TWI680027B - 加工工具之方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關於用於加工工具(16)的裝置(15)及方法(V)。首先用一測量單元(17)三維測量該工具(16)，以及藉此產生三維虛擬工具模型(M)。此虛擬工具模型(M)與各個工具資料集(WD)的參考輪廓(R)做比較。如果確定匹配的話，選擇指配至該工具資料集(WD)的加工程式(PR)以及藉由擬合該參考輪廓(R)至該三維虛擬工具模型(M)中來確定目標輪廓(SK)。然後，可基於此目標輪廓(SK)來對該工具(16)加工。

Description

加工工具之方法及裝置
本發明係有關於用於對工具加工的方法及裝置，尤其是用來優化工具製造及工具再加工的方法及裝置。
本發明係有關於用於對工具加工的方法及裝置。工具的測量就製造新工具或對已經受高度磨損之用過的工具再加工是很重要的。為了控制品質，例如做測量以便檢查工具或其特性值是否仍落在預定的容限範圍內。待確定及檢查的特定性值取決於各個工具的類型。例如，以繞著其縱軸線旋轉的切屑去除工具(chip-removing tool)而言，可偵測及檢查數個特性值，例如切削角(cutting angle)、間隙角(clearance angle)、相鄰切削刃(cutting edge)在周向的螺距角(pitch angle)、工具的長度、核心直徑、螺旋角(helix angle)或扭轉的傾斜度或該等的任何組合。
已知有各種測量方法及測量機器，以不接觸及/或機械接觸的方式偵測工具，並且可測量或計算出特性值。不過，這些方法很複雜，因此它們都使用在新工具的製造上，以及在再加工的情形下只在必要時使用，以便儘可能壓低所耗費的時間成本。
德國專利第DE 10 2012 106 139 A1號描述一種用於確定機器工具之工具磨損並以幾何方式確定切削的方法。其中利用光學記錄構件偵測工具磨損。對所得到工具實際的狀態與預定的目標狀態做比較，藉此 確定磨損變數。然後，基於該磨損變數，可改變工具在加工機器中的運動，藉此在工件上實現所欲材料去除。
可將本發明的目標視為要創造可用來優化工具的製造及對工具的再加工的方法及裝置。
實現此目標係藉由具有如申請專利範圍第1項所述之特徵的方法以及具有如申請專利範圍第16項所述之特徵的裝置。
根據本發明，至少三維地測量工具，藉此產生一個三維虛擬工具模型。可用3D掃描機進行該三維測量，例如雷射掃描機，或另一合適3D測量構件。該3D測量單元產生測量資料，特別是以點雲(point cloud)的形式，描繪出受測工具的邊緣及表面。該點雲可描繪該虛擬工具模型。也有可能用處理操作(processing operation)部份或全部地處理該點雲。例如，藉由形成篩目或用網格模型以及藉由紋理化該等篩目或該網格模型，可由該點雲產生該虛擬工具模型的較佳顯示。另外，有可能由用於描繪該點雲產生二維工具模型。也有可能用習知演算法或數學方法處理該點雲以及排除該點雲中不必要的點及/或明顯錯誤的點。
在產生該三維虛擬工具模型之後，在一有利的具體實施例中，可由該虛擬工具模型確定特徵化受測工具的至少一模型參數。可視需要與否對該模型參數進行確定。
該三維虛擬工具模型及/或該至少一確定的模型參數與數個儲存的工具資料集做比較。每個工具資料集指配用於加工的加工程式。
作為比較的結果，從可獲得的工具資料集選出對應至該三維虛擬工具模型的工具資料集。如果不可能確定工具資料集與該三維虛擬工具模型的匹配，則產生對應工具資料集然後選擇它。
該工具資料集最好有參考的輪廓及/或至少一工具參數。該三維虛擬工具模型或由它所確定之模型參數的輪廓(profile)與該工具資料集的工具參數做比較。如果該三維虛擬工具模型在預定的容限內與該參考輪廓匹配及/或如果該等確定的模型參數與該等儲存的工具參數互相匹配，則可確定該三維虛擬工具模型與該工具資料集匹配。
