TWI449589B - 刀具參數測量系統及方法 - Google Patents

Description

刀具參數測量系統及方法

本發明係關於一種測量系統及方法，尤指一種刀具參數測量系統及方法。

在數控機床中，刀具是金屬切削加工中必不可少之重要構件。目前金屬加工過程中，當更換一種新刀具進行加工零件時，則首先需對更換之新刀具長度、直徑、偏擺值等加工參數進行測量，再進行金屬之切削加工，此時將所測量之新刀具之加工參數與所需要加工零件之尺寸等參數進行比較，進而可對新刀具之加工參數進行調整，以保證新刀具加工零件之加工精度。惟，為了提高生產效率，刀具參數之測量時間儘量愈短愈好，因此，如何快速而準確之測量刀具之參數成為工程技術人員急需解決之問題。

鑒於上述內容，有必要提供一種刀具參數測量系統及方法，以節省測量之時間。

一種刀具參數測量系統，應用於數控機床，用於測量數控機床之取刀工具取得之刀具之加工參數，包括一控制器及一光學感測器，該控制器包括一換刀控制模組，用於控制該取刀工具將該刀具移至該光學感測器之上方；一刀具控制模組，用於控制該取刀工 具將該刀具從該光學感測器上方下降至使該刀具頭部與該光學感測器之一感測基準線同高度，並控制該刀具沿垂直於該光學感測器之感測基準線之方向穿過該感測基準線，使得該光學感測器發出之電訊號產生電平變化，該刀具沿垂直於該感測基準線方向穿過該感測基準線之過程中，當該光學感測器之光源發出之光線被刀具完全遮斷時，該光學感測器發送之電訊號被轉化為連續之高電平訊號，當該光學感測器之光源發出之光線被刀具部分遮斷時，該光學感測器發送之電訊號被轉化為高低電平交替之訊號，當該光學感測器之光源發出之光線不被刀具遮斷時，該光學感測器發送之電訊號被轉化為連續之低電平訊號；及一參數計算模組，用於接收該光學感測器發送之電訊號並根據該電訊號之電平變化計算出該刀具之加工參數，該刀具之加工參數包括刀具之長度、直徑和偏擺值，該刀具之長度為該取刀工具取得刀具後下降前底部位置之高度與刀具頭部初始位置之高度之差，該刀具頭部之初始位置之高度為該刀具下降之高度與該光學感測器之感測基準線之高度之和，該刀具之直徑為該電訊號之連續之高電平或低電平訊號持續之時間乘以刀具移動之速度，該刀具之偏擺值為該電訊號之一段高低電平交替訊號持續之時間乘以刀具移動之速度。

一種刀具參數測量方法，應用於數控機床，用於測量數控機床之取刀工具取得之刀具之參數，包括以下步驟：該取刀工具將該刀具移至一光學感測器之上方，並調整該取刀工具之主軸之轉速為一量刀轉速；控制該取刀工具將該刀具從該光學感測器上方下降至使該刀具頭部與該光學感測器之一感測基準線同高度，並控制該刀具沿垂直 於該感測基準線方向穿過該感測基準線，使得該光學感測器發出之電訊號產生電平變化，該刀具沿垂直於該感測基準線方向穿過該感測基準線之過程中，當該光學感測器之光源發出之光線被刀具完全遮斷時，該光學感測器發送之電訊號被轉化為連續之高電平訊號，當該光學感測器之光源發出之光線被刀具部分遮斷時，該光學感測器發送之電訊號被轉化為高低電平交替之訊號，當該光學感測器之光源發出之光線不被刀具遮斷時，該光學感測器發送之電訊號被轉化為連續之低電平訊號；及根據該光學感測器發送之電訊號之電平變化計算該刀具之加工參數，該刀具之加工參數包括刀具之長度、直徑和偏擺值，該刀具之長度為取刀工具取得刀具後下降前底部位置之高度與刀具頭部初始位置之高度之差，刀具頭部初始位置之高度為刀具下降之高度與該光學感測器之感測基準線之高度之和，該刀具之直徑為該電訊號之連續之高電平或低電平訊號持續之時間乘以該刀具移動之速度，該刀具之偏擺值為該電訊號之一段高低電平交替訊號持續之時間乘以該刀具移動之速度。

本發明刀具參數測量系統及方法透過該換刀控制模組控制該取刀工具將刀具移至該光學感測器之上方，該刀具控制模組控制該取刀工具將刀具從光學感測器上方下降至使該刀具頭部與該光學感測器之一感測基準線同高度，並控制該刀具沿垂直於該光學感測器之感測基準線之方向穿過該感測基準線，使得該光學感測器發出之電訊號產生電平變化，最後透過該參數計算模組接收到該光學感測器發送之電訊號，並計算出刀具之長度、直徑和偏擺值，完成刀具加工參數之測量，從而實現了快速測量刀具之參數，節 省了測量時間。

