TW202021684A - 管加工用機器 - Google Patents

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羅伯特 哥米格納尼
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義大利商Ｂｌｍ股份有限公司
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Abstract

一種機器(100)包括：一承載適當加工工具以在一管(T)上實施一個或更多個加工作業的加工頭(22)；一沿該管(T)之縱軸(x)朝該加工頭(22)進給該管的進給單元(14)；一控制該進給單元(14)及該加工頭(22)的可程式控制單元；及一配置成以光學式量測待加工之該管(T)沿其縱軸(x)之前向位移及/或待加工之該管(T)圍繞其縱軸(x)之旋轉位移的光學感測器(34)。

Description

管加工用機器
本發明概括地關於一種用於例如彎曲等加工管、棒件、異型段部件、及相似細長胚料之機器。
以下說明中將為方便而參考管之加工，請了解到本發明可應用至任何其他細長胚料之加工，不論是否為一棒件、一異型段部件等。
此外，即使以下說明特別參照一配置成加工(特別是彎曲)纏繞呈捲料之管的機器，然本發明並非意欲限制於配置成在纏繞呈捲料之管或其他細長胚料上加工的機器，而亦可應用至在筆直管區段上操作之機器。
已知從纏繞呈捲料之管開始，將該管整直、彎曲、及接著切割成所需尺寸之機器。此類機器之一範例係申請人以4-RUNNER為名生產及銷售的彎管機。該機器係在所附圖式之第1圖至第3圖中圖示，其中第1圖顯示該機器整體、第2圖顯示無捲軸之機器、且同時第3圖詳細顯示該機器之整直單元及進給單元。
待加工管(以T指示)係在該機器(概括地以100指示)後部以一捲料C之型式裝載於一捲軸10上，且在作業期間藉由捲軸10之一適當旋轉移動而逐漸從捲料C展開。一旦從捲料C展開，則管T係藉一整直單元12整直，且藉一進給單元14沿該管之縱軸(以x指示)進給。在第1圖至第3圖所圖示之機器中，進給單元14位於整直單元12下游，但該二單元之配置亦可顛倒。
整直單元12包括一第一組惰輥16及一第二組惰輥18，該第一組惰輥係在一與捲料C之軸線正交的第一整直平面上，在管T之相對側上作用，該第二組惰輥係在一與該第一整直平面正交之第二整直平面上，在管T之相對側上作用。整直單元12之二組惰輥16及18的功能係使管T在超過一個方向上塑性變形，以最終獲致一整直管。
進給單元14包括二對或更多對的電動輥20，配置於管T之相對側上，且藉旋轉而以摩擦將移動傳遞至管T，造成管T沿其縱軸x朝前移動。
如此整直之管T將到達該機器之前區，承載特殊彎曲工具之一彎曲頭22將在此處依據一使用者預先定義之幾何來彎曲該管。彎曲頭22具有足夠自由度來圍繞管T之縱軸x完整地旋轉，且因此能夠在不同平面上彎曲管T。
管整直及進給作業經常造成該管在該等整直及進給單元下游之定位誤差。事實上，纏繞成一捲料之管的剖面經常不均勻且非圓形。藉由輥拉延該管，可因該等輥施加於該管上之壓力的不正確調整、或因該等輥之表面的幾何外型中瑕疵，而在該管之材料上產生非均勻壓力、及結果該管圍繞其縱軸之旋轉位移。此類定位誤差不可避免地影響後續管彎曲階段。
為確保依據期望之幾何來執行管彎曲階段，該管沿其縱軸之前向位移必須正確量測，且該管圍繞其縱軸之任何旋轉位移皆必須避免、或另一選擇為必須量測及適當地補償。