藉助於選定工具資料集中的參考輪廓，產生目標工具輪廓。這是藉由擬合該參考輪廓於該三維虛擬工具模型中來達成。用以下方式進行該擬合處理：該參考輪廓在待加工工具的任何一點都不會突出該三維虛擬工具模型所描繪出的輪廓。在此，該參考輪廓是在材料去除最小的邊界條件下擬合。達成該擬合處理可藉由在待加工工具的數點處，使該參考輪廓經配置成與受偵測的三維工具模型有最短可能距離。為此目的，該參考輪廓與該三維虛擬輪廓模型可互相偏移及/或旋轉，其中該偏移或旋轉係繞著座標系的一或更多軸線進行，例如笛卡爾座標系。
然後，以此方式產生的目標工具輪廓用於對工具的加工。為此目的，可用以下方式控制加工：在該工具產生對應至該預定的目標工具輪廓的實際工具輪廓。
藉助於此方法，有可能例如對受損工具或已遭受磨損的工具再加工，以及這樣做可使材料去除最小化。因此，昂貴工具的再加工有可能比以前更頻繁。以前是由對再加工方面有經驗的操作員在再加工工具時相當充裕地選擇材料的去除，以便確保工具確實沒有受損或磨損區域。
藉助於該方法，也可加工由例如3D印刷或選擇性雷射熔化的積層製造方法製成的工具坯料，以便維持預定的幾何。該等積層製造方法常常不夠準確。容限及表面粗糙度在工具坯料的一些地方可能足夠。不過，例如，在切削刃、自由表面或切屑孔洞(chip cavity)的區域則可能需要 再加工，以便維持預期的特性值或工具參數。
此外，此方法也可使用於設有塗層之硬金屬工具的加工。如今，在塗層硬金屬工具或實心硬金屬工具時，在塗層方面只選擇施加極薄的層，以免切削刃過度圓化。藉助該方法，該硬金屬核心可施加任何厚度的塗層，該塗層對於工具的最佳化是有必要或有利的。然後，可用該加工方法製成對應至經過確定的目標工具輪廓的實際工具輪廓。
也有可能使用該方法於對有載體且有至少一配置於其上之切削片(cutting plate)的製成工具加工。該至少一切削片常以結合成一體的方式配置於該載體上，而且可能定位不準確。用上述方法，如果工具的製造接續在緊固該至少一切削片之後，則可測量及加工該切削片，以便視實際需要修正它的特性值(例如，切削刃相對於載體上之參考點的位置及/或方位)。
為了對該工具加工，可使用例如有雷射及/或研磨工具及/或侵蝕工具的加工單元。原則上，可使用任何材料去除工具，只要能夠高度準確地選擇性去除工具上的材料。
在產生該目標工具輪廓時最好至少一部份地偏移及/或旋轉及/或縮放該參考輪廓。因此，在工具去除最小的邊界條件下，可配置該參考輪廓相對於該三維虛擬工具模型的位置。在此，在產生該目標工具輪廓時，只處理該參考輪廓隨後會被指配加工程式的加工部份就足夠了，例如切削刃及/或自由表面及/或切屑孔洞的區域。
如果在產生該目標工具輪廓時，預先定義該工具之至少一預定特性值的觀察值(observance)作為至少進一步的邊界條件是有利的。例如，邊界條件可預先定義切削角及其允許的容限範圍。同樣，對於該工具的所有其他特性值或幾何尺寸，也都可做出此類規定。
有利的是，如果先於或為了選擇與該三維虛擬工具模型匹配之工具資料集的比較期間，該至少一已確定的模型參數首先與包含於該工具資料集中的至少一工具參數做比較。這需要一點計算容量(computing capacity)，以及使得有可能(至少極快地)排除該至少一模型參數與該至少一工具參數不匹配的工具資料集。如果該至少一模型參數與該至少一工具參數互相匹配，則執行該三維虛擬工具模型與該參考輪廓的比較，以便確定是否匹配。
在一變化實施例中，僅僅比較該三維虛擬工具模型所描繪出的工具輪廓與該等工具資料集的各個參考輪廓原則上是足夠的。不過，這需要較大的計算容量及需要更多時間。
用下列步驟可有利於確定基於該三維虛擬工具模型的至少一模型參數：- 產生及/或選擇一測量程式，其中該測量程式具體規定穿過該虛擬工具模型的至少一剖切平面以及一測量任務，藉此基於在該至少一剖切平面與該虛擬工具模型之間的至少一截面輪廓，可確定該至少一模型參數；- 開始該測量程式，以及基於該至少一工具模型在該至少一剖切平面中的至少一截面輪廓來確定該至少一模型參數。
取決於剖切平面相對於虛擬工具模型的位置，給出截面輪廓，例如縱截面、橫截面或傾斜延伸穿過或斜角穿過工具模型的任何截面。在此剖切平面中提供虛擬工具模型的截面輪廓，該截面輪廓的方向用測量程式評估，以便確定至少一模型參數。在此，可確定在各個剖切平面中的一或更多模型參數。利用許多剖切平面或截面輪廓也有可能確定模型參數。
