TWI760675B - 加工路徑缺陷檢測方法 - Google Patents

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Abstract

一種加工路徑缺陷檢測方法，包括以下步驟。首先，根據加工程式碼建立切削模面，切削模面具有多個模面網格點。接著，計算切削模面中各模面網格點之模面法向量。之後，計算加工程式碼中對應於模面法向量之單節的單節向量。接下來，根據模面法向量及單節向量的關係取得誤差資訊。若誤差資訊大於預設值，則顯示缺陷資訊於切削模面上。

Description

加工路徑缺陷檢測方法
本揭露是有關於一種缺陷檢測方法，且特別是有關於一種加工程式碼的加工路徑缺陷檢測方法。
一般在使用電腦輔助設計軟體(CAD)及電腦輔助製造軟體(CAM)生成加工路徑時，因軟體的不同，容易使工件模型表面在轉檔的過程中產生問題，造成所生成的加工路徑具有難以用肉眼觀察的缺陷。諸如此類的問題往往都是在完成切削的成品後，於工件成品表面檢測時發現到異常的紋路才被注意，因此極有必要建立一種在進行切削之前，可檢測既有加工程式碼的加工路徑中是否存在缺陷的方法。
本揭露是有關於一種加工路徑缺陷檢測方法，可解決前述問題。
根據本揭露之一方面，提出一種加工路徑缺陷檢測方法，包括以下步驟。首先，根據加工程式碼建立切削模面，切削模面具有多個模面網格點。接著，計算切削模面中各模面網格點之模面法向量。之後，計算加工程式碼中對應於模面法向量之單節的單節向量。接下來，根據模面法向量及單節向量的關係取得誤差資訊。若誤差資訊大於預設值，則顯示缺陷資訊於切削模面上。
為了對本揭露之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
10:加工路徑缺陷檢測方法
C:曲線
E:過切量
F:切削模面
I1、I2、I3、I12、I21、I22、I23、I32:模面網格點
M1:二維網格
M2:三維網格
N、N1、N2、N3、N4、N5、N1490、N1510:單節節點
N1500:缺陷的單節節點
N1500’:修正後的單節節點
Figure 109100301-A0305-02-0013-28
、
Figure 109100301-A0305-02-0013-29
、
Figure 109100301-A0305-02-0013-30
:模面法向量
Pth:加工路徑
P00、P01、P10、P20、P30:網格點
R1、R2:區域
S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17:步驟
Figure 109100301-A0305-02-0013-31
、
Figure 109100301-A0305-02-0013-32
:通過模面網格點的向量
Figure 109100301-A0305-02-0013-33
、
Figure 109100301-A0305-02-0013-34
:單節向量
α:夾角
第1圖是根據本揭露一實施例之加工路徑缺陷檢測方法的流程圖。
第2圖是根據本揭露一實施例之加工程式碼所構成之加工路徑的示意圖。
第3A圖是根據本揭露一實施例之二維網格的示意圖。
第3B圖是對第3A圖之二維網格之網格點進行Z座標的插補的示意圖。
第4圖是根據本揭露一實施例之切削模面的示意圖。
第5A圖是根據本揭露一實施例之三維網格的示意圖。
第5B圖是根據第5A圖之三維網格取得模面網格點之模面法向量的示意圖。
第6A圖是根據本揭露一實施例之模面法向量與對應之單節的單節向量的關係的示意圖。
第6B圖是根據第6A圖之模面法向量及單節向量的關係取得誤差資訊的示意圖。
第7A圖是根據本揭露一實施例之由加工程式碼所構成之加工路徑的示意圖，其包含具有缺陷之單節節點。
第7B圖及第7C圖繪示修補加工程式碼中的一缺陷單節節點的示意圖。
以下將詳述本揭露的各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細描述之外，本揭露還可以廣泛地施行在其他的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本揭露的範圍內，並以之後的專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本揭露有較完整的瞭解，提供了許多特定細節及實施範例；然而，這些特定細節及實施範例不應視為本揭露的限制。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免造成本揭露不必要之限制。特別注意的是，圖式僅為示意及便於說明之用，並非代表元件實際的尺寸或數量，除非有特別說明。