典型地，該管沿其縱軸之前向位移係使用一接觸式量測裝置量測，該接觸式量測裝置包括一量測輪，該量測輪在該管上滾動，將該管之縱向移動傳遞至一光學編碼器。為確保對該量測裝置之正確作動而言屬必要的該量測輪與該管材料連續接觸，該量測輪典型地具有一滾花接觸表面，以避免該輪與該管之間的滑移，即使在該管處於高速度及高加速度之情況下亦然。然而，這經常在該管之表面上產生非期望之痕跡。為克服此不便，該量測輪(或至少該輪之徑向最外部份，其意欲與該管接觸)可由一具有較高摩擦係數之材料(例如，橡膠)製作。然而，這將導致該量測輪之較高可變形度，造成量測準確度降低。
為防止該管圍繞其縱軸之旋轉位移，已知之機器典型地配備有一抗旋轉裝置，在第1圖至第3圖中以24指示。抗旋轉裝置24基本上包括一滑架26、以及二個氣動夾持器28及30，該滑架可沿管T之縱軸x移動，該二夾持器分別與滑架26、及與機器結構整合一體。滑架26係在一具有循環滾珠座之導件上自由滑動，且在其休止狀態下之定位係藉由一氣壓缸32在高速下控制。二夾持器28及30之每一個各配備有二塊件，該二塊件具有一溝槽，該溝槽具有圓弧形剖面，該圓弧形剖面具有一與待加工管T半徑相等之標稱半徑。當夾持器28(即，與滑架26整合一體之可動夾持器)保持閉合之同時，係一直進給管T，以避免該管圍繞其軸線之旋轉位移。在夾持器28之退回行程中，管T係藉另一夾持器30(即，與機器結構整合一體之固定夾持器)而固持於適當位置中。
除了笨重外，此類抗旋轉裝置亦導致機器之總週期時間增加。
在加工機器、特別地彎管機對筆直管區段作業、而不僅在機器對纏繞呈捲料之管作業的情況下，亦存有量測該管沿其縱軸之前向位移、及/或該管圍繞其縱軸之旋轉位移的需求。
本發明之一目的係提供一種管加工機(或更概括地，如說明之導言段中提及之，一種用於加工細長胚料之機器)，其能夠以一精確、快速、且可靠之方式量測待加工管沿其縱軸之前向位移、及/或待加工管圍繞其縱軸之旋轉位移，而不致損害該管材料之表面、或增加該機器之週期時間。
該目的及其他目的係依據本發明而藉一種具有所附申請專利範圍獨立項第1項中所界定特點之管加工機完全達成。
本發明之較優具體實施例係在申請專利範圍附屬項中指明，其標的被理解為形成以下說明不可或缺之部份。
總結，本發明據以為基礎之構想係使該機器配備有一光學感測器，該光學感測器配置成，在該管正在加工之同時，以光學方式量測該管沿其縱軸之前向位移、及/或該管圍繞其縱軸之旋轉位移，其中該光學感測器包括一光源(發光二極體或雷射)以照射該待加工管之一表面部、一照相機以擷取該管表面部之影像、及一數位處理單元以在每一瞬時基於該照相機在該瞬時所擷取之該管表面部影像與先前瞬時下擷取之影像的比較來判定該管沿其縱軸之前向位移、及/或該管圍繞其縱軸之旋轉位移。藉由使用此類光學感測器來量測該待加工管之前向及/或旋轉位移，不再如先前技藝者需要使用一量測輪，且因此避免前述有關該量測輪與該管材料之間接觸的不便。
此外，基於該光學感測器不僅容許該待加工管之前向位移的精確量測、且亦容許該待加工管之旋轉位移的精確量測的事實，不再需要如先前技藝情況者提供一抗旋轉系統來防止該管之旋轉，反而足以藉加工頭之適當移動來補償已知在該加工頭上游之旋轉位移。該機器之週期時間將因此不致增加。
請參考第4圖，依據本發明之一具體實施例的一管加工機概括地以100指示，其中與第1圖至第3圖之完全相同或對應之部件及元件係以相同參考代號指示。
以下參考第4圖作說明之機器係一彎管機、即一佈設成執行管彎曲作業之機器，但本發明並非以此型機器為限，而可應用至配置成在管上(或其他細長胚料上)實施任何其他類型加工作業之機器。此外，儘管此中所說明及圖示之機器係設計成處理纏繞呈捲料之管，然本發明並非以此型機器為限，而亦可應用至設計成處理筆直管之機器。