例如，切削角、間隙角、切削楔角(cutting wedge angle)、切 削刃數、螺距角、工具的長度、核心直徑、螺旋角、切削刃的圓角半徑、上述模型參數的任何組合可經過確定後作為模型參數。
如果為了建立虛擬工具模型，初始從許多方向偵測該工具以及最好以不接觸方式偵測是有利的。在此得到的測量資料可產生點雲，接著該點雲可直接用作虛擬工具模型，或如前言所述，可用演算法及數學方法進一步處理，以給出虛擬工具模型。
該方法也可使用於有配置於共用載體上之許多切削片的工具。就此種工具的製造而言，通常無法充分準確地製造安裝切削片的位置，例如一體接合式安裝切削片於載體上。但由於該方法，可在切削片處進行材料去除，以便實現切削刃的位置，或邊緣或表面相對於載體之參考軸線的取向。
15‧‧‧裝置
16‧‧‧工具(工具胚料)
17‧‧‧測量單元
18‧‧‧加工單元
19‧‧‧控制單元
20‧‧‧記憶單元
23‧‧‧測量構件
24‧‧‧3D掃描機
25‧‧‧雷射光束
26‧‧‧相機
29‧‧‧工具座架
30‧‧‧旋轉驅動器
31‧‧‧研磨砂輪
32‧‧‧雷射
35‧‧‧裂痕(損壞)
36‧‧‧箭頭
37‧‧‧凹口(損壞)
40‧‧‧層
41‧‧‧實心硬金屬核心
42‧‧‧塗層
42a‧‧‧強圓化部份
42b‧‧‧材料容積
43‧‧‧載體
44‧‧‧切削片
44i‧‧‧切削片的實際位置
44s‧‧‧切削片的目標位置
45‧‧‧接觸點
AW‧‧‧角軸線位置
D‧‧‧旋轉軸線
M‧‧‧三維虛擬工具模型
MP‧‧‧模型參數
N‧‧‧第五方法步驟V5的分支
PR‧‧‧加工程式
PW‧‧‧點雲
R‧‧‧參考輪廓
R*‧‧‧修改參考輪廓
SK‧‧‧目標工具輪廓
V‧‧‧方法
V1‧‧‧第一步驟
V2‧‧‧第二步驟
V3‧‧‧第三步驟
V4‧‧‧第四步驟
V5‧‧‧第五步驟
V6‧‧‧第六步驟
V7‧‧‧第七步驟
V8‧‧‧第八步驟
V9‧‧‧第九步驟
V10‧‧‧第十步驟
WD‧‧‧工具資料集
WP‧‧‧工具參數
附屬項、說明書及附圖將顯示本發明的有利具體實施例。以下會基於附圖來詳細解釋本發明的較佳示範性具體實施例：圖1的方塊圖圖示用於工具之加工的一示範性裝置具體實施例，圖2的流程圖圖示用於工具之加工的一示範性方法具體實施例，圖3的立體圖圖示未遭受磨損的示範性工具，圖4圖示處於用過狀態已遭受磨損的圖3工具，圖5示意圖示一工具資料集的參考輪廓，圖6至圖8各自示意圖示圖5的參考輪廓以及圖4工具基於測量資料偵測得到的三維虛擬工具模型，圖9的示意側視圖圖示用積層製造方法逐層製成的工具，圖10的示意側視圖圖示設有塗層的實心硬金屬工具，圖11為圖示圖10中之區域XI的詳圖， 圖12圖示有載體及設置於該載體上之數個切削片的示範工具，以及圖13的示意草圖圖示在圖12工具的情形下未對應至預定的位置的切削片，以及圖示在先前方法的情形下為必要的切削片上接觸點。
圖1以方塊圖圖示用於對工具16加工之裝置15的主要結構。工具16可為銑削工具、鑽頭、或任何其他工具。該示範性具體實施例涉及在操作時被驅動繞著縱軸線旋轉的工具16。描述工具16的特性值的參數將工具16特徵化。例如，在各個情形下，可個別或以任何組合方式使用切削刃數、切削角、間隙角、相鄰切削刃在周向繞著工具16縱軸線的螺距角、工具在其縱軸線方向的長度、核心直徑、螺旋角、螺旋的導程、或核心直徑與工具切削刃之圓形軌道路徑的比率。適合用於描述工具16的特性值也取決於工具的類型。
裝置15有測量單元17、加工單元18以及控制測量單元17及加工單元18的控制單元19。在描述於此之示範性具體實施例的一變體中，也有可能用獨立的控制單元控制及實際分開的測量單元17與加工單元18。可用習知的通訊構件以無線或有線方式在控制單元之間作必要的資料交換。
測量單元17包括至少一測量構件23。測量單元17的至少一測量構件23經組配成，藉助於測量單元17，可偵測工具16在端面及所有周面的三維外部輪廓。
根據該實施例，測量單元17有形式為3D掃描機24的測量構件23。例如，雷射掃描機可用作3D掃描機24，該雷射掃描機引導雷射光束25至工具16上，以便偵測它的輪廓。
