TWI427448B - 多軸同動機械之程式轉換模組及程式轉換方法 - Google Patents

多軸同動機械之程式轉換模組及程式轉換方法 Download PDF

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Description

多軸同動機械之程式轉換模組及程式轉換方法
本發明係有關一種多軸同動機械的程式轉換模組及程式轉換方法，詳而言之，係有關於多台異構型多軸同動機械間的程式轉換模組及程式轉換方法。
電腦數值控制(computer numerical control，CNC)工具機具有可程式化和精密加工等優點，程式設計者可根據工件所需的加工程序、路徑或精度來撰寫CNC加工程式。
一般而言，程式設計者會利用CAD/CAM軟體根據工具機的機構資料和預定的工件形狀來撰寫加工程式，並應用在具有四軸以上且同動加工之工具機，其一組加工程式僅適用於一種工具機，如第1圖所示，根據工具機A的機構資料經由CAD/CAM軟體11產生CNC加工程式，即GM碼，將該GM碼輸入工具機A控制器12後可令工具機A執行加工程序，惟，由於各工具機的機構資料不同，可適用於工具機A的加工程式無法適用於工具機B、工具機C或其他不同構型之工具機。
習知技術中，對於機構構型不同的四軸(以上)同動加工之工具機，必須重新撰寫符合該CNC工具機的加工程式，或者藉由CAD/CAM軟體重新轉換產生符合該CNC工具機機構資料的加工程式。然而，重新撰寫加工程式耗費人力和時間，此外，CAD/CAM軟體價格不便宜，若藉由CAD/CAM軟體產生適用於各工具機的多個加工程式，亦增加工件生產成本。
綜上所述，如何在有限經費下，利用現有的CNC程式在異構型的多軸同動機械之間進行程式轉換，無需根據不同機構資料重新撰寫CNC加工程式，更不需藉由CAD/CAM軟體重新轉換CNC加工程式，已成為目前業界亟待解決的課題。
鑑於上述習知技術之種種缺失，本發明提供一種多軸同動機械之程式轉換模組及程式轉換方法，得以於異構型多軸同動機械間進行加工程式的轉換。
本發明揭露一種用於多軸同動機械程式轉換模組，係用以在異構型的第一機械與第二機械間進行加工程式之轉換者，包括：第一輸入單元，係用以供輸入複數組第一機械之加工程式和機構資料；第二輸入單元，係用以供輸入複數組第二機械的機構資料；設定單元，係用以從該複數組第一機械中設定至少一者為來源機械，並從該複數組第二機械中設定一者為目標機械；以及轉換單元，係用以根據該來源機械及該目標機械的機構資料，利用運動學方法將該來源機械的加工程式轉換為適用於該目標機械之加工程式。
上述之複數組第一機械之加工程式為關節座標系格式，且上述轉換單元包括順向轉換部及逆向轉換部。該順向轉換部用以根據該來源機械的機構資料，利用順向運動學方法將該來源機械的加工程式從關節座標系轉換為卡式座標系，而該逆向轉換部用以根據該目標機械的機構資料，利用逆向運動學方法將已轉換為卡式座標系之該來源機械的加工程式轉換為關節座標系，以產生適用於該目標機械之加工程式。
其次，本發明提供一種用於多軸同動機械之程式轉換方法，係用於多軸同動機械，以在屬於異構型之第一機械與第二機械間進行加工程式之轉換者，包括以下步驟：(1)輸入複數組第一機械的加工程式和機構資料；輸入複數組第二機械的機構資料；(2)從該複數組第一機械中設定至少一者為來源機械，並從該複數組第二機械中設定一者為目標機械；以及(3)根據該來源機械及該目標機械的機構資料，利用運動學方法，將該來源機械的加工程式轉換為適用於該目標機械之加工程式。
上述該第一機械的機構資料係為GM碼、巨集(Macro)全域或區域變數、機械參數或加工程式區函式。
相較於習知技術，本發明用於多軸同動機械之程式轉換模組及程式轉換方法，可將經由CAD/CAM軟體所產生的CNC加工程式轉換為適用於不同機構資料的機械的加工程式，以避免以往一組加工程式(GM碼)僅能用於一台多軸同動機械而無法用於異構型多軸同動機械之問題。
以下係藉由特定的具體實施型態說明本發明之實施方式，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施型態加以施行或應用。
請參閱第2圖，係為本發明多軸同動機械之程式轉換模組的應用架構圖。本發明之程式轉換模組2包括第一輸入單元21、第二輸入單元22、設定單元23和轉換單元24。
