TWI805093B - 人機介面機台控制系統 - Google Patents

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Abstract

一種人機介面機台控制系統，包括：一機台、一機台控制模組以及一人機控制模組。機台包括至少一感測單元。機台控制模組耦接並用以控制機台。人機控制模組耦接於機台控制模組。人機控制模組包括一顯示單元以及一人機控制單元。顯示單元用以顯示一人機介面，且人機控制單元用以控制人機介面的顯示。人機介面機台控制系統經編程以執行：至少一感測單元自機台擷取一機台參數；機台控制模組判斷機台參數是否超過一預設值；以及當機台參數超過預設值時，機台控制模組發送警示訊號。

Description

人機介面機台控制系統
本發明關於一種控制系統，特別是一種具有發送警示訊號功能的一人機介面機台控制系統。
目前加工機台所使用的電腦數值控制(Computer Numerical Control；CNC)的介面軟體通常在製造時已預設，使用時僅能設定或操作基本的預設功能。然而，在組裝加工機台的機構後，尚須整合CNC介面軟體以及可程式化邏輯控制器(Programmable Logic Controller；PLC)，以進行參數和性能調整，才能使加工機台的性能符合不同的產品或客製化的需求。
現有的介面軟體無法將當前加工中的機台中各感測器所擷取到的參數或訊號整合在一人機介面上，無法將機台異常或警示訊號即時顯示於人機介面上，並且使機台直接依預設的作動或透過使用者即時處理進行修正。此外，也難以透過基本的預設功能即時掌握機台當前的加工狀態，造成加工機台容易損壞，甚至危及操作人員的安全。
因此，本發明揭露一種人機介面機台控制系統，其能透過擷取並判 斷機台參數是否超出一預設值或為異常，以即時顯示於人機介面上並發出警示訊號，以利操作人員或機台控制模組能更迅速的做出對應的或作動，以解決上述問題。
為解決上述問題，本發明一實施例揭露一種人機介面機台控制系統，包括一機台、一機台控制模組以及一人機控制模組。機台包括一加工模組、一第一感測單元以及一第二感測單元。加工模組包括一加工主軸，用以加工一工件。第一感測單元設置在加工主軸上。第二感測單元設置在機台中。機台控制模組耦接於機台，機台控制模組用以控制機台。人機控制模組耦接於機台控制模組。人機控制模組包括：一顯示單元以及一人機控制單元。顯示單元用以顯示一人機介面。人機控制單元用以控制人機介面的顯示。人機介面機台控制系統經編程以執行：第一感測單元以及第二感測單元自機台擷取機台參數；當第一感測單元所感測的機台參數超過預設值時，機台控制模組發送一修正訊號至機台，機台根據修正訊號進行一修正作動；以及當第二感測單元所感測的機台參數超過預設值時，機台控制模組發送一警示訊號。
相較於先前技術，本發明的人機介面機台控制系統，能夠使使用者更即時掌握機台當前的加工狀態，並且在機台進行加工時，即時監控各機台參數是否超出預設值，並迅速的做出對應的處置，以提升加工精度、產品良率以及加工效率，進而提升整體製程效率、降低機台損壞發生，並且有助於降低生產時的人力需求，藉此提升操作人員在操作時的安全性，進而提升人機介面、機台、感測單元以及其他周邊設備之整體整合以及協同作業的效果。
Sys:人機介面機台控制系統
1:機台
S:第一感測單元
11:加工模組
111:刀塔
112:刀具
113:刀盤
114:加工主軸
2:機台控制模組
3:人機控制模組
31:顯示單元
311:人機介面
3111:功能圖樣
3112,3112’,3112”:視覺化參數輸出
3113:異常狀態視覺化輸出
312:客制化警報
3121:輸入單元
32:人機控制單元
4:警示模組
41:警報單元
第1圖為本發明一人機介面機台控制系統的方塊圖。
第2圖為本發明人機介面機台控制系統的示意圖。
第3圖為本發明人機介面機台控制系統顯示一人機介面的示意圖。
第4圖為本發明一客制化警報顯示於人機介面上的示意圖。
第5圖為本發明顯示於人機介面的一視覺化參數輸出的示意圖。
第6圖為本發明一機台包括一加工模組的示意圖。
第7圖為本發明顯示於人機介面的另一視覺化參數輸出的示意圖。
第8圖為本發明顯示於人機介面的又一視覺化參數輸出的示意圖。
第9圖為本發明顯示於人機介面的一異常狀態視覺化輸出的示意圖。
為使本領域技術人員能更進一步瞭解本發明，以下特列舉本發明的優選實施例，並配合附圖詳細說明本發明的構成內容及所欲達成的功效。須注意的是，附圖均為簡化的示意圖，因此，僅顯示與本發明有關的元件與組合關係，以對本發明的基本架構或實施方法提供更清楚的描述，而實際的元件與佈局可能更為複雜。另外，為了方便說明，本發明的各附圖中所示的組件並非以實際實施的數目、形狀、尺寸做等比例繪製，其詳細的比例可依照設計的需求進行調整。
