TWI704028B - 因應治具偏移的刀具路徑定位補償系統 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種因應治具偏移的刀具路徑定位補償系統，主要由一工作台、一治具、一擷取單元、一控制單元以及一刀具單元所組成，主要是先將該治具固定於該工作台上，接著讓該擷取單元擷取該治具上的複數個特徵點，令該控制單元對該複數個特徵點進行分析，進而輸出該補償資料至該刀具單元的刀具上，自動地修正該刀具的加工路徑，在加工的過程中，不但可以減少人為放置該治具所產生的誤差，還可增加加工精度與提升工件品質的目的，有利於大量生產之優點。

Description

因應治具偏移的刀具路徑定位補償系統

本發明與刀具路徑定位補償系統有關，特別係一種因應治具偏移的刀具路徑定位補償系統。

請參閱圖1所示，顯示中華民國專利第I258827號一種定位裝置的其中一圖式，其揭示了一種定位裝置，係具備移動機構10，使定位對象物(圖中未示)及長度測量機構11相對移動，該長度測量機構11係以非接觸的方式測定與該定位對象物的距離，並僅於距離任意的檢測位置之預定範圍的長度測量區中，當檢測出定位對象物時，即輸出檢測信號；軸控制機構，當藉由該移動機構10而使上述定位對象物及長度測量機構11相對移動時，進行檢測來自上述長度測量機構11的檢測信號，藉此停止上述移動機構10，而自動修正上述停止位置與任意檢測位置的過調量；及定位控制機構12，儲存由上述控制機構進行自動修正後的座標值，並根據此基準座標值而進行定位。

請再參考中華民國第I592251號專利，其揭示了一種影像式多軸工具機校正方法及其系統，設有一感測頭、一標準圓球固定組及一訊號處理組，該感測頭設有至少一感測組，該至少一感測組設有一無線模組及一光源，該無線模組設有一無線發射器及一影像擷取器，該標準圓球固定組設有一固定座、一支撐桿、一標準圓球及一磁性座，該標準圓球固設於支撐桿，並將標準圓球伸入該感測頭的感測組中，該訊號處理組與該感測頭相連接且設有一無線收發器，該無線收發器與該感測組的無線發射器相連接，提供一可方便組裝、自動化量測補償、降低量測成本並提升工具機精度的影像檢測方法。

請接著參考中華民國第I604290號專利，其揭示了一種工具機包括刀具、主軸、三軸移動平台、三軸位置感測裝置、三軸角度感測模組、誤差補償單元以及控制器。三軸移動平台分別用以夾持一加工工件或是承載主軸與刀具，且沿X軸、Y軸或Z軸運動。各軸感測位置裝置用以感測各軸移動平台所在位置，而發出各軸移動平台位置資訊。各軸角度感測模組用以感測各軸移動平台的三種轉動角度，而產生各軸角度誤差資訊。誤差補償單元用以接收各軸感測位置資訊及角度誤差資訊而產生空間加工位置誤差補償資訊。控制器用以根據加工位置誤差補償資訊操作三軸移動平台而將加工工件進行空間位置誤差補償切削加工。

在對工件進行加工時，因治具擺放在工作台上要非常地精準才能加工出同樣精度的產品。然而，上述提及的專利是使用影像處理技術來定位「工件」、或借重外部定位目標物來確定機台加工位置，實質上皆無對治具擺放的位置進行定位與修正的結果容易影響工件加工時的精度，而影響工件的品質，實有待加以改善。

另外，業者於加工時發現治具偏移的話，都是利用人工手動的方式來校正治具擺放的位置，除了會發生難以對齊定位的問題之外，也難以保證校正後的位置是精準的，進而也會影響加工的結果。

