TWI628036B - 顫振偵測與抑制裝置 - Google Patents

Abstract

一種顫振偵測與抑制裝置，適用於一工具機控制器。顫振偵測與抑制裝置包含一旋鈕調整機構、一加工資訊擷取單元以及一控制器。旋鈕調整機構設置於工具機控制器的一控制平面上，並具有一旋鈕調整器，旋鈕調整器與控制平面上的控制旋鈕相合。加工資訊擷取單元配置以擷取工具機的一加工資訊。控制器與旋鈕調整機構以及加工資訊擷取單元連接，並接收加工資訊。控制器配置以依據加工資訊判斷是否調整工具機之一工作參數，若是，控制器控制旋鈕調整機構調整控制平面上的控制旋鈕。

Description

顫振偵測與抑制裝置

本揭露涉及一種顫振偵測與抑制裝置。

一般而言，於工具機的切削加工過程中，如果加工條件設定不佳時，加工所發出的聲音會變得很尖銳或低沉，這表示刀具尖端及機台發生自主性振動，此即顫振。當此種狀況發生時，會使加工工件上的加工表面粗糙，並且造成刀具磨耗增加的風險。

如要避免前述問題的發生，目前的做法需要作業員在旁監控，當加工所發出聲音異常時，適度調整主軸轉速或改變加工參數，而無法遠端監控以及自動化地去改變控制器內的加工參數。

本揭露涉及一種顫振偵測與抑制裝置，其能遠端監控工具機並改善其加工品質。

本揭露的一實施態樣包括一種顫振偵測與抑制裝置，適用於一工具機控制器。工具機控制器具有一控制旋鈕，設置在工具機控制器的一控制平面上。顫振偵測與抑制裝置包含一旋鈕調整機構、一加工資訊擷取單元以及一控制器。旋鈕調整機構設置於控制平面上，並具有一旋鈕調整器，旋鈕調整器與控制旋鈕相合。加工資訊擷取單元配置以擷取工具機的一加工資訊。控制器與旋鈕調整機構以及加工資訊擷取單元連接，並接收加工資訊。控制器配置以依據加工資訊判斷是否調整工具機控制器之一工作參數，若是，控制器控制旋鈕調整機構調整控制平面上的控制旋鈕。

在本揭露的部分實施例中，上述的旋鈕調整器包含一步進馬達以及一圓形套筒，圓形套筒與步進馬達連接，且套合於控制旋鈕上。

在本揭露的部分實施例中，上述的加工資訊包含一加工聲音資訊，控制器判斷加工聲音大小是否高於一上限閥值或低於一下限閥值，若是，控制器控制旋鈕調整機構調整控制平面上的控制旋鈕。

在本揭露的部分實施例中，上述的工具機控制器的控制旋鈕可調整工具機的主軸轉速，且控制器藉由控制旋鈕調整機構調整工具機的主軸轉速。

在本揭露的部分實施例中，上述的工具機控制器的控制旋鈕可調整工具機的進給率，且控制器藉由控制旋鈕調整機構調整工具機的進給率。

在本揭露的部分實施例中，上述的顫振偵測與抑制裝置更包含一平面運動機構，設置於控制平面上。平面運動機構包含一框架、一支架以及一移動器。框架設置於工具機控制器的控制平面的一週邊區上。支架設置於框架上，其中支架沿一第一方向延伸，並可沿一第二方向移動。移動器具有一電動缸，設置於支架上，其中移動器可沿第一方向移動，電動缸可沿一第三方向移動，且第三方向實質上垂直於第一方向與第二方向。

