TWI677414B - 用於操作一加工裝置的方法和系統 - Google Patents

Abstract

一種用於操作一加工裝置的方法，該加工裝置配置以進行一接觸式表面加工，該方法包含下列步驟：提供一操作機構，該操作機構配置以操控該加工裝置；提供一線性致動裝置，配置以操控該操作機構之一線性位移；提供配置於該操作端的一力感測元件，用以產生一力感測信號；提供鄰近配置於該力感測元件的一無線傳輸單元，用以傳送該力感測信號；提供載有一應用程式的一使用者設備，用以接收該力感測信號；以及藉由使用執行該應用程式的該使用者設備，即時將該力感測信號轉換成一力量測數據，並即時將該力量測數據上傳至一遠端操控系統。

Description

用於操作一加工裝置的方法和系統

本發明係關於一種操作的方法和系統；特別關於用以操作一加工裝置的方法和系統。

自動化的生產線已經是機械製造產業的必備條件，其中許多粗重且重複的機械加工就交給機械手臂來執行，可以避免人員的勞力負擔同時能維持生產品質的一致性。

請參閱第1圖，其顯示由機械手臂20來進行機械加工的示意圖。如圖，加工系統10基本上透過由多個連桿20a/20b/20c/20d及終端凸緣20e構成的機械手臂20來搬動表面加工裝置40，進而對一工件50進行機械加工。機械手臂20通常是液壓動力裝置，可以搬動很沉重的表面加工裝置40。由圖中可知，機械加工的力主要是源自於機械手臂20的移動，例如當機械手臂20不斷下壓時，施加於工件50的加工力道就不斷的增加。為了控制表面加工裝置40和工件50之間的接觸力(例如拋光或是研磨之類機械加工的表面接觸力)，避免過度或是不足的加工效果，可以利用配置於機械手臂20的終端凸緣20e和表面加工裝置40之間的操控裝置30來緩和兩者之間的接觸力道。

操控裝置30是機械裝置，本身的元件就具有相當的質量。當 機械加工系統承擔高速動態負載時，重力與慣性力對系統都會所構成影響。因此，如何讓操控裝置30即時有效的掌控表面加工裝置40和工件50之間的接觸力，並且辨識加工不良的發生，是需要解決的技術問題。

本發明所提出的用於操作一加工裝置的方法和系統，可以透過即時的感測與通訊系統，精確的掌控並記錄施加於加工件的加工力道，並透過雲端通訊，讓位於遠端的操控系統可以即時掌控並記錄加工品質。

依據本發明一實施例，提出一種用於操作一加工裝置的方法，該加工裝置配置以進行一接觸式表面加工，該方法包含下列步驟：提供一操作機構，該操作機構配置以操控該加工裝置；提供一線性致動裝置，配置以操控該操作機構之一線性位移；提供配置於該操作機構的一力感測元件，用以產生一力感測信號；提供鄰近配置於該力感測元件的一無線傳輸單元，用以傳送該力感測信號；提供載有一應用程式的一使用者設備，用以接收該力感測信號；以及藉由使用執行該應用程式的該使用者設備，即時將該力感測信號轉換成一力量測數據，並即時將該力量測數據上傳至一遠端操控系統。

依據本發明另一實施例，提出一種用於操作一加工裝置的系統，該加工裝置配置以進行一接觸式表面加工，該系統包含：一操作機構，配置以操控該加工裝置；一線性致動裝置，配置以操控該操作機構之一線性位移；一力感測元件，配置於該操作機構，用以產生一力感測信號；一無線傳輸單元，鄰近配置於該力感測元件，用以傳送該力感測信號；以及一使用者設備，載有一應用程式，用以接收該力感測信號以供監控。

