CN109175736A - 轨迹预先测高补偿系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及轨迹预先测高补偿系统，包括：工件平台，用以承载一待加工工件；测高探针单元，设置于一承载平台上，且测高探针单元用以量测待加工工件的一平面高度；加工头，承载平台通过一连杆机构枢接于加工头，且连杆机构可沿着加工头旋转；轴控单元，用以分别设定连杆机构与承载平台的至少一个机构参数，轴控单元用以控制测高探针单元在待加工工件的加工路径上预先量测待加工工件的平面高度，并控制加工头依据测高探针单元所预先量测到待加工工件在加工路径上的平面高度以调整加工高度及旋转角度，在加工路径上对待加工工件进行加工。沿加工轨迹进行量测加工件的高度，对待加工工件加工，降低加工时间，减少加工头与待加工工件撞击可能性。
Description
技术领域
本发明涉及一种轨迹预先测高补偿系统，尤其涉及一种可事先沿着待加工工件的加工路径进行扫描其工件高度再对待加工工件进行加工，以减少加工时间的预先测高补偿及轨迹预先测高补偿系统。
背景技术
现代工业中，为了对产品进行更精密的作业如点胶、雷射切割等，加工机台是工厂内不可或缺的设备。由于进行量产时工件或半成品可能会因为制造过程时的各种因素造成一致性不佳，工件或半成品的表面可能会有平整度不一的现象，因此为了能够顺利对表面不平整的工件或半成品进行加工处理，现有的加工机台的加工头旁会装设一个测高探针，这种测高探针可用于量测工件或半成品于加工机台的工件平台上的高度以防止加工机台上的加工头与这些工件或半成品碰撞而造成损坏，其中测高探针通常装设在加工头的一侧，例如是与加工头共同固定于一支机械臂上，如此一来即可由一支机械臂同时控制加工头与测高探针并减少机台设计的困难度。
在运用现有的加工机台进行加工作业时，会先移动测高探针对准工件或半成品上的待加工处进行平面高度量测以得到高度量测值，之后将这些高度量测值进行运算并补偿至加工头的加工高度，再移动加工头到待加工处进行加工。举例而言，当工件上的待加工处为多个点时，加工机台例如是先移动测高探针量测第一个待加工点的高度后，之后再移动加工头对第一个待加工点进行加工，而后加工机台再移动测高探针到工件上的第二个待加工点进行高度量测，再移动加工头对第二个待加工点进行加工，以此依序进行各待加工点的高度量测与加工。
此外，当工件上的待加工处的型态为多条线段或是需连续进行加工时，首先需向加工机台输入工件的加工路径信息，例如加工路径的转折处坐标，加工机台再移动测高探针至这些转折处进行高度量测，之后再移动加工头沿加工路径进行加工作业，但此种方式由于仅对各加工路径上的转折处进行高度量测，若各转折处之间的加工路径有高度变化存在时，加工头极有可能在沿加工路径移动时撞击到工件造成加工头或工件的损坏。为了预防上述情况的发生，加工机台也可设计成先控制测高探针沿加工路径进行整体加工路径的高度量测，再将高度量测结果补偿至加工路径信息进行加工高度修正，最后加工头再沿修正后的加工路径对工件或半成品进行加工，然而这样一来需扫描加工路径两次，故将会大幅增加加工所需时间。因此，无论是上述哪一种加工状况，都需要一种新的轨迹预先测高补偿系统以减少加工时间并可同时降低加工头撞击工件或半成品的可能性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种轨迹预先测高补偿系统，可以事先沿着待加工工件的加工轨迹进行量测加工件的高度，再对待加工工件进行加工，可降低加工所需时间并减少加工头与待加工工件撞击的可能性。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
轨迹预先测高补偿系统，特点是：包括：
一工件平台，用以承载一待加工工件；
一测高探针单元，设置于一承载平台上，且测高探针单元用以量测待加工工件的一平面高度；
一加工头，承载平台通过一连杆机构枢接于加工头，且连杆机构可沿着加工头旋转；
一轴控单元，用以分别设定连杆机构与承载平台的至少一个机构参数，轴控单元用以控制测高探针单元在待加工工件的加工路径上预先量测待加工工件的平面高度，并控制加工头依据测高探针单元所预先量测到待加工工件在加工路径上的平面高度以调整加工高度及旋转角度，在加工路径上对待加工工件进行加工。
进一步地，上述的轨迹预先测高补偿系统，其中，加工路径包括一第一加工点以及一第二加工点，当测高探针单元量测第一加工点的平面高度后，轴控单元控制连杆机构旋转承载平台以及测高探针单元至朝向第一加工点与第二加工点的加工路径。
进一步地，上述的轨迹预先测高补偿系统，其中，加工路径还包括一第三加工点，且第一加工点至第二加工点的联机以及第二加工点至第三加工点的联机于第二加工点的夹角小于90度。
