數控裝置制造方法
【專利摘要】數控裝置，其配備有：三維模型存儲器，其存儲有工件和夾具中至少一個的三維模型；三維測量裝置，其整體地測量固定到機床上的所述工件和所述夾具的形狀；以及形狀處理器，其基于三維測量單元測得的測量數據產生整體測量模型，其中，所述工件和所述夾具是整體識別的，并基于整體生成的測量模型和所述工件或夾具的三維模型，對于所述工件和所述夾具中的至少一個，進一步單獨測量模型，其中所述工件或所述夾具是單獨測量的。
【專利說明】數控裝置
[0001] 相關申請的交叉引用 本申請要求2013年4月15日提交的日本專利申請No. 2013-085041的優先權，上述 申請的公開內容通過引用全部并入本文。
【技術領域】
[0002] 本發明涉及一種數控裝置，其通過參考工具以及固定在機床上的工件和夾具的三 維模型，根據數控信息控制工具與固定在機床上的工件之間的相對位置。
【背景技術】
[0003] 在傳統的數控裝置中，將工件、夾具、工具、機器等等的三維模型用作機械數據，當 進行干涉檢查時，通過控制工件與工具之間的相對位置，來控制工件的加工。
[0004] 在干涉檢查中，工件的三維模型與工具的三維模型之間的干涉可認作是切削區 域，且是可忽略的。進一步地，可通過根據工具的三維模型的移動計算切削區域，來使工件 的三維模型變形。
[0005] 進一步地，在JP 2012-53508 A和JP 2012-53509 A所描述的數控機床中，可以通 過非接觸的方式測量固定到機床上的工件的三維形狀、位置和方向。
[0006] 為了進行干涉檢查，工具和具有夾具的工件的三維模型是必需的。對于重復加工 的工件，考慮到工件形狀可能的變化，測量固定到機床上的工件的實際形狀，以獲得該工件 的三維模型，這是可靠的。進一步地，即使工件形狀沒有出現預期的變化，夾持工件的夾具 的位置在每次工件加工過程中可能都是不同的。因此，測量固定到機床的夾具的實際形狀， 以獲得該夾具的三維模型，這是可靠的。
[0007] 因此，可以想到通過使用三維測量裝置測量工件和夾具的形狀來創建三維模型。 然而，當使用三維測量裝置測量固定到機床上的工件和夾具來創建三維模型時，該三維測 量裝置不能夠確定獲得的三維坐標能否代表該工件或夾具的測量結果。因此，可區分地提 供工件的三維模型和夾具的三維模型是不可能的。
[0008] 當加工工件同時進行干涉檢查時，在切割過程中感測夾具與工具間的干涉是必需 的，但是有必要忽略該工件和工具間的干涉。因此，應當辨別工具的三維模型和夾具的三維 模型。
【發明內容】
[0009] 本發明的數控裝置根據數控信息控制工具與具有固定到機床上的夾具的工件之 間的相對移動。該數控裝置包括：三維模型存儲器，其存儲有工件和夾具中至少一個的三維 模型；三維測量裝置，其整體地測量固定到機床上的所述工件和所述夾具的形狀；測量數 據存儲器，其存儲有通過三維測量裝置測量的測量數據，在該測量數據中所述工件和所述 夾具是整體識別的；以及形狀處理器，其基于存儲在存儲數據存儲器中的所述工件和所述 夾具的存儲數據，生成整體測量模型，在該整體測量模型中所述工件和所述夾具是整體識 別的，并且，對于所述工件和所述夾具中的至少一個，基于所生成的整體測量模型和所述工 件或夾具的三維模型，進一步生成單獨測量模型，在該單獨測量模型中所述工件或所述夾 具是單獨辨識的；其中，通過參考由所述形狀處理器生成的單獨測量模型，控制所述工具和 所述帶夾具的工件之間的相對移動。
[0010] 在優選的方面，所述形狀處理器對所述整體測量模型和所述工件和所述夾具其中 一個的三維模型進行比較，并且在整體測量模型產生不包括在所述工件和所述夾具其中一 個的三維模型中的區域，將該區域作為另一個的單獨測量模型。在另一優選的方面，所述形 狀處理器對整體測量模型和所述工件和所述夾具其中一個的三維模型進行比較，并且在整 體測量模型中生成包括在所述工件和所述夾具其中之一的三維模型中的區域，將該區域作 為該工件和夾具其中之一的三維模型。
[0011] 通過預先提供所述工件或所述夾具的三維模型，使得在固定至機床的工件與夾具 的三維測量結果中辨別工件區域和夾具區域成為可能。因此，可以實現干涉傳感功能，這 樣，在響應快速饋送指令時，可感測全部所述工件、夾具和工具的三維模型之間的干涉，同 時響應切削饋送指令而忽略所述工件與工具的三維模型之間的干涉。進一步地，所述工件 和夾具的可辨識的三維模型實現了用于切削饋送指令的形狀仿真，該仿真是通過計算工具 模型經過的區域、并刪除所述工件模型中與工具模型經過區域重疊的區域來實現的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012] 圖1為機床的整體結構圖； 圖2為數控裝置的功能框圖； 圖3為測量數據的示例圖； 圖4為工件模型的示例圖； 圖5為工件模型的另一示例圖； 圖6為創建整體測量模型的流程圖； 圖7為整體測量數據的示例圖； 圖8為生成整體測量模型的過程圖； 圖9為生成整體測量模型的過程圖； 圖10為生成整體測量模型的過程圖； 圖11為生成整體測量模型的過程圖； 圖12為生成整體測量模型的過程圖； 圖13為生成整體測量模型的過程圖； 圖14為單獨測量的工件模型和單獨測量的夾具模型的示例圖； 圖15為工具模型的示例圖； 圖16為創建單獨測量模型的流程圖； 圖17為兩個模型的三角形重疊的示圖。
