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TWI710425B - 刀具路徑擷取方法及裝置 - Google Patents

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TWI710425B
TWI710425B TW108145027A TW108145027A TWI710425B TW I710425 B TWI710425 B TW I710425B TW 108145027 A TW108145027 A TW 108145027A TW 108145027 A TW108145027 A TW 108145027A TW I710425 B TWI710425 B TW I710425B
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Abstract

一種刀具路徑擷取方法及裝置，包括下列方法步驟：取得工具機控制器傳輸資料的更新頻率，計算刀具加工路徑的進給率，並判斷是否取得適用進給率；讀取G代碼並確認該進給率；判斷該進給率是否等於設定值，若否則設定覆寫值以調整該進給率；依據該進給率記錄座標資料以合成刀具路徑檔。此刀具路徑檔適用於提供加工分析模擬之用。

Description

刀具路徑擷取方法及裝置
本發明是有關於一種刀具路徑擷取方法及裝置，尤指一種可依據工具機控制器之通訊頻率，調整刀具加工進給率，以擷取刀具路徑座標的方法及裝置。
目前在進行工具機加工效能分析之前，必須首先收集完整的刀具路徑，但由於習知工具機的控制器所採用的通訊協定，並無法提供即時的傳輸資料，例如延遲時間過長等，導致所擷取的座標資料並不完整或不連續，使得後續重建切削路徑時造成極大誤差。
此外，若加工程式是由電腦輔助設計(CAD，Computer Aided Design)系統經由電腦輔助製造（CAM，Computer-aided manufacturing）系統而產生時，必須經過路徑規劃、產生中間檔、取得G代碼（G code，一種數控程式語言）等過程，無法即時呈現工具機加工的實際狀況。而若是採用解譯器對G代碼進行解讀時，則存在解譯器產品不普遍、解譯器撰寫完整性不足、後續維護困難等問題。
此外，現行電腦輔助製造系統所產生的G代碼不一定支援刀具路徑檔（APT）的格式，由於刀具路徑檔是一長串的刀具路徑座標的集合，而在進行刀具路徑資料分析時，必須針對路徑上的每一個座標進行分析，並需要後續處理將G代碼轉成路徑檔，而且需要另外撰寫巨集指令，處理方式變得繁複且不精確。
換言之，目前在進行刀具路徑分析時，無論是從控制器或是從軟體取得，都會面臨到刀具路徑取得不易或失真的問題。
據此，如何能有一種可依據工具機控制器之通訊頻率，調整出適合的工件加工進給率，以擷取刀具路徑的方法與裝置，將是相關技術領域人士亟待解決之課題。
於一實施例中，本發明提出一種刀具路徑擷取方法，主要包括以下步驟： (a)取得工具機控制器傳輸資料的更新頻率； (b)計算並判斷是否取得適用的進給率； (c)若是則讀取控制器的G代碼以確認進給率； (d)依據該進給率，記錄刀具路徑座標資料以合成刀具路徑檔。
於另一實施例中，本發明提出一種刀具路徑擷取裝置，包括： 通訊頻率分析單元，取得工具機控制器傳輸資料的更新頻率，計算並判斷取得適用的進給率； 加工速度控制單元，依據進給率與控制器的G代碼以確認進給率；以及 刀具路徑擷取單元，依據確認的進給率，接收由控制器所傳輸之刀具路徑座標資料以合成刀具路徑檔。
以下將詳述本發明內容的各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細描述之外，本發明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、等效變化都包括在本發明的範圍內，並以之後的專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部這些特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免造成本發明不必要之限制。圖式中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際的尺寸或數量，除非有特別說明。
請參閱圖1所示，本發明所提供之刀具路徑擷取裝置10，包括電性連接之通訊頻率分析單元11、加工速度控制單元12及刀具路徑擷取單元13。刀具路徑擷取裝置10與工具機20之控制器21通常採取有線方式連接並相互傳輸資料。本發明的刀具路徑擷取裝置10舉例可藉由電腦實施。
工具機20可為電腦數值控制(CNC，Computer Numerical Control)工具機，控制器21可為工具機的電腦數值控制器。控制器21用以將工具機20加工時的相關資料，例如刀具加工路徑的座標，以一頻率傳輸到刀具路徑擷取裝置10。例如，控制器21可以每5毫秒（ms）對外傳送或更新一次資料，亦即，控制器21傳送資料的更新頻率為每5毫秒一次，此頻率可以隨需求而調整。因此，刀具路徑擷取裝置10必須先確認控制器21的可適用的更新頻率，才不致影響後續重建刀具路徑座標的擷取或取樣精度，例如過快的頻率可以提高路徑的精度，但卻可能導致資料運算費時。