5‧‧‧刀具參數測量系統

20‧‧‧取刀工具

40‧‧‧光學感測器

104‧‧‧刀具控制模組

108‧‧‧參數存儲模組

304‧‧‧凹槽

10‧‧‧控制器

30‧‧‧刀庫

102‧‧‧換刀控制模組

106‧‧‧參數計算模組

302‧‧‧刀具

圖1係本發明刀具參數測量系統之較佳實施方式之架構圖。

圖2係圖1中之取刀工具從光學感測器之上方之一初始位置下降至與光學感測器之一感測基準線同高度且接觸到感測基準線時之移動狀態圖。

圖3係圖1中之取刀工具保持高度不變，從沿垂直於感測基準線方向穿過感測基準線之過程之移動狀態圖。

圖4係圖3中取刀工具移動過程中光學感測器產生之部分電訊號之示意圖。

圖5係本發明刀具參數測量方法之較佳實施方式之流程圖。

請一併參閱圖1至圖4，本發明刀具參數測量系統5之較佳實施方式應用於一數控機床，以測量數控機床之一取刀工具20從一刀庫30中取得之刀具之參數，其包括一控制器10及一光學感測器40。該控制器10包括一換刀控制模組102、一刀具控制模組104、一參數計算模組106及一參數存儲模組108。

該取刀工具20用於在該控制器10之控制下完成選取刀具、更換刀具或夾持刀具等操作。

該刀庫30用於存儲各種刀具，每種刀具均有各自之刀具編號、加工參數及在刀庫30中存放之位置座標等。

該光學感測器40為一非接觸式光學感測器，該光學感測器40之光 源發出之光線由光學感測器40轉化為電訊號發送給該控制器10，該光學感測器40具有一凹槽304，凹槽304內有該光學感測器40之光源發出之光線而形成之一感測基準線Hj。在本實施方式中，當需測量參數之刀具未接觸到此感測基準線Hj時，該光學感測器40發送給該控制器10之訊號總為低電平，當需測量參數之刀具瞬間接觸到此感測基準線Hj時，該光學感測器40發送給該控制器10之訊號中出現高電平訊號，當需測量參數之刀具沿垂直於感測基準線Hj之方向穿過感測基準線Hj之過程中，該光學感測器40發送給該控制器10之訊號起初為連續之高低電平交替訊號然後緊接一段連續之高電平訊號再緊接一段連續之高低電平交替之訊號。在其他實施方式中，該光學感測器40發送給該控制器10之訊號不限於上述電平訊號，例如當需測量參數之刀具未接觸到此感測基準線Hj時，該光學感測器40發送給該控制器10之訊號可以總為高電平，當需測量參數之刀具瞬間接觸到此感測基準線Hj時，該光學感測器40發送給該控制器10之訊號中出現低電平訊號，當需測量參數之刀具沿垂直於感測基準線Hj之方向穿過感測基準線Hj之過程中，該光學感測器40發送給該控制器10之訊號起初為連續之高低電平交替之訊號然後緊接一段連續之低電平訊號再緊接一段連續之高低電平交替之訊號。該控制器10用於根據所接收之電訊號完成刀具加工參數之測量，例如刀具之長度、直徑及偏擺值等參數。該刀具之偏擺值為當刀具旋轉時由於抖動現象，而偏離於刀具底面區域之範圍大小。

該換刀控制模組102用於控制該取刀工具20根據一預設之刀具編號、加工參數或在刀庫30中存放之位置座標從該刀庫30中取一刀具(如刀具302)，將刀具302移至該光學感測器40之上方，並調 整取刀工具20之主軸之轉速為一量刀轉速，該刀具302隨即在該取刀工具20之主軸帶動下以該量刀轉速進行旋轉。

該刀具控制模組104用於控制該取刀工具20將刀具302從光學感測器40上方之刀具302頭部之初始位置H2下降至與該光學感測器40之感測基準線Hj同高度，且接觸到感測基準線Hj，並控制該取刀工具20將刀具302保持高度不變從沿垂直於光學感測器40之感測基準線Hj之方向穿過感測基準線Hj(即如圖3所示向ox方向移出感測基準線Hj)。

