TWI806405B - 加工路徑的閃避方法及加工系統 - Google Patents

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Abstract

一種加工路徑的閃避方法及加工系統。透過對原始的加工路徑插入旗標的方法，判斷出旗標與支撐單元的吸盤的干涉處，並在干涉處插入編碼指令以編修原始的加工路徑，進而生成編修的加工路徑，使加工設備執行編修的加工路徑時，支撐單元便能順利閃避加工設備的刀具。

Description

加工路徑的閃避方法及加工系統
本發明是有關於一種加工路徑的閃避方法及加工系統，特別是關於編修原始的加工路徑之加工路徑閃避方法及加工系統。
複合材料因重量輕且強度高，因此在汽車、航太和船舶等領域大量被採用。以往複材零件在加工過程大多採用固定式模具輔助固定。而在少量多樣且大型薄件的市場中，模具除了需要根據產品特別開發，模具拆裝的過程亦較繁瑣，且模具保存需佔用巨大的空間，尤其在如船舶、航太等大型零件的加工中，其夾治具相當龐大，導致加工成本居高不下和產線彈性不足。
基於固定式夾治具之缺陷，彈性化夾治具逐漸開始被開發，可有效提升工件換線的速度與降低模具庫存成本。
然而，如果加工設備在規劃加工路徑之前並未事先考慮到支撐設備的空間，加工設備的刀具便有可能在加工過程中與支撐設備的支撐單元產生干涉碰撞。
因此，如何避免刀具有可能在加工過程中與支撐單元產生干涉碰撞，將是業界所要解決之課題之一。
本發明提供一種加工路徑的閃避方法及加工系統，為了避免干涉碰撞的情形發生，除了在規劃路徑時須考慮到支撐設備外，亦須將加工路徑進行編修，因此，增加支撐設備與加工設備的整合性及加工路徑的編修手段便為本案目的。
本發明之一實施例提供一種加工路的徑閃避方法，包括：匯入加工路徑；設定支撐設備之至少一支撐單元的吸盤範圍；於加工路徑上，每隔一特定間距插入旗標；對多個旗標的每一旗標進行判斷，當旗標插進至少一支撐單元的吸盤範圍時，將旗標的座標及有關至少一支撐單元的下降指令編修到加工路徑，直到另一旗標脫離至少一支撐單元的吸盤範圍時，將旗標的座標及有關至少一支撐單元的上升指令編修到加工路徑；確認加工路徑是否已編修完成；以及匯出編修的加工路徑。
本發明之另一實施例提供一種加工系統，包括：支撐設備，具有至少一支撐單元；以及加工設備，執行編修的加工路徑，並與支撐設備雙向通訊連接；其中，當加工設備執行到編修的加工路徑中有關至少一支撐單元的下降指令時，透過雙向通訊使至少一支撐單元執行下降指令，直到加工設備執行到編修的加工路徑中有關至少一支撐單元的上升指令時，透過雙向通訊使至少一支撐單元執行上升指令，藉此至少一支撐單元完成閃避加工設備的加工動作。
為讓本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，但不能以此限制本發明的保護範圍。此外，在所有圖式中相同的標號將用於表示相同或相似的元件。
圖1為本發明的加工系統的示意圖。請參閱圖1，本實施例的加工系統1包括加工設備11及支撐設備12。加工設備11例如可為一機械手臂加工設備，用以執行加工路徑。支撐設備12具有至少一支撐單元121，例如本實施例可為2x3共6個支撐單元，排列並構成支撐設備12。此外，加工系統1的硬體架構更有一薄件曲面工件13。
本發明是使用編修原始的加工路徑的方法，搭配加工設備11與支撐設備12的通訊方法來進行支撐單元121對加工設備11的刀具閃避。對於加工路徑的編修部分，在執行加工程式前，預先將原始的加工路徑程式碼進行編修，判斷原始的加工路徑程式碼與支撐單元121干涉處，在加工設備11的刀具進入支撐單元121的干涉處時，插入支撐單元121的下降指令，並於刀具離開干涉處時，插入支撐單元121的上升指令，藉此使支撐單元121閃避加工設備11的刀具。以下將進一步介紹加工路徑編修的流程。