請參閱圖1及圖2所示，說明本發明之刀具路徑擷取方法之一實施例之流程100，其包括以下步驟： 步驟102：開始。 步驟104：取得工具機20控制器21傳輸資料的更新頻率，計算刀具加工速度或進給率：是藉由刀具路徑擷取裝置10依據更新頻率，接收控制器21所傳輸的連續刀具座標資料，在一測試程式執行期間，用以計算刀具加工的進給率(mm/sec)。於步驟104中，是由圖1所示通訊頻率分析單元11執行上述動作。 步驟106：開始檢測直到取得所有路徑的適用進給率；若否，則回到步驟104。本步驟106可合併於步驟104中實施。 步驟108：讀取控制器測試程式的G代碼以確認進給率：是根據所讀取測試程式的G代碼，以確定各路徑所適用的進給率，加工程式之G代碼包括直線加工指令與弧線加工的指令，例如直線路徑的進給率可能快於弧線路徑的進給率以節省擷取時間，而此加工程式不同於步驟104的測試程式。於步驟108中，是由圖1所示加工速度控制單元12執行上述動作。 步驟110：判斷確認進給率是否等於設定值；若否，則進入步驟112；若是，進入步驟114；設定值是依據需求而設定，以作為一比對的基準，並無一定限制。本步驟110可選擇性地略過。 步驟112：設定覆寫值(Feed Override)以調整確認的進給率：於步驟110判斷當確認進給率不等於設定值時，此確認進給率可能大於或小於設定值，此時設定覆寫值以適度地調升或調降進給率而得到較適用的進給率，而覆寫值為一百分比值。本步驟112可選擇性地略過。 步驟114：記錄刀具路徑座標資料：是依據最終確認的進給率，修改控制器以更新頻率接收連續多數的刀具座標資料到一刀具座標集合，以合成一刀具路徑檔。於步驟114中，是由圖1所示刀具路徑擷取單元13執行上述動作。 步驟116：判斷是否為加工程式的結尾；若是，則結束（進入步驟118）；若否，則回到步驟108。 步驟118：結束。
請參閱圖1及圖3所示，其中關於圖2的步驟104計算刀具進給率的流程，更包括以下步驟： 步驟1041：開始。 步驟1042：傳送移動指令到工具機20：傳送測試程式到控制器21，控制器21命令工具機20執行一段直線或弧線移動指令，以產生連續變化的刀具座標資料。測試程式是提供工具機20進行模擬加工，包括多數移動指令。 步驟1043：工具機20執行移動指令。 步驟1044：讀取座標並記錄目前時間：讀取刀具路徑上各位置的座標並加上時間戳記，以供後續步驟比對之用。 步驟1045：判斷座標是否改變；若是，則進行步驟1046；若否，則回到步驟1044繼續讀取；座標改變表示路徑發生改變，例如直線與弧線之間的相互轉變，或刀具路徑發生偏差。 步驟1046：記錄座標更新時間差；當步驟1045判斷座標改變時，就把改變的座標加上時間戳記，以供後續比對之用。 步驟1047：判斷測試程式是否結束；若是，則進行步驟1048；若否，則回到步驟1044。 步驟1048：透過真實路徑與理論路徑之誤差，計算適用的進給率。於步驟1047判斷整個程式結束時，再根據各時間戳記分析刀具的進給率，計算出適用的進給率。 步驟1049：結束。 當完成上述步驟，取得適用的進給率後，即可進行圖2的步驟106。
請參閱圖4所示，顯示習知刀具路徑T1(實線)以及利用本發明所提供之刀具路徑擷取方法進行修正後之新路徑T2(虛線)。習知刀具路徑T1與新路徑T2大致重疊，但是在某些位置，尤其是轉角及圓弧位置存在較大差異，這說明弧線路徑將需要較慢的進給率與較短的資料更新頻率。
就圖4所示刀具路徑的範例而言，其中，習知刀具路徑T1的轉角誤差為1.130407公厘（mm），圓誤差為0.387674公厘，執行時間為41秒；利用本發明所提供之刀具路徑擷取方法進行修正後，新路徑T2的轉角誤差為1.13045公厘（mm），圓誤差為0.079694公厘，執行時間為39秒。可比對出利用本發明所提供之刀具路徑擷取方法進行修正後之新路徑T2更為精確，且取樣時間較短，其原因之一在於，利用新路徑T2進行加工時，可控制加工刀具於直線部分加速(加大進給率)，而圓弧或圓形部分則可減速(減小進給率)。如此不僅可得到精確的刀具路徑，更可縮減取樣時間。
綜上所述，本發明所提供之刀具路徑擷取方法及裝置，可依據工具機控制器之通訊頻率計算出最適當的進給率，計算進給率的方式不限，不需要對應工具機控制器廠牌，且不需要解譯器，也不需要撰寫巨集指令，即可精確地控制工具機的加工速度，縮短執行時間並確保刀具路徑的精度。
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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10:刀具路徑擷取裝置
11:通訊頻率分析單元
12:加工速度控制單元
13:刀具路徑擷取單元
20:工具機
21:控制器
100:刀具路徑擷取方法的流程
102~118:刀具路徑擷取方法的流程的步驟
1041~1049:計算適用進給率的流程的步驟
T1:習知刀具路徑
T2:新路徑
圖1為本發明之刀具路徑擷取裝置之一實施例之架構示意圖。 圖2為本發明之刀具路徑擷取方法之一實施例之流程圖。 圖3為圖2實施例之步驟104之詳細步驟實施例之流程圖。 圖4為習知刀具路徑與利用本發明刀具路徑擷取方法之新路徑之對比示意圖。
無
100:刀具路徑擷取方法的流程
102~118:刀具路徑擷取方法的流程的步驟