在本揭露的部分實施例中，上述的顫振偵測與抑制裝置，其中第一方向實質上垂直於第二方向。

在本揭露的部分實施例中，上述的顫振偵測與抑制裝置，其中控制器控制電動缸沿第三方向接觸工具機控制器於控制平面上的一按鍵。

在本揭露的部分實施例中，上述的顫振偵測與抑制裝置更包含一影像擷取單元，其中影像擷取單元與控制器連接，配置以擷取工具機控制器的一工作畫面資訊。

在本揭露的部分實施例中，上述的顫振偵測與抑制裝置，其中控制器還配置可經由影像辨識處理將工作畫面資訊轉換為一主軸轉速資訊、一位置資訊或一進給率資訊。

在本揭露的部分實施例中，上述的顫振偵測與抑制裝置，更包含一雲端資料庫，其中雲端資料庫與影像擷取單元與控制器連線，配置以接收並儲存工作畫面資訊、主軸轉速資訊、位置資訊或進給率資訊。

基於上述，本揭露的實施例的顫振偵測與抑制裝置可藉由旋鈕調整機構、加工資訊擷取單元以及控制器的配置，而可依據加工資訊判斷異常狀況是否發生，而主動調整工具機控制器的工作參數，以排除異常狀況的發生。另一方面，顫振偵測與抑制裝置亦可藉由平面運動機構的配置而遠端啟動及停止加工程序，而能因應不同程度的緊急狀況。此外，顫振偵測與抑制裝置也可藉由影像擷取單元以及雲端資料庫的配置，來記錄並儲存異常狀況發生時的各種參數資訊以及調整前後的各種參數資訊，以做為操作者後續修改加工程式的參考。

請參照第1A圖至第2B圖，第1A圖是依據本揭露的一實施例的顫振偵測與抑制裝置100的正面示意圖。第1B圖是依據本揭露的一實施例的顫振偵測與抑制裝置100的背面示意圖。第2A圖是依據本揭露的一實施例的顫振偵測與抑制裝置100安裝於工具機控制器10的正面示意圖。第2B圖是依據本揭露的一實施例的顫振偵測與抑制裝置100安裝於工具機控制器10的背面示意圖。

如第1A圖至第2B圖所示，在本實施例中，顫振偵測與抑制裝置100適用於一工具機控制器10(繪示於第2A圖以及第2B圖中)，舉例而言，在本實施例中，工具機控制器10為電腦數值控制（Computer Numerical Control, CNC），但本揭露不以此為限。工具機控制器10具有一控制平面CP，其上配置有至少一按鍵CB、控制旋鈕CK以及顯示螢幕CD(繪示於第2A圖中)，以控制對加工件的各種加工條件。具體而言，在本實施例中，顫振偵測與抑制裝置100包含一旋鈕調整機構110以及一平面運動機構120，其中旋鈕調整機構110以及平面運動機構120設置於控制平面CP上。舉例而言，在本實施例中，顫振偵測與抑制裝置100的材質例如是鋁，並以擠型(Extrusion)材料製程製作，而可節省所需材料，並減輕裝置重量。

另一方面，如第2A圖至第2B圖所示，在本實施例中，為了不破壞工作機10的結構，將顫振偵測與抑制裝置100安裝於工具機控制器10上時，可採用L型固定架FX。舉例而言，在本實施例中，顫振偵測與抑制裝置100可藉由螺絲將L型固定架FX固定於工具機控制器10的控制平面CP的背後，並且考量工具機控制器10的控制平面CP的一側通常會配置旋轉軸，L型固定架FX因此適於安裝於工具機控制器10的控制平面CP的另一側。

第3圖是依據本揭露的一實施例的旋鈕調整機構110的示意圖。如第2B圖以及第3圖所示，在本實施例中，旋鈕調整機構110設置於控制平面CP上，並具有一旋鈕調整器111，旋鈕調整器111與控制旋鈕CK相合。舉例而言，如第3圖所示，在本實施例中，旋鈕調整器111包含一步進馬達111a以及一圓形套筒111b，圓形套筒111b與步進馬達111a連接，且套合於控制旋鈕CK(繪示於第2B圖)上。在本實施例中，圓形套筒111b的材質例如為塑膠。如第2B圖以及第3圖所示，在本實施例中圓形套筒111b的大小會與工具機控制器10的控制平面CP的控制旋鈕CK大小相同，以能更好地密合並控制其旋轉角度。此外，步進馬達111a的設置亦可以自由地控制圓形套筒111b以調整工具機控制器10的控制旋鈕CK的旋轉角度。