請再參閱圖1並搭配圖2A、圖4A及圖4B。圖2A為本發明的加工路徑編修的流程圖，圖4A為本發明支撐設備的多個支撐單元與加工路徑示意圖，圖4B為本發明支撐設備的多個支撐單元與編修後加工路徑示意圖。首先，如步驟S101，匯入加工路徑40，如圖4A，係以虛線部分為路徑釋例，為原始的加工路徑。步驟S102，設定支撐設備12之至少一支撐單元121的吸盤範圍。於本實施例中，設定例如圖1所示之2x3共6個支撐單元121的吸盤範圍，所謂吸盤可參考如圖4A所示之吸盤411、412、413、414、415、416，其中吸盤範圍所指為每一圓形範圍。本實施例之吸盤先以圓形舉例，並不以此為限制。步驟S103，於加工路徑40上，每隔一特定間距插入一旗標，以便加工時判斷旗標是否已插進吸盤範圍內。其中，特定間距可為5mm，但不以此為限制。步驟S104，對多個旗標的每一旗標進行判斷，當旗標插進至少一支撐單元121的吸盤範圍時，例如圖4A，插進支撐單元121之吸盤411的範圍(黑點處)，此時便將旗標的座標及有關支撐單元121的一下降指令編修到加工路徑40中，直到另一旗標脫離支撐單元121之吸盤411的範圍時(白點處)，將另一旗標的座標及有關支撐單元121的一上升指令編修到加工路徑40，藉此可使加工系統1正式執行時，加工設備11的刀具能順利閃避支撐單元121之吸盤411。步驟S105，確認加工路徑40是否已編修完成。在本實施例中，由於加工路徑40上還有吸盤412、413及416需進行編修，待編修至吸盤416後會去判斷加工路徑40是否已編修完成，其中，每一吸盤的編修方式皆如吸盤411所示。最後，步驟S106，匯出一編修的加工路徑43，即如圖4B所示，得到編修的加工路徑程式碼，其中實線44的部分表示編修的加工路徑43已記錄了吸盤的位置。
於本實施例中，在步驟S102設定支撐設備12的吸盤範圍後，對加工路徑40進行單節分離，以圖4A來說，便可分為N1(座標為X0 Y200 Z0)、N2(座標為X800)、N3(座標為Y800)、N4(座標為X1000 Y1000 Z0)。
在步驟S104時，更設定至少一支撐單元121的吸盤圓心座標，例如以圖4A釋例，支撐單元121的吸盤411的圓心為O，當旗標的座標與支撐單元121的吸盤圓心O座標之間，距離小於等於支撐單元121的吸盤半徑r時，判定為旗標插進支撐單元121的吸盤範圍，當旗標的座標與支撐單元121的吸盤圓心O座標之間，距離大於支撐單元121的吸盤半徑r時，判定為旗標脫離支撐單元121的吸盤範圍。在本實施例中，支撐單元121的吸盤半徑舉例為50mm。
於一些實施例中，吸盤形狀實際上也可為方形，例如圖4C所示，為本發明支撐單元吸盤為方形的示意圖。當吸盤417為方形時，可以透過規劃外接圓418的方式，得到外接圓418的半徑r’，藉此來判斷旗標是否進入吸盤417的外接圓418內。因此，無論吸盤形狀皆可利用本實施方式來閃避吸盤範圍。
以下將透過圖2B再搭配圖4A、圖4B來具體說明本實施例的加工路徑閃避方法。請參閱圖2B，為本發明的加工路徑編修的詳細流程圖。首先，步驟S201，匯入加工路徑40。步驟S202，設定各個支撐單元121的吸盤411、412、413、414、415、416的位置座標與範圍。於步驟S203，設定初始化旗標的值為0。旗標插入加工路徑40是用於判斷目前處於吸盤的範圍內或外，若處於吸盤範圍內，其值為1，反之為0。以下將旗標的值稱為旗標值。於步驟S204，對加工路徑40進行單節分離，即分為N1(座標為X0 Y200 Z0)、N2(座標為X800)、N3(座標為Y800)、N4(座標為X1000 Y1000 Z0)。於步驟S205，每隔一特定間距插入旗標，就是對單節進行旗標細插，將原本單節，例如N1，拆成數個單節，數量根據單節程式的移動距離而定。於步驟S206，進行干涉判斷，判斷旗標是否在吸盤範圍內，判斷的方法為，計算目前細插單節與各個支撐單元的吸盤圓心之間的距離是否小於等於吸盤範圍的半徑，若距離小於吸盤半徑，則判斷旗標進入吸盤範圍，可能造成干涉，則進到步驟S207。