TW201445268A

TW201445268A - 工具機碰撞安全防護系統及其監控方法

Info

Publication number: TW201445268A
Application number: TW102118929A
Authority: TW
Inventors: Zheng-Qian Yu; jia-xing Chen
Original assignee: Victor Taichung Machinery Works Co Ltd
Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2014-12-01
Also published as: TWI505052B

Abstract

本發明係一種工具機碰撞安全防護系統，係於工具機的控制器內設有一監控記錄模組、一故障記錄模組與一資料庫，該控制器並連結有一人機介面，該人機介面用以設定並顯示控制器之控制參數，該監控記錄模組係監控工具機於快速移動或切削加工時之異常負載值是否大於設定之負載值，若異常負載值大於設定負載值代表發生撞擊，則控制器立即停止機台運轉，故障記錄模組將故障的參數儲存於資料庫中，該人機介面可查詢與顯示故障參數資料，可降低工具機發生撞擊時之衝擊力量與維修費用與成本，以及查詢工具機故障時的異常負載資料。

Description

工具機碰撞安全防護系統及其監控方法

本發明係一種工具機的安全防護系統，尤指一種防止工具機於高速軸向運動時，發生意外碰撞的安全防護系統。

在汽車工業發展史上，於車輛上設置安全氣囊(Air-bag)是大家所熟悉的被動式安全配備，也是評價一台車輛是否提昇至高級車款的標準之一。當設於車輛周遭的撞撃感測器偵測車輛遭受衝擊時，便會立刻啟動車內的安全氣囊，以做為車內乘員與車體之間的緩衝體，提供安全防護而可避免車內乘員發生更嚴重的傷害。

而現有工具機的製造廠商於設計工具機時，為了提升加工效率，大多以加快機台的軸向移動速度作為手段，因此以高速軸向移動設計是工具機未來持續不變的發展方向，所以現有高階工具機都以標榜具有高速度、高效率與高精度等切削加工能力作為訴求。但是軸向搭配高速移動的設計，就算使用者小心且注意地操作工具機的機台，仍然無法完全防止避免撞擊意外；一旦發生撞擊將會對機台造成大小不一的損害，且對於發生撞擊後的責任判斷與維修問題，更是使用者與製造廠商之間爭議的主因。

而現有工具機的軸向負載跳脫控制方式，是當機台發生撞擊意外時，其驅動軸向移動的伺服馬達驅動器必須超過100%的全力輸出發生過載故障，工具機的控制器才會因伺服馬達驅動器跳脫而緊急停止，但此時已發生撞擊且使工具機的軸向傳動機構承受極大的撞擊力量，導致機械結構產生變形、破損，嚴重者甚至完全損壞，大幅增加機台後續維修成本的問題，因此如何於工具機之控制器的設計中導入汽車之安全氣囊的概念，在不額外增設控制設備的前提下，避免機台撞擊意外，能有效降低製造與維修成本且達成高速度、高效率與高精度的切削加工能力。

如前揭所述，現有工具機都朝向高速移動與高精度發展，但是相對機台價格也一併提高，而一般的工具機為提升效率，以加快軸向移動速度的設計，易使傳動元件在發生撞擊意外時，因過大的撞擊力產生損壞，而增加工具機維修成本的問題，因此本發明主要目的在提供一工具機碰撞安全防護系統及其監控方法，主要是透過控制器即時監控各軸向的異常負載值，記錄並計算機台加工時的最大電流限定值以及相對應的控制參數設定值，即時比對各軸向之電流限定值與軸向實際負載值，降低機台發生發生軸向碰撞的撞擊力與維修成本，同時藉由監控記錄故障資料，以供判斷機台故障發生次數與原因，而減少維修成本。

為達成前述目的所採取的主要技術手段係令前述工具機碰撞安全防護系統，包含有一控制器及一與控制器電連接的人機介面，其中該控制器設有：一碰撞安全防護監控記錄模組，其取得工具機設定之各軸向的異常負載參數設定值，依據各軸向之伺服馬達驅動器的參數設定值，分別計算與轉換為各軸向之電流限定值，該碰撞安全防護監控記錄模組記錄並計算各軸向伺服馬達驅動器之異常負載電流，當超出所設參數限定值時，控制器即時停止工具機運作；一負載監控資料庫，其與碰撞安全防護監控記錄模組連結，用以儲存前述各軸向之異常負載參數設定值與電流限定值；一碰撞安全防護故障記錄模組，其取得工具機發生故障的多數個故障參數，該等參數包含有時間、故障軸向名稱、移動模式或異常負載參數設定值；一故障記錄資料庫，其與碰撞安全防護故障記錄模組連結，用以儲存碰撞安全防護故障記錄模組之該等故障參數；該人機介面設有：一監控記錄資料單元，其用以顯示與設定前述控制器各軸向之異常負載參數設定值與電流限定值；以及一故障記錄資料單元，其用以顯示碰撞安全防護故障記錄模組之該等參數。

