TWI450787B - Processing method of numerical control of shovel - Google Patents

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TWI450787B TW100134122A TW100134122A TWI450787B TW I450787 B TWI450787 B TW I450787B TW 100134122 A TW100134122 A TW 100134122A TW 100134122 A TW100134122 A TW 100134122A TW I450787 B TWI450787 B TW I450787B
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jia hong Chen
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Ying Chien Tsai
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Univ Nat Formosa
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鏟花數值控制加工方法
本發明係關於一種鏟花數值控制加工方法，尤指一種用於三維表面形貌量測及數值控制的自動化鏟花方法者。
既有硬軌軌道面於組裝前需經過鏟花處理方可進行裝配，其中前述的鏟花技術主要係用以將硬軌滑動面較高處予以鏟除，使機具的精度提高且於鏟花凹槽(鏟斑或油袋)處能用以儲存或保留潤滑油，使配合面接觸滑動時能減少摩擦進而減少磨耗，並提高滑動面的精度壽命，因此，鏟花技術是高精度高負荷的硬軌移動平台組立過程中奠定基礎的重要步驟，且會對於整體移動平台產業的精度品質及可靠度具有決定性的影響；既有的鏟花技術於使用時，主要係將一顯色劑塗抹在一標準治具上(如花崗岩平台)，再將一工件與該標準治具接觸摩擦，使該塗抹於該標準治具上的顯色劑轉移至該工件的較高處，進而利用顯色劑的多寡來決定該工件需鏟除的量，並配合一千分量錶與一厚薄規來判斷該工件表面的高低差，若未達到需求則需重複上述動作，待達到需求後時，在該工件表面上平均分布油袋，再與該塗抹顯色劑的標準治具摩擦，將工件的顯色劑轉印至一白紙或以一影像感應裝置(如Charge-Coupled Device；CCD)拍攝工件表面，藉以檢測該工件表面高點分布的均勻性；然而，前述的鏟花技術雖可對於工件的表面進行處理，但其過程繁複且僅能達到非常簡略的高點檢測，無法精確的分析工件的其他表面形態，例如接觸率、高點高度、低點深度、含油量…等，尚有需加以改進之處。
因此，本發明人有鑒於既有鏟花技術過程繁複且無法分析工件的多樣表面形態，特經過不斷的研究與試驗，終於發展出一種能改進既有缺失之本發明。
本發明之目的為提供一鏟花數值控制加工方法，其透過掃描鏟花件表面以及配合輸入參數的方式，精確計算出工件需鏟除的位置，進而提供一精確度高的鏟花數值控制加工方法之目的者。
為達到上述目的，本發明提供一鏟花數值控制加工方法，其操作步驟包含有：儀器設置與工件定位：準備一三軸以上的移動平台及一與該移動平台相連接的電腦，於該移動平台的主軸上設置一雷射位移計及一自動鏟花裝置，將一待鏟工件設置於該移動平台的載台上進行定位；繪製工件3D曲面：透過該電腦控制該移動平台的載台方式，使該雷射位移計量測該待鏟工件表面的曲面變化，並將該量測資料回傳至該電腦內，對於該量測資料進行處理並繪製出該待鏟工件表面的3D曲面；輸入平坦度參數：於該電腦內輸入待鏟工件的期望平坦度；工件平面修整：待輸入平坦度參數後，由該電腦依據所輸入的平坦度參數與該工件表面的3D曲面進行運算，並規劃出需鏟除的位置、長度、寬度及深度，將該規劃出的位置訊號傳送至該移動平台，透過該移動平台各軸作動的方式，對於該待鏟工件及該自動鏟花裝置進行定位，待定位完成後，傳送該長度、寬度及深度訊號至該自動鏟花裝置中，使該自動鏟花裝置對於該待鏟工件