TWI625614B - 彈性混線自動化加工設備及方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種彈性混線自動化加工設備，該設備包括運算裝置、若干用以承載待加工工件的料盤、若干用以承載刀具的刀盤、識別裝置、送料裝置、送料識別單元、輸送裝置及至少一工具機；運算裝置具有人機介面及記憶體，記憶體儲存若干加工工序資訊，各加工工序資訊包括量測指令及加工指令；各料盤具有一與其單獨匹配的料盤識別單元；各刀盤具有一與其單獨匹配的刀盤識別單元；識別裝置、送料裝置、送料識別單元、輸送裝置及工具機分別與運算裝置訊號連接，且送料裝置承載料盤及刀盤。

Description

彈性混線自動化加工設備及方法

本發明是關於一種程式控制系統，特別是指一種用以彈性混線自動化加工的設備。

CNC等加工作業過往大量仰賴操作員的人為操作，作業成本較高，且人員訓練週期長，以致於產能不易快速成長。

少部分大型CNC加工業者會將其產線自動化，惟其生產彈性較低，通常僅適用於特定規格產品的大量生產，而無法支援多樣、少量產品的小規模生產作業，且同一條自動化產線通常無法在短時間內進行不同規格產品的加工作業，其中一個原因在於，過往CNC自動化生產系統在配合大量生產的情況下，並未特別就工件、刀具與加工程式的配對作業多做著墨，其生產作業的彈性仍有待提升。

有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種能提高加工彈性的自動化加工設備及方法。

為了達成上述及其他目的，本發明提供一種彈性混線自動化加工設備，該設備包括運算裝置、若干用以承載待加工工件的料盤、若干用以承載刀具的刀盤、識別裝置、送料裝置、送料識別單元、輸送 裝置及至少一工具機，運算裝置具有人機介面及記憶體，記憶體儲存若干加工工序資訊，各加工工序資訊包括量測指令及加工指令；各料盤具有一與其單獨匹配的料盤識別單元；各刀盤具有一與其單獨匹配的刀盤識別單元；識別裝置與運算裝置訊號連接，識別裝置用以辨識料盤的料盤識別單元及刀盤的刀盤識別單元，且識別裝置藉由料盤識別單元及刀盤識別單元辨識料盤及刀盤後，傳送識別訊號至運算裝置，人機介面允許使用者輸入指令而將所辨識的料盤及刀盤與其中一加工工序資訊進行配對；送料裝置與運算裝置訊號連接並承載料盤及刀盤；送料識別單元與運算裝置連接，用以辨識料盤的料盤識別單元及刀盤的刀盤識別單元；輸送裝置與運算裝置訊號連接；工具機與運算裝置訊號連接；當送料辨識單元辨識料盤識別單元及刀盤識別單元後，將識別結果回傳給運算裝置，運算裝置將與所辨識的刀盤及料盤相匹配的加工工序資訊中的量測指令及加工指令傳送至工具機，運算裝置發出輸送訊號至輸送裝置，呼叫輸送裝置所載有相對應的指令，將送料裝置上的刀盤的刀具及載有待加工工件的料盤輸送至工具機，工具機根據所接收的量測指令及加工指令對料盤上的待加工工件進行量測及加工。

