CN110812809A - 用于不规则表面的三维加工单元、加工系统以及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于不规则表面的三维加工单元、加工系统以及加工方法。加工单元适于对具有不规则表面的待加工工件进行加工。加工单元包括固定架、调整件、固定环、缓冲件以及加工器件。固定架具有相对的第一侧以及第二侧；调整件设置于固定架的第一侧；固定环套接于固定架内，且邻近第二侧设置，固定环具有相对的第三侧以及第四侧；缓冲件连接于固定环的第三侧及调整件之间；加工器件设置于固定环的第四侧，且套设在固定环内，其中固定环通过缓冲件而能够靠近或远离调整件，以使加工器件能够沿着待加工工件的不规则表面对待加工工件进行三维加工。

Description

用于不规则表面的三维加工单元、加工系统以及加工方法

技术领域

本发明涉及一种加工单元、加工系统以及加工方法，尤其涉及一种可以对具有不规则表面的待加工工件进行三维加工的用于不规则表面的三维加工单元、加工系统以及加工方法。

背景技术

目前自动化加工系统能够对工件的平面表面做到良好且精准的加工，但是对于具有不规则的曲面轮廓的工件，并无法达成良好且精准的加工效率。

因此，如何对具有不规则的曲面轮廓的工件进行加工，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种可以对具有不规则表面的待加工工件进行三维加工的加工单元、加工系统以及加工方法。

本发明的一种三维加工单元，适于对具有不规则表面的待加工工件进行加工。三维加工单元包括固定架、调整件、固定环、缓冲件以及加工器件。固定架具有相对的第一侧以及第二侧；调整件设置于固定架的第一侧；固定环套接于固定架内，且邻近第二侧设置，固定环具有相对的第三侧以及第四侧；缓冲件连接于固定环的第三侧及调整件之间；加工器件设置于固定环的第四侧，且套设在固定环内，其中固定环通过缓冲件而能够靠近或远离调整件，以使加工器件能够沿着待加工工件的不规则表面对待加工工件进行三维加工。

本发明的一种用于不规则表面的三维加工系统，适于对具有不规则表面的待加工工件进行加工。加工系统包括机械手臂以及第一加工单元。机械手臂拾取待加工工件并将待加工工件移动至加工位置；第一加工单元沿着待加工工件的不规则表面对待加工工件进行三维加工程序。

本发明的一种用于不规则表面的三维加工方法，适于对具有不规则表面的待加工工件进行加工。加工方法包括提供待加工工件；提供机械手臂以拾取待加工工件并将待加工工件移动至加工位置；以及提供第一加工单元，第一加工单元沿着待加工工件的不规则表面对待加工工件进行三维加工程序。

基于上述，本发明的三维加工单元因为其固定环能够通过缓冲件而相对靠近或远离调整件，因此三维加工单元除了可透过其他移动组件带动固定架在平面方向上移动以进行加工之外，还因为固定环及缓冲件的配合而允许加工器件能够有垂直方向上的移动，因此可以沿着待加工工件的不规则的曲面轮廓进行加工。应用此三维加工单元的加工系统及方法也能够获得良好的3D加工效果。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明实施例的三维加工单元的示意图；

图2为本发明的三维加工单元另一种实施方式的示意图；

图3为缓冲件另一种实施方式的示意图；

图4为加工系统的示意图；

图5A为机械手臂夹持高尔夫球杆头的壳体进行加工的示意图；

图5B是高尔夫球杆头的壳体的剖面示意图；

图6为使用加工系统对待加工工件进行加工的流程图；

图7A至图7C为三维加工单元沿着A点通过B点至C点进行切割时加工器件相对调整件移动的示意图。

附图标记说明

100：三维加工单元、第一加工单元

110：固定架

111：第一侧

112：第二侧

120：调整件

130：固定环

131：第三侧

132：第四侧

140、240：缓冲件

150：加工器件

151：刀片

152：研磨头

160：旋转轴承

300：加工系统

200：高尔夫球杆头的壳体

202：表面

241：齿条

242：齿轮

310：机械手臂

320：第二加工单元

330：第三加工单元

340：第四加工单元

350：摄像装置

具体实施方式

图1为本发明实施例的三维加工单元的示意图。请参考图1，本实施例的三维加工单元100用来对待加工工件进行加工，尤其是针对待加工工件的不规则表面进行3D加工，此不规则表面可为手机的保护壳的表面或是高尔夫球杆头的壳体的表面。

