数控加工中测量程序的生成及根据该测量程序的加工管理的制作方法

专利名称：数控加工中测量程序的生成及根据该测量程序的加工管理的制作方法
技术领域：
本发明涉及在数控(NC)加工中所用的测量程序的生成及使用该测量程序所进行的加工管理。具体地，在使用数字控制信息实现多种加工控制的NC加工中，本发明涉及一种用于生成在实际加工所用的一NC程序的测量程序及用于根据通过执行所生成的测量程序所获得的测量结果进行加工管理的改进的方法和装置。
在本发明中，不管一NC程序是否被运行而可在任何时间生成上述的一测量程序。该测量程序具有通用性以使它能在任何时间被使用，不仅可用于正被进行的加工而且可用于使用另一机床的加工。当一NC程序被修改时，该测量程序也可根据该修改后的程序而被修改。
一数控机床可通过输入一NC程序而自动地控制一机床的操作。近来，作为组合了例如微处理器技术、电力电子技术和软件技术等技术的计算机数控机床(CNC机床)的数控机床已在各个机械领域域得到广泛地使用。
通常，例如一工具索引命令、一主轴转动命令、一进给速率命令、轴移动/插入命令、和一辅助功能命令，连同加工历程一起被结合入例如一NC程序等的数字控制信息中。适用于待被控制的一机床的数字控制信息就这样被形成为一NC程序。
如上所述生成的一NC程序被用于各种加工。但是，对于高质量的加工，加工所需的测量在一最终的加工产品上或在各加工处理期间进行。根据测量结果，在接着待被使用的对一工件的一后续加工处理或在所测量的该工件上进行加工控制补偿。在常规及早期的测量中，根据一处理检查表，使用例如千分尺或游标卡尺的一简单的测量仪器部分地测量部件的尺寸。在最后的检查阶段，对部件的所有重要的部分进行测量。如果测量结果中有一问题，它被反馈给NC加工。将测量结果反映在加工控制上通常是通过具有大量经验的熟练的技术人员通过操作者之间的口述告知或笔记而实现的。实时且自动地反映测量结果是不可能的。
而且，使用一常规的简单的检查处理只能进行有限的测量。因此，精确的测量依靠于最后的检查，导致了延误认识到存在的问题并降低了NC加工的产量。
为解决上述问题，还提出了一种用于测量的自动编程方法，用于在NC加工期间用预先生成的测量程序，在使用一三维坐标测量仪器进行顺序的自动的测量之后，在各加工处理或在最后的加工处理中，将一测量结果反映在NC加工上。根据该常规的技术，考虑到它自身进行的测量，它已能够不需熟练的操作者而快速且精确地执行预定的测量。
然而，该常规的自动编程是由CAD或CAM，通过使用材料数据、最终工件形成数据、工具数据等的复杂的处理而被实现。因此，该常规的自动编程不能被用在所有的NC加工中，且它需要一大规模的机器。而且，除了可用于使用一个且相同的NC程序对大量的产品进行加工的情况外，它很少可被使用。
还有，通过该自动编程的一测量程序是根据最终产品形成数据，特别根据于一加工图而生成的。因此，不能提供对于在实际执行NC程序期间一随意步骤中的一作业要素中、一加工要素中或一加工处理期间的一工件形状是最佳的测量程序。
这里的加工要素是指在一工件的一加工位置进行的一组作业要素。换言之，一作业要素是指通过一工具进行的一单一加工。一加工要素意指通过组合在一工件的一加工位置上进行的若干作业要素而完成加工。例如，在螺纹孔钻孔中，一加工要素被定义为钻中心孔、制备孔(prepared hole)、和攻丝的组合。在本说明书中，一加工处理是指不改变固定在一机床上的一工件的姿态而进行的一系列全部加工操作。
在近来的NC加工趋势中。待被使用的NC程序尽可能地为开放且灵活的。在实际加工中，为了获得最佳的加工方法而经常对程序进行修改。各程序被做成为一模块或具有更多的通用性以使不受限制地改变程序成为可能。结果通过一加工图而被严格地确定的一常规的加工程序不能适用于一加工处理中的各步骤、实际作业要素或加工要素，且因此不能被适用于近来现有的NC机床。
还有，近来现有的NC加工使用不仅单一机床而且使用其它机床的组合来实现CIM(计算机集成生产)。在这样的情况下，一常规的固定的测量程序既不能被应用于其它的机床也不能有条理进行学习以适用于其它的机床。
本发明是考虑到上述常规的问题而提出的。目的在于通过分析一实际加工程序而非依靠于加工图来生成一测量程序。目的还在于提供一种新的方法，用于将通过该测量程序获得的一测量结果反映在NC加工上的加工处理控制。
为实现上述目的，本发明分析一NC程序，抽取在该NC程序中所设置的一实际加工处理的各步骤的一工件形状作为一几何模型，并根据该几何模型生成一测量程序。
当运行这样一测量程序时，可在加工期间获得一实时测量结果以使该结果可被迅速地反映在后续的加工处理上。因此可迅速地使用一修改后的加工程序。
而且，根据本发明，如果一加工程序被修改，则一测量程序根据该新的加工程序也被修改。有利之处在于一NC程序和一测量程序可总是被相互关联且在实际加工期间或在后续加工步骤之前运行。在其中通过一NC程序而进行加工控制的NC加工中，本发明的一个方面包括一工件形状信息抽取单元，用于通过分析该NC程序，抽取有关各作业要素加工、加工要素加工、或加工处理加工的一任意步骤中的一工件形状的信息，一几何模型生成单元，用于根据该工件形状信息，生成一任意步骤的一几何模型，和一测量程序生成单元，用于根据该几何模式生成一测量程序。
在其中通过一NC程序而进行加工控制的一NC加工处理中，本发明的另一方面包括一划分单元，用于通过分析该NC程序而划分各作业要素加工或加工要素加工中的该NC程序；一加工要素抽取及坐标系移动单元，用于抽取由该划分单元划分的各作业要素加工或加工要素加工的工件形状信息；一几何模型生成单元，一测量路径生成单元，用于根据该几何模型确定一测量路径；和一测量程序生成单元，用于根据该测量路径生成一测量程序。
