TWI755030B - 用於整形工件的整形設備與整形方法、及可執行整形方法的電腦可讀取非暫態媒體 - Google Patents

Abstract

用於整形工件的整形設備包括控制模組以及連接控制模組的加壓模組、移動模組、感測模組和整形計算模組。加壓模組包括分別對工件的上表面和下表面施加負載的二加壓元件。移動模組包括將工件水平向地移動於感測區與加工區之間的移動平台和夾持工件及多軸向地移動工件的工件載台。感測模組在感測區對工件進行擷取程序以得到關於工件的表面資訊。整形計算模組將表面資訊與理想形貌資料比對並計算得出關於工件的整形資訊。控制模組控制移動平台將工件移動至感測區並控制感測模組對工件進行擷取程序、及控制移動平台將工件移動至加工區並根據整形資訊控制加壓模組在工件的表面上進行整形處理。

Description

用於整形工件的整形設備與整形方法、及可執行整形方法的電腦可讀取非暫態媒體

本發明是有關於一種用於整形工件的整形設備與整形方法、及可執行整形方法的電腦可讀取非暫態媒體。

傳統的工件之整形方式目前多為相關從業者根據其實務經驗配合人體視覺輔助判斷，進行人工式的整形作業，而人工式的整形作業費時耗力，且人體的視覺輔助判斷存在可靠度之問題。此外，長時間的人工式作業對於勞動者而言亦是一種慢性傷害。而即使是使用機器設備的整形方式，機器設備多為針對一、二維的整形設備，其無法滿足進一步的使用需求。有鑑於此，提出一種用於整形工件之自動化的高精度三維整形設備與方法，係為本領域的相關從業者致力達成的目標。

本發明係提出一種用於整形工件的整形設備與整形方法、及可執行整形方法的電腦可讀取非暫態媒體，以解決先前技術中存在的問題。

根據本發明之第一方面，提出一種用於整形一工件的整形設備。整形設備包括一控制模組、一加壓模組、一移動模組、一感測模組以及一整形計算模組。加壓模組連接控制模組且包括二加壓元件，二加壓元件用以分別對工件的上表面和下表面施加負載。移動模組連接控制模組且包括一移動平台和一工件載台，移動平台用以將工件水平向地移動於一感測區與一加工區之間，工件載台用以夾持工件及多軸向地移動工件。感測模組連接控制模組，用以在感測區對工件進行擷取程序，以得到關於工件的一表面資訊。整形計算模組連接控制模組，用以將表面資訊與一理想形貌資料比對並計算得出關於工件的一整形資訊。其中，控制模組用以控制移動平台將工件移動至感測區並控制感測模組對工件進行擷取程序、及控制移動平台將工件移動至加工區並根據整形資訊控制加壓模組在工件的表面上進行整形處理。

根據本發明之第二方面，提出一種用於整形一工件的表面的整形方法，包括以下步驟：操作一整形設備，其中整形設備包括一加壓模組、一移動模組、一感測模組、一整形計算模組及一控制模組；藉由控制模組，控制移動模組將工件移動至一感測區；藉由控制模組，控制感測模組在感測區對工件進行擷取程序，以得到關於工件的一表面資訊；藉由整形計算模組，將表面資訊與一理想形貌資料比對並計算得出關於工件的一整形資訊；藉由控制模組控制移動模組將工件移動至一加工區；藉由控制模組，根據整形資訊控制加壓模組在工件的表面上進行整形處理；以及藉由控制模組，判斷工件經整形處理後是否符合一容許誤差範圍。

根據本發明之第三方面，提出一種電腦可讀取非暫態媒體，其內儲存一程式，此電腦可讀取非暫態媒體載入程式後執行如本發明第二方面所述的整形方法。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：

第1圖繪示根據本發明一實施例的整形設備100之立體示意圖。第2圖繪示根據本發明一實施例的整形設備100之側視示意圖。第3圖繪示根據本發明一實施例的整形設備100之概括架構圖。

請參照第1~2圖所示，整形設備100用於整形一工件W。舉例來說，工件W例如是一種航用螺旋槳，其具有至少一槳葉狀結構或葉片，整形設備100即用於針對此種航用螺旋槳的槳葉狀結構或葉片進行整形修復之作業，然本發明並不以此為限。請參照第1~3圖所示，整形設備100包括一控制模組110、一加壓模組120、一移動模組130、一感測模組140以及一整形計算模組150。其中加壓模組120、移動模組130、感測模組140和整形計算模組150均連接控制模組110。在另一實施方式中，本發明的整形計算模組150可獨立於整形設備100中的其他模組，且此種整形計算模組150可藉由無線的通訊連接方式連接至控制模組110；以此種實施方式的整形計算模組150例如架設在一外部的雲端伺服器中，藉由網路連接至控制模組110。

