TWI772991B - 編織路徑生成方法與裝置以及動態修正方法與編織系統 - Google Patents
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Abstract
編織路徑生成方法包括以下步驟。首先,接收內核模型。然後,取得內核模型之外徑。然後,依據目標覆蓋率及內核模型之外徑,取得目標編織角度。然後,依據目標編織角度,生成編織模擬路徑。
Description
本揭露是有關於一種路徑生成方法及應用其之路徑生成裝置以及動態修正方法及應用其之系統,且特別是有關於一種編織路徑生成方法與應用其之編織路徑生成裝置以及編織動態修正方法與應用其之編織系統。
編織系統係以線材編織於內核上,使內核的外表面覆蓋有線材,進而製作編織產品或增加產品的強度。然而,對於變截面的內核來說,其線材的覆蓋率通常較難控制在一預期範圍內,如此可能導致最終產品的強度不均的問題。因此,如何提出一種能改善前述線材覆蓋率控制不佳的技術是本技術領域業者努力的目標之一。
本揭露係有關於一種編織路徑生成方法與應用其之編織路徑生成裝置以及編織動態修正方法與應用其之編織系統,可改善前述習知問題。
本揭露一實施例提出一種編織路徑生成方法。編織路徑生成方法包括以下步驟:接收一內核模型;取得內核模型之一外徑;依據一目標覆蓋率及內核模型之外徑,取得一目標編織角度;以及,依據目標編織角度,生成一編織模擬路徑。
本揭露另一實施例提出一種編織動態修正方法。編織動態修正方法包括以下步驟:依據前述之一編織模擬路徑,以一第一運轉參數驅動一內核運動;依據編織模擬路徑,以一第二運轉參數驅動複數條線材編織於一內核上;取得編織於內核上的此些線材的一實際覆蓋率;判斷實際覆蓋率是否符合一目標覆蓋率;當實際覆蓋率未符合目標覆蓋率,依據實際覆蓋率,取得此些線材的一實際編織角度;依據實際編織角度,取得調整後之第一運轉參數及第二運轉參數;以調整後第一運轉參數,驅動一內核運動;以及,以調整後第二運轉參數,驅動此些線材編織於內核上。
本揭露另一實施例提出一種編織路徑生成裝置。編織路徑生成裝置括一內核模型接收器及一路徑生成器。內核模型接收器用以接收一內核模型。路徑生成器用以:取得內核模型之一外徑;依據一目標覆蓋率及內核模型之外徑,取得一目標編織角度;以及,依據目標編織角度,生成一編織模擬路徑。
本揭露另一實施例提出一種編織系統。編織系統包括一驅動裝置及一控制器。驅動裝置用以:依據一編織模擬路徑,以一第一運轉參數驅動一內核運動;及,依據編織模擬路徑,以一第二運轉參數驅動數條線材編織於內核上。控制器用以:取得編織於內核上的此些線材的一實際覆蓋率;判斷實際覆蓋率是否符合一目標覆蓋率;當實際覆蓋率未符合目標覆蓋率,依據實際覆蓋率,取得此些線材的一實際編織角度;及,依據實際編織角度,取得調整後之第一運轉參數及第二運轉參數。驅動裝置更用以:以調整後第一運轉參數,驅動內核運動;及,以調整後第二運轉參數,驅動此些線材編織於內核上。
為了對本揭露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:
請參照第1~2圖,第1圖繪示依照本揭露一實施例之編織路徑生成裝置100的示意圖,而第2圖繪示依照本揭露一實施例之使用線材之製程的編織(braiding)系統200的局部示意圖。
編織路徑生成裝置100包括內核模型接收器110及路徑生成器120。內核模型接收器110及/或路徑生成器120例如是採用半導體製程所形成的實體電路,例如是半導體晶片、半導體封裝件或其它種類電路元件。在一實施例中,內核模型接收器110與路徑生成器120可整合成一單一元件,或者內核模型接收器110與路徑生成器120中至少一者可整合至一處理器(processor)或控制器,如第2圖之編織系統200的控制器220。在一實施例中,內核模型接收器110例如是一通用串行總線(Universal Serial Bus, USB);或者,內核模型接收器110例如是一無線通訊單元,其採用無線通訊技術接收內核模型10A。
如第2圖所示,編織系統200包括驅動裝置210、控制器(controller)220及覆蓋率偵測器230。控制器220例如是採用半導體製程包覆的電路(circuit)結構,其例如是半導體晶片、半導體封裝件或其它種類電路元件。覆蓋率偵測器230例如是攝像器。
