TWI510874B - 具有加工路徑修補功能的數值控制器及其加工路徑修補方法 - Google Patents

Description

具有加工路徑修補功能的數值控制器及其加工路徑修補方 法

本發明是有關於一種數值控制(Numerical Control；NC)機械裝置中的數值控制器，特別是有關於一種具有加工路徑修補功能的NC機械裝置之數值控制器及其加工路徑修補的控制方法。

首先，請參考第1圖，係一種習知電腦數值控制(Computer Numerical Control；CNC)機械裝置之數值控制器方塊示意圖。如第1圖所示，係先利用CAD(Computer Aided Design)模組2之軟體繪圖製作2D或3D加工模型，交由CAM(Computer Aided Manufacturing)模組3將CAD模組2所繪製的加工模型轉成離散資料點，並於加工程式4中將由CAM模組3所得之離散資料點加上其他機械指令如轉速、刀庫號碼等，再藉由數值控制器1中的加工路徑規劃單元11將使用者編輯之加工程式4解譯並規劃出加工路徑，接著由動程規劃單元12依據一數值控制參數13，規劃加工路徑的運動特性如速度、加速度等，最後傳送至命令插值單元14，再給予驅動器5信號以控制馬達6。

然而，由CAD/CAM轉出的加工程式或使用者設計的加工程式，常有一些無效資料點，這些無效資料點會對加工品質與機台壽命產生負面的影響，其原因為無效資料點會產生許多不自然且較短的加工路徑，如第2圖所示，這樣的加工路徑會在短距離內不斷的轉彎與改變，使得加工路徑的變化太大，進而導致速度規劃模組所規劃出來的速度命令會有多次且劇烈的加減速，而在短距離內劇烈的加減速，會導致機台晃動影響切削刀具a對工件的加工品質且減少馬達壽命。

依據一般所知，加工程式中的加工路徑都是由G0連續相接 的曲線，目前為了使加工路徑更平順，而在使用者可容許誤差範圍內，會將G0連續相接點用一圓弧代替，使加工路徑變為G1連續相接的曲線，如第3圖所示之虛線圓弧，但目前以圓弧代替G0相接點的缺點有二，第一缺點為：若有一加工路徑太短而有兩個G0相接處，如第4圖所示，則以局部觀點(Local view)來看，該加工路徑區域具有兩個急轉彎，若以圓弧代替G0相接點時，勢必要縮短圓弧半徑而導致速度變化與機台抖動等加工效果不理想的情形。而較短的加工路徑是因CAD/CAM在轉換成加工檔(NC File)的過程產生的，並非設計者的原意，當遇到這樣的情況通常只能透過修改速度相關參數並進行重複加工，以求得到想要的加工品質，徒增時間成本；第二缺點為：若加工路徑在G0相接處並非單純的直線相接，則以圓弧取代G0相接點會有失真的現象，如第5圖所示。

綜上所述，對於極短的加工路徑，使用者是很難發現的，通常是在加工時發現機台抖動或是該區域加工速度不平順等異常現象才可得知，且即便使用者猜測異常現象是極短的加工路徑所造成的，使用者也很難從數千、數萬行的加工程式中，找出何處有過短的加工路徑，且以圓弧取代G0相接點的方式也不完善。

為了解決上述有關的問題，本發明之一主要目的在於提供一種在CNC機械裝置中配置具有加工路徑修補功能的數值控制器，在不修改加工程式數值控制檔的情況下自動平滑加工路徑，而生成一較為自然、漸變且平順之加工路徑，以修補被視為不良的加工路徑，可改善機械裝置加工的穩定度，大幅提昇加工品質。

本發明之另一主要目的在於提供一種在CNC機械裝置中配置具有加工路徑修補功能的數值控制器，使得機械廠人員在對CNC機械裝置進行操作時，能夠藉由加工程式啟動加工路徑修補功能，以執行不良的加工路徑的修補，並經由加工路徑修補方法自動平滑不良的加工路徑，產生一較為平順且能逼近原先設計加工原型的加工路徑，使得CNC機械裝置能夠更準確的達到加工效果。

依據上述之目的，首先提供一種具有加工路徑修補功能之 數值控制器，包括：一加工路徑規劃單元，用以接收一加工程式並進行加工程式的解譯，而規劃出由複數個G0相接點連接而成之一初始加工路徑；一動程規劃單元，其與加工路徑規劃單元電性連接，接收一數位控制參數，並依據數位控制參數規劃初始加工路徑的運動特性；一命令插值單元，其與動程規劃單元電性連接，接收由動程規劃單元所輸出之具有運動特性之初始加工路徑，並執行一插值運算，輸出一控制命令輸出至一驅動器，用以驅動一馬達；以及一加工路徑修補單元，其電性連接於加工路徑規畫單元，並依據加工程式中所含一具有加工路徑修補功能之指令啟動一加工路徑修補控制程序，針對加工路徑規劃單元所輸出之初始加工路徑上存有之一不良加工路徑，執行優化處理而生成一新加工路徑進行取代。