三维加工单元100包括固定架110、调整件120、固定环130、缓冲件140以及加工器件150。固定架110具有相对的第一侧111以及第二侧112，调整件120设置于固定架110的第一侧111。固定环130套接于固定架110内，且邻近第二侧112设置。固定环130具有相对的第三侧131以及第四侧132，其中缓冲件140连接于固定环130的第三侧131及调整件120之间，而加工器件150设置于固定环130的第四侧132，且套设在固定环130内。固定环130通过缓冲件140而能够靠近或远离调整件120，以使加工器件150能够沿着待加工工件的不规则表面对待加工工件进行3D加工。

图2为本发明的三维加工单元另一种实施方式的示意图。本实施例的加工器件150为刀片151(如图1示)，但在其他的实施方式，可因应待加工工件的种类不同而选用研磨头152(如图2示)。刀片151用来对待加工工件的不规则表面进行雕刻或切割的加工。在本实施例中，缓冲件140为弹簧，且固定环130通过弹簧的形变而能够靠近或远离调整件120。请参照图3，在另一可实施方式中，缓冲件可为另一种移动方式，例如，缓冲件240包括但并非限于，为齿轮242与齿条241的组合，通过齿轮242及齿条241的配合，固定环130能够上下移动以靠近或远离调整件120。

前述的缓冲件140的种类不限于弹簧或齿轮242及齿条241的组合，本领域技术人员可依照需求而选用适当的元件或组件作为缓冲件140。

往复参照图1，三维加工单元100可还包括旋转轴承160，其中旋转轴承160固定在固定环130的第四侧132，且位于固定环130以及加工器件150之间。简单地说，即是旋转轴承160固定在固定环130内，且旋转轴承160夹持住加工器件150。如此一来，旋转轴承160转动时，可以带动加工器件150转动。

图4为本发明加工系统的示意图。请同时参考图1、图2及图4。可将前述的三维加工单元100应用于加工系统300中，以通过加工系统300对待加工工件进行加工。以下将三维加工单元100应用于对高尔夫球杆头的壳体200进行加工的加工系统300来说明。

加工系统300至少包括机械手臂310以及前述的三维加工单元100，其中机械手臂310用来拾取高尔夫球杆头的壳体200并将高尔夫球杆头的壳体200移动至加工位置，而三维加工单元100沿着高尔夫球杆头的壳体200的不规则表面对高尔夫球杆头的壳体200进行3D加工程序。

详细而言，高尔夫球杆头的壳体200具有不规则曲面的轮廓表面，且高尔夫球杆头的壳体200的表面202可历经多道喷漆的加工程序来形成。若还需要修整已被3D加工处理过的表面202，可还增加研磨这道加工程序。

在对表面202喷上不同颜色的漆之前，必须要将胶膜完整黏贴于高尔夫球杆头的壳体200的表面202，并且利用刀片151割除需要喷漆的位置，待喷漆完毕以及完成烘烤后，接着再贴上另一个胶膜，再用刀片151割除别的需要喷漆的位置。重复上述的动作，直到所有的喷漆都喷上为止。因此，首先选用刀片151作为加工器件150，以进行割除胶膜的加工程序。在同一个加工系统300中，并未限制三维加工单元100的数量，本领域技术人员可以依照需求而决定三维加工单元100的设置数量，并且依据所需的加工程序而改变加工器件150的种类。