根据本发明的再另一方面，权利要求1中所述的一用于执行该测量程序的加工控制器包括一测量结果分析装置，用于使用一测量结果作为加工控制信息，该测量结果是通过在该NC程序中确定的若干处理中的至少一处理的结束处执行该测量程序而获得的。
在其中通过一NC程序而执行加工控制的NC加工中，本发明的再另一个方面包括有步骤工件形状信息抽取步骤，用于通过分析该NC程序，抽取有关各作业要素加工、加工要素加工，或加工处理加工的一任意步骤的工件形状的信息；几何模型生成步骤，用于根据该工件形状信息生成一任意步骤中一工件的几何模型；和一测量程序生成步骤，用于根据该几何模型生成一测量程序。
在其中通过一NC程序而执行加工控制的NC加工中，本发明的再另一个方面包括有步骤划分步骤，用于通过分析该NC程序，划分各作业要素加工或加工要素加工中的该NC程序；加工要素抽取和坐标系移动步骤，用于抽取在以上步骤中被划分的各作业要素加工或加工要素加工的工件形状信息；几何模型生成步骤，用于根据该工件形状信息生成一三维坐标系中的几何模型；测量路径生成步骤，用于根据该几何模型确定一测量路径；和测量程序生成步骤，用于根据该测量路径生成一测量程序。
根据本发明的再一另一方面，权利要求4中所述的一种用于执行该测量程序的加工控制方法使用一测量结果作为加工控制信息，该测量结果是通过在NC程序中确定的若干处理中的至少一处理的结束处执行该测量程序而获得的。
在权利要求6中所述的加工控制方法中，本发明根据一测量结果生成一形状模型并将该模型作为加工控制信息提供用于一后续的加工处理在权利要求6或7中所述的方法中，本发明提供公差数据给该测量程序。
本发明还是一用于存储一程序的介质，该程序存储有工件形状信息抽取程序，用于通过分析该NC程序而抽取有关在作业要素加工、加工要素加工，或加工处理加工的一任意步骤中一工件形状的信息；几何模型生成程序，用于根据该工件形状信息生成一任意步骤中一工件的几何模型，和测量程序生成程序，用于根据该几何模型生成一测量程序。
而且，本发明还是一用于存储一程序的介质，该程序使用由权利要求4中所述的测量程序所获得的测量结果作为一加工控制方法来执行若干过程。
图1为结合有与本发明有关的测量程序生成和加工控制的一数控系统的整个构成的方框图。
图2为与本发明相关的测量程序生成装置的方框图。
图3为图2中所示的系统中的与本发明的相关的工件形状信息抽取单元的方框图。
图4A、4B和4C为表示本发明的实施例中所用的实际加工程序的示例性目录。
图5为本发明的实施例中所用的示例性材料形状的示意图。
图6为本实施例中所用的一最终工件形状的示意图。
图7为本实施例中所用的工具的目录。
图8A至8C为自本实施例中的实际加工NC程序导出的一G码展开目录。
图9为与本发明相关的一程序分析方法、待被使用的工具和加工要素中的作业要素的说明性示意图。
图10为说明性的作业要素的目录。
图11为本实施例中的一加工图形定义的一个例子的说明性示意图。
图12A为将一工件安装在一机床后在两坐标系之间的关系的说明性视图。
图12B为与实际工件形状相关的图12A中的一坐标系的说明性视图。
图13为机床上另两坐标系之间的关系的说明性视图。
图14为一坐标系目录。
图15为一说明性的几何元素参数目录的示意图。
图16为一几何元素目录的示意图。
图17为一CSG图元程序库的说明性视图。
图18为这些CSG图元之间的关系的说明性视图。
图19为一几何元素CSG程序库的说明性视图。
图20为一元素测量路径程序库的说明性视图。
图21为一干扰核查的说明性视图。
图22为图21中所示的干扰核查的目录。
图23为一确定一测量路径的安全区的说明性视图。
图24为形成一测量程序所用的公差表的示意图。
图25A至25F为由本发明生成的一测量程序的一个例子的示意图。
图26为与本发明相关的测量程序执行和测量结果分析的说明性示意图。
图27图26中所示的测量数据流的示意图。
图28为一示例性的测量结果的示意图。
以下将参照


本发明的一优选实施例。
图1示出了使用与本发明相关的测量程序生成和处理管理方法的数控机床系统的整体构成。
以与生成使用材料数据和最终部件形状信息的常规NC程序相同的方式生成一NC程序。在图1中，材料数据包含该材料的形状及其材质。NC程序生成装置20使用输入的材料数据和最终部件形状，以及以前存储的且由多个数据库提供的技术诀窍数据。在本实施例中，这些数据库包括一操作展开数据库21、一切削条件数据库22、一工具数据库23和一加工历程数据库24。该NC程序生成装置通过这些数据库被提供以用于NC程序生成的参考数据，例如工位上的技术诀窍、工位说明、实际加工所需的条件和待被使用的一机床的特定条件。
如上所述生成的NC程序和一工具目录被发送给一数字控制器25，数据字控制器25执行所需的演习、试验切削或模仿。在对该NC程序进行修改和编辑(图1中未示出)之后，在数字控制器25中完成一待被在工位最终使用的实际加工NC程序。
数字控制器25包括NC程序执行装置27、伺服控制装置28、和误差补偿装置29，它们都用于驱动一机床26。该NC程序、工具目录和材料数据被输入给NC程序执行装置27。NC程序执行装置27参照后面将予描述的测量结果，根据由输入数据所决定的一适当的进给运行来执行插入处理。该NC程序执行装置提供一伺服控制信号给伺服控制装置28。该NC程序执行装置可根据该NC程序，通过自该伺服控制装置28提供的一输出驱动信号，执行机床26的进给控制。误差补偿装置29被用来对工件尺寸误差和由机床26的热膨胀所引起的位置误差进行补偿，该误差补偿装置可使用机床26上所设的一测量装置的输出信号对由机床的热膨胀引起的误差等进行补偿。
