CN110426151B - 工件动平衡校正控制系统及动平衡校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工件动平衡校正控制系统及动平衡校正方法，由工具机、存储装置、控制器所组成。工具机用以执行工件的加工程序。存储装置用以存储工件的加工程序的工件参数。控制器可用以读取存储装置内的工件加工程序的工件参数，还可用以设定工具机的加工模块的加工参数，以及计算工件的不平衡量位置及调整量。加工模块根据不平衡量位置及调整量对工件进行再加工，直到工件符合动平衡标准为止。

Description

工件动平衡校正控制系统及动平衡校正方法

技术领域

本发明提供一种控制系统及其校正方法，特别指一种可以动平衡校正的控制系统及其动平衡校正方法。

背景技术

经由加工完的工件若应用于较高速的旋转，再加上本身一定会存在质量分布不均匀的问题，容易造成振动进而产生噪音、影响安全与稳定度，严重的情况下还会损坏其他零件、减短工件寿命，因此大多须要进行动平衡的检测与校正。

动平衡检测是藉由测量工件转动及一定之平衡算法来确定工件不平衡之大小及位置，并藉由于相应之位置加重或去重来降低不平衡量。早期对工件不平衡量的校正，必须使工件停止转动，然后再加以校正，同时控制器只计算出动平衡加工的位置，实际加工须藉由人力将工件由动平衡校正机台搬移到加工机台，且加工过程是由人工进行，所以校正工作必须一再重复进行，过程耗时耗力，而且容易受人为因素影响并不一定能获得很准确的结果。

因此，如何提出一种动平衡检测系统，能够有效改善习知技术的缺点已成为一个重要的课题。

发明内容

为了解决上述需求，本发明主要的目的是为了提高加工的便利性，在加工机台上加上了动平衡检测的功能，让操作者能够直接在工件加工完成后进行动平衡校正，无须再藉由人力将工件由加工机台搬运至动平衡校正机台。

本发明的另一目的在于确保每一个工件的加工质量，透过撷取原本就安装在加工机台上的高分辨率编码器与加速规讯号，再加上已知的工件特征与刀具尺寸，即可计算出动平衡的加工位置以及钻孔调整量，过程中减少人为因素影响提高动平衡校正精度。

本发明的再一目的是提供一个完全自动化的流程，从制造工件、检测工件动平衡到依据检测结果加工工件，完全不须要人力操作，因此更精准、更快速。

根据上述各种目的，本发明主要提出一种工件动平衡校正控制系统，由工具机、存储装置、控制器所组成，其中工具机用以执行工件的加工程序。存储装置用来存储工件的加工程序的工件参数。控制器内还包含了读取及设定模块及动平衡计算模块，其中读取及设定模块用以读取存储装置内的工件的加工程序的工件参数，还可用以设定工具机的加工模块的加工参数，以及动平衡计算模块是根据校正基准与加工参数计算工件的不平衡量位置及相对于不平衡量位置的第一调整量，并判断不平衡量位置及第一调整量是否符合工件的再加工范围，以及当动平衡计算模块判断不平衡量位置及第一调整量符合再加工范围时，加工模块根据不平衡量位置及第一调整量对工件进行再加工，直到工件符合动平衡标准为止。

根据上述各种目的，本发明还提出一种动平衡校正方法，由校正基准与加工参数来计算工件的不平衡量位置及相对于不平衡量位置的第一调整量，并判断不平衡量位置及第一调整量是否符合工件的再加工范围，以及当判断不平衡量是否符合动平衡标准，当不平衡量大于动平衡标准时，代表工件须进行再加工，当不平衡量小于动平衡标准时，则代表工件符合动平衡标准，无须进行再加工。

附图说明

图1为根据本发明之工件动平衡校正控制系统的系统架构图。

图2为根据本发明之工件动平衡校正控制系统的流程图。

图3为根据本发明之工件动平衡校正控制系统的另一流程图。

图4为根据本发明之工件动平衡校正控制系统的又一流程图。

加工模块 10

存储装置 20

控制器 30

读取及设定模块 311

动平衡计算模块 312

工具机 40

A101～A306 动平衡校正控制装置及其加工机台计算流程

具体实施方式

本发明之优点及特征以及达到其方法将参照例示性实施例及附图进行更详细的描述而更容易理解。然而，本发明可以不同形式来实现且不应被理解仅限于此处所陈述的实施例。相反地，对所属技术领域具有通常知识者而言，所提供的此些实施例将使本揭露更加透彻与全面且完整地传达本发明的范畴。