如此，如第2B圖以及第3圖所示，在本實施例中，旋鈕調整機構110可藉由調整控制平面CP上的控制旋鈕CK來調整工具機控制器10的主軸轉速或進給率。舉例而言，在本實施例中，工具機控制器10的控制旋鈕CK1可調整工具機控制器10的主軸轉速，因此旋鈕調整機構110可藉由調整控制平面CP上的控制旋鈕CK1來調整工具機控制器10的主軸轉速。同理，工具機控制器10的控制旋鈕CK2則可調整工具機控制器10的進給率，因此旋鈕調整機構110亦可藉由調整控制平面CP上的控制旋鈕CK2來調整工具機控制器10的進給率。

第4圖是依據本揭露的一實施例的平面運動機構120的局部示意圖。如第2A圖與第4圖所示，在本實施例中，平面運動機構120包含一框架121、一支架122以及一移動器123。框架121設置於工具機控制器10的控制平面CP的一週邊區上。支架122設置於框架121上，其中支架122沿一第一方向D1延伸，並可沿一第二方向D2移動。在本實施例中，第一方向D1實質上垂直於第二方向D2。舉例而言，在本實施例中，第一方向D1為控制平面CP的X軸方向，第二方向D2為控制平面CP的Y軸方向，但本揭露不以此為限。

具體而言，如第4圖所示，在本實施例中，移動器123具有一電動缸123a，設置於支架122上，其中移動器123可沿第一方向D1移動，電動缸123a可沿一第三方向D3移動，且第三方向D3實質上垂直於第一方向D1與第二方向D2。舉例而言，在本實施例中，第三方向D3為控制平面CP的Z軸方向，但本揭露不以此為限。

如此，位於移動器123上的電動缸123a，可以藉由移動器123在工具機控制器10的控制平面CP上運動。舉例而言，在本實施例中，移動器123可使用例如步進馬達(未繪示於圖中)以簡化控制，並且配合例如皮帶及線性導桿(未繪示於圖中)傳動。此外，由於電動缸123a可沿垂直於工具機控制器10的控制平面CP上的第三方向D3運動，因此能觸控啟動鍵或停止鍵等執行加工程序的相關按鍵CB。

第5圖是依據本揭露的一實施例的顫振偵測與抑制裝置100的系統架構圖。請參照第5圖，在本實施例中，顫振偵測與抑制裝置100更包含一加工資訊擷取單元130以及一控制器140，其中控制器140與旋鈕調整機構110、平面運動機構120以及加工資訊擷取單元130連接。舉例而言，在本實施例中，加工資訊擷取單元130例如為一聲音擷取單元、一麥克風、或是一振動擷取單元，而具有擷取包含加工聲音資訊以及加工振動資訊的加工資訊之功能。在本實施例中，控制器140可為嵌入式系統，並具有面板控制、振動偵測、畫面監控及資料儲存的功能。

舉例而言，如第5圖所示，在本實施例中，操作者可以於遠端下達指令，並透過控制器140控制電動缸123a沿第三方向D3接觸工具機控制器10於控制平面CP上的按鍵CB，例如工具機控制器10的控制面板上的循環啟動鍵(Cycle Start)以使工具機控制器10運轉，操作者也可以遠端啟動顫振偵測與抑制裝置100，且同時自動開始監控，而平面運動機構120在按完啟動鍵後會移至控制面板的停止鍵的位置上方待命，以供操作者可在監控過程中選擇是否停止加工。舉例而言，當緊急程度較高的異常狀況發生時，操作者可以緊急停止加工程序。而若是緊急程度較低的異常狀況，操作者可以在排除異常狀況後並再次進行加工。