測量單元17在描述於此的示範性具體實施例中另外有形式為相機26的另一種測量構件23。相機26可裝設成為線形相機(line camera)或 有許多直線的矩陣相機。例如，可設計供產生背景光影像的相機26。然後，配置照明單元於工具16在相機26對面的側面上，不過，為求簡潔而未圖示此照明單元。
工具16根據該實施例配置於工具座架29中。工具座架29可相對於至少一測量構件23移動，以便偵測工具16。在該示範具體實施例中，工具座架29經配置成可繞著旋轉軸線D旋轉。工具座架29受旋轉驅動器30的指配。
替換地或附加地，至少一測量構件23可對於工具座架29定位。在描述於此之示範性具體實施例中，3D掃描機24可對於工具座架29定位，以便相對於旋轉軸線D能夠在徑向上偵測工具16及/或相對於旋轉軸線D有斜度及/或與旋轉軸線D平行或成一直線。圖1用3D掃描機24的示範性虛線的位置來圖示3D掃描機的定位性能。
裝置15另外包括可用來加工工具16的加工單元18。為了加工的目的，加工單元18具有加工工具。例如，加工工具可為研磨砂輪31。工具16也可用雷射32或侵蝕工具加工。因此，加工單元18可為研磨機器、雷射加工機器、侵蝕機器或組合加工機器。
測量單元17以及根據該實施例的3D掃描機24的輸送測量資料的形式為點雲PW。此資料傳送至控制單元19或替換地至測量單元17或外部計算單元的構件。測量單元17在此情形下可具有用於資料傳送的對應介面。控制單元19另外含有記憶單元20及/或連接至外部記憶單元20。
裝置15另外可具有包含顯示器或操作表面的操作介面(未圖示)。該操作介面可具有習知的操作選項，例如觸控螢幕、電腦滑鼠、小鍵盤、觸控板、經由傾斜及/或加速度感測器的控制單元、或其類似者。也有可能使控制單元19經由介面連接至一或更多外部計算及/或記憶單元，以便 視實際需要增加計算或記憶的容量，或以便輸入及輸出資料。
圖2圖示示範性方法的流程圖。以下參考圖4至圖8，舉例說明用於對已遭受磨損之用過的工具16再加工的方法順序。在圖3中，圖示處於原始未用過狀態的工具16。圖4只示意且不按比例地圖示用過的受損工具16，在這種情形下，舉例說明示意圖示裂痕(break)35。圖4中用過的受損工具16是要用裝置15及方法V再加工，以便排除例如裂痕35的損壞，以及為了當採用此法時藉助於工具16來改善加工結果。
方法V從第一方法步驟V1開始，一旦工具16插入工具座架29，得以藉助於測量單元17可三維測量它。在後續的第二方法步驟V2中，由測量單元17所測量資料產生三維虛擬工具模型M。從圖4的箭頭36方向觀看虛擬工具模型M時，三維虛擬工具模型M在圖6至圖8中高度示意圖示成二維的輪廓。除裂痕35外，受損的工具16例如有用生成三維虛擬工具模型M(圖6至圖8)描繪的凹口(notch)37。
要確定三維虛擬工具模型M係基於點雲PW。在該示範性具體實施例中，點雲PW用3D掃描機24的掃描資料產生。點雲PW可直接藉由後續的處理形成三維的工具模型M。例如，有可能用演算法排除點雲PW中的錯誤偵測點。替換地或附加地，可產生並且可使用網格模型或紋理模型作為虛擬工具模型M。在此，可使用習知的演算法及數學方法。
藉助於虛擬工具模型M，虛擬工具模型M的一或更多模型參數MP在該示範性具體實施例中可在第三方法步驟V3中確定。特別是，在工具16中作為特性值的尺寸或變數經過確定後可當作模型參數MP，例如切削刃數、螺距角、切削角、間隙角等等。需要確定的模型參數MP以及在第三方法步驟V3要確定的確定模型參數MP之數量取決於工具16的類型。
第三方法步驟v3並非必要的。方法V也可在不需確定模型參 數MP下執行。不過，在第三方法步驟V3確定至少一個模型參數MP是有利的，因為在該方法的後續過程中可因此需要較少的計算時間及較少的計算容量。
為了在第三方法步驟確定至少一工具參數WP，所選擇的測量程式較佳有設定穿過虛擬工具模型M之一或更多剖切平面。在每個剖切平面中建立在剖切平面、虛擬工具模型M之間的截面輪廓。在各個情形下，用習知的影像處理方法、藉助於一或更多截面輪廓，可確定一或更多模型參數MP。
