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基於虛實整合之五軸工具機即時碰撞預防系統開發

為了解決epic連線錯誤的問題，作者許博堯 這樣論述：

隨著科技與國防發展日新月異，工具機的加工變得越來越複雜，切削加工時發生機台碰撞的情形亦更加頻繁，這些撞擊可能造成加工件或機台組件的損壞，尤其於五軸機的加工，為了確保機台於加工生產中不因路徑規劃錯誤而造成工件與機台碰撞，最簡易的方式為透過模擬軟體將規劃之路徑進行切削模擬，或於加工進行前使用單節執行或手輪模擬，以確保不會發生碰撞，但相對的浪費許多時間，故機台即時碰撞預防之功能顯得更為重要。不過碰撞預防技術目前仍屬國外發展較為成熟，國內目前應用上仍為少數，其原因大致可分為兩項，其一國內工具機廠之控制器多半使用國外控制器，如FANUC、Mitsubishi、Siemens與Heidenhain等，各

家控制器規格、插補與運算等定義皆不同，且系統開放性較低，對於二次開發部分技術門檻與成本較高，故國內廠商較多無法針對這類控制器進行二次開發；其二在於碰撞模擬環境成本昂貴，目前國際上常見之模擬環境為英國MachineWorks與德國ModuleWorks，因授權成本昂貴，因此無法被廣泛地應用。有鑑於此，本研究擬開發一套簡易碰撞預防系統，提出一種低成本碰撞模擬環境之選項。此系統主要分為兩個部分，其一是運用目前成熟之遊戲開發引擎Unity進行碰撞模擬環境建置，並利用SolidWorks將機台幾何外型繪製與組裝，透過C#建置模擬環境中機台模型運動腳本；其二透過商用軟體開發其操作介面並將五軸CNC控制器與

Unity兩者相互整合，使其能夠達到近似同步之虛實整合，同時利用新代提供之控制器模擬機於背景先行預讀和執行加工程式解譯與插補，藉此使本研究之系統能夠達到碰撞預測。理論方面，於模擬環境中圖形干涉偵測在遊戲引擎多半使用分離軸定理(Separating Axis Theorem)與包覆體(Bounding Volume)進行重疊測試，不過由於包覆體含有多種幾何形式，故本研究針對S. Gottschalk所提出之包覆體對於重疊測試速度之影響進行實驗。實驗顯示，以Sphere進行包覆之物件其重疊測試速度所耗費時間最少，不過其觸發距離與實際碰撞距離相差19.26%，而以多重Box進行包覆重疊測試所耗時間最

長，但觸發距離與實際碰撞距離相差僅1.46%，雖然兩種方式外型與偵測時間落差看似很大，但其實於畫面更新率60FPS下兩者偵測時間僅相差0.27s，於畫面更新率100FPS下時間相差0.16s，因此在電腦規格佳狀態下為避免碰撞距離之誤判，建議選用多種包覆體進行機台幾何外型包覆。在自動執行狀態下，因控制器模擬器以實際機台之2倍運作速度進行加工程式解譯與插補，若實際機台以150%進行加工，模擬器還是會超前實際機台運作速度之1.3倍，並於背景下執行碰撞偵測，因此可達到先行碰撞預測之功能。