CN104238433A - 工具机碰撞安全防护系统及其监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工具机碰撞安全防护系统及其监控方法，其中防护系统是在工具机的控制器内设有一监控记录模块、一故障记录模块与一信息库，所述控制器并连结有一人机接口，所述人机接口用以设定并显示控制器的控制参数，所述监控记录模块系监控工具机于快速移动或切削加工时的异常负载值是否大于设定的负载值，若异常负载值大于设定负载值代表发生撞击，则控制器立即停止机台运转，故障记录模块将故障的参数储存于信息库中，所述人机接口可查询与显示故障参数信息，可降低工具机发生撞击时的冲击力量与维修费用与成本，以及查询工具机故障时的异常负载信息。

Description

工具机碰撞安全防护系统及其监控方法

技术领域

本发明涉及一种工具机的安全防护系统，尤指一种防止工具机在高速轴向运动时，发生意外碰撞的安全防护系统及其监控方法。

背景技术

在汽车工业发展史上，在车辆上设置安全气囊(Air-bag)是大家所熟悉的被动式安全配备，也是评价一台车辆是否提升至高级车款的标准的一。当设于车辆周遭的撞撃感测器侦测车辆遭受冲击时，便会立刻启动车内的安全气囊，以作为车内乘员与车体的间的缓冲体，提供安全防护而可避免车内乘员发生更严重的伤害。

而现有工具机的制造厂商在设计工具机时，为了提升加工效率，大多通过加快机台的轴向移动速度来实现，因此高速轴向移动设计是工具机未来持续不变的发展方向，所以现有高级工具机都以标榜具有高速度、高效率与高精度等切削加工能力作为诉求。但是轴向搭配高速移动的设计，就算使用者小心且注意地操作工具机的机台，仍然无法完全防止避免撞击意外；一旦发生撞击将会对机台造成大小不一的损害，且对于发生撞击后的责任判断与维修问题，更是使用者与制造厂商的间争议的主因。

而现有工具机的轴向负载跳脱控制方式，是当机台发生撞击意外时，其驱动轴向移动的服务马达驱动器必须超过100%的全力输出发生过载故障，工具机的控制器才会因服务马达驱动器跳脱而紧急停止，但此时已发生撞击且使工具机的轴向传动机构承受极大的撞击力量，导致机械结构产生变形、破损，严重者甚至完全损坏，大幅增加机台后续维修成本，因此，急需解决如何在不额外增设控制设备的前提下，工具机的控制器的设计中导入汽车的安全气囊时避免机台撞击意外。

发明内容

如上所述，现有工具机都朝向高速移动与高精度发展，但是相对机台价格也一并提高，而一般通过加快轴向移动速度的设计来提升工具机效率，易使传动元件在发生撞击意外时，因过大的撞击力产生损坏而增加工具机维修成本的问题，因此，本发明主要目的在提供一工具机碰撞安全防护系统及其监控方法，主要是通过控制器即时监控各轴向的异常负载值，记录并计算机台加工时的最大电流限定值以及相对应的控制参数设定值，即时比对各轴向的电流限定值与轴向实际负载值，降低机台发生轴向碰撞的撞击力与维修成本，同时藉由监控记录故障信息，以供判断机台故障发生次数与原因来减少维修成本。

为达成上述目的所采取的主要技术手段是令所述工具机碰撞安全防护系统，包括：一控制器及一与控制器电连接的人机接口，其中，

所述控制器包括：

一碰撞安全防护监控记录模块，其取得工具机设定的各轴向的异常负载参数设定值，依据各轴向的服务马达驱动器的参数设定值，分别计算与转换为各轴向的电流限定值，所述碰撞安全防护监控记录模块记录并计算各轴向服务马达驱动器的异常负载电流，当超出所设参数限定值时，控制器即时停止工具机运作；