是以，要如何解決上述的問題與缺失，即為本發明的創作人與從事此方向的相關業者所亟欲研究改善的方向所在。

本發明的目的係在於提供一種因應治具偏移的刀具路徑定位補償系統，主要是能於治具產生偏移時，自動地修正刀具的加工路徑，大幅提升加工精度之目的。

為達前述目的，本發明係一種因應治具偏移的刀具路徑定位補償系統，適用於搭配一工件使用，該因應治具偏移的刀具路徑定位補償系統包含：一工作台，具有一基準孔；一治具，設置於該工作台，並具有一對應該基準孔的特徵孔、及複數個特徵點；一擷取單元，用以擷取該治具上的複數個特徵點以取得一偏移誤差資料；一控制單元，資訊連接該擷取單元，並具有一資料庫模組、及一連接該資料庫模組的比對模組，該資料庫模組具有一對應該偏移誤差資料的標準資料，該比對模組用以接收該偏移誤差資料以抓取該標準資料進行比對，並計算該偏移誤差資料及該標準資料的差值，以產生一補償資料；以及一刀具單元，資訊連接該控制單元，並具有一補償模組、及一連接該補償模組的刀具，該補償模組用以接收該補償資料並對該刀具的加工路徑進行補償，令該刀具執行補償後的加工路徑對該工件進行加工。

較佳地，其中該因應治具偏移的刀具路徑定位補償系統執行的量測程式為PLP(Point,Line,Plane)、或PPP(Point,Plane,Two-point chain line)。

更較佳地，其中當該量測程式為PLP時，該治具還具有一基準面、及一連接該基準面的側面，該特徵孔貫穿該基準面，該基準面上具有一為該特徵點的第一線段、及一為該特徵點且與該第一線段交會的第二線段，該側面上具有一為該特徵點的第三線段。

更較佳地，其中當該量測程式為PPP時，該治具還具有一基準面，該特徵孔貫穿該基準面，該基準面上具有一為該特徵點的第一線段、一為該特徵點且與該第一線段交會的第二線段、及兩為該特徵點且能構成一第三線段的標準圓球。

較佳地，其中該擷取單元是以接觸式探頭量測該治具上的複數個特徵點。

較佳地，其中該刀具係位於該工件上方或側方且能沿一線軸X、一線軸Y或一線軸Z運動，該線軸X、該線軸Y及該線軸Z係兩兩互相垂直。

較佳地，其中該補償資料包含位移座標之位置與角度。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例。並配合所附圖式作詳細說明如下。

〔習知〕

10:移動機構

11:長度測量機構

12:定位控制機構

〔本發明〕

W:工件

20:工作台

21:基準孔

30:治具

31:基準面

32:特徵孔

33:側面

34A、34B、34C:特徵點

35:標準圓球

40:擷取單元

50:控制單元

51:資料庫模組

52:比對模組

60:刀具單元

61:補償模組

62:刀具

70:螺栓

圖1是中華民國專利第I258827號一種定位裝置的其中一圖式。

圖2是本發明第一實施例的結構圖。

圖3是本發明第一實施例的放大示意圖，顯示治具固設於工作台。

圖4是本發明第一實施例的使用狀態圖(一)。

圖5是本發明第一實施例的使用狀態圖(二)。

圖6是本發明第二實施例的放大示意圖，顯示治具上還設有兩標準圓球。

有關於本發明的前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式的較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

請參閱圖2至圖5所示，本發明第一實施例提供一種因應治具偏移的刀具路徑定位補償系統，適用於搭配一工件W使用，該因應治具偏移的刀具路徑定位補償系統主要由一工作台20、一治具30、一擷取單元40、一控制單元50、以及一刀具單元60，而本發明第一實施例之該因應治具偏移的刀具路徑定位補償系統執行時的量測程式為PLP(Point,Line,Plane)，但不以此為限制，亦或使用PPP(Point,Plane,Two-point chain line)的量測程式。另外，本發明可在Offline下量測路徑，並且任意PC規格均可操作，其中：