為了達成上述及其他目的，本發明還提供一種彈性混線自動化加工方法，該方法係應用於一彈性混線自動化加工設備，彈性混線自動化加工設備包括運算裝置、若干用以承載待加工工件的料盤、若干用以承載刀具的刀盤、識別裝置、送料裝置、送料識別單元、輸送裝置及至少一工具機；運算裝置具有人機介面及記憶體，記憶體儲存若干加工工序資訊，各加工工序資訊包括量測指令及加工指令；各料盤具有一 與其單獨匹配的料盤識別單元；各刀盤具有一與其單獨匹配的刀盤識別單元；識別裝置、送料裝置、送料識別單元、輸送裝置及工具機分別與運算裝置訊號連接，且送料裝置承載料盤及刀盤；其中，彈性混線自動化加工方法包括下列步驟：利用識別裝置分別讀取料盤識別單元及刀盤識別單元以辨識料盤及刀盤後，分別傳送一識別訊號至運算裝置，並利用人機介面輸入指令而指定其中一加工工序資訊，使運算裝置將所辨識的料盤、刀盤及所指定的加工工序等三者進行配對，並將已配對的料盤及刀盤送入送料裝置；利用送料識別單元辨識料盤的料盤識別單元及刀盤的刀盤識別單元，並將識別結果回傳給運算裝置；運算裝置判斷送料識別單元所辨識的料盤與所辨識的刀盤是否匹配；運算裝置將與所辨識的刀盤及料盤相匹配的加工工序資訊中的量測指令及加工指令傳送至工具機；該運算裝置發出一輸送訊號至該輸送裝置，用以呼叫該輸送裝置所載有相對應的指令，將送料裝置上的載有待加工工件的料盤及刀盤的刀具輸送至工具機；工具機根據所接收的加工指令對料盤上的待加工工件進行加工。

藉由上述設計，本發明允許單一條自動化產線中的多個工具機同時加工不同規格的工件，並只需在一個送料裝置進行匹配管理， 而且還允許將急單臨時插工生產，從而實現高度自動化、生產彈性高、混線生產的管理目的。

10‧‧‧運算裝置

20‧‧‧識別裝置

30‧‧‧料盤

31‧‧‧料盤識別單元

32‧‧‧工件

40‧‧‧刀盤

41‧‧‧刀盤識別單元

42‧‧‧刀具

50‧‧‧送料裝置

51‧‧‧送料識別單元

52‧‧‧料盤上料輸送帶

53‧‧‧刀盤上料輸送帶

54‧‧‧下料端

60‧‧‧輸送裝置

61‧‧‧軌道

62‧‧‧機械手臂

63‧‧‧承載平台

70‧‧‧工具機

第1圖為本發明其中一實施例之示意圖。

第2圖為本發明其中一實施例之流程圖。

第3圖為本發明其中一實施例之加工工序資料庫的示意圖。

第4圖為本發明其中一實施例之人機介面，用以顯示若干對應於加工工序資訊的電腦圖像按鈕。

第5圖為本發明其中一實施例之人機介面，使用者點擊該電腦圖像按鈕並產生底色變化，用以表現其與刀盤及料盤其中一者配對之狀態。

第6圖為本發明其中一實施例之人機介面，使用者點擊該電腦圖像按鈕並再一次產生底色變化，用以表現其與刀盤及料盤另一者配對之狀態。

第7圖為本發明其中一實施例之平面圖，其顯示機械手臂將刀盤及料盤自送料裝置輸送至承載平台。

第8圖為本發明其中一實施例之平面圖，其顯示輸送裝置將刀盤的刀具輸送至工具機後，空刀盤留置於承載平台上之態樣。

第9圖為本發明其中一實施例之平面圖，其顯示輸送裝置將載有待加工工件的料盤輸送至工具機。

第10圖為本發明其中一實施例之平面圖，其顯示輸送裝置 將載有已加工工件的料盤及載有刀具的刀盤輸送運回送料裝置的下料端。

請參考第1、2圖，所繪示者用以說明本發明之彈性混線自動化加工設備其中一實施例的示意圖及其工作流程，為了使CNC加工業者之自動化產線達到彈性生產，並允許支援多樣規格產品的小規模生產作業，本實施例包括運算裝置10、若干用以承載待加工工件32的料盤30、若干用以承載刀具42的刀盤40、識別裝置20、送料裝置50、送料識別單元51、輸送裝置60及至少一工具機70。其中運算裝置10分別與識別裝置20、送料裝置50、送料識別單元51、輸送裝置60及工具機70訊號連接。

運算裝置10具有人機介面及記憶體，記憶體儲存若干加工工序資訊，各加工工序資訊包括量測指令及加工指令。如第3圖所示，人機介面更包括一加工工序資料庫，該資料庫可整合工件名稱、刀具總數、加工工序資訊等資訊，並將該等資訊儲存於記憶體中，方便使用者有效地簡化各程式參數輸入流程。在可能的實施方式中，人機介面可為觸控螢幕，觸控螢幕可呈現給使用者有關機台設備的各項監控數據，讓使用者直接於觸控螢幕進行參數設定。另外，運算裝置10也具有處理器以執行運算功能。