一负载监控信息库，其与碰撞安全防护监控记录模组模块连结，用以储存所前述各轴向的的异常负载参数设定值与电流限定值；

一碰撞安全防护故障记录模块，其取得工具机发生故障的故障参数，所述故障参数包括时间、故障轴向名称、移动模式或异常负载参数设定值；

一故障记录信息库，其与所述碰撞安全防护故障记录模块连结，用以储存碰撞安全防护故障记录模块的所述故障参数；

所述人机接口包括：

一监控记录信息单元，其用以显示与设定所述控制器各轴向的异常负载参数设定值与电流限定值；以及

一故障记录信息单元，其用以显示碰撞安全防护故障记录模块的所述等参数。

为达成上述目的所采取的主要技术手段是令上述工具机碰撞安全防护系统的监控方法，是由一控制器执行以下步骤：

取得各轴向所设的异常负载参数设定值；

依据各轴向服务马达驱动器的参数设定值，对应计算与转换为电流限定值；

监控各轴向的服务马达驱动器在移动或加工时的负载电流值，显示各轴向服务马达驱动器的负载电流值是否超过电流限定值；以及

若负载电流值超过电流限定值，代表产生异常负载或故障跳脱，即停止工具机运转并产生故障记录。

利用上述元件组成的工具机碰撞安全防护系统，不需要在工具机的控制器上额外安装硬体装置，由碰撞安全防护监控记录模块计算并显示工具机在运转时的轴向异常负载电流值，当瞬间负载电流大于参数限定值时，控制器立即主动切断机台运转动力并记录故障参数，降低轴向发生撞击时传动零件所承受的冲击力量，保护延长机台轴向寿命，可有效提升机台使用效率、降低更换零件的维修费用与成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明较佳实施例的电路方块图；

图2是本发明较佳实施例的负载监控记录的流程图；

图3是本发明较佳实施例的故障记录的流程图；

图4是本发明较佳实施例的监控记录的接口图；

图5是本发明较佳实施例的故障记录的接口图；

图6A是本发明较佳实施例的操作流程图之一；

图6B是本发明较佳实施例的操作流程图之二。

附图标识：

10  控制器

11  碰撞安全防护监控记录模块

12  碰撞安全防护故障记录模块

13  负载监控信息库

14  故障记录信息库

20  人机接口

21  监控记录信息单元

211 快速移动G00记录最大碰撞安全防护显示电流值

212 切削加工G01记录最大碰撞安全防护显示电流值

213 轴向快速移动G00显示值

214 轴向切削加工G01显示值

215 轴向快速移动G00设定碰撞安全防护检出电流值

216 轴向切削加工G01设定碰撞安全防护检出电流值

217 修改按键

22  故障记录信息单元

221 故障状态G00/G01显示值

222 故障轴向名称显示值

223 快速移动G00碰撞安全防护跳脱检出设定值

224 切削加工G01碰撞安全防护跳脱检出设定值

225 显示AIR-BAG故障发生记录

226 换页按键

具体实施方式

关于本发明的较佳实施例，请参阅图1所示，是在工具机设有一控制器10与一人机接口20，所述人机接口20系与控制器10电连接，所述控制器10具有一碰撞安全防护监控记录模块11与一碰撞安全防护故障记录模块12，又所述碰撞安全防护监控记录模块11连接有一负载监控信息库13，所述碰撞安全防护故障记录模块12连接有一故障记录信息库14；所述人机接口20具有一监控记录信息单元21与一故障记录信息单元22，所述监控记录信息单元21与碰撞安全防护监控记录模块11连结，所述故障记录信息单元22与碰撞安全防护故障记录模块12连结；在本较佳实施例中，所述负载监控信息库13与故障记录信息库14可内建在控制器10中，或是由外接储存器的方式连接至控制器10；又所述人机接口20是一触控显示器。

请参阅图2所示，工具机欲进行加工时，是由所述控制器10依序执行机台设定的程序以进行加工程序(201)，其启动碰撞安全防护监控记录模块11(202)，计算机台于加工程序时的各轴向的最大异常负载电流限定值(203)，并将所述等信息储存于负载监控信息库13内(204)，操作者可经由人机接口20的监控记录信息单元21设定所述控制器10的安全范围内的轴向异常负载电流值(205)，并由监控记录信息单元21显示所述机台运转时的轴向的异常负载电流值(206)；当机台轴向移动发生意外撞击时，其异常负载电流值会超过碰撞安全防护监控记录模块11的最大异常负载电流限定值，控制器10立即停止机台运转，就可降低意外撞击时的传动零件所承受的冲击力量。

