TWI765610B - 金屬線材加工系統及方法 - Google Patents

Abstract

提供一種金屬線材加工方法，包括承載金屬線材於物料輸送裝置的彎折座上；利用線段長度，對基於曲線數據生成的模擬彎折線段進行劃分，取得各自具有錨點框架與彎折點框架的多個連續加工線段；加熱金屬線材；基於錨點框架定位金屬線材的錨點；基於錨點與彎折點框架，定位初始彎折點與目標彎折點；控制機械手臂夾持金屬線材的初使彎折點並將其彎折至目標彎折點。

Description

金屬線材加工系統及方法

一種設計建築構築領域的金屬線材加工系統與方法，特別是涉及機械手臂的金屬線材加工系統與方法。

建築領域的數位設計流程，可粗略劃分三個階段：設計、製造以及構築。在設計與製造階段，設計者利用數位工具便能有效率且精確地設計出複雜的曲線或曲面造型。然而在構築階段，由於這些複雜的造型屬於非標準單元的元件，因此無法經由傳統方法有效率且準確地製造出來。因此需耗費許多精力在非標準單元的元件的製作與定位。

有鑑於此，本發明藉由機械手臂的應用，將有助於提高構築階段的製造與效率及準確度。

為達到上述目的，本發明提供一種金屬線材加工系統，適於對一金屬線材進行加工，包含：一機械手臂，具有一多軸驅動裝置、一機械夾爪、與一控制模組，該機械夾爪設置於該多軸驅動裝置，該控制模組訊號連接該多軸驅動裝置與該機械夾爪；一物料輸送裝置，設置於該機械手臂的一側，其中該物料輸送裝置包含：一彎折座，具有相對的一第一側及一第二側，並設有貫穿該第一側及該第二側的一第一通孔，該第一通孔供該金屬線材部分穿過；一加熱裝置，設置於該彎折座的第一側，該加熱裝置對未穿過該第一通孔的該金屬線材的部分加熱；其中，該控制模組控制該多軸驅動裝置轉動，以將該機械夾爪位移至該彎折座的第二側，並且該控制模組控制該機械夾爪，以對穿過該第一通孔的該金屬線材的部分施力，使得該金屬線材相對該第一通孔上的一錨點彎折。

在一些實施例中，金屬線材加工系統更包含：一驅動裝置，訊號連接該控制模組；並且該物料輸送裝置更包含：至少一滑軌，設置於該彎折座的第一側，在該第一通孔的軸心方向上延伸；一滑動裝置，連接該驅動裝置，並且滑動設置於該至少一滑軌；以及一夾持裝置，承載於該滑動裝置上，並且對應該第一通孔的軸心所設置，該夾持裝置夾持該金屬線材，當該驅動裝置帶動該滑動裝置在該至少一滑軌上滑動時，該夾持裝置與該金屬線材在該至少一滑軌上一併位移。

在一些實施例中，金屬線材加工系統更包含：一終端裝置，訊號連接該控制模組以發送控制指示。

在一些實施例中，金屬線材加工系統更包含：至少一冷卻裝置，設置於該彎折座的第二側。

本發明還提供一種金屬線材加工方法，步驟包括：承載一金屬線材於一物料輸送裝置，其中，該物料輸送裝置包含一彎折座，該彎折座具有相對的第一側及第二側，並設有貫穿該第一側及該第二側的一第一通孔，以供該金屬線材部分穿過；根據一曲線數據，產生一模擬彎折線段；根據一線段長度，連續分段該模擬彎折線段，以劃分出連續的N個加工線段，每一該加工線段的兩個端點分別具有一錨點框架與一彎折點框架，其中，第N個加工線段的該錨點框架為第N+1個加工線段的該彎折點框架，N為自然數；藉由設置於該彎折座的第一側的一加熱裝置，對該金屬線材進行加熱；根據第N個加工線段的該錨點框架，對該金屬線材定位一錨點，其中，該錨點位於該彎折座的第二側並且位於該第一通孔；分別根據該錨點與該第N個加工線段的該彎折點框架，對該金屬線材定位定義一初始彎折點與一目標彎折點，其中，該初始彎折點於平行該第一側相對於該第二側的方向上，遠離該錨點直至該線段長度的距離；以及控制一機械手臂夾持該金屬線材的該初始彎折點，並將該金屬線材自該初始彎折點彎折至該目標彎折點，使得該金屬線材相對該錨點彎折。

在一些實施例中，金屬線材加工方法的步驟更包括：藉由一夾持裝置夾持該金屬線材；藉由承載該夾持裝置的一滑動裝置，在至少一至少一滑軌上滑動，使該夾持裝置與該金屬線材一併位移。

