TWI675719B - 用於不規則表面之三維加工單元、加工系統以及加工方法 - Google Patents

Abstract

一種用於不規則表面之三維加工單元、加工系統以及加工方法。加工單元適於對具有不規則表面的待加工工件進行加工。加工單元包括固定架、調整件、固定環、緩衝件以及加工器件。固定架具有相對的第一側以及第二側；調整件設置於固定架的第一側；固定環套接於固定架內，且鄰近第二側設置，固定環具有相對的第三側以及第四側；緩衝件連接於固定環的第三側及調整件之間；加工器件設置於固定環的第四側，且套設在固定環內，其中固定環通過緩衝件而能夠靠近或遠離調整件，以使加工器件能夠沿著待加工工件的不規則表面對待加工工件進行三維加工。

Description

用於不規則表面之三維加工單元、加工系統以及加工方法

本發明是有關於一種加工單元、加工系統以及加工方法，且特別是有關於一種可以對具有不規則表面的待加工工件進行三維加工的用於不規則表面之三維加工單元、加工系統以及加工方法。

目前自動化加工系統能夠對工件的平面表面做到良好且精準的加工，但是對於具有不規則的曲面輪廓的工件，並無法達成良好且精準的加工效率。

因此，如何對具有不規則的曲面輪廓的工件進行加工，是目前亟待解決的技術問題。

本發明提供一種可以對具有不規則表面的待加工工件進行三維加工的加工單元、加工系統以及加工方法。

本發明的一種三維加工單元，適於對具有不規則表面的待加工工件進行加工。三維加工單元包括固定架、調整件、固定環、緩衝件以及加工器件。固定架具有相對的第一側以及第二側；調整件設置於固定架的第一側；固定環套接於固定架內，且鄰近第二側設置，固定環具有相對的第三側以及第四側；緩衝件連接於固定環的第三側及調整件之間；加工器件設置於固定環的第四側，且套設在固定環內，其中固定環通過緩衝件而能夠靠近或遠離調整件，以使加工器件能夠沿著待加工工件的不規則表面對待加工工件進行三維加工。

本發明的一種用於不規則表面之三維加工系統，適於對具有不規則表面的待加工工件進行加工。加工系統包括機械手臂以及第一加工單元。機械手臂拾取待加工工件並將待加工工件移動至加工位置；第一加工單元沿著待加工工件的不規則表面對待加工工件進行三維加工程序。

本發明的一種用於不規則表面之三維加工方法，適於對具有不規則表面的待加工工件進行加工。加工方法包括提供待加工工件；提供機械手臂以拾取待加工工件並將待加工工件移動至加工位置；以及提供第一加工單元，第一加工單元沿著待加工工件的不規則表面對待加工工件進行三維加工程序。

基於上述，本發明的三維加工單元因為其固定環能夠通過緩衝件而相對靠近或遠離調整件，因此三維加工單元除了可透過其他移動組件帶動固定架在平面方向上移動以進行加工之外，更因為固定環及緩衝件的配合而允許加工器件能夠有垂直方向上的移動，因此可以沿著待加工工件的不規則的曲面輪廓進行加工。應用此三維加工單元的加工系統及方法也能夠獲得良好的3D加工效果。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

[第一實施例]

圖1為本發明實施例之三維加工單元的示意圖。請參考圖1，本實施例的三維加工單元100用來對待加工工件進行加工，尤其是針對待加工工件的不規則表面進行3D加工，此不規則表面可為手機的保護殼的表面或是高爾夫球桿頭的殼體的表面。

三維加工單元100包括固定架110、調整件120、固定環130、緩衝件140以及加工器件150。固定架110具有相對的第一側111以及第二側112，調整件120設置於固定架110的第一側111。固定環130套接於固定架110內，且鄰近第二側112設置。固定環130具有相對的第三側131以及第四側132，其中緩衝件140連接於固定環130的第三側131及調整件120之間，而加工器件150設置於固定環130的第四側132，且套設在固定環130內。固定環130通過緩衝件140而能夠靠近或遠離調整件120，以使加工器件150能夠沿著待加工工件的不規則表面對待加工工件進行3D加工。