另一方面，如第5圖所示，在本實施例中，加工資訊擷取單元130配置以擷取工具機控制器10的一加工資訊，其中加工資訊包含一加工聲音資訊或是一加工振動資訊。舉例而言，在本實施例中，加工資訊擷取單元130可放置於工具機控制器10的主軸附近，而利用現有的資料擷取函式來進行加工資訊的擷取，並將加工資訊擷取成隨時間變化的聲波或電波。接著，再利用快速傅立葉轉換函式將時間域量測到的連續波形切成許多筆離散的資料，並且將這些資料透過數值積分轉換至頻率域，如此，即可得到包含了加工聲音資訊或是加工振動資訊的加工資訊。

在本實施例中，控制器140接收加工資訊。控制器140配置以依據加工資訊判斷是否調整工具機控制器10之一工作參數，若是，控制器140控制旋鈕調整機構調整控制平面CP上的控制旋鈕CK。具體而言，在本實施例中，控制器140判斷的加工資訊的基準是依據其包含的加工聲音資訊。舉例而言，控制器140判斷加工聲音大小是否高於一上限閥值或低於一下限閥值。若是，則表示異常狀況已發生，如顫振現象或不正常的噪音，此時控制器140控制旋鈕調整機構調整控制平面CP上的控制旋鈕CK。如此，控制器140可藉由控制旋鈕調整機構調整工具機控制器10的主軸轉速或是工具機控制器10的進給率，以抑制顫振現象或改善加工情況。

請再參照第1A圖至第2B圖以及第5圖，在本實施例中，顫振偵測與抑制裝置100更包含一影像擷取單元150，其中影像擷取單元150與控制器140連接，配置以擷取工具機控制器10的一工作畫面資訊。舉例而言，如第2A圖所示，影像擷取單元150可位於平面運動機構120的上方，使影像擷取單元150能穩定的擷取工具機控制器10的顯示螢幕CD的畫面，以得到清楚的工作畫面資訊。

具體而言，在本實施例中，控制器140能配置以經由影像辨識處理將工作畫面資訊轉換為一主軸轉速資訊、一位置資訊或一進給率資訊。此外，控制器140亦可將上述資訊整理成一記錄檔，其中記錄檔包含了異常狀況發生時的各種參數資訊以及調整前後的各種參數資訊，以做為操作者後續修改加工程式的參考。

此外，上述資訊可被儲存於機器參數自動化的資料庫中，或是顫振偵測與抑制裝置100的一雲端資料庫160中。具體而言，如第5圖所示，雲端資料庫160與影像擷取單元150與控制器140連線，配置以接收並儲存上述的工作畫面資訊、主軸轉速資訊、位置資訊或進給率資訊，以使操作者可以透過這些資訊調整下次進行加工時的參數或據以修改相關的加工程式。如此，將能有效改善加工件表面的粗糙度，延長刀具壽命。

綜上所述，本揭露的實施例的顫振偵測與抑制裝置可藉由旋鈕調整機構、加工資訊擷取單元以及控制器的配置，而可依據加工資訊判斷異常狀況是否發生，而主動調整工具機控制器的工作參數，以排除異常狀況的發生，而能有效改善加工件表面的粗糙度，延長刀具壽命。另一方面，顫振偵測與抑制裝置亦可藉由平面運動機構的配置而遠端啟動及停止加工程序，而能因應不同程度的緊急狀況。此外，顫振偵測與抑制裝置也可藉由影像擷取單元以及雲端資料庫的配置，來記錄並儲存異常狀況發生時的各種參數資訊以及調整前後的各種參數資訊，以做為操作者後續修改加工程式的參考。