為達成前述目的所採取的主要技術手段係令前述工具機碰撞安全防護系統的監控方法，是由一控制器執行以下步驟：取得各軸向所設之異常負載參數設定值；依據各軸向伺服馬達驅動器的參數設定值，對應計算與轉換為電流限定值；監控各軸向之伺服馬達驅動器於移動或加工時的負載電流值，顯示各軸向伺服馬達驅動器的負載電流值是否超過電流限定值；以及若負載電流值超過電流限定值，代表產生異常負載或故障跳脫，即停止工具機運轉並產生故障記錄。

利用前述元件組成的工具機碰撞安全防護系統，不需要於工具機之控制器上額外安裝硬體裝置，由碰撞安全防護監控記錄模組計算並顯示工具機於運轉時之軸向異常負載電流值，當瞬間負載電流大於參數限定值時，控制器立即主動切斷機台運轉動力並記錄故障參數，降低軸向發生撞擊時傳動零件所承受的衝擊力量，保護延長機台軸向壽命，可有效提昇機台使用效率、降低更換零件的維修費用與成本。

10‧‧‧控制器

11‧‧‧碰撞安全防護監控記錄模組

12‧‧‧碰撞安全防護故障記錄模組

13‧‧‧負載監控資料庫

14‧‧‧故障記錄資料庫

20‧‧‧人機介面

21‧‧‧監控記錄資料單元

211‧‧‧快速移動G00記錄最大碰撞安全防護顯示電流值

212‧‧‧切削加工G01記錄最大碰撞安全防護顯示電流值

213‧‧‧軸向快速移動G00顯示值

214‧‧‧軸向切削加工G01顯示值

215‧‧‧軸向快速移動G00設定碰撞安全防護檢出電流值

216‧‧‧軸向切削加工G01設定碰撞安全防護檢出電流值

217‧‧‧修改按鍵

22‧‧‧故障記錄資料單元

221‧‧‧故障狀態G00/G01顯示值

222‧‧‧故障軸向名稱顯示值

223‧‧‧快速移動G00碰撞安全防護跳脫檢出設定值

224‧‧‧切削加工G01碰撞安全防護跳脫檢出設定值

225‧‧‧顯示AIR-BAG故障發生記錄

226‧‧‧換頁按鍵

圖1是本發明較佳實施例的電路方塊圖。

圖2是本發明較佳實施例之負載監控記錄的流程圖。

圖3是本發明較佳實施例之故障記錄的流程圖。

圖4是本發明較佳實施例之監控記錄的介面圖。

圖5是本發明較佳實施例之故障記錄的介面圖。

圖6A是本發明較佳實施例之操作流程圖(一)。

圖6B是本發明較佳實施例之操作流程圖(二)。

關於本發明的較佳實施例，請參閱圖1所示，係於工具機設有一控制器10與一人機介面20，該人機介面20係與控制器10電連接，該控制器10具有一碰撞安全防護監控記錄模組11與一碰撞安全防護故障記錄模組12，又該碰撞安全防護監控記錄模組11連接有一負載監控資料庫13，該碰撞安全防護故障記錄模組12連接有一故障記錄資料庫14；該人機介面20具有一監控記錄資料單元21與一故障記錄資料單元22，該監控記錄資料單元21與碰撞安全防護監控記錄模組11連結，該故障記錄資料單元22與碰撞安全防護故障記錄模組12連結；於本較佳實施例中，該負載監控資料庫13與故障記錄資料庫14可內建於控制器10中，或是由外接儲存媒體(記憶體)的方式連接至控制器10；又該人機介面20係一觸控顯示器。

請參閱圖2所示，工具機欲進行加工時，係由該控制器10依序執行機台設定的程式以進行加工程序(201)，其啟動碰撞安全防護監控記錄模組11(202)，計算機台於加工程序時之各軸向的最大異常負載電流限定值(203)，並將該等資料儲存於負載監控資料庫13內(204)，操作者可經由人機介面20的監控記錄資料單元21設定該控制器10之安全範圍內的軸向異常負載電流值(205)，並由監控記錄資料單元21顯示該機台運轉時之軸向的異常負載電流值(206)；當機台軸向移動發生意外撞擊時，其異常負載電流值會超過碰撞安全防護監控記錄模組11的最大異常負載電流限定值，控制器10立即停止機台運轉，就可降低意外撞擊時之傳動零件所承受的衝擊力量。