圖2為本發明之三維加工單元另一種實施態樣的示意圖。本實施例的加工器件150為刀片151(如圖1示)，但在其他的實施方式，可因應待加工工件的種類不同而選用研磨頭152(如圖2示)。刀片151用來對待加工工件的不規則表面進行雕刻或切割的加工。在本實施例中，緩衝件140為彈簧，且固定環130通過彈簧的形變而能夠靠近或遠離調整件120。請參照圖3，在另一可實施方式中，緩衝件可為另一種移動方式，例如，緩衝件240包括但並非限於，為齒輪242與齒條241的組合，通過齒輪242及齒條241的配合，固定環130能夠上下移動以靠近或遠離調整件120。

前述的緩衝件140的種類不限於彈簧或齒輪242及齒條241的組合，本領域技術人員可依照需求而選用適當的元件或組件做為緩衝件140。

往復參照圖1，三維加工單元100可更包括旋轉軸承160，其中旋轉軸承160固定在固定環130的第四側132，且位於固定環130以及加工器件150之間。簡單地說，即是旋轉軸承160固定在固定環130內，且旋轉軸承160夾持住加工器件150。如此一來，旋轉軸承160轉動時，可以帶動加工器件150轉動。

圖4為本發明加工系統的示意圖。請同時參考圖1、圖2及圖4。可將前述的三維加工單元100應用於加工系統300中，以通過加工系統300對待加工工件進行加工。以下將三維加工單元100應用於對高爾夫球桿頭的殼體200進行加工的加工系統300來說明。

加工系統300至少包括機械手臂310以及前述的三維加工單元100，其中機械手臂310用來拾取高爾夫球桿頭的殼體200並將高爾夫球桿頭的殼體200移動至加工位置，而三維加工單元100沿著高爾夫球桿頭的殼體200的不規則表面對高爾夫球桿頭的殼體200進行3D加工程序。

詳細而言，高爾夫球桿頭的殼體200具有不規則曲面的輪廓表面，且高爾夫球桿頭的殼體200的表面202可歷經多道噴漆的加工程序來形成。若還需要修整已被3D加工處理過的表面202，可更增加研磨這道加工程序。

在對表面202噴上不同顏色的漆之前，必須要將膠膜完整黏貼於高爾夫球桿頭的殼體200的表面202，並且利用刀片151割除需要噴漆的位置，待噴漆完畢以及完成烘烤後，接著再貼上另一個膠膜，再用刀片151割除別的需要噴漆的位置。重複上述的動作，直到所有的噴漆都噴上為止。因此，首先選用刀片151做為加工器件150，以進行割除膠膜的加工程序。在同一個加工系統300中，並未限制三維加工單元100的數量，本領域技術人員可以依照需求而決定三維加工單元100的設置數量，並且依據所需的加工程序而改變加工器件150的種類。

以本實施例而言，可以在同一個加工系統300中設置兩個以上的加工單元。例如，第一加工單元100為前述的三維加工單元100，其加工器件150選用刀片151且緩衝件140選用彈簧，以用來割除貼附在高爾夫球桿頭的殼體200的表面202的膠膜；第二加工單元320用來對高爾夫球桿頭的殼體200的表面202進行貼附及撕除膠膜；而第三加工單元330用來對高爾夫球桿頭的殼體200進行噴漆；且第四加工單元340的加工器件150可能選用研磨頭152，以對高爾夫球桿頭的殼體200的表面202進行打磨。因此，同一個加工系統300可以提供對高爾夫球桿頭的殼體200的表面202的研磨、貼附、割除膠膜、噴漆以及撕除膠膜等多道加工程序。

以下將詳細說明如何使用加工系統300對高爾夫球桿頭的殼體200的表面202進行加工程序。

圖5A為機械手臂夾持高爾夫球桿頭的殼體進行加工的示意圖、圖5B是高爾夫球桿頭的殼體的部分剖面示意圖。圖6為使用加工系統300對高爾夫球桿頭的殼體200進行加工的流程圖。請同時參考圖4、圖5A及圖6。

如步驟S110，加工系統300的機械手臂310拾取高爾夫球桿頭的殼體200並將高爾夫球桿頭的殼體200移動至加工位置。將高爾夫球桿頭的殼體200移動至加工位置這一步驟除了包含將高爾夫球桿頭的殼體200移動至預定的位置之外，更包含機械手臂310翻轉高爾夫球桿頭的殼體200，以使高爾夫球桿頭的殼體200的表面202朝向第一加工單元100。