本發明接著提供一種數值控制器之加工路徑修補方法，加工路徑修補方法包括下列步驟：載入並解譯一加工程式，其加工程式中具有一帶有一加工路徑修補誤差值之機能指令；接收經解譯之加工程式以規劃出由複數個G0相接點連接而成之一初始加工路徑；判斷初始加工路徑上是否存有一不良加工路徑，若判斷結果為否，則直接賦予初始加工路徑運動特性並進入最後步驟，若判斷結果為是，則執行下列步驟：判斷不良加工路徑上之G0相接點其前後相鄰之兩曲線是否為直線相接，若判斷結果為否，則執行一運算程序，針對初始加工路徑上存有之不良加工路徑執行優化處理，生成一新加工路徑，若判斷結果為是，則執行以下步驟；及判斷不良加工路徑上連續兩G0相接點之間的加工路徑是否過短，若判斷結果為否，則執行以下步驟，若判斷結果為是，則執行運算程序，針對初始加工路徑上存有之該不良加工路徑執行優化處理，而生成新加工路徑；賦予加工路徑運動特性；以及針對具有運動特性之初始加工路徑及新加工路徑，進行插值運算以產生一控制命令輸出至一驅動器，用以驅動一馬達。

經由本發明所提供之具有加工路徑修補功能的數值控制器及其加工路徑修補方法，可生成一較為自然、漸變且平順之加工路徑，能逼近原設計原型之加工路徑，而在較平順之加工路徑下速度規劃時也不會出現頻繁且劇烈的速度變化，機台抖動也會減少，並可有效提升加工穩定度。