進行加工，以修整該待鏟工件的平面度；輸入相關參數：於該電腦輸入待鏟工件期望的每平方英吋高點數及每平方英吋接觸率，求出該自動鏟花裝置單次下刀的鏟花長度及鏟花寬度，並透過自動鏟花裝置的校正資料算出高點高度、低點深度與含油量，進一步算出自動鏟花裝置單次下刀的鏟花深度；路徑規劃與自動鏟花：依據所輸入的每平方英吋高點數及每平方英吋接觸率，規劃出油袋平均分布的鏟花位置及路徑，並將規劃出油袋平均分布的鏟花位置及路徑資料傳送至該移動平台中作定位，且驅動該自動鏟花裝置進行作動，對於該待鏟工件進行鏟花處理；以及結果分析：透過該雷射位移計量測該經過鏟花處理的待鏟工件表面的曲面變化，並將該量測資料回傳至該電腦內，分析該量測結果是否可使油袋平均分布於該待鏟工件的表面，若油袋平均分布於該待鏟工件的表面，則完成鏟花加工流程，若油袋未平均分布於該待鏟工件的表面，則重新回到輸入平坦度參數及輸入相關參數的步驟中進行修正。
進一步，在儀器設置與工件定位的步驟中係調整移動平台主軸的高度，使該雷射位移計的量測範圍內可涵蓋於整個待鏟工件。
再進一步，在繪製工件3D曲面的步驟中，該載台係以”弓”字型轉折移動的路徑，並以等速度的方式相對該雷射位移計及該主軸移動。
較佳地，在輸入相關參數的步驟中，該高點高度係計算每一高點區域的平均高度，而低點深度係計算每一低點區域的平均深度。
較佳地，在輸入相關參數的步驟中，該含油量係計算平面度以下的油袋體積。
藉由上述的技術手段，本發明鏟花數值控制加工方法，僅需將待鏟工件設置於該載台上，即可透過該雷射位移計對於待鏟工件表面進行掃描的方式，藉以讀取待鏟工件的表面原始變化值，並回傳至該電腦中繪製出該待鏟工件的表面3D曲面圖，對於該3D曲面圖進行平坦度的修整後，透過輸入期望的每平方英吋高點數及每平方英吋接觸率，以及由該自動鏟花裝置校正資料算出高點高度、低點深度與含油量，即可推算出該自動鏟花裝置單次下刀的鏟花長度、寬度及深度，在規劃出油袋平均分布的鏟花位置及路徑後，由該自動鏟花裝置對於該待鏟工件進行鏟花處理，並且於結束鏟花的加工處理後，透過該雷射位移計量測該經過鏟花處理的待鏟工件表面的曲面變化，並將該量測資料回傳至該電腦內，分析該量測結果是否可使油袋平均分布於該待鏟工件的表面，若油袋平均分布於該待鏟工件的表面，則完成鏟花加工流程；再者，若油袋未平均分布於該待鏟工件的表面，則重新回到輸入平坦度參數及輸入相關參數的步驟中進行修正，藉以使該待鏟工件的鏟花結果，可使油袋平均分布於該待鏟工件的表面，藉以提供一高精確度的鏟花數值控制加工方法。
為能詳細瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，玆進一步以圖式(如圖1至3所示)所示的較佳實施例，詳細說明如后：本發明係透過精簡的雷射光源掃描待鏟工件表面的方式，藉以提供一高精確度的鏟花數值控制加工方法，其操作流程包含有：
A、儀器設置與工件定位：準備一三軸以上的移動平台10及一與該移動平台相連接的電腦20，於該移動平台10的主軸11上設置一雷射位移計30及一自動鏟花裝置40，將一待鏟工件50設置於該移動平台10的載台12上進行定位，並調整移動平台10主軸11的高度，使該雷射位移計30的量測範圍內可涵蓋於整個待鏟工件50；
B、繪製工件3D曲面：透過該電腦20控制該移動平台10載台12的方式，使該雷射位移計30量測該待鏟工件50表面的曲面變化，並將該量測資料回傳至該電腦20內，對於該量測資料進行處理並繪製出該待鏟工件50表面的3D曲面，較佳地，該載台12係以”弓”字型轉折移動的路徑，並以等速度的方式相對該雷射位移計30及該主軸11移動；
C、輸入平坦度參數：於該電腦20內輸入待鏟工件50的期望平坦度；
D、工件平面修整：待輸入平坦度參數後，由該電腦20依據所輸入的平坦度參數與該工件50表面的3D曲面進行運算，並規劃出需鏟除的位置、長度、寬度及深度，將該規劃出的位置訊號傳送至該移動平台10，透過該移動平台10各軸作動的方式，對於該待鏟工件50及該自動鏟花裝置40進行定位，待定位完成後，傳送該長度、寬度及深度訊號至該自動鏟花裝置40中，使該自動鏟花裝置40對於該待鏟工件50進行加工，以修整該待鏟工件50如圖4所示的平面度(參考平面)；