请参考图1所示，为本发明之工件动平衡校正控制系统的系统架构图。如图1所示，本发明之工件动平衡校正控制系统由工具机40、存储装置20、控制器30所组成，其中工具机40可以是CNC车床或CNC铣床等CNC加工机台，工具机40具有加工模块10可用来执行工件的加工程序，存储装置20内建于控制器30或设置于与控制器30联机的远程服务器之中，用来存储工件的加工程序的工件参数。另一方面，存储装置20中还可存储工件加工时所使用的刀具参数，如刀具型号与直径等。控制器30内还包含了读取及设定模块311及动平衡计算模块312，其中读取及设定模块311可用来读取存储装置20内的工件的加工程序的工件参数，还可以设定工具机40的加工模块10的加工参数。在本发明的实施例中，工件参数可以是材料密度、工件体积或是工件质量，但不应被理解仅限于此处所陈述的种类。

在本发明的实施例中，当工具机40完成工件预定的加工程序后(如车轮毂或剎车盘的成型加工)，工件可直接在工具机40上进行动平衡校正，无须搬运至他处。然而，安装在厂房中的工具机40实际上会受到多种环境振动源的影响，如厂房中其他正在运作的加工机台、空调主机或是工具机40本身的马达等。因此在对工件进行动平衡校正前，须藉由安装于工具机40主轴上的加速规量测环境振动源对工具机40上的工件所造成的振动值(以下称为第一振动值)。另一方面，控制器30的读取及设定模块311可依据不同种类的工件设定不同的加工参数。举例来说，当工具机40上的工件为车轮毂时，读取及设定模块311可在加工参数中设定车轮毂实际应用时的转速作为校正转速，工具机40主轴上的加速规可量测在此校正转速下车轮毂的振动值(以下称为第二振动值)。将第二振动值与第一振动值两者互相比较后，便可得知车轮毂在校正转速下的振动值(以下称为工件振动值)。

控制器30的动平衡计算模块312会将工件振动值作为校正基准，并根据读取及设定模块311所设定的校正转速来计算工件的不平衡量位置与工件的不平衡量。值得注意的是，在本发明的实施例中，高分辨率编码器安装于工具机40的主轴上，控制器30可撷取编码器的信息以得知主轴的旋转位置，以提升计算工件不平衡量位置的准确性。另一方面，由于工具机40可加工多种工件，每一种工件都有其相对应的动平衡标准。因此，动平衡计算模块312将工件的不平衡量与预先设定的动平衡标准(如动平衡G值)进行比较，当不平衡量大于动平衡标准时，代表工件须进行再加工；当工件的不平衡量小于动平衡标准时，则代表工件符合动平衡标准，无须进行再加工。

当动平衡计算模块312判断工件须进行再加工时，控制器30的动平衡计算模块312会根据工件参数、刀具参数、不平衡量位置与不平衡量来计算相对于工件不平衡量位置的第一调整量，其中加工参数可以是校正转速、动平衡G值、加工坐标或是加工速度，但不应被理解仅限于此处所陈述的种类。在本发明的实施例中，工件的第一调整量会随着工具机40的加工型态而有不同的定义。举例来说，当工具机40使用钻刀对工件进行再加工时，工件的第一调整量可称为第一钻孔深度；当工具机40使用铣刀对工件进行再加工时，工件的第一调整量可称为第一切削量；当工具机40利用焊接法对工件进行再加工时，工件的第一调整量可称为第一增质量。

另外，通常工件上会有一个供动平衡校正时进行减质量或增质量加工用的特定区域，以防止减质量加工后对工件已加工完成的部分造成损害，或者防止增质量加工后工件尺寸不符合实际应用须求。在本发明的实施例中，动平衡计算模块312会判断不平衡量位置及第一调整量是否符合工件的再加工范围(即上述特定区域)，当动平衡计算模块312判断不平衡量位置及第一调整量符合再加工范围时，加工模块10会根据不平衡量位置及第一调整量对工件进行再加工，并利用主轴编码器得知精确的加工角度，直到工件符合动平衡标准为止。其中加工模块10可依据实际情况对工件执行减质量法或增质量法的再加工流程，本发明对此不加以限制。