以本实施例而言，可以在同一个加工系统300中设置两个以上的加工单元。例如，第一加工单元100为前述的三维加工单元100，其加工器件150选用刀片151且缓冲件140选用弹簧，以用来割除贴附在高尔夫球杆头的壳体200的表面202的胶膜；第二加工单元320用来对高尔夫球杆头的壳体200的表面202进行贴附及撕除胶膜；而第三加工单元330用来对高尔夫球杆头的壳体200进行喷漆；且第四加工单元340的加工器件150可能选用研磨头152，以对高尔夫球杆头的壳体200的表面202进行打磨。因此，同一个加工系统300可以提供对高尔夫球杆头的壳体200的表面202的研磨、贴附、割除胶膜、喷漆以及撕除胶膜等多道加工程序。

以下将详细说明如何使用加工系统300对高尔夫球杆头的壳体200的表面202进行加工程序。

图5A为机械手臂夹持高尔夫球杆头的壳体进行加工的示意图、图5B是高尔夫球杆头的壳体的部分剖面示意图。图6为使用加工系统300对高尔夫球杆头的壳体200进行加工的流程图。请同时参考图4、图5A及图6。

如步骤S110，加工系统300的机械手臂310拾取高尔夫球杆头的壳体200并将高尔夫球杆头的壳体200移动至加工位置。将高尔夫球杆头的壳体200移动至加工位置这一步骤除了包含将高尔夫球杆头的壳体200移动至预定的位置之外，还包含机械手臂310翻转高尔夫球杆头的壳体200，以使高尔夫球杆头的壳体200的表面202朝向第一加工单元100。

此外，加工系统300可还包括摄像装置350，其中摄像装置350可以设置在加工位置处，用来对高尔夫球杆头的壳体200进行图像获取，以确认高尔夫球杆头的壳体200的表面202是否被翻转至正确的方向。

附带一提，在机械手臂310拾取高尔夫球杆头的壳体200之前或之后，且在下一步骤S120之前，还包括使用第二加工单元320将胶膜贴附至高尔夫球杆头的壳体200的表面202。第二加工单元320可以机械手臂310的方式呈现，其中因应高尔夫球杆头的壳体200的表面202为立体不规则曲面，此机械手臂310至少具备六个轴向的旋转运动功能。

接着如步骤S120，第一加工单元100沿着高尔夫球杆头的壳体200的三维轮廓对高尔夫球杆头的壳体200进行加工程序。

详细而言，第一加工单元100移动至高尔夫球杆头的壳体200的表面202上，并且使其加工器件150接触表面202，而使第一加工单元100及机械手臂310相对移动，其中使第一加工单元100及机械手臂310相对移动可以是固定机械手臂310而移动第一加工单元100、移动机械手臂310而固定第一加工单元100，或是使机械手臂310及第一加工单元100同时移动。

在对高尔夫球杆头的壳体200的表面202进行加工程序时，第一加工单元100依照预定的图案对表面202进行切割，如图5A示。从图5A及图5B可以看出为待加工工件的高尔夫球的壳体200的表面202是不规则的曲面轮廓，因此请同时参考图1，在第一加工单元100的固定架110，固定在一特定高度相对高尔夫球杆头的壳体200平移的状况下，对壳体200的表面202进行加工时，加工器件150需要因应壳体200的表面202在高度上的变化而弹性地上下移动，以防止刀片151过于深入表面202进而损坏壳体200，或是进入胶膜的程度过浅而无法有效割除胶膜。

承上述，通过选用弹簧作为缓冲件140，因此在刀片151接触胶膜时，从胶膜而来的反作用力与弹簧的弹性恢复力获得初步的平衡，使得刀片151能够以预定的深度进入并且切割胶膜。

图7A至图7C为三维加工单元沿着A点、B点至C点进行切割时，加工器件150相对调整件120移动的示意图。更详细而言，使用第一加工单元100割除A点至C点所围出的一特定范围的胶膜时，由于A点、B点及C点具有不同的高度，因此在刀片151从A点移动至C点时，随着高度由低变高，刀片151受力而朝靠近调整件120的方向移动，如图7A至图7C的顺序，为弹簧的缓冲件140受压缩且储存弹性恢复力，弹簧同时也施压于刀片151，使刀片151能够在不伤害表面202的情况下以预定的深度切割胶膜。