如第2圖所示,驅動裝置210包含外環211、數個傳輸齒輪212、數個線軸213及機械手臂214。傳輸齒輪212可自轉地配置在外環211的內側面。各線軸213纏繞有一線材20,線材20可提供內核10B編織之用。線材20由數股絲束(未繪示)纏繞而成。線軸213嚙合於傳輸齒輪212。當傳輸齒輪212自轉時,可驅動所有的線軸213公轉,如繞Z軸向公轉。線軸213在公轉過程中,線材20受到拉動而編織於內核10B上。驅動裝置210用以:(1). 以第一運轉參數S1,驅動一內核10B運動;以及,(2). 以第二運轉參數S2,驅動線材20編織於內核10B上。在一實施例中,第一運轉參數S1例如是內核10B的進給速度V,例如是沿Z軸向的速度,而第二運轉參數S2例如是傳輸齒輪212的轉速
。機械手臂214以第一運轉參數S1動內核10B運動,可使線材20編織於內核10B的不同區域上。此外,機械手臂214例如是具有六個自由度,例如沿X、Y、Z軸向平移及繞X、Y、Z軸向轉動等六個自由度。多個自由度的機械手臂214可驅動不同幾何形狀或幾何形狀複雜的內核10B運動,以增加最終編織成品的多樣性
請參見第1圖,內核模型接收器110用以接收內核模型10A。內核模型10A例如是三維繪圖軟體所建置的數位模型。路徑生成器120用以:(1). 接收一內核模型10A;(2). 取得內核模型10A之外徑資訊D(s);(3). 依據一目標覆蓋率K及內核模型10A之外徑資訊D(s),取得一目標編織角度
;(4). 依據目標編織角度
,生成一編織模擬路徑P1。本揭露實施例以目標覆蓋率K做為編織目標決定目標編織角度
,而生成編織模擬路徑P1,使最終編織成品的實際覆蓋率符合要求,例如是符合目標覆蓋率K。
編織模擬路徑P1生成後,路徑生成器120可輸出編織模擬路徑P1至編織系統200。編織系統200依據編織模擬路徑P1編織內核10B,而形成最終編織成品。
以產品類別來說,內核10B例如是交通裝置的部件(如飛機機架、車輛機架、腳踏車機架等)、運動器材的部件(如羽球拍、曲棍球柄、泛舟船槳等)、民生類用品的部件(如液化石油氣瓶、氫氣瓶、氧氣瓶、高壓礙子與高壓管材)等需要高強度(但不限定)的產品。線材20例如是複合材料,如碳纖維、玻璃纖維等質輕且高強度的線材。在完成內核10B的線材編織作業後,可將編織有線材20的內核10B進行高溫烘烤。線材20係由線體(支材)與樹脂(基材)所組成,線材20包覆於內核10B後,需經由高溫烘烤使樹脂先融化後,再與線體結合成具耐高應力複合材料。
請參照第3~5圖,第3圖繪示第1圖之編織路徑生成裝置100之編織路徑生成方法流程圖,第4圖繪示依照本揭露另一實施例之內核模型10A的示意圖,而第5圖繪示依照本揭露另一實施例之內核模型10A的示意圖。以下係以第3圖之流程圖進一步說明編織模擬路徑P1的生成方法。
在步驟S110中,內核模型接收器110接收內核模型10A。內核模型10A例如是三維繪圖軟體所建置的數位模型(3D 數位電子檔)。
在步驟S120中,路徑生成器120分析內核模型10A,以取得內核模型10A之外徑資訊D(s)。D(s)包含內核模型10A沿s方向變化的外徑值,其中s為內核10B的延伸方向。例如,如第4圖所示,內核模型10A的截面沿內核模型10A的延伸方向s係可改變的,其中延伸方向s為直線方向。內核10B具有第一外徑D1及第二外徑D2,第一外徑D1與第二外徑D2相異。在另一實施例中,如第5圖所示,內核模型10A’的截面沿內核模型10A’的延伸方向s係可改變的,其中延伸方向s為曲線方向。前述的曲線例如是圓弧線、橢圓線或直線與曲線的組合線。內核模型10A’具有第一外徑D1’及第二外徑D2’,第二外徑D2’為內核模型10A’之轉折處的外徑,而第一外徑D1’為內核模型10A’之彎部10A1’的外徑,其中第二外徑D2’大於第一外徑D1’。本揭露實施例之內核模型的幾何型態不受第4及5圖所限制。
由式(1)可知,路徑生成器120係依據目標覆蓋率K、內核模型10A之外徑資訊D(s)、絲束數量N、線軸數量C、絲束的線徑d,取得線材20編織於內核10B上的目標編織角度
,目標編織角度
可能隨s的位置而變。
然後,路徑生成器120依據目標編織角度
,計算滿足目標編織角度
所需的第一運轉參數S1及第二運轉參數S2。例如,路徑生成器120可依據下式(2)決定內核的進給速度V(第一運轉參數)及傳輸齒輪212的轉速