如以上參考第1圖至第3圖作說明之先前技藝，機器100基本上包括： –一捲軸10，一待加工(在此情況下，待彎曲)管T之捲料C係置於該捲軸上； –一整直單元12，配置成當管T從捲料C展開時整直該管，整直單元12包括例如一第一組惰輥16及一第二組惰輥18，該第一組惰輥係在一與捲料C之軸線正交的第一整直平面上，在管T之相對側上作用，該第二組惰輥係在一與該第一整直平面正交之第二整直平面上，在管T之相對側上作用； –一進給單元14，配置成從整直單元12沿管T之縱軸x進給該管，進給單元14包括例如二對電動輥20，配置於管T之相對側上，且藉旋轉而以摩擦將移動傳遞至管T； –一加工頭22(在此情況下，一彎曲頭)，其承載適當之加工工具(在此情況下為彎曲工具，其在本質上已知且因此將不在此中詳細說明)，且具有適當之自由度以容許在管T上執行加工作業(在此情況下為依據一使用者可預先定義之幾何的彎曲作業、甚至在不同平面中)；及 –一可程式控制單元(未顯示)，用於管理加工頭22以及進給單元14之移動、及(可適用時，如本情況下之)捲軸10之移動。
在一操作於筆直管區段上之機器的情況下，明顯地將不設置該整直單元，而同時將設置該進給單元(然而，該進給單元將具有與此中所圖示之不同之架構)。
捲軸10、整直單元12、進給單元14、加工頭22、及該控制單元之結構及功能細部設計係與本發明之目的無關，且因此將不在此中作進一步說明及圖示。
依據本發明，機器100更包括在進給單元14下游(及如在本情況下亦設置一整直單元時，在該整直單元下游)之一光學感測器34，用於以光學式量測待加工管T沿其縱軸x之前向位移、及/或待加工管T圍繞其縱軸x之旋轉位移。
請參考第5圖，一定位機構36係與光學感測器34相關聯，以使光學感測器34保持與待加工管T靠近、特別地與管T之縱軸x對正。
請參考第6圖，光學感測器34包括一用於照射管T之一表面部S的光源38(例如一雷射或發光二極體源)、一用於高頻率地擷取表面部S影像之照相機40、及一數位處理單元42，該數位處理單元用於在任何瞬時基於照相機40在該瞬時所擷取之表面部S影像與先前瞬時下擷取之影像之間的比較來判定管T沿縱軸x之前向位移(此後為簡潔而簡稱為前向位移)、及/或管T圍繞縱軸x之旋轉位移(此後為簡潔而簡稱為旋轉位移)。
藉照相機40擷取之該等影像非常小，例如每側十五個像素，但內含管T表面部S之微小細部及瑕疵，其中光學感測器34係置於該表面部前方。照相機40所擷取之該等影像係藉數位處理單元42成對地處理，且每一對連續影像皆用於計算在此等影像被擷取所在之二瞬時之間的時距中，管T之(前向及旋轉)位移。
例如，二連續影像之間的位移係藉交叉相關判定。以IA (i,j)指示第一影像之坐標i,j的每一像素之灰度(該等影像事實上係依灰階擷取)、以IB (i,j)指示第二影像之相同像素的灰度、且以m及n指示第二影像對於第一影像在二正交方向上之位移(依像素)，則相關函數Φ(m,n)等於二影像之每一像素的灰度乘積總和，依據以下方程式：
Figure 02_image001
當該二影像完美地疊加時，相關函數Φ取其最大值。為了判定二連續影像之間的位移，計算將該函數最大化之二方向上的位移值m及n。基於連續成對影像之間的此等位移值，瞬間地判定出面向光學感測器36之管T表面部S沿縱軸x、及在與縱軸x正交之方向上二者的位移。管T之直徑已知，則圍繞縱軸x之角位移(旋轉)將由表面部S在一與縱軸x正交之方向上的位移導出。
現在請再次參考第5圖，以上述及之光學感測器34的組件、即光源38、照相機40、及數位處理單元42係包覆於一罩殼44中，該罩殼具有一透明視窗46，藉光源38放射之光束通過該透明視窗，且照相機40經由該透明視窗擷取管T表面部S之影像。