於步驟S207，進行旗標值的判斷，若旗標值為0，則進到步驟S208。若旗標值為1，則回到步驟S204與S205間，從S205繼續。此步驟是用旗標來判斷前一個細插單節是否已經處於吸盤範圍內。當旗標值為0時，代表前一個細插單節仍處於吸盤範圍外。當旗標值為1時，代表前一個細插單節已處於吸盤範圍內。於本案中僅考量旗標由吸盤範圍外進到吸盤範圍內或者脫離吸盤範圍內的瞬間，因此，如果進行到步驟S208代表旗標處於吸盤範圍外進到吸盤範圍內的瞬間，更改旗標值為1。於步驟S209，將目前細插單節插入到原始的加工路徑40當中。於步驟S210，將一下降指令插入支撐設備12。舉例來說，為一命令支撐設備12之支撐單元121下降的編碼指令(M-code)，插入到原始的加工路徑40當中。此時，於步驟S220中，判斷加工路徑40是否已經編修完成，若尚未完成，則回到步驟S206。當所有細插的單節與各個支撐單元的吸盤圓心之間的距離皆大於吸盤半徑範圍，代表目前加工設備11的刀具尚無造成干涉，則進到步驟S211。於步驟S211，進行旗標值的判斷，若旗標值為1，則進到步驟S212； 若旗標值為0，則回到步驟S204與S205間，從S205繼續。如步驟S212所述，本案只在意旗標進入或離開吸盤範圍的瞬間，因此，如果進行到步驟S212代表旗標處於脫離吸盤範圍的瞬間，更改旗標值為0。於步驟S213，將目前細插單節插入到原始的加工路徑40當中。於步驟S214，將一上升指令插入支撐設備12。舉例來說，為一命令支撐設備12之支撐單元121上升的編碼指令(M-code)，插入到原始的加工路徑40當中。於步驟S220，判斷加工路徑40是否已經編修完成，若尚未完成，則回到步驟S204與S205間，從S205繼續，若已經編修完成，則如步驟S221，匯出編修完成的加工路徑43。
請再參閱圖1。於本實施例中，加工設備11用於執行編修的加工路徑43，並與支撐設備12雙向通訊連接。其中，當加工設備11執行到編修的加工路徑43中有關至少一支撐單元121的下降指令時，透過雙向通訊使至少一支撐單元121執行下降指令，直到加工設備11執行到編修的加工路徑43中有關至少一支撐單元121的上升指令時，透過雙向通訊使至少一支撐單元121執行上升指令，藉此至少一支撐單元121便完成閃避加工設備11的刀具加工動作。
於本實施例中，加工設備11實際上更具有加工控制模組111，用以在加工設備11執行到編修的加工路徑43中有關至少一支撐單元121的下降指令或上升指令時，登入暫存器1a並留下下降指令或上升指令的指令訊息。於本實施例中，支撐設備12更具有支撐控制模組122，用以接收並讀取暫存器1a的指令訊息，並於完成指令訊息時再登入暫存器1a留下完成訊息。之後，支撐控制模組122在完成暫存器1a中有關上升指令的指令訊息後，暫存器1a的訊息紀錄便會清除。
以下將透過圖3再搭配圖1來詳細說明上述執行編修的加工路徑過程。請參閱圖3，為本發明的加工系統的運作流程圖。加工設備11與支撐設備12的通訊部分，透過兩設備之間的輸入輸出埠(I/O port)進行溝通。溝通內容主要有加工設備11告知支撐設備12某支撐單元需要進行閃避，支撐設備12於閃避完成後告知加工設備11，以及加工設備11告知支撐設備12支撐單元可復原。於步驟S301，在加工設備11執行編修的加工路徑43時，當執行到某支撐單元下降的編碼指令(M-code)時，加工設備11之加工控制模組111於步驟S302登錄暫存器1a留下下降指令訊息。步驟S303，支撐控制模組122用以接收並讀取暫存器1a的下降指令訊息，使支撐設備12對應的支撐單元執行閃避。於步驟S304，當支撐設備12執行完成對應的支撐單元閃避動作後，支撐控制模組122會登錄暫存器1a留下完成指令訊息。於步驟S305，加工控制模組111將收到支撐控制模組122所留下的閃避完成指令信息，之後便繼續執行編修的加工路徑43。步驟S306，當加工設備11執行到支撐單元上升的編碼指令(M-code)時，加工設備11之加工控制模組111於步驟S307登錄暫存器1a留下上升指令訊息。步驟S308，支撐控制模組122接收並讀取暫存器1a的上升指令訊息，使支撐設備12對應的支撐單元復原。於步驟S309，支撐單元復原完成，並清除暫存器1a中有關支撐控制模組122與加工控制模組111的紀錄。