加壓模組120包括二個加壓元件，分別為加壓元件121和加壓元件122，加壓元件121和加壓元件122用以分別對工件W的上表面和下表面施加負載，以藉著接觸頂壓之方式對工件W的表面進行擠壓整形。在一實施例中，加壓模組120例如是一種流體致動模組，可選自如一液壓致動模組、一氣壓致動模組或其之組合；相應地，加壓模組120的加壓元件121、加壓元件122例如為二個液壓致動頂桿、二氣壓致動頂桿、或一液壓致動頂桿與一氣壓致動頂桿之組合。

移動模組130包括一移動平台131和一工件載台132，移動平台131用以將工件W水平向地(如第2圖中的X方向)移動於一感測區SA與一加工區PA之間，而工件載台132用以夾持工件W及多軸向地移動工件W。詳細而言，工件W可藉由移動平台131在感測區SA與加工區PA之間移動往返，可使工件在感測區SA進行三維輪廓感測，以得到輪廓樣貌之回饋；及使工件在加工區PA進行整形作業，以得到理想的外形樣貌。關於感測及整形等相關操作之詳細內容將於後文中進行描述。具體而言，工件載台132例如可沿著Y軸方向平移或旋轉工件W、沿著X軸方向旋轉工件W、及沿著Z軸方向平移工件W，來實現多軸向地移動工件W。應當理解的是，當可依據從業者之實際需要，工作載台132亦可藉由與其他元件(例如加壓模組120和移動模組131)之間的作動配合，來實現在三維空間中的六自由度之運動。

感測模組140用以在感測區SA對工件W進行擷取程序，以得到關於工件W的一表面資訊。在一實施例中，感測模組140可對工件W的待整形表面進行擷取，以得到關於工件W的材料、輪廓、及工件W的表面起伏程度(如表面突起或凹陷之分佈狀態)中的至少一者的資訊。在進一步的實施例中，感測模組140可對工件W的上表面(例如加壓元件121所施壓的表面)進行擷取，以得到關於工件W的材料、輪廓、及工件W的表面起伏程度(如表面突起或凹陷之分佈狀態)中的至少一者的資訊。或者，在另進一步的實施例中，感測模組140可對工件W的下表面(例如加壓元件122所施壓的表面)進行擷取，以得到關於工件W的材料、輪廓、及工件W的表面起伏程度(如表面突起或凹陷之分佈狀態)中的至少一者的資訊。

在一實施例中，感測模組140例如為一種三維輪廓擷取器，用以擷取工件W的三維輪廓，其中三維輪廓擷取器可選用一種光感測器(例如結構光感測器或雷射光感測器)或一種接觸式探頭。光感測器可用以對工件W進行非接觸式的輪廓掃描，其具有較高的測量速度和較高的採樣頻率，且可避免傷及工件的表面。接觸式探頭可用以對工件W進行接觸式的輪廓擷取程序，其具有較高的測量精度和可靠性，且可避免工件的表面之反射特性影響。

整形計算模組150用以將前述表面資訊與一理想形貌資料比對並計算得出關於工件W的一整形資訊。具體而言，前述理想形貌資料係儲存於整形計算模組150內的一資料庫中，理想形貌資料係對應製造工件W時所依據的一設計模型。舉例來說，此設計模型係為實際製造工件W時所依據的一設計圖(如CAD設計圖)。整形計算模組150將感測得到的表面資訊與工件實際對應的設計圖進行比對/比較，以計算得出校正整形工件所需的最佳化配置。詳言之，整形計算模組150根據比較表面資訊與理想形貌資訊，以分析關於工件W的整形位置、形變類形等，從而推論出對於工件W的整形最佳化配置。相較於先前技術中使用的人體視覺輔助判斷更具有精密的演算。

在一實施例中，整形計算模組150可用以分析表面資訊相較於前述設計模型的一規格誤差，此規格誤差係參考於工件W的表面起伏程度、形變類型、及變形位置中的至少一者。詳言之，整形計算模組150係分析由感測模組140擷取工件W的表面資訊與儲存於整形計算模組150內的一資料庫的理想設計圖之間的規格誤差，規格之參考例如為表面起伏程度、工件形變、變形位置之間的兩者差別。