附带一提，缓冲件140能够因应刀片151的上下移动而对刀片151提供缓冲效果，而调整件120用来调整缓冲件140提供给刀片151的缓冲能力，例如弹簧的松紧，以达到调整缓冲件140提供给刀片151的缓冲力道。

请同时参考图5A及图5B，当加工器件150从C点移动至A点时，随着高度由高变低，弹性恢复力驱使刀片151朝远离调整件120的方向移动，如图7C至图7A的顺序，且刀片151持续以预定的深度切割胶膜。

此外，加工器件150需要在胶膜切割出一个完整的封闭范围，如此才能够将被切割的区域所环绕的胶膜撕除，或是保留被切割的区域所环绕的胶膜，撕除剩余区域的胶膜，因此加工器件150在沿着预定的图案进行切割，当遇到转折点时，旋转轴承160可以带动加工器件150转动。

在切割完之后，如步骤S130，第三加工单元330对高尔夫球杆头的壳体200的表面202进行喷漆。第三加工单元330可以是以机械手臂310夹持独立的喷枪以进行喷漆；或者，也可以是直接将喷枪及漆料的运送管线与机械手臂310整合在一起。

之后如步骤S140，第二加工单元320再将贴附在表面202上的胶膜全部撕除。如此，完成一次的喷漆的加工程序。

承上述，如果有多种颜色的漆要喷涂在高尔夫球杆头的壳体200的表面202上，可以更换漆料的颜色，并重复多次上述的步骤S110～S140。或者，也可以是在同一个加工系统300中设置多个用来进行喷漆的第三加工单元330，且每一个第三加工单元330用来喷涂不同颜色的漆料。

在其他实施例中，待加工的工件也可以是高尔夫球杆头的壳体200以外的其他工件，工件并不受本实施例所举的例子为限，本揭露主要提供了一个能够用来对具有不规则表面的三维加工单元、加工系统及加工方法，因此在此精神之下，是能够依照实际的需求而改变三维加工单元100中加工器件150的种类。例如，需要对具有不规则表面的待加工的工件的不规则表面进行打磨的时候，三维加工单元100可以选用研磨头152作为加工器件150，如图2所示。

综上所述，在本发明的三维加工单元中，固定环能够通过缓冲件而相对靠近或远离调整件，因此三维加工单元除了可透过其他移动组件带动固定架在平面方向上移动以进行加工之外，还因为固定环及缓冲件的配合而允许加工器件能够有垂直方向上的移动，因此可以对具有不规则表面的待加工工件进行加工。

此外，还能够将此三维加工单元应用于加工系统及方法中，以通过自动控制的方式获得良好的3D加工效果。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (21)

