TWI705238B - 工件動平衡校正控制系統及動平衡校正方法 - Google Patents

Abstract

一種工件動平衡校正控制系統及動平衡校正方法，由工具機、存儲裝置、控制器所組成。工具機用以執行工件的加工程序。存儲裝置用以存儲工件的加工程序的工件參數。控制器可用以讀取存儲裝置內的工件加工程序的工件參數，還可用以設定工具機的加工模組的加工參數，以及計算工件的不平衡量位置及調整量。加工模組根據不平衡量位置及調整量對工件進行再加工，直到工件符合動平衡標準為止。

Description

工件動平衡校正控制系統及動平衡校正方法

本發明提供一種控制系統及其校正方法，特別指一種可以動平衡校正的控制系統及其動平衡校正方法。

經由加工完的工件若應用於較高速的旋轉，再加上本身一定會存在質量分佈不均勻的問題，容易造成振動進而產生噪音、影響安全與穩定度，嚴重的情況下還會損壞其他零件、減短工件壽命，因此大多須要進行動平衡的檢測與校正。

動平衡檢測是藉由測量工件轉動及一定之平衡演算法來確定工件不平衡之大小及位置，並藉由於相應之位置加重或去重來降低不平衡量。早期對工件不平衡量的校正，必須使工件停止轉動，然後再加以校正，同時控制器只計算出動平衡加工的位置，實際加工須藉由人力將工件由動平衡校正機台搬移到加工機台，且加工過程是由人工進行，所以校正工作必須一再重覆進行，過程耗時耗力，而且容易受人為因素影響並不一定能獲得很準確的結果。

因此，如何提出一種動平衡檢測系統及方法，能夠有效改善習知技術的缺點已成為一個重要的課題。

為了解決上述需求，本發明主要的目的是為了提高加工的便利性，在加工機台上加上了動平衡檢測的功能，讓操作者能夠直接在工件加工完成後進行動平衡校正，無須再藉由人力將工件由加工機台搬運至動平衡校正機台。

本發明的另一目的在於確保每一個工件的加工品質，透過擷取原本就安裝在加工機台上的高解析度編碼器與加速規訊號，再加上已知的工件特徵與刀具尺寸，即可計算出動平衡的加工位置以及鑽孔調整量，過程中減少人為因素影響提高動平衡校正精度。

本發明的再一目的是提供一個完全自動化的流程，從製造工件、檢測工件動平衡到依據檢測結果加工工件，完全不須要人力操作，因此更精準、更快速。

根據上述各種目的，本發明主要提出一種工件動平衡校正控制系統，由工具機、存儲裝置、控制器所組成，其中工具機用以執行工件的加工程序。存儲裝置用來存儲工件的加工程序的工件參數。控制器內還包含了讀取及設定模組及動平衡計算模組，其中讀取及設定模組用以讀取存儲裝置內的工件的加工程序的工件參數，還可用以設定工具機的加工模組的加工參數，以及動平衡計算模組是根據校正基準與加工參數計算工件的不平衡量位置及相對於不平衡量位置的第一調整量，並判斷不平衡量位置及第一調整量是否符合工件的再加工範圍，以及當動平衡計算模組判斷不平衡量位置及第一調整量符合再加工範圍時，加工模組根據不平衡量位置及第一調整量對工件進行再加工，直到工件符合動平衡標準為止。

根據上述各種目的，本發明還提出一種動平衡校正方法，由校正基準與加工參數來計算工件的不平衡量位置及相對於不平衡量位置的第一調整量，並判斷不平衡量位置及第一調整量是否符合工件的再加工範圍，以及當判斷不平衡量是否符合動平衡標準，當不平衡量大於動平衡標準時，代表工件須進行再加工，當不平衡量小於動平衡標準時，則代表工件符合動平衡標準，無須進行再加工。

本發明之優點及特徵以及達到其方法將參照例示性實施例及附圖進行更詳細的描述而更容易理解。然而，本發明可以不同形式來實現且不應被理解僅限於此處所陳述的實施例。相反地，對所屬技術領域具有通常知識者而言，所提供的此些實施例將使本揭露更加透徹與全面且完整地傳達本發明的範疇。