於本實施例中，暫存器個數n取決於支撐單元的數量m，須滿足：n ＞ log2(m)+2。使用n-2個暫存器用來表示第k支支撐單元，1個暫存器用於告知支撐控制模組122讀取並執行第k支支撐單元閃避動作，即如步驟S303，另1個暫存器用於告知支撐控制模組122讀取並執行第k支支撐單元復原動作，即如步驟S308。
以下將再次詳細描述加工路徑編修的過程及加工系統的運作過程。請再參閱圖4A、圖4B並搭配圖1。以圖4A來說，加工路徑40為虛線所示，411~416代表第1支到第6支支撐單元121的吸盤，範圍是圓形。42為加工路徑40與吸盤416干涉的區域，於本實施例中共有4處，即411、412、413、416。因此，將加工路徑40進行編修，請搭配圖2B。在步驟S204，單節分離的步驟即是把每一個單節拆開，將加工路徑40分成N1(X0 Y200 Z0)、N2(X800)、N3(Y800)、N4(X1000 Y1000 Z0)。於步驟S205，對單節進行細插，例如對第一行加工路徑(N1，X0 Y200 Z0)進行細插，以特定間距(例如5mm)進行細插，於是單節經細插後為：(G01 X0 Y0 Z0)、(G01 X0 Y5 Z0)…(G01 X0 Y195 Z0)、(G01 X0 Y200 Z0)，其中，G01是代表一個直線運作指令。於步驟S206，對每個細插單節進行干涉判斷，計算目前細插單節與各個支撐單元121的吸盤圓心O之間的距離是否小於等於吸盤範圍的半徑(本實施例之半徑為50mm)。
於N1單節中，所有細插單節皆大於吸盤範圍的半徑r，因此單節並無進行編修。於N2單節中，細插單節為：(G01 X0)、(G01 X5)…(G01 X795)、(G01 X800)。在(G01 X150)的細插單節中，細插單節與第一支撐單元121的吸盤411的圓心O距離小於等於吸盤範圍的半徑r，因此進入步驟S207，由於細插單節為進入吸盤411範圍的瞬間，因此旗標值仍然為0，因此進入步驟S208，將旗標值設置為1，表示插在加工路徑40的旗標已進入吸盤411範圍。在步驟S209和步驟S210將目前的細插單節和對應的支撐單元其下降的編碼指令(M-code)(於本實施例中，第一支支撐單元121下降的M-code例如設定為M100、M103)插入到加工路徑40當中。在(G01 X155 ~ G01 X245)的細插單節中，於步驟S206中皆會被判斷有干涉，但因為旗標值是1，於步驟S207當中皆會被判斷回到步驟S205，不會進到步驟S208~210進行任何的加工路徑編修。直到(G01 X250)的細插單節時，在步驟S206中會被判斷為無干涉，因此進到步驟S211，由於細插單節(G01 X250)為脫離吸盤411範圍的瞬間，因此旗標值還是維持1，進到步驟S212，將旗標值設置回0，表示已脫離吸盤411範圍。在步驟S213和步驟S214將目前的細插單節和對應的支撐單元其上升的編碼指令(M-code)(於本實施例中，第一支支撐單元121上升的M-code例如設定為M104)插入到加工路徑40當中。於步驟S220，判斷加工路徑40是否編修完成，若還沒完成，則重複上述步驟S203~步驟S214來檢查加工路徑40與吸盤411~416範圍是否還有干涉，繼續編修加工路徑40，其中，判斷加工路徑40是否編修完成的方式為，確認指令G01是否已為G00(快速移動指令)，若為G00代表編修完成，則匯出編修完成的加工路徑43。