組，受控於該控制模組顯示該控制模組執行之碰撞偵測操作。
3. 如申請專利範圍第1項所述之碰撞保護裝置，其中該多階層保護參數係相關於該加工機台之一進給速度資訊。
4. 如申請專利範圍第1項所述之碰撞保護裝置，其中該多階層保護參數係相關於該保護目標組件與該操作相關物件間的一距離資訊。
5. 如申請專利範圍第1項所述之碰撞保護裝置，其中該控制模組更參考一動態保護參數來決定該基礎包絡體之尺寸，藉此根據該動態保護參數，針對該保護目標組件提供可動態調整之該多階層碰撞保護區間。
6. 如申請專利範圍第5項所述之碰撞保護裝置，其中該動態保護參數係相關於該加工機台之一進給速度資訊。
7. 如申請專利範圍第5項所述之碰撞保護裝置，其中該動態保護參數係相關於該保護目標組件與該操作相關物件間的一距離資訊。
8. 如申請專利範圍第1項所述之碰撞保護裝置，更包括：一通訊介面模組，用以與該加工機台連接，以將該控制模組提供之該控制訊號提供至該加工機台，以對該加工機台之加工操作進行控制。
9. 如申請專利範圍第1項所述之碰撞保護裝置，更包括：一通訊介面模組，用以與該加工機台連接，以將該加工機台目前機械座標、運動軸進給速度等運動資訊提供至該控制模組，並回應於該加工機台提供之一機台識別資訊來觸發該操作事件。
10. 如申請專利範圍第1項所述之碰撞保護裝置，其中該保護資訊係包括該保護目標組件之外觀尺寸資訊。
11. 一種碰撞保護方法，用以對一加工機台進行碰撞保護操作，該碰撞保護方法包括：回應於一操作事件提供一控制指令；回應於該控制指令提供對應至該加工機台之一保護目標組件的一保護資訊；根據該保護資訊對該保護目標組件進行包絡體運算操作，以找出一基礎包絡體；根據一多階層保護參數將該基礎包絡體劃分為複數個子保護區塊，並移除該些子保護區塊中未與該保護目標組件相連之子保護區塊，以定義出一多階層碰撞保護區間；判斷該多階層保護區間是否與一操作相關物件發生一接觸事件，以判斷該保護目標組件是否發生一碰撞事件；以及當偵測到該接觸事件時，提供一控制訊號來對該加工機台之加工操作進行控制。
12. 如申請專利範圍第11項所述之碰撞保護方法，更包括：顯示該控制模組執行之碰撞偵測操作。
13. 如申請專利範圍第11項所述之碰撞保護方法，其中該多階層保護參數係相關於該加工機台之一進給速度資訊。
14. 如申請專利範圍第11項所述之碰撞保護方法，其中該多階層保護參數係相關於該保護目標組件與該操作相關物件間的一距離資訊。
15. 如申請專利範圍第11項所述之碰撞保護方法，其中更包括：參考一動態保護參數決定該基礎包絡體之尺寸，藉此根據該動態保護參數，針對該保護目標組件提供可動態調整之該多階層碰撞保護區間。
16. 如申請專利範圍第15項所述之碰撞保護方法，其中該動態保護參數係相關於該加工機台之一進給速度資訊。
17. 如申請專利範圍第15項所述之碰撞保護方法，其中該動態保護參數係相關於該保護目標組件與該操作相關物件間的一距離資訊。
18. 如申請專利範圍第11項所述之碰撞保護方法，其中該保護資訊係包括該保護目標組件之外觀尺寸資訊。