在本发明的另一实施例中，当动平衡计算模块312判断不平衡量位置或第一调整量不符合工件的再加工范围时，动平衡计算模块312会根据不平衡量位置及第一调整量，计算出符合再加工范围的两个再加工位置及相对于两个再加工位置的第二调整量，其中两个再加工位置分别位于不平衡量位置的左右两侧，且加工模块10会根据两个再加工位置及第二调整量对工件进行再加工。值得注意的是，以分力的概念而言，第二调整量会小于第一调整量。举例来说，当工具机40使用钻刀对工件进行再加工时，动平衡计算模块312所计算出的第二钻孔深度会小于第一钻孔深度。

在前述说明本发明之工件动平衡校正控制系统的过程中，亦已同时说明本发明之动平衡校正方法之概念，且亦可由上述工件动平衡校正控制系统达成，但为求清楚起见，以下另结合所绘示之步骤流程图进行说明。接下来请参考图2所示，为本发明之工件动平衡校正控制系统的流程图。在本实施例中，于步骤A101，当工具机40完成工件预定的加工程序(如成型加工)后可直接对工件进行动平衡校正，无须将已完成成行加工的工件搬运至其他的动平衡校正机台上进行校正，工具机40可依据工件动平衡校正结果直接对其再加工，直到工件符合其动平衡标准。当工件在工具机40的加工模块10中完成加工后，于步骤A102，安装于工具机40主轴上的加速规会分别量测环境振动源对工件所造成的振动值以及工件在校正转速下所产生的振动值，控制器30将两者加以比较后会得到工件振动值并将其作为校正基准。

于步骤A104，控制器30会根据校正基准与校正转速来计算工件的第一不平衡量位置与工件的不平衡量，且控制器30可撷取安装于工具机40主轴上的高精度编码器的信息，可精确得知主轴的旋转位置以提升计算工件不平衡量位置的准确性。另一方面，控制器30会根据工件参数、刀具参数、第一不平衡量位置与不平衡量来计算相对于工件不平衡量位置的第一调整量。值得注意的是，第一调整量会随着工具机40的加工型态而有不同的定义，相关说明如上述，不在此赘述。

通常工件上具有供动平衡校正时进行减质量或增质量加工用的再加工范围，于步骤A106，控制器30会将第一不平衡量位置与第一调整量与再加工范围进行比较，当第一不平衡量位置与第一调整量符合工件的再加工范围时，工具机40会根据第一不平衡量位置及第一调整量对工件进行再加工以符合动平衡标准(如动平衡G值)。用户可透过工具机40的用户接口预先输入上述多种参数(如材料密度、工件质量、校正转速、刀具直径、动平衡G值、加工坐标或加工速度等)，或将多种参数存储在与控制器30联机的远程服务器中。值得注意的是，不同种类的工件其相对应的动平衡标准也不同，使用者可根据工具机40实际的工件加工状况动态调整适合的动平衡G值作为动平衡标准。

图3为根据本发明之工件动平衡校正控制系统的另一流程图。其中，步骤A201、步骤A202与步骤A204的流程请参考上述步骤A101、步骤A102与步骤A104的说明，不在此赘述。于步骤A206，当第一不平衡量位置与第一调整量不符合工件的再加工范围时，控制器30会根据第一不平衡量位置及第一调整量计算符合再加工范围的两个再加工位置及相对于再加工位置的第二调整量。其中，两个再加工位置分别位于第一不平衡量位置的左右两侧，且第二调整量小于第一调整量，工具机40会根据两个再加工位置及第二调整量对工件进行再加工以符合动平衡标准。

图4为根据本发明之工件动平衡校正控制系统的又一流程图。其中，步骤A301与步骤A302的流程请参考上述步骤A101与步骤A102的说明，不在此赘述。于步骤A304，控制器30会根据校正基准与校正转速来计算工件的不平衡量，并将不平衡量与动平衡标准进行比较。于步骤A306，当不平衡量大于动平衡标准时，代表工件须进行再加工；当不平衡量小于动平衡标准时，代表工件无须进行再加工。

综上所述，本发明的工件动平衡校正控制系统可在CNC工具机上完成工件制造、工件动平衡检测与依据检测结果对工件进行再加工等多种流程。另一方面，控制器藉由撷取CNC工具机主轴上高分辨率编码器的数据，可精准得知CNC工具机主轴的旋转位置以提升动平衡校正的准确度。