E、輸入相關參數：於該電腦20輸入待鏟工件50期望的每平方英吋高點數(Point Per Inch;PPI)及每平方英吋接觸率(Percentage of Point;POP)，其中請配合參看如圖5所示，該待鏟工件50的面積為長度(L)×寬度(W)，以A為單位(鏟花間距)，若待鏟工件50的長度上有n個A，寬度上有m個A，則：
該待鏟工件50上的總點數為：
m (n -1)+n (m -1)+2(n +m )　(2)
每平方英吋高點數(PPI)則為：
其中將上述方程式(3)的期望PPI值，代入下列的方程式(5)中，即可求出該自動鏟花裝置40單次下刀的鏟花長度(Lk )(mm)：
待求出該長度(Lk )後，將其代入方程式(4)中期望POP值，即可由所輸入的每平方英吋接觸率(POP)及長度(Lk )，推算出該自動鏟花裝置40單次下刀的鏟花寬度(Wk )(mm)；另外，透過該自動鏟花裝置40的校正資料算出高點高度(Height of Point；HOP)、低點深度(Depth of Surrounding；DOS)與含油量(體積；oil)，其中高點高度(HOP)係計算每一高點區域的平均高度，而低點深度(DOS)係計算每一低點區域的平均深度，而含油量係如圖6所示計算參考平面以下的油袋(儲油體積)；
H i 為每一個高點區的平均高度距離；
D i 為每一個低點區的平均深度距離；以及
其中oil為含油量，Vi 為低點區域的體積；透過上述的所求出的鏟花長度(Lk )、鏟花寬度(Wk )(mm)及含油量後，可計算出自動鏟花裝置40單次下刀的鏟花深度(Zk )(mm)；再者，鏟花深度(Zk )、鏟花寬度(Wk )及鏟花長度(Lk )，亦可分別由該自動鏟花裝置40的Z軸和X軸驅動馬達進行控制，其中Z軸的進給量會影響參數Zk 和Wk 的大小，而X 軸的進給量會影響參數Lk ，且參數Zk 和Wk 兩者之間係存在一關係常數K值，其中該K值必須先經過校正才能獲得：Zk =Wk ×K (9)
F、路徑規劃與自動鏟花：依據所輸入的PPI及POP規劃出油袋平均分布的鏟花位置及路徑，並將規劃出油袋平均分布的鏟花位置及路徑資料傳送至該移動平台10中作定位，且驅動該自動鏟花裝置40進行作動，對於該待鏟工件50進行鏟花處理；以及G、結果分析：透過該雷射位移計30量測該經過鏟花處理的待鏟工件50表面的曲面變化，並將該量測資料回傳至該電腦20內，分析該量測結果是否可使油袋平均分布於該待鏟工件50的表面，若油袋平均分布於該待鏟工件50的表面，則完成鏟花加工流程，若油袋未平均分布於該待鏟工件50的表面，則重新回到輸入平坦度參數及輸入相關參數的步驟中進行修正，藉以使該待鏟工件50的鏟花結果，可使油袋平均分布於該待鏟工件50的表面，進而提供一高精確度的鏟花數值控制加工方法。
藉由上述的技術手段，本發明鏟花數值控制加工方法，僅需將待鏟工件設置於該載台上，即可透過該雷射位移計30對於待鏟工件50表面進行掃描的方式，藉以讀取待鏟工件50的表面原始變化值，並回傳至該電腦20中繪製出該待鏟工件50的表面3D曲面圖，對於該3D曲面圖進行平坦度的修整後，透過輸入期望的每平方英吋高點數(PPI)及每平方英吋接觸率(POP)，以及由該自動鏟花裝置40校正資料算出高點高度(HOP)、低點深度(DOS)與含油量(體積)，即可推算出該自動鏟花裝置40單次下刀的鏟花長度(Lk )、寬度(Wk )及深度(Zk )，在規劃出油袋平均分布的鏟花位置及路徑後，由該自動鏟花裝置40對於該待鏟工件50進行鏟花處理，並且於結束鏟花的加工處理後，透過該雷射位移計30量測該經過鏟花處理的待鏟工件50表面的曲面變化，並將該量測資料回傳至該電腦20內，分析該量測結果是否可使油袋平均分布於該待鏟工件50的表面，若油袋平均分布於該待鏟工件50的表面，則完成鏟花加工流程；再者，若油袋未平均分布於該待鏟工件50的表面，則重新回到輸入平坦度參數及輸入相關參數的步驟中進行修正，藉以使該待鏟工件50的鏟花結果，可使油袋平均分布於該待鏟工件50的表面，藉以提供一高精確度的鏟花數值控制加工方法。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何形式上的限制，任何所屬技術領域中具有通常知識者，若在不脫離本發明所提技術方案的範圍內，利用本發明所揭示技術內容所作出局部更動或修飾的等效實施例，並且未脫離本發明的技術方案內容，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
