TWI750861B - 裁斷機控制系統及其控制方法 - Google Patents

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一種裁斷機控制系統及其控制方法，透過取像單元對刀模進行影像擷取，運算單元再依據該取像單元擷取刀模在移動一已知距離，旋轉一已知角度後的刀模輪廓，透過該特徵參考點位移計算得知刀模旋轉中心於畫面的位置，且以此刀模旋轉中心作為原點，重新描述刀模輪廓點集合，完成校正並正確得到刀模的刀模輪廓點集合，用以改善密排零件尺寸的正確性，藉此提升裁斷機密排加工的精度。

Description

裁斷機控制系統及其控制方法
本發明是關於一種裁斷機控制系統，尤其針對改善密排零件尺寸的正確性，提升裁斷機密排加工精度的控制系統及其控制方法。
習知技術中的數控機床加工領域，採用自動化控制，在設定刀模的加工路線和加工量之後，刀模按照既定的程序執行零件的加工過程，例如，對材料進行裁切。
在裁斷機的應用情境下，針對多種零件時會配合密排軟體來達到加工材料最大的利用率，密排軟體可在有限材料內擺更多的零件。因此，當密排零件尺寸不正確時，密排結果就會錯誤，導致咬刀或過多浪費的材料，使整個加工過程中產生廢料過多的情況。
目前的自動裁斷機，都會搭配密排軟體來提升利用率，透過軟體自動計算在加工材料上要如何擺放刀模進行裁切，才能達到材料最大的利用率，擺放最多的零件。在大部分的行業應用上，通常會利用零件的CAD數據，如DXF(AutoCAD DXF (Drawing Interchange Format或者Drawing Exchange Format)來做 密排。
然而，在裁斷機的情境下，零件則是由刀模透過沖壓裁斷材料而成，但刀模由於製程與安裝的關係，實際上會與設計的DXF有尺寸上的誤差，導致排版結果與實際加工結果不符，可能會發生材料浪費或零件過切的狀況。
為了解決這個問題，需要知道刀模的真實尺寸，目前常見的兩種方式：方法一，配合一個教導式機台，人為手動拖動此機台軸向來描繪刀模要裁切零件的尺寸。方法二，配合掃描儀，刀模先試切一張紙，將裁切剩餘的輪廓透過掃描儀，得到刀模的真實輪廓。
前述現有的二方法缺點在於：方法一需要額外製作一個機台來做刀模的教導，且透過人為方式操作，誤差較大。方法二需要先裁切紙張，透過掃描儀來得到刀模資料，且需要作刀模的機構旋轉中心與掃描儀之間校正，除了流程麻煩外，刀模的大小也受限於掃描儀的尺寸。
本發明之目的，即在提出一種是改善加工精度，且不受到掃描儀硬體的尺寸限制，並同時考慮機構安裝上誤差的智能裁斷機控制系統與控制方法。
為解決上述問題，本發明裁斷機控制系統，其包括：一取像單元用以對裝設於機台上的至少一刀模進行影像擷取，取得前述刀模的輪廓及一特徵參考點。一運算單元依據該取像單元擷 取前述刀模在移動一已知距離，旋轉一已知角度後的二位置的刀模輪廓，透過該特徵參考點位移計算得知前述刀模的刀模旋轉中心於畫面的位置，且以此刀模旋轉中心作為原點，重新描述刀模輪廓點集合，完成校正並正確得到前述刀模的刀模輪廓點集合。當所有刀模的刀模輪廓點集合都計算完成後，該運算單元利用這些刀模輪廓點集合資料，進行計算排版得一密排結果，並根據該密排結果產生一加工檔；一控制單元接收該加工檔，及一馬達驅動單元接收由該控制單元傳來的該加工檔，根據該加工檔依序帶動前述刀模執行相對應的動作。
其控制方法為將刀模裝上機台後，透過該取像單元對一前述刀模進行影像擷取，取得前述刀模的輪廓及特徵參考點；再透過該運算單元依據該取像單元擷取該刀模在移動一已知距離，旋轉一已知角度後的二位置的刀模輪廓，透過該特徵參考點位移計算得知前述刀模的刀模旋轉中心於畫面的位置，以此刀模旋轉中心作為原點，重新描述刀模輪廓點集合，完成校正並正確得到前述刀模的刀模輪廓點集合。依序對所有刀模進行前述工序。當所有刀模的刀模輪廓點集合都計算完成後，該運算單元利用這些刀模輪廓點集合資料，進行計算排版得該密排結果，並根據該密排結果產生一加工檔執行裁斷加工。