該工作台20呈長方狀，並具有一貫穿的基準孔21；在本實施例中，該工作台20係指銑床加工機的工作台。

該治具30呈長方狀，當然不以本實施例為限制。該治具30係透過一螺栓70固設在該工作台20上，並具有一基準面31、一貫穿該基準面31且對應該基準孔21的特徵孔32、一連接該基準面31的側面33、及複數個特徵點34A、34B、34C；本實施例中，該特徵孔32是指原點，其座標在(0,0,0)的位置，且該基準面31 上具有一為該特徵點34A的第一線段、及一為該特徵點34B且與該第一線段交會的第二線段，該側面33上具有一為該特徵點34C的第三線段。

該擷取單元40，用以擷取該治具30上的複數個特徵點32A、32B、32C以取得一偏移誤差資料，該擷取單元40是以接觸式探頭量測該治具30上的複數個特徵點34A、34B、34C，該接觸式探頭又分為觸發式探頭與掃描式探頭，在本實施例中係使用觸發式探頭且為Renishaw廠牌OMP、或RMP系列的測頭，觸發式探頭是以機械結構為主，當該接觸式探頭與該治具30的外表面接觸時，該接觸式探頭會即刻發出觸發訊號，並同時抓取該治具30上的座標值座作為量測之所需。透過該擷取單元40以接觸式探頭量測該治具30可具有下列優點：(1)精度高適合於尺寸量測與產品檢驗；(2)可量曲面及圓角之物件；(3)成本較低；以及(4)便於該治具30特徵點較多處之取點資料。

該控制單元50，資訊連接該擷取單元40，並具有一資料庫模組51、及一連接該資料庫模組51的比對模組52，該資料庫模組51具有一對應該偏移誤差資料的標準資料，該比對模組52用以接收該偏移誤差資料以抓取該標準資料進行比對，並計算該偏移誤差資料及該標準資料的差值，以產生一補償資料。

該刀具單元60，資訊連接該控制單元50，並具有一補償模組61、及一連接該補償模組61的刀具62，該補償模組用以接收該補償資料並對該刀具62的加工路徑進行補償，令該刀具62執行補償後的加工路徑對該工件W進行加工；本實施例中，該刀具62係位於該工件W的側方，但不以此為限制，亦或是該工件W的上方，該刀具62能沿一線軸X、一線軸Y或一線軸Z運動，該線軸X、該線軸Y及該線軸Z係兩兩互相垂直，而該補償資料包含位移座標之位置與角度。

以上所述即為本發明第一實施例各主要構件的組態說明。至於本發明的使用方式及功效作以下說明。

參閱圖4所示，顯示治具30在該工作台20產生偏移的情況，實線表示該標準資料，虛線表示該偏移誤差資料，當該治具30左右偏移時，該第一線段會(即該特徵點34A)與實線的橫線形成A角度；當該治具30偏移時(指該工作台20凹凸不平)，該第二線段(即該特徵點34B)會與實線的縱線形成B角度；參閱圖5所示，也是顯示該治具30在該工作台20產生偏移的情況，實線表示該標準資料，虛線表示該偏移誤差資料，當該治具30偏移時(指該工作台20凹凸不平)，該第三線段(即該特徵點34C)會與實線形成C角度。

本發明第一實施例在使用時，先在主程式選單PLP量測，接著是基本設定，該基本設定包含工件件號、安全高度、量測物特徵選擇(孔、圓柱、圓球)、及量測項目選擇(原點誤差，基準面誤差...等)，然後以FTP傳送量測程式至CNC控制器，隨後預設工作座標(操作員將探針移至工具的原點位置，粗略作為起始的工作座標)，以上作動方式非本案的創作重點，因此對於詳細的作動方式不再詳述，而本案的創作重點在於預設工作座標後，啟動量測程式令該擷取單元40來量測該治具30擺設的誤差，接著將量測結果自動傳輸至該控制單元50進行分析，最後該控制單元50計算該偏移誤差資料及該標準資料的差值，以產生該補償資料，進而輸出該補償資料至該刀具單元60的刀具62上，自動地修正該刀具62的加工路徑，在加工的過程中，不但可以減少人為放置該治具30所產生的誤差，還可增加加工精度與提升該工件品質的目的，有利於大量生產之優點。另外，本發明具有多元量測標的物(孔、標準球等)可彈性選擇，可作6軸向(3線性軸X、Y、Z，3角度軸)量測補正，使得本發明能提供更多元量測標的物以作為量測依據， 在使用上不受到了諸多限制，就能避免不確定因素提高，進而產生一致且可靠的結果。