此外，加工系統300可更包括攝像裝置350，其中攝像裝置350可以設置在加工位置處，用來對高爾夫球桿頭的殼體200進行影像擷取，以確認高爾夫球桿頭的殼體200的表面202是否被翻轉至正確的方向。

附帶一提，在機械手臂310拾取高爾夫球桿頭的殼體200之前或之後，且在下一步驟S120之前，更包括使用第二加工單元320將膠膜貼附至高爾夫球桿頭的殼體200的表面202。第二加工單元320可以機械手臂310的方式呈現，其中因應高爾夫球桿頭的殼體200的表面202為立體不規則曲面，此機械手臂310至少具備六個軸向的旋轉運動功能。

接著如步驟S120，第一加工單元100沿著高爾夫球桿頭的殼體200的三維輪廓對高爾夫球桿頭的殼體200進行加工程序。

詳細而言，第一加工單元100移動至高爾夫球桿頭的殼體200的表面202上，並且使其加工器件150接觸表面202，而使第一加工單元100及機械手臂310相對移動，其中使第一加工單元100及機械手臂310相對移動可以是固定機械手臂310而移動第一加工單元100、移動機械手臂310而固定第一加工單元100，或是使機械手臂310及第一加工單元100同時移動。

在對高爾夫球桿頭的殼體200的表面202進行加工程序時，第一加工單元100依照預定的圖案對表面202進行切割，如圖5A示。從圖5A及圖5B可以看出為待加工工件的高爾夫球的殼體200的表面202是不規則的曲面輪廓，因此請同時參考圖1，在第一加工單元100的固定架110，固定在一特定高度相對高爾夫球桿頭的殼體200平移的狀況下，對殼體200的表面202進行加工時，加工器件150需要因應殼體200的表面202在高度上的變化而彈性地上下移動，以防止刀片151過於深入表面202進而損壞殼體200，或是進入膠膜的程度過淺而無法有效割除膠膜。

承上述，通過選用彈簧做為緩衝件140，因此在刀片151接觸膠膜時，從膠膜而來的反作用力與彈簧的彈性恢復力獲得初步的平衡，使得刀片151能夠以預定的深度進入並且切割膠膜。

圖7A至圖7C為三維加工單元沿著A點、B點至C點進行切割時，加工器件150相對調整件120移動的示意圖。更詳細而言，使用第一加工單元100割除A點至C點所圍出的一特定範圍的膠膜時，由於A點、B點及C點具有不同的高度，因此在刀片151從A點移動至C點時，隨著高度由低變高，刀片151受力而朝靠近調整件120的方向移動，如圖7A至圖7C的順序，為彈簧的緩衝件140受壓縮且儲存彈性恢復力，彈簧同時也施壓於刀片151，使刀片151能夠在不傷害表面202的情況下以預定的深度切割膠膜。

附帶一提，緩衝件140能夠因應刀片151的上下移動而對刀片151提供緩衝效果，而調整件120用來調整緩衝件140提供給刀片151的緩衝能力，例如彈簧的鬆緊，以達到調整緩衝件140提供給刀片151的緩衝力道。

請同時參考圖5A及圖5B，當加工器件150從C點移動至A點時，隨著高度由高變低，彈性恢復力驅使刀片151朝遠離調整件120的方向移動，如圖7C至圖7A的順序，且刀片151持續以預定的深度切割膠膜。

此外，加工器件150需要在膠膜切割出一個完整的封閉範圍，如此才能夠將被切割的區域所環繞的膠膜撕除，或是保留被切割的區域所環繞的膠膜，撕除剩餘區域的膠膜，因此加工器件150在沿著預定的圖案進行切割，當遇到轉折點時，旋轉軸承160可以帶動加工器件150轉動。

在切割完之後，如步驟S130，第三加工單元330對高爾夫球桿頭的殼體200的表面202進行噴漆。第三加工單元330可以是以機械手臂310夾持獨立的噴槍以進行噴漆；或者，也可以是直接將噴槍及漆料的運送管線與機械手臂310整合在一起。