在一些實施例中，金屬線材加工方法的步驟更包括：根據第N+1個加工線段的該錨點框架，再次對該金屬線材定位該錨點；分別根據該錨點與該第N+1個加工線段的該彎折點框架，再次對該金屬線材定位定義該初始彎折點與該目標彎折點；以及再次控制該機械手臂夾持該金屬線材的該初始彎折點，並將該金屬線材自該初始彎折點彎折至該目標彎折點，使得該金屬線材相對該錨點彎折。

在一些實施例中，金屬線材加工方法在根據一線段長度，連續分段該模擬彎折線段，以產生連續的N個加工線段的步驟中，更包括：判斷每一該加工線段中，該彎折點框架的水平分量減去該錨點框架的水平分量是否小於零，若小於零，反轉該彎折點框架。

在一些實施例中，金屬線材加工方法在根據一線段長度，連續分段該模擬彎折線段，以產生連續的N個加工線段的步驟中，更包括：判斷每一該加工線段中，該彎折點框架的垂直分量減去該錨點框架的垂直分量是否小於零，若小於零，反轉該彎折點框架。

在一些實施例中，金屬線材加工方法在根據一線段長度，連續分段該模擬彎折線段，以產生連續的N個加工線段的步驟中，更包括：偵測該機械手臂與該物料輸送裝置在一空間中的位置；模擬每一該加工線段的該錨點框架與該彎折點框架在該空間中的位置；以及檢測每一該加工線段的該錨點框架與該彎折點框架，是否與該機械手臂或該物料輸送裝置發生碰撞。

在一些實施例中，金屬線材加工方法的步驟更包括：對經彎折後的該金屬線材進行淬火。

本發明之實施例將藉由下文配合相關圖式進一步加以解說。盡可能的，於圖式與說明書中，相同標號係代表相同或相似構件。於圖式中，基於簡化與方便標示，形狀與厚度可能經過誇大表示。可以理解的是，未特別顯示於圖式中或描述於說明書中之元件，為所屬技術領域中具有通常技術者所知之形態。本領域之通常技術者可依據本發明之內容而進行多種之改變與修改。

當一個元件被稱為『在…上』時，它可泛指該元件直接在其他元件上，也可以是有其他元件存在於兩者之中。相反地，當一個元件被稱為『直接在』另一元件，它是不能有其他元件存在於兩者之中間。如本文所用，詞彙『及/或』包含了列出的關聯項目中的一個或多個的任何組合。

於下文中關於“一個實施例”或“一實施例”之描述係指關於至少一實施例內所相關連之一特定元件、結構或特徵。因此，於下文中多處所出現之“一個實施例”或“一實施例”之多個描述並非針對同一實施例。再者，於一或多個實施例中之特定構件、結構與特徵可依照一適當方式而結合。

揭露特別以下述例子加以描述，這些例子僅係用以舉例說明而已，因為對於熟習此技藝者而言，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。在通篇說明書與申請專利範圍中，除非內容清楚指定，否則「一」以及「該」的意義包含這一類敘述包括「一或至少一」該元件或成分。此外，如本揭露所用，除非從特定上下文明顯可見將複數個排除在外，否則單數冠詞亦包括複數個元件或成分的敘述。而且，應用在此描述中與下述之全部申請專利範圍中時，除非內容清楚指定，否則「在其中」的意思可包含「在其中」與「在其上」。在通篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞(terms)，除有特別註明，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供從業人員(practitioner)在有關本揭露之描述上額外的引導。在通篇說明書之任何地方之例子，包含在此所討論之任何用詞之例子的使用，僅係用以舉例說明，當然不限制本揭露或任何例示用詞之範圍與意義。同樣地，本揭露並不限於此說明書中所提出之各種實施例。

可了解如在此所使用的用詞「包含(comprising)」、「包含(including)」、「具有(having)」、「含有(containing)」、「包含(involving)」等等，為開放性的(open-ended)，即意指包含但不限於。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制發明作之申請專利範圍。