,其中進給速度V及傳輸齒輪212的轉速
可能隨s的位置而變。
由於本揭露實施例之編織系統200係以目標覆蓋率K做為編織目標而決定目標編織角度
,因此適用於一變截面之內核模型,如第4圖所示之內核模型10A、第5圖所示之內核模型10A’或其它幾何型態之變截面內核模型。本文的「變截面」意指內核10B的數個橫截面的數個外徑彼此相異。
請參照第6圖,其繪示第2圖之編織系統200的動態修正方法流程圖。編織系統200在實際編織製程中,可監控編織狀況且動態修正不符預期的覆蓋率,使最終產品的覆蓋率較為平均。
在步驟S210中,如第2圖所示,控制器220控制驅動裝置210以一第一運轉參數S1驅動內核10B運動。例如,控制器220控制驅動裝置210之機械手臂214於內核10B沿延伸方向s的一位置s1,以一第一運轉參數S1(例如,內核10B的進給速度V)驅動內核10B運動。本揭露不限定位置s1的具體位置,其可以是沿延伸方向s的任意所欲分析的位置。
在步驟S220中,如第2圖所示,控制器220控制驅動裝置210以一第二運轉參數S2驅動數條線材20編織於內核10B上。例如,控制器220控制驅動裝置210之傳輸齒輪212以一第二運轉參數S2(例如,轉速
)驅動數條線材20編織於內核10B上,例如是編織於內核10B沿延伸方向s的位置s1。
在步驟S230中,取得編織於內核10B上的此些線材20的實際覆蓋率K’。 例如,取得編織於內核10B之位置s1的線材20的實際覆蓋率K’。取得實際覆蓋率K’的其中一方法例如是:覆蓋率偵測器230擷取內核10B之編織影像M1,然後控制器220分析編織影像M1,以取得編織影像M1中編織於內核10B上線材20的實際覆蓋率K’。如第2圖之放大圖所示,覆蓋率可定義為內核10B的一區域R1的面積與線材20覆蓋的網格面積的比率。控制器220可採用影像分析技術,分析編織影像M1中內核10B的區域R1中,該區域的面積與該區域中未受到線材20覆蓋的網格面積的比率,而取得實際覆蓋率K’。
在步驟S240中,控制器220判斷實際覆蓋率K’是否符合目標覆蓋率K。當實際覆蓋率K’未符合目標覆蓋率K,流程進入步驟S250;當實際覆蓋率K’符合目標覆蓋率K,流程回到步驟S210,編織系統200繼續依據編織模擬路徑P1驅動線材20編織於內核10B中沿延伸方向s的下一個位置上。
在一實施例中,當實際覆蓋率K’與目標覆蓋率K之間的誤差大於一預設誤差時,控制器220判斷實際覆蓋率K’未符合目標覆蓋率K。反之,當實際覆蓋率K’與目標覆蓋率K之間的誤差不大於此預設誤差時,控制器220判斷實際覆蓋率K’符合目標覆蓋率K。
在步驟S250中,控制器220依據實際覆蓋率K’,取得此些線材20的一實際編織角度
。由於覆蓋率與編織角度係一對一的對應關係,因此若實際覆蓋率K’未符合目標覆蓋率K,表示實際編織角度
也未符合目標編織角度
,對應地實際編織角度
需要加以調整,以儘可能地將實際編織角度
修正至對應的目標編織角度
。實際編織角度
未符合目標編織角度的原因可能是:機械手臂214實際施以的第一運轉參數S1與編織模擬路徑P1中對應的第一運轉參數S1的差異大於一誤差範圍且/或傳輸齒輪212實際施以的第二運轉參數S2與編織模擬路徑P1中對應的第二運轉參數S2的差異大於一誤差範圍。因此,只要取得目標覆蓋率
所對應的第一運轉參數S1及第二運轉參數S2,並據以控制驅動裝置210,便能即時動態修正不符預期的覆蓋率。
在步驟S260中,控制器220依據實際編織角度
,取得調整後之第一運轉參數S1及第二運轉參數S2。取得方法例如是,控制器220可查詢來自於編織路徑生成裝置100的編織模擬路徑P1中對應位置s1的第一運轉參數S1及第二運轉參數S2,並以所查之第一運轉參數S1及第二運轉參數S2分別做為調整後之第一運轉參數S1’及第二運轉參數S2’。
在步驟S270中,控制器220以調整後第一運轉參數S1’,驅動內核10B運動。
在步驟S280中,控制器220以調整後第二運轉參數S2’,驅動此些線材20編織於內核10B上。
然後,流程回到步驟S230,編織系統200繼續於實際編織製程中,持續監控且動態修正內核10B的編織異常。