請參照第1圖，其是根據本揭露一實施例之加工路徑缺陷檢測方法10的流程圖。加工路徑缺陷檢測方法10可藉由一運算裝置，例如獨立的電腦或工具機的控制器來執行，據以檢測出加工路徑上的缺陷，而不須與實際的工具機連結。換言之，本揭露所提供的加工路徑缺陷檢測方法10並非且亦不需藉由工具機回授的實際位置資訊來得知加工路徑的缺陷。
加工路徑缺陷檢測方法10至少包括步驟S11至步驟S16，以檢測加工路徑是否具有缺陷。首先進行步驟S11，根據一加工程式碼建立一切削模面。加工程式碼是一種用於輸入工具機的多數指令，以驅動工具機進行加工，例如是數值控制碼(Numerical Control code,NC code)或其他用於控制工具機作動的指令碼。
如第2圖所示，其是根據本揭露一實施例之加工程式碼所構成之加工路徑Pth的示意圖。加工程式碼具有多條的路徑軌跡，每條路徑軌跡由許多單節節點N所構成，且相鄰的兩個單節節點N間的路徑稱為一單節。其中每一單節節點N均具有一三維座標資料。當加工程式碼輸入至工具機後，工具機的刀具便沿著加工路徑Pth的多條路徑軌跡運行進行切削，進而得到所需的工件成品。
在步驟S11中，首先要繪製一個虛擬的二維網格。請參照第3A圖，其是根據本揭露一實施例之二維網格M1的示意圖。二維網格M1例如以棋盤狀形式形成，包含多個網格點，例如 網格點P00、P01...等。每個網格點均具有X座標值與Y座標值。要特別說明的是，此二維網格M1之區域範圍須包含加工程式碼中所有單節節點N的X座標值與Y座標值。亦即，若將加工程式碼中所有單節節點N垂直投影至XY平面上，所有的單節節點N均要落在此二維網格M1的範圍中。
如第3A圖所示，相鄰的兩個網格點之間的距離為網格尺寸D，網格尺寸D的大小需近似於加工程式碼的單節長度。舉例來說，網格尺寸D可等於或略小於加工程式碼的單節長度。在本實施例中，網格尺寸D以等於加工程式碼的單節長度的情況做說明。
當繪製完二維網格M1後，接著，對二維網格M1之每個網格點進行Z座標的插補，以取得每個網格點對應的Z座標值或插補值。請參照第3B圖，其是對第3A圖之二維網格M1之網格點進行Z座標的插補的示意圖。由於加工程式碼中每個單節節點(例如單節節點N1、N2)垂直投影至XY平面時，投影的點不一定會剛好對應到二維網格M1上的網格點(例如網格點P10、P20、P30)，故需要對二維網格M1的每個網格點進行Z座標的插補，以得知每個網格點對應的Z座標值訊息，使每個網格點可對應至加工程式碼的三維座標資料，並據此獲得切削模面。
舉例來說，當欲對網格點P10進行Z座標的插補時，可先尋找X座標值和Y座標值與網格點P10相鄰的單節節點，即為單節節點N1及N2。接著，根據單節節點N1的X、Z座標值(X1,Z1) 及單節節點N2的X、Z座標值(X2,Z2)，以插補的方式(例如是線性插補)取得網格點P10對應的Z座標值(Zp)。如此，網格點P10沿Z座標方向相距距離Zp的點I1的X、Z座標值即為(Xp,Zp)。接著，再反覆依照前述方式找尋其它經插補後的點I2、I3...。這些經插補後的點I1、I2、I3...可以平滑化的方式連接成一曲線C。待找尋二維網格M1中的所有經插補後的點之後，所有的曲線將可構成一近似於實際工件成品的切削模面F，如第4圖所示，其是根據本揭露一實施例之切削模面F的示意圖。於此，前述經插補後的點可稱為切削模面F的模面網格點。
接著，如第1圖所示，在完成步驟S11後，進行步驟S12，計算切削模面F中各模面網格點之一模面法向量。要說明的是，前述經插補後得到的模面網格點(例如I1、I2、I3)更構成一個三維網格，如第5A圖所示，其是根據本揭露一實施例之三維網格M2的示意圖。事實上，切削模面F應是以類似於三維網格M2的形式表示，但由於三維網格M2中的每一個網格的尺寸都十分微小，因此切削模面F可以視為由多個微小平面所構成的曲面。
此外，請參照第4圖及第5A圖，更因為三維網格M2中的每一個網格的尺寸都十分微小，若在切削模面F中擷取足夠微小的區域R1來觀看，三維網格M2可以視為二維平面的網格。因此，在進行步驟S12時，可利用以下方式來找出各模面網格點之模面法向量。
首先，找尋三維網格M2中通過各模面網格點的兩向量。舉例來說，第5B圖是根據第5A圖之三維網格M2取得模面網格點I22之模面法向量
Figure 109100301-A0305-02-0009-2
的示意圖。請參照第5A圖及第5B圖，假設欲找尋模面網格點I22的模面法向量
