CN103801980B - 工具机刀具的补偿测量方法及其系统 - Google Patents

Abstract

一种工具机刀具的补偿测量方法，包含下列步骤。选择至少一刀座，以刀座的第一基准点设定一第一坐标，刀座的第一基准点至刀座端面之间具有一刀座装配总长。选择至少一刀具，以刀具装配在刀座。刀具包括一刀具总长。提供一测量单元，以测量单元的第二基准点设定一第二坐标。沿着至少一轴向移动刀座，使刀具的加工端接触到第二坐标，以取得第一坐标与第二坐标于轴向之间的相对总长。以相对总长与刀具总长相减得到一装配补偿长度，以相对总长与刀座装配总长相减得到一装配刀具长度。本发明亦提供达成上述步骤的补偿测量系统。

Description

工具机刀具的补偿测量方法及其系统

技术领域

本发明是关于一种测量方法及其系统，尤其是一种工具机刀具的补偿测量方法及其系统。

背景技术

近几年来多家工具机厂商纷纷推出搭配智能化系统的五轴加工机、车铣复合加工机等产品。其中机构移动件的防碰撞问题，对于加工机来说是很重要的议题。当机构及加工曲面的复杂性增加，又因为程序规划的问题，容易造成过切，甚至是刀具、工件的损坏，再加上如果撞机后，机构件的精准度容易发散，很难调回出机前的情况。

因此，发展防碰撞的装置是势在必行，其中防碰撞装置分为硬件监控防碰撞与3D防碰撞软件，硬件监控防碰撞是使用传感器装设在主要的位置，并且把信号送回控制器，进行防碰撞应对措施。3D防碰撞软件是采用阶层式边界体积运算来设计防碰撞机制，通过机台相关数据，再依据加工情况，调整3D包络体积的大小，来预知碰撞的可能性，进而发出警报，中止加工进行。

以往在3D防碰撞软件上，需由使用端设定刀具长度及相对于刀座基准点的偏移量，3D防碰撞软件才能精确绘出刀具及机台间的几何关系，并依加工程序进行干涉检查，对于使用者而言，极为不便。另外，传统的工具机刀具系统中，通常会有一夹爪及一刀具基台。夹爪能够夹置一工件，以对工件进行加工。刀具机台具有多个刀座，于使用工具机刀具系统时，刀具装设于刀座之中。并选择其中一刀座中的一刀具对工件进行加工。

进行加工前，一仿真单元会对此刀具对工件加工的情形进行仿真。之后，再依据仿真结果使用刀具对工件加工。然而，在刀具装设于刀座时，可能会产生装配上的偏移误差。因此，在仿真过程中，可能会出现不精准的仿真结果。依据此仿真结果使用刀具对工件加工，可能会出现更不精准的加工结果。而每个刀座上的刀具可能都具有不一样的偏移误差。再以多种不同的刀具加工后，工件的误差会更加放大，而容易造成失败的加工成品。

发明内容

有鉴于上述问题，本发明提供一种工具机刀具的补偿测量方法及其系统，通过测量装配补偿长度及装配刀具长度，并将二者输入仿真单元及运动控制单元，以提升刀具加工中仿真及加工的准确度，并简化测量作业流程。

本发明提供一种工具机刀具的补偿测量方法，包含下列步骤。选择至少一刀座，以刀座的第一基准点设定一第一坐标，刀座的第一基准点至刀座端面之间具有一刀座装配总长。选择至少一刀具，以刀具装配在刀座，刀具包括一刀具总长。提供一测量单元，以测量单元的第二基准点设定一第二坐标。沿着至少一轴向移动刀座，使刀具的加工端接触到第二坐标，以取得第一坐标与第二坐标于轴向之间的相对总长。以相对总长与刀具总长相减得到一装配补偿长度，以相对总长与刀座装配总长相减得到一装配刀具长度。

本发明还提供一种工具机刀具的补偿测量系统，是将至少一刀具装配在一至少刀座上，系统包含一运动控制单元、一仿真单元、一机台储存单元、一刀具储存单元及一测量单元。运动控制单元用以控制刀座的位移运动。仿真单元用以显示刀具与刀座的仿真运动。机台储存单元用以储存刀座的一刀座装配总长。刀具储存单元用以储存刀具的一刀具总长。测量单元用以测量刀具与刀座的实际位置，依据刀座装配总长得到一装配刀具长度，并输入至仿真单元，依据刀具总长得到一装配补偿长度，并输入至运动控制单元及仿真单元。

