TWI597122B

TWI597122B - 動態工件平面傾斜量測方法

Info

Publication number: TWI597122B
Application number: TW105100172A
Authority: TW
Inventors: 吳柏勳; 許哲瑋; 黃凱廷; 林依潁; 曾郁升
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2016-01-05
Filing date: 2016-01-05
Publication date: 2017-09-01
Also published as: TW201725087A

Description

動態工件平面傾斜量測方法

一種動態工件平面傾斜量測方法，尤指一種能夠動態地量測主軸負載訊號，並依據該主軸負載訊號與先前所建立之負載關係，對一加工機台進行一補償動作之方法。

於當前之機械加工中，加工機台之平面精度乃甚為重要，但現有的檢測方式使用了千分錶或雷射干涉儀，並以人力方式於靜止的狀態下，進行量測工件基準面的動作，藉以確認工件表面加工後的精度。

但是上述的量測方式，仍充滿許多不準確之因素，例如必須於停機狀態及憑藉經驗人力方能完成，基準面的傾斜度或基轉面是否於精度內均無法即時得知與補償，所以現有的平面精度量測之方式仍有改善的空間。

本發明為一種動態工件平面傾斜量測方法，適用於一加工機台，該動態工件平面傾斜量測方法之步驟主要包含：(1)依據該加工機台之至少一加工條件與一對應之主軸負載，以建立一負載關係；(2)取得該加工機台之一主軸負載訊號；(3)依據該負載關係與該主軸負載訊號，取得一傾斜角度；以及(4)依據該傾斜角度對該加工機台進行一補償。

S1~S4‧‧‧步驟

10‧‧‧搖擺軸

11‧‧‧旋轉台

12‧‧‧工件

120‧‧‧基準面

θ‧‧‧傾斜角度

第1圖為本發明一實施例之一種動態工件平面傾斜量測方法之流程示意圖。

第2圖為本發明一實施例之傾斜角度、切削路徑與切削深度之幾何關係示意圖。

第3圖為本發明一實施例之五軸機台於未補償時之示意圖。

第4圖為本發明一實施例之五軸機台於補償後之示意圖。

以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，所屬技術領域中具有通常知識者可由本說明書所揭示之內容，輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。

請配合參考第1圖所示，本發明係一種動態工件平面傾斜量測方法，廣泛地適用於各型加工機台平面傾斜之即時量測，此平面舉例為X-Y軸平面。首先本發明一實施例於進行量測之前，將一負載感測器，舉例是電流感測器裝設於一加工機台之主軸或主軸驅動馬達上，此主軸舉例為Z軸，而該感測器再電信連接到該加工機之控制器，以感測主軸負載之變化並記錄，此主軸負載之變化舉例是主軸驅動馬達電流之變化，或是，該控制器本身即已具備了感測主軸負載變化並可供擷取之功能，本發明均可應用於上述設備而無限制。

本發明一實施例之動態工件平面傾斜量測方法之步驟，舉例包含有：

步驟S1，依據加工機台之至少一加工條件與一對應之主軸負載，以建立一負載關係：首先在一已完成平面傾斜校正之加工機台上，依據特定之加工作業，舉例針對某特定之工件與刀具，加工條件包括：切深或切削深度、主軸或刀具轉速、進給量等，先行對工件進行多次切削，在刀具、切削行程或路徑、主軸轉速與進給量固定下逐步增加切深，並記錄其對應之主軸負載而得出如表一之負載關係，此負載關係將傳送至控制器儲存，主軸負載可能為一代表值或均值。除非工件材質或其他足以影響主軸負載產生變化之條件改變，每一加工機台之負載關係僅需建立一次即可。

步驟S2，取得該加工機台之一主軸負載訊號：當一加工機台之負載關係建立完成並儲存於控制器後，便可進行例行之切削作業，此作業之加工條件舉例是接近或相同於該負載關係中所記載之條件，主軸之驅動馬達與控制器之間具有適當之電子接口與轉接板，以使馬達或主軸負載之變化訊號傳遞到控制器。

當主軸馬達運轉時，將產生一電流負載訊號，此電流負載為一交流電負載訊號，透過電子接口與轉接板，將交流電負載訊號轉變為直流電負載訊號，並傳遞至控制器供存取該直流電負載訊號，依據該負載訊號，以監控主軸負載之變化。

控制器係能夠依據主軸負載之訊號，以判斷加工機台對工件之加工動作。該主軸負載訊號係能夠被視為一主軸負載量，若此時之主軸負載訊號落於一預設之範圍內時，表示加工機台目前平面傾斜程度合於容許範圍，實施上將不進入下一步驟，但若超出範圍則將進行步驟S3。