具體而言，前述整形資訊可包括針對工件W的整形校正位置、加壓模組120所配置的進給量、加壓模組120所配置的加工位置、加壓模組120所配置的壓力值、及加壓模組120所配置的速度中的至少一者。在一實施例中，加壓模組120所配置的進給量可設置成大於0.01 mm，和/或加壓模組120所配置的速度可設置成介於1 mm/s至50 mm/s之間，和/或加壓模組120所配置的壓力值可設置成介於0.1 Ton至10 Ton之間，和/或針對工件W的整形校正位置之進給量可設置成大於0.1 mm。

控制模組110用以控制移動平台131將工件W移動至感測區SA並控制感測模組140對工件W進行擷取程序，並用以控制移動平台131將工件W移動至加工區PA，且用以根據前述整形資訊控制加壓模組120在工件W的表面上進行整形處理等作業。在一實施例中，控制模組110更可用以調整工件載台132及加壓元件121、122之間的多軸向(即圖中的X、Y、Z軸)的移動配置，以對工件W的表面進行多軸向地加工。在一實施例中，控制模組110更可用以設定感測模組140的一感測參數，所述感測參數包括感測模組140的擷取次數、視野範圍、及觀測點的數量中的至少一者。

如本文前述，工件W可例如為具有至少一槳葉狀結構或葉片的航用螺旋槳，感測模組140的擷取次數係根據槳葉狀結構的數量而決定，例如：工件W的槳葉狀結構之數量為3，擷取次數則對應為3，但本發明並不以此為限。具體而言，前述視野範圍係指感測模組140針對工件W表面之擷取的區域範圍，可因應地調整為擷取工件W之某處的局部範圍或是工件W完整的輪廓範圍。具體而言，前述觀測點的數量係指針對工件W的表面於感測時所採樣的若干數量，此觀測點的數量係取決於相關從業者的要求，例如：欲特別針對工件的邊緣進行量測，則可將多個觀測點設置於工件邊緣；或欲特別針對工件的中心進行量測，亦可僅設置單一觀測點於工件中心。由此，其可隨之調整以符合實際的需要，且此觀測點的配置亦可根據需要進行調整，例如：可配置成矩陣式分佈或同心圓的環狀式分佈等，本發明並不以此為限。

在一實施例中，控制模組110係根據關於工件W的一分類品號來設定感測模組140的前述感測參數，此分類品號係對應於工件W的所屬類型。詳細而言，多個工件W於製造後出廠時由相關從業者分為N種不同的分類品號(例如1~5號)，分類品號例如是依照產品的尺寸、材料或外形等因素進行分類，則各分類品號對應一所屬類型(例如A~E型)，使得所欲整形達到的理想形貌亦隨之不同，因此需要藉由控制模組110根據不同的分類品號對應地設定感測模組140的感測參數。

在一實施例中，在控制模組110根據前述整形資訊控制加壓模組120在工件W的表面上進行整形處理後，控制模組110可更控制移動平台131將工件W移動至感測區SA並控制感測模組140對工件W進行擷取程序。接著，控制模組110判斷工件W經整形處理後是否符合一容許誤差範圍。此容許誤差範圍係取決於相關從業者對於工件之整形規格(例如：工件的表面之彎曲程度是否符合要求、或工件的表面之真直度是否符合要求等)的要求，當可依實際需要進行調整。

第4圖繪示根據本發明一實施方式的整形方法S之流程步驟圖。

應當理解的是，本發明的整形方法S可應用於整形一工件(如本文前述的工件W)，且本發明的整形方法可適用於本文前述的整形設備100，因此整形方法S當可適用本文前述之關於整形設備100的詳細實施內容與各種實施變化。

如第4圖所示，本發明一實施方式的整形方法S包括步驟S01至步驟S07。 步驟S01：操作整形設備100，其中整形設備100包括加壓模組120、移動模組130、感測模組140、整形計算模組150及控制模組110； 步驟S02：藉由控制模組110，控制移動模組130將工件W移動至感測區SA； 步驟S03：藉由控制模組110，控制感測模組140在感測區SA對工件W進行擷取程序，以得到關於工件W的表面資訊； 步驟S04：藉由整形計算模組150，將表面資訊與理想形貌資料比對並計算得出關於工件W的整形資訊； 步驟S05：藉由控制模組110，控制移動模組130將工件W移動至加工區PA； 步驟S06：藉由控制模組110，根據整形資訊控制加壓模組120在工件W的表面上進行整形處理； 步驟S07：藉由控制模組110，判斷工件W經整形處理後是否符合容許誤差範圍。