之後如步驟S140，第二加工單元320再將貼附在表面202上的膠膜全部撕除。如此，完成一次的噴漆的加工程序。

承上述，如果有多種顏色的漆要噴塗在高爾夫球桿頭的殼體200的表面202上，可以更換漆料的顏色，並重複多次上述的步驟S110~S140。或者，也可以是在同一個加工系統300中設置多個用來進行噴漆的第三加工單元330，且每一個第三加工單元330用來噴塗不同顏色的漆料。

在其他實施例中，待加工的工件也可以是高爾夫球桿頭的殼體200以外的其他工件，工件並不受本實施例所舉的例子為限，本揭露主要提供了一個能夠用來對具有不規則表面的三維加工單元、加工系統及加工方法，因此在此精神之下，是能夠依照實際的需求而改變三維加工單元100中加工器件150的種類。例如，需要對具有不規則表面的待加工的工件的不規則表面進行打磨的時候，三維加工單元100可以選用研磨頭152做為加工器件150，如圖2所示。

綜上所述，在本發明的三維加工單元中，固定環能夠通過緩衝件而相對靠近或遠離調整件，因此三維加工單元除了可透過其他移動組件帶動固定架在平面方向上移動以進行加工之外，更因為固定環及緩衝件的配合而允許加工器件能夠有垂直方向上的移動，因此可以對具有不規則表面的待加工工件進行加工。

此外，更能夠將此三維加工單元應用於加工系統及方法中，以通過自動控制的方式獲得良好的3D加工效果。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧三維加工單元、第一加工單元

110‧‧‧固定架

111‧‧‧第一側

112‧‧‧第二側

120‧‧‧調整件

130‧‧‧固定環

131‧‧‧第三側

132‧‧‧第四側

140、240‧‧‧緩衝件

150‧‧‧加工器件

151‧‧‧刀片

152‧‧‧研磨頭

160‧‧‧旋轉軸承

300‧‧‧加工系統

200‧‧‧高爾夫球桿頭的殼體

202‧‧‧表面

241‧‧‧齒條

242‧‧‧齒輪

310‧‧‧機械手臂

320‧‧‧第二加工單元

330‧‧‧第三加工單元

340‧‧‧第四加工單元

350‧‧‧攝像裝置

圖1為本發明實施例之三維加工單元的示意圖。 圖2為本發明之三維加工單元另一種實施態樣的示意圖。 圖3為緩衝件另一種實施態樣的示意圖。 圖4為加工系統的示意圖。 圖5A為機械手臂夾持高爾夫球桿頭的殼體進行加工的示意圖。 圖5B是高爾夫球桿頭的殼體的剖面示意圖。 圖6為使用加工系統對待加工工件進行加工的流程圖。 圖7A至圖7C為三維加工單元沿著A點通過B點至C點進行切割時加工器件相對調整件移動的示意圖。

Claims (17)