B‧‧‧程式區段

1‧‧‧具有加工路徑修補功能之數值控制器

2‧‧‧CAD模組

3‧‧‧CAM模組

4‧‧‧加工程式

5‧‧‧驅動器

6‧‧‧馬達

11‧‧‧加工路徑規劃單元

12‧‧‧動程規劃單元

13‧‧‧數位控制參數

14‧‧‧命令插值單元

15‧‧‧加工路徑修補單元

151‧‧‧判斷單元

152‧‧‧執行修補單元

C ₁ (t )、C ₂ (t )‧‧‧加工路徑

P‧‧‧C ₁ (t )與C ₂ (t )的相接點

L ‧‧‧截斷曲線長

C _L (t )‧‧‧新加工路徑

C _{L ,1} (t )、C _{L ,2} (t )‧‧‧新加工路徑之兩控制函數

P _{C 1} 、P _{C 2} ‧‧‧截斷點

θ‧‧‧C ₁ (t )與C ₂ (t )相接處的夾角

C _R (t )‧‧‧比例函數

f (t )‧‧‧曲線方程式

f ⁺ _s (t )‧‧‧漸變曲線由0開始到s結束之方程式

f ^- _s (t )‧‧‧漸變曲線由s開始到1結束之方程式

‧‧‧C _{L ,1} (2．t -t )與C _R (t )進行比例合成之方程式

‧‧‧C _R (t )與C _{L ,2} (t ² )進行比例合成之方程式

180~187‧‧‧步驟

1851~1857‧‧‧步驟

1854a~1854f‧‧‧步驟

第1圖係一已知CNC機械裝置之數值控制器方塊示意圖。

第2圖係一已知CNC機械裝置之加工路徑圖。

第3圖係一已知加工路徑以圓弧取代G0連續相接處的示意加工路徑圖。

第4圖係一已知較短加工路徑採局部觀點的G0連續相接處的示意加工路徑圖。

第5圖係一已知非單純直線加工路徑以圓弧取代G0連續相接處造成失真現象的示意加工路徑圖。

第6圖 係一程式碼示意圖，顯示本發明之一實施例之具有加工路徑修補功能之CNC機械裝置所接收之數值控制檔(NC File)。

第7圖 係一系統方塊示意圖，顯示本發明之一實施例之具有加工路徑修補功能之數值控制器各部元件的系統架構。

第8圖 係一示意圖，顯示本發明之一實施例之加工路徑修補單元對加工路徑之截斷點的選取與新加工路徑的產生。

第9圖 係一示意圖，顯示本發明之一實施例之加工路徑修補單元對加工路徑進行截斷之截斷長度的估算。

第10圖 係一示意圖，顯示本發明之一實施例之加工路徑修補單元對加工路徑進行比例曲線的設定函數。

第11圖 係一曲線圖，顯示本發明之一實施例之加工路徑修補單元對加工路徑進行比例曲線設定後的曲線方程式。

第12圖 係一示意圖，顯示本發明之一實施例之加工路徑修補單元對加 工路徑進行漸變曲線的設定，其曲線為由0開始。

第13圖 係一示意圖，顯示本發明之一實施例之加工路徑修補單元對加工路徑進行漸變曲線的設定，其曲線為到1結束。

第14圖 係一曲線圖，顯示本發明之一實施例之加工路徑修補單元對加工路徑設定比例曲線與漸變曲線後的曲線方程式。

第15圖 係一曲線圖，顯示本發明之一實施例之加工路徑修補單元對加工路徑採比例合成計算後的新加工路徑曲線方程式。

第16圖 係一示意圖，用以說明已知採局部觀點之較短加工路徑上，所造成的過大相鄰截斷曲線長。

第17圖 係一曲線圖，顯示本發明之一實施例之加工路徑修補單元剔除不良加工路徑之修補曲線。

第18圖 係一流程圖，顯示本發明之一實施例之用於CNC機械裝置之數值控制器的加工路徑修補方法。

第19圖 係一流程圖，顯示本發明之一實施例之用於CNC機械裝置之數值控制器之加工路徑修補單元的新加工路徑生成程序。

第20圖 係一流程圖，顯示本發明之一實施例之用於CNC機械裝置之數值控制器之加工路徑修補單元的新加工路徑優化演算程序。

由於本發明主要係揭露一種具有加工路徑修補功能的數值控制器及其加工路徑修補方法，使得數值控制器可以導入加工路徑修補功能，因此，在以下的說明中，將詳細說明數位控制器實施加工路徑修補功能之方法。而對於被此數值控制器控制的機械裝置(例如CNC車床、CNC銑床、雕銑機等)的基本原理與功能，已為相關技術領域具有通常知識者所能明瞭，故以下文中之說明，僅針對與本發明具有加工路徑修補功能的 CNC機械裝置之數值控制器及其加工路徑修補的控制方法其特徵處進行詳細說明。此外，於下述內文中之圖式，亦並未依據實際之相關尺寸完整繪製，其作用僅在表達與本發明特徵有關之示意圖。

首先，請參閱第6圖，係為本發明一實施例之具有加工路徑修補功能之CNC機械裝置數值控制檔(NC File)之示意圖。如第6圖所示，其中，G01代表直線切削指令，F2000代表設定切削進給率；程式區段B代表欲使用加工路徑修補的程式區段，以G5.7 E0.01代表啟動加工路徑修補功能，其中，E引數則代表加工路徑修補誤差值(Error)，而以G5.8代表結束(或關閉)加工路徑修補功能。在本實施例中，當使用者編輯之加工程式的數值控制檔中，在程式區段B辨識出G5.7碼時，即表示開啟加工路徑修補功能的程式，便會以機能指令(亦即G碼)所帶引之E引數做為加工路徑修補誤差值(Error)；當辨識出G5.8碼時，即表示結束加工路徑修補功能的程式，當加工程式執行加工路徑修補功能的程式後，便會經由加工路徑修補方法開始針對不良的加工路徑，執行優化處理而生成一新加工路徑進行取代，同時在程式區段B中使用者也可以用G碼所帶的不同E引數來修改加工路徑修補誤差值(Error)。本發明之加工路徑修補功能是可以在加工程式的任何時間啟動或是結束。

接著，請參閱第7圖，係為本發明一實施例之具有加工路徑修補功能之數值控制器方塊示意圖。如第7圖所示，本實施例之具有加工路徑修補功能之數值控制器1，係由一個加工路徑規劃單元11、一個動程規劃單元12、一個命令插值單元14與一個加工路徑修補單元15所組成，其中加工路徑規劃單元11係用以接收一個加工程式4並進行其加工程式4的解譯，而規劃出由複數個G0相接點連接而成之一條初始加工路徑；接著，動程規劃單元12其一輸入端係與加工路徑規劃單元11電性連接，接收一個數位控制參數13，依據數位控制參數13規劃初始加工路徑的運動特性；接著，命令插值單元14會與動程規劃單元12電性連接，接收由動程規劃單元12所輸出之具有運動特性之加工路徑，並執行一插值運算，輸出一控制命令輸出至一個驅動器5，用以驅動馬達6；而加工路徑修補單元15其係電性連接於加工路徑規畫單元11，並依據加工程式4中所含一具有加工路徑修補功能之指令啟動一個加工路徑修補控制程序，針對加工路徑規劃單元11 所輸出之初始加工路徑進行判斷是否存有不良之加工路徑，進而針對不良之加工路徑執行優化處理，從而輸出一條修補處理後之新加工路徑至動程規劃單元12，接著賦予其加工路徑運動特性。其中，具有加工路徑修補功能之指令即為第6圖中帶引有誤差值(Error)的機能指令(亦即G碼)。