Claims (7)

  1. 一種刀具路徑擷取方法，適用於連接控制器的工具機，該工具機並裝設刀具，該方法包括以下步驟：(a)取得該控制器傳輸資料的更新頻率；(b)計算並判斷是否取得該控制器的進給率；若是，則進入步驟(c)；若否，則回到步驟(a)；(c)讀取該控制器的G代碼以確認該進給率；(d)依據確認的該進給率，記錄該控制器所傳輸的該刀具的座標資料以生成刀具路徑檔。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之刀具路徑擷取方法，其中該步驟(c)之後與該步驟(d)之前更包括以下步驟：(c1)判斷確認的該進給率是否等於設定值；若否，則進入步驟(c2)；若是，則進入步驟(d)；(c2)設定覆寫值以調整確認的該進給率。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之刀具路徑擷取方法，其中該步驟(b)包括以下步驟：(b1)傳送移動指令到該工具機；(b2)該工具機執行該移動指令；(b3)讀取該座標資料並記錄當前時間；(b4)判斷該座標資料是否改變；若是，則進入步驟(b5)；若否，則回到步驟(b3)；(b5)更新該座標資料與該當前時間； (b6)判斷該移動指令是否結束；若是，則進行步驟(b7)；若否，則回到步驟(b3)；(b7)依據真實路徑與理論路徑之誤差，計算該進給率。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之刀具路徑擷取方法，其中該進給率包括直線路徑進給率與弧線路徑進給率。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之刀具路徑擷取方法，其中該覆寫值是一百分比值。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之刀具路徑擷取方法，其中該步驟(b1)中傳送該移動指令到該工具機，是傳送測試程式到該控制器，該測試程式包括該移動指令。
  7. 一種刀具路徑擷取裝置，電性連接工具機之控制器，該裝置包括：通訊頻率分析單元，取得該控制器傳輸資料的更新頻率，並計算該控制器的適用的進給率；加工速度控制單元，依據該進給率與該控制器的G代碼以確認該進給率；以及刀具路徑擷取單元，依據確認的該進給率，接收由該控制器所傳輸之座標資料以合成刀具路徑檔。
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