TWI766781B

TWI766781B - 精密加工的非對稱尋邊補正方法

Info

Publication number: TWI766781B
Application number: TW110127927A
Authority: TW
Inventors: 陳宗龍
Original assignee: 倍騰國際股份有限公司
Priority date: 2021-07-29
Filing date: 2021-07-29
Publication date: 2022-06-01
Also published as: CN115673448A; TW202304619A

Abstract

本發明方法包含模型建立步驟、標的生成步驟、模具放置步驟、模具實測步驟、誤差取得步驟以及參數取得步驟，透過在一電子裝置的一3D模型預先產生一邊界盒以及複數個接觸邊界盒及3D模型的模擬邊界點，讓一精密加工機能在取得該等模擬邊界點之後，由一接觸式探球來實際接觸一實體模具取得多個接觸點，並由該等接觸點來產生一模擬邊角點及一誤差值，後續精密加工機的接觸式探球依據誤差值及多個模擬邊界點來再次接觸該實體模具，藉以演算出實體模具的一中心點；此外，精密加工機亦會依據該模擬邊角點及邊界盒來演算出複數個演算邊角點。

Description

精密加工的非對稱尋邊補正方法

本發明有關於一種精密自動加工的尋邊方法，特別是指一種在放電加工前對非對稱模具尋邊的座標補正方法。

傳統的物件加工技術多採用車床、銑床、鑽床、鉋床或是磨床等機械加工方式，然而，當產品規格被要求到精密等級時，產品加工的生產設備限制將會因此大幅增加。由於多數產業除了產品精密化之外，生產自動化亦是未來加工生產設備的趨勢。

習知精密化作業多是採用非傳統切削方式的放電加工(Electrical Discharge Machining，EDM)，放電加工主要是利用電極在極靠近加工工件的情況下，施加電壓而產生火花放電現象，並利用該現象發生時所產生的高溫來熔融切削加工工件，藉以達到高硬度材料的精密加工。

惟，影響放電加工精密度的主要因素在於實際加工參數的選用以及座標誤差的補正，其中，物件實際加工是根據電極尺寸、工件材料、表面粗細度等條件以及操作者的經驗，決定程式寫法與所使用的放電加工參數(放電波形，電壓，伺服參數，…等)。

此外，為了能提高加工的正確性與精密度，需要在放電加工機進行切削前確認刀具原點至工件邊緣的座標設定，因此，通常需要進行一尋邊作業來進行誤差值的補正。

傳統的尋邊補正作業是透過移動尋邊用的探針來碰觸工作台上的一方型治具，藉以取得一移動距離來求得誤差值。傳統探針的移動是先由工具機帶動探針朝向該方型治具快速進給，使得探針停止在接近該方型模具的邊緣，後續再透過人工手輪來進行微調，讓探針接觸到該方型治具，藉以取得相關座標來進行補正。然而，傳統人工操作的方式，除了造成誤差檢測的時間拉長之外，檢測出的數值準確性也會因為人工操作而有誤差的可能，進而得到錯誤的補正值，輕者降低加工的精密度，嚴重者影響到加工件的良率。

本發明的主要目的在於提供一種工具機的自動尋邊補正方法，讓非對稱模具的尋邊工作能夠快速完成，使得加工誤差值自動受到補正，藉以節省加工時間並能減少錯誤發生的情況。

本發明的次要目的在於採用電子裝置的3D模型配合精密加工機的接觸式探球來進行誤差值檢測，無論是全部3D模型的整體補正資料或是一部份3D模型的局部補正資料皆可依據需求來進行選擇，且精密加工機的機內補正或是CMM的機外補正皆可採用，大幅提升自動尋邊補正的準確性。

為實現前述目的，本發明精密加工的非對稱尋邊補正方法，包含：一模型建立步驟、一標的生成步驟、一模具放置步驟、一模具實測步驟、一誤差取得步驟、一參數取得步驟以及一座標補償步驟。

該模型建立步驟是由一電子裝置取得一3D圖檔，該3D圖檔包含一直角規模型以及一3D模型，該直角規模型具有一座標原點，該3D模型具有多數個對齊於直角規模型的模型基準邊。

該標的生成步驟是透過該電子裝置在該3D模型產生一邊界盒以及複數模擬邊界點，其中，該邊界盒的一邊角能選擇性地對齊該座標原點，該等模擬邊界點必須同時位於該邊界盒及該3D模型兩者的表面。

該模具放置步驟是在一精密加工機的一直角規放置一相同於該3D模型形狀的實體模具，並由該精密加工機校正該實體模具的位置，使得該實體模具的多數實體基準邊分別平行於該直角規的複數座標軸。