該系統與方法係應用於自動化的生產加工過程，具有產業利用性。

10‧‧‧加工系統

20‧‧‧機械手臂

20a/20b/20c/20d‧‧‧連桿

20e‧‧‧終端凸緣

30‧‧‧操控裝置

31‧‧‧線性致動裝置

32‧‧‧力感測元件

33‧‧‧無線傳輸單元

34‧‧‧控制單元

35‧‧‧加速規

36‧‧‧位移計

37‧‧‧彈性元件

40‧‧‧表面加工裝置

50‧‧‧工件

60‧‧‧使用者設備

62‧‧‧記憶體

64‧‧‧無線通訊模組

70‧‧‧網際網路

80‧‧‧遠端操控系統

100‧‧‧系統

110‧‧‧操作機構

A‧‧‧加速度

F₀‧‧‧起始接觸力

F_MAX‧‧‧最大接觸力

Ft‧‧‧接觸力

F_W‧‧‧工作接觸力

Hold1/Hold2‧‧‧預設數值

S1‧‧‧力感測信號

V‧‧‧步進速度

X‧‧‧位移

本案得藉由下列圖式之詳細說明，俾得更深入之瞭解：第1圖顯示由機械手臂來進行機械加工的一示意圖；第2圖係本發明用於操作加工裝置的系統與方法的一實施例示意圖；第3圖係本發明以控制單元操控線性致動裝置的一實施例示意圖；第4圖係顯示加工裝置以本發明的系統與方法操作下的接觸力循環的一實施例示意圖。

本發明將可由下列實施例說明而得到充分瞭解，使熟習本技藝之人士可以據以完成之，然本發明之實施並非可由下列實施例而被限制其實施型態。

請參閱第2圖，其顯示依據本發明用於操作加工裝置的系統100與方法的一實施例示意圖。圖中的操控裝置30是依據本發明所提出一種嶄新設計的裝置，可以配置於如第1圖中所示的機械手臂20的終端凸緣20e和表面加工裝置40之間，也可以配置於其他類似的自動化機械加工系統之中，用來操作加工裝置(未顯示)以進行接觸式表面加工，例如研磨、拋光、砂光乃至於切削、鑽孔、搪孔之類的機械加工。

圖中位於操控裝置30下方的操作機構110具有預設的機構型態，可以配置以連結並操控如上所述的加工裝置。操控裝置30具有線性致 動裝置31(例如以氣壓/液壓或電磁力驅動的伸縮式汽缸，或是具有類似功能的裝置)，沿著其長軸的方向(即圖中箭頭方向)具有兩端，圖中所示靠近操作機構110的一端和操作機構110連結，當線性致動裝置31受到驅動而沿著其長軸的方向伸縮時，將致使操作機構110也隨著沿其長軸的方向產生一線性位移。所以說，可以透過這樣的配置來操控操作機構110的該線性位移。

在操作機構110的一側配置有力感測元件32，例如荷重元，用以產生力感測信號S1。換句話說，在操作過程中，如第1圖所示的表面加工裝置40和工件50之間的所存在的接觸力可以經由操作機構110的傳遞而被力感測元件32所感測，而即時的產生力感測信號S1。鄰近於力感測元件32的位置配置有和力感測元件32電連接的無線傳輸單元33，可用以傳送力感測信號S1。

操控裝置30中另配置控制單元34，配置以控制線性致動裝置31的線性位移。控制單元34可以透過有線方式和力感測元件32電連接而同時接收力感測信號S1；而依據本發明另一實施例，也可以藉由控制單元34和無線傳輸單元33之間的無線傳輸(例如藍芽通訊)，即時取得力感測信號S1。本領域專業人士可以理解，隨著時間的變化，力感測信號S1可以是持續的多個數值不同的信號組。當力感測信號S1的一即時感測值超過一預設值，例如是預設的接觸力上限，控制單元34可以反向調節線性致動裝置31之該線性位移，如此一來，就可以避免表面加工裝置40和工件50之間的所存在的接觸力過大而產生瑕疵品甚至傷害工件，即時有效的掌控表面加工裝置40和工件50之間的接觸力。