該參數計算模組106用於接收該光學感測器40發送之電訊號，還用於根據接收到該光學感測器40發送之電訊號之電平變化計算出刀具302之長度、直徑和偏擺值，並將刀具302之長度、直徑和偏擺值傳送給該參數存儲模組108。其中，刀具302之長度等於取刀工具20取得刀具302下降前底部位置H3與刀具302頭部初始位置H2之差H3-H2，而刀具302頭部之初始位置H2等於刀具302下降之高度Hx與該光學感測器40之感測基準線Hj之高度H1之和。例如，假設該光學感測器40之感測基準線Hj之高度H1為1.9m，該取刀工具20取得刀具302後下降前底部位置H3為2.5m，刀具302下降之速度為5m/s，其中，H1、H3、刀具302下降之速度及刀具302移動之速度均預先儲存在該參數計算模組106中，刀具302下降至與該光學感測器40之感測基準線Hj同高度且接觸到感測基準線時所用之時間為0.02s(即接收到電訊號之電平轉換時所花費之時間)，則刀具302下降之高度Hx為0.02*5=0.1m，刀具302頭部之初始位置H2=1.9+0.1=2m，刀具302之長度為H3-H2=0.5m。由於本實施方式中該光學感測器40之訊號轉化原理為：該光學感測器40之光源發 出之光線被刀具完全遮斷之區域被轉化為連續高電平訊號(如5伏特)，而該光學感測器40之光源發出之光線被刀具部分遮斷之區域被轉化為高低電平交替之訊號，該光學感測器40之光源發出之光線不被刀具遮斷之區域被轉化為連續低電平訊號(如0伏特)，而當刀具從沿垂直於感測基準線Hj方向穿過感測基準線Hj之過程中，該光源發出之光線會從完全被遮斷，過渡到斷斷續續被遮斷，最後到完全不被遮斷。以該光學感測器40之光源發出之光線不被刀具遮斷之區域被轉化為連續之低電平訊號為例說明(如圖4所示)，該刀具302之直徑為該光學感測器40之光源發出之光線被刀具302完全遮斷之區域之長度，即連續高電平訊號持續之時間OA*刀具302移動之速度，刀具302之偏擺值為該光學感測器40之光源發出之光線被刀具302部分遮斷之區域之長度，即高低電平交替之訊號持續之時間AB*刀具302移動之速度。

該參數存儲模組108用於接收並存儲該刀具302之加工參數，例如刀具302之刀長、刀徑(即刀之直徑)及偏擺值等參數。

在其他實施方式中，當不需要對刀具302之加工參數進行儲存時，也可以省略該參數存儲模組108。

請再參閱圖5，本發明刀具參數測量方法之較佳實施方式包括以下步驟：步驟S100，該換刀控制模組102控制該取刀工具20根據一預設刀具之編號、加工參數或在刀庫30中存放之位置座標從該刀庫30中取一刀具302；步驟S102，該換刀控制模組102控制該取刀工具20將刀具302移至 該光學感測器40之上方，並調整取刀工具20之主軸之轉速為量刀轉速，該刀具302隨即在該取刀工具20之主軸帶動下以該量刀轉速進行旋轉；步驟S104，該刀具控制模組104控制該取刀工具20將刀具302從光學感測器40上方之刀具302頭部之初始位置H2下降至與該光學感測器40之感測基準線Hj同高度且接觸到感測基準線Hj；步驟S106，該刀具控制模組104控制該取刀工具20將刀具302保持高度不變然後沿垂直於感測基準線Hj方向移入感測基準線Hj，再移出感測基準線Hj；步驟S108，在步驟S106過程中，該參數計算模組106接收到該光學感測器40發送之高低電平交替之電訊號及緊接之一段連續高電平訊號及一段連續高低電平交替之電訊號，並計算出刀具302之長度、直徑和偏擺值，並將該長度、直徑和偏擺值傳送給該參數存儲模組108。刀具302之長度等於取刀工具取得刀具302下降前底部位置H3與刀具302頭部初始位置H2之差H3-H2，而刀具302頭部之初始位置H2等於刀具302下降高度Hx與該光學感測器40之感測基準線Hj之高度H1之和，如圖4所示該刀具302之直徑為該光學感測器40之光源發出之光線被刀具302完全遮斷之區域之長度，即連續高電平訊號持續之時間0A*刀具302移動之速度，刀具302之偏擺值為該光學感測器40之光源發出之光線被刀具302部分遮斷之區域之長度，即起初高低電平交替之訊號持續之時間AB*刀具302移動之速度；步驟S110，該參數存儲模組108接收並存儲該刀具302之加工參數，例如刀具302之刀長、刀徑及偏擺值等參數。