第一輸入單元21用以供輸入複數組第一機械之加工程式和機構資料。第一機械例如多軸同動機械M1、M2和M3，而多軸同動機械M1、M2和M3的加工程式分別由CAD/CAM軟體所產生。此外，第一輸入單元21可為GM碼輸入單元、巨集(Macro)全域或區域變數輸入單元、機械參數輸入單元、加工程式區函式輸入單元及/或人機介面。第一輸入單元21亦可接收外部輸入之GM碼、巨集(Macro)全域或區域變數、機械參數或加工程式區函式。
第二輸入單元22用以供輸入複數組第二機械的機構資料，如多軸同動機械M4的機構資料。機械的機構資料意指軸機械形式、各軸旋轉軸方向定義或工件至旋轉軸中心偏移量。
設定單元23用以從該複數組多軸同動機械M1、M2和M3中設定至少一者為來源機械，並從該第二機械中設定一者為目標機械。於第2圖中僅輸入一台多軸同動機械M4的機構資料，因而多軸同動機械M4為目標機械。
轉換單元24用以根據設定單元23所設定之來源機械(多軸同動機械M1、M2和M3)及多軸同動機械M4的機構資料，利用運動學方法將該來源機械的加工程式轉換為適用於多軸同動機械M4之加工程式。若將多軸同動機械M1設為來源機械，轉換單元24便根據多軸同動機械M1和多軸同動機械M4機構資料，將多軸同動機械M1的加工程式轉換為適用於多軸同動機械M4之加工程式。
另外，本發明之程式轉換模組2包括儲存單元(本圖未顯示)，用以儲存複數組多軸同動機械M1、M2和M3之加工程式和機構資料及至少一組第二機械(多軸同動機械M4)之機構資料。
如第2圖所示，轉換單元24包括順向轉換部241和逆向轉換部242。順向轉換部241用以根據該來源機械(多軸同動機械M1)的機構資料，利用順向運動學方法將該來源機械(多軸同動機械M1)的加工程式從關節座標系轉換為卡式座標系。
逆向轉換部242用以根據該目標機械(多軸同動機械M4)的機構資料，利用逆向運動學方法將已轉換為卡式座標系之該來源機械(多軸同動機械M1)的加工程式轉換為關節座標系，以產生適用於該目標機械(多軸同動機械M4)之加工程式。
具體來說，本發明之程式轉換模組2可接收多台多軸同動機械M1、M2和M3的加工程式和機構資料，並接收至少一台第二機械(多軸同動機械M4)的機構資料，並於多軸同動機械M1、M2和M3中設定至少一台作為來源機械。若設定一台來源機械時，則為一對一加工程式的轉換；若設定一台以上的來源機械時，則為多對一加工程式的轉換，即將多台機械的加工程式整合為適用於一台目標機械的一組加工程式。
接著配合第2圖說明本發明用於多軸同動機械之程式轉換方法的流程圖。請參閱第3圖，於步驟S31中，透過第一輸入單元21輸入複數組第一機械(多軸同動機械M1、M2及M3)之加工程式和機構資料，並透過第二輸入單元22輸入複數組第二機械(多軸同動機械M4)的機構資料，其中，該些加工程式為關節座標系格式。
於步驟S32中，設定單元23從該複數組第一機械(多軸同動機械M1、M2及M3)中設定至少一者為來源機械，並從該些第二機械中設定一者(多軸同動機械M4)為目標機械。
接著，根據該來源機械(多軸同動機械M1、M2及M3)及該目標機械(多軸同動機械M4)的機構資料，利用運動學方法，將該來源機械的加工程式轉換為適用於該目標機械(多軸同動機械M4)之加工程式，即於步驟S33中，轉換單元24根據所設定之來源機械的機構資料，利用順向運動學方法將該所設定之來源機械的加工程式從關節座標系轉換為卡式座標系，再於步驟S34中，根據所設定之目標機械(多軸同動機械M4)的機構資料，利用逆向運動學方法將已轉換為卡式座標系之來源機械的加工程式轉換為關節座標系，以成為適用於該所設定之目標機械(多軸同動機械M4)之加工程式格式。
此外，於步驟S31中，輸入機械的機構資料的方法包含以GM碼、巨集(Macro)、全域或區域變數、機械參數、 加工程式區函式或人機介面的方式輸入，其中，以該人機介面的方式所輸入之資料係指多軸機械形式、各軸旋轉軸方向定義或工件至旋轉軸中心偏移量等機構資料，而多軸機械形式可為五軸機械形式。如第4圖所示，係為本發明之多軸同動機械之程式轉換模組之人機介面4，利用人機介面4輸入多軸機械形式、各軸旋轉軸方向定義或工件至旋轉軸中心偏移量等機構資料，其中，利用人機介面4輸入多軸機械形式可為利用人機介面4輸入五軸機械形式。