请参阅图3所示，所述控制器10是在机台执行轴向移动时(301)，以即时监控方式检测各轴向最大异常负载电流值(302)，当轴向移动发生碰撞故障时，控制器10立即停止机台运转，此时碰撞安全防护故障记录模块12读取并判断控制器10的系统状态信息、触发故障轴向讯信号与各轴向异常负载参数设定值(303)，并储存在故障记录信息库14内(304)；操作者可经由故障记录信息单元22所显示的记录内容(305)，判断机台在轴向移动发生意外撞击时的故障信息，所述故障信息是储存所述机台系统状态、故障时间、与异常负载跳脱参数定值(306)，作为日后判断机台发生故障次数，同时减少维修争议原因的依据。

所述碰撞安全防护监控记录模块11是在工具机的控制器10在机台开始执行加工程序时，通过人机接口20的监控记录信息单元21读取并计算各轴向的最大异常负载电流限定值后，再储存在负载监控信息库13中；请参阅图4所示，通过监控记录信息单元21提供操作者在控制器10执行程序时，显示一各轴向快速移动G00记录最大碰撞安全防护显示电流值(DTRQ)211与一切削加工G01记录最大碰撞安全防护显示电流值(DTRQ)212；如图所示，所述等轴向包括X轴、Y轴与Z轴，所述X轴、Y轴与Z轴的轴向快速移动G00记录最大碰撞安全防护显示电流值(DTRQ)211皆为0.0(A)；所述X轴、Y轴与Z轴的切削加工G01记录最大碰撞安全防护显示电流值(DTRQ)212皆为0.0(A)。

又所述监控记录信息单元21是显示一轴向快速移动G00显示值213与一轴向切削加工G01显示值214，所述轴向快速移动G00显示值213与轴向切削加工G01显示值214是为控制器10内储存的各轴向异常负载检出参数设定值；如图所示，所述X轴、Y轴与Z轴的轴向快速移动G00显示值213分别为500、600与700；所述X轴、Y轴与Z轴的轴向切削加工G01显示值214分别为1200、1300与1500。

所述监控记录信息单元21进一步设有一轴向快速移动G00设定碰撞安全防护检出电流值(DTRQ)215与一轴向切削加工G01设定碰撞安全防护检出电流值(DTRQ)216，依据各轴向的不同服务马达驱动器的参数设定计算，得到转换为以电流值为单位的异常负载检出电流值，所述电流值会储存于负载监控信息库13内；如图所示，所述X轴、Y轴与Z轴的轴向快速移动G00设定碰撞安全防护检出电流值(DTRQ)215分别为5.5、6.6与7.7；所述X轴、Y轴与Z轴的轴向切削加工G01设定碰撞安全防护检出电流值(DTRQ)216分别为13.2、14.3与16.5(A)。

通过所述监控记录信息单元21产生的一修改按键217可提供使用者以手动方式输入参数设定，依据记录的各轴向快速移动G00记录最大碰撞安全防护显示电流值(DTRQ)211与切削加工G01记录最大碰撞安全防护显示电流值(DTRQ)212，设定调整各轴向快速移动G00显示值213与一轴向切削加工G01显示值214，可使机台在承受最小意外撞击力量的安全设定条件下，进行快速的移动或切削加工。

每当增加/减少其中一个轴向快速移动G00显示值213时，其他轴向快速移动G00设定碰撞安全防护检出电流值(DTRQ)215就会随着重新计算并更新储存在负载监控信息库13，另以相同方式增加/减少其中一个轴向切削加工G01显示值214时，其他轴向切削加工G01设定碰撞安全防护检出电流值(DTRQ)216也会随着重新计算并更新储存于负载监控信息库13。