送料裝置50具有料盤上料輸送帶52、刀盤上料輸送帶53、二送料識別單元51及下料端54，料盤上料輸送帶52用以承載料盤30，刀盤上料輸送帶53用以承載刀盤40，各該送料識別單元51分別設於料盤上 料輸送帶52及刀盤上料輸送帶53的末端，且承載於輸送帶上的料盤30及刀盤40可被依序輸送至輸送帶末端，亦即，送料裝置50上可同時承載多組等待加工的工件；下料端54用以承載已完成加工程序之料盤30及刀盤40。在可能的實施方式中，送料識別單元可為但不限於條碼掃描器。

各料盤30具有與其單獨匹配的料盤識別單元31，各刀盤40具有與其單獨匹配的刀盤識別單元41。在可能的實施方式中，料盤識別單元及刀盤識別單元可為但不限於二維條碼作為識別的標籤，該等標籤可預先黏貼於對應之刀盤或料盤上，例如黏貼於料盤或刀盤朝向輸送帶末端的前側面。藉由所述刀盤/料盤識別單元，每個刀盤及料盤都可以被單獨識別，而且，刀盤/料盤識別單元不直接對應於工件/刀具，其好處在於，允許刀盤及料盤可用於多次載運不同的工件及刀具而不必更換刀盤/料盤識別單元，讓生產排程保有彈性。

識別裝置20用以辨識料盤30的料盤識別單元31及刀盤40的刀盤識別單元41，在可能的實施方式中，識別裝置可為但不限於條碼掃描器。

輸送裝置60更包括軌道61、機械手臂62及承載平臺63，軌道61至少延伸於送料裝置50及工具機70之間，機械手臂62與承載平臺63可同步線性位移地滑設於軌道61，承載平臺63用以承載料盤30及刀盤40。其中，輸送裝置60可接收運算裝置10所發出之輸送訊號，藉以呼叫輸送裝置60預先載有的輸送指令中的其中一種輸送方式，而後進行搬運作業。

以下說明本實施例的工作方式。

首先先將待加工工件32及其相對應的刀具42分別裝載至料盤30及刀盤40。在可能的實施方式中，料盤具有若干個不同的工件定位孔，利用螺桿來分別螺合待加工工件及工件定位孔，藉以將待加工工件固設於料盤上。另外，刀盤上面則可設有多個可容置刀具的刀座，操作者可依加工需求而將對應的刀具插設於刀座中。

接著，操作者利用人機介面輸入加工工序資訊，且操作者可操作識別裝置20分別讀取料盤30的料盤識別單元31及刀盤40的刀盤識別單元41，識別裝置20藉由料盤識別單元31及刀盤識別單元41辨識料盤30及刀盤40，並分別傳送識別訊號至運算裝置10，使運算裝置10將所辨識的料盤30、刀盤40及所指定的加工工序資訊等三者進行配對。在可能的實施方式中，使用者輸入加工資訊後，識別裝置辨識料盤識別單元及辨識刀盤識別單元，兩者之間的執行順序可依需求改變。配對完成後，操作員可將刀盤及料盤送入送料裝置。

第4圖所示，在其中一種實施方式中，人機介面可同時顯示若干對應於加工工序資訊的電腦圖像按鈕，當使用者操作識別裝置20讀取料盤識別單元31或刀盤識別單元41其中一者時，使用者點擊與其所相匹配之加工工序資訊的電腦圖像按鈕，此時該電腦圖像按鈕的底色產生變化，成為如第5圖所示的狀態；而後，使用者透過識別裝置20讀取料盤識別單元31或刀盤識別單元41另一者，使用者再點擊與其所相匹配之加工工序資訊的電腦圖像按鈕，該電腦圖像按鈕的底色再一次變化，成為如第6圖所示的狀態。根據前述底色變化，有助於操作者快速判斷識別成功與否，方便操作。