如上所述，根据该NC程序，机床26对置于一工作台上的工件30执行期望的作业要素加工、加工要素加工和加工处理加工，并完成对处于第一姿态的工件30进行的加工。
在完成了对处于第一姿态的工件30的加工处理加工之后，一测量仪器31根据一测量控制器32中的一测量程序测量工件30的坐标系。测量结果通过测量结果分析装置33被反馈给数字控制器25中的NC程序执行装置27用于后续的处理。如果需要，测量结果还被提供供各数据库21、22、23和24。如上所述，根据图1中所示的实施例，可根据生成的NC程序对工件30执行期望的数字控制加工。在对处于第一姿态的工件30执行加工处理加工后，工件30的姿态被改变至第二姿态，并根据该NC程序对处于第二姿态中的该工件进行加工。
本发明的特征在于使用提供给数字控制器25的实际加工NC程序生成提供给测量控制器32的测量程序。因此，为此目的设置有一工件形状信息抽取单元23、一几何模型生成单元35和一测量程序生成单元36。
工件形状信息抽取单元34被提供以工具目录和自NC程序生成装置20输出的实际加工NC程序。根据这些输入数据，通过分析该NC程序，各作业要素加工、加工要素加工和加工处理加工的一任意步骤的工件形状信息被抽取。所抽取的工件形状信息通过几何模型生成单元被转换成该任意步骤中的一三维几何元素或一几何模型。对于该几何元素或几何模型，测量程序生成单元36可通过从预定的测量路径中选择一测量路径而生成一最佳的测量程序。如从图1中显见的，如上所述生成的测量程序被提供给测量控制器32同时由几何模型生成单元35生成的几何模型被提供给测量结果分析装置33。由测量程序生成单元36所生成的测量目录也被提供给测量结果分析装置33。在本发明中，不仅上述的加工目录和NC程序而且材料数据和最终部件形状也被提供给工件形状信息抽取单元34。在此情况下，能实现一测量探头的更安全且更简单的移动路径的确定。
因此，根据本发明，测量程序总是与实际加工NC程序相关。使能响应于待在实际加工中使用的NC程序得到一最佳测量程序。通过使用这样一测量程序所获得的测量结果总被提供给数字控制器25，使能响应于该结果进行加工控制。
图2示出了数控机床系统(图1中所示)的测量程序生成单元的详细构成。在本实施例中，通过将正执行NC加工的一加工要素定义为一测量单位而执行测量。一测量定时被确定为在完成一作业要素的一系列加工步骤后获得一加工要素的时间。自然能在当多个加工要素已被进行的加工处理完成的时间进行测量。在实际测量程序中，测量定时是在完成若干加工要素时或在完成一加工处理时。
在图2中，NC程序40被提供给工件形状信息抽取单元34中的NC程序分析单元41。该NC程序分析单元41首先将该NC程序划分成由使用该NC程序40的若干作业要素和分别提供的工具数据所分类的若干部分。NC程序分析单元41将作业要素信息提供给一加工要素抽取单元42。在该加工要素抽取单元42中，在该NC程序中所用的若干加工要素被抽取并与作业要素相组合地被输出。NC程序分析单元41还将NC程序中所用的坐标数据提供给一坐标系移动单元43，从而用于NC加工生成的坐标系被移动成一用于测量的三维坐标系。所抽取的加工要素目录或被移动的坐标系被提供给几何模型生成单元35中的几何元素生成单元44，从而由该NC程序确定的加工元素被移动并作为一普通三维坐标系中的几何元素被输出。在本实施例中，该几何元素还进一步通过几何模型生成处理单元45被组合成一几何模型。该组合成的模型被提供给测量程序生成单元36。在本发明中，变换成一几何模型不是必需的，自几何元素生成单元44输出的几何元素也可被直接提供给测量程序生成单元36。而且，由几何模型生成处理单元45生成的几何模型46被提供给测量结果分析装置33，如图1所示。
测量程序生成单元36被提供以几何模型或几何元素目录以及来自测量仪器31的探头信息47，公差信息48和其它所需的信息49。根据这些输入的信息，生成一测量程序50且该测量程序被提供给图1中所示的测量控制器32。
图2说明了自NC程序40生成测量程序50的概要过程。在以下描述中，将详细说明这些过程的细节。
作业要素和加工要素的抽取首先参照图3至11说明进行抽取作业要素的NC程序分析单元41的细节。
图3示出了工件形状信息抽取单元34(图2)中的与本发明相关的NC程序分析单元41的细节。NC程序分析单元41被提供以实际加工NC程序和一如上所述的工具目录。如果需要，材料数据和最终工件形状也被提供。
在NC程序分析单元41中，输入数据被存储在一存储装置60中。该实际NC程序被逐块地分析，且数据通过一数字数据转换单元61而被转换。这些数据通过G码展开目录生成单元62被输入作为一G码展开目录。在此时，一块中包括多个操作，例如一宏程序或若干子程序的情况。它们根据RS-274-D格式被展开成基本命令且然后被输入G码展开表。展开成G码不是本发明所必需的。然而，它们被展开成G码更易于解释，以通过计算机处理该实际加工NC程序。
在程序分析单元41中，整个实际加工程序通过划分单元63被划分成涉及G码展开目录的若干作业要素。
通过划分单元63将NC程序划分成作业要素加工最好集中在一序列号(N号)、工具索引(T码)、工具更换(M6)和随意停止(M01)上执行。在实际操作中，可通过首先将注意力放在工具更换上执行将该程序划分成作业要素加工。在工具更换的期间，一工具被使用。其被利用作为一作业要素间隔。但是，最好通过读取一工具的路径图形以及工具更换来可靠地执行划分成作业要素加工，因为多个作业要素加工步骤可使用一个或相同的工具执行，例如使用一个钻头钻多个制备孔的情况。
