[發(fā)明專利]通過工具的動作模擬物體的加工的方法及其系統(tǒng)和計算機程序產(chǎn)品

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280031185.1
• 申請日: 2012-06-11
• 公開（公告）號: CN103649856A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設計）人: 阿蘭·蘇利文;L·馬努基安
• 申請（專利權(quán)）人: 三菱電機株式會社
• 主分類號: G05B19/4069
• 分類號: G05B19/4069
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 呂俊剛;劉久亮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及模擬加工，更具體地講，涉及一種利用布爾交集（Boolean?intersection）來模擬對物體的加工的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

數(shù)控加工

在計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）中，模擬數(shù)控（NC）加工（例如，車削、鏜孔、鉆孔、拉削、鋸切、成形、擴孔、銑削、攻絲、磨削）很重要。在模擬過程中，利用工具（例如，NC銑削工具）的計算機表示（representation）以及模擬加工工藝的一組動作來編輯物體（例如，工件）的模型。

所述模擬將物體的模型和工具的表示顯現(xiàn)在顯示裝置上，以檢測部件（例如工件和工具架）之間的潛在沖突并核實物體的最終形狀。

物體的最終形狀受工具和動作的選擇的影響。通常利用計算機輔助制造系統(tǒng)根據(jù)物體的期望的最終形狀的圖形表示來生成用于控制動作的指令。通常使用數(shù)控編程語言（也稱作預備代碼或G代碼）來實現(xiàn)所述動作，參見RS274D和DIN66025/ISO6983標準。

由計算機輔助制造系統(tǒng)生成的G代碼可能未能生成期望的最終形狀的精確復制。另外，工具和/或物體的動作被NC加工系統(tǒng)的馬達控制，NC加工系統(tǒng)具有有限的速度、動作范圍以及加速和減速能力，使得實際動作通常未能精確地遵循NC加工指令。

物體的實際最終形狀與物體的期望的最終形狀之間的不一致可能較小，并且難以觀察到。在一些情況下，這些不一致導致物體的最終形狀的表面中的不期望的鑿痕或刻痕，這些鑿痕或刻痕的深度和寬度在幾微米量級，長度在幾十微米量級。

通常，在加工期望的部件之前，通過加工測試物體（例如，由較軟并且較便宜的材料制成的工件）來測試一組NC機器指令。如果測試工件的目視檢查定位出測試工件中的不期望的不一致，則對應地修改NC加工指令。

然而，這種手動測試耗時且昂貴。加工單個測試工件的時間可能在幾小時量級，在獲得可接受的一組NC機器指令之前可能需要多次迭代。因此，可取的是，利用基于計算機的模擬和渲染來測試這些不一致。

工具

圖1A示出NC加工中使用的一組典型工具102、104、106和108。當工具相對于工件110移動時，工具從工件切除材料。這里，工具102、104、106和108從工件去除與表面112、114、116和118對應的材料（通常稱作“掃掠體（swept?volume）”）。各個工具所去除的材料的形狀由工具的形狀以及工具相對于工件的路徑來確定。

掃掠體

在加工過程中，工具根據(jù)工具和/或工件的規(guī)定動作（即，工具路徑或物體路徑）來相對于工件移動，其中，所述路徑可包括關(guān)于工具相對于工件的相對位置、取向以及其它形狀數(shù)據(jù)的信息。

隨著工具沿著工具路徑移動，工具切出掃掠體。在加工過程中，隨著工具沿著工具路徑移動，由工具的掃掠體橫切的一部分體積的工件被去除。這種材料去除可被建模為構(gòu)造立體幾何（CSG）差分運算，其中，利用掃掠體從工件的CSG減法運算來從工件去除工件的一部分。

圖1B示出沿著路徑152移動的形狀150的掃掠體160。路徑152指定作為時間的函數(shù)的形狀150的特定點的位置。該路徑可指定作為時間的函數(shù)的形狀的取向156、157和158。該路徑還可指定作為時間的函數(shù)的形狀的比例或形狀的任意變換。

在圖1B中，隨著形狀沿著路徑157移動，形狀150的原始位置、取向和幾何形狀變換為形狀154的最終位置、取向和幾何形狀。

圖2A示出工具202沿著直線204移動的直線路徑。

圖2B示出工具202的頂端210沿著圓弧212移動的圓弧路徑，工具的原始軸向214變換為路徑末端處的最終軸向216。

圖2C示出工具202的頂端210沿著曲線220移動的彎曲路徑。

其它可能的路徑形式包括將工具定位于點，使工具沿著一系列線（稱作折線）移動，使工具沿著螺旋或盤旋曲線移動，使工具沿著諸如二次貝塞爾（Bezier）曲線或三次貝塞爾曲線的多項式曲線或者一系列多項式曲線（稱作分段多項式曲線）等移動。可考慮能夠模擬的任何形式的路徑，包括通過過程定義的路徑，例如受工件的形狀或材料組成影響的路徑。

距離場