請參照第一圖，第一圖為本發明的金屬線材加工系統的結構示意圖。金屬線材加工系統10主要可劃分為三個部分：機械手臂100、物料輸送裝置200、以及終端裝置300。機械手臂100主要由多軸驅動裝置、設置於機械軸110端點的機械夾爪120、以及控制模組130組成。多軸驅動裝置具體可為馬達驅動的多個機械軸110。機械夾爪120為氣閥驅動二個基爪在水平線上移動以實現夾持的二指平動式氣動夾爪。但本發明不應以此為限，實務上機械夾爪亦可被選用為二指張角式氣動夾爪、三指張角式氣動夾爪或三指定心式氣動夾爪，當然亦可為二指平動式電動夾爪或三指定心式電動夾爪。控制模組130訊號連接多個機械軸110以控制各個機械軸110的轉動，同時訊號連接機械夾爪120以控制其夾持或鬆開。藉此，機械手臂100可經由機械軸110間接地將機械夾爪120在水平面及／或垂直面上位移至指定位置，並直接控制機械夾爪120在指定位置進行作動。在一些實施例中，機械手臂100為工業用六軸機械手臂，但本發明不以此為限，亦可視實務上的需求而調整為四軸、五軸或七軸機械手臂。終端裝置300為電子計算裝置，如桌上型電腦、平板電腦或智慧型手機。終端裝置300訊號連接機械手臂100的控制模組130，藉此對控制模組130發送控制訊息以調整機械軸110與機械夾爪120的作動。在一些實施例中，終端裝置300是通過實體線路或無線傳輸技術與控制模組訊號連接。

請參照第一圖與第二圖，物料輸送裝置200對應設置於機械手臂100的適宜作業範圍內，例如在設置於機械手臂的一側。物料輸送裝置200具有彎折座202，彎折座202為固定於水平面上的固定結構。在彎折座202上形成有貫穿第一側206與第二側208的第一通孔204。第一側206可以理解為金屬線材400自送料方向209移動並且在穿過第一通孔204之前，也就是彎折加工前的一側。第二側208相對於第一側206，並且可以理解為金屬線材400自送料方向209移動並且穿過第一通孔204之後，也就是完成彎折加工以獲得金屬線材成品410的一側。金屬線材400的一部分穿過第一通孔204並且被第一通孔204支撐，因此金屬線材400的孔徑與第一通孔204的孔徑大致相同。由於金屬線材400穿過第一通孔204時，可能會上下擺動並碰撞彎折座202而發生非期望的形變，因此第一通孔204在第一側206與第二側208之間基本是平行於水平面。另一方面，當彎折座202在平行於送料方向209上的寬度愈小，那麼細微晃動的金屬線材400可能會碰撞彎折座202而發生彎折。因此在一些實施例中，在第一通孔204可安裝直線滾珠軸承205，如第三圖所示。在直線滾珠軸承205的支撐下，金屬線材400能有效減少晃動帶來的影響。

請一併參照第一圖與第四圖，金屬線材加工系統還具有驅動裝置（圖未示），而物料輸送裝置200還具有至少一個滑軌210、滑動裝置212與夾持裝置216。驅動裝置具體為直流馬達或交流馬達，例如步進馬達。滑軌210、滑動裝置212與夾持裝置216設置在彎折座202的第一側206。滑軌210是沿著送料方向209（即第一通孔的軸心方向）上延伸的線性軌道。滑動裝置212設置於滑軌210上，並連接驅動裝置。藉此，滑動裝置212受驅動裝置的推動，以沿著送料方向209做正向或反向移動。滑動裝置212的上方承載有夾持裝置216。夾持裝置216為具有夾持構造，金屬線材400穿過夾持構造並且受其夾持而固定。當驅動裝置帶動滑動裝置212在至少一個滑軌210上滑動時，夾持裝置216與金屬線材400在滑軌210上一併位移，從而調整所欲加工的線段。夾持裝置216例如是氣動夾盤，但不侷限於此。為方便解釋，文中將以氣動夾盤作為範例進行闡述。具體而言，氣動夾盤設置有一個穿孔與多個夾具（圖皆未示）。穿孔的軸心對準第一通孔204的軸心所設置，確保金屬線材400在通過穿孔後與抵達第一通孔204前的線段不會發生彎折。前述多個夾具分別環設於穿孔的周邊，並且受電磁氣閥的控制以朝向穿孔移動，藉此穩固地夾住金屬線材400。在一些實施例中，滑動裝置212的下方或底部設置有固定於滑軌210的滑輪組214，如第四圖所示。在一些實施例中，如第七圖所示，滑軌210形成有外螺紋226，並且滑動裝置212為絲桿馬達（Screw Motor），絲桿馬達的內部形成有匹配外螺紋226的內螺紋（圖未示）。運動狀態下的絲桿馬達，能在送料方向209上平穩移動，避免承載的夾持裝置216發生晃動。這樣的結構能進一步避免穿過夾持裝置216的金屬線材400因晃動與碰撞所發生的形變。在一些實施例中，如第八圖所示，滑軌210為皮帶傳動裝置，其包括皮帶傳動輪2101與皮帶2102。皮帶傳動輪2101連接驅動裝置，並受其驅動而旋轉。皮帶2102承載滑動裝置212，且接觸該皮帶傳動輪2101以受其帶動而位移。藉此，滑動裝置212隨著皮帶2102的移動，沿著送料方向209做正向或反向移動。