本發明的功效在於，裝設一個或多個刀模後，利用取像裝置擷取刀模移動及旋轉後的影像，並將資料傳至運算單元，運算單元根據上述資訊計算密排結果轉出加工檔，最後將此 加工檔由控制系統進行加工的方式。
如此，當刀模存在安裝位置誤差時，運算單元會將位置誤差考慮至密排結果中，因此無需於加工過程中對刀模進行額外調整。相較於先前技術所述的缺點，本案無須額外獨立於機台的一個設備，且減少人為操作因素，可提升量測精度；本技術也無須額外做固定紙張的治具來確保刀模旋轉中心，且不受到掃描儀硬體的尺寸限制，刀模大小相較不受限制。
100:裁斷機控制系統
110:取像單元
120:運算單元
130:控制單元
200:機台
210:刀模
220:材料
230:馬達驅動單元
300:畫面
310:畫面中心原點
400:刀模輪廓
410:特徵參考點
P1:第一參考點位置
P2:第二參考點位置
d:距離
S10~S70:步驟
圖1為本案裁斷機控制系統的實施示意圖。
圖2為本案裁斷機控制系統的另一實施示意圖。
圖3為本案裁斷機控制方法的流程圖。
圖4為本案取像單元的影像示意圖一。
圖5為本案取像單元的影像示意圖二。
為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然所描述的實施例僅僅是本發明一部分的實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員所做的等效變化與修飾前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本發明保護的範圍。
請參閱圖1、圖2、圖4與圖5，為本案裁斷機控制系 統的實施示意圖與取像單元的影像示意圖。一種裁斷機控制系統100包括：一取像單元110用以對裝設於裁斷機之機台200上的至少一刀模210進行影像擷取，透過影像取得前述刀模210的刀模輪廓400及一特徵參考點410(如圖4所示)。
一運算單元120依據該取像單元110擷取前述刀模210在移動一已知距離(如圖5中的距離d)，且旋轉一已知角度後(如圖4與圖5為刀模210旋轉180°)的二位置的刀模輪廓400，透過該特徵參考點410的位移(實施應用上該刀模輪廓400可透過取像單元110的視覺定位，得到基於畫面中心原點310的特徵參考點410位置(P1及P2))計算得知前述刀模210的刀模旋轉中心420於畫面300(取像單元110視野範圍)的位置，且以此刀模旋轉中心420作為原點，重新描述刀模輪廓400點集合{pt}，完成校正並正確得到前述刀模210的刀模輪廓400點集合{pt}。
在實施應用中，該取像單元110直接拍攝前述刀模210以得到完整刀模影像(如圖1所示)，由該運算單元120計算取得前述刀模210完整的刀模輪廓400點集合{pt}。或，該取像單元110拍攝經前述刀模210裁斷後之材料220(如圖2所示)，以得到前述刀模210完整輪廓影像，由該運算單元120計算取得前述刀模210完整的刀模輪廓400點集合{pt}。所指裁斷後之材料220實施上可以是紙、木板、保麗龍板，或是真正要被裁斷之布、牛皮、合成皮、合成布料....等。
在本申請的實施例中，該取像單元110依序對所有刀模 210(依裁斷機機台200該次加工所需各種刀模210的數量)依序進行影像擷取，且該運算單元120在校正並正確得到所有刀模210的刀模輪廓400點集合{pt}後，該運算單元120對所有刀模210進行計算排版。
當所有刀模210的刀模輪廓400點集合{pt}都計算完成後，該運算單元120利用這些刀模輪廓400點集合{pt}資料，進行計算排版得一密排結果，並根據該密排結果產生一加工檔。
一控制單元130接收該加工檔後，將該加工檔傳給裁斷機之機台200的一馬達驅動單元230，該馬達驅動單元230接收由該控制單元130傳來的該加工檔，根據該加工檔依序帶動前述刀模210執行相對應的動作，可讓裁斷機機台200開始進行加工。
上述為本案的裁斷機控制系統100，其詳細作動方法步驟如圖3本案裁斷機控制方法的流程圖，該裁斷機的控制方法依序包括：步驟S10：刀模210裝上機台200，依機台200該次加工所需的刀模210裝上機台200。