操控裝置30由於是一個機械裝置，本身就具有一定的慣性，在運動過程中，自然會產生慣性力，這樣的慣性力也會對表面加工裝置40和工件50之間的接觸力構成影響。為了充份掌握操控裝置30各部位的運動狀態，可以在操控裝置30中的適當位置(較佳者，配置於操作機構110附近)配置至少一個加速規35(線性加速規或陀螺儀)，即時提供加速度感測信號(未顯示)。另外也可配置位移計36以即時感測線性致動裝置31的線性位移，即時回饋線性位移的數值給控制單元34，以精確調整線性致動裝置31之該線性位移。此外，可以在左右兩側分別配置彈性元件37，以平衡操控裝置30的線性位移。

繼續參閱第2圖，依據本發明用於操作加工裝置的系統100還包含可以透過無線傳輸(藍芽或WiFi)和無線傳輸單元33之間傳遞訊息的使用者設備60，其中包含載有應用程式APP的記憶體62和無線通訊模組64，可用以接收力感測信號S1以供監控。依據本發明一實施例，力感測元件32定時發送力感測信號S1，透過無線單元33傳送給使用者設備60。使用者設備60中所載的應用程式APP可即時將該力感測信號S1轉換成力量測數據，並即時將該力量測數據透過網際網路70上傳至遠端操控系統80；遠端操控系統80透過網際網路70接收該力量測數據，並儲存及監測該力量測數據。遠端操控系統80具有即時性的異常偵測的能力，當該力量測數據被評估為異常狀態時(超出規格、超出管制界限或超出預訂門檻)，遠端操控系統80可產生一異常控制信號。依據一實施例，遠端操控系統80透過網際網路70發送該異常控制信號到控制單元34，控制單元34依據該異常控制信號來反向調節線性致動裝置31之該線性位移，以緊急修正或緩和表面加工裝置40和工件50之間的接觸力。由於力量測數據可以被記錄於遠端操控系統80中，所 以任何可能加工不良的發生可以被辨識出來，成為製程品質管制的數據。這類的製程管制數據不僅可以提供短期產品異常的警訊，也提供長期製程監控與分析的重要依據。

請參閱第3圖，其顯示本發明以控制單元34操控線性致動裝置31的一實施例示意圖。控制單元34和線性致動裝置31之間電性相連接，線性致動裝置31可以即時依據控制單元34的信號指示而作動。控制單元34可以透過有線或無線傳輸而取得包含力感測元件32所測得的接觸力Ft、位移計36所測得的位移X和步進速度V以及各加速規所測得的加速度A(線性加速度或角加速度)。當機械加工系統承擔高速動態負載時，重力場與慣性力對系統所構成的影響都需要納入考量，本發明的控制單元34可依據加速度感測信號A以及位移X和步進速度V等數值來修正力感測信號S1的該即時感測值，進而更精確的調節線性致動裝置31之該線性位移(箭號方向)，以獲得理想的工作接觸力Fw。

請參閱第4圖，其顯示加工裝置以本發明的系統與方法操作下的接觸力循環的一實施例示意圖。圖中的F₀表示起始接觸力，也就是被視為加工裝置40和工件50之間有實際接觸的最小接觸力；而F_MAX表示最大接觸力的預設值，也就是說，當控制單元34得知加工裝置40和工件50之間的最接觸力達到該數值的時候，會指示調節線性致動裝置31之該線性位移，暫停或反向調節該線性位移。圖中的第一組工作循環包含兩次加工過程，接觸力從F₀開始達到最高的預設數值Hold1而維持一段時間。之後的第二組工作循環則包含三次加工過程，接觸力從F₀開始達到最高的預設數值Hold2。如此的加工品質都可以充分的由自動化裝置所掌控。因此，本發明 用以操作一加工裝置的方法和系統能即時有效的掌控表面加工裝置和工件之間的接觸力，並且辨識加工不良的發生，可以說是一大創新。