當料盤30及刀盤40經送料裝置50輸送至輸送帶末端時，送料識別單元51識別料盤30的料盤識別單元31及刀盤40的刀盤識別單元41，並將識別結果回傳給運算裝置10，讓運算裝置10複驗輸送帶末端的刀盤40及料盤30是否匹配。

當加工工序、刀盤40及料盤30已經過匹配驗證後，運算裝置10發出輸送訊號，呼叫輸送裝置60相對應的輸送指令，機械手臂62首先將料盤30及刀盤40移載至承載平臺63(如第7圖所示)，接著，機械手臂62按照刀盤40上刀具的順序，將刀具42輸送至對應的工具機70，且在本實施方式中，空刀盤40留置於承載平台63上，成為如第8圖所示的狀態；如第9圖所示，輸送裝置60再根據所接收的輸送訊號，呼叫輸送裝置60相對應的輸送指令，機械手臂62將送料裝置50上載有待加工工件32的料盤30輸送至工具機70。另一方面，運算裝置10也會將與所辨識的刀盤40及料盤30相匹配的加工工序資訊中的加工指令傳送至工具機70，工具機70根據所接收的加工指令對料盤30上的待加工工件32進行加工。

工具機進行加工前，一般會進行歸零校正。因此工具機70更包括量測單元，當載有待加工工件32的料盤30及刀具42透過機械手臂62置妥於工具機70後，量測單元接收加工工序資訊裡的量測指令，檢測待加工工件32的位置及刀具42的規格，確認加工座標原點。此外，若量測到明顯不符合規格的待加工工件或刀具，則工具機可回傳下料訊息給運算裝置10並停止加工。

當工具機70完成工件32加工後，輸送裝置60將載有已加工工件32的料盤30及刀具42卸載至承載平台63，並輸送運回送料裝置50的 下料端54，成為如第10圖所示的狀態。在其他可能的實施方式中，輸送裝置可將載有已加工工件的料盤及刀盤轉送至另一加工設備或輸送帶。

藉由上述設計，在同一條自動化產線中，操作員可藉由工件、刀具與加工程式的配對作業排定多個不同的加工程序，讓單一條生產線可同時支援混線生產，並保留臨時插工的彈性，藉此減少生產時間，並提高該生產線的使用效率。

Claims (10)