【具體實施方式】
[0013] 圖1為用于執行本發明的機床的總體結構示意圖。在圖1中，顯示了機床1的整 體，其具有安裝在機床1的主軸2上的三維測量裝置3。進一步地，工件5位于機床1的工 作臺4上，用夾具6固定。
[0014] 圖2為執行本發明的一個示例的框圖。三維測量裝置3整體測量固定到機床1上 的工件5和夾具6上，并且輸出測量數據12,在所述測量數據中工件5和夾具6是整體識別 的。圖3為測量數據12的示意圖。機床1的工作臺4上的某一點被認作是機床1的參照 點13,這樣，測量數據12用基于參照點13的三維坐標（X，Y，Z)的點云數據表示。輸出的 測量數據12存儲在測量數據存儲器7中。
[0015] 三維模型存儲器08存儲工件模型14。圖4為工件模型14的示意圖。三維模型的 形狀用基于參照點15的三角頂點信息表示。由于工件模型14可能通過仿真單元11用作模 型，因此理想地，工具模型14具有類似于工件5的形狀。然而，在這個實施例中，由于工具 模型14沒有用在仿真單元1中，因此，該工件模型14可能具有簡單形狀，如圖4所示。鑒 于工件形狀的不同，工件模型14設置為比實際工件5更大，以便總能包括工件的形狀。進 一步地，考慮到位于機床1的工作臺4上的工件5的位置，通過坐標來定義該工件模型14， 其中，該坐標將與測量數據12中的參照點13匹配的點用作參照點15。
[0016] 圖5顯示了當假定參照點13的位置和參照點15的位置為彼此匹配時，測量數據 12的位置和工具模型14的位置彼此不匹配的一種情形。可以通過測量位于機床1的工作 臺4上的工件5的位置，來移動工件模型14,使得測量數據的位置12和工件模型14的位置 彼此匹配，如圖4所示。
[0017] 圖形處理器9生成測量模型16,其中，形成測量數據12的點云數據用一組三角形 表示。圖6為表示由形狀處理器9所執行、從測量數據12中生成整體測量模型16的步驟 的流程圖，在該整體測量模型中工件和夾具是整體識別的。圖7為測量數據12的頂視圖。
[0018] 為從測量數據12中生成整體測量模型16,首先，將測量數據12中的點連接起來， 以創建三角形（S1)。圖8顯示了通過連接測量數據12中的點生成三角形的狀態。
[0019] 接著，關于該生成的三角形，如果一個三角形可以識別為與相鄰三角形屬于相同 的平面（S2)，那么這些三角形將被組合。圖9顯示了生成的三角形被組合的情形。然后，關 于測量數據12中最外面的點，在降至特定高度的位置處創建相應點（S3)。圖10顯示了生 成點的情形。
[0020] 接著，使用測量數據12中最外的點和生成的點創建三角形（S4)。圖11顯示了生 成三角形的情形。然后，關于生成的三角形，如果一個三角形可以被認為屬于與相鄰三角形 相同的平面，那么這些三角形將被組合（S5)。圖12顯示了三角形被組合的情形。圖13為 通過這種方式生成的整體測量模型16的示意圖。整體測量模型16由基于參照點17的三 角形的頂點信息表示。測量數據的參照點13和整體測量模型16的參照點17代表相同的 點。
[0021] 一旦整體測量模型16生成了，則形狀處理器9執行整體測量模型16與工件模型 14之間的邏輯操作，這樣，在整體測量模型16中，包含在工件模型14內部的區域被設置為 單獨測量的工件模型18,其代表從整體測量模型16中單獨提取的工件5區域。進一步地， 在整體測量模型16中，沒有包含在工件模型14中的區域或單獨測量的模型18被設定為單 獨測量的夾具模型19,其代表從整體測量模型16中單獨提取的夾具6區域。
[0022] 圖14顯示了從整體測量模型中生成的單獨測量的工件模型18和單獨測量的夾具 模型19。這些模型由基于參照點20的三角形的頂點的坐標表示。參照點20和整體測量模 型16的參照點17表示相同的點。形狀處理器9將單獨測量的工件模型18和單獨測量的 夾具模型19存儲進三維模型存儲器8。
[0023] 工具模型21也存儲在三維模型存儲器8中。圖15顯示了由基于參考點22的三 角形的頂點坐標代表的工具模型21。仿真單元11基于數控單元10發送來的數控信息，通 過操作單獨測量的工件模型18、單獨測量的夾具模型19和工具模型21執行干涉檢驗。