步驟S20：進行影像擷取，透過該裁斷機控制系統100的取像單元110對前述刀模210進行影像擷取，取得前述刀模210的刀模輪廓400及特徵參考點410。
步驟S30：進行運算取得刀模輪廓400資訊，步驟S20後再透過該運算單元120依據該取像單元110擷取該刀模210在移動一已知距離(如圖5中的距離d)，且旋轉一已知角度後(如圖示為刀模210旋轉180°)的二位置的刀模輪廓400。在實施應用中，該取像 單元110直接拍攝前述刀模210以得到完整刀模影像(如圖1所示)，由該運算單元120計算取得前述刀模210完整的刀模輪廓400點集合{pt}。或，該取像單元110拍攝經前述刀模210裁斷後之材料220(如圖2所示)，以得到前述刀模210完整輪廓影像，由該運算單元120計算取得前述刀模210完整的刀模輪廓400點集合{pt}。
該運算單元120依據該取像單元110於一第一時間擷取該前述刀模210的一第一影像(如圖4所示)，在機台200移動前述刀模210一已知距離d，旋轉一已知角度(如圖4及圖5所示旋轉角度為180°)後，於一第二時間擷取前述刀模210的一第二影像(如圖5右邊所示)；該運算單元120根據該第一影像的刀模輪廓400透過影像視覺定位得到該特徵參考點410所在的一第一參考點位置P1，並根據該第二影像的刀模輪廓400透過視覺定位，得到該特徵參考點410所在的一第二參考點位置P2，該運算單元120根據該第一參考點位置P1與該第二參考點位置P2兩者之相對位置計算得知前述刀模210的每個刀模旋轉中心420於該第一影像及第二影像中畫面的位置，以該第二影像刀模旋轉中心作為原點，重新描述刀模輪廓400點集合{pt}，完成校正並正確得到前述刀模210的刀模輪廓400點集合{pt}。
在實施步驟S30中，透過系統影像視覺方式進行運算取得刀模輪廓400資訊後，將會已知：1.刀模輪廓400透過影像視覺定位，得到第一影像基於畫面中心原點310的特徵參考點410的第一參考點位置P1。2.刀模輪廓400透過影像視覺，取得基於畫面中心原點310的刀模 輪廓400點集合{pt}。3.在機台200移動刀模210一已知距離d後，旋轉一已知角度(如圖4及圖5所示旋轉角度為180°)。4.再次利用影像視覺進行刀模輪廓400定位，得到基於畫面中心原點310的特徵參考點410的第二參考點位置P2。
利用前述資訊，透過計算得知刀模210的旋轉中心420於畫面300的位置，以圖5為例，0度時基於畫面中心原點310的刀模旋轉中心420位置為(P1+P2-d)/2；以此刀模旋轉中心420作為原點，分別重新描述在特徵參考點410於位置P1及P2時的刀模輪廓400點集合{pt}，即可完成前述刀模210在0度與180度後的校正(以本案實施例旋轉角度為180°為例)，並正確得到刀模210的刀模輪廓400點集合{pt}。
步驟S40：判斷是否還有刀模210未裝？若判斷為是，則回到步驟S10，依裁斷機機台200該次加工所需各種刀模210，依序安裝各種刀模210，也依序對所有刀模210進行前述工序(步驟S10~S30)。或步驟S40判斷為否，則接續步驟S50。
步驟S50：進行計算排版產生密排結果，當所有刀模210的刀模輪廓400點集合{pt}都計算完成後，該運算單元120利用這些刀模輪廓400點集合{pt}資料，進行計算排版得一密排結果。
步驟S60：密排結果轉加工檔，根據該密排結果產生一加工檔用以執行裁斷加工。
步驟S70；執行加工，該控制單元130接收該加工檔 後，將該加工檔傳給機台200的馬達驅動單元230，該馬達驅動單元230接收由該控制單元130傳來的該加工檔，根據該加工檔依序帶動前述刀模210執行相對應的動作，可讓裁斷機機台200開始進行加工。