进一步地，上述的轨迹预先测高补偿系统，其中，测高探针单元量测第二加工点的平面高度，由轴控单元依据第二加工点的平面高度得到一高度补偿信息，由高度补偿信息调整加工头的加工高度。
进一步地，上述的轨迹预先测高补偿系统，其中，测高探针单元量测第二加工点的平面高度后，轴控单元控制测高探针单元与加工头朝偏离加工路径的方向移动，轴控单元控制连杆机构旋转承载平台与测高探针单元至朝向第二加工点与第三加工点的加工路径。
进一步地，上述的轨迹预先测高补偿系统，其中，机构参数为加工头与测高探针单元于工件平台上的间距。
进一步地，上述的轨迹预先测高补偿系统，其中，测高探针单元是雷射位移计、三次元量测仪或高度量测仪器。
进一步地，上述的轨迹预先测高补偿系统，其中，加工头是点胶机的点胶针头或点胶阀、金属焊接机的焊接头。
进一步地，上述的轨迹预先测高补偿系统，其中，轴控单元是具有单核心或多核心的中央处理单元。
进一步地，上述的轨迹预先测高补偿系统，其中，轴控单元是微处理器、数字讯号处理器或控制器。
本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：
①加工头与承载平台通过连杆机构枢接使得连杆机构可沿着加工头旋转，轴控单元控制测高探针单元在待加工工件的加工路径上预先量测待加工工件的平面高度，并依据测高探针单元所预先量测到待加工工件在加工路径上的平面高度以调整加工头的加工高度及旋转角度，可降低加工所需时间并减少加工头与待加工工件撞击的可能性；
②利用高度探测头的旋转平台，因应加工点的位置改变角度，提早预判出下个加工点的高度，减少加工头所需要移动的距离，以及高度检测流程的时间。传统的检测时间为探头扫描加上涂胶过程，两倍的加工时间，预判测高可在扫描的同时直接涂胶；
③通过测高探针单元会先经过加工路径，扫描得到工件高度后，回传给加工头，预判高度流程有效避免撞针；
④可应用于点胶机、焊接机等需要侦测加工高度的工具机上，不限制工具机的种类，只要加工头需要Z轴方向的高度侦测。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明具体实施方式了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是本发明轨迹预先测高补偿系统的示意图；
图2A是轨迹预先测高补偿系统于一实施例中量测待加工工件的平面高度的过程示意图；
图2B是轨迹预先测高补偿系统于一实施例中量测待加工工件的平面高度的过程示意图；
图2C是轨迹预先测高补偿系统于一实施例中量测待加工工件的平面高度的过程示意图；
图2D是轨迹预先测高补偿系统于一实施例中量测待加工工件的平面高度的过程示意图；
图3A是轨迹预先测高补偿系统于另一实施例中量测待加工工件的平面高度的过程示意图；
图3B是轨迹预先测高补偿系统于另一实施例中量测待加工工件的平面高度的过程示意图；
图3C是轨迹预先测高补偿系统于另一实施例中量测待加工工件的平面高度的过程示意图；
图3D是轨迹预先测高补偿系统于另一实施例中量测待加工工件的平面高度的过程示意图；
图4A是轨迹预先测高补偿系统于再一实施例中量测待加工工件的平面高度的过程示意图；
图4B是轨迹预先测高补偿系统于再一实施例中量测待加工工件的平面高度的过程示意图；
图4C是轨迹预先测高补偿系统于再一实施例中量测待加工工件的平面高度的过程示意图；
图4D是轨迹预先测高补偿系统于再一实施例中量测待加工工件的平面高度的过程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，方位术语和次序术语等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，轨迹预先测高补偿系统10包括工件平台11、测高探针单元12、加工头13以及轴控单元14，待加工工件15配置于工件平台12上，测高探针单元12设置于承载平台16上，且用以量测待加工工件15的平面高度。承载平台16通过连杆机构17枢接于加工头13，连杆机构17可沿加工头13旋转，其中测高探针单元12、加工头13、承载平台16以及连杆机构17通过移动机构18于待加工工件15的上方移动。移动机构18是可在一个平行于工件平台11且位于待加工工件15上方的平面自由移动的载具，加工头13结合于此载具，其中载具由多个滑动方向不同的滑轨调整与待加工工件15的相对位置，然而移动机构18也可以机械臂等其它适当的机构加以实施。轴控单元14用以分别设定连杆机构17与承载平台16的至少一个机构参数，轴控单元14用以控制测高探针单元12在待加工工件15的加工路径151上预先量测待加工工件的平面高度，轴控单元14并控制加工头13依据待加工工件15在加工路径151上的平面高度以调整加工高度及旋转角度，进一步在加工路径151上对待加工工件15进行加工，其中，机构参数是加工头13与测高探针单元12于工件平台11上的间距，此间距用以供轴控单元14进行动态微调加工头13与测高探针单元12。