本實施例經編修的加工路徑43便如圖4B所示，編修的加工路徑43的虛線變為實線44，編修的加工路徑43為:(G01 G90 X0. Y200. Z0.)、(X150. M100 M103)、(X250. M104)、(X449.994 M101 M103)、(X549.994 M104)、(X749.994 M100 M101 M103)、(X800.)、(Y250. M104)、(Y550. M101 M102 M103)、(Y650. M104)、(Y800.)、(X1000. Y1000.)，其中G90為絕對座標編程，M101與M102如同前述皆僅為一種設定的編碼指令。
請再參閱圖1並搭配圖3。實際上，在加工設備11(機械手臂)執行編修的加工路徑43中，若遇到編碼指令例如M101 M103時，即如步驟S301進行至步驟S302，登錄暫存器1a。於本實施例中，M101代表第一支支撐單元的編碼指令，M103代表通知執行閃避訊號的編碼指令。執行編碼指令M101，機械手臂於其控制器之暫存器1a的位址R79.11~R79.13分別登錄0、0和1，執行編碼指令M103，機械手臂於其控制器之暫存器1a的位址R79.14登錄為1。機械手臂與支撐設備12之輸入輸出埠(I/O port)相互對應，支撐設備12之支撐控制模組122的輸入點I100~I102分別與機械手臂之暫存器1a的位址R79.11~R79.13相互連接，輸入點I103與位址R79.14相互連接。因此，於步驟S303，支撐控制模組122的輸入點I103收到加工控制模組111告知的閃躲訊號後，讀取輸入點I100~I102的資訊，判斷第一支支撐單元需進行閃避動作。於步驟S304，支撐設備12之支撐單元完成閃避動作，透過登錄輸出點O300代表閃避動作執行完畢，其中支撐控制模組122的輸出點O300與加工控制模組111的位址R77.10相互連接。因此，於步驟S305，加工控制模組111收到支撐控制模組122閃避完成的動作，繼續執行編修的加工路徑43。在機械手臂繼續執行編修的加工路徑43中，在遇到編碼指令M104時，即步驟S306進行至步驟S307，登錄暫存器1a。於本實施例中，M104代表通知支撐設備12執行上升回復訊號的編碼指令。執行編碼指令M104，機械手臂於其控制器之暫存器1a的位址R79.15登錄為1。機械手臂與支撐設備12之輸入輸出埠(I/O port)相互對應，輸入點I104與位址R79.15相互連接。因此，於步驟S308，支撐控制模組122的輸入點I104收到加工控制模組111告知的復原訊號後，讀取輸入點I100~I102的資訊，判斷第一支支撐單元需進行復原動作。於步驟S309，在支撐設備12完成復原，即上升的動作後，便清除支撐控制模組122與加工控制模組111的暫存器紀錄與輸出點O，繼續執行編修的加工路徑43，等待下次觸發閃避與復原動作。
綜上所述，本發明使用加工路徑編修的方式，加上加工設備與支撐設備的通訊方法來進行支撐單元對加工設備的刀具閃避。在取得原始的加工路徑後，本案之方法可以判斷原始的加工路徑與吸盤干涉處、脫離干涉處，並於干涉處插入支撐單元下降之編碼指令、於脫離干涉處插入支撐單元上升之編碼指令。加工設備在執行編修的加工程式時，當遇到編碼指令時，透過輸入輸出埠(I/O port)與支撐設備進行溝通，使支撐設備得知其支撐單元需進行閃避。閃避完成後再與加工設備進行溝通，加工設備便得知支撐設備閃避完成。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何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，當可作些許之更動與潤飾，故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:加工系統 11:加工設備 12:支撐設備 121:支撐單元 13:薄件曲面工件 111:加工控制模組 1a:暫存器 122:支撐控制模組 S101~S106、S201~S214、S220、S221、S301~S309:步驟 40:加工路徑 411、412、413、414、415、416、417:吸盤 418:外接圓 42:干涉的區域 43:編修的加工路徑 44:實線 N1、N2、N3、N4:座標 O:圓心 r、r’:半徑