請參考圖1所示，為本發明之工件動平衡校正控制系統及動平衡校正方法的系統架構圖。如圖1所示，本發明之工件動平衡校正控制系統及動平衡校正方法由工具機40、存儲裝置20、控制器30所組成，其中工具機40可以是CNC車床或CNC銑床等CNC加工機台，工具機40具有加工模組10可用來執行工件的加工程序，存儲裝置20內建於控制器30或設置於與控制器30連線的遠端伺服器之中，用來存儲工件的加工程序的工件參數。另一方面，存儲裝置20中還可存儲工件加工時所使用的刀具參數，如刀具型號與直徑等。控制器30內還包含了讀取及設定模組311及動平衡計算模組312，其中讀取及設定模組311可用來讀取存儲裝置20內的工件的加工程序的工件參數，還可以設定工具機40的加工模組10的加工參數。在本發明的實施例中，工件參數可以是材料密度、工件體積或是工件質量，但不應被理解僅限於此處所陳述的種類。

在本發明的實施例中，當工具機40完成工件預定的加工程序後(如車輪轂或剎車盤的成型加工)，工件可直接在工具機40上進行動平衡校正，無須搬運至他處。然而，安裝在廠房中的工具機40實際上會受到多種環境振動源的影響，如廠房中其他正在運作的加工機台、空調主機或是工具機40本身的馬達等。因此在對工件進行動平衡校正前，須藉由安裝於工具機40主軸上的加速規量測環境振動源對工具機40上的工件所造成的振動值(以下稱為第一振動值)。另一方面， 控制器30的讀取及設定模組311可依據不同種類的工件設定不同的加工參數。舉例來說，當工具機40上的工件為車輪轂時，讀取及設定模組311可在加工參數中設定車輪轂實際應用時的轉速作為校正轉速，工具機40主軸上的加速規可量測在此校正轉速下車輪轂的振動值(以下稱為第二振動值)。將第二振動值與第一振動值兩者互相比較後，便可得知車輪轂在校正轉速下的振動值(以下稱為工件振動值)。

控制器30的動平衡計算模組312會將工件振動值作為校正基準，並根據讀取及設定模組311所設定的校正轉速來計算工件的不平衡量位置與工件的不平衡量。值得注意的是，在本發明的實施例中，高解析度編碼器安裝於工具機40的主軸上，控制器30可擷取編碼器的資訊以得知主軸的旋轉位置，以提升計算工件不平衡量位置的準確性。另一方面，由於工具機40可加工多種工件，每一種工件都有其相對應的動平衡標準。因此，動平衡計算模組312將工件的不平衡量與預先設定的動平衡標準(如動平衡G值)進行比較，當不平衡量大於動平衡標準時，代表工件須進行再加工；當工件的不平衡量小於動平衡標準時，則代表工件符合動平衡標準，無須進行再加工。

當動平衡計算模組312判斷工件須進行再加工時，控制器30的動平衡計算模組312會根據工件參數、刀具參數、不平衡量位置與不平衡量來計算相對於工件不平衡量位置的第一調整量，其中加工參數可以是校正轉速、動平衡G值、加工座標或是加工速度，但不應被理解僅限於此處所陳述的種類。在本發明的實施例中，工件的第一調整量會隨著工具機40的加工型態而有不同的定義。舉例來說，當工具機40使用鑽刀對工件進行再加工時，工件的第一調整量可稱為第一鑽孔深度；當工具機40使用銑刀對工件進行再加工時，工件的第一調整量可稱為第一切削量；當工具機40利用焊接法對工件進行再加工時，工件的第一調整量可稱為第一增質量。

另外，通常工件上會有一個供動平衡校正時進行減質量或增質量加工用的特定區域，以防止減質量加工後對工件已加工完成的部分造成損害，或者防止增質量加工後工件尺寸不符合實際應用須求。在本發明的實施例中，動平衡計算模組312會判斷不平衡量位置及第一調整量是否符合工件的再加工範圍(即上述特定區域)，當動平衡計算模組312判斷不平衡量位置及第一調整量符合再加工範圍時，加工模組10會根據不平衡量位置及第一調整量對工件進行再加工，並利用主軸編碼器得知精確的加工角度，直到工件符合動平衡標準為止。其中加工模組10可依據實際情況對工件執行減質量法或增質量法的再加工流程，本發明對此不加以限制。

在本發明的另一實施例中，當動平衡計算模組312判斷不平衡量位置或第一調整量不符合工件的再加工範圍時，動平衡計算模組312會根據不平衡量位置及第一調整量，計算出符合再加工範圍的兩個再加工位置及相對於兩個再加工位置的第二調整量，其中兩個再加工位置分別位於不平衡量位置的左右兩側，且加工模組10會根據兩個再加工位置及第二調整量對工件進行再加工。值得注意的是，以分力的概念而言，第二調整量會小於第一調整量。舉例來說，當工具機40使用鑽刀對工件進行再加工時，動平衡計算模組312所計算出的第二鑽孔深度會小於第一鑽孔深度。