該模具實測步驟是讓該精密加工機依據一第一安全值以及一部份的該等模擬邊界點在該實體模具的外側分別產生複數個實際檢測點，該精密加工機的一接觸式探球將由該等實際檢測點的位置分別移動至接觸該實體模具，使得該精密加工機取得一第一接觸點、一第二接觸點以及一第三接觸點。

該誤差取得步驟是讓該電子裝置依據該第一接觸點、該第二接觸點以及該第三接觸點來演算出該實體模具的一模擬邊角點以及一介於該模擬邊角點以及該座標原點的誤差值，並由該誤差值以及該等模擬邊界點演算出複數個檢測邊界點；其中，該檢測邊界點是由一第二安全值、該誤差值以及該等模擬邊界點三者所演算出。

該參數取得步驟是讓該精密加工機的該接觸式探球依據該等檢測邊界點來檢測該實體模具，使得該精密加工機取得複數個位於該實體模具各表面的實際邊界點，該精密加工機依據該等實際邊界點取得該實體模具的一中心點。除此之外，該精密加工機亦可依據該模擬邊角點及該邊界盒取得該實體模具的複數演算邊角點。

該座標補償步驟是讓該精密加工機依據該中心點、該模擬邊角點以及該等演算邊角點來重新設定一加工原點。

於一較佳實施利中，該邊界盒被成形為一最大邊界盒來包覆整個3D模型，或是一局部邊界盒來包覆該3D模型的一局部構件；其中，該邊界盒具有一底表面、一頂表面、一第一側表面、一第二側表面、一第三側表面以及一第四側表面，該第一側表面與該第二側表面相鄰於該座標原點，該第三側表面位於該第一側表面的相反側，而該第四側表面位於該第二側表面的相反側。

該等模擬邊界點包含一第一邊界點、一第二邊界點、一第三邊界點、一第四邊界點以及一第五邊界點，該第一邊界點位於該頂表面，該第二邊界點位於該第一側表面，該第三邊界點位於該第二側表面，該第四邊界點位於該第三側表面，該第五邊界點位於該第四側表面。

該等檢測邊界點是由該第一邊界點、該第二邊界點、該第三邊界點、該第四邊界點以及該第五邊界點分別配合該誤差值所演算出來；而該等實際檢測點是由該第一邊界點、該第二邊界點、該第三邊界點分別配合該第一安全值所演算出來。

該中心點的一Z軸座標是由一對應該第一邊界點的第一實際邊界點以及該座標原點所演算出來，該中心點的一X軸座標是由一對應該第二邊界點的第二實際邊界點以及一對應該第四邊界點的第四實際邊界點所演算出，而該中心點的一Y軸座標是由一對應該第三邊界點的第三實際邊界點以及一對應該第五邊界點的第五實際邊界點所演算出。

本發明的特點在於精密加工機的事前校正以及座標轉換，可以由本發明方法來自動補正加工的誤差值，藉以節省加工時間並能減少錯誤發生的情況，並能適用在精密加工機的機內補正或是CMM的機外補正，大幅提升自動尋邊補正的準確性以及使用便利性。

1:電子裝置

10:直角規模型

101:第一板片

102:第二板片

11:3D模型

111:主體

112:柱體

113:模型基準邊

2:精密加工機

20:實體模具

201:實體基準邊

202:實體基準邊

21:直角規

22:接觸式探球

23:中心點

3:邊界盒

31:頂表面

32:第一側表面

33:第二側表面

34:第三側表面

35:第四側表面

4:模擬邊界點

41:第一邊界點

42:第二邊界點

43:第三邊界點

44:第四邊界點

45:第五邊界點

46:第六邊界點

47:第七邊界點

48:第八邊界點

5:實際檢測點

51:第一實際檢測點

52:第二實際檢測點

53:第三實際檢測點

61:第一接觸點

62:第二接觸點

63:第三接觸點

7:模擬邊角點

8:檢測邊界點

81:第一檢測邊界點

82:第二檢測邊界點

83:第三檢測邊界點

84:第四檢測邊界點

85:第五檢測邊界點

9:實際邊界點

91:第一實際邊界點

92:第二實際邊界點

93:第三實際邊界點

94:第四實際邊界點

95:第五實際邊界點

S1:模型建立步驟

S2:標的生成步驟

S3:模具放置步驟

S4:模具實測步驟

S5:誤差取得步驟

S6:參數取得步驟

S7:座標補償步驟

圖1為本發明精密加工的非對稱尋邊補正方法的流程圖；圖2為圖1模型建立步驟的示意圖；圖3A至圖3C為圖1標的生成步驟第一較佳實施例的示意圖；圖4A至圖4B為圖1模具放置步驟的示意圖；圖5A至圖5C為圖1模具實測步驟的示意圖；圖6A至圖6B為圖1誤差取得步驟的示意圖；圖7A至圖7C為圖1參數取得步驟的示意圖；以及圖8A及圖8B為圖1標的生成步驟第二較佳實施例的示意圖。