在一些實施例中，如第四圖所示，物料輸送裝置200還具有至少一個固定座218，能進一步地將金屬線材400穩固在垂直於送料方向209的方向上。固定座218設置在彎折座202的第一側206與夾持裝置216之間。固定座218具有第二通孔224，第二通孔224的軸心對準第一通孔204的軸心所設置，確保金屬線材400在通過第二通孔224後與抵達第一通孔204前的線段不會發生彎折。固定座218的數量可依實務上的需求做調整。

在一些實施例中，如第五圖所示，物料輸送裝置200還具有至少一個軸承支撐結構219，能進一步地將金屬線材400穩固在垂直於送料方向209的方向上。軸承支撐結構219具有軸承基座223與至少兩個軸承，軸承基座223設置在彎折座202的第一側206與夾持裝置216之間，至少兩個軸承相對設置。當軸承的數量為兩個時，可理解其分別為第一軸承220與第二軸承221。第一軸承220與第二軸承221相對設置在軸承基座223的上下兩側，並且相互抵接金屬線材400於交界處222上。交界處222實質上對準第一通孔204的軸心。換句話說，第一軸承220與第二軸承221能將金屬線材400穩固，避免其相對於第一通孔204發生晃動。當軸承的數量為三個時，如第六圖所示，可理解為第一軸承220與兩個第二軸承221。同樣的，第一軸承220與第二軸承221相對設置，以抵接金屬線材400於交界處222上，避免金屬線材400相對於第一通孔204發生晃動。軸承支撐結構219及／或軸承的數量可依實務上的需求做調整。

請再次參照第一圖與第二圖，在靠近彎折座202的第一側206的位置，設置有加熱裝置250以對金屬線材400進行加熱。加熱裝置250可包括交流電轉直流電的整流器（圖未示）、諧振感應的中空螺旋的感應線圈、適於對感應線圈冷卻的水管與水泵（圖皆未示）。隨著金屬線材400沿著送料方向209移動，感應線圈可逐步針對金屬線材進行加熱。儘管在本發明的多張圖式中，加熱裝置250被繪示為感應線圈以利直覺的理解，但本發明不應侷限於此。依照熱傳導、熱對流或熱輻射的熱傳方式，加熱裝置250可選用非接觸式的工業用熱對流加熱器或紅外線加熱爐。選用非接觸式的加熱裝置250，能進一步避免金屬線圈400發生晃動，減少與彎折座202等周邊裝置發生碰撞而產生非預期的形變。在一些實施例中，感應線圈亦可替換為電阻式加熱圈、電弧加熱圈、電子束加熱圈、紅外線加熱圈或電容式加熱圈。

如第九至十一圖所示，機械夾爪120為二指平動式氣動夾爪具，其具有兩個基爪122與基座125。基座125安裝在機械手臂100中作為機械手部的第六軸的機械軸110上，兩個基爪122的一端面朝彼此地設置於基座125上，並且受驅動朝相對方向平滑移動直至相互抵接。在一些實施例中，如第九圖所示，兩個基爪122的另一端分別設有一個開槽124，兩個開槽124形狀上相互對應，並且在兩個基爪122相互抵接時，組成一個具有開放式缺口的凹槽（圖未標號）。凹槽可理解為直接彎折金屬線材時對其施力的彎折部。藉此，機械夾爪得以穩固金屬線材，並對其施力以彎折加工。在一些實施例中，如第十圖所示，兩個基爪122的一端分別設有一個開槽124，兩個開槽124形狀上相互對應，並且在兩個基爪122相互抵接時，組成一個具有封閉式缺口的凹槽（圖未標號）。封閉式缺口的凹槽能進一步增加兩個基爪122與金屬線材的接觸面積，提升兩個基爪122在開合方向的穩定度與工作時對抗重力的能力。在一些實施例中，如第十圖所示，兩個基爪122的一端分別具有第一側126與第二側127，第一側126遠離兩個基爪122相互抵接時的接觸面，第二側127靠近兩個基爪122相互抵接時的接觸面。在第二側127設置有開槽124，其特徵不再贅述。與其他實施例的差異在於，第一側126在垂直於基爪122的抵接方向上的寬度，大於第二側127的相對寬度。這樣的結構能提升機械夾爪120在彎折金屬線材時的彎曲精確度。在一些實施例中，如第十一圖所示，兩個基爪122的一端分別設有一個開槽124，兩個開槽124形狀上相互對應，並且在兩個基爪122相互抵接時，組成一個具有封閉式缺口的凹槽（圖未標號）。第十一圖與第十圖的差異在於，基爪122具有第一部分128與第二部分129，第一部分128在垂直於兩個基爪122相互抵接方向上的寬度，大於第二部分129在垂直於兩個基爪122相互抵接方向上的寬度。這樣的結構能提升機械夾爪120在彎折金屬線材時的彎曲精確度。