在前述說明本發明之工件動平衡校正控制系統的過程中，亦已同時說明本發明之動平衡校正方法之概念，且亦可由上述工件動平衡校正控制系統達成，但為求清楚起見，以下另結合所繪示之步驟流程圖進行說明。接下來請參考圖2所示，為本發明之工件動平衡校正控制系統及動平衡校正方法的流程圖。在本實施例中，於步驟A101，當工具機40完成工件預定的加工程序(如成型加工)後可直接對工件進行動平衡校正，無須將已完成成行加工的工件搬運至其他的動平衡校正機台上進行校正，工具機40可依據工件動平衡校正結果直接對其再加工，直到工件符合其動平衡標準。當工件在工具機40的加工模組10中完成加工後，於步驟A102，安裝於工具機40主軸上的加速規會分別量測環境振動源對工件所造成的振動值以及工件在校正轉速下所產生的振動值，控制器30將兩者加以比較後會得到工件振動值並將其作為校正基準。

於步驟A104，控制器30會根據校正基準與校正轉速來計算工件的第一不平衡量位置與工件的不平衡量，且控制器30可擷取安裝於工具機40主軸上的高精度編碼器的資訊，可精確得知主軸的旋轉位置以提升計算工件不平衡量位置的準確性。另一方面，控制器30會根據工件參數、刀具參數、第一不平衡量位置與不平衡量來計算相對於工件不平衡量位置的第一調整量。值得注意的是，第一調整量會隨著工具機40的加工型態而有不同的定義，相關說明如上述，不在此贅述。

通常工件上具有供動平衡校正時進行減質量或增質量加工用的再加工範圍，於步驟A106，控制器30會將第一不平衡量位置與第一調整量與再加工範圍進行比較，當第一不平衡量位置與第一調整量符合工件的再加工範圍時，工具機40會根據第一不平衡量位置及第一調整量對工件進行再加工以符合動平衡標準(如動平衡G值)。使用者可透過工具機40的使用者介面預先輸入上述多種參數(如材料密度、工件質量、校正轉速、刀具直徑、動平衡G值、加工座標或加工速度等)，或將多種參數存儲在與控制器30連線的遠端伺服器中。值得注意的是，不同種類的工件其相對應的動平衡標準也不同，使用者可根據工具機40實際的工件加工狀況動態調整適合的動平衡G值作為動平衡標準。

圖3為根據本發明之工件動平衡校正控制系統及動平衡校正方法的另一流程圖。其中，步驟A201、步驟A202與步驟A204的流程請參考上述步驟A101、步驟A102與步驟A104的說明，不在此贅述。於步驟A206，當第一不平衡量位置與第一調整量不符合工件的再加工範圍時，控制器30會根據第一不平衡量位置及第一調整量計算符合再加工範圍的兩個再加工位置及相對於再加工位置的第二調整量。其中，兩個再加工位置分別位於第一不平衡量位置的左右兩側，且第二調整量小於第一調整量，工具機40會根據兩個再加工位置及第二調整量對工件進行再加工以符合動平衡標準。

圖4為根據本發明之工件動平衡校正控制系統及動平衡校正方法的又一流程圖。其中，步驟A301與步驟A302的流程請參考上述步驟A101與步驟A102的說明，不在此贅述。於步驟A304，控制器30會根據校正基準與校正轉速來計算工件的不平衡量，並將不平衡量與動平衡標準進行比較。於步驟A306，當不平衡量大於動平衡標準時，代表工件須進行再加工；當不平衡量小於動平衡標準時，代表工件無須進行再加工。

綜上所述，本發明的工件動平衡校正控制系統及動平衡校正方法可在CNC工具機上完成工件製造、工件動平衡檢測與依據檢測結果對工件進行再加工等多種流程。另一方面，控制器藉由擷取CNC工具機主軸上高解析度編碼器的資料，可精準得知CNC工具機主軸的旋轉位置以提升動平衡校正的準確度。

上述所述者僅為本專利之較佳實施例，舉凡依本專利精神所作之等效修飾或變化，依照相同概念所提出之裝置的結構與功效，皆應仍屬本專利涵蓋之範圍內。

10:加工模組 20:存儲裝置 30:控制器 311:讀取及設定模組 312:動平衡計算模組 40:工具機 A101~A306:動平衡校正控制裝置及其加工機台計算流程