茲為便於更進一步對本發明之構造、使用及其特徵有更深一層明確、詳實的認識與瞭解，爰舉出較佳實施例，配合圖式詳細說明如下：

本發明精密加工的非對稱尋邊補正方法乃是應用在一安裝有3D繪圖軟體的電子裝置1以及一進行模具加工的精密加工機2，讓精密加工機2能將電子裝置1上面設定的一模型座標資料轉換成一實際工作台上的一加工座標，該精密加工機2可應用在CNC加工、車床、銑床、鑽床、磨床、線切割加工、放電加工和離子切割等。

請參閱圖1所示，本發明非對稱尋邊補正方法包含：一模型建立步驟S1、一標的生成步驟S2、一模具放置步驟S3、一模具實測步驟S4、一誤差取得步驟S5、一參數取得步驟S6以及一座標補償步驟S7，其中，該模型建立步驟S1、該標的生成步驟S2以及該誤差取得步驟S5都是在該電子裝置1上進行，而該模具放置步驟S3、該模具實測步驟S4、該參數取得步驟S6以及該座標補償步驟S7都是在該精密加工機2上進行。

請參閱圖2所示，該模型建立步驟S1是先在該3D繪圖軟體繪製一具有座標參數的3D圖檔，再讓該電子裝置1取得該3D圖檔，其中，該3D圖檔包含一直角規模型10以及一3D模型11。如圖所示，該直角規模型10具有朝向X軸方向以及Y軸方向分別水平延伸的一第一板片101以及一第二板片102，且該第一板片101與該第二板片102之間的一內側交界點被設定為一座標原點；該3D模型11具有一呈現矩形體樣態的主體111以及位於該主體111右側間隔排列的複數個柱體112，其中，該主體111具有多數個與該直角規模型10接觸的模型基準邊113。

請參閱圖3A所示，該標的生成步驟S2是在該電子裝置1取得該3D圖檔之後對該3D模型11進行演算，使得該3D模型11產生一邊界盒3，且該邊界盒3的一邊角對齊該座標原點。如圖所示，該邊界盒3可以是一種包覆該主體111及該等柱體112的最大邊界盒，使得整個3D模型11受到包覆；然而，此僅方便舉例說明之用，亦即該邊界盒3可以是另一種僅包覆該主體111的局部邊界盒(圖未示)，使得該3D模型11的一局部構件受到包覆，除此之外，該局部邊界盒亦可針對不同3D模型11的形狀，使得所有的邊角都可以不對齊該座標原點。

如圖所示，該邊界盒3具有一底表面、一頂表面31、一第一側表面32、一第二側表面33、一第三側表面34以及一第四側表面35，該第一側表面32 與該第二側表面33相鄰於該座標原點，該第三側表面34位於該第一側表面32的相反側，而該第四側表面35位於該第二側表面33的相反側。

請參閱圖3B及圖3C所示第一較佳實施例，在該邊界盒3產生之後，可由該繪圖軟體自動產生或是使用者手動選擇複數模擬邊界點4，其中，所有模擬邊界點4必須同時位於該邊界盒3及該3D模型11兩者的表面；如圖所示，該等模擬邊界點4包含一第一邊界點41、一第二邊界點42、一第三邊界點43、一第四邊界點44以及一第五邊界點45，該第一邊界點41位於該頂表面31，該第二邊界點42位於該第一側表面32，該第三邊界點43位於該第二側表面33，該第四邊界點44位於該第三側表面34，該第五邊界點45位於該第四側表面35。

請參閱圖4A所示，該模具放置步驟S3是在該精密加工機2放置一相同於該3D模型11形狀的實體模具20，其中，該精密加工機2具有一直角規21、一校正裝置(圖未示)、一接觸式探球22，且該實體模具20被放置在該直角規21旁。

由於該實體模具20在透過人力或是機械來進行放置時，多少都會產生歪斜的偏差，因此，請參閱圖4B所示，在該實體模具20放置完成後，該精密加工機2將會透過該校正裝置來移動該實體模具20的位置，使得該實體模具20的兩實體基準邊201、202分別平行於該直角規21的座標X、Y軸。