在一些實施例中，如第一圖與第二圖所示，金屬線材加工系統10可設置至少一個冷卻裝置260，其設置在彎折座202的第二側208。冷卻裝置260可為兩個冷卻風扇，但不應以此數量為限制。冷卻裝置260能避免經加熱與彎折後的金屬線材成品410因爲殘餘的熱量而發生非預期的形變。

接下來說明本發明的金屬線材加工方法，請一併第十二圖與第一、二圖。如步驟500所示，首先將所欲加工的金屬線材400承載於物料輸送裝置200。更具體地，安裝金屬線材400，使其穿過夾持裝置216的穿孔（圖未標號）、通過加熱裝置250並且直至彎折座202的第一通孔204。

接著在步驟510，在終端裝置（例如300）上進行數據模擬，終端裝置例如但不限於地搭載有Rhino 6的Grasshopper軟體，該軟體提供設計者模擬對機器手臂的控制與其周邊環境的分析。具體的，將一個包含所欲加工成形的曲線數據輸入至終端裝置並於搭載的軟體上生成模擬彎折線段600，如第十四圖所示。實務上依照輸入的不同曲線數據，模擬彎折線段600會呈現不同的長度、彎折角度或彎折方向等。接著在步驟520與第十四圖，基於一個選定的線段長度，對模擬彎折線段600進行連續分段。在一些實施例中，前述線段長度可依照加熱裝置250的加熱範圍來決定，例如平行於送料方向209的長度達5公分，但不應以此為限制。在劃分多個線段後，可發現模擬彎折線段600產生至少一個加工線段610。這些加工線段610具有連續且不重複的加工順序，例如在第十四圖中，由右至左的多個加工線段610對應加工順序。每一個加工線段610的兩個端點分別標記有錨點框架620與彎折點框架630，而相鄰的兩個加工線段610中，當前的加工線段610的錨點框架620等於下一個加工線段610的彎折點框架630。錨點框架620與彎折點框架630可以理解為模擬空間（虛擬空間）中具有X, Y, Z軸的空間向量，代表自身的位置並能據以獲得相互之間的方向向量。

在步驟530中，利用設置於彎折座202的第一側206的加熱裝置250對金屬線材400加熱。加熱裝置250可以與終端裝置300訊號連接並接受其控制而作動。應注意的是，在金屬線材400被機械手臂100彎折前，任何時間點都可被加熱。

在獲得了各個加工線段610的錨點框架620與彎折點框架630後，接著在步驟540中，終端裝置300依前述的加工順序，將加工在先的加工線段610的錨點框架620，定位至經加熱的金屬線材400的線段上並假定為錨點。錨點可以理解為，在後續彎折過程中不會在垂直於送料方向209的方向上晃動的固定點。更具體地如第二圖所示，錨點框架620被定位在第一通孔204的第二側208，也就是金屬線材400穿過自第一通孔204穿出的位置。為此，終端裝置300可藉由感測器或人工輸入的方式，事先取得機械手臂100、物料輸送裝置200以及金屬線材400在實際空間中的位置。接下來在步驟550，自金屬線材400的前述錨點為起點，並沿著送料方向209的延伸前述線段長度上的一個點，其將被終端裝置300定位為金屬線材400的初始彎折點142。同時，將步驟540中據以定位的同一加工線段610的彎折點框架630，將被終端裝置定位至臨近金屬線材400的實際空間中作為目標彎折點144的一點。

最後在步驟560，終端裝置300經由實體線路或無線傳輸，發送控制訊號至機械手臂100。藉此機械手臂透過多個機械軸110的運動將機械夾爪120移動至緊離金屬線材400之處，接著控制機械夾爪120牢固的夾持金屬線材400的初始彎折點142，最後控制機械夾爪120將金屬線材400自初始彎折點142彎折至目標彎折點144，使得金屬線材相對第一通孔上的錨點彎折，以獲得金屬線材成品410。

在一些實施例中，本發明可在終端裝置的模擬階段，對各個加工線段610進行彎折一致性的檢查。請參照第十三圖，在步驟520與步驟530之間安排步驟522與步驟524。當模擬彎折線段600具有彎折角度過大的線段時，該線段之中或相鄰的多個加工線段610中的錨點框架620及／或彎折點框架630可能會發生向量方向混亂的問題。如第十四圖的局部放大圖所示，錨點框架620與彎折點框架630在向量方向相反。藉由將加工線段610中的彎折點框架630在水平分量的值，減去同一加工線段610中的錨點框架620的水平分量的值，並判斷相減的值是否小於零，假定小於零，則判斷前述彎折點框架630發生錯誤而需反轉。應注意的是，前述步驟中亦可利用錨點框架620與彎折點框架630的垂直分量判斷，故不再贅述。

