高精度平面加工系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種平面加工系統(tǒng)及方法，尤其是一種高精度平面加工系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高精度平面加工一直是軍事、科技及民用等領(lǐng)域的核心制造技術(shù)。然而，電腦數(shù)字 控制（computernumericalcontrol,CNC)加工設(shè)備的精度、加工來料問題、加工刀具的磨 損及加工環(huán)境等因素很難保證平面加工處理的產(chǎn)品達到高精度（如〇. 001mm)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種高精度平面加工系統(tǒng)及方法，可以自動快速的對 物料的待加工區(qū)域邊檢測邊加工，以達到指定的加工精度。
[0004] 一種高精度平面加工系統(tǒng)，運行于與CNC加工設(shè)備相連接的計算裝置。該系統(tǒng)包 括一系列功能模塊，利用這些功能模塊，該系統(tǒng)控制掃描系統(tǒng)對待加工的物料進行掃描得 到不在同一條直線上的第一組掃描點，校正加工刀具，使得所述第一組掃描點所形成的平 面的法向量與所述加工刀具的軸線之間的角度小于等于預(yù)設(shè)值；在所述加工刀具校正完成 后，控制所述掃描系統(tǒng)對待加工的物料上至少四個位置進行掃描得到第二組掃描點，將所 述第二組掃描點擬合成的平面作為基準面，并計算所述基準面的平面度；對所述待加工的 物料的待加工區(qū)域進行矩形網(wǎng)格切分，在切分后的每個矩形網(wǎng)格中設(shè)置起始點和結(jié)束點， 根據(jù)各個矩形網(wǎng)格的起始點及結(jié)束點生成加工路徑；根據(jù)所述加工路徑確定當前需要加工 的矩形網(wǎng)格，控制所述掃描系統(tǒng)對確定的矩形網(wǎng)格從起始點到結(jié)束點進行掃描，每掃描一 次得到至少三個點，該至少三個點形成一個多邊形面；計算每個多邊形面的的中心點的Z 坐標與基準面的平面度之間的差值，將所述差值反饋給所述CNC加工設(shè)備以修正所述加工 刀具的Z坐標；控制所述CNC加工設(shè)備根據(jù)所述加工程序利用修正后的加工刀具對確定的 矩形網(wǎng)格沿起始點至結(jié)束點進行加工；在所有矩形網(wǎng)格加工完成后，將加工后的物料的待 加工區(qū)域更新為基準面，并計算更新后的基準面的平面度；及判斷所述更新后的基準面的 平面度是否小于等于預(yù)先設(shè)定的加工精度，以判斷物料是否加工合格。
[0005] -種高精度平面加工方法，應(yīng)用于與CNC加工設(shè)備相連接的計算裝置。該方法包 括：校正步驟，控制所述掃描系統(tǒng)對所述待加工的物料進行掃描得到不在同一條直線上的 第一組掃描點，校正所述加工刀具，使得所述第一組掃描點所形成的平面的法向量與所述 加工刀具的軸線之間的角度小于等于預(yù)設(shè)值；第一處理步驟，在所述加工刀具校正完成后， 控制所述掃描系統(tǒng)對待加工的物料上至少四個位置進行掃描得到第二組掃描點，將所述第 二組掃描點擬合成的平面作為基準面，并計算所述基準面的平面度；路徑生成步驟，對所述 待加工的物料的待加工區(qū)域進行矩形網(wǎng)格切分，在切分后的每個矩形網(wǎng)格中設(shè)置起始點和 結(jié)束點，根據(jù)各個矩形網(wǎng)格的起始點及結(jié)束點生成加工路徑；掃描步驟，根據(jù)所述加工路徑 確定當前需要加工的矩形網(wǎng)格，控制所述掃描系統(tǒng)對確定的矩形網(wǎng)格從起始點到結(jié)束點進 行掃描，每掃描一次得到至少三個點，該至少三個點形成一個多邊形面；第二處理步驟，計 算每個多邊形面的的中心點的Z坐標與基準面的平面度之間的差值，將所述差值反饋給所 述CNC加工設(shè)備以修正所述加工刀具的Z坐標；控制步驟，控制所述CNC加工設(shè)備根據(jù)所述 加工程序利用修正后的加工刀具對確定的矩形網(wǎng)格沿起始點至結(jié)束點進行加工；第三處理 步驟，在所有矩形網(wǎng)格加工完成后，將加工后的物料的待加工區(qū)域更新為基準面，并計算更 新后的基準面的平面度；及判斷步驟，判斷所述更新后的基準面的平面度是否小于等于預(yù) 先設(shè)定的加工精度，以判斷物料是否加工合格，若所述更新后的基準面的平面度大于預(yù)先 設(shè)定的加工精度，則返回所述掃描步驟。
[0006] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的高精度平面加工系統(tǒng)及方法，可以先對待加工區(qū) 域進行矩形網(wǎng)格切分，形成弓字形的加工路徑，再通過邊檢測邊加工迭代多次以達到理想 的平面精度。
【附圖說明】
[0007] 圖1是本發(fā)明高精度平面加工系統(tǒng)較佳實施例的運行環(huán)境圖。
[0008] 圖2是本發(fā)明高精度平面加工系統(tǒng)較佳實施例的功能模塊圖。
[0009] 圖3是本發(fā)明高精度平面加工方法較佳實施例的流程圖。