實際運作的過程係先利用CAD模組2之軟體繪圖製作2D或3D加工模型，交由CAM模組3將CAD所繪製的加工模型轉成離散資料點，並於加工程式4中將由CAM模組3所得之離散資料點加上其他機械指令如轉速、刀庫號碼等，再藉由數位控制模組1中的加工路徑規劃單元11將使用者編輯之加工程式4進行解譯並規劃出一初始加工路徑，若初始加工路徑中含有不良之加工路徑則可透過加工路徑修補單元15進一步針對不良之加工路徑，執行優化處理得到一新加工路徑，接著由動程規劃單元12依據一數值控制參數13，規劃所述加工路徑的運動特性如速度、加速度等，最後傳送至命令插值單元14，進而給予驅動器5信號以控制馬達6進行加工。在此要說明的是，本實施例中的加工路徑修補單元15係包括一個判斷單元151與一個執行修補單元152，其中判斷單元151係用以判斷加工路徑規劃單元11所輸出之初始加工路徑上，該些G0相接點其前後相接之兩路徑曲線是否為直線相接，針對此判斷結果輸出一第一訊息，並判斷加工路徑規劃單元11所輸出之初始加工路徑上連續兩G0相接點之間，其加工路徑間距是否過短，針對此判斷結果輸出一第二訊息；接著，執行修補單元152會接收上述第一訊息與第二訊息，以執行加工路徑修補控制程序。

而上述該些G0相接點其前後相接之兩路徑曲線是否為直線相接之判斷結果若為否，則進入執行修補單元152以執行加工路徑修補控制程序，透過其內部一運算程序針對初始加工路徑上存有之不良加工路徑，執行優化處理以生成一新加工路徑取代之，若判斷結果為是，則直接進入動程規劃單元12以賦予其加工路徑運動特性；另外，判斷加工路徑規劃單元11所輸出之初始加工路徑上連續兩G0相接點之間，其加工路徑間距是否過短之判斷結果若為否，則直接進入動程規劃單元12以賦予其加工路徑運動特性，若判斷結果為是，則進入執行修補單元152以啟動加工路徑修補控制程序，透過其內部一運算程序針對初始加工路徑上存有之不良加工路徑，執行優化處理而生成新加工路徑取代之。

請繼續參閱第8圖並配合第9圖，第8圖係為本發明一實施例之加工路徑修補單元對加工路徑之截斷點的選取與新加工路徑之示意圖，第9圖則為本發明一實施例之加工路徑修補單元對加工路徑進行截斷之截斷長度的估算示意圖。假設目前由加工路徑規劃單元11所輸出之初始加工路徑上所含有不良之加工路徑，其該G0相接點前後相接之兩路徑曲線並非兩直線相接，如第8圖所示，則需進一步透過執行修補單元152以執行加工路徑修補控制程序，透過其內部運算程序針對不良之加工路徑，生成一新加工路徑取代之，在此要說明的是，新加工路徑是由初始加工路徑進行優化而得之加工路徑，而優化過程請參考如下說明。

首先，將兩條非直線G0相接的曲線以時間t為參數設定其曲線方程式C ₁ (t ),C ₂ (t )如下式(1)所示：

接著，進入執行加工路徑修補控制程序，請參閱第9圖，先找出相鄰之兩路徑曲線於G0相接點P的切線為直線塞入一最大圓弧，再依據上述兩條非直線G0相接的兩曲線C ₁ (t ),C ₂ (t )其切線所夾之角度θ與使用者於加工程式中所輸入之加工路徑修補誤差值(Error)(如第6圖中G碼所帶引之E引數)，計算一截斷曲線長(L )，如下式(2)所示：

請繼續參閱第8圖，經由上述截斷曲線長(L )的估算後，可依據估算出來的截斷曲線長(L )找出截斷點P _{C 1} 與P _{C 2} ，並從截斷點P _{C 1} 與P _{C 2} 之後改變原本的加工路徑，生成修補曲線即一新加工路徑C _L (t )取代，而此新加工路徑C _L (t )係以時間t為參數設定其曲線參數方程式，如下式(3)所示：