Figure 109100301-A0305-02-0009-4
，先找尋模面網格點I22鄰近的四個模面網格點的位置座標，這四個模面網格點例如是I12、I21、I32及I23。接著計算依序通過模面網格點I12及I32的向量
Figure 109100301-A0305-02-0009-5
，並計算依序通過模面網格點I21及I23的向量
Figure 109100301-A0305-02-0009-6
，且向量
Figure 109100301-A0305-02-0009-8
及向量
Figure 109100301-A0305-02-0009-9
均分別通過模面網格點I22。接著，再將向量
Figure 109100301-A0305-02-0009-10
及向量
Figure 109100301-A0305-02-0009-11
外積，以取得模面網格點I22之模面法向量
Figure 109100301-A0305-02-0009-12
。
之後，如第1圖所示，在完成步驟S12後，進行步驟S13，計算加工程式碼中對應於模面法向量之單節的一單節向量。舉例來說，請參照第6A圖，其是根據本揭露一實施例之模面法向量
Figure 109100301-A0305-02-0009-14
與對應之單節的單節向量
Figure 109100301-A0305-02-0009-15
的關係的示意圖。在第6A圖中，以「×」繪示者即為前述提及的模面網格點，以虛線繪示者即為前述提及之三維網格，並且，模面網格點I4的模面法向量
Figure 109100301-A0305-02-0009-16
亦可透過前述提及的方式取得。由於模面網格點I4是由相鄰的單節節點(例如單節節點N3、N4)進行插補而求得，因此單節節點N3、N4、N5不一定會剛好落在虛線繪示的三維網格上。
在步驟S13中，首先找尋加工程式碼中鄰近於具有模面法向量之模面網格點的兩單節節點。舉例來說，模面網格點I4是由相鄰的單節節點N3、N4進行插補而求得，故鄰近於模面法 向量
Figure 109100301-A0305-02-0010-17
之模面網格點I4的兩單節節點即為單節節點N3、N4。接著，取得兩單節節點N3、N4構成的單節向量
Figure 109100301-A0305-02-0010-18
。
接下來，如第1圖所示，在計算加工程式碼中對應於模面法向量之單節的單節向量的步驟S13後，進行步驟S14，根據模面法向量及單節向量的關係取得一誤差資訊。
在一實施例中，誤差資訊為模面法向量及單節向量之間的一夾角與90°直角的差值。舉例來說，請參照第6B圖，其是根據第6A圖之模面法向量
Figure 109100301-A0305-02-0010-19
及單節向量
Figure 109100301-A0305-02-0010-20
的關係取得誤差資訊的示意圖。在求得模面法向量
Figure 109100301-A0305-02-0010-22
及單節向量
Figure 109100301-A0305-02-0010-23
後，即可根據兩向量的關係求得兩向量之間的夾角α。
之後，請參照第1圖，進行步驟S15，判斷步驟S14中所取得的誤差資訊是否大於一預設值。以誤差資訊為模面法向量及單節向量之間的一夾角與90°直角的差值為例作說明，使用者可事先設定一預設值，預設值例如是角度10°。如第1圖及第6B圖所示，當模面法向量及單節向量之間的夾角α與90°直角的差值大於10°時，則進入步驟S16；若小於10°時，則選擇性地回到步驟12繼續計算下一個模面網格點，或完成所有計算直接結束本方法10。
在步驟S16中，將一缺陷資訊顯示於切削模面上。缺陷資訊例如是加工程式碼中的一缺陷單節節點，其可以不同的顏色、亮度、灰階程度或標誌來表示。舉例來說，以誤差資訊為模面法向量及單節向量之間的一夾角差值為例作說明，若夾角差 值大於預設值，即可以不同的顏色、亮度、灰階程度或標誌將缺陷資訊(例如是加工程式碼中的一缺陷單節節點)顯示於如第4圖所示的切削模面F上，以便於使用者觀察。
此外，若發現切削模面F中具上顯示有一缺陷資訊，例如是加工程式碼中的一缺陷單節節點，根據本揭露的其它實施例，還可以進一步修補此缺陷單節節點，如第1圖的步驟S17。
以第7A圖至第7C圖的實施例來說明，其中第7A圖是根據本揭露一實施例之由加工程式碼所構成之加工路徑的示意圖，其包含具有缺陷之單節節點；第7B圖及第7C圖繪示修補加工程式碼中的一缺陷單節節點的示意圖。