在第四方法步驟V4中，虛擬工具模型M以及至少一模型參數MP與儲存於控制單元19(或以通訊方式連接至控制單元19)之計算單元的記憶單元20中的工具資料集WD做比較。根據該實施例，每個工具資料集WD有參考輪廓R與至少一工具參數WP。描述工具16的一或更多特性值可用來作為一個(或數個)工具參數WP。對於工具16的邊緣及表面，該參考輪廓R具體規定比例正確的理想輪廓。
在第四方法步驟V4，基於虛擬工具模型M及至少一模型參數MP，進行與可獲得的工具資料集WD的比較。在此，最好採用一種方法使得至少一模型參數MP首先與工具資料集WD的工具參數WP做比較以及執行檢查，以便查明是否匹配。例如，如果模型參數MP中之一者具體規定受偵測的工具16為有4個螺旋切削刃的工具，在進行與資料集WD的比較時，可極快地找到與具有4個螺旋切削刃之工具有關的資料集。是否匹配的進一步檢查仍可不考慮所有其他的工具資料集WD。此比較可極快地和以節省時間的方式完成。工具愈準確地用經過確定的模型參數MP及包含於工具資料集WD的工具參數WP描述，可愈快地確定與該另一方法相關的工具資料集WD。
如果工具資料集WD的所有工具參數WP與所確定的模型參數MP匹配，工具資料集WD的參考輪廓R在描述於此的示範具體實施例中將與虛擬工具模型M比較並檢查是否匹配。只有在參考輪廓R與虛擬工具模型M也匹配時才算找出匹配的工具資料集WD。
在第五方法步驟V5，詢問是否工具資料集WD與虛擬工具模型M匹配以及是否已找到至少一模型參數MP。如果情形是這樣的話，方法V在第六方法步驟V6(第五方法步驟V5的分支J)繼續。如果情形不是這樣的話，方法V在第七方法步驟V7(第五方法步驟V5的分支N)繼續。
在第六方法步驟V6中，選擇加工程式PR。準確地說，指配一加工程式PR給每個工具資料集WD為較佳。藉由找出工具資料集WD，可因而自動選擇在對工具16再加工時用來控制加工單元18的加工程式PR。
如果不能找到有用的資料集WD，在第七方法步驟V7建立對應資料集WD並指配加工程式或以其他方式從頭開始建立。
在第六方法步驟V6或第七方法步驟V7後，方法V在第八方法步驟V8繼續。
在第八方法步驟V8中，確定或界定加工程式PR的一或更多加工參數。圖6至圖8示意性圖示第八方法步驟V8的方法。參考輪廓R擬合於受偵測的虛擬工具模型M中。此時，也應注意到，儘管圖5至圖8只用二維圖示，然而參考輪廓R與虛擬工具模型M兩者為三維。為了解釋而選擇二維圖示來呈現，以便改善清晰度。參考輪廓R在考量一或更多邊界條件下擬合於虛擬工具模型M中。在此，使參考輪廓R或參考輪廓R的一部份相對於虛擬工具模型M繞著座標系之一或更多軸線旋轉及/或移動，例如笛卡爾座標系。也可整體或部份地縮放參考輪廓R。參考輪廓R用以下方式擬合於虛擬工具模型M中：藉由旋轉及/或偏移及/或縮放來修改參考輪廓R，藉此給出經過 修改的參考輪廓R*。此經過修改的參考輪廓R*位在虛擬工具模型M內使得經過修改的參考輪廓R*及虛擬工具模型M的縱軸線彼此重合。經過修改的參考輪廓R*在工具16要加工的區域不會突出虛擬工具模型M。在工具16隨後要於加工製程期間加工的部份處，有經過修改的參考輪廓R*與虛擬工具模型M的接觸點，其中接觸點較佳排除切削點或切削刃。
此外，要預先定義至少一邊界條件，特別是在要最小化虛擬工具模型M與修改參考輪廓R*之容積差的這一點上。這有重要意義，因為結果可最小化要去除的材料。如果工具16在再加工期間只去除絕對必要的材料，則可能增加工具16的再加工次數，從而使整體有效壽命可能增加。
除了要最小化材料去除的邊界條件以外，也可預先定義其他邊界條件。例如，有可能界定參考輪廓中有可能或需要材料去除的區域。此外，可預先定義特定特性值應保持的尺寸，例如間隙角、切削角、核心直徑與切削刃之圓形軌道路徑的比率等等。
如果最後在考量至少一邊界條件下，發現經過修改的參考輪廓R*滿足所有邊界條件且配置在虛擬工具模型M內(至少在必要的部份中)，則此經過修改的參考輪廓R*構成目標工具輪廓SK。