在本较佳实施例中，所述轴向快速移动G00设定碰撞安全防护检出电流值(DTRQ)215必须是大于轴向快速移动G00记录最大碰撞安全防护显示电流值(DTRQ)211，否则将会导致所述轴向在开始快速移动的瞬间，因为最大碰撞安全防护显示电流值(DTRQ)211超过设定碰撞安全防护检出电流值(DTRQ)215，触发工具机的控制器10产生异常负载检出故障。

所述轴向切削加工G01设定碰撞安全防护检出电流值(DTRQ)216，必须是大于轴向切削加工G01记录最大碰撞安全防护显示电流值(DTRQ)212，否则将会导致所述轴向在开始切削加工移动的瞬间，因为最大碰撞安全防护显示电流值(DTRQ)212超过设定碰撞安全防护检出电流值(DTRQ)216，触发工具机的控制器10产生异常负载检出故障。

所述碰撞安全防护故障记录模块12是工具机的控制器10在机台轴向移动时，以即时监控方式检测各轴的最大碰撞安全防护显示电流值(DTRQ)211与最大碰撞安全防护显示电流值(DTRQ)212，当轴向发生碰撞安全防护跳脱故障时，控制器10立即切断机台运转，触发碰撞安全防护故障记录模块12读取控制器10提供的系统状态信息、触发故障轴向信号与各轴向异常负载参数设定值，判断并储存于故障记录信息库14内；请参阅图5所示，操作者可以经由故障记录信息单元22的记录内容，判断机台在轴向移动发生意外撞击时，机台的系统状态、故障时间与异常负载跳脱参数定值。

所述故障记录信息单元22是显示一故障状态G00/G01显示值221、一故障轴向名称显示值222、一快速移动G00碰撞安全防护跳脱检出设定值223、一切削加工G01碰撞安全防护跳脱检出设定值224与一显示AIR-BAG故障发生记录(时间)225；其中，所述故障状态G00/G01显示值221是记录控制器10在故障触发当时的轴向移动模式，其可分为快速移动G00与切削加工G01，所述故障轴向名称显示值222是显示控制器10因为触发异常负载故障的轴向名称记录；所述快速移动G00碰撞安全防护跳脱检出设定值223为轴向异常负载故障触发时，碰撞安全防护故障记录模块12读取所述轴向的快速移动G00显示值213与轴向快速移动G00设定碰撞安全防护检出电流值(DTRQ)215后，并将此二数值储存在故障记录信息库14内；所述切削加工G01碰撞安全防护跳脱检出设定值224是为轴向异常负载故障触发时，碰撞安全防护故障记录模块12读取所述轴向切削加工G01显示值214与轴向切削加工G01设定碰撞安全防护检出电流值(DTRQ)216后，并将此二数值储存在故障记录信息库14内；所述显示AIR-BAG故障发生记录(时间)225是为轴向异常负载故障触发时，碰撞安全防护故障记录模块12读取当时控制器10内部设定的西元纪元时间，记录顺序依序为：年/月/日/时/分/秒等信息。

所述故障记录信息单元22是显示十笔信息，透过一个以上的换页按键226，可切换显示不同页数或是显示故障记录信息库14内的故障记录资内容。

请参阅图6A与6B所示，所述控制器10在送电启动后，是显示所述控制器10的系统画面(601)，载入轴向异常负载跳脱参数(602)，启动轴向异常负载检出机能(603)，判断控制器10异常负载检出是否送出触发信号(604)，若为否，则机台继续执行程序运转加工(605)，启动碰撞安全防护监控记录模块11(606)，计算各轴向最大异常负载电流值(607)后，将各轴向的最大异常负载电流值储存在监控信息库中(608)，并返回步骤(602)；所述控制器10异常负载检出若无送出触发信号，则可切换至监控记录的操作接口(609)，由监控记录信息单元21显示所述监控记录操作接口(610)，判断是否需手动输入异常负载参数设定值(611)，若为是，则修改控制器的轴向异常负载跳脱参数设定值(612)，并返回步骤(602)；若为否，则切换至故障记录的操作接口(613)，读取故障信息库(614)并显示故障记录信息单元22的信息(615)，再回到控制器的系统画面(616)；前述控制器10异常负载检出若有送出触发信号，则切换至故障记录信息单元22(617)，读取控制器内时间与轴向参数相关信息(618)，储存轴向异常负载故障参数相关信息(619)，再判断是否返回操作接口(620)，若需返回操作接口，则回到步骤(609)，若不需返回操作接口，则回到控制器的系统画面(601)。