倘若上述估算出來之截斷曲線長(L )所產生的新加工路徑C _L (t )與G0相接點P的距離大於E引數，則將原截斷曲線長(L )的長度減半，於減半的截斷曲線長(L )上分別取得截斷點P _{C 1} 與P _{C 2} ，以重新生成新加工路徑C _L (t )，直至所產生的新加工路徑C _L (t )與G0相接點P的距離小於E引數；在本發明中，計算截斷曲線長(L )主要目的係要取得修補曲線其起始點與終點的位置，亦即上述的截斷點P _{C 1} 與P _{C 2} ，換言之截斷曲線長(L )之起始點及終點會分別與新加工路徑之起始點及終點相合。

新加工路徑的演算過程係一動態且漸變的控制概念，主要利用函數的比例合成與漸變曲線兩個觀念。關於函數的比例合成，如第10圖所示，先定義一比例函數C _R (t )，其比例函數C _R (t )係由兩控制函數C _{L ,1} (t )與C _{L ,2} (t )所組成，同樣以時間t為參數，依據兩控制函數的距離比設定一比例式即可合成為一比例函數C _R (t )，如下式(4)所示：

以上述比例函數C _R (t )在t ₀ 時的值為例，即代表第10圖中控制函數C _{L ,1} (t )與C _{L ,2} (t )在t ₀ 的點P ₁ 與P ₂ ，此時兩點P ₁ 與P ₂ 其控制函數為P ₁ =C _{L ,1} (t ₀ )與P ₂ =C _{L ,2} (t ₀ )，由P ₁ 與P ₂ 兩點連成一直線並在直線上取一點Q ，使得該Q 點到P ₁ 與P ₂ 的距離比為：=t ₀ ：(1-t ₀ )，其Q 點即為比例函數在t ₀ 的點，因此其所合成的比例函數即可變為一G1連續之曲線。舉一較佳實施例說明，假設兩控制函數C _{L ,1} (t )與C _{L ,2} (t )為下式(5)所示：

經由兩控制函數的距離比設定函數比例式後，所合成之新函數C _R (t )，如下式(6)所示：C _R (t )=(1-t )．C _{L ,1} (t )+t ．C _{L ,2} (t )=(2．t -1,1-2．t +t ² +t ³ ) (6)

請繼續參閱第11圖，第11圖係為本發明一實施例之加工路徑修補單元對加工路徑進行比例曲線設定後的曲線方程式。如第11圖所示，上述經比例合成後的比例函數C _R (t )其曲線即變為一G1連續且平順之曲 線。

接著，請再繼續參閱第12圖與第13圖，第12圖係說明本發明一實施例之加工路徑修補單於對加工路徑進行漸變曲線設定的原理，其曲線由0開始，而第13圖則係為本發明一實施例之加工路徑修補單元對加工路徑進行漸變曲線的設定的原理，其曲線為到1結束。此漸變曲線方程式是一種逐漸增長原始曲線的方法，假設欲進行漸變曲線設定的曲線方程式為f (t )，將其曲線分為由0開始與到1結束兩種，第一種由0開始之曲線f ⁺ _s (t )請參閱第12圖，將其假設成下式(7)所示，將原曲線從0到s 的部份改寫成由0到1的曲線：

第二種到1結束之曲線f ^- _s (t )請參閱第13圖，將其假設成下式(8)所示，將原曲線從s 到1的部份改寫成由0到1的曲線：

因此，依據漸變曲線設定的原理，當前述兩控制函數C _{L ,1} (t )與C _{L ,2} (t )分別進行漸變曲線設定後可得到C _{L ,1} (s +(1-s )．t )與C _{L ,2} (s ．t )，再進行函數比例設定後，得到一比例函數C _R (t )，如下式(9)所示：C _R (t )=(1-t )．C _{L ,1} (s +(1-s )．t )+t ．C _{L ,2} (s ．t ) (9)

由於漸變曲線方程式係一種逐漸增長原始曲線的方法，在前述說明中係將原始曲線分成由0開始之曲線函數與到1結束之曲線函數進行處理，但整合上述兩種曲線函數建立成該漸變曲線函數其曲線方程式仍是針對原始曲線的情況下，故在此進一步將上述方程式設定為s =t 時，即可得到漸變曲線方程式之比例函數C _R (t )，如下式(10)所示：

請繼續參閱第14圖，第14圖係為本發明一實施例設定漸變 處理與比例合成後之曲線方程式結果。將第14圖與第11圖比較可發現，進一步採漸變處理與比例合成的方式，較單純的比例合成更貼近原先的加工路徑。

請繼續參閱第15圖，第15圖係為本實施例採比例合成計算後之新加工路徑曲線圖。其係依據設定比例合成後之兩漸變曲線函數，分別進行比例合成所取得；其比例合成的動作係由三個步驟組成，第一步驟係將C _{L ,1} (2．t -t )與C _R (t )進行比例合成得到，如下式(11)所示：