由上述第2圖所示之程式轉換模組及第3圖所示之程式轉換方法可知，藉由本發明之運用，可在異構型的多軸同動機械之間進行程式轉換，無需根據不同機構資料重新撰寫加工程式，更不需藉由CAD/CAM軟體重新轉換加工程式，相比於先前技術更可節省時間及成本。
另外，本發明多軸同動機械之程式轉換模組可設置於多軸同動機械的控制器內部，或設於多軸同動機械的控制器外部透過電纜線、網路等有線或無線方式與該控制器連接。
請參閱第5圖，係為本發明之程式轉換模組5連接於多軸同動機械之控制器6之示意圖。經由第一輸入單元51輸入複數組第一機械的加工程式和機構資料，第二輸入單元52輸入該多軸同動機械的機構資料，設定單元53從複數組第一機械中設定至少一台作為來源機械，而轉換單元54根據該些來源機械及該多軸同動機械的機構資料，利用運動學方法將該些來源機械的加工程式轉換為適用於該多 軸同動機械之加工程式，接著轉換單元54將所轉換出的加工程式傳遞至該多軸同動機械的控制器6。控制器6之解譯模組61對該已轉換為適用於該多軸同動機械之加工程式進行解譯，並透過控制模組62控制該多軸同動機械執行加工程序。
請參閱第6圖，係為應用本發明之多軸同動機械程式轉換方法之具體實施例。由圖中可知，多軸同動機械71和多軸同動機械72為不同構型之機械，多軸同動機械71具有旋轉軸A和C，多軸同動機械72具有旋轉軸B和C，其中旋轉軸A為X方向，旋轉軸B為Y方向，故，多軸同動機械71和多軸同動機械72顯然不可能用同一組加工程式，因而於此實施例中，設定多軸同動機械71為來源機械，設定多軸同動機械72為目標機械，將原先適用於多軸同動機械71的加工程式，透過本發明之多軸同動機械之程式轉換模組，即可轉換為適用於多軸同動機械72的加工程式，使得以進行加工。
綜上所述，藉由本發明用於多軸同動機械之程式轉換模組及程式轉換方法，可將原先的加工程式，轉換為適用於不同構型的多軸同動機械的加工程式，更可將多台屬於異構型之多軸同動機械的加工程式整合轉換為適用於一台多軸同動機械的加工程式，使得原加工程式可更廣泛的應用於不同機型的多軸同動機械，進一步減少加工程式轉換的時間及成本。
上述實施型態僅例示性說明本發明之原理及其功 效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施型態進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
11‧‧‧CAD/CAM軟體
12‧‧‧工具機A控制器
2、5‧‧‧程式轉換模組
21、51‧‧‧第一輸入單元
22、52‧‧‧第二輸入單元
23、53‧‧‧設定單元
24、54‧‧‧轉換單元
241‧‧‧順向轉換部
242‧‧‧逆向轉換部
4‧‧‧人機介面
6‧‧‧控制器
61‧‧‧解譯模組
62‧‧‧控制模組
71、72、M1、M2、M3、M4‧‧‧多軸同動機械
A、B、C‧‧‧旋轉軸
S31~S34‧‧‧步驟
第1圖係為習知CNC工具機之產生加工程式之流程圖；第2圖係為本發明之多軸同動機械程式轉換模組之應用架構圖；第3圖係為本發明之多軸同動機械程式轉換方法之流程圖；第4圖係為本發明之多軸同動機械之程式轉換模組之用以輸入機構資料之人機介面示意圖；第5圖係為本發明之多軸同動機械之程式轉換模組之一實施形態之架構圖；以及第6圖係為應用本發明之多軸同動機械之程式轉換方法之一具體實施例。
2‧‧‧程式轉換模組
21‧‧‧第一輸入單元
22‧‧‧第二輸入單元
23‧‧‧設定單元
24‧‧‧轉換單元
241‧‧‧順向轉換部
242‧‧‧逆向轉換部

Claims (16)

  1. 一種用於多軸同動機械之程式轉換模組，係用以在異構型的第一機械與第二機械間進行加工程式之轉換者，包括：第一輸入單元，係用以供輸入複數組該第一機械之加工程式和機構資料；第二輸入單元，係用以供輸入複數組該第二機械的機構資料；設定單元，係用以從該複數組第一機械中設定至少一者為來源機械，並從該複數組第二機械中設定一者為目標機械；以及轉換單元，係用以根據該設定單元所設定之來源機械及該目標機械的機構資料，利用運動學方法將該來源機械的加工程式轉換為適用於該目標機械之加工程式。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之程式轉換模組，其中，該第一機械與該第二機械的機構資料為GM碼、巨集(Macro)、全域或區域變數、機械參數或加工程式區函式。