由上述可知，本发明不需在工具机的控制器上额外安装硬体装置，而能够有效降低制造成本，且由碰撞安全防护监控记录模块11取得相关轴向快速移动G00记录最大碰撞安全防护显示电流值(DTRQ)211与切削加工G01记录最大碰撞安全防护显示电流值(DTRQ)212，透过监控记录信息单元21提供使用者设定所述轴向快速移动G00显示值213与轴向切削加工G01显示值214的参考，可降低轴向承受意外撞击时的冲击力量，降低机台维修成本；而碰撞安全防护故障记录模块12可提供信息，做为日后判断机台故障发生次数原因的依据，同时减少维修争议。

Claims (7)

1.一种工具机碰撞安全防护系统，其特征在于，包括：一控制器及一与控制器电连接的人机接口，其中

所述控制器包括：

一碰撞安全防护监控记录模块，其取得工具机设定的各轴向的异常负载参数设定值，依据各轴向的服务马达驱动器的参数设定值，分别计算与转换为各轴向的电流限定值，所述碰撞安全防护监控记录模块记录并计算各轴向服务马达驱动器的异常负载电流，当超出所设参数限定值时，控制器即时停止工具机运作；

一负载监控信息库，其与碰撞安全防护监控记录模块连结，用以储存前述各轴向的异常负载参数设定值与电流限定值；

一碰撞安全防护故障记录模块，其取得工具机发生故障的多数个故障参数，所述故障参数包含有时间、故障轴向名称、移动模式或异常负载参数设定值；

一故障记录信息库，其与碰撞安全防护故障记录模块连结，用以储存碰撞安全防护故障记录模块的所述等故障参数；

所述人机接口包括：

一监控记录信息单元，其用以显示与设定前述控制器各轴向的异常负载参数设定值与电流限定值；以及

一故障记录信息单元，其用以显示碰撞安全防护故障记录模块的所述等参数。

2.如权利要求1所述的工具机碰撞安全防护系统，其特征在于，所述监控记录信息单元是显示各轴向的异常负载参数设定值，所述异常负载参数设定值包含有一轴向快速移动G00记录最大碰撞安全防护显示电流值与一切削加工G01记录最大碰撞安全防护显示电流值。

3.如权利要求2所述的工具机碰撞安全防护系统，其特征在于，所述监控记录信息单元进一步包含有一轴向快速移动G00显示值与一轴向切削加工G01显示值。

4.如权利要求3所述的工具机碰撞安全防护系统，其特征在于，所述监控记录信息单元进一步包含有一轴向快速移动G00设定碰撞安全防护检出电流值与一轴向切削加工G01设定碰撞安全防护检出电流值。

5.如权利要求2至4中任一项所述的工具机碰撞安全防护系统，其特征在于，所述故障记录信息单元是显示碰撞安全防护故障记录模块的所述故障参数，所述故障参数包含有一故障状态G00/G01显示值与一显示AIR-BAG故障发生记录。

6.如权利要求5所述的工具机碰撞安全防护系统，其特征在于，所述故障记录信息单元进一步包含有一快速移动G00碰撞安全防护跳脱检出设定值与一切削加工G01碰撞安全防护跳脱检出设定值。

7.一种工具机碰撞安全防护系统的监控方法，其特征在于，是由一控制器执行以下步骤：

取得各轴向所设的异常负载参数设定值；

依据各轴向服务马达驱动器的参数设定值，对应计算与转换为电流限定值；

监控各轴向的服务马达驱动器于移动或加工时的负载电流值，显示各轴向服务马达驱动器的负载电流值是否超过电流限定值；以及

若负载电流值超过电流限定值，代表产生异常负载或故障跳脱，即停止工具机运转并产生故障记录。