测高探针单元12可以是雷射位移计(Laser Displacement Meter)，雷射位移计可发出雷射光照射工件表面并感测待加工工件表面所反射的光线，利用所感测的反射光线的强弱差异判断雷射位移计与工件的距离而得到量测结果，然而测高探针单元12也可采用其它形式的接触式(例如三次元量测仪，CMM，Coordinate Measuring Machine)或非接触式(例如CCD，Charge Coupled Device)高度量测仪器。此外，加工头13例如是点胶机的点胶针头或点胶阀、金属焊接机的焊接头或其它可直接对工件表面进行加工的装置，轴控单元16是具有单核心或多核心的中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，或是微处理器(Microprocessor)、数字讯号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、控制器或其它类似组件或上述组件的组合，本发明对此亦不加以限制。
图2A至图2D是本发明所揭露的技术，表示图1的轨迹预先测高补偿系统于一实施例中量测待加工工件的平面高度过程的示意图，其中图2A至图2D中省略了部分组件以清楚绘示本发明技术量测待加工工件的平面高度的过程，相同的组件以相同的标号表示。如图2A并配合图1，加工路径151上具有第一加工点A与第二加工点B等两个待加工位置，首先移动机构18带动测高探针单元12量测第一加工点A的平面高度，而加工头13也通过移动机构18沿加工路径151移动。如图2B，测高探针单元12完成第一加工点A的平面高度量测后传送第一加工点A的平面高度给轴控单元14，轴控单元14通过第一加工点A的平面高度调整加工头13的加工高度，并控制连杆机构17枢转承载平台16与测高探针单元12至朝向第一加工点A与第二加工点B之间的加工路径151。如图2C，当移动机构18移动加工头13至第一加工点A进行加工作业时，测高探针单元12量测第一加工点A与第二加工点B之间的加工路径151的平面高度。如图2D，加工头13完成第一加工点A的加工作业后，移动机构18移动测高探针单元12量测第二加工点B的平面高度，测高探针单元12完成第二加工点B的平面高度量测后传送第二加工点B的平面高度给轴控单元14，以供轴控单元14控制加工头13的加工高度。
图3A至图3D是本发明所揭露的技术，表示图1的轨迹预先测高补偿系统于另一实施例中量测待加工工件的平面高度的概要示意图，其中图3A至图3D中省略了部分组件以清楚绘示本发明技术量测待加工工件的平面高度的过程，相同的组件以相同的标号表示。如图3A并结合图1，本实施例中，加工路径151上还包括第三加工点C，第一加工点A至第二加工点B的联机以及第二加工点B至第三加工点C的联机于第二加工点B的夹角小于90度。如图3B，当测高探针单元12量测第二加工点B的平面高度后，测高探针单元12传送第二加工点B的高度量测结果至轴控单元14，轴控单元14控制连杆机构17枢转测高探针单元12与承载平台16至第二加工点B与第三加工点C之间的加工路径151。如图3C，图3C为图3B中轨迹预先测高补偿系统量测待加工工件的平面高度的俯视示意图，由于连杆机构17以加工头13为圆心旋转，且测高探针单元12仅能量测其正下方的工件15的平面高度，当测高探针单元12枢转至第二加工点B与第三加工点C之间的加工路径151时，测高探针单元12将会受限于连杆机构17的旋转范围而无法量测区段152的平面高度。此时轴控单元14会依据第二加工点B的平面高度得到区段152的高度补偿信息，并由高度补偿信息调整加工头13的加工高度，其中高度补偿信息例如是以线性函式运算，计算出区段152的高度信息以调整、修正加工头13的加工高度。如图3D，移动机构18带动加工头13至第二加工点B进行加工作业，轴控单元14控制连杆机构18枢转以使测高探针单元12量测第二加工点B至第三加工点C之间的加工路径151的平面高度。