請參閱圖5A所示，該模具實測步驟S4是讓該精密加工機2取得一第一安全值以及鄰近該座標原點的該第一邊界點41、該第二邊界點42以及該第三邊界點43，其中，該第一安全值可在該電子裝置1輸入，使得該第一安全值以及該等模擬邊界點4一併被傳輸至該精密加工機2，又或者是在該精密加工機2上直接輸入該第一安全值；後續該精密加工機2將會依據該第一安全值以及三個模擬邊界點4在該實體模具20的外側分別產生複數個實際檢測點5，該等實際檢測點5包含一第一實際檢測點51、一第二實際檢測點52以及一第三實際檢測點53。

請參閱圖5B及5C所示，該精密加工機2的該接觸式探球22將會先移動到該第一實際檢測點51位置，由該第一實際檢測點51沿者一Z軸方向朝向該實體模具20直線移動，後續再移動至該第二實際檢測點52位置，由該第二實際檢測點52沿著一Y軸方向朝向該實體模具20直線移動，最後，再移動至該第三實際檢測點53，再由該第三實際檢測點53沿著一X軸方向朝向該實體模具20直線移動。

該精密加工機2在Z軸方向接觸該實體模具20的頂表面31來形成一第一接觸點61，該精密加工機2在Y軸方向接觸該實體模具20的第一側表面32來形成一第二接觸點62，而該精密加工機2在X軸方向接觸該實體模具20的第二側表面33來形成一第三接觸點63，使得該精密加工機2取得該實體模具20位於該實際工作台的多個真實座標點位置。

請參閱圖6A所示，該誤差取得步驟S5是讓該電子裝置1取得該精密加工機2所產生該第一接觸點61、該第二接觸點62以及該第三接觸點63的座標資料，再由該電子裝置1來演算出該實體模具20的一模擬邊角點7以及一介於該模擬邊角點7以及該座標原點的誤差值，其中，該模擬邊角點7並未與該實體模具20接觸，且該誤差值乃包含一X軸誤差以及一Y軸誤差。

請參閱圖6B所示，後續，該電子裝置1將再把該第一邊界點41、該第二邊界點42、該第三邊界點43、該第四邊界點44以及該第五邊界點45分別結合該誤差值以及一第二安全值來進行演算，藉以產生與該實體模具20間隔設置的一第一檢測邊界點81、一第二檢測邊界點82、一第三檢測邊界點83、一第四檢測邊界點84以及一第五檢測邊界點85。

請參閱圖7A所示，該參數取得步驟S6是讓該精密加工機2取得該第一檢測邊界點81、該第二檢測邊界點82、該第三檢測邊界點83、該第四檢測邊界點84以及該第五檢測邊界點85後，由該接觸式探球22依序由該第一檢測邊界點81、該第二檢測邊界點82、該第三檢測邊界點83、該第四檢測邊界點84以及該第五檢測邊界點85進行移動接觸檢測，使得該實體模具20的各表面分別產生一第一實際邊界點91、一第二實際邊界點92、一第三實際邊界點93、一第四實際邊界點94以及一第五實際邊界點95。

請參閱圖7B所示，該精密加工機2將會分別演算X軸、Y軸以及Z軸的座標資料來演算出該實體模具20的一中心點23，其中，該Z軸座標資料是由該第一實際邊界點91及該座標原點的Z軸座標參數所演算出來，該Y軸座標資料是由該第二實際邊界點92以及該第四實際邊界點94的兩Y軸座標參數相加後平均，該X軸座標資料是由該第三實際邊界點93以及該第五實際邊界點95的兩X軸座標參數相加後平均，如此即可將該中心點23的三軸數據準確取得。

請參閱圖7C所示，除此之外，該精密加工機2亦會依據該模擬邊角點7及該邊界盒3自行演算出該實體模具20的複數演算邊角點71，使得該等演算邊角點71以及該模擬邊角點7分別為在該邊界盒3的八個角落位置。

最後，該座標補償步驟S7是讓該精密加工機2依據該中心點23、該模擬邊角點7以及該等演算邊角點71來重新設定一加工原點(圖未示)。

請參閱圖8A及圖8B所示，於第二較佳實施例中，差異在於該等模擬邊界點4更包含一第六邊界點46、一第七邊界點47以及一第八邊界點48，該第六邊界點46位於該頂表面31，該第七邊界點47位於該第一側表面32，該第八邊界點48位於該第二側表面33。

其中，該第一邊界點41、該第二邊界點42以及該第三邊界點43是用來產生該等實際檢測點5，而該第四邊界點44、該第五邊界點45、該第六邊界點46、該第七邊界點47以及該第八邊界點48則是用來產生該等檢測邊界點8。不像第一較佳實施例的該第一邊界點41、該第二邊界點42以及該第三邊界點43是被用來兩次計算，而分別產生為複數個實際邊界點9以及複數個檢測邊界點8。