根据本发明的工具机刀具的补偿测量方法及其系统，能够在测量一次相对总长时，一并得到装配刀具长度及装配补偿长度。仿真单元能通过装配刀具长度及装配补偿长度描绘3D仿真的加工过程及结果，运动控制单元能通过装配补偿长度校正数值控制(NumericalControl)加工的补偿量，进而提升刀具加工中仿真及加工的准确度。

以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明是用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请范围更进一步的解释。

附图说明

图1绘示本发明的实施例的工具机刀具的补偿测量系统的架构图。

图2绘示图1的刀具于理想状态装设于刀座的示意图。

图3绘示应用于图1的工具机刀具的补偿测量系统执行Z轴向的工具机刀具的补偿测量方法的示意图。

图4绘示应用于图1的工具机刀具的补偿测量系统执行Y轴向的工具机刀具的补偿测量方法的示意图。

图5绘示应用于本发明的另一实施例的工具机刀具的补偿测量系统执行Z轴向的工具机刀具的补偿测量方法的示意图。

图6绘示应用于图5的工具机刀具的补偿测量系统执行Y轴向的工具机刀具的补偿测量方法的示意图。

[主要元件标号说明]

10工具机刀具的补偿测量系统11运动控制单元

12仿真单元121运算单元

122显示单元13机台储存单元

14刀具储存单元15测量单元

151第一基准面152第二基准面

16中央处理单元20刀座

201刀座端面21刀具

210安装部211第一加工端

212第二加工端30夹爪

40工件41侧面

42端面A第一坐标

B第二坐标D工件长度

L0相对总长L1刀座装配总长

L2刀具总长L3、W1装配刀具长度

L4、W2装配补偿长度R工件半径

S轴心W0相对总长

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域中具通常知识者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、申请专利范围及图式，任何本领域中具通常知识者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例是进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

请参照图1，绘示本发明的实施例的工具机刀具的补偿测量系统10的架构图。工具机刀具的补偿测量系统10包含一运动控制单元11、一仿真单元12、一机台储存单元13、一刀具储存单元14、一测量单元15及一中央处理单元16。

运动控制单元11连接中央处理单元16，且运动控制单元11用以控制工具机机台的运动控制及坐标维护。举例来说，运动控制单元11可控制至少一刀座20于X、Y、Z轴的位移运动，且每个刀座20皆装配有一刀具21。

仿真单元12连接中央处理单元16，且仿真单元12包括一运算单元121及一显示单元122。运算单元121提供3D几何绘图功能，例如计算刀座20及其刀具21于切削状态中的仿真运动流程。并由显示单元122建构刀座20及其刀具21于3D切削及防碰撞的仿真状况。

机台储存单元13连接中央处理单元16，且机台储存单元13提供工具机机台数据储存，而机台数据可包括但不限于机台几何构型、机构运动链、刀具模块、夹具模块、工件模块等，作为建置在线切削仿真及防撞所需的几何信息。在本实施例中，可将至少一刀座20的几何数据，例如每个刀座20的一刀座装配总长的数据储存在机台储存单元13。

刀具储存单元14连接中央处理单元16，且刀具储存单元14储存多种规格刀具的几何数据及其测量后的补偿数据，例如每个刀具21的一刀具总长的数据储存在刀具储存单元14。

测量单元15连接中央处理单元16，且测量单元15将所测量后的实际装配刀具长度及补偿数据提供给中央处理单元16进行干涉检查及运动控制单元11执行刀具21于加工中的补偿。

中央处理单元16执行材料移除及机台运动的运算，并将运算数据以运算单元121进行3D绘图运算描绘，最后显示于显示单元122。

以下就补偿测量方法作一说明，请参照图2，绘示图1的刀具21于理想状态装设于刀座20的示意图。为了便于说明，图中所标示的X、Y、Z分别为X轴方向、Y轴方向与Z轴方向，且X轴方向、Y轴方向与Z轴方向是相互垂直。

于理想状态下，刀具21的安装部210装设于刀座20的第一基准点所设置的一第一坐标A。以Z轴向来看，刀具21的第一加工端211与第一坐标A之间的距离等于刀具21的刀具总长L2。以Y轴向来看，刀具21的第二加工端212与第一坐标A重合。