本發明的功效在於，裝設一個或多個刀模210後，利用取像裝置110擷取刀模210移動及旋轉後的影像，並將資料傳至運算單元120，運算單元120根據上述資訊計算密排結果轉出加工檔，最後將此加工檔由控制系統進行加工的方式。如此，當刀模210存在安裝位置誤差時，無需再考慮刀模210旋轉問題，運算單元120會將位置誤差考慮至密排結果中，因此無需於加工過程中對刀模210進行額外調整，提升密排加工的精度。本發明之裁斷機控制系統與方法可改善密排零件尺寸的正確性，藉此提升裁斷機密排加工的精度，也改善目前現有方案操作流程繁瑣，系統架設困難的缺失。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
100:裁斷機控制系統
110:取像單元
120:運算單元
130:控制單元
200:機台
210:刀模
230:馬達驅動單元

Claims (8)

  1. 一種裁斷機控制系統，包括：一取像單元，用以對裝設於機台上的至少一刀模進行影像擷取，取得前述刀模的輪廓及一特徵參考點；一運算單元，其依據該取像單元於一第一時間擷取該前述刀模的一第一影像，在機台移動前述刀模一已知距離，旋轉一已知角度後，於一第二時間擷取前述刀模的一第二影像；該運算單元根據該第一影像的刀模輪廓透過視覺定位得到該特徵參考點所在的一第一參考點位置，並根據該第二影像的刀模輪廓透過視覺定位，得到該特徵參考點所在的一第二參考點位置，該運算單元根據該第一參考點位置與該第二參考點位置兩者之相對位置計算得知前述刀模的每個刀模旋轉中心於該第一影像及第二影像中畫面的位置，以該第二影像刀模旋轉中心作為原點，重新描述刀模輪廓點集合，完成校正並正確得到前述刀模的刀模輪廓點集合；當所有刀模的刀模輪廓點集合都計算完成後，該運算單元利用這些刀模輪廓點集合資料，進行計算排版得一密排結果，並根據該密排結果產生一加工檔；一控制單元，該控制單元接收該加工檔；及一馬達驅動單元，其接收由該控制單元傳來的該加工檔，根據該加工檔依序帶動前述刀模執行相對應的動作。
  2. 如請求項1所述之裁斷機控制系統，其中，該取像單元直接拍攝前述刀模以得到完整刀模影像，由該運算單元計算取得前述刀模完整的刀模輪廓點集合。
  3. 如請求項1所述之裁斷機控制系統，其中，該取像單元拍攝經前述刀模裁斷後之材料，以得到刀模完整輪廓影像，由該運算單元計算取得前述刀模完整的刀模輪廓點集合。
  4. 如請求項1所述之裁斷機控制系統，其中，該取像單元依序對所有刀模進行影像擷取，且該運算單元在校正並正確得到所有刀模的刀模輪廓點集合後，該運算單元對所有刀模進行計算排版。
  5. 一種裁斷機控制方法，其方法包括：將至少一刀模裝上機台；透過一取像單元對一前述刀模進行影像擷取，取得前述刀模的輪廓及一特徵參考點；再透過一運算單元依據該取像單元擷於一第一時間擷取該前述刀模的一第一影像，在機台移動前述刀模一已知距離，旋轉一已知角度後，於一第二時間擷取前述刀模的一第二影像；該運算單元根據該第一影像的刀模輪廓透過視覺定位得到該特徵參考點所在的一第一參考點位置，並根據該第二影像的刀模輪廓透過視覺定位，得到該特徵參考點所在的一第二參考點位置，該運算單元根據該第一參考點位置與該第二參考點位置兩者之相對位置計算得知前述刀模的每個刀模旋轉中心於該第一影像及第二影像中畫面的位置，以該第二影像刀模旋轉中心作為原點，重新描述刀模輪廓點集合，完成校正並得到前述刀模的刀模輪廓點集合；依序對所有刀模進行前述二步驟工序，完成校正並正確得到所有刀模的刀模輪廓點集合；當所有刀模的刀模輪廓點集合都計算完成後，該運算單元利用這些刀模 輪廓點集合資料，進行計算排版得一密排結果，並根據該密排結果產生一加工檔執行裁斷加工。
  6. 如請求項5所述之裁斷機控制方法，其中，該取像單元直接拍攝前述刀模以得到完整刀模影像，由該運算單元計算取得前述刀模完整的刀模輪廓點集合。
  7. 如請求項5所述之裁斷機控制方法，其中，該取像單元拍攝經前述刀模裁斷後之材料，以得到刀模完整輪廓影像，由該運算單元計算取得前述刀模完整的刀模輪廓點集合。
  8. 如請求項5所述之裁斷機控制方法，其中，藉由一控制單元接收該加工檔，用以控制一馬達驅動單元根據該加工檔帶動前述刀模執行相對應的動作。
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