圖6至圖8示意性圖示此方法。在圖6，可見經過修改的參考輪廓R*並未滿足地落在虛擬工具模型M內的條件。其中，在工具16上有裂痕35及凹口37的地方，經過修改的參考輪廓R*會切掉虛擬工具模型M，因此不能用來作為目標工具輪廓SK。
在圖7的示意性圖示中，可見儘管經過修改的參考輪廓R*落在虛擬工具模型M內，它產生過度的材料去除，因為在經過修改的參考輪廓R*與每一個裂痕35及凹口37之間仍有不必要的大距離，這會導致不必要的材料去除。
圖8示意圖示形成目標工具輪廓SK的最佳化的經過修改的參考輪廓R*。其中，所有的損壞35、37皆在用目標工具輪廓SK再加工期間被排除，同時在考量到視需要提供的其他邊界條件下，最小化材料去除。
在第八方法步驟V8，一旦已確定目標工具輪廓SK，在第九方法步驟V9中則基於目標工具輪廓SK及加工程式PR來對工具16加工，使得工具16的實際工具輪廓在加工後在準確度的可能技術範疇內對應至目標工具輪廓SK。
然後，方法V在第十方法步驟V10結束。
替換圖2的示範方法順序，也有可能在第九方法步驟V9後，用測量單元17進行新的測量並且比較由它所確定的虛擬工具模型M與在第八方法步驟V8產生的目標輪廓SK，以便確定偏離量。在適當情形下，可從它計算出經過修改的目標輪廓，以及可用加工單元18執行重新的加工。不過，此一迭代製程順序通常沒有必要。
已舉例描述對用過的工具16再加工的方法V(圖4)。不過，方法V在新工具的製造範疇內也適用。
在圖9舉例示意性圖示工具16，該工具已用積層製造方法連續逐層地製作，例如3D印刷或選擇性雷射熔化。在這些製造方法期間，可達成的準確度對於工具16的要求常常是不夠的。此外，以此方式製成之工具16的表面相對較為粗糙。可測量以此方式製成的工具坯料16並且用方法V再加工，使得它的特性值及表面品質滿足要求。
圖10及圖11示意性圖示另一種可能的應用。圖10所示的工具16有實心硬金屬核心41與至少施加至實心硬金屬核心41之數個部份的塗層42。如今，此類塗層設有小於3微米的極薄層厚。這要歸因於較大的層厚會導致切削刃的過度圓化。不過，就工具16的使用及有效壽命而言，薄層厚 是不夠的。根據本發明，實心硬金屬核心41可設有明顯較厚的塗層42，例如達30微米厚的塗層42。雖然工具16的特性值在此改變而且不再滿足要求，然而隨後實行上述方法V，可藉此再度達到所欲的特性值。例如，可再度暴露或製造切削刃半徑、切削角、間隙角、被塗層42覆蓋的結構、切屑孔洞尺寸等等。因此可實現高達30微米的較大層厚。不過，可快速有效地製造具有必要特性值的工具16。如圖11所示意性圖示的，修正例如由塗層42施加於實心硬金屬核心41上所造成的強圓化(strong rounding)部份42a，因為塗層42的材料容積42b被去除，使得工具的輪廓在切削刃處對應至目標輪廓SK。
圖12及圖13在工具16為新產品之情形下圖示另一示範具體實施例，圖中工具16有載體43之至少一切削片44設置於載體43上。切削片44常以結合成一體的方式裝在載體43上，例如藉由焊接。在此，在有些情形下，無法確實達到切削片44的需求位置。在圖13中，切削片44的目標位置44s用間斷線(虛線)示意性圖示。當以結合成一體的方式固接時，特別是藉由焊接，切削片44會變形且位於實際位置44i。在焊接期間，除了在一或更多空間方向的位置偏離以外，由於切削片44焊接於載體43上，也可能在切削片的徑向外形發生外形偏離。切削片可能彎曲，從而決定工具之材料去除的徑向外緣也得到弧形的外形。
在多個切削工具的情形下，特別是有長切削刃(例如，如圖12所示)，沿著切削片44的切削刃先前需要大量的接觸點45，以便測量由焊接製程造成的板體缺陷(切削片44彎曲)。這在加工機器中執行且持續一段長時間，該加工機器在此時段沒有生產力。由於本發明，可大量減少加工單元18的加工時間(侵蝕及/或研磨及/或雷射加工)，因為在測量單元17中可個別進行板座測量及視需要的補償計算。目標輪廓SK的測量及確定步驟可提 前由測量單元17完成，以及資料可用工具16轉移至加工單元18。加工製程可經有效地設計有先前測量以及視需要也已經確定加工資料，以便建立對應至目標輪廓SK的實際輪廓。切削刃或切削片44的3D掃描比個別去接觸接觸點45更有效率。此外，由於3D掃描，理想上可準確地確定切削片44相對於目標輪廓SK的尺寸過大程度。這在純接觸是非常複雜的，特別是在弧形輪廓的情形下。