1.一种用于不规则表面的三维加工单元，适于对具有不规则表面的待加工工件进行加工，其特征在于所述加工单元包括：

固定架，具有相对的第一侧以及第二侧；

调整件，设置于所述固定架的所述第一侧；

固定环，设置于所述固定架内，且邻近所述第二侧，所述固定环具有相对的第三侧以及第四侧；

缓冲件，连接于所述固定环的所述第三侧及所述调整件之间；以及

加工器件，设置于所述固定环的所述第四侧，且套设在所述固定环内，

其中所述固定环通过所述缓冲件而能够靠近或远离所述调整件，以使所述加工器件能够沿着所述待加工工件的不规则表面对所述待加工工件进行三维加工。

2.根据权利要求1所述的用于不规则表面的三维加工单元，其中所述加工器件为刀片或研磨头。

3.根据权利要求1所述的用于不规则表面的三维加工单元，其中所述缓冲件为弹簧，且所述固定环通过所述弹簧的形变而能够靠近或远离所述调整件。

4.根据权利要求1所述的用于不规则表面的三维加工单元，其中所述缓冲件为齿轮以及齿条的组合，且所述固定环通过所述齿轮及所述齿条的配合而能够靠近或远离所述调整件。

5.根据权利要求1所述的用于不规则表面的三维加工单元，还包括旋转轴承，固定于所述固定环的所述第四侧，且位于所述固定环以及所述加工器件之间。

6.一种用于不规则表面的三维加工系统，适于对具有不规则表面的待加工工件进行加工，其特征在于所述用于不规则表面的三维加工系统包括：

机械手臂，拾取所述待加工工件并将所述待加工工件移动至加工位置；以及

第一加工单元，沿着所述待加工工件的不规则表面对所述待加工工件进行三维加工程序。

7.根据权利要求6所述的用于不规则表面的三维加工系统，其中所述第一加工单元包括：

固定架，具有相对的第一侧以及第二侧；

调整件，设置于所述固定架的所述第一侧；

固定环，套接于所述固定架内，且邻近所述第二侧设置，所述固定环具有相对的第三侧以及第四侧；

缓冲件，连接于所述固定环的所述第三侧及所述调整件之间，其中所述固定环通过所述缓冲件而能够靠近或远离所述调整件；以及

加工器件，设置于所述固定环的所述第四侧，且套设在所述固定环内。

8.根据权利要求7所述的用于不规则表面的三维加工系统，其中所述加工器件为刀片。

9.根据权利要求8所述的用于不规则表面的三维加工系统，还包括第二加工单元，其中所述第二加工单元将贴膜贴附于所述待加工工件的不规则表面，而所述第一加工单元对贴附于所述不规则表面的所述贴膜进行图案切割。

10.根据权利要求7所述的用于不规则表面的三维加工系统，其中所述加工器件为一研磨头。

11.根据权利要求7所述的用于不规则表面的三维加工系统，其中所述缓冲件为弹簧，且所述固定环通过所述弹簧的形变而能够靠近或远离所述调整件。

12.根据权利要求7所述的用于不规则表面的三维加工系统，其中所述缓冲件为齿轮以及齿条的组合，且所述固定环通过所述齿轮及所述齿条的配合而能够靠近或远离所述调整件。

13.根据权利要求7所述的用于不规则表面的三维加工系统，其中所述第一加工单元还包括旋转轴承，固定于所述固定环的所述第四侧，且位于所述固定环以及所述加工器件之间。

14.根据权利要求6所述的用于不规则表面的三维加工系统，还包括摄像装置，对所述待加工工件进行图像获取。

15.一种用于不规则表面的三维加工方法，适于对具有不规则表面的待加工工件进行加工，其特征在于所述用于不规则表面的三维加工方法包括：

提供所述待加工工件；

提供机械手臂，拾取所述待加工工件并将所述待加工工件移动至加工位置；以及

提供第一加工单元，所述第一加工单元沿着所述待加工工件的不规则表面对所述待加工工件进行三维加工程序。

16.根据权利要求15所述的用于不规则表面的三维加工方法，其中所述第一加工单元包括：固定架，具有相对的第一侧以及第二侧；调整件，设置于所述固定架的所述第一侧；固定环，套接于所述固定架内，且邻近所述第二侧设置，所述固定环具有相对的第三侧以及第四侧；缓冲件，连接于所述固定环的所述第三侧及所述调整件之间；以及加工器件，设置于所述固定环的所述第四侧，且套设在所述固定环内，

所述第一加工单元对所述待加工工件进行所述三维加工程序时，所述固定环通过所述缓冲件而能够带动所述加工器件靠近或远离所述调整件以沿着所述待加工工件的不规则表面进行加工。

17.根据权利要求16所述的用于不规则表面的三维加工方法，其中所述加工器件为刀片，用于切割贴附于所述待加工工件的膜片。

18.根据权利要求17所述的用于不规则表面的三维加工方法，还包括提供第二加工单元，其中所述第二加工单元将贴膜贴附于所述待加工工件的不规则表面，而所述第一加工单元对贴附于所述不规则表面的所述贴膜进行图案切割。

19.根据权利要求18所述的用于不规则表面的三维加工方法，还包括提供第三加工单元，在切割所述贴膜之后，对经由所述贴膜暴露出来的所述不规则表面进行喷漆。

20.根据权利要求16所述的用于不规则表面的三维加工方法，其中所述加工器件为研磨头，用于研磨所述待加工工件的不规则表面。

21.根据权利要求15所述的用于不规则表面的三维加工方法，还包括提供摄像装置，对所述待加工工件进行图像获取。

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