[0010] 圖4是加工路徑的示意圖。
[0011] 主要元件符號說明
[0012]
[0013]
[0014] 如下【具體實施方式】將結(jié)合上述附圖進一步說明本發(fā)明。
【具體實施方式】
[0015] 參閱圖1所示，是本發(fā)明高精度平面加工系統(tǒng)10較佳實施例的應(yīng)用環(huán)境圖。該高 精度平面加工系統(tǒng)10應(yīng)用于計算裝置1，該計算裝置1連接CNC加工設(shè)備2。計算裝置1還 包括存儲器11及處理器12。CNC加工設(shè)備2包括夾持治具21、加工程序23、掃描系統(tǒng)24、 加工刀具25及光學(xué)尺26。
[0016] 夾持治具21用于夾持待加工的物料22。該夾持治具21是根據(jù)待生產(chǎn)的產(chǎn)品的三 維圖檔制作的。
[0017] 加工程序23用于控制CNC加工設(shè)備2對物料22進行加工。
[0018] 掃描系統(tǒng)24可以為鐳射掃描儀，用于對物料22進行鐳射掃描，得到掃描點。
[0019] 加工刀具25用于根據(jù)加工程序23來切削物料22。
[0020] 光學(xué)尺26用于在CNC加工設(shè)備2加工物料22時讀取加工點的坐標。
[0021] CNC加工設(shè)備2還包括圖1中未示出的其他部件，例如放置物料22的工作臺，存儲 加工程序23、掃描系統(tǒng)24及CNC加工設(shè)備2運行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的存儲器，等等。
[0022] 所述的高精度平面加工系統(tǒng)10計算待加工的物料22的基準面的平面度，確定待 加工的物料22上指定加工區(qū)域的加工路徑，通過CNC加工設(shè)備2根據(jù)所述加工路徑對待加 工的物料22邊檢測邊加工，使得加工后的物料22的平面度達到指定的加工精度。
[0023] 參閱圖2所示，是本發(fā)明高精度平面加工系統(tǒng)較佳實施例的功能模塊圖。高精度 平面加工系統(tǒng)10包括數(shù)據(jù)讀取模塊101、校正模塊102、處理模塊103、路徑生成模塊104、 掃描模塊105、控制模塊106及判斷模塊107。模塊101-107包括計算機程序化指令，這些 計算機程序化指令存儲在存儲器11。處理器12執(zhí)行這些計算機程序化指令，提供高精度平 面加工系統(tǒng)10的上述功能。模塊101-107的具體功能請參閱下文關(guān)于圖3的介紹。
[0024] 參閱圖3所示，是本發(fā)明高精度平面加工方法較佳實施例的流程圖。根據(jù)不同需 求，該流程圖中步驟的順序可以改變，某些步驟可以省略或合并。
[0025] 步驟S01，將待加工的物料22放置在夾持治具21上，掃描系統(tǒng)24對待加工的物料 22進行掃描得到不在同一條直線上的第一組掃描點。數(shù)據(jù)讀取模塊101從掃描系統(tǒng)24讀 取所述第一組掃描點，并存儲于存儲器11。
[0026] 在本實施例中，該掃描系統(tǒng)24可以為鐳射掃描儀，所述鐳射掃描儀有至少三個掃 描頭，每掃描一次得到至少三個掃描點。所述掃描系統(tǒng)24安裝于CNC加工設(shè)備2的主軸上。
[0027] 步驟S02,校正模塊102校正加工刀具25,使得所述第一組掃描點所形成的平面的 法向量與加工刀具25的軸線之間的角度小于等于預(yù)設(shè)值（如5度）。在本實施例中，校正 模塊102測量掃描點所形成的平面的法向量與加工刀具25的軸線之間的角度，若所述角度 大于預(yù)設(shè)值，則通過調(diào)整加工刀具25的軸線，也就是調(diào)整工作臺來使所述角度小于等于預(yù) 設(shè)值。
[0028] 在加工刀具25完成校正后，步驟S03,掃描系統(tǒng)24對待加工的物料22上至少四個 位置進行掃描得到第二組掃描點，處理模塊103將所述第二組掃描點擬合成的平面作為基 準面，并計算所述基準面的平面度。所述至少四個位置所形成的區(qū)域包含待加工的物料22 的整個待加工區(qū)域。
[0029] 在本實施例中，處理模塊103利用最小二乘法迭代擬合基準面，并找出所述基準 面相對于所述第二組掃描點中所有點的最佳位置：所述第二組掃描點中所有的點到基準面 的距離的平方和的平均值最小（擬牛頓解非線性方程式），也就是基準面的平面度，計算公 式如下：
[0030]
[0031] 步驟S04,路徑生成模塊104對物料22的待加工區(qū)域進行矩形網(wǎng)格切分，在切分后 的每個矩形網(wǎng)格中設(shè)置起始點和結(jié)束點，根據(jù)各個矩形網(wǎng)格的起始點及結(jié)束點生成加工路 徑及所述加工程序23。如圖4所示，路徑生成模塊104在切分后的每個矩形網(wǎng)格中設(shè)置起 始點和結(jié)束點，如第一個矩形網(wǎng)格中的起始點1和結(jié)束點2,第二個矩形網(wǎng)格中的起始點3 和結(jié)束點4，第三個矩形網(wǎng)格中的起始點5和結(jié)束點6，依此類推。將各個起始點與結(jié)束點 依次相連，形成弓字形的加工路徑。
[0032] 在本實施