罩殼44保持與管T靠近，藉前述定位機構36而使視窗46面向管T且與該管之縱軸x對正。所附圖式之第5圖顯示定位機構36之一具體實施例範例，請了解到本具體實施例並非約束本發明之目的，且本機構之其他具體實施例亦屬可能，只要確保定位光學感測器34之罩殼44靠近管T，且與該管之縱軸x對正即可。
依據第5圖之具體實施例，定位機構36首要包括一支持體48，光學感測器34之罩殼44係安裝於該支持體上。支持體48具有一對輥50，該等輥安裝成可自由地旋轉，且配置於罩殼44之縱軸相對側上，但在管T之相同側上。輥50係從罩殼44之一前面44a朝管T突出，其中視窗46係設於該前面，如此將使得在作業期間、輥50與管T保持接觸而該管沿其縱軸x朝前移動時，定位罩殼44之前面44a與管T之縱軸x平行，且與管T之表面相距一給定固定距離。定位機構36更包括一對抗輥52，配置在管T對於輥50之相對側上，且安裝在一滑動件54上而可自由地旋轉。滑動件54係例如沿一對導桿56安裝而可在一與光學感測器34罩殼44前面44a正交之方向上滑動。定位機構36更包括一空氣彈簧58，以作動式插入支持體48與滑動件54之間，以朝輥50驅迫對抗輥52且因此確保輥50與管T接觸。
由於存有光學感測器34，該機器之控制單元即時接收有關管T沿其縱軸x之前向位移的精確資訊，該控制單元基於此精確資訊來控制加工程序。此外，由於即時接收有關管T圍繞其縱軸x在加工頭22上游之如果有的旋轉位移之精確數據，該機器之控制單元能夠在必要時藉適當地控制加工頭22之移動來補償該旋轉位移，而因此無需使用一複雜且昂貴之抗旋轉機構來防止待加工管T圍繞其縱軸x之旋轉位移且不致增加該機器之週期時間。
根據特定應用，當然可能量測該管二移動分量之僅其中一個、即僅前向位移或僅旋轉位移，而該光學感測器之結構仍不改變。
當然，在本發明原理保持不變下，具體實施例及結構細部設計可關於此中僅藉非限制性範例作說明及圖示之大大地改變，而不致因此脫離所附申請專利範圍中所界定之發明範疇。
10:捲軸 12:整直單元 14:管進給單元 16:第一組惰輥 18:第二組惰輥 20:電動輥 22:加工頭、彎曲頭 24:抗旋轉裝置 26:滑架 28:夾持器 30:夾持器 32:氣壓缸 34:光學感測器 36:定位機構 38:光源 40:照相機 42:數位處理單元 44:罩殼 44a:前面 46:透明視窗 48:第一體、支持體 50:第一輥構件、輥 52:第二輥構件、對抗輥 54:第二體、滑動件 56:導桿 58:致動器構件、空氣彈簧 100:機器 C:捲料 S:表面部 T:管 x:縱軸
本發明之進一步特點及優點將由以下參考所附圖式而僅作為非限制性範例之詳細說明變得更為明顯，其中： 第1圖顯示一依據先前技藝之管加工機； 第2圖顯示第1圖之機器，未具有捲軸； 第3圖詳細顯示第1圖之機器的整直單元、進給單元、及抗旋轉裝置； 第4圖顯示依據本發明之一具體實施例的一管加工機； 第5圖顯示第4圖之機器的感測器，連同其用於將光學感測器定位至待加工管附近的定位機構；及 第6圖示意地顯示第5圖之光學感測器的結構。
10:捲軸
12:整直單元
14:管進給單元
16:第一組惰輥
18:第二組惰輥
20:電動輥
22:加工頭、彎曲頭
34:光學感測器
100:機器
C:捲料
T:管

Claims (8)