請參閱圖3所示，該控制器10係於機台執行軸向移動時(301)，以即時監控方式檢測各軸向最大異常負載電流值(302)，當軸向移動發生碰撞故障時，控制器10立即停止機台運轉，此時碰撞安全防護故障記錄模組12讀取並判斷控制器10的系統狀態資料、觸發故障軸向訊號與各軸向異常負載參數設定值(303)，並儲存於故障記錄資料庫14內(304)；操作者可經由故障記錄資料單元22所顯示的記錄內容(305)，判斷機台於軸向移動發生意外撞擊時的故障資料，該故障資料係儲存該機台系統狀態、故障時間、與異常負載跳脫參數定值(306)，作為日後判斷機台發生故障次數，同時減少維修爭議原因的依據。

該碰撞安全防護監控記錄模組11是於工具機之控制器10在機台開始執行加工程式時，透過人機介面20之監控記錄資料單元21讀取並計算各軸向的最大異常負載電流限定值後，再儲存於負載監控資料庫13中；請參閱圖4所示，透過監控記錄資料單元21提供操作者於控制器10執行程式時，顯示一各軸向快速移動G00記錄最大碰撞安全防護顯示電流值(DTRQ)211與一切削加工G01記錄最大碰撞安全防護顯示電流值(DTRQ)212；如圖所示，該等軸向包含有X軸、Y軸與Z軸，該X軸、Y軸與Z軸之軸向快速移動G00記錄最大碰撞安全防護顯示電流值(DTRQ)211皆為0.0(A)；該X軸、Y軸與Z軸之切削加工G01記錄最大碰撞安全防護顯示電流值(DTRQ)212皆為0.0(A)。

又該監控記錄資料單元21係顯示一軸向快速移動G00顯示值213與一軸向切削加工G01顯示值214，該軸向快速移動G00顯示值213與軸向切削加工G01顯示值214係為控制器10內儲存的各軸向異常負載檢出參數設定值；如圖所示，該X軸、Y軸與Z軸之軸向快速移動 G00顯示值213分別為500、600與700；該X軸、Y軸與Z軸之軸向切削加工G01顯示值214分別為1200、1300與1500。

該監控記錄資料單元21進一步設有一軸向快速移動G00設定碰撞安全防護檢出電流值(DTRQ)215與一軸向切削加工G01設定碰撞安全防護檢出電流值(DTRQ)216，依據各軸向之不同伺服馬達驅動器的參數設定計算，得到轉換為以電流值為單位的異常負載檢出電流值，該電流值會儲存於負載監控資料庫13內；如圖所示，該X軸、Y軸與Z軸之軸向快速移動G00設定碰撞安全防護檢出電流值(DTRQ)215分別為5.5、6.6與7.7；該X軸、Y軸與Z軸之軸向切削加工G01設定碰撞安全防護檢出電流值(DTRQ)216分別為13.2、14.3與16.5(A)。

透過該監控記錄資料單元21產生之一修改按鍵217可提供使用者以手動方式輸入參數設定，依據記錄之各軸向快速移動G00記錄最大碰撞安全防護顯示電流值(DTRQ)211與切削加工G01記錄最大碰撞安全防護顯示電流值(DTRQ)212，設定調整各軸向快速移動G00顯示值213與一軸向切削加工G01顯示值214，可使機台在承受最小意外撞擊力量的安全設定條件下，進行快速的移動或切削加工。

每當增加/減少其中一個軸向快速移動G00顯示值213時，其他軸向快速移動G00設定碰撞安全防護檢出電流值(DTRQ)215就會隨著重新計算並更新儲存於負載監控資料庫13，另以相同方式增加/減少其中一個軸向切削加工G01顯示值214時，其他軸向切削加工G01設定碰撞安全防護檢出電流值(DTRQ)216也會隨著重新計算並更新儲存於負載監控資料庫13。

於本較佳實施例中，該軸向快速移動G00設定碰撞安全防護檢出電流值(DTRQ)215必須是大於軸向快速移動G00記錄最大碰撞安全防護顯示電流值(DTRQ)211，否則將會導致該軸向在開始快速移動的瞬間，因為最大碰撞安全防護顯示電流值(DTRQ)211超過設定碰撞安全防護檢出電流值(DTRQ)215，觸發工具機之控制器10產生異常負載檢出故障。

該軸向切削加工G01設定碰撞安全防護檢出電流值(DTRQ)216，必須是大於軸向切削加工G01記錄最大碰撞安全防護顯示電流值(DTRQ)212，否則將會導致該軸向在開始切削加工移動的瞬間，因為最大碰撞安全防護顯示電流值(DTRQ)212超過設定碰撞安全防護檢出電流值(DTRQ)216，觸發工具機之控制器10產生異常負載檢出故障。