請參照第7A圖，在經過第1圖敘述之加工路徑缺陷檢測方法10的步驟S11至步驟S15後，於區域R2中發現一具有缺陷的單節節點N1500，區域R2的放大圖可參照第7B圖所示，此區域包含單節節點N1490、N1500及N1510。
首先參照第7B圖，在以誤差資訊為模面法向量及單節向量之間的一夾角差值為例的情況下，模面法向量
Figure 109100301-A0305-02-0011-25
及對應的單節向量
Figure 109100301-A0305-02-0011-26
之間的夾角差值已大於預設值，因此將單節節點N1500視為一具有缺陷的單節節點。接著，可根據夾角差值進行缺陷的單節節點N1500的修補。
於此，可根據夾角計算一過切量E，過切量E可依據(式一)來求得。(式一)如下述表示：
Figure 109100301-A0305-02-0012-1
接著，沿著模面法向量
Figure 109100301-A0305-02-0012-27
的方向移動單節節點N1500，以補回過切量E，產生一修正後的單節節點N1500’，如第7C圖所示。如此，即可依據修正後的結果輸出一優化過後的加工路徑，優化過後的加工路徑以虛線表示；依據優化過後的加工路徑，原加工程式碼可獲得修改。
綜上所述，根據本揭露所提供的加工路徑缺陷檢測方法，可依據加工程式碼檢查加工路徑是否具有缺陷，即使沒有實際圖檔的情況下也能夠進行檢測。此外，若檢測加工路徑具有缺陷時，還能夠局部地修補具有缺陷的單節節點，並據以產生優化的加工路徑及加工程式碼。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10:加工路徑缺陷檢測方法
S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17:步驟

Claims (8)

  1. 一種加工路徑缺陷檢測方法，適於由一運算裝置實施，包括以下步驟：根據一加工程式碼建立一切削模面，該切削模面具有多個模面網格點；計算各該模面網格點之一模面法向量；計算該加工程式碼中對應於各該模面法向量之一單節的一單節向量，包括：找尋該加工程式碼中鄰近於具有該模面法向量之該模面網格點的兩單節節點；以及取得該兩單節節點構成的該單節向量；根據該模面法向量及該單節向量的關係取得一誤差資訊，該誤差資訊為該模面法向量及該單節向量之間的一夾角與直角的差值；以及若該誤差資訊大於一預設值，顯示一缺陷資訊於該切削模面上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之加工路徑缺陷檢測方法，其中根據該加工程式碼建立該切削模面的步驟包括：繪製一二維網格，該二維網格具有多個網格點；找尋與該每個網格點相鄰的二單節節點，根據該些相鄰的單節節點，對該網格點進行沿一座標軸的插補，以取得該每個網格點 對應的座標值，該每個網格點沿該座標軸具有該座標值的點是為各該模面網格點；以及平滑化該些模面網格點以產生該切削模面。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之加工路徑缺陷檢測方法，其中該二維網格的網格尺寸等於該加工程式碼的一單節的長度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之加工路徑缺陷檢測方法，其中該些模面網格點更構成一三維網格。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之加工路徑缺陷檢測方法，其中計算該模面網格點之該模面法向量的步驟包括：找尋該三維網格中通過各該模面網格點的兩向量；以及將該兩向量外積，以取得各該模面網格點之該模面法向量。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之加工路徑缺陷檢測方法，更包括：若該差值大於該預設值，根據該差值修補該加工程式碼中對應的一缺陷單節節點。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之加工路徑缺陷檢測方法，其中根據該差值修補該加工程式碼中對應的該缺陷單節節點的步驟包括：根據該夾角計算一過切量；以及沿著該模面法向量的方向移動該缺陷單節節點，補回該過切量。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之加工路徑缺陷檢測方法，其中該缺陷資訊以不同的顏色、亮度、灰階程度或標誌顯示。
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