图4A至4C示出了在本实施例中所用的加有一程序号O0001的一实际加工NC程序的一个例子。
图5示出了待通过实际加工NC程序被加工的一材料形状，而图6示出待通过实际加工NC程序从图5所示的材料加工成的一最终工件的形状。这些材料数据(包括材料的材质)及最终工件形状被提供给NC程序分析单元41。如从图6中显见的，在该加工中，需要执行上平面铣、侧铣、在前面加工两个螺孔、在上面钻四个被倒角的孔和槽加工。
对于这样的加工，NC程序生成单元20确定加工过程，将过程展开成作业要素、决定待在各作业要素中使用的工具，并确定各工具的切削条件。
图7示出在程序O0001中使用的一工具目录。各刀号被以T码的形式示出，且有关各工具的数据被列出如图7中所示。该工具目录被提供给NC程序分析单元41。
在程序分析单元41中，实际加工NC程序被存储在存储装置60，并经数字数据转换单元61通过G码展开目录生成单元62被转换成计算机更易于分析的G码展开目录。在图8A至8E中，示出了被展开成G码的实际加工NC程序O0001的一目录。该实际加工NC程序和G码目录通过行号被列出，且它们的内容基本相同。
本实施例中的实际加工NC程序被划分成附加有序列号1至9的9个序列。该9个序列被分类为使用不同工具的操作。在本实施例中，即使使用一个且相同的工具，如果使用该工具对材料的不同位置进行加工。它也被识别为不同的作业要素。在此情况下，根据该工具的加工路径，该程序被划分成若干作业要素。不过为简化说明，为该9个序列中的每个中的各操作的要素加工示出了一加工条件抽取例子。
N1中的作业要素的分析选择行4中的T1，且执行行5中的M6(工具更换)。因此，可以理解直至行7,M6(工具更换)被指令，工具T1被使用以进行加工。在本实施例中，该程序中的一组这样的行被表达为序列N1。不过，显然在实际加工NC程序中，这种序列对于工具是无意义的。
从图7中所示的工具目录的T码1可以理解到工具T1为一直径为100mm的平面铣刀。行7规定了一加工坐标系G54。在本实施例中，坐标系G54显示图6中所示的最终工件形状的上面。以上过程被定义为第一处理中的加工。
在行10中，被工件被送出以用于第一次的切削进给，且待被切削的面为Z=0.1(行9)。平面铣刀应落下的点具有由行7规定的Z、X、Y坐标值(160,50)。从行10至13显示工具的移动轴交替地移动，例如X、Y、X、Y，同时Z坐标值保持不变。通过将这样一工具路径图形与图形定义存储单元64中存储的定义数据相比较，该作业要素可被判定为在一平面上的加工。在图9中，示出了一作业要素、待被使用的一工具和一程序分析方法(它们都用于该加工要素)的一图形定义例子。使用这样一图形定义、执行作业要素加工的识别。
在图10中，示出了一作业要素目录的例子。在本实施例中，这些作业要素被提供给加工要素抽取单元42和坐标系移动单元43。
自然，图10所示的作业要素只是个例子，不仅比较大的作业要素而且被划分分成更小要素的作业要素的定义在本发明中是较好的。可响应于一机床的精度或整个加工系统的分辨力而任意地设定作业要素定义的水平。
对序列N1的程序的进一步分析导致行10、11和12显示出与行15、16和17中同样的路径，除了Z坐标值不同外。因此，可以理解行15、16和17表示精加工，由于以后没有使用相同工具的作业要素。
行19至30被判定是表示第二加工处理，因为它们使用一坐标系G55，该坐标系G55是用于在图6所示的本实施例中最终工件形状的前面上的加工的坐标系。行22、23和24表示与行27、28和29中相同的路径，除了Z坐标值不同外，且该Z坐标值的差值为0.1。因此，行22、23和24被判定为表示粗加工，而行27、28和29被判定是表示精加工。而且，由于切削区域覆盖整个工件，它被判定是一平面加工要素。
下面，将乘洁地说明对序列N2至N9中的作业要素的分析。
N2中的作业要素的分析在行31中，主工具被改变为T2，且过程进至N2中的作业要素。从图7中的工具目录可见，T2被识别为一直径为3mm的中心钻头。结果，N2中的作业要素被判定为钻孔，且下面的第一加工处理中的5个作业要素和第二加工处理中的2个作业要素被抽取。
第一加工处理(G54)位置1(70.000,50.000)，位置2(-70.000,50.000)位置3(-70.000,50.000)，位置4(70.000,-50.000)
位置5(30.000,0.000)第二加工处理(G55)位置1(40.000,0.000)，位置2(-40.000,0.000)N3中的作业要素的分析在行47中，主工具被改变为T3，且过程进至N3中的作业要素。从图7中的工具目录可见，T3被识别为一直径为20mm的钻头。结果N3中的作业要素被判定为钻孔，且下面的5个作业要素被抽取。
第一加工处理(G54)位置1(70.000,50.000)，位置2(-70.000,50.000)位置3(-70.000,50.000)，位置4(70.000,-50.000)N4中的作业要素的分析在行57中，主工具被变为T4，是一直径为30mm的钻头。结果，N4中的作业要素被判定为钻孔，且下面的4个作业要素被抽取。
第一加工处理(G54)位置1(30.000,0.000,-19.9)，位置2(-70.000,50.000)位置3(-70.000,-50.000)，位置4(70.000,-50.000)N5中的作业要素的分析在行68中，主工具被变为T5，是一直径为25mm的立铣刀。