接著，進行第二步驟係將C _R (t )與C _{L ,2} (t ² )進行比例合成得到，如下式(12)所示：

最後，進行第三步驟係將與進行比例合成得到C _L (t )，如下式(13)所示：

請參閱第15圖，係為本發明之經比例合成後的加工路徑修補曲線圖。舉一較佳實施例說明，假設兩漸變曲線函數其曲線方程式，如下式(14)所示：

同樣將兩漸變曲線函數其曲線方程式設定其函數比例式後，合成為新函數C _R (t )，如下式(15)所示：C _R (t )=(1-t )．C _{L ,1} (2．t -t ² )+t ．C _{L ,2} (t ² ) (15)

經由比例合成的三個步驟後，得到的C _L (t )，即為新加工路徑曲線，如下式(16)所示：C _L (t )=(1-t )² ．C _{L ,1} (2．t -t ² )+2．t ．(1-t )．C _R (t )+t ² ．C _{L ,2} (t ² ) (16)

藉由上述比例合成的方式，即可得到一新加工路徑曲線如第15圖所示，將第15圖與第14圖比較可發現其曲線會更貼近原先設計加工原型的加工路徑；綜合上述進行比例合成後有兩大優點，第一是在頭尾相接處的切線方向平行原始加工路徑的切線方向，也就是說頭尾相接處會為一G1連續的曲線；第二是最後生成的曲線會更貼近原先設計加工原型的加工路徑。

此外，假設目前由加工路徑規劃單元11所輸出之初始加工路徑所含不良之加工路徑，若其連續兩G0相接點之間加工路徑間距過短，以局部觀點(Local view)來看該區域會有兩個急轉彎，容易導致速度變化與機台抖動等加工效果不理想的情形，通常較短的加工路徑是因CAD/CAM在轉換成加工檔(NC File)的過程產生的，而由連續兩G0相接(即三條加工路徑)的轉角所計算出來的截斷曲線長(L₁ +L₂ )之和會大於兩G0相接點間的加工路徑長(l )，如第16圖所示，則會將兩G0相接點間的加工路徑視為不良的加工路徑，因此需以全域觀點(Global view)的角度來產生一較為平順之加工路徑，並將其角度視為一平順的轉彎；此時，需進一步透過執行修補單元152以執行加工路徑修補控制程序，透過其內部運算程序的處理針對不良之加工路徑，執行優化處理而生成一新加工路徑進行取代；其作法係分別以兩G0相接點其前後的加工路徑執行加工路徑修補控制程序，並利用前述所提及的加工路徑優化步驟係經由設定比例式、漸變曲線函數與比例合成的方法得到新加工路徑曲線如第17圖所示，其最終生成的曲線除了頭尾相接處會為一G1連續的曲線，也同樣會貼近原先設計加工原型的加工路徑。

本發明不僅可適用於兩個相交的曲線，也可適用於兩個不相交的曲線，對此，本發明不加以限制；且可應用於諸多類型的加工機台，例如CNC車床的數值控制裝置、CNC銑床的數值控制裝置、雕銑機的數值控制裝置。

最後，請參閱第18圖，係為本發明之用於CNC機械裝置之控制器的加工路徑修補方法流程圖。如第18圖所示，其加工路徑修補方法係包含以下步驟：步驟180：載入並解譯一加工程式；將一加工程式載入可供CNC機械裝置動作以執行加工作業，且加工程式中具有帶有一加工路徑修補誤差值之機能指令，接著進入步驟181。

步驟181：接收經解譯之加工程式以規劃出由複數個G0相接點連接而成之一初始加工路徑；透過一加工路徑規劃單元接收解譯後之加工程式，進而規劃出由複數個G0相接點連接而成之初始加工路徑，接著進入步驟182。

步驟182：判斷初始加工路徑上是否存有一不良加工路徑，若判斷結果為否，則進入直接賦予初始加工路徑運動特性之步驟186，接著進行最後步驟187，若判斷結果為是，則繼續進入步驟183以及步驟184。

步驟183：判斷不良加工路徑上其G0相接點前後相鄰之兩曲線是否為直線相接，若判斷結果為否，則跳至步驟185由加工路徑修補單元內之執行修補單元執行一運算程序，針對初始加工路徑上存有之不良加工路徑執行優化處理，而生成一新加工路徑進行取代，若判斷結果為是，則進入直接賦予加工路徑運動特性之步驟186，接著進行最後步驟187。

步驟184：判斷不良加工路徑上連續兩G0相接點之間的加工路徑是否過短，若判斷結果為否，則進入直接賦予加工路徑運動特性之步驟186，接著進行最後步驟187，若判斷結果為是，則跳至步驟185由加工路徑修補單元執行一運算程序，針對初始加工路徑上存有之不良加工路徑執行優化處理，而生成一新加工路徑進行取代。