圖1為本發明的加工系統的示意圖。 圖2A為本發明的加工路徑編修的流程圖。 圖2B為本發明的加工路徑編修的詳細流程圖。 圖3為本發明的加工系統的運作流程圖。 圖4A為本發明支撐設備的多個支撐單元與加工路徑示意圖。 圖4B為本發明支撐設備的多個支撐單元與編修後加工路徑的示意圖。 圖4C為本發明支撐單元吸盤為方形的示意圖。
S101~S106:步驟

Claims (11)

  1. 一種加工路徑的閃避方法，包括：匯入一加工路徑；設定一支撐設備之至少一支撐單元的一吸盤範圍；該加工路徑在設定該吸盤範圍後，對該加工路徑進行單節分離；於該加工路徑上，每隔一特定間距插入一旗標；對該些旗標的每一旗標進行判斷，當該旗標插進該至少一支撐單元的該吸盤範圍時，將該旗標的一座標及有關該至少一支撐單元的一下降指令編修到該加工路徑，直到另一旗標脫離該至少一支撐單元的該吸盤範圍時，將該旗標的該座標及有關該至少一支撐單元的一上升指令編修到該加工路徑；確認該加工路徑是否已編修完成；以及匯出一編修的加工路徑。
  2. 如請求項1所述的加工路徑的閃避方法，其中在設定該至少一支撐單元的該吸盤範圍時，更設定該至少一支撐單元的吸盤圓心座標，當該旗標的該座標與該至少一支撐單元的該吸盤圓心座標之間距離小於等於該至少一支撐單元的吸盤半徑時，判定為該旗標插進該至少一支撐單元的該吸盤範圍，當該旗標的該座標與該至少一支撐單元的該吸盤圓心座標之間距離大於該至少一支撐單元的該吸盤半徑時，判定為該旗標脫離該至少一支撐單元的該吸盤範圍。
  3. 如請求項2所述的加工路徑的閃避方法，其中該至少一支撐單元的該吸盤半徑為50mm。
  4. 如請求項1所述的加工路徑的閃避方法，其中該至少一支撐單元的吸盤形狀為方形或圓形。
  5. 如請求項1所述的加工路徑的閃避方法，其中該特定間距為5mm。
  6. 一種加工系統，包括：一支撐設備，具有至少一支撐單元，並設定該至少一支撐單元的一吸盤範圍；以及一加工設備，執行一編修的加工路徑，並與該支撐設備雙向通訊連接，其中該加工路徑進行單節分離後，於該加工路徑上每隔一特定間距插入一旗標；其中，當該加工設備執行到該編修的加工路徑中有關該至少一支撐單元的一下降指令時，透過雙向通訊使該至少一支撐單元執行該下降指令，直到該加工設備執行到該編修的加工路徑中有關該至少一支撐單元的一上升指令時，透過雙向通訊使該至少一支撐單元執行該上升指令，藉此該至少一支撐單元完成閃避該加工設備的加工動作，其中，該下降指令或該上升指令是分別判斷該旗標插進該吸盤範圍或脫離該吸盤範圍而決定。
  7. 如請求項6所述的加工系統，其中該加工設備具有一加工控制模組，用以在該加工設備執行到該編修的加工路徑中 有關該至少一支撐單元的該下降指令或該上升指令時，登入一暫存器並留下該下降指令或該上升指令的指令訊息。
  8. 如請求項7所述的加工系統，其中該支撐設備更具有一支撐控制模組，用以接收並讀取該暫存器的指令訊息，並於完成指令訊息時登入該暫存器留下完成訊息。
  9. 如請求項8所述的加工系統，其中該支撐控制模組在完成該暫存器中有關該上升指令的指令訊息後，該暫存器的訊息紀錄便會清除。
  10. 如請求項7所述的加工系統，其中該暫存器的個數取決於該至少一支撐單元的數量。
  11. 如請求項10所述的加工系統，其中該暫存器的個數n與該至少一支撐單元的數量m須滿足：n>log2(m)+2。
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