立铣刀和平面铣刀通常具有它们可处理的多种加工图形。因此，不易于从待被使用的工具简单地判定抽取什么作业要素。然而，在本实施例中，通过划分单元63和加工要素抽取单元42经比较一工具加工路径和加工图形定义来执行该判定。在此已对于平面铣刀和钻头的情况示出了一些例子。而且，图11示出了这些加工图形定义和加工要素之间的相关性的一个例子。
现在，返回到序列N5中的作业要素。行71至74表示工具落到加工处理1(G54)中位置(30.0,0)处的待被加工的一面上。行75至81表示在一面上的移动。由于行75(-50.0,0)中的位置与行80(-50.0,0)中的位置相同，可以判定该移动具有一封闭的路径。而且，行75到80表示该路径的内部，因为在行75规定了G41的向左补偿。被从上述路径向内移过该工具的半径的G41中的路径被设定，自其求出被再移过该工具的半径的路径。在此情况下，该路径已被消除。自这些工具路径，当工具如行75至80指示地那样移动时，内部不会剩余有残余的切削量。因此，它被判定为一坑加工要素。这是一个在如图11中的加工图形定义所示的坑加工要素中使用一立铣刀的图形。如上所述，使用图11中的图形定义，必然在例如以上的一复合程序上执行程序分析。
行75中的工具的移动被判定接近该工件，而行81中的移动被判定为退离该工件。接近和退出的量被存储在图12中所示的坑加工要素的一图形目录中。
行82示出了从该工件面向上的移动，而行83示出了在第二加工处理中定位到位置(40,0)。行86至88示出了在一面上的移动。行87示出了沿一圆形路径的移动。行86示出了G41对该圆形路径一向左的补偿。如上所述，且它被判定显示该路径的内部。示出从该圆形路径移过该工具的半径的G41中的路径，然后自其求出被再移过该工具的半径的路径。但是，如由判定1所示的，该路径已被消除。因此，判定出内部没有剩余残存的切削量且它被判定为一坑加工要素。由于在序列N2和N4中的坑加工要素的中心位置该工件已被进行加工且该坑的形状为一圆形，它最终被判定为一钻孔要素。如上所述，可使用对序列5的加工图形定义来执行作业要素的识别。
N6中的作业要素的分析行97示出主工具被改变为T6，是一直径为25mm的立铣刀。
在一面上进行行105至018的移动，且行105至108中的位置是相同的。因此，该移动被判定具有一封闭的路径。该路径和若干工具通过判定1被比较。结果，如果内部没有残存的切削量，它被判定是一坑加工要素。其路径与序列N5中的路径相同。因此，它被判定为一精加工，而序列N5中的作业要素1的加工被判定为一粗加工。还可判定出行105和108中的点表示一最终形状。
N7中的作业要素的分析行111表示主工具被改变为T7，是一直径为8.2mm的钻头。因此，序列N7被判定为一钻孔要素，且以下的作业要素被抽取。
第一加工处理(G55)位置1(40.000,0.000)位置2(-40.000,0.000)N8中作业要素的分析行119表示主工具被改变为T8，是一直径为25mm的倒角工具。该倒角工具通过G81中的一固定的钻孔循环而被固定同时Z坐标值如行124至128所示地增大。因此，N8中的作业要素被判定为一钻孔要素。
第一加工处理(G54)位置1(70.000,50.000)，位置2(-70.000,50.000)位置3(-70.000,-50.000)位置4(70.000,-50.000)第二加工处理(G55)位置1(40.000,0.000)位置2(-40.000,0.000)N9中的作业要素的分析行134表示主工具被改变为T9，是一M10的螺丝攻。因此，序列9中的作业要素被判定为一钻孔要素。
第一加工处理(G55)位置1(40.000,0.000)位置2(-40.000,0.000)如上所述，该实际加工程序被顺序地进行分析、划分成若干作业要素且作业要素被抽取。
如上所述，该NC程序被划分成若干作业要素。针对某些作业要素，图4A到4C中所示的实际加工NC程序的分析结果在这里被进行了简洁的概括。在序列N1之前，图6中G54面上的一槽具有一Z=0的上面。该面在Z=0.5和Z=0上被切削两次。由于它在Z=0上更深，该面被抽取作为作业要素。在序列N2的中间，在X=30和Y=0的面上钻一中心孔。因此，可以理解在这里生成一中心钻孔要素。
在以上面上的作业要素也可以相同的方式适用于以下的作业要素。
在序列N4的前半部分，可以认识到上面形成的作业要素的中心钻一制备孔且在其中正形成一孔作业要素。
在序列N5的前半部分，加工一槽且可以认识到已完成槽作业要素。
而且，在序列N6中，执行一精加工的槽加工，且可以认识到已形成一槽作业要素。
如上所述，在NC程序分析单元41中，通过将NC程序40划分成若干作业要素而对其进行分析。
如上所述被划分且分析的这些作业要素通过加工要素抽取单元42被转换成一加工要素目录。实际上，最好在NC机加工期间根据加工要素而非作业要素来执行测量。这是因为是通过完成一加工要素来完成在材料的一位置上生成一形状的加工的。
根据上述的多个作业要素，通过根据待被加工的一位置和工具的一种类进行分类而将操作集中在一加工要素上。可从该程序中加工的次序理解作业要素之间的关系。如果在该多个作业要素中取一中心作业要素和一孔作业要素作为一例子。可从它们的待被加工的位置认识到不需为该作业要素考虑中心作业要素且只有该孔作业要素被抽取。同样，可以认识到到对于多个槽作业要素，如果在一位置上执行这些槽操作，只有一最后的槽操作被抽取作为该加工要素。
如上所述，通过加工要素抽取单元42抽取测量所需的一加工要素目录且该加工要素目录被提供给几何模型生成单元35。