1. 一種彈性混線自動化加工設備，包括：一運算裝置，具有一人機介面及一記憶體，該記憶體儲存若干加工工序資訊，各該加工工序資訊包括一量測指令及一加工指令；若干用以承載待加工工件的料盤，各該料盤具有一與其單獨匹配的料盤識別單元；若干用以承載刀具的刀盤，各該刀盤具有一與其單獨匹配的刀盤識別單元；一識別裝置，與該運算裝置訊號連接，該識別裝置用以辨識所述料盤的料盤識別單元及所述刀盤的刀盤識別單元，且該識別裝置藉由所述料盤識別單元或所述刀盤識別單元辨識所述料盤及所述刀盤，傳送識別訊號至該運算裝置，該人機介面允許使用者輸入指令，而將所辨識的料盤及刀盤與其中一加工工序資訊進行配對；一送料裝置，與該運算裝置訊號連接，該送料裝置承載所述料盤及刀盤；二送料識別單元，分別與該運算裝置訊號連接，該二送料識別單元分別用以辨識所述料盤的料盤識別單元及所述刀盤的刀盤識別單元；一輸送裝置，與該運算裝置訊號連接；至少一工具機，與該運算裝置訊號連接；其中，該二送料識別單元分別用以辨識所述料盤的料盤識別單元及所述刀盤的刀盤識別單元，並將識別結果回傳給該運算裝置，該運算裝置將與所辨識的刀盤及料盤相匹配的加工工序資訊中的加工指令傳送至工具機，該運算裝置並發出一輸送訊號至該輸送裝置，該輸送裝置將送料裝置上的刀盤的刀具及載有 待加工工件的料盤輸送至工具機，該工具機根據所接收的加工指令對料盤上的待加工工件進行量測及加工。
2. 如請求項1所述的彈性混線自動化加工設備，其中該送料裝置具有一料盤上料輸送帶、一刀盤上料輸送帶及二所述送料識別單元，該料盤上料輸送帶承載所述料盤，該刀盤上料輸送帶承載所述刀盤，該二送料識別單元分別設於該料盤上料輸送帶及刀盤上料輸送帶的末端。
3. 如請求項1所述的彈性混線自動化加工設備，其中該輸送裝置更包括一軌道及一機械手臂，該軌道至少延伸於該送料裝置及該工具機之間，該機械手臂可移動地設於該軌道。
4. 如請求項3所述的彈性混線自動化加工設備，其中該輸送裝置更包括一承載平臺，該承載平臺可移動地設於該軌道，並與該機械手臂連動，該承載平臺用以承載所述料盤及刀盤。
5. 一種彈性混線自動化加工方法，係應用於一彈性混線自動化加工設備，該彈性混線自動化加工設備包括一運算裝置、若干用以承載待加工工件的料盤、若干用以承載刀具的刀盤、一識別裝置、一送料裝置、二送料識別單元、一輸送裝置及至少一工具機；該運算裝置具有一人機介面及一記憶體，該記憶體儲存若干加工工序資訊，各該加工工序資訊包括一量測指令及一加工指令；各該料盤具有一與其單獨匹配的料盤識別單元；各該刀盤具有一與其單獨匹配的刀盤識別單元；該識別裝置、該送料裝置、該二送料識別單元、該輸送裝置及該工具機分別與該運算裝置訊號連接，且該送料裝置承載所述料盤及刀盤；其中，該彈性混線自動化加工方法包括下列步驟： 利用該識別裝置分別讀取所述料盤識別單元及刀盤識別單元以辨識所述料盤及刀盤後，各別傳送一識別訊號至該運算裝置，且利用該人機介面輸入指令而指定一加工工序資訊，使該運算裝置將所辨識的料盤、刀盤及所指定的加工工序等三者進行配對，並將已配對的料盤及刀盤送入送料裝置；利用該二送料識別單元分別辨識所述料盤的料盤識別單元及所述刀盤的刀盤識別單元，並將識別結果回傳給該運算裝置；該運算裝置判斷送料識別單元所辨識的料盤與所辨識的刀盤是否匹配；該運算裝置將與所辨識的刀盤及料盤相匹配的加工工序資訊中的量測指令及加工指令傳送至工具機；該運算裝置發出一輸送訊號至該輸送裝置，用以呼叫該輸送裝置所載有相對應的指令，該輸送裝置將送料裝置上的刀盤的刀具及載有待加工工件的料盤輸送至該工具機；該工具機根據所接收的加工指令對料盤上的待加工工件進行加工。
6. 如請求項5所述的彈性混線自動化加工方法，其中該加工工序資訊更包括一量測指令，該工具機更包括至少一量測單元，在工具機對待加工工件進行加工之前更包括下列步驟：該運算裝置將與所辨識的刀盤及料盤相匹配的加工工序資訊中的量測指令傳送至工具機，該量測單元對輸送至該工具機內的刀具及工件進行量測，並進行歸零校正。
7. 如請求項5所述的彈性混線自動化加工方法，其中該送料裝置具有一料盤上料輸送帶及一刀盤上料輸送帶，該料盤上料輸送帶承載所述料盤，該刀盤上料輸送帶承載所述刀盤。
8. 如請求項7所述的彈性混線自動化加工方法，其中該二送料識別單元分別設於該料盤上料輸送帶及該刀盤上料輸送帶的末端。
9. 如請求項5所述的彈性混線自動化加工方法，其中該輸送裝置更包括一軌道及一機械手臂，該軌道至少延伸於該送料裝置及該工具機之間，該機械手臂可移動地設於該軌道。
10. 如請求項9所述的彈性混線自動化加工方法，其中該輸送裝置更包括一承載平臺，該承載平臺可移動地設於該軌道並與該機械手臂連動，該承載平臺用以承載所述料盤及刀盤。