在一些實施例中，本發明可在終端裝置的模擬階段，對各個加工線段610進行碰撞測試。請參照第十三圖，在步驟520與步驟530之間安排步驟526。儘管步驟526在圖中被繪示為接續步驟522與524之後，但實務上亦可安排在之前。為進行碰撞測試，終端裝置可透過感測器或人工輸入的方式，事先獲得機械手臂100與物料輸送裝置200在實際空間中的位置。感測器可以是安裝在機械手臂100及物料輸送裝置200上，並訊號傳輸感測到的實際空間的位置資訊至終端裝置。接著，終端裝置模擬每一個加工線段610的錨點框架620與彎折點框架630在虛擬空間中的位置，並檢測這些錨點框架620與彎折點框架630是否會與機械手臂100或物料輸送裝置200重疊，重疊可以理解為發生碰撞，可參照第十五圖的圓圈處。如果發生重疊，終端裝置300可通知設計者進行必要的調整，避免後續步驟中的機械手臂在實際彎折金屬線材後才發現這樣的疏失。

請繼續參照第十三圖，本發明的加熱步驟可具體為將金屬線材加熱至100~400攝氏溫度，如步驟530所示。由於經彎折的金屬線材在被機械夾爪120釋放後，原本被壓縮與拉伸的部分因失去彎折力道的保持而產生反作用力，形成彎折回彈現象。回彈現象會使得金屬線材成品410與所欲彎折的情況發生偏差，因此可透過不同的加熱溫度及／或時間，來將低回彈幅度，進而金屬線材成品410的精確度。經測試，機械夾爪120將加熱至100、250、或400度金屬線材400彎折至30度並且鬆開後，金屬線材400分別會回彈3.5、3.2與2.7度，因此可知加熱至400度後的金屬線材400能獲得較低的回彈角度。

在一些實施例中，如第二圖與第十三圖的步驟552所示，金屬材料400可沿著送料方向209推進，使金屬材料400中下一個被彎折的線段部分，其兩端對應下一個加工線段中的錨點框架與彎折點框架，從而產生新的錨點、初始彎折點與目標彎折點，藉此獲得具有多個彎折線段的金屬線材成品410。應注意的，儘管步驟552被繪示於步驟560之前，但不應以此為限制。受加熱的金屬線材400的部分，在被機械手臂100夾持並彎折前的任何時間點，都可以穿過彎折座202以待後續的彎折步驟。金屬線材400的推進方式可藉由本文記載之物料輸送裝置200的驅動裝置、至少一個滑軌210、滑動裝置212與夾持裝置216來完成，故不再贅述。如第一圖與第十三圖的步驟580所示，當金屬線材400沿著送料方向209位移後，接下來根據步驟520所獲得的下一個加工線段610的錨點框架620與彎折點框架630，重複步驟540、步驟550以及步驟560。藉此，完成對下一個金屬線材400的彎折。

在一些實施例中，如第一圖與第十三圖的步驟570所示，在彎折後可進一步透過設置在彎折座的第二側的冷卻裝置260進行淬火。冷卻裝置260能避免經加熱與彎折後的金屬線材成品410因爲殘餘的熱量而發生非預期的形變。

在建築領域的數位設計流程中，於設計與製造階段所設計的、並且是習知技術手段所無法精準或有效率製造而成的複雜曲線或曲面造型，在構築階段時，皆可經由本發明的金屬線材加工系統與方法來直接或間接完成。因此，本發明是一種能製造出任何的複雜曲形構造的客製化方案。當所欲製造者為單一條複雜曲線時，本發明的金屬線材加工方法能對金屬線材的各個加工線段進行彎折加工。當所欲製造者為複雜曲面時，則對多條經由本發明的金屬線材加工方法製造而成的金屬線材成品相互焊接。

本發明以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施的範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述的形狀、構造、特徵及精神所為的均等變化與修飾，均應包括於本發明的保護範圍內。

10:金屬線材加工系統 100:機械手臂 110:機械軸 120:機械夾爪 122:基爪 125:基座 124:開槽 126:第一側 127:第二側 128:第一部分 129:第二部分 130:控制模組 140:錨點 142:初始彎折點 144:目標彎折點 200:物料輸送裝置 202:彎折座 204:第一通孔 205:直線滾珠軸承 206:第一側 208:第二側 209:送料方向 210:滑軌 2101:皮帶傳動輪 2102:皮帶 212:滑動裝置 213:皮帶傳動輪 214:滑輪組 216:夾持裝置 218:固定座 219:軸承支撐結構 220:第一軸承 221:第二軸承 222:交界處 223:軸承基座 224:第二通孔 226:外螺紋 250:加熱裝置 260:冷卻裝置 300:終端裝置 400:金屬線材 410:金屬線材成品 500, 510, 520, 522, 524, 526, 530, 540, 550, 552, 560, 570, 580:步驟 600:模擬彎折線段 610:加工線段 620:錨點框架 630:彎折點框架