步驟S3，依據該負載關係與該主軸負載訊號，求得一傾斜角度：舉例當於工件上進行切削時，係以一固定周期記錄切削路徑上主軸負載訊號的變化。其中固定周期能夠為一設定值，例如若干毫秒檢查平面傾斜一次。

由開始切削到完成離開之間的主軸負載訊號變化量若不同於一預定值時，則進行一偏差量的計算。請參閱第2圖所示。偏差量的計算公式如下：θ=tan^-1(L/P)

θ為傾斜角度(angle of deviation)；P為切削路徑(cutting path)，單位為mm；L為切削深度(cutting depth)，單位為mm。

舉例而言，該傾斜角度的取樣方式為：所謂負載滿足點為一當主軸負載達到一預定值，例如轉速時稱之，而切削深度負載量則為當刀具切削工件達到一預定值時稱之。

更進一步說明，任意選取一切削路徑中的兩負載滿足點，分別為一第一點與一第二點，第一點為達到切削深度負載量的下一個點，且小於切削負載量的點，第二點為為達到負載關係中一切削深度前一級距切深之主軸負載量的下一點，且小於前一級距切深主軸負載量的點，或同一個切削深度級距時，以切削路徑中最後一個最接近且小於第一點負載量的點，該點即為取樣點。第一點至第二點座標值之差即為切削路徑P，而此二點之對應切深之差則為切削深度L。

當取得二取樣點的座標值後，再利用上述之計算公式可得出一傾斜角度。舉例而言，在工件上進行轉速3000，進給量1000，深度4mm之切削並取二點負載滿足點，分別為A點(X軸位置-19.333，負載量35.56424)、B點(X軸位置-60.733，負載量35.36833)，由表一中換算A點負載35.56424落在切深3~4mm之間，依比例關係換算(A點負載量-切深3mm負載量)/(切深4mm負載量-切深3mm負載量)，(35.56424-35.42784)/(35.59341-35.42784)=0.828321，對應到的實際切深則為(3+0.82831)，即3.823821mm，而B點負載35.36833落在切深2~3mm之間，比例換算(B點負載量-切深2mm負載量)/(切深3mm負載量-切深2mm負載量)，(35.36833-35.07572)/(35.42784-35.07572)=0.830995，對應到的實際切深則為(2+0.830995)，即2.830995mm，再依上述偏差量公式可求出傾斜角度為1.373764⁰：tan^-1(|(3.823821-2.830995)|/(|-19.333-(-60.733)|))=1.373764⁰。

步驟S4，依據該傾斜角度對該加工機台進行補償：於一切削路徑，判斷傾斜角度是哪一軸所引起，並進行該軸之補償，控制器係能夠於進行補償之前或當中發出一警示訊號，該警示訊號係為一亮光、一警示音或一文字資訊。控制器依據該傾斜角度，而使加工機台進行一補償動作。

舉例而言，若加工機台為三軸機台，該三軸為X軸、Y軸與Z軸，並於X軸進行上述非成型區域之切削。

舉例若於切削時，偵測到傾斜角度為1⁰，即上述之θ為1⁰，並且進行一傾斜高度換算，即上述之切削深度，所以傾斜高度為tan 1⁰=0.0174。

如上所述，若得出傾斜高度，可將原有加工座標值加上傾斜補償座標值，即得得出新的加工座標值。其座標值表示如下：X_new=X_old+X_{title_cmp}(0)

Y_new=Y_old+Y_{title_cmp}(0)

Z_new=Z_old+Z_{title_cmp}(0.0174)

其中X_new為X軸之新的加工座標值；X_old為X軸之原有的加工座標值：X_{title_cmp}(0)為X軸之傾斜補償座標值，於此假設該傾斜補償座標值為0，即不補償X軸向的傾斜。

同理Y_new為Y軸之新的加工座標值；Y_old為Y軸之原有的加工座標值：Y_{title_cmp}(0)為Y軸之傾斜補償座標值，於此假設該傾斜補償座標值為0，即不補償Y軸向的傾斜。

而Z_new為Z軸之新的加工座標值；Z_old為Z軸之原有的加工座標值；Z_{title_cmp}(0.0174)為Z軸之傾斜補償座標值，於此假設該切斜補償座標係為0.0174，即補償Z軸向的傾斜。