然而，通常再将刀具21装设于刀座20时，往往无法达到此理想状态而有所偏差。故以本发明的补偿测量方法测量此偏差量，以利后续仿真及加工时的对刀具21的位置进行补偿，而能避免因此偏差量造成仿真及加工的误差。

请参照图3，绘示应用于图1的工具机刀具的补偿测量系统10执行Z轴向的工具机刀具的补偿测量方法的的示意图。沿着Z轴向，工具机刀具的补偿测量方法的步骤如下所述。

经由机台储存单元13，以预先储存各个刀座20的刀座装配总长L1。并经由刀具储存单元14，以预先储存各个刀具21的刀具总长L2。于具有多个刀座20的机台(未绘示)上选择一刀座20。以这个刀座20的第一基准点设定第一坐标A。并沿着Z轴向，取得刀座20的第一基准点至刀座端面201之间的刀座装配总长L1。并将每个刀座20所得的刀座装配总长L1分别储存在机台储存单元13中。

再选择一刀具21，将刀具21装配在刀座20。同样地，沿着Z轴向，取得刀具21的刀具总长L2。并将每个刀具21所得的刀具总长L2分别储存在刀具储存单元14中。

提供一测量单元15，以测量单元15的第二基准点设定一第二坐标B。测量单元15具有一第一基准面151，并使第一基准面151的Z轴向坐标值与第二坐标B的Z轴向坐标值相同。举例而言，若第二坐标B的坐标为(xB,yB,zB)，则第一基准面151为Z=zB的面。

先以测量单元15的第二基准点作为第二坐标B，再将刀座20的第一坐标A(第一基准点)与第二坐标B(第二基准点)以虚拟的方式相互重迭。沿着Z轴向，通过运动控制单元11控制刀座20移动，使刀具21的第一加工端211接触到第一基准面151。因此，中央处理单元16能根据第一坐标A与第二坐标B于Z轴向之间的差值取得一相对总长L0(请参阅图3所示)。

接着，中央处理单元16从机台储存单元13中取得刀座20的刀座装配总长L1，从刀具储存单元14中取得刀具总长L2。中央处理单元16以相对总长L0与刀座装配总长L1相减得到一装配刀具长度L3。中央处理单元16以相对总长L0与刀具总长L2相减得到一装配补偿长度L4。

是以，沿着Z轴向，可取得刀具21实际的装配刀具长度L3，以及刀具21偏位安装在刀座20的装配补偿长度L4。并由中央处理单元16将装配刀具长度L3输入至仿真单元12，将装配补偿长度L4输入至运动控制单元11及仿真单元12。

请参照图4，绘示应用于图1的工具机刀具的补偿测量系统10执行Y轴向的工具机刀具的补偿测量方法的示意图。沿着Y轴向，工具机刀具的补偿测量方法的步骤如下所述。

同样以此刀座20的第一基准点设定第一坐标A，并以测量单元15的第二基准点设定第二坐标B。测量单元15具有一第二基准面152。第二基准面152的Y轴向坐标值与第二坐标B的Y轴向坐标值相同。举例而言，若第二坐标B的坐标为(xB,yB,zB)，则第二基准面152为Y=yB的面。

先以测量单元15的第二基准点作为第二坐标B，再将刀座20的第一坐标A(第一基准点)与第二坐标B(第二基准点)以虚拟的方式相互重迭。沿着Y轴向，通过运动控制单元11控制刀座20移动，使刀具21的第二加工端212接触到第二基准面152。因此，中央处理单元16能根据第一坐标A与第二坐标B于Y轴向之间差值取得一相对总长W0。

接着，中央处理单元16从机台储存单元13中取得Y轴向的刀座装配总长为零，从刀具储存单元14中取得Y轴向的刀具总长为零。是以，沿着Y轴向，中央处理单元16得到装配刀具长度W1等于相对总长W0，以及得到装配补偿长度W2等于相对总长W0。

因此，沿着Y轴向，可取得刀具21在偏位安装的装配刀具长度W1及装配补偿长度W2。并由中央处理单元16能将装配刀具长度W1输入至仿真单元12，将装配补偿长度W2输入至运动控制单元11及仿真单元12。