上述所述者仅为本专利之较佳实施例，举凡依本专利精神所作之等效修饰或变化，依照相同概念所提出之装置的结构与功效，皆应仍属本专利涵盖之范围内。

Claims (11)

1.一种工件动平衡校正控制系统，其特征在于，包含：

一工具机，用以执行至少一个工件的一加工程序；

一存储装置，存储该工件的该加工程序的至少一个工件参数，其中该工件参数可以是一材料密度、一工件体积及/或一工件质量；

一控制器，包括:

一读取及设定模块，用以读取该存储装置内的该工件的该加工程序的该工件参数，用以设定该工具机的一加工模块的至少一个加工参数；以及

一动平衡计算模块，根据一校正基准与该加工参数以计算该工件的一不平衡量位置及相对于该不平衡量位置的一第一调整量，并判断该不平衡量位置及该第一调整量是否符合该工件的一再加工范围；以及

当该动平衡计算模块判断该不平衡量位置及该第一调整量符合该再加工范围时，该加工模块根据该不平衡量位置及该第一调整量对该工件进行再加工，直到该工件符合一动平衡标准为止。

2.根据权利要求1所述的工件动平衡校正控制系统，其特征在于，其中当该动平衡计算模块判断该不平衡量位置或该第一调整量不符合该工件的该再加工范围时，该动平衡计算模块根据该不平衡量位置及该第一调整量，以计算出符合该再加工范围的两个再加工位置及相对于该些再加工位置的一第二调整量，其中该些再加工位置分别位于该不平衡量位置的左右两侧，且该第二调整量小于该第一调整量，该加工模块根据该些再加工位置及该第二调整量对该工件进行再加工。

3.根据权利要求1所述的工件动平衡校正控制系统，其特征在于，其中该动平衡计算模块更包含：根据该校正基准与该加工参数以计算该工件的该不平衡量，并将该不平衡量与该动平衡标准进行比较，当该不平衡量大于该动平衡标准时，代表该工件须进行再加工，当该不平衡量小于该动平衡标准时，则代表该工件符合该动平衡标准，无须进行再加工。

4.根据权利要求1所述的工件动平衡校正控制系统，其特征在于，其中该校正基准为一工件振动值。

5.根据权利要求1所述的工件动平衡校正控制系统，其特征在于，其中该加工参数可以是一校正转速、一动平衡G值、一加工坐标及/或一加工速度。

6.根据权利要求1所述的工件动平衡校正控制系统，其特征在于，其中该存储装置系内建于该控制器或设置于一与该控制器联机的远程服务器之中。

7.一种动平衡校正方法，其特征在于，包含:

提供一工件，且该工件具有至少一个工件参数，其中该工件参数可以是一材料密度、一工件体积及/或一工件质量；

量测该工件的一工件振动值，该工件振动值作为一校正基准；

根据该校正基准与一加工参数以计算该工件的一第一不平衡量位置及相对于该第一不平衡量位置的一第一调整量；以及

当该第一不平衡量位置及该第一调整量符合该工件的一再加工范围时，根据该第一不平衡量位置及该第一调整量对该工件进行再加工以符合一动平衡标准。

8.根据权利要求7所述的动平衡校正方法，其特征在于，其中当该第一不平衡量位置或该第一调整量不符合该工件的该再加工范围时，根据该第一不平衡量位置及该第一调整量，计算出符合该再加工范围的两个再加工位置及相对于该些再加工位置的一第二调整量，其中该些再加工位置分别位于该第一不平衡量位置的左右两侧，且该第二调整量小于该第一调整量，并根据该些再加工位置及该第二调整量对该工件进行再加工，以符合该动平衡标准。

9.根据权利要求7所述的动平衡校正方法，其特征在于，其中更包含：根据该校正基准与该加工参数以计算该工件的该不平衡量，并将该不平衡量与该动平衡标准进行比较，当该不平衡量大于该动平衡标准时，代表该工件须进行再加工，当该不平衡量小于该动平衡标准时，则代表该工件符合该动平衡标准，无须进行再加工。

10.根据权利要求7所述的动平衡校正方法，其特征在于，其中该加工参数可以是一校正转速、一动平衡G值、一加工坐标及/或一加工速度。

11.根据权利要求7、10其中任一项所述的动平衡校正方法，其特征在于，其中该加工参数及该工件参数可由一用户接口输入或存取于一存储装置。