綜上所述,雖然本揭露已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本揭露。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本揭露之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾。因此,本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10A, 10A’ : 內核模型
10A1’ : 彎部
10B : 內核
20: 線材
100: 編織路徑生成裝置
110: 內核模型接收器
120: 路徑生成器
200: 編織系統
210: 驅動裝置
211: 外環
212: 傳輸齒輪
213: 線軸
214: 機械手臂
220: 控制器
230: 覆蓋率偵測器
C: 線軸數量
d: 線徑
D(s): 外徑資訊
D1, D1’ : 第一外徑
D2, D2’ : 第二外徑
N: 絲束數量
K: 目標覆蓋率
K’ : 實際覆蓋率
P1: 編織模擬路徑
S1: 第一運轉參數
S2: 第二運轉參數
s: 延伸方向
s1: 位置
R1 : 區域
S110~S140, S210~S280: 步驟
V: 進給速度
: 轉速
: 目標編織角度
: 實際編織角度
第1圖繪示依照本揭露一實施例之編織路徑生成裝置的示意圖。
第2圖繪示依照本揭露一實施例之使用線材之製程的編織系統的局部示意圖。
第3圖繪示第1圖之編織路徑生成裝置之編織路徑生成方法流程圖。
第4圖繪示依照本揭露另一實施例之內核模型的示意圖。
第5圖繪示依照本揭露另一實施例之內核模型的示意圖。
第6圖繪示第2圖之編織系統的動態修正方法流程圖。
S110~S140: 步驟
Claims (12)
- 一種編織路徑生成方法,包括: 接收一內核模型; 取得該內核模型之一外徑資訊; 依據一目標覆蓋率及該內核模型之該外徑資訊,取得一目標編織角度;以及 依據該目標編織角度,生成一編織模擬路徑。
- 如請求項1所述之編織路徑生成方法,其中該內核模型為變截面內核模型。
- 一種編織動態修正方法,包括: 依據一編織模擬路徑,以一第一運轉參數驅動一內核運動; 依據該編織模擬路徑,以一第二運轉參數驅動複數條線材編織於該內核上; 取得編織於該內核上的該些線材的一實際覆蓋率; 判斷該實際覆蓋率是否符合一目標覆蓋率; 當該實際覆蓋率未符合該目標覆蓋率,依據該實際覆蓋率,取得該些線材的一實際編織角度; 依據該實際編織角度,取得調整後之該第一運轉參數及該第二運轉參數; 以該調整後第一運轉參數,驅動該內核運動;以及 以該調整後第二運轉參數,驅動該些線材編織於該內核上。
- 如請求項4所述之動態修正方法,其中該內核為變截面內核。
- 如請求項4所述之動態修正方法,更包括: 擷取編織於該內核上的該些線材的一編織影像; 其中,在取得編織於該內核上的該些線材的該實際覆蓋率之步驟包括:透過分析該編織影像,取得該實際覆蓋率。
- 一種編織路徑生成裝置,包括 一內核模型接收器,用以:接收一內核模型; 一路徑生成器,用以: 取得該內核模型之一外徑資訊; 依據一目標覆蓋率及該內核模型之該外徑資訊,取得一目標編織角度;以及 依據該目標編織角度,生成一編織模擬路徑。
- 如請求項7所述之編織路徑生成裝置,其中該內核模型為變截面內核模型。
- 一種編織系統,包括: 一驅動裝置,用以: 依據一編織模擬路徑,以一第一運轉參數驅動一內核運動;及 依據該編織模擬路徑,以一第二運轉參數驅動複數條線材編織於該內核上; 一控制器,用以: 取得編織於該內核上的該些線材的一實際覆蓋率; 判斷該實際覆蓋率是否符合一目標覆蓋率; 當該實際覆蓋率未符合該目標覆蓋率,依據該實際覆蓋率,取得該些線材的一實際編織角度;及 依據該實際編織角度,取得調整後之該第一運轉參數及該第二運轉參數; 其中,該驅動裝置更用以: 以該調整後第一運轉參數,驅動該內核運動;及 以該調整後第二運轉參數,驅動該些線材編織於該內核上。
- 如請求項10所述之編織系統,其中該內核為變截面內核。
- 如請求項10所述之編織系統,更包括: 一覆蓋率偵測器,用以:擷取編織於該內核上的該些線材的一編織影像; 其中,該控制器更用以:透過分析該編織影像,取得該實際覆蓋率。
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