若加工機台為三軸之機台，當偵測到傾斜時，能夠即時動態地對Z軸進行補償，通常是藉由修正Z軸座標值或其高度以進行平面傾斜之補償，但並不以此為限。

請配合參考第3圖與第4圖所示，若加工機台為五軸之機台時，該機台具有一旋轉台11(其旋轉軸向上，未繪出)與一搖擺台(未標號，其搖擺軸標號為10)。旋轉台11設於搖擺台之上。工件12則置於旋轉台11之上，工件頂部具有一基準面120。

舉例而言，加工機台之五軸分別為X軸、Y軸、Z軸、B軸與C軸，B軸為搖擺軸，C軸為旋轉軸，並於X軸進行上述非成型區域之切削。

對X軸進行切削時，偵測到傾斜角度為1⁰。如上所述，可將原有加工座標值加上傾斜補償座標值，即得得出新的加工座標值。其座標值表示如下：X_new=X_old+X_{title_cmp}(0)

Y_new=Y_old+Y_{title_cmp}(0)

Z_new=Z_old+Z_{title_cmp}(0)

B_new=B_old+B_{title_cmp}(1)

C_new=C_old+C_{title_cmp}(0)

如同前例所述，均不補償X軸向、Y軸向與Z軸向的傾斜。

B_new為B軸之新的加工座標值；B_old為B軸之原有的加工座標值；B_{title_cmp}(1)為B軸之傾斜補償座標值，於此假設該傾斜補償座標值為1，即補償B軸向的傾斜。

而C_new為C軸之新的加工座標值；C_old為C軸之原有的加工座標值；C_{title_cmp}(0)為C軸之傾斜補償座標值，於此假設該傾斜補償座標值為0，即不補償C軸向的傾斜。

加工機台若為五軸機台時，當偵測到傾斜時，能夠對Z軸進行補償，或者使用搖擺軸10、旋轉軸或搖擺軸10與旋轉軸之組合進行一傾斜角度之補償。

綜合上述，本發明係先對工件進行一切削動作，藉以取得一主軸負載訊號，該主軸負載訊號能夠進一步得出一傾斜補償座標值，而使加工機台能夠依據該傾斜補償座標值進行一補償動作。由於主軸負載訊號係可即時取得，當主軸開始動作時，主軸負載訊號立即傳送至控制器，所以加工機台能夠即時做出補償動作，藉以提升工件之加工精度。

以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本發明之特點及功效，而非用於限定本發明之可實施範疇，於未脫離本發明上揭之精神與技術範疇下，任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

S1~S4‧‧‧步驟

Claims

一種動態工件平面傾斜量測方法，適用於一加工機台，該動態工件平面傾斜量測方法之步驟包含：(1)依據該加工機台之至少一加工條件與一對應之主軸負載，以建立一負載關係；(2)取得該加工機台之一主軸負載訊號；(3)依據該負載關係與該主軸負載訊號，求得一傾斜角度；以及(4)依據該傾斜角度對該加工機台進行一補償。
如申請專利範圍第1項所述之動態工件平面傾斜量測方法，其中該加工條件包含一切深、一主軸轉速與一進給量。
如申請專利範圍第1項所述之動態工件平面傾斜量測方法，其中該步驟(2)係以一固定周期取得該主軸負載訊號。
如申請專利範圍第1項所述之動態工件平面傾斜量測方法，其中該步驟(2)之該主軸負載訊號若不落於一預設範圍時，則進行該步驟(3)。
如申請專利範圍第1項所述之動態工件平面傾斜量測方法，其中該步驟(4)係指對該加工機台之Z軸、一搖擺軸或其組合進行該補償。
如申請專利範圍第5項所述之動態工件平面傾斜量測方法，其中該補償係指一角度補償、一高度補償或其組合。
如申請專利範圍第1項所述之動態工件平面傾斜量測方法，其中該步驟(3)係依據二取樣點的座標值，以計算出該傾斜角度。
如申請專利範圍第7項所述之動態工件平面傾斜量測方法，其中係以該取樣點之主軸負載訊號於該負載關係中，依比例關係求出該座標值。
如申請專利範圍第7項所述之動態工件平面傾斜量測方法，其中該二取樣點係於一切削路徑中的一第一點與一第二點，該第一點為達到一切削深度負載量的下一個點，且小於該切削深度負載量的點，該第二點為達到該負載關係中一切削深度前一級距切深之主軸負載量的下一點，且小於該前一級距切深之主軸負載量的點。
如申請專利範圍第9項所述之動態工件平面傾斜量測方法，其中該第二點若位於該級距切深時，以該切削路徑中最後一個最接近且小於該第一點負載量的點。