請參閱圖3、圖6所示，為本發明第二實施例的放大示意圖，在提出詳細說明之前，要注意的是，在以下的說明中，類似的元件是以相同的編號來表示。與上述第一實施例不同在於，該因應治具偏移的刀具路徑定位補償系統執行時的量測程式為PPP(Point,Plane,Two-point chain line)，該基準面31上具有一為該特徵點34A的第一線段、一為該特徵點34B且與該第一線段交會的第二線段、及兩為該特徵點34C且能構成一第三線段的標準圓球35，也能達成與上述相同之功效。

綜上所述，上述實施例及圖式僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以之限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應屬本發明專利涵蓋之範圍內。

W:工件

20:工作台

21:基準孔

30:治具

31:基準面

32:特徵孔

33:側面

34A、34B、34C:特徵點

40:擷取單元

50:控制單元

51:資料庫模組

52:比對模組

60:刀具單元

61:補償模組

62:刀具

Claims (7)

1. 一種因應治具偏移的刀具路徑定位補償系統，適用於搭配一工件使用，該因應治具偏移的刀具路徑定位補償系統包含：一工作台，具有一基準孔；一治具，設置於該工作台，並具有一基準面、一對應該基準孔且貫穿該基準面的特徵孔、及複數個特徵點，該基準面內具有一為該特徵點的第一線段、及一為該特徵點且與該第一線段交會的第二線段；一擷取單元，用以擷取該治具上的複數個特徵點以取得一偏移誤差資料；一控制單元，資訊連接該擷取單元，並具有一資料庫模組、及一連接該資料庫模組的比對模組，該資料庫模組具有一對應該偏移誤差資料的標準資料，該比對模組用以接收該偏移誤差資料以抓取該標準資料進行比對，並計算該偏移誤差資料及該標準資料的差值，以產生一補償資料；以及一刀具單元，資訊連接該控制單元，並具有一補償模組、及一連接該補償模組的刀具，該補償模組用以接收該補償資料並對該刀具的加工路徑進行補償，令該刀具執行補償後的加工路徑對該工件進行加工。
2. 如請求項1所述之因應治具偏移的刀具路徑定位補償系統，其中該因應治具偏移的刀具路徑定位補償系統執行的量測程式為PLP(Point,Line,Plane)、或PPP(Point,Plane,Two-point chain line)。
3. 如請求項2所述之因應治具偏移的刀具路徑定位補償系統，其中當該量測程式為PLP時，該治具還具有一連接該基準面的側面，該側面上具有一為該特徵點的第三線段。
4. 如請求項2所述之因應治具偏移的刀具路徑定位補償系統，其中當該量測程式為PPP時，該基準面上還具有兩為該特徵點且能構成一第三線段的標準圓球。
5. 如請求項1所述之因應治具偏移的刀具路徑定位補償系統，其中該擷取單元是以接觸式探頭量測該治具上的複數個特徵點。
6. 如請求項1所述之因應治具偏移的刀具路徑定位補償系統，其中該刀具係位於該工件上方或側方且能沿一線軸X、一線軸Y或一線軸Z運動，該線軸X、該線軸Y及該線軸Z係兩兩互相垂直。
7. 如請求項1所述之因應治具偏移的刀具路徑定位補償系統，其中該補償資料包含位移座標之位置與角度。

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