坐标移动即使如上所述地得到该加工要素目录，它自身不能被用于一测量程序。换言之，在一NC程序中，加工坐标系与被固定在一托板上的工件的姿态相关。例如，如果它不在机床的托板上，图6中所示的工件形状被实际地示作为图12A中那样。而且，在其上表面上进行的加工通过坐标系G54而被示出。而在其前表面上进行的加工则通过坐标系G55被示出。在该加工程序中，通过改变该工件在托板上的姿态或改变该工具的参考表面而执行G54和G55中的加工。结果，该加工的坐标系处理的表面不同于图12B中所示的实际工件形状的坐标系表面。在通过本实施例的NC程序进行的加工中，图6中所示的形状的上和前表面是在同一托架上并在相同的加工处理中被进行加工。不过，这是为了加工便利，并且它与图12B中所示的实际形状的上和前表面的几何位置之间的关系不同。如图12A所示，在该加工程序中，该上表面的坐标值是基于坐标系G54，而该前表面的坐标值是基于坐标系G55。换言之，坐标系G55是通过沿XYZ方向简单地并行地移动坐标系G54而得到。然而，实际工件形状的坐标系G54是通过沿XYZ方向并行地移动加上转动G54而得到的，如图12B所示。该移动的矩阵表达式被描述如下公式1转动并行移动 因此，在坐标系变换单元43中，如由以上坐标系变换所示地执行NC程序坐标系和实际形状坐标系之间的坐标系变换，该变换后的坐标系被提供给几何模型生成单元35的几何元素生成单元44。
在图2中，机床的坐标系51被输入给坐标系变换单元43。当托架上的工件的位置因加工处理的变化(根据使用的加工程序而偶然发生的)而变得任意时，它是有效的。在这样的情况下，该机床的坐标系被输入且可有效地进行响应于工件形状的坐标系变换。
例如，当如图13所示(不同于图6中的工件形状)地在一单一工件上设定坐标系G56和G57时，该两坐标系通过简单地相互并行移动而得到。因此，通过计算两者的相对位置，坐标系的变换被容易地实现，下面示出了较好的坐标系变换公式。
公式2X56Y56Z561=100500104000100001X57Y57Z571]]>加工期间的测量通常是在一加工处理结束时进行的。在某些情况下，工件被从机床移至一测量仪器。在这些情况下，工件可沿任意方向被固定在测量仪器的一台子上。因此，该测量仪器不知道如何安放图12A中所示的坐标系G54和G55内任意一个中的参考坐标系，例如，G54。因此，测量仪器使用一程序测量获得作为参考坐标系的G54所需的几何元素以生成一常规的测量程序。以此方式，该测量仪器得知坐标系G54的位置，并存储它自己的坐标系(仪器坐标系)和坐标系G54之间的关系。结果，可根据坐标系G54移动一探头，因为部件形状尺寸的坐标值是基于坐标系G54的。在实际测量操作期间该测量仪器可将这样的数据提供给一测量程序。在这样的测量仪器中所用的坐标系移动公式被示出在下公式3G54 加工CS1 仪器坐标系X54Y54Z541=U11U12U13O1U21U22U23O2U31U32U33O30001XMYMZM1]]>一旦一参考坐标系，例如G54，被得知，可容易地通过该参考坐标系G54示出坐标G55。图14示出了该两坐标系之间的关系。坐标系G55存储参考坐标系G54的相对位置作为参数。参考坐标系G54也可通过将通过公式被预先求出的参数输入公式3而被求出。公式3表示坐标系G54和固定在测量仪器上的仪器坐标系之间的一计算。
在实际测量中，测量装置使用一夹具将部件放置在一固定位置，测量一次参考坐标系G54且然后存储G54。在各形状中的G54的单独测量被省略。
几何模型或几何元素目录的生成如上所述，该加工要素目录和坐标系移动数据被提供给几何元素生成单元44，且根据该输入信息生成一几何元素目录。
图15示出了几何元素参数目录的一个例子。通过如图15中部分所示的尺寸的坐标值及中心P示出一倒角工具加工孔、一阶梯孔、一阶梯螺纹孔、一槽和一圆形槽。该工件形状的几何元素参数目录被这样生成。
这些几何元素与坐标系(在本实施例中为G54和G55)共同地被存储作为图16中所示的一几何元素目录。使用该目录，坐标系中的一几何元素的位置可被精确地示出。
因此，使用如上所述的几何元素目录，可生成使用一预定测量路径的测量程序。在图2所示的实施例中，该几何元素目录通过几何模型生成处理单元45被转换成一几何模型。换言之，该几何元素目录可通过使用一CSG(构造立体几何)图元库或类似而被表达，该CSG更易于使用计算机进行处理。在图17中示出了这样一CSG图元库的例子。图元之间的关系可通过图18中所示的运算符表达，这些运算符是“或”、“与”、“减”和“非”。在图19中，示出了由CSG库表达的几何元素的例子。例如，一倒角工具加工孔可使用两个圆锥和一个圆柱表达。如图17所示，形成该几何模型的图元由例如方块、球、圆柱、圆锥和棱锥的简单的三维物体组成。由通常的机床所建立的形状可通过这些简单的图元被充分地表达。换言之，多个图元使用图18中所示的运算符形成一接合部分并生成测量所需的一几何模型。这些运算符被定义为1．或两个图元的整体或一接合部分2．与两个图元的共同部分或一接合部分3．或从另一个图元中减去一图元或一接合部分所生成的部分，及4．非除去一图元或一接合部分以外的部分。
测量路径的确定自几何元素生成单元44输出的几何元素目录或自几何模型生成处理单元45输出的几何模型顺序地包含有关各加工要素的形状或待在各处理中生成的形状，及待被处理的几何元素的数据。如前所述，还根据有关这些几何元素属于的坐标系的数据抽取各几何元素的参数。
根据这些数据，测量程序生成单元36首先确定一测量路径。参照图20中所示的一测量路径库判定各几何元素附近的一测量路径。