第一圖為本發明的金屬線材加工系統的結構示意圖。

第二圖為本發明的金屬線材加工系統的局部示意圖。

第三圖為本發明一些實施例中，彎折座的示意圖。

第四圖為本發明一些實施例中，物料輸送裝置的示意圖。

第五圖與第六圖為本發明一些實施例中，軸承支撐結構的示意圖。

第七圖與第八圖為本發明一些實施例中，物料輸送裝置的示意圖。

第九圖至第十一圖為本發明一些實施例中，機械夾爪的示意圖。

第十二圖為本發明金屬線材加工方法的步驟流程圖。

第十三圖為本發明一些實施例中，金屬線材加工方法的步驟流程圖。

第十四圖為模擬彎折線段的示意圖。

第十五圖為模擬彎折線段與周邊設備發生碰撞的示意圖。

500,510,520,530,540,550,560:步驟

Claims (21)

1. 一種金屬線材加工系統，適於對一金屬線材進行加工，包含： 一機械手臂，具有一多軸驅動裝置、一機械夾爪、與一控制模組，該機械夾爪設置於該多軸驅動裝置，該控制模組訊號連接該多軸驅動裝置與該機械夾爪； 一物料輸送裝置，設置於該機械手臂的一側，其中該物料輸送裝置包含： 一彎折座，具有相對的一第一側及一第二側，並設有貫穿該第一側及該第二側的一第一通孔，該第一通孔供該金屬線材部分穿過；以及 一加熱裝置，設置於該彎折座的該第一側，該加熱裝置對未穿過該第一通孔的該金屬線材的部分加熱； 其中，該控制模組控制該多軸驅動裝置轉動，以將該機械夾爪位移至該彎折座的該第二側，並且該控制模組控制該機械夾爪，以對穿過該第一通孔的該金屬線材的部分施力，使得該金屬線材相對該第一通孔上的一錨點彎折。
2. 如請求項1所述的金屬線材加工系統，更包含： 一驅動裝置，訊號連接該控制模組； 並且，該物料輸送裝置更包含： 至少一滑軌，設置於該彎折座的第一側，在該第一通孔的軸心方向上延伸； 一滑動裝置，連接該驅動裝置，並且滑動設置於該至少一滑軌；以及 一夾持裝置，承載於該滑動裝置上，並且對應該第一通孔的軸心所設置，該夾持裝置夾持該金屬線材，當該驅動裝置帶動該滑動裝置在該至少一滑軌上滑動時，該夾持裝置與該金屬線材在該至少一滑軌上一併位移。
3. 如請求項2所述的金屬線材加工系統，其中該至少一滑軌為皮帶傳動裝置，並且連接該驅動裝置以受該驅動裝置的驅動。
4. 如請求項2所述的金屬線材加工系統，其中該物料輸送裝置更包括： 至少一固定座，設置於該彎折座的第一側與該夾持裝置之間，並且設有第二通孔，該第二通孔的軸心對準該第一通孔的軸心，該第二通孔供該金屬線材穿過。
5. 如請求項2所述的金屬線材加工系統，其中該物料輸送裝置更包括： 至少一軸承支撐機構，具有一基座與固定於該基座的至少二軸承，該基座設置於該彎折座的第一側與該夾持裝置之間，該至少二軸承相對設置並且對準該第一通孔的軸心線上的兩側，以抵接該金屬線材。
6. 如請求項2所述的金屬線材加工系統，其中該至少一滑軌具有外螺紋，該滑動裝置為一絲桿馬達，該絲桿馬達具有對應該外螺紋的內螺紋。
7. 如請求項1所述的金屬線材加工系統，其中該彎折座更包含有一直線滾珠軸承，該直線滾珠軸承固定於該第一通孔。
8. 如請求項1所述的金屬線材加工系統，其中該機械夾爪具有一基座與二基爪，該基座設置於該多軸驅動裝置，該些基爪的一端分別可動地設置於該基座上，另一端分別設有一開槽，該些基爪的該開槽的形狀相互對應以組成容置該金屬線材的開放式凹槽或封閉式凹槽。
9. 如請求項8所述的金屬線材加工系統，其中設有該開槽的每一該基爪的一端，在靠近該開槽的寬度小於遠離該開槽的寬度。
10. 如請求項1所述的金屬線材加工系統，更包含：一終端裝置，訊號連接該控制模組以發送控制指示。
11. 如請求項1所述的金屬線材加工系統，更包含：至少一冷卻裝置，設置於該彎折座的第二側。