另外，当工具机刀具的补偿测量系统10执行X轴向的工具机刀具的补偿测量方法时，能根据与Y轴向的工具机刀具的补偿测量方法相同的方法执行。

当中央处理单元16计算各轴向的装配刀具长度L3、W1及装配补偿长度L4、W2提供至仿真单元12进行运算后，以运算单元121描绘刀座20及其刀具21的3D加工及防碰撞的仿真作业中，依据各轴向的装配刀具长度L3、W1及装配补偿长度L4、W2，对各个轴向进行偏移补偿及校正，以获得较精准的仿真结果。再通过仿真单元12的显示单元122，显示仿真结果。

当中央处理单元16将各轴向的装配补偿长度L4、W2输入至运动控制单元11后，运动控制单元11能够在控制刀具21进行加工时，获得较准确的刀具21实际位置，且通过装配补偿长度L4、W2校正加工的补偿量。藉此，使刀具21进行加工时，获得较精准的加工结果。

请参照图5，绘示应用于本发明的另一实施例的工具机刀具的补偿测量系统执行Z轴向的工具机刀具的补偿测量方法的示意图。于本实施例中，工具机刀具的补偿测量系统大致与图1的工具机刀具的补偿测量系统10相同。但本实施例的测量单元15设置于一夹爪30中，且测量单元15的第二坐标B位于夹爪30的第二基准点。夹爪30还夹置一工件40。工件40的轴心S与测量单元15的第二坐标B重合。工件40具有一工件长度D及一工件半径R。

于此实施例中，运动控制单元11先控制刀座20使第一坐标A及第二坐标B于Z轴向坐标以虚拟的方式相互重迭。运动控制单元11再控制刀座20沿着Z轴向移动，使刀具21的第一加工端211接触到工件40的一侧面41。因此，中央处理单元16能根据第一坐标A与第二坐标B于Z轴向之间差值取得一相对总长L0。中央处理单元16从机台储存单元13中取得刀座Z轴向的刀座装配总长L1，从刀具储存单元14中取得Z轴向的刀具总长L2。中央处理单元16以Z轴向的相对总长L0减去Z轴向的刀座装配总长L1再减去工件40的工件半径R，能得到Z轴向的一装配刀具长度L3。中央处理单元16以Z轴向的相对总长L0减去Z轴向的刀具总长L2再减去工件40的工件半径R，能得到Z轴向的一装配补偿长度L4。因此，能够于此次执行Z轴向的工具机刀具的补偿测量方法中，便得到Z轴向的装配刀具长度L3及装配补偿长度L4。中央处理单元16能将Z轴向的装配刀具长度L3输入至仿真单元12，且将Z轴向的装配补偿长度L4输入至运动控制单元11及仿真单元12。

请参照图6，绘示应用于图5的工具机刀具的补偿测量系统执行Y轴向的工具机刀具的补偿测量方法的示意图。运动控制单元11先控制刀座20使第一坐标A及第二坐标B于Y轴向坐标以虚拟的方式相互重迭。运动控制单元11再控制刀座20沿着Y轴向移动，使刀具21的第二加工端212接触到工件40的一端面42。因此，中央处理单元16能根据第一坐标A与第二坐标B于Y轴向之间差值取得一相对总长W0。中央处理单元16从机台储存单元13中取得Y轴向的刀座装配总长为零，从刀具储存单元14中取得Y轴向的刀具总长为零。中央处理单元16以Y轴向的相对总长W0减去Y轴向的刀座装配总长再减去工件40的工件长度D，得到Y轴向的一装配刀具长度W1。中央处理单元16以Y轴向的相对总长W0减去Y轴向的刀具总长再减去工件40的工件长度D，得到Y轴向的一装配补偿长度W2等于装配刀具长度W1。因此，能够于此次执行Y轴向的工具机刀具的补偿测量方法中，便得到Y轴向的装配刀具长度W1及装配补偿长度W2。中央处理单元16能将Y轴向的装配刀具长度W1输入至仿真单元12，且将Y轴向的装配补偿长度W2输入至运动控制单元11及仿真单元12。

另外，当工具机刀具的补偿测量系统执行X轴向的工具机刀具的补偿测量方法时，能根据与Y轴向的工具机刀具的补偿测量方法相同的方法执行。

综上所述，本发明的工具机刀具的补偿测量方法及其系统，能够在测量一次相对总长时，一并得到实际的装配刀具长度及装配补偿长度。因此能够节约工具机刀具的补偿测量方法的测量时间。仿真单元能通过装配刀具长度及装配补偿长度描绘仿真的过程及结果，运动控制单元能通过装配补偿长度校正加工的补偿量。因此，工具机刀具的补偿测量方法及其系统能提升刀具加工中仿真及加工的准确度。