圖1為根據本發明之工件動平衡校正控制系統及動平衡校正方法的系統架構圖。 圖2為根據本發明之工件動平衡校正控制系統及動平衡校正方法的流程圖。 圖3為根據本發明之工件動平衡校正控制系統及動平衡校正方法的另一流程圖。 圖4為根據本發明之工件動平衡校正控制系統及動平衡校正方法的又一流程圖。

10:加工模組

20:存儲裝置

30:控制器

311:讀取及設定模組

312:動平衡計算模組

40:工具機

Claims (13)

1. 一種工件動平衡校正控制系統，包含： 一工具機，用以執行至少一個工件的一加工程序； 一存儲裝置，存儲該工件的該加工程序的至少一個工件參數； 一控制器，包括: 一讀取及設定模組，用以讀取該存儲裝置內的該工件的該加工程序的該工件參數，用以設定該工具機的一加工模組的至少一個加工參數；以及 一動平衡計算模組，根據一校正基準與該加工參數以計算該工件的一不平衡量位置及相對於該不平衡量位置的一第一調整量，並判斷該不平衡量位置及該第一調整量是否符合該工件的一再加工範圍；以及 當該動平衡計算模組判斷該不平衡量位置及該第一調整量符合該再加工範圍時，該加工模組根據該不平衡量位置及該第一調整量對該工件進行再加工，直到該工件符合一動平衡標準為止。
2. 如請求項1所述的工件動平衡校正控制系統，其中當該動平衡計算模組判斷該不平衡量位置或該第一調整量不符合該工件的該再加工範圍時，該動平衡計算模組根據該不平衡量位置及該第一調整量，以計算出符合該再加工範圍的兩個再加工位置及相對於該些再加工位置的一第二調整量，其中該些再加工位置分別位於該不平衡量位置的左右兩側，且該第二調整量小於該第一調整量，該加工模組根據該些再加工位置及該第二調整量對該工件進行再加工。
3. 如請求項1所述的工件動平衡校正控制系統，其中該動平衡計算模組更包含：根據該校正基準與該加工參數以計算該工件的該不平衡量，並將該不平衡量與該動平衡標準進行比較，當該不平衡量大於該動平衡標準時，代表該工件須進行再加工，當該不平衡量小於該動平衡標準時，則代表該工件符合該動平衡標準，無須進行再加工。
4. 如請求項1所述的工件動平衡校正控制系統，其中該校正基準為一工件振動值。
5. 如請求項1所述的工件動平衡校正控制系統，其中該工件參數可以是一材料密度、一工件體積及/或一工件質量。
6. 如請求項1所述的工件動平衡校正控制系統，其中該加工參數可以是一校正轉速、一動平衡G值、一加工座標及/或一加工速度。
7. 如請求項1所述的工件動平衡校正控制系統，其中該存儲裝置係內建於該控制器或設置於一與該控制器連線的遠端伺服器之中。
8. 一種動平衡校正方法，包含: 提供一工件，且該工件具有至少一個工件參數； 量測該工件的一工件振動值，該工件振動值作為一校正基準； 根據該校正基準與一加工參數以計算該工件的一第一不平衡量位置及相對於該第一不平衡量位置的一第一調整量；以及 當該第一不平衡量位置及該第一調整量符合該工件的一再加工範圍時，根據該第一不平衡量位置及該第一調整量對該工件進行再加工以符合一動平衡標準。
9. 如請求項8所述的動平衡校正方法，其中當該第一不平衡量位置或該第一調整量不符合該工件的該再加工範圍時，根據該第一不平衡量位置及該第一調整量，計算出符合該再加工範圍的兩個再加工位置及相對於該些再加工位置的一第二調整量，其中該些再加工位置分別位於該第一不平衡量位置的左右兩側，且該第二調整量小於該第一調整量，並根據該些再加工位置及該第二調整量對該工件進行再加工，以符合該動平衡標準。
10. 如請求項8所述的動平衡校正方法，其中更包含：根據該校正基準與該加工參數以計算該工件的該不平衡量，並將該不平衡量與該動平衡標準進行比較，當該不平衡量大於該動平衡標準時，代表該工件須進行再加工，當該不平衡量小於該動平衡標準時，則代表該工件符合該動平衡標準，無須進行再加工。
11. 如請求項8所述的動平衡校正方法，其中該工件參數可以是一材料密度、一工件體積及/或一工件質量。
12. 如請求項8所述的動平衡校正方法，其中該加工參數可以是一校正轉速、一動平衡G值、一加工座標及/或一加工速度。
13. 如請求項8、11、12其中任一項所述的動平衡校正方法，其中該加工參數及該工件參數可由一使用者介面輸入或存取於一存儲裝置。

Images