步驟185：啟動一加工路徑修補控制程序；透過其內部運算程序針對初始加工路徑上存有之不良加工路徑，執行優化處理而生成一新加工路徑進行取代。

步驟186：賦予加工路徑運動特性；其所述之運動特性如速度、加速等。

步驟187：針對具有運動特性之加工路徑，進行一插值運算，而產生一控制命令輸出至一驅動器，用以驅動一馬達；透過動程規劃單元 賦予加工路徑運動特性後，由命令插值單元針對具有運動特性之初始加工路徑與新加工路徑，進行一插值運算以產生一控制命令，輸出至驅動器用以驅動馬達執行加工動作。

另外，於上述步驟185中所提及的運算程序包含了以下子步驟：步驟1851：針對不良加工路徑以G0相接點為中心定義出其相鄰之兩曲線；將兩條非直線G0相接的曲線以時間t為參數設定其曲線方程式C ₁ (t ),C ₂ (t )，請參閱上述所載方程式(1)。

步驟1852：找出相鄰之兩曲線C ₁ (t ),C ₂ (t )於G0相接點的切線。

步驟1853：依據步驟1852所述之切線其所夾之角度θ與使用者於加工程式中所輸入之加工路徑修補誤差值(Error)(如第6圖中G碼所帶引之E引數)，計算一截斷曲線長(L )。

步驟1854：於截斷曲線長(L )上取得截斷點P _{C 1} 與P _{C 2} 以生成一新加工路徑C _L (t )。

步驟1855：判斷新加工路徑與G0相接點的距離是否大於加工路徑修補誤差值，若判斷結果為是，則跳至步驟1856將截斷曲線長(L )減半，並至步驟1854於減半的截斷曲線長(L )上取得截斷點P _{C 1} 與P _{C 2} 以生成新加工路徑C _L (t )，若判斷結果為否，則直接跳至步驟1857輸出所生成之新加工路徑C _L (t )。

步驟1856：截斷曲線長(L )減半。

步驟1857：輸出於步驟1854所生成的新加工路徑。

接著，於上述步驟1854中所提及的生成新加工路徑，係指將初始加工路徑進行優化而得之加工路徑，而其優化過程包含了以下子步驟：步驟1854a：定義新加工路徑C _L (t )係由兩控制函數C _{L ,1} (t )與C _{L ,2} (t )所組成，同樣以時間t為參數，請參閱第10圖。

步驟1854b：依據兩控制函數C _{L ,1} (t )與C _{L ,2} (t )的距離比設定比例式，以合成為一第一比例函數，並使得新加工路徑轉變為一連續且平順之加工路徑。

步驟1854c：將兩控制函數C _{L ,1} (t )與C _{L ,2} (t )轉換為一第一漸變曲線函數及一第二漸變曲線函數；將經由設定比例式後得到的比例函數合成後之連續且平順之加工路徑，分為由0開始與到1結束兩種，第一種由0開始之曲線函數請參考第12圖以及上述所載方程式(7)，而第二種到1結束之曲線函數請參考第13圖以及上述所載方程式(8)。

步驟1854d：將第一比例函數及第一漸變曲線函數進行比例合成，得到一第二比例函數，請參閱上述所載方程式(11)，並將第一比例函數及第二漸變曲數函數進行比例合成，得到一第三比例函數，請參閱上述所載方程式(12)；進行比例合成後有兩大優點，第一是在頭尾相接處的切線方向平行原始加工路徑的切線方向，也就是說頭尾相接處會為一G1連續的曲線；第二是最後生成的曲線會更貼近原先設計加工原型的加工路徑。

步驟1854e：將第二比例函數及第三比例函數進行比例合成，得到一第四比例函數，請參閱上述所載方程式(13)。

步驟1854f：依據第四比例函數設定新加工路徑C _L (t )。

綜上所述，透過前述的設計說明可知，本發明具有加工路徑修補功能的CNC機械裝置之控制器及其加工路徑修補的控制方法，可有效生成一較為自然、漸變且平順之加工路徑，也可改善機械裝置加工的穩定度，大幅提昇加工品質，進而提昇加工效能以及達到較佳的系統穩定性。

雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧具有加工路徑修補功能之數值控制器

2‧‧‧CAD模組

3‧‧‧CAM模組

4‧‧‧加工程式

5‧‧‧驅動器

6‧‧‧馬達

11‧‧‧加工路徑規劃單元

12‧‧‧動程規劃單元

13‧‧‧數位控制參數

14‧‧‧命令插值單元

15‧‧‧加工路徑修補單元

151‧‧‧判斷單元

152‧‧‧執行修補單元

Claims (6)