實施例

1.一種用於操作一加工裝置的方法，該加工裝置配置以進行一接觸式表面加工，該方法包含下列步驟：提供一操作機構，該操作機構配置以操控該加工裝置；提供一線性致動裝置，配置以操控該操作機構之一線性位移；提供配置於該操作機構的一力感測元件，用以產生一力感測信號；提供鄰近配置於該力感測元件的一無線傳輸單元，用以傳送該力感測信號；提供載有一應用程式的一使用者設備，用以接收該力感測信號；以及藉由使用執行該應用程式的該使用者設備，即時將該力感測信號轉換成一力量測數據，並即時將該力量測數據上傳至一遠端操控系統。

2.如實施例1所述的方法，更包含下列步驟：提供一控制單元，該控制單元配置以控制該線性致動裝置之一線性位移，並與該力感測元件電連接；藉由使用該控制單元，即時取得該力感測信號；以及藉由使用該控制單元，當該力感測信號的一即時感測值超過一預設值時，反向調節該線性致動裝置之該線性位移。

3.如實施例2所述的方法，更包含下列步驟：提供一加速規，該加速規配置於該操作端，並與該力感測元件以及該控制單元電連接； 藉由使用該加速規，即時提供一加速度感測信號；以及藉由使用該控制單元，依據該加速度感測信號來修正該力感測信號的該即時感測值。

4.如實施例1所述的方法，更包含下列步驟：使該遠端操控系統透過一網際網路接收該力量測數據，並儲存及監測該力量測數據；以及藉由使用該遠端操控系統，當該力量測數據被評估為一異常狀態時，產生一異常控制信號。

5.如實施例4所述的方法，更包含下列步驟：提供一控制單元，該控制單元配置以控制該線性致動裝置之一線性位移；使該遠端操控系統透過該網際網路發送該異常控制信號到該控制單元；以及藉由使用該控制單元，依據該異常控制信號來反向調節該線性致動裝置之該線性位移。

6.一種用於操作一加工裝置的系統，該加工裝置配置以進行一接觸式表面加工，該系統包含：一操作機構，配置以操控該加工裝置；一線性致動裝置，配置以操控該操作機構之一線性位移；一力感測元件，配置於該操作機構，用以產生一力感測信號；一無線傳輸單元，鄰近配置於該力感測元件，用以傳送該力感測信號；以及 一使用者設備，載有一應用程式，用以接收該力感測信號以供監控。

7.如實施例6所述的系統，更包含：一控制單元，配置以控制該線性致動裝置之一線性位移，並與該力感測元件電連接以即時取得該力感測信號，其中當該力感測信號的一即時感測值超過一預設值時，該控制單元反向調節該線性致動裝置之該線性位移。

8.如實施例7所述的系統，更包含：至少一加速規，配置於該操作端，並與該力感測元件以及該控制單元電連接，以即時提供一加速度感測信號，其中該控制單元依據該加速度感測信號來修正該力感測信號的該即時感測值。

9.如實施例6所述的系統，其中：該力感測元件定時發送該力感測信號；該使用者設備即時將該力感測信號轉換成一力量測數據，並即時將該力量測數據上傳至一遠端操控系統；該遠端操控系統透過一網際網路接收該力量測數據，並儲存及監測該力量測數據；以及當該力量測數據被評估為一異常狀態時，該遠端操控系統產生一異常控制信號。

10.如實施例9所述的系統，更包含：一控制單元，配置以控制該線性致動裝置之一線性位移，其中該遠端操控系統透過該網際網路發送該異常控制信號到該控制單元，且該控制單元依據該異常控制信號來反向調節該線性致動裝置之該線性位移。

本案雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本案的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內所作之變動與修飾，皆應屬本案之涵蓋範圍。

Claims (10)