在一具體實施方式中，本發明的整形方法S中的步驟S03可更包括如下細節：藉由控制模組110，設定感測模組140的感測參數，其中感測參數包括感測模組140的擷取次數、視野範圍、及觀測點的數量中的至少一者。由此，可根據相關從業者的使用需要，設定其所欲感測或著重的參數，以提供因需要調整設定之彈性。

在一具體實施方式中，本發明的整形方法S中的步驟S07可更包括如下細節：藉由控制模組110，控制移動模組130將工件W移動至感測區SA，並控制感測模組140在感測區SA對工件W進行擷取程序以判斷工件W經整形處理後是否符合容許誤差範圍，當判斷為未符合，控制模組110控制移動模組130將工件W移動至加工區PA。由此，可對工件W進行再一次的整形處理。關於判斷工件W經整形處理後是否符合容許誤差範圍之流程可於本案整形方式S中執行數次，直到工件W符合容許誤差範圍，由此可達到迴圈式檢測，以實現工件W的整形修復之最佳化的自動作業。

此外，本發明亦可將上述的整形方法應用於一種其內儲存一程式的電腦可讀取非暫態媒體，當電腦可讀取非暫態媒體載入程式後可執行本發明之整形方法，以實現取代人工整形作業之自動化配置。

綜上所述，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。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:整形設備 110:控制模組 120:加壓模組 121,122:加壓元件 130:移動模組 131:移動平台 132:工件載台 140:感測模組 150:整形計算模組 PA:加工區 SA:感測區 S01~S07:步驟 W:工件

第1圖繪示根據本發明一實施例的整形設備之立體示意圖。 第2圖繪示根據本發明一實施例的整形設備之側視示意圖。 第3圖繪示根據本發明一實施例的整形設備之概括架構圖。 第4圖繪示根據本發明一實施方式的整形方法之流程步驟圖。

100:整形設備

110:控制模組

120:加壓模組

121,122:加壓元件

130:移動模組

131:移動平台

132:工件載台

140:感測模組

150:整形計算模組

W:工件

Claims (24)