图4A至图4C是本发明所揭露的技术，表示图1的轨迹预先测高补偿系统于再一实施例中量测待加工工件的平面高度的概要示意图，其中图4A至图4C省略了部分组件以清楚绘示本发明技术量测待加工工件的平面高度的过程，相同的组件以相同的标号表示。如图4A并配合图1，加工路径151上还包括第三加工点C，第一加工点A至第二加工点B的联机以及第二加工点B至第三加工点C的联机于第二加工点B的夹角小于90度。如图4B，当测高探针单元12量测第二加工点B的平面高度后，测高探针单元12传送第二加工点B的高度量测结果至轴控单元14，轴控单元14控制移动机构18以使测高探针单元12与加工头13朝远离加工路径151的方向移动，图4B是朝第二加工点B的右上方移动一段距离。如图4C，轴控单元14控制连杆机构17枢转测高探针单元12与承载平台16至朝向第二加工点B与第三加工点C之间的加工路径151。如图4D，移动机构18移动加工头13至第二加工点B进行加工作业的过程中，测高探针单元12同时量测第二加工点B至第三加工点C之间的加工路径181的平面高度。因此，根据本发明所揭露的预测高度的步骤流程，可以应用于连续涂胶的制程中。将测高探针单元所预量的高度实时的回授给点胶探针，当测高探针单元扫描之后就可以直接涂胶，不需要等待测高探针单元扫描所有的加工路径之后才切换涂胶作业，可以一边量测涂胶的高度以及一边进行涂胶，节省加工的时间。
本发明轨迹预先测高补偿系统，由事先沿着待加工工件的加工轨迹进行量测加工件的高度，再对待加工工件进行加工，可降低加工所需时间并减少加工头与待加工工件撞击的可能性。
利用高度探测头的旋转平台，因应加工点的位置改变角度，提早预判出下个加工点的高度，减少加工头所需要移动的距离，以及高度检测流程的时间。传统的检测时间为探头扫描加上涂胶过程，两倍的加工时间，预判测高可在扫描的同时直接涂胶。
通过测高探针单元会先经过加工路径，扫描得到工件高度后，回传给加工头，预判高度流程有效避免撞针。
可应用于点胶机、焊接机等需要侦测加工高度的工具机上，不限制工具机的种类，只要加工头需要Z轴方向的高度侦测。
综上所述，本发明的轨迹预先测高补偿系统中，加工头与承载平台通过连杆机构枢接使得连杆机构可沿着加工头旋转，轴控单元控制测高探针单元在待加工工件的加工路径上预先量测待加工工件的平面高度，并依据测高探针单元所预先量测到待加工工件在加工路径上的平面高度以调整加工头的加工高度及旋转角度，因此可降低加工所需时间并减少加工头与待加工工件撞击的可能性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (10)
1.轨迹预先测高补偿系统，其特征在于：包括：
一工件平台，用以承载一待加工工件；
一测高探针单元，设置于一承载平台上，且测高探针单元用以量测待加工工件的一平面高度；
一加工头，承载平台通过一连杆机构枢接于加工头，且连杆机构可沿着加工头旋转；
一轴控单元，用以分别设定连杆机构与承载平台的至少一个机构参数，轴控单元用以控制测高探针单元在待加工工件的加工路径上预先量测待加工工件的平面高度，并控制加工头依据测高探针单元所预先量测到待加工工件在加工路径上的平面高度以调整加工高度及旋转角度，在加工路径上对待加工工件进行加工。
2.根据权利要求1所述的轨迹预先测高补偿系统，其特征在于：加工路径包括一第一加工点以及一第二加工点，当测高探针单元量测第一加工点的平面高度后，轴控单元控制连杆机构旋转承载平台以及测高探针单元至朝向第一加工点与第二加工点的加工路径。
3.根据权利要求2所述的轨迹预先测高补偿系统，其特征在于：加工路径还包括一第三加工点，且第一加工点至第二加工点的联机以及第二加工点至第三加工点的联机于第二加工点的夹角小于90度。
4.根据权利要求2所述的轨迹预先测高补偿系统，其特征在于：测高探针单元量测第二加工点的平面高度，由轴控单元依据第二加工点的平面高度得到一高度补偿信息，由高度补偿信息调整加工头的加工高度。
5.根据权利要求3所述的轨迹预先测高补偿系统，其特征在于：测高探针单元量测第二加工点的平面高度后，轴控单元控制测高探针单元与加工头朝偏离加工路径的方向移动，轴控单元控制连杆机构旋转承载平台与测高探针单元至朝向第二加工点与第三加工点的加工路径。
6.根据权利要求1所述的轨迹预先测高补偿系统，其特征在于：机构参数为加工头与测高探针单元于工件平台上的间距。
7.根据权利要求1所述的轨迹预先测高补偿系统，其特征在于：测高探针单元是雷射位移计、三次元量测仪或高度量测仪器。
8.根据权利要求1所述的轨迹预先测高补偿系统，其特征在于：加工头是点胶机的点胶针头或点胶阀、金属焊接机的焊接头。
9.根据权利要求1所述的轨迹预先测高补偿系统，其特征在于：轴控单元是具有单核心或多核心的中央处理单元。
10.根据权利要求1所述的轨迹预先测高补偿系统，其特征在于：轴控单元是微处理器、数字讯号处理器或控制器。
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- 2018-08-31 CN CN201811008312.1A patent/CN109175736A/zh active Pending
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