  1. 一種用於加工例如棒件及異型段部件等管(T)及相似細長胚料之管加工用機器，包括一加工頭(22)、一管進給單元(14)、及一可程式控制單元，該加工頭承載適合於在該管(T)上執行一個或更多個加工作業的加工工具，該管進給單元沿該管(T)之縱軸(x)朝該加工頭(22)進給該管，該可程式控制單元配置成控制該管進給單元(14)及該加工頭(22)， 其特徵在於，更包括在該管進給單元(14)下游之一光學感測器(34)，配置成在該管(T)正在加工之同時，以光學式量測該管(T)沿其縱軸(x)之前向位移、及/或該管(T)圍繞其縱軸(x)之旋轉位移，其中該光學感測器(34)包括一光源以照射該管(T)之一表面部(S)、一照相機(40)以擷取該管(T)表面部(S)之影像、及一數位處理單元(42)以在每一瞬時基於該照相機(40)在該瞬時所擷取之該管(T)表面部(S)影像與一先前瞬時下擷取之影像的比較來判定該管(T)沿其縱軸(x)之前向位移、及/或該管(T)圍繞其縱軸(x)之旋轉位移。
  2. 如申請專利範圍第1項之管加工用機器，其中該控制單元連接至該光學感測器(34)以從該光學感測器(34)接收有關該管(T)沿其縱軸(x)之前向位移、及/或該管(T)圍繞其縱軸(x)之旋轉位移的數據，以及在加工期間基於該等數據來控制該管進給單元(14)及該加工頭(22)。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之管加工用機器，更包括一定位機構(36)，以保持該光學感測器(34)與正在加工之該管(T)靠近且與該管(T)之縱軸(x)對正。
  4. 如申請專利範圍第3項之管加工用機器，其中該光學感測器(34)包括一罩殼(44)，其中該光源(38)、該照相機(40)、及該數位處理單元(42)被容置於該罩殼中，該罩殼(44)具有一前面(44a)，以作動式面向正在加工之該管(T)，其中該前面(44a)設有一透明視窗(46)，藉該光源(38)放射之光束通過該透明視窗，且該照相機(40)經由該透明視窗擷取該管(T)表面部(S)之影像，及其中該定位機構(36)佈設成，保持該罩殼(44)之該前面(44a)相距正在加工之該管(T)的該表面一給定距離，且與該管(T)之縱軸(x)平行。
  5. 如申請專利範圍第4項之管加工用機器，其中該定位機構(36)包括一第一體(48)、複數個第一輥構件(50)、一第二體(54)、複數個第二輥構件(52)、及複數個致動器構件(58)，該光學感測器(34)之該罩殼(44)安裝於該第一體上，該等第一輥構件係藉該第一體(48)承載，該第二體面向該第一體(48)且可在一與該光學感測器(34)之該罩殼(44)的該前面(44a)正交之方向上相對於該第一體移動，該等第二輥構件係藉該第二體(54)承載，該等致動器構件係以作動式插入該第一體(48)與第二體(54)之間，以驅使該第一體(48)與第二體(54)沿該正交方向朝向彼此，且保持該等第一與第二輥構件(50，52)在該管(T)之縱軸(x)的相對側上與該管(T)之該表面接觸。
  6. 如申請專利範圍第5項之管加工用機器，其中該等致動器構件(58)包括一空氣彈簧。
  7. 如前述任一項申請專利範圍之管加工用機器，其中該加工頭(22)承載複數個彎曲工具，用於在該管(T)上執行複數個彎曲作業。
  8. 如前述任一項申請專利範圍之管加工用機器，其中該機器(100)配置成，在纏繞呈捲料(C)之複數個管(T)上加工，且更包括一捲軸(10)及一整直單元(12)，該捲軸用於展開該待加工管(T)之捲料(C)，該整直單元用於在該管(T)正從該捲料(C)展開之同時整直該管(T)，及其中該光學感測器(34)配置於該整直單元(12)之下游。
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