10‧‧‧工具機控制器

100‧‧‧顫振偵測與抑制裝置

110‧‧‧旋鈕調整機構

111‧‧‧旋鈕調整器

111a‧‧‧步進馬達

111b‧‧‧圓形套筒

120‧‧‧平面運動機構

121‧‧‧框架

122‧‧‧支架

123‧‧‧移動器

123a‧‧‧電動缸

130‧‧‧加工資訊擷取單元

140‧‧‧控制器

150‧‧‧影像擷取單元

160‧‧‧雲端資料庫

CP‧‧‧控制平面

CB‧‧‧按鍵

CK、CK1、CK2‧‧‧控制旋鈕

CD‧‧‧顯示螢幕

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

D3‧‧‧第三方向

FX‧‧‧固定架

閱讀以下詳細敘述並搭配對應之圖式，可了解本揭露之多個態樣。應注意，根據業界中的標準做法，多個特徵並非按比例繪製。事實上，多個特徵之尺寸可任意增加或減少以利於討論的清晰性。 第1A圖是依據本揭露的一實施例的顫振偵測與抑制裝置的正面示意圖。 第1B圖是依據本揭露的一實施例的顫振偵測與抑制裝置的背面示意圖。 第2A圖是依據本揭露的一實施例的顫振偵測與抑制裝置安裝於工具機控制器的正面示意圖。 第2B圖是依據本揭露的一實施例的顫振偵測與抑制裝置安裝於工具機控制器的背面示意圖。 第3圖是依據本揭露的一實施例的旋鈕調整機構的示意圖。 第4圖是依據本揭露的一實施例的平面運動機構的局部示意圖。 第5圖是依據本揭露的一實施例的顫振偵測與抑制裝置的系統架構圖。

Claims (9)

1. 一種顫振偵測與抑制裝置，適用於一工具機控制器，該工具機控制器具有一控制旋鈕，設置在該工具機控制器的一控制平面上，且該顫振偵測與抑制裝置包含：一旋鈕調整機構，設置於該控制平面上，並具有一旋鈕調整器，該旋鈕調整器與該控制旋鈕相合；一加工資訊擷取單元，配置以擷取該工具機的一加工資訊；一控制器，與該旋鈕調整機構以及該加工資訊擷取單元連接，並接收該加工資訊，其中該控制器配置以依據該加工資訊判斷是否調整該工具機控制器之一工作參數，若是，該控制器控制該旋鈕調整機構調整該控制平面上的該控制旋鈕；以及一影像擷取單元，其中該影像擷取單元與該控制器連接，配置以擷取該工具機控制器的一工作畫面資訊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之顫振偵測與抑制裝置，其中該旋鈕調整器包含：一步進馬達；以及一圓形套筒，與該步進馬達連接，且套合於該控制旋鈕上。
3. 如申請專利範圍第1項所述之顫振偵測與抑制裝置，其中該加工資訊包含一加工聲音資訊，該控制 器判斷該加工聲音大小是否高於一上限閥值或低於一下限閥值，若是，該控制器控制該旋鈕調整機構調整該控制平面上的該控制旋鈕。
4. 如申請專利範圍第3項所述之顫振偵測與抑制裝置，其中該工具機控制器的該控制旋鈕可調整該工具機的主軸轉速，且該控制器藉由控制該旋鈕調整機構調整該工具機的主軸轉速。
5. 如申請專利範圍第3項所述之顫振偵測與抑制裝置，其中該工具機控制器的該控制旋鈕可調整該工具機的進給率，且該控制器藉由控制該旋鈕調整機構調整該工具機的進給率。
6. 如申請專利範圍第1項所述之顫振偵測與抑制裝置，更包含一平面運動機構，設置於該控制平面上，其中該平面運動機構包含：一框架，設置於該工具機控制器的該控制平面的一週邊區上；一支架，設置於該框架上，其中該支架沿一第一方向延伸，並可沿一第二方向移動；以及一移動器，具有一電動缸，設置於該支架上，其中該移動器可沿該第一方向移動，該電動缸可沿一第三方向移動，且該第三方向實質上垂直於該第一方向與該第二方向。
7. 如申請專利範圍第6項所述之顫振偵測與抑制裝置，其中該第一方向實質上垂直於該第二方向。
8. 如申請專利範圍第6項所述之顫振偵測與抑制裝置，其中該控制器控制該電動缸沿該第三方向接觸該工具機控制器於該控制平面上的一按鍵。
9. 如申請專利範圍第1項所述之顫振偵測與抑制裝置，其中該控制器還配置以經由影像辨識處理將該工作畫面資訊轉換為一主軸轉速資訊、一位置資訊或一進給率資訊。