由於上述方法V，可測量裝有切削片44的載體43，以及可產生虛擬工具模型M。然後，如有需要可對切削片44再加工，藉此維持工具16的特性值。
本發明係有關於用於工具16之加工的裝置15及方法V。首先用測量單元17三維地測量工具16，藉此產生三維虛擬工具模型M。此虛擬工具模型M與各個工具資料集WD的參考輪廓R做比較。如果確定匹配的話，選擇指配至工具資料集WD的加工程式PR以及藉由擬合參考輪廓R至三維虛擬工具模型M中來確定目標輪廓SK。然後，對工具16的加工可基於此目標輪廓SK執行。

Claims (16)

  1. 一種用於對一工具(16)加工的方法(V)，其係包含下列步驟：進行該工具(16)之一三維測量以及由該三維測量之測量資料產生該工具(16)之一三維虛擬工具模型(M)，提供多個工具資料集(WD)，其各有該工具(16)之一參考輪廓(R)及/或有與該工具(16)之一特性值對應之至少一工具參數(WP)，其中每個該等工具資料集(WD)指配一加工程式(PR)，比較該三維虛擬工具模型(M)與各自的參考輪廓(R)及/或比較一依該虛擬工具模型(M)確定且對應至該工具(16)之一特性值的模型參數(MP)與一儲存的工具資料集(WD)的各個工具參數(WP)，選擇對應至該三維虛擬工具模型(M)及/或該至少一模型參數(MP)的該工具資料集(WD)，或產生及選擇對應至該三維虛擬工具模型(M)及/或該至少一模型參數(MP)的一工具資料集(WD)，產生一目標工具輪廓(SK)，其藉由在材料去除最少的邊界條件下，將由該工具資料集(WD)確定或包含於該工具資料集(WD)中的一參考輪廓(R)擬合(fitting)至該三維虛擬工具模型(M)中，其中以藉由旋轉及/或偏移及/或縮放來修改該參考輪廓(R)的方式完成將該參考輪廓(R)擬合至該三維虛擬工具模型(M)中，藉此得到一經過修改的參考輪廓(R*)，其中該經過修改的參考輪廓(R*)位在該虛擬工具模型(M)內使得該經過該修改的參考輪廓(R*)及該虛擬工具模型(M)的縱軸線彼此重合，且其中該經過修改的參考輪廓(R*)在該工具(16)要加工的區域不會突出虛擬工具模型(M)，對該工具(16)加工以便產生對應至該目標工具輪廓(SK)的一實際工具輪廓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該方法經組配成可用於對一磨損或損壞的切屑去除工具(16)再加工。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之方法，其中該方法經組配成可用於對由一積層製造(additive manufacturing)方法製成之一工具坯料加工。
  4. 如申請專利範圍第1至2項中之任一項所述的方法，該方法經組配成可用於對設有一塗層(42)之一硬金屬工具加工。
  5. 如申請專利範圍第1至2項中之任一項所述的方法，其中該方法經組配成可用於對有一載體(43)及設置於該載體(43)上之至少一切削片(44)的一工具(16)加工。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中藉由取決於該目標輪廓(SK)的該加工單元(18)修正一或更多切削片(44)之徑向外緣的外形(profile)。
  7. 如申請專利範圍第1至2項中之任一項所述的方法，其中在比較該三維虛擬工具模型(M)與該工具資料集(WD)時，繞著一座標系相對於該虛擬工具模型(M)的至少一軸線，完成該參考輸廓(R)的一偏移及/或旋轉。
  8. 如申請專利範圍第1至2項中之任一項所述的方法，其中隨著該目標工具輪廓(SK)的產生，至少一或更多部份地偏移及/或旋轉及/或縮放該參考輪廓(R)。
  9. 如申請專利範圍第1至2項中之任一項所述的方法，其中在產生該目標工具輪廓(SK)時，預先定義用於該工具之至少一預定的特性值的觀察值(observance)，作為至少另一邊界條件。