当确定该测量的路径时，需要进行一干扰检测。例如，在图21所示的形状的情况下，两个圆柱形孔相交。在相交的位置，如图21中的阴影区所示地生成一干扰部分。在该干扰部分中，测量是不可如果干扰实际地出现，图22示出了这些干扰部分的一目录。当确定该测量路径时，如果干扰实际地出现，图22中的干扰目录被参照，且最好在除该干扰部分中的测量点以外的测量点之间加上一测量点。
一旦如上所述地确定各几何元素的一测量路径，这些测量路径被连接为用于整个工件的一测量路径。为连接这些测量路径，通常使用下面两种方法之一。
第一种方法是由几何元素表示一探头移动路径并检查该路径和工件形状之间的干扰。然后选择一没有干扰的测量路径。
如果可用材料数据，第二种方法是在工件形状周围设定一安全区，如图23所示，并在各几何元素的测量完成之后将一探头移回到该安全区。在图23中，如果探头从上面上的一孔4CR移至一侧上的一孔51CR，如果它沿一直线移动，该探头将与该工件相撞。因此，该探头总是移回到该安全区，并通过该安全区移至该几何元素的一后续测量点。
一旦如上所述地确定该测量路径，测量程序生成单元36参照探头信息47、公差信息48和其它需要的信息49，生成一测量程序50，如图2所示。在图24中示出了公差信息48的一例子。孔公差和尺寸公差可被反映到该测量程序上。例如，当确定了一参考命令(比较一标称值和一测量值的命令)时，通过一通用公差而自动地确定该几何元素的一公差。使用如上所述确定的公差。该参考命令可被确定。
除了公差信息之外的其它所需的信息被列出在下面1．起因于一测量程序的信息a、程序名b、程序文件名c、测量结果输出文件名d、测量结果输出装置e、测量结果输出格式f、其它(处理控制信息等)2、起因于一测量装置的信息a、基准面的设定b、单位(mm/英寸)c、移动及测量速度d、测量操作参数e、探头(测量值)信息f、参考信息g、其它(探头补偿主球等)3、起因于一初始坐标系设定的信息a、在自动和手动测量之间转换b、要求一坐标系以上信息未包括在本发明中所用的NC程序中。因此，操作者通常提前输入这些信息。由于它们被预设定，不需要输入有关一测量装置的初始值。如果期望值不同于这些初始值，可通过在提前准备且具有初始值的模板中选择一模板而容易地输入这些初始值。
根据本发明，如上所述，可通过分析NC程序40容易地生成测量程序50。图22A至25F示出了通过本发明的测量程序生成方法所生成的一测量程序的一个例子。
图1中的工件形状信息抽取单元34、几何模型生成单元35和测量程序生成单元36由存储它们的过程的一介质中的若干程序所组成。这样的介质被以软盘、CD-ROM、硬盘或ROM的形式提供。
加工管理本发明的特征在于如上所述地通过一NC程序生成一测量程序以使可得到与实际加工紧密相关的测量程序。而且，当测量一被进行加工的工件形状时，测量结果被反馈给机床的加工管理以使与NC加工程序的关系可被加强。
图26示出了其中测量控制器32使用测量程序50控制测量仪器31的状态。测量控制器32提供由预定测量程序确定的一测量路径给测量仪器31的探头。在一任意步骤中，该探头自动地测量该工件形状。测量值作为测量数据被从测量控制器32发送给一测量数据收集单元70。在测量数据收集单元70中，期望的首部信息被加至该测量结果，并且该数据连同该首部信息一起被存储在数据库71中。测量结果分析装置33包括测量数据收集单元70、数据库71和处理分析器72。分析结果被反馈回给机床26以使测量结果可被反映在后面的加工处理上。
图27示出了各处理中的测量结果数据流。在本实施例中，对任意被选择的加工处理执行测量操作。所获得的测量数据马上由处理分析器72进行诊断，且然后将诊断结果反馈给下一加工处理中或如果需要反馈给全部加工处理中的加工管理。
现在，返回到图26，将在下面进行更详细的说明。
如果来自测量仪器31的测量结果表明一结果超出了公差或处于危险区内，测量控制器32马上将一测量数据误差通知给机床26。测量控制器32命令暂停进行加工或改变下一加工步骤中的残存切削量。
测量控制器32将正常的测量数据发送测量数据收集单元70，后者将下面的首部信息加至该测量数据1．起因于一首部的信息a、首部名b、首部文件名c、日期(首部生成日期)d、部件名e、单位f、测量项目数2、起因于一测量项目的信息a、测量项目名
b、一特征名c、值d、上公差e、下公差f、UCL(上控制限度)g、LCL(下控制限制)3、起因于一加工处理的信息a、误差因数b、误差限度c、误差之间的关系d、环境温度处理分析器72使用数据库71中累积的测量数据执行统计、分析和诊断。处理分析器72生成例如X-R程序、X-S程序，即一趋向程序的若干管理程序，并将结果通知给机床26。
图28是一表示测量值和公称值之间的关系的圆形。如果测量值大于公称值的上限或小于公称值的下限，它作为在公差范围之外的一危险区中的值马上被通知给机床26。接近该公差限度的一范围中的值也作为危险区的一值被通知给一后续加工处理或一紧接前面的加工处理检查。
根据本发明，可在加工期间实时地获得一测量结果。因此，该结果被马上发送给一后续的加工处理并例如在后面处理中的机床进给中得到反映。
由处理分析器62获得的管理数据通过一已知的诊断程序，例如FEMA(故障种类及效果分析)或FTA(故障树分析)而被分析。在本发明，这些诊断程序通过序列地获悉加工程序和测量程序的修改而能提高准确度。而且，如从图32中显见的，可从机床26的运动态收集有关电源的时间系列中的数据，并使用FFT(快速傅里叶变换)或其它的硬件对该数据进行光谱分析以获得一波形的高频分量的数字值并计算它们的方差。还能判定测量表面的粗糙度和测量结果的大小，以及刀具锋利性的降低、刀具磨损、工件附件中的不足和加工误差。最好将该判定结合入处理分析器中的例如FTA的诊断程序中。