[0024] 在上面的描述中，工件模型14假定為存儲在三維模型存儲器中。然而，當夾具的 安裝位置差異最小，或夾具的安裝位置是已知的時，可替代地存儲夾具模型，這樣，包含在 夾具模型中的區域被設定為單獨測量的夾具模型，而沒有包含在夾具模型中的區域被設定 為單獨測量的工件模型。
[0025] 圖16為從測量數據12生成單獨測量的工件模型18和單獨測量的夾具模型19的 步驟的流程圖，該流程由圖2所示裝置、從三維測量裝置3到仿真單元11來執行。
[0026] 為了從測量數據中生成單獨測量的工件模型18和單獨測量的夾具模型19,首先， 工件15和夾具6被固定到機床1上（S6)。三維測量裝置3測量固定到機床1的工作臺4 的工件5和夾具6的表面的高度信息，并輸出測量數據12,其中，用基于表示工作臺4上的 特定點的參照點13的三維坐標（X、Y、Z)的點云數據表示高度信息（S7)。
[0027] 接著，創建工件5的工件模型14 (S8)。然后，測量工件5關于工作臺4上的特定 點的位置（S9)。應該指出，為1使用NC程序或類似的數控命令通過機床來處理工件5,應 當通過測量工件5關于機床1的工作臺4上的特定點的位置，并校正工件5的位置，來對工 具的位置進行支配。可以通過使用接觸式測量儀器的方法測量工件5的位置。也可以通過 分析測量數據12、從測量數據中提取興趣點，來估算工件5的位置。
[0028] 接著，通過使用步驟S4測量的工件5的位置，將工件5的工件模型14移至與固定 到機床1上的工件5的位置相對應的位置（S10)。然后，將測量數據12轉換為整體測量模 型16,以將其形狀與機床5的工件模型14的形狀進行比較（S11)。雖然，測量數據12用一 組坐標點表示，然而，可以通過用線連接這些點生成三角形，以將測量數據12轉換為整體 測量模型16。
[0029] 接著，在整體測量模型16中，將包含在工件模型14內的區域設定為單獨測量的工 件模型18(S12)。進一步地，在整體測量模型16中，將沒有包含在工件模型14中的區域設 定為單獨測量的夾具模型19(S13)。工件模型14和整體測量模型16由三角形頂點的坐標 表示。在比較由三角形的頂點坐標表示的模型后，可以通過計算三角形的重疊區域而確定 模型的包含關系。
[0030] 圖17顯示了三角形23和三角形24重疊的情形。其中得到了三角形23的一邊與 三角形24間的交叉點。并且，得到了三角形23的另一邊與三角形24間的交叉點。得到了 連接這兩個交叉點的交叉線25。對這一步驟重復操作后，可以得到交叉線25的連續線。模 型的包含關系可由被認為是邊界線的該連續線確定，從而從整體測量模型16中獲得單獨 測量的工件模型18和單獨測量的夾具模型19。
【權利要求】
1. 數控裝置，其用于根據數控信息控制工具與工件之間的相對移動，所述工件具有固 定至機床的夾具，該數控裝置包括： 三維模型存儲器，其存儲有所述工件和所述夾具中至少一個的三維模型； 三維測量裝置，其整體地測量固定到所述機床上的所述工件和所述夾具的形狀； 測量數據存儲器，其存儲有所述三維測量裝置測得的測量數據，在所述測量數據中所 述工件和所述夾具是整體識別的；以及 形狀處理器，其基于存儲在所述存儲數據存儲器中的所述工件和所述夾具的測量數 據，生成整體測量的模型，在該模型中所述工件和所述夾具是整體識別的，并且，對于所述 工件和所述夾具中的至少一個，所述形狀處理器基于整體生成的測量模型和所述工件或夾 具的三維模型，進一步生成單獨測量的模型，在該單獨測量的模型中所述工件或所述夾具 是單獨辨識的； 其中，通過參考由所述形狀處理器生成的單獨測量的模型，控制所述工具與具有所述 夾具的所述工件之間的相對移動。
2. 根據權利要求1所述的數控裝置，其特征在于，所述形狀處理器對所述整體測量模 型和所述工件和所述夾具其中一個的三維模型進行比較，并在所述整體測量模型中生成不 包括在所述工件和所述夾具其中一個的三維模型中的區域，將該區域作為所述工件和所述 夾具其中另一個的單獨測量模型。
3. 根據權利要求1所述的數控裝置，其特征在于，所述形狀處理器對所述整體測量模 型和所述工件和所述夾具其中一個的三維模型進行比較，并在所述整體測量模型生成包括 在所述工件和所述夾具其中一個的三維模型中、作為其單獨測量模型的區域。
【文檔編號】G05B19/401GK104102173SQ201410147553
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月14日 優先權日:2013年4月15日
【發明者】國光克則, 杉江正行 申請人:大隈株式會社