1. 一種具有加工路徑修補功能之數值控制器，包括：一加工路徑規劃單元，用以接收一加工程式並進行該加工程式的解譯，而規劃出由複數個G0相接點連接而成之一初始加工路徑；一動程規劃單元，其與該加工路徑規劃單元電性連接，接收一數位控制參數，並依據該數位控制參數規劃該初始加工路徑的運動特性；一命令插值單元，其與該動程規劃單元電性連接，接收由該動程規劃單元所輸出之具有運動特性之該初始加工路徑，並執行一插值運算，輸出一控制命令至一驅動器，用以驅動一馬達；以及一加工路徑修補單元，其係電性連接於該加工路徑規劃單元，並依據該加工程式中所含一具有加工路徑修補功能之指令啟動一加工路徑修補控制程序，針對該加工路徑規劃單元所輸出之該初始加工路徑上存有之一不良加工路徑，執行優化處理而生成一新加工路徑進行取代；其中該加工路徑修補單元進一步包括：一判斷單元，其判斷該加工路徑規劃單元所輸出之該初始加工路徑上，該些G0相接點其前後相鄰之兩曲線是否為直線連接，而對應輸出一第一訊息，並判斷該加工路徑規劃單元所輸出之該加工路徑上連續兩G0相接點之間，其加工路徑間距是否過短，而對應輸出一第二訊息；以及 一執行修補單元，用以接收該第一訊息與該第二訊息，以執行該加工路徑修補控制程序，並透過一運算程序針對該初始加工路徑上存有之該不良加工路徑執行優化處理，生成該新加工路徑進行取代。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之數值控制器，其中該具有加工路徑修補功能之指令係為帶有一加工路徑修補誤差值之機能指令。
3. 一種數值控制器之加工路徑修補方法，包括下列步驟：載入並解譯一加工程式，該加工程式中具有一帶有一加工路徑修補誤差值之機能指令；接收經解譯之該加工程式以規劃出由複數個G0相接點連接而成之一初始加工路徑；判斷該初始加工路徑上是否存有一不良加工路徑，若判斷結果為否，則直接賦予該初始加工路徑運動特性，若判斷結果為是，則執行下列步驟：判斷該不良加工路徑上之G0相接點其前後相鄰之兩曲線是否為直線相接，若判斷結果為否，則執行一運算程序，針對該初始加工路徑上存有之該不良加工路徑執行優化處理，生成一新加工路徑，若判斷結果為是，則執行下列步驟；及判斷該不良加工路徑上連續兩G0相接點之間的加工路徑是否過短，若判斷結果為否，則執行下列步驟，若判斷結 果為是，則執行該運算程序，針對該初始加工路徑上存有之該不良加工路徑執行優化處理，生成該新加工路徑；賦予加工路徑運動特性；以及針對具有運動特性之該初始加工路徑及該新加工路徑，進行插值運算以產生一控制命令輸出至一驅動器，用以驅動一馬達。
4. 根據申請專利範圍第3項所述之數值控制器之加工路徑修補方法，其中該運算程序包括下列步驟：針對該不良加工路徑以該G0相接點為中心定義出其相鄰之兩曲線；找出相鄰之兩曲線於該G0相接點的切線；依據該等切線所夾之角度與使用者所輸入之該加工路徑修補誤差值，計算一截斷曲線長；判斷該新加工路徑與該G0相接點的距離是否大於該加工路徑修補誤差值，若判斷結果為是，則將該截斷曲線長減半，依據減半的該截斷曲線長於該等曲線上分別取得截斷點，以生成該新加工路徑，若判斷結果為否，則依據該截斷曲線長於該等曲線上分別取得截斷點，以生成該新加工路徑。
5. 根據申請專利範圍第3項所述之數值控制器之加工路徑修補方法，其中將該初始加工路徑上存有之該不良加工路徑，執行優化處理而生成該新加工路徑之步驟包括下列步驟： 定義該新加工路徑係由兩控制函數所組成；依據該兩控制函數的距離比合成一第一比例函數，並使得該新加工路徑轉變為一連續且平順之加工路徑；將該兩控制函數轉換為一第一漸變曲線函數及一第二漸變曲線函數；將該第一比例函數及該第一漸變曲線函數進行比例合成，得到一第二比例函數，並將該第一比例函數及該第二漸變曲數函數進行比例合成，得到一第三比例函數；將該第二比例函數及該第三比例函數進行比例合成，得到一第四比例函數；及依據該第四比例函數設定該新加工路徑。
6. 根據申請專利範圍第4項所述之數值控制器之加工路徑修補方法，其中該截斷曲線長之起始點及終點分別與該新加工路徑之起始點及終點相合。