而且，如从图32显见的，有关机床26的状态的信息被提供给数据库71。来自误差数据库73的各种误差数据或来自误差因数数据库74的误差因数诊断程序也被提供给数据库71。使用这样的信息，处理分析器72不仅能将上述的分析信息而且可将形状元素，例如大小、轮廓、姿态、位置和粗糙度提供机床26。因此，机床26提供这些管理数据可在下一步骤中执行最佳的加工控制。
在本发明中，图26中所示的测量数据收集单元70、数据库71和处理分析器72中的程序可在一存储介质中存储以上过程，如果需要，误差数据库73、误差因数数据库74和测量控制器32也是这样。该存储介质可以软盘、CD-ROM、硬盘和ROM的形式被提供。
本发明的优点根据以上所述的本发明。在NC加工中，可直接从一实际加工NC程序中生成一测量程序。因此，能在任意加工步骤中容易地获得最佳的、详细的测量结果。
而且，可不管NC程序的大小且不需要常规的、复杂的自动编程而生成本发明的测量程序。该测量程序总是与一实际NC程序相关，且如果其中一程序被修改，该修改能被反映在另一程序上。因此，使用加工程序和测量程序之间的一连接来支持加工管理变为可能。
还有，本发明中的测量程序不仅对采用一NC程序的机床起作用而且对于其它的机床也能以相同的方式起作用。而且，可生成具有非常高的概括性的测量程序，由于各测量程序被生成为一作业要素、加工要素、加工处理的一任意步骤中的测量程序的一模块组件。测量程序总能获得测量所需的最新的技术诀窍。通过保留以此方式获得的测量，该测量程序可被适用于其它的机床，导致了优越的概括性和较宽的延伸性的优点。
通过执行与本发明有关的测量程序所获得的测量结果可总被反映在一加工处理中的后续或居前的步骤中，且能提供非常优越的测量值作为加工管理数据。
尽管对本发明的一优选实施例进行了描述，但可以认识到能对其作出各种修改，期望所附权利要求覆盖落入本发明的精神及范围之内的所有修改。
权利要求
1.一种在NC加工中使用的测量程序生成装置，在该NC加工中通过一NC程序执行加工控制，该装置包括一工件形状信息抽取单元，用于分析该NC程序从而抽取各作业要素加工、加工要素加工、或一加工处理加工的任意步骤中的工件形状信息；一几何模型生成单元，用于根据该工件形状信息，生成任意步骤中的一几何模型；及一测量程序生成单元，用于根据该几何模型生成一测量程序。
2.一种在NC加工中使用的测量程序生成装置，在该NC加工中通过一NC程序执行加工控制，该装置包括一划分单元，用于通过分析该NC程序而将一程序划分成作业要素加工或加工要素加工；一加工要素抽取及坐标系变换单元，用于抽取所划分的作业要素加工或加工要素加工中的一工件形状信息；一几何模型生成单元，用于根据该工件形状信息，生成一三维坐标系中的几何模型；一测量路径生成单元，用于根据该几何模型，确定一测量路径；及一测量程序生成单元，用于根据该测量路径，生成一测量程序。
3.一种在NC加工中使用的且执行权利要求1中所述的测量程序的加工管理装置，还包括测量结果分析装置，用于使用该测量结果作为加工控制信息，该结果是通过在该NC程序中的若干加工处理中的至少一个加工处理的结束处执行该测量程序而获得的。
4.一种在NC加工中使用的测量程序生成方法，在该NC加工中通过一NC程序执行加工控制，该方法包括有步骤通过分析该NC程序，抽取各作业要素加工、加工要素加工、或一加工处理加工的任意步骤中的工件形状信息；根据该工件形状信息，生成任意步骤中的一几何模型；及根据该几何模型生成一测量程序
5.一种在NC加工中使用的测量程序生成方法，在该NC加工中通过一NC程序执行加工控制，该方法包括有步骤通过分析该NC程序，将该程序划分成作业要素加工或加工要素加工；抽取所划分的作业要素加工或加工要素加工中的工件形状信息；根据该工件形状信息，生成一三维坐标系中的几何模型；根据该几何模型，确定一测量路径；及根据该测量路径，生成一测量程序。
6.一种在NC加工中使用的且执行权利要求4中所述的测量程序的加工管理方法，其中在该NC程序中的若干加工处理中的至少一个加工处理的结束处执行该测量程序且该测量结果被用作为加工控制信息。
7.根据权利要求的6的加工管理方法，其中根据该测量结果生成该加工处理中的一形状模型且该形状模型作为加工控制信息被提供给一后续的加工处理。
8.一种测量程序生成方法，其中公差数据被加至权利要求6或7中所用的测量程序。
9.一种存储一程序的介质，该程序用于使计算机执行通过分析一NC程序，抽取各作业要素加工、加工要素加工、或一加工处理加工的任意步骤中的工件形状信息的一过程；根据该工件形状信息，生成任意步骤中的一几何模型的一过程；及根据该几何模型，生成一测量程序的一过程。
10.一种存储一程序的介质，该程序使计算机使用通过根据权利要求4的测量程序所获得的测量结果作为加工控制方法执行若干过程。
全文摘要
一种根据一测量程序进行NC加工管理的方法和装置,其中通过一NC程序确定在一任意加工阶段的加工形状,生成一几何元素或一几何模型,并根据该几何模型生成一测量程序。当在完成该NC程序的若干步骤中的至少一步骤时执行该测量程序,且测量结果被用作为加工管理的控制信息。
文档编号B23Q15/00GK1214000SQ96180188
公开日1999年4月14日 申请日期1996年11月7日 优先权日1996年11月7日
发明者山崎和雄, 松宫贞行, 森田尚纪, 深谷安司 申请人:三丰株式会社, 株式会社森精机制作所, 大隈株式会社, 山崎和雄