12. 一種金屬線材加工方法，步驟包括： 承載一金屬線材於一物料輸送裝置，其中，該物料輸送裝置包含一彎折座，該彎折座具有相對的第一側及第二側，並設有貫穿該第一側及該第二側的一第一通孔，以供該金屬線材部分穿過； 根據一曲線數據，產生一模擬彎折線段； 根據一線段長度，連續分段該模擬彎折線段，以劃分出連續的N個加工線段，每一該加工線段的兩個端點分別具有一錨點框架與一彎折點框架，其中，第N個加工線段的該錨點框架為第N+1個加工線段的該彎折點框架，N為自然數； 藉由設置於該彎折座的該第一側的一加熱裝置，對該金屬線材進行加熱； 根據第N個加工線段的該錨點框架，對該金屬線材定位一錨點，其中，該錨點位於該彎折座的該第二側並且位於該第一通孔； 分別根據該錨點與該第N個加工線段的該彎折點框架，對該金屬線材定位定義一初始彎折點與一目標彎折點，其中，該初始彎折點於平行該第一側相對於該第二側的方向上，遠離該錨點直至該線段長度的距離；以及 控制一機械手臂夾持該金屬線材的該初始彎折點，並將該金屬線材自該初始彎折點彎折至該目標彎折點，使得該金屬線材相對該錨點彎折。
13. 如請求項12所述的金屬線材加工方法，在該控制該機械手臂夾持該金屬線材的該初始彎折點，並將該金屬線材自該初始彎折點彎折至該目標彎折點的步驟後，更包括： 藉由一夾持裝置夾持該金屬線材； 藉由承載該夾持裝置的一滑動裝置，在至少一滑軌上滑動，使該夾持裝置與該金屬線材一併位移。
14. 如請求項13所述的金屬線材加工方法，在該使該夾持裝置與該金屬線材一併位移的步驟後，更包括： 根據第N+1個加工線段的該錨點框架，再次對該金屬線材定位該錨點； 分別根據該錨點與該第N+1個加工線段的該彎折點框架，再次對該金屬線材定位定義該初始彎折點與該目標彎折點；以及 再次控制該機械手臂夾持該金屬線材的該初始彎折點，並將該金屬線材自該初始彎折點彎折至該目標彎折點，使得該金屬線材相對該錨點彎折。
15. 如請求項12所述的金屬線材加工方法，在該根據該線段長度，連續分段該模擬彎折線段，以產生連續的N個加工線段的步驟中，更包括： 判斷每一該加工線段中，該彎折點框架的水平分量減去該錨點框架的水平分量是否小於零，若小於零，反轉該彎折點框架。
16. 如請求項12所述的金屬線材加工方法，在該根據該線段長度，連續分段該模擬彎折線段，以產生連續的N個加工線段的步驟中，更包括： 判斷每一該加工線段中，該彎折點框架的垂直分量減去該錨點框架的垂直分量是否小於零，若小於零，反轉該彎折點框架。
17. 如請求項12所述的金屬線材加工方法，在該根據該線段長度，連續分段該模擬彎折線段，以產生連續的N個加工線段的步驟中，更包括： 獲得該機械手臂與該物料輸送裝置在實際空間中的位置資訊； 根據該位置資訊，模擬每一該加工線段的該錨點框架與該彎折點框架在虛擬空間中的位置；以及 在虛擬空間中，檢測每一該加工線段的該錨點框架與該彎折點框架，是否與該機械手臂或該物料輸送裝置發生碰撞。
18. 如請求項12所述的金屬線材加工方法，在該控制該機械手臂夾持該金屬線材的該初始彎折點之步驟前，更包括： 使該金屬線段穿過該第一通孔直至該線段長度的距離。
19. 如請求項12所述的金屬線材加工方法，該對該金屬線材進行加熱的步驟前，更包括： 根據該加熱裝置的加熱範圍，決定該線段長度。
20. 如請求項12所述的金屬線材加工方法，在該對該金屬線材進行加熱的步驟中，對該金屬線材加熱至100~400攝氏溫度。
21. 如請求項12所述的金屬線材加工方法，在該控制該機械手臂夾持該金屬線材的該初始彎折點，並將該金屬線材自該初始彎折點彎折至該目標彎折點的步驟後，更包括： 藉由設置於該彎折座的第二側的一冷卻裝置，對經彎折後的該金屬線材進行淬火。

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