該碰撞安全防護故障記錄模組12是工具機之控制器10在機台軸向移動時，以即時監控方式檢測各軸之最大碰撞安全防護顯示電流值(DTRQ)211與最大碰撞安全防護顯示電流值(DTRQ)212，當軸向發生碰撞安全防護跳脫故障時，控制器10立即切斷機台運轉，觸發碰撞安全防護故障記錄模組12讀取控制器10提供的系統狀態資料、觸發故障軸向訊號與各軸向異常負載參數設定值，判斷並儲存於故障記錄資料庫14內；請參閱圖5所示，操作者可以經由故障記錄資料單元22的記錄內容，判斷機台於軸向移動發生意外撞擊時，機台的系統狀態、故障時間與異常負載跳脫參數定值。

該故障記錄資料單元22係顯示一故障狀態G00/G01顯示值221、一故障軸向名稱顯示值222、一快速移動G00碰撞安全防護跳脫檢出設定值223、一切削加工G01碰撞安全防護跳脫檢出設定值224與一顯示AIR-BAG故障發生記錄(時間)225；其中該故障狀態G00/G01顯示值221是記錄控制器10於故障觸發當時的軸向移動模式，其可分為快速移動G00與切削加工G01，該故障軸向名稱顯示值222係顯示控制器10因為觸發異常負載故障的軸向名稱記錄；該快速移動G00碰撞安全防護跳脫檢出設定值223為軸向異常負載故障觸發時，碰撞安全防護故障記錄模組12讀取該軸向之快速移動G00顯示值213與軸向快速移動G00設定碰撞安全防護檢出電流值(DTRQ)215後，並將此二數值儲存於故障記錄資料庫14內；該切削加工 G01碰撞安全防護跳脫檢出設定值224係為軸向異常負載故障觸發時，碰撞安全防護故障記錄模組12讀取該軸向切削加工G01顯示值214與軸向切削加工G01設定碰撞安全防護檢出電流值(DTRQ)216後，並將此二數值儲存於故障記錄資料庫14內；該顯示AIR-BAG故障發生記錄(時間)225，係為軸向異常負載故障觸發時，碰撞安全防護故障記錄模組12讀取當時控制器10內部設定的西元紀元時間，記錄順序依序為：年/月/日/時/分/秒等資料。

該故障記錄資料單元22係顯示十筆資料，透過一個以上的換頁按鍵226，可切換顯示不同頁數或是顯示故障記錄資料庫14內之故障記錄資內容。

請參閱圖6A與6B所示，該控制器10於送電啟動後，係顯示該控制器10的系統畫面(601)，載入軸向異常負載跳脫參數(602)，啟動軸向異常負載檢出機能(603)，判斷控制器10異常負載檢出是否送出觸發訊號？(604)，若為否，則機台繼續執行程式運轉加工(605)，啟動碰撞安全防護監控記錄模組11(606)，計算各軸向最大異常負載電流值(607)後，將各軸向之最大異常負載電流值儲存於監控資料庫中(608)，並返回步驟(602)；前述控制器10異常負載檢出若無送出觸發訊號，則可切換至監控記錄的操作介面(609)，由監控記錄資料單元21顯示該監控記錄操作介面(610)，判斷是否需手動輸入異常負載參數設定值(611)，若為是，則修改控制器之軸向異常負載跳脫參數設定值(612)，並返回步驟(602)；若為否，則切換至故障記錄的操作介面(613)，讀取故障資料庫(614)並顯示故障記錄資料單元22的資訊(615)，再回到控制器的系統畫面(616)；前述控制器10異常負載檢出若有送出觸發訊號，則切換至故障記錄資料單元22(617)，讀取控制器內時間與軸向參數相關資料(618)，儲存軸向異常負載故障參數相關資料(619)，再判斷是否返回操作介面(620)，若需返回操作介面，則回到步驟(609)，若不需返回操作介面，則回到控制器的系統畫面(601)。

由上述可知，本發明不需於工具機的控制器上額外安裝硬體裝置，而能夠有效降低製造成本，且由碰撞安全防護監控記錄模組11取得相關軸向快速移動G00記錄最大碰撞安全防護顯示電流值(DTRQ)211與切削加工G01記錄最大碰撞安全防護顯示電流值(DTRQ)212，透過監控記錄資料單元21提供使用者設定該軸向快速移動G00顯示值213與軸向切削加工G01顯示值214的參考，可降低軸向承受意外撞擊時的衝擊力量，降低機台維修成本；而碰撞安全防護故障記錄模組12可提供資料，做為日後判斷機台故障發生次數原因的依據，同時減少維修爭議。