Claims (14)

1.一种工具机刀具的补偿测量方法，包含下列步骤：

选择至少一刀座，以该刀座的第一基准点设定一第一坐标，该刀座的第一基准点至刀座端面之间具有一刀座装配总长；

选择至少一刀具，以该刀具装配在该刀座，该刀具包括一刀具总长；

提供一测量单元，以该测量单元的第二基准点设定一第二坐标；

沿着至少一轴向移动该刀座，使该刀具的加工端接触到该第二坐标，以取得该第一坐标与该第二坐标于该轴向之间的一相对总长；以及

以该相对总长与该刀具总长相减得到一装配补偿长度，以该相对总长与该刀座装配总长相减得到一装配刀具长度。

2.根据权利要求1所述的工具机刀具的补偿测量方法，还包括经由一机台储存单元，以预先储存该刀座装配总长。

3.根据权利要求2所述的工具机刀具的补偿测量方法，还包括经由一中央处理单元，以从该机台储存单元取得该刀座装配总长，并以该相对总长与该刀座装配总长相减得到该装配刀具长度。

4.根据权利要求1所述的工具机刀具的补偿测量方法，还包括经由一刀具储存单元，以预先储存该刀具总长。

5.根据权利要求4所述的工具机刀具的补偿测量方法，还包括经由一中央处理单元，以从该刀具储存单元取得该刀具总长，并以该相对总长与该刀具总长相减得到该装配补偿长度。

6.根据权利要求1所述的工具机刀具的补偿测量方法，其中该测量单元具有一基准面，该基准面相对于该轴向的坐标值与该第二坐标相对于该轴向的坐标值相同，该刀具的加工端接触到该第二坐标时接触该基准面，以取得该第一坐标与该第二坐标于该轴向之间的该相对总长。

7.根据权利要求1所述的工具机刀具的补偿测量方法，还包括提供一仿真单元，以依据该装配刀具长度及该装配补偿长度显示该刀具与该刀座的仿真运动。

8.根据权利要求1所述的工具机刀具的补偿测量方法，还包括提供一运动控制单元，以依据该装配补偿长度控制该刀座于一加工流程的位移运动。

9.根据权利要求1所述的工具机刀具的补偿测量方法，还包括提供一夹爪，夹置一工件，该测量单元设置于该夹爪，该工件的边缘与该第二坐标之间具有沿该轴向的一尺寸。

10.根据权利要求9所述的工具机刀具的补偿测量方法，其中使该刀具的加工端接触到该工件，以取得该第一坐标与该第二坐标于该轴向之间的该相对总长。

11.根据权利要求10所述的工具机刀具的补偿测量方法，还包括以该相对总长减去该刀具总长再减去该工件的该尺寸得到该装配补偿长度，以该相对总长减去该刀座装配总长再减去该工件的该尺寸得到该装配刀具长度。

12.一种工具机刀具的补偿测量系统，是将至少一刀具装配在至少一刀座上，该系统包含：

一运动控制单元，用以控制该刀座的位移运动；

一仿真单元，用以显示该刀具与该刀座的仿真运动；

一机台储存单元，用以储存该刀座的一刀座装配总长；

一刀具储存单元，用以储存该刀具的一刀具总长；以及

一测量单元，用以测量该刀具与该刀座的实际位置，依据该刀座装配总长得到一装配刀具长度，并输入至该仿真单元，依据该刀具总长得到一装配补偿长度，并输入至该运动控制单元及该仿真单元。

13.根据权利要求12所述的工具机刀具的补偿测量系统，其中该仿真单元包括一运算单元及一显示单元，该运算单元用以仿真该刀具与该刀座的仿真运动，该显示单元用以显示该刀具与该刀座的仿真运动。

14.根据权利要求12所述的工具机刀具的补偿测量系统，还包括一中央处理单元，用以进行干涉检查，且用以从该机台储存单元取得该刀座装配总长，依据该刀座装配总长得到该装配刀具长度，并输入至该仿真单元，以及用以从该刀具储存单元取得该刀具总长，依据该刀具总长得到该装配补偿长度，并输入至该运动控制单元及该仿真单元。