1. 一種用於操作一加工裝置的方法，該加工裝置配置以進行一接觸式表面加工，該方法包含下列步驟：提供一操作機構，該操作機構配置以操控該加工裝置；提供一線性致動裝置，配置以操控該操作機構之一線性位移和一步進速度；提供配置於一操作端的一力感測元件，用以產生一力感測信號；提供鄰近配置於該力感測元件的一無線傳輸單元，用以傳送該力感測信號；提供一加速規，該加速規配置於該操作端，並與該力感測元件以及該控制單元電連接，藉由使用該加速規即時感測一加速度，以提供一加速度感測信號；提供一位移計，配置於該操作機構上，即時感測該線性位移和該步進速度，以提供一位移感測數值和一步進速度數值；以及提供一控制單元，配置與該力感測元件電連接，並且取得該加速度感測信號、該位移感測數值以及該步進速度數值，來修正該力感測信號的一即時感測值。
2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，更包含下列步驟：該控制單元配置以控制該線性致動裝置之該線性位移；以及藉由使用該控制單元，當該力感測信號的該即時感測值超過一預設值時，反向調節該線性致動裝置之該線性位移。
3. 如申請專利範圍第1項所述的方法，更包含下列步驟：提供載有一應用程式的一使用者設備，用以接收該力感測信號；以及藉由使用執行該應用程式的該使用者設備，即時將該力感測信號轉換成一力量測數據，並即時將該力量測數據上傳至一遠端操控系統，以儲存及監測該力量測數據。
4. 如申請專利範圍第3項所述的方法，更包含下列步驟：使該遠端操控系統透過一網際網路接收該力量測數據，並儲存及監測該力量測數據；以及藉由使用該遠端操控系統，當該力量測數據被評估為一異常狀態時，產生一異常控制信號。
5. 如申請專利範圍第4項所述的方法，更包含下列步驟：使該遠端操控系統透過該網際網路發送該異常控制信號到該控制單元；以及藉由使用該控制單元，依據該異常控制信號來反向調節該線性致動裝置之該線性位移。
6. 一種用於操作一加工裝置的系統，該加工裝置配置以進行一接觸式表面加工，該系統包含：一操作端，配置以操控該加工裝置；一線性致動裝置，配置以操控該操作端之一線性位移和一步進速度；一力感測元件，配置於該操作端，用以產生一力感測信號；一無線傳輸單元，鄰近配置於該力感測元件，用以傳送該力感測信號；一加速規，配置於該操作端，並與該力感測元件以及該控制單元電連接，用以即時感測一加速度，以提供一加速度感測信號；一位移計，配置於該操作機構上，用以即時感測該線性位移和該步進速度，以提供一位移感測數值和一步進速度數值；以及一控制單元，配置與該力感測元件電連接，並且取得該加速度感測信號、該位移感測數值以及該步進速度數值，來修正該力感測信號的一即時感測值。
7. 如申請專利範圍第6項所述的系統，其中：該控制單元配置以控制該線性致動裝置之該線性位移，當該力感測信號的該即時感測值超過一預設值時，該控制單元反向調節該線性致動裝置之該線性位移。
8. 如申請專利範圍第6項所述的系統，更包含：一使用者設備，載有一應用程式，用以接收該力感測信號以供監控，其中：該力感測元件定時發送該力感測信號；以及該使用者設備即時將該力感測信號轉換成一力量測數據，並即時將該力量測數據上傳至一遠端操控系統。
9. 如申請專利範圍第8項所述的系統，其中：該遠端操控系統透過一網際網路接收該力量測數據，並儲存及監測該力量測數據；以及當該力量測數據被評估為一異常狀態時，該遠端操控系統產生一異常控制信號。
10. 如申請專利範圍第9項所述的系統，其中：該遠端操控系統透過該網際網路發送該異常控制信號到該控制單元，且該控制單元依據該異常控制信號來反向調節該線性致動裝置之該線性位移。