1. 一種整形設備，用於整形一工件，該整形設備包括： 一控制模組； 一加壓模組，連接該控制模組，包括二加壓元件，該二加壓元件用以分別對該工件的上表面和下表面施加負載； 一移動模組，連接該控制模組，包括一移動平台和一工件載台，該移動平台用以將工件水平向地移動於一感測區與一加工區之間，該工件載台用以夾持該工件及多軸向地移動該工件； 一感測模組，連接該控制模組，用以在該感測區對該工件進行擷取程序，以得到關於該工件的一表面資訊；以及 一整形計算模組，連接該控制模組，用以將該表面資訊與一理想形貌資料比對並計算得出關於該工件的一整形資訊； 其中，該控制模組用以控制該移動平台將該工件移動至該感測區並控制該感測模組對該工件進行擷取程序、控制該移動平台將該工件移動至該加工區並根據該整形資訊控制該加壓模組在該工件的表面上進行整形處理。
2. 如請求項1所述之整形設備，其中該感測模組係為一三維輪廓擷取器，用以擷取該工件的三維輪廓。
3. 如請求項2所述之整形設備，其中該三維輪廓擷取器為一光感測器，用以對該工件進行非接觸式的輪廓掃描程序。
4. 如請求項2所述之整形設備，其中該三維輪廓擷取器為一接觸式探頭，用以對該工件進行接觸式的輪廓擷取程序。
5. 如請求項3所述之整形設備，其中該光感測器係為一結構光感測器或一雷射光感測器。
6. 如請求項1所述之整形設備，其中該表面資訊包括該工件的材料、輪廓、及該工件的表面起伏程度中的至少一者。
7. 如請求項1所述之整形設備，其中該控制模組更用以調整該工件載台及該二加壓元件之間的多軸向的移動配置，以對該工件的表面進行多軸向地加工。
8. 如請求項1所述之整形設備，其中該控制模組更用以設定該感測模組的一感測參數，該感測參數包括該感測模組的擷取次數、視野範圍、及觀測點的數量中的至少一者。
9. 如請求項8所述之整形設備，其中該控制模組係根據關於該工件的一分類品號來設定該感測模組的該感測參數，該分類品號係對應於該工件的所屬類型。
10. 如請求項8所述之整形設備，其中該工件係具有至少一槳葉狀結構，該感測模組的擷取次數係根據該槳葉狀結構的數量而決定。
11. 如請求項1所述之整形設備，其中該理想形貌資料係儲存於該整形計算模組內的一資料庫中，該理想形貌資料係對應製造該工件時所依據的一設計模型。
12. 如請求項11所述之整形設備，其中該整形計算模組用以分析該表面資訊相較於該設計模型的一規格誤差，該規格誤差係參考於該工件的表面起伏程度、形變類型、及變形位置中的至少一者。
13. 如請求項1所述之整形設備，其中該整形資訊包括針對該工件的整形校正位置、該加壓模組所配置的進給量、該加壓模組所配置的加工位置、該加壓模組所配置的壓力值、及該加壓模組所配置的速度中的至少一者。
14. 如請求項1所述之整形設備，其中該加壓模組係為一流體致動模組。
15. 如請求項1所述之整形設備，其中該控制模組控制該移動平台將該工件移動至該感測區並控制該感測模組對該工件進行擷取程序，該控制模組判斷該工件經整形處理後是否符合一容許誤差範圍。
16. 一種用於整形一工件的表面的整形方法，該整形方法包括以下步驟： 操作一整形設備，其中該整形設備包括一加壓模組、一移動模組、一感測模組、一整形計算模組及一控制模組； 藉由該控制模組，控制該移動模組將該工件移動至一感測區； 藉由該控制模組，控制該感測模組在該感測區對該工件進行擷取程序，以得到關於該工件的一表面資訊； 藉由該整形計算模組，將該表面資訊與一理想形貌資料比對並計算得出關於該工件的一整形資訊； 藉由該控制模組，控制該移動模組將該工件移動至一加工區； 藉由該控制模組，根據該整形資訊控制該加壓模組在該工件的表面上進行整形處理；以及 藉由該控制模組，判斷該工件經整形處理後是否符合一容許誤差範圍。
17. 如請求項16所述之整形方法，其中在藉由該控制模組控制該感測模組在該感測區對該工件進行擷取程序之步驟中更包括： 藉由該控制模組，設定該感測模組的一感測參數，其中該感測參數包括該感測模組的擷取次數、視野範圍、及觀測點的數量中的至少一者。
18. 如請求項17所述之整形方法，其中該控制模組係根據關於該工件的一分類品號來設定該感測模組的該感測參數，該分類品號係對應於該工件的所屬類型。
19. 如請求項17所述之整形方法，其中該工件係具有至少一槳葉狀結構，該感測模組的擷取次數係根據該槳葉狀結構的數量而決定。
20. 如請求項16所述之整形方法，其中該理想形貌資料係儲存於該整形計算模組內的一資料庫中，該理想形貌資料係對應製造該工件時所依據的一設計模型。
21. 如請求項16所述之整形方法，其中，在藉由該整形計算模組將該表面資訊與一理想形貌資料比對並計算得出關於該工件的一整形資訊的步驟中，該整形計算模組用以分析該表面資訊相較於該設計模型的一規格誤差，該規格誤差係參考於該工件的表面起伏程度、形變類型、及變形位置中的至少一者。
22. 如請求項16所述之整形方法，其中該整形資訊包括針對該工件的整形校正位置、該加壓模組所配置的進給量、該加壓模組所配置的加工位置、該加壓模組所配置的壓力值、及該加壓模組所配置的速度中的至少一者。
23. 如請求項16所述之整形方法，其中，在藉由該控制模組判斷該工件經整形處理後是否符合該容許誤差範圍之步驟中更包括： 藉由該控制模組，控制該移動模組將該工件移動至該感測區，並控制該感測模組在該感測區對該工件進行擷取程序以判斷該工件經整形處理後是否符合該容許誤差範圍，當判斷為未符合，該控制模組控制該移動模組將該工件移動至該加工區。
24. 一種電腦可讀取非暫態媒體，其內儲存一程式，該電腦可讀取非暫態媒體載入該程式後執行如請求項16~23中任一項所述之整形方法。

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