1. 一種用於不規則表面之三維加工單元，適於對具有不規則表面的一待加工工件進行加工，該加工單元包括：一固定架，具有相對的一第一側以及一第二側；一調整件，設置於該固定架的該第一側；一固定環，設置於該固定架內，且鄰近該第二側，該固定環具有相對的一第三側以及一第四側；一緩衝件，連接於該固定環的該第三側及該調整件之間；一加工器件，設置於該固定環的該第四側，且套設在該固定環內；以及一旋轉軸承，固定於該固定環的該第四側，且位於該固定環以及該加工器件之間，其中該固定環通過該緩衝件而能夠靠近或遠離該調整件，以使該加工器件能夠沿著該待加工工件的不規則表面對該待加工工件進行三維加工。
2. 如申請專利範圍第1項所述的用於不規則表面之三維加工單元，其中該加工器件為一刀片或一研磨頭。
3. 如申請專利範圍第1項所述的用於不規則表面之三維加工單元，其中該緩衝件為一彈簧，且該固定環通過該彈簧的形變而能夠靠近或遠離該調整件。
4. 如申請專利範圍第1項所述的用於不規則表面之三維加工單元，其中該緩衝件為一齒輪以及一齒條的組合，且該固定環通過該齒輪及該齒條的配合而能夠靠近或遠離該調整件。
5. 一種用於不規則表面之三維加工系統，適於對具有不規則表面的一待加工工件進行加工，該用於不規則表面之三維加工系統包括：一機械手臂，拾取該待加工工件並將該待加工工件移動至一加工位置；以及一第一加工單元，沿著該待加工工件的不規則表面對該待加工工件進行一三維加工程序，其中該第一加工單元包括：一固定架，具有相對的一第一側以及一第二側；一調整件，設置於該固定架的該第一側；一固定環，套接於該固定架內，且鄰近該第二側設置，該固定環具有相對的一第三側以及一第四側；一緩衝件，連接於該固定環的該第三側及該調整件之間；一加工器件，設置於該固定環的該第四側，且套設在該固定環內；以及一旋轉軸承，固定於該固定環的該第四側，且位於該固定環以及該加工器件之間，該第一加工單元對該待加工工件進行該三維加工程序時，該固定環通過該緩衝件而能夠帶動該加工器件靠近或遠離該調整件以沿著該待加工工件的不規則表面進行加工。
6. 如申請專利範圍第5項所述的用於不規則表面之三維加工系統，其中該加工器件為一刀片。
7. 如申請專利範圍第6項所述的用於不規則表面之三維加工系統，更包括一第二加工單元，其中該第二加工單元將一貼膜貼附於該待加工工件的不規則表面，而該第一加工單元對貼附於該不規則表面的該貼膜進行圖案切割。
8. 如申請專利範圍第5項所述的用於不規則表面之三維加工系統，其中該加工器件為一研磨頭。
9. 如申請專利範圍第5項所述的用於不規則表面之三維加工系統，其中該緩衝件為一彈簧，且該固定環通過該彈簧的形變而能夠靠近或遠離該調整件。
10. 如申請專利範圍第5項所述的用於不規則表面之三維加工系統，其中該緩衝件為一齒輪以及一齒條的組合，且該固定環通過該齒輪及該齒條的配合而能夠靠近或遠離該調整件。
11. 如申請專利範圍第5項所述的用於不規則表面之三維加工系統，更包括一攝像裝置，對該待加工工件進行影像擷取。
12. 一種用於不規則表面之三維加工方法，適於對具有不規則表面的一待加工工件進行加工，該用於不規則表面之三維加工方法包括：提供該待加工工件；提供一機械手臂，拾取該待加工工件並將該待加工工件移動至一加工位置；以及提供一第一加工單元，該第一加工單元沿著該待加工工件的不規則表面對該待加工工件進行一三維加工程序，其中該第一加工單元包括：一固定架，具有相對的一第一側以及一第二側；一調整件，設置於該固定架的該第一側；一固定環，套接於該固定架內，且鄰近該第二側設置，該固定環具有相對的一第三側以及一第四側；一緩衝件，連接於該固定環的該第三側及該調整件之間；一加工器件，設置於該固定環的該第四側，且套設在該固定環內；以及一旋轉軸承，固定於該固定環的該第四側，且位於該固定環以及該加工器件之間，該第一加工單元對該待加工工件進行該三維加工程序時，該固定環通過該緩衝件而能夠帶動該加工器件靠近或遠離該調整件以沿著該待加工工件的不規則表面進行加工。
13. 如申請專利範圍第12項所述的用於不規則表面之三維加工方法，其中該加工器件為一刀片，用於切割貼附於該待加工工件的一膜片。
14. 如申請專利範圍第13項所述的用於不規則表面之三維加工方法，更包括提供一第二加工單元，其中該第二加工單元將一貼膜貼附於該待加工工件的不規則表面，而該第一加工單元對貼附於該不規則表面的該貼膜進行圖案切割。
15. 如申請專利範圍第14項所述的用於不規則表面之三維加工方法，更包括提供一第三加工單元，在切割該貼膜之後，對經由該貼膜暴露出來的該不規則表面進行噴漆。
16. 如申請專利範圍第12項所述的用於不規則表面之三維加工方法，其中該加工器件為一研磨頭，用於研磨該待加工工件的不規則表面。
17. 如申請專利範圍第12項所述的用於不規則表面之三維加工方法，更包括提供一攝像裝置，對該待加工工件進行影像擷取。