10．．．移動平台
11．．．主軸
12．．．載台
20．．．電腦
30．．．雷射位移計
40．．．自動鏟花裝置
50．．．待鏟工件
圖1係本發明鏟花數值控制加工方法之操作方塊示意圖。
圖2係本發明鏟花數值控制加工方法所用儀器之立體外觀示意圖。
圖3係本發明鏟花數值控制加工方法所用自動鏟花裝置之立體外觀示意圖。
圖4係本發明鏟花數值控制加工方法中待鏟工件進行平坦度處理之剖面側視示意圖。
圖5係本發明鏟花數值控制加工方法待鏟工件進行鏟花處理之俯視示意圖。
圖6係本發明鏟花數值控制加工方法中待鏟工件油袋之剖面側視示意圖。

Claims (7)

  1. 一種鏟花數值控制加工方法，其係包含有：儀器設置與工件定位：準備一三軸以上的移動平台及一與該移動平台相連接的電腦，於該移動平台的主軸上設置一雷射位移計及一自動鏟花裝置，將一待鏟工件設置於該移動平台的載台上進行定位；繪製工件3D曲面：透過該電腦控制該移動平台的載台方式，使該雷射位移計量測該待鏟工件表面的曲面變化，並將該量測資料回傳至該電腦內，對於該量測資料進行處理並繪製出該待鏟工件表面的3D曲面；輸入平坦度參數：於該電腦內輸入待鏟工件的期望平坦度；工件平面修整：待輸入平坦度參數後，由該電腦依據所輸入的平坦度參數與該工件表面的3D曲面進行運算，並規劃出需鏟除的位置、長度、寬度及深度，將該規劃出的位置訊號傳送至該移動平台，透過該移動平台各軸作動的方式，對於該待鏟工件及該自動鏟花裝置進行定位，待定位完成後，傳送該長度、寬度及深度訊號至該自動鏟花裝置中，使該自動鏟花裝置對於該待鏟工件進行加工，以修整該待鏟工件的平面度；輸入相關參數：於該電腦輸入待鏟工件期望的每平方英吋高點數及每平方英吋接觸率，求出該自動鏟花裝置單次下刀的鏟花長度及鏟花寬度，並透過自動鏟花裝置的校正資料算出高點高度、低點深度與含油量，進一步算出自動鏟花裝置單次下刀的鏟花深度；路徑規劃與自動鏟花：依據所輸入的每平方英吋高點數及每平方英吋接觸率，規劃出油袋平均分布的鏟花位置及路徑，並將規劃出油袋平均分布的鏟花位置及路徑資料傳送至該移動平台中作定位，且驅動該自動鏟花裝置進行作動，對於該待鏟工件進行鏟花處理；以及結果分析：透過該雷射位移計量測該經過鏟花處理的待鏟工件表面的曲面變化，並將該量測資料回傳至該電腦內，分析該量測結果是否可使油袋平均分布於該待鏟工件的表面，若油袋平均分布於該待鏟工件的表面，則完成鏟花加工流程，若油袋未平均分布於該待鏟工件的表面，則重新回到輸入平坦度參數及輸入相關參數的步驟中進行修正。
  2. 如請求項1所述之鏟花數值控制加工方法，其中在儀器設置與工件定位的步驟中係調整移動平台主軸的高度，使該雷射位移計的量測範圍內可涵蓋於整個待鏟工件。
  3. 如請求項1或2所述之鏟花數值控制加工方法，其中在繪製工件3D曲面的步驟中，該載台係以”弓”字型轉折移動的路徑，並以等速度的方式相對該雷射位移計及該主軸移動。
  4. 如請求項3所述之鏟花數值控制加工方法，其中在輸入相關參數的步驟中，該高點高度係計算每一高點區域的平均高度，而低點深度係計算每一低點區域的平均深度。
  5. 如請求項4所述之鏟花數值控制加工方法，其中在輸入相關參數的步驟中，該含油量係計算平面度以下的油袋體積。
  6. 如請求項1所述之鏟花數值控制加工方法，其中在輸入相關參數的步驟中，該高點高度係計算每一高點區域的平均高度，而低點深度係計算每一低點區域的平均深度。
  7. 如請求項1所述之鏟花數值控制加工方法，其中在輸入相關參數的步驟中，該含油量係計算平面度以下的油袋體積。
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