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之程式轉換模組，復包括儲存單元，係用以儲存該複數組第一機械之加工程式和機構資料及該複數組第二機械之機構資料。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之程式轉換模組，其中，該複數組第一機械之加工程式為關節座標系。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之程式轉換模組，其中，該 轉換單元包括：順向轉換部，用以根據該來源機械的機構資料，利用順向運動學方法將該來源機械的加工程式從關節座標系轉換為卡式座標系；以及逆向轉換部，用以根據該目標機械的機構資料，利用逆向運動學方法將已轉換為卡式座標系之該來源機械的加工程式轉換為關節座標系，以產生適用於該目標機械之加工程式。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之程式轉換模組，其中，該機構資料為軸機械形式、各軸旋轉軸方向定義或工件至旋轉軸中心偏移量。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之程式轉換模組，其中，該程式轉換模組係外部連接於該目標機械的控制器，以使該目標機械的控制器執行該轉換單元所轉換之適用於該目標機械之加工程式。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之程式轉換模組，其中，該程式轉換模組係設置於該所設定之目標機械的控制器中，以使該目標機械的控制器執行該轉換單元所轉換之適用於該目標機械之加工程式。
  9. 一種多軸同動機械之程式轉換方法，係用於多軸同動機械，以在屬於異構型之第一機械與第二機械間進行加工程式之轉換，包括以下步驟：(1)輸入複數組該第一機械的加工程式和機構資料以及輸入複數組該第二機械的機構資料； (2)從該複數組第一機械中設定至少一者為來源機械，並從該複數組第二機械中設定一者為目標機械；以及(3)根據該來源機械及該目標機械的機構資料，利用運動學方法，將該來源機械的加工程式轉換為適用於該目標機械之加工程式。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之程式轉換方法，其中，步驟(1)中復包括儲存該複數組第一機械之加工程式和機構資料以及該複數組第二機械的機構資料。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之程式轉換方法，其中，該複數組第一機械之加工程式係為關節座標系。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之程式轉換方法，其中，步驟(3)包括以下步驟：(3-1)根據該來源機械的機構資料，利用順向運動學方法將該來源機械的加工程式從關節座標系轉換為卡式座標系；以及(3-2)根據該目標機械的機構資料，利用逆向運動學方法將已轉換為卡式座標系之該來源機械的加工程式轉換為關節座標系，以產生適用於該目標機械之加工程式。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之程式轉換方法，其中，該機構資料為軸機械形式、各軸旋轉軸方向定義或工件至旋轉軸中心偏移量。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之程式轉換方法，其中，輸 入該第一機械或該第二機械的機構資料的方法包含以GM碼、巨集(Macro)、全域或區域變數、機械參數、加工程式區函式或人機介面的方式輸入。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之程式轉換方法，其中，以該人機介面的方式輸入的資料係為多軸機械形式、各軸旋轉軸方向定義或工件至旋轉軸中心偏移量。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之程式轉換方法，其中，以該人機介面的方式輸入之多軸機械形式係為五軸機械形式。
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