在其他實施方式中，當不需要對刀具302之加工參數進行儲存時，也可以省略步驟S110。

本發明刀具參數測量系統及方法透過該換刀控制模組102控制該取刀工具20將刀具302移至該光學感測器40之上方，該刀具控制模組104控制該取刀工具20將刀具302從光學感測器40上方下降至使刀具302頭部與該光學感測器40之感測基準線Hj同高度，並控制該刀具302沿垂直於感測基準線Hj之方向穿過感測基準線Hj，最後透過該參數計算模組106接收到該光學感測器40發送之電訊號，並計算出刀具302之長度、直徑和偏擺值，完成刀具302加工參數之測量，從而實現了快速測量刀具302之參數，節省了測量之時間。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。

Claims (7)

1. 一種刀具參數測量系統，應用於數控機床，用於測量數控機床之取刀工具取得之刀具之加工參數，包括一控制器及一光學感測器，該控制器包括：一換刀控制模組，用於控制該取刀工具將該刀具移至該光學感測器之上方；一刀具控制模組，用於控制該取刀工具將該刀具從該光學感測器上方下降至使該刀具頭部與該光學感測器之一感測基準線同高度，並控制該刀具沿垂直於該光學感測器之感測基準線之方向穿過該感測基準線，使得該光學感測器發出之電訊號產生電平變化，該刀具沿垂直於該感測基準線方向穿過該感測基準線之過程中，當該光學感測器之光源發出之光線被刀具完全遮斷時，該光學感測器發送之電訊號被轉化為連續之高電平訊號，當該光學感測器之光源發出之光線被刀具部分遮斷時，該光學感測器發送之電訊號被轉化為高低電平交替之訊號，當該光學感測器之光源發出之光線不被刀具遮斷時，該光學感測器發送之電訊號被轉化為連續之低電平訊號；及一參數計算模組，用於接收該光學感測器發送之電訊號並根據該電訊號之電平變化計算出該刀具之加工參數，該刀具之加工參數包括刀具之長度、直徑和偏擺值，該刀具之長度為該取刀工具取得刀具後下降前底部位置之高度與刀具頭部初始位置之高度之差，該刀具頭部之初始位置之高度為該刀具下降之高度與該光學感測器之感測基準線之高度之和，該刀具之直徑為該電訊號之連續之高電平或低電平訊號持續之時間乘以刀具移動之速度，該刀具之偏擺值為該電訊號之一段高低電平交替訊號持 續之時間乘以刀具移動之速度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之刀具參數測量系統，其還包括一參數存儲模組，用於接收並存儲該刀具之刀長、刀之直徑及偏擺值參數。
3. 如申請專利範圍第1項所述之刀具參數測量系統，其中該取刀工具是根據一預設之刀具編號、加工參數或在刀庫中存放之位置座標從該刀庫中取得刀具。
4. 如申請專利範圍第1項所述之刀具參數測量系統，其中該光學感測器為一非接觸式光學感測器，該感測基準線位於該光學感測器之一凹槽內。
5. 一種刀具參數測量方法，應用於數控機床，用於測量數控機床之取刀工具取得之刀具之參數，包括以下步驟：該取刀工具將該刀具移至一光學感測器之上方，並調整該取刀工具之主軸之轉速為一量刀轉速；控制該取刀工具將該刀具從該光學感測器上方下降至使該刀具頭部與該光學感測器之一感測基準線同高度，並控制該刀具沿垂直於該感測基準線方向穿過該感測基準線，使得該光學感測器發出之電訊號產生電平變化，該刀具沿垂直於該感測基準線方向穿過該感測基準線之過程中，當該光學感測器之光源發出之光線被刀具完全遮斷時，該光學感測器發送之電訊號被轉化為連續之高電平訊號，當該光學感測器之光源發出之光線被刀具部分遮斷時，該光學感測器發送之電訊號被轉化為高低電平交替之訊號，當該光學感測器之光源發出之光線不被刀具遮斷時，該光學感測器發送之電訊號被轉化為連續之低電平訊號；及根據該光學感測器發送之電訊號之電平變化計算該刀具之加工參數，該刀具之加工參數包括刀具之長度、直徑和偏擺值，該刀具之長度為取刀工具取得刀具後下降前底部位置之高度與刀具頭部初始位置之高度之差，刀具頭部初始位置之高度為刀具下降之高度與該光學感測器之感測基 準線之高度之和，該刀具之直徑為該電訊號之連續之高電平或低電平訊號持續之時間乘以該刀具移動之速度，該刀具之偏擺值為該電訊號之一段高低電平交替訊號持續之時間乘以該刀具移動之速度。
6. 如申請專利範圍第5項所述之刀具參數測量方法，其中在計算該刀具之加工參數之步驟後還包括步驟：接收並存儲該刀具之加工參數。
7. 如申請專利範圍第5項所述之刀具參數測量方法，其中該取刀工具是根據一預設之刀具編號、加工參數或在刀庫中存放之位置座標從該刀庫中取得刀具。