  10. 如申請專利範圍第1至2項中之任一項所述的方法，其中該目標工具輪廓(SK)與該三維虛擬工具模型(M)間的差異描繪出(describe)待去除的材料容積。
  11. 如申請專利範圍第1至2項中之任一項所述的方法，其中每個工具資料集(WD)有一參考輪廓(R)與至少一工具參數(WP)。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中在選擇一工具資料集(WD)之前的比較期間，該至少一模型參數(MP)首先與該至少一工具參數(WP)做比較，以及只針對該至少一模型參數(MP)與該至少一工具參數(WP)在其中匹配的數個工具資料集(WD)，做該三維虛擬工具模型(M)與該參考輪廓(R)的比較。
  13. 如申請專利範圍第1至2項中之任一項所述的方法，其中用以下步驟基於該三維虛擬工具模型(M)確定至少一模型參數(MP)：產生及/或選擇一測量程式，其中該測量程式具體規定穿過該三維虛擬工具模型(M)的至少一剖切平面以及具體規定一測量任務，藉此基於在該至少一剖切平面與該三維虛擬工具模型(M)之間的至少一截面輪廓，可確定待確定的該至少一模型參數(MP)，開始該測量程式，以及基於該三維虛擬工具模型(M)在該至少一剖切平面中的至少一截面輪廓來確定該至少一模型參數(MP)。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該工具的一切削角及/或一間隙角及/或一切削楔角及/或一切削刃數及/或一螺距角及/或一長度，及/或一切削刃上的一核心直徑及/或一螺旋角及/或一圓角半徑(corner radius)經確定作為模型參數(MP)。
  15. 如申請專利範圍第1至2項中之任一項所述的方法，其中用下列步驟建立該三維虛擬工具模型(M)：從許多方向來偵測該工具(16)以及產生形式為一點雲(point cloud)(PW)的測量資料，使用該點雲(PW)產生該工具(16)的該三維虛擬工具模型(M)。
  16. 一種用於對工具(16)加工的裝置(15)，其包含一加工單元(18)，其經組配成可對該工具(16)加工，至少一測量構件(23)，其經組配成可產生用於產生該工具(16)之一三維虛擬工具模型(M)的測量資料，一記憶單元(20)，其中儲存多個工具資料集(WD)，該等工具資料集(WD)各有該工具(16)之一參考輪廓(R)及/或與該工具(16)之一特性值對應之至少一工具參數(WP)，其中每個工具資料集(WD)被指配一加工程式(PR)，以及一控制單元(19)，其經組配成可執行或控制下列步驟：用該至少一測量構件(23)進行該工具(16)之一三維測量，由該測量構件(23)之該測量資料產生該工具(16)之一三維虛擬工具模型(M)，比較該三維虛擬工具模型(M)與各個參考輪廓(R)及/或比較依該虛擬工具模型(M)確定且對應至該工具(16)之一特性值的一模型參數(MP)與一儲存的工具資料集(WD)的各個工具參數(WP)，選擇對應至該三維虛擬工具模型(M)及/或該至少一模型參數(MP)的該工具資料集(WD)，或產生及選擇對應至該三維虛擬工具模型(M)及/或該至少一模型參數(MP)的一工具資料集(WD)，產生一目標工具輪廓(SK)，其藉由在去除最少材料的邊界條件下，將由該工具資料集(WD)確定或包含於該工具資料集(WD)中的一參考輪廓(R)擬合至該三維虛擬工具模型(M)中，其中以藉由旋轉及/或偏移及/或縮放來修改該參考輪廓(R)的方式完成將該參考輪廓(R)擬合至該三維虛擬工具模型(M)中，藉此得到一經過修改的參考輪廓(R*)，其中該經過修改的參考輪廓(R*)位在該虛擬工具模型(M)內使得該經過該修改的參考輪廓(R*)及該虛擬工具模型(M)的縱軸線彼此重合，且其中該經過修改的參考輪廓(R*)在該工具(16)要加工的區域不會突出虛擬工具模型(M)，用該加工單元(18)對該工具(16)加工，以便產生對應至該目標工具輪廓(SK)的一實際工具輪廓。
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