請參閱第1圖及第2圖所示，第1圖為本發明一人機介面機台控制系統Sys的方塊圖。第2圖為本發明人機介面機台控制系統Sys的示意圖。本發明人機介面機台控制系統Sys包括：一機台1、一機台控制模組2以及一人機控制模組3，人機控制模組3耦接於機台控制模組2，且機台控制模組2耦接於機台1，並用以 控制機台1。機台1包括一第一感測單元S以及一第二感測單元(圖未示)。人機控制模組3包括一顯示單元31以及一人機控制單元32。顯示單元31用以顯示一人機介面311，且人機控制單元32用以控制人機介面311的顯示。
本發明機台控制模組2以及人機控制模組3可以分別為一可程式化邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)、一內嵌在機台1內的作業系統或一工業電腦及PLC的組合，本發明不以此為限。在一較佳實施例中，本發明機台控制模組以及人機控制模組為工業電腦及PLC的組合以擴充效能(例如運算效能或記憶體)。本實施例中，編程機台1作動的程式是PLC語言或是其他可運行於機台控制模組2以及人機控制模組3中的程式，但本發明不以此為限。此外，機台1是CNC五軸加工機、銑削加工機或車削加工機等加工機台，以及其他與機台1彼此電性連接及/或通訊連接的周邊設備，例如切削液供應設備、油冷設備或水冷設備，本發明並不以特定機台1種類為限。
本發明人機控制模組3的顯示單元31可以是一顯示裝置或一螢幕(並設置於機台1上)，用以供人機介面311顯示於顯示單元31上。人機控制單元32可以是用以控制人機介面311顯示的一周邊輸入裝置，例如按鈕、鍵盤或觸控面板，以供使用者點選或輸入參數以控制人機介面311的顯示。舉例來說，顯示單元31以及人機控制單元32可以是經整合的一觸控螢幕，本發明並不以此為限。
人機介面機台控制系統Sys經編程以執行：第一感測單元S以及第二感測單元自機台1擷取一機台參數；機台控制模組2判斷機台參數是否超過一預設值；當第一感測單元S感測的機台參數超過預設值時，機台控制模組2發送一修正訊號至機台1，機台1根據修正訊號進行一修正作動；以及當第二感測單元 感測的機台參數超過預設值時，機台控制模組2發送一警示訊號。
本發明的機台1的第一感測單元S以及第二感測單元是透過感測機台1當下的狀態以擷取機台參數。在本實施例中，機台1可以包括複數個第一感測單元S以及複數個第二感測單元，且分別具有不同的感測功能，並分別對應至少一機台參數。舉例來說，機台參數包括一震動參數、一稼動參數、一溫度參數以及一轉速參數，複數個第一感測單元S包括一溫度感測器、一震動感測器以及一轉速感測器，複數個第二感測單元則包括一電流感測器，但本發明並不以上述感測器及機台參數種類為限，也不限制彼此為一對一的對應關係。也就是說，一種機台參數可以由不只一個(一種)第一感測單元S或第二感測單元收集，一種第一感測單元S或第二感測單元也可以用以收集不只一種機台參數。
當第一感測單元S以及第二感測單元擷取機台參數後，將機台參數傳送至機台控制模組2，當機台控制模組2判斷所接收到的由第一感測單元S感測的機台參數超過預設值時，機台控制模組2發送一修正訊號至機台1，機台1根據修正訊號進行一修正作動。在一實施例中，第一感測單元S是設置在機台1的一加工主軸114上(將於稍後詳述)，當機台控制模組2判斷加工主軸114的特定機台參數超過預設值，例如轉速過快而導致轉速參數過高時，發送修正訊號以降低轉速。而當機台控制模組2判斷第二感測單元感測的機台參數超過預設值時，機台控制模組2發送警示訊號。舉例來說，當機台控制模組2判斷第二感測單元所擷取的機台參數的超出一預設值、超出一預定範圍或不符合一預定函數時，機台控制模組2發送警示訊號。此外，前述預設值可以是預先透過程式寫入機台控制模組2的一數值、數值範圍、函數或演算法(例如預先編成在PLC內部的資料或數據)。
如第1圖及第2圖所示，人機介面機台控制系統Sys更包括一警示模組4，耦接於機台控制模組2。警示模組4包括一警報單元41，用以發出一警報，當機台參數(不論由第一感測單元S或第二感測單元測得)超過預設值時，機台控制模組2發送警示訊號至警示模組4，以發出警報，用以提醒一使用者機台1當前的一作動狀態(在一實施例中，機台控制模組2可以同時控制機台1啟動防護，例如停機或斷電等作動，但不以此為限)。接著，機台1透過使用者根據警報輸入一修正訊號至機台1，機台1根據修正訊號進行一修正作動。舉例來說，警報單元41可以是一警報器，耦接於機台1以及機台控制模組2，並且透過物理方式(例如聲音或光)發出警報；或是，警示模組4可以同時包括二個以上的警報單元41，並同時發出不同種類的警報，本發明並不以此為限。例如，警報單元41(警示模組4)可以是通訊連接於一通訊電子裝置(例如手機或平板電腦)，並透過傳送一電子訊息(例如簡訊或應用程式訊息)以發出警報。在其他實施例中，使用者也可以是在警報單元41發出警報後，將機台1停機，以進行檢修，本發明並不以此為限。
在一實施例中，當機台參數超過預設值，機台控制模組2發送修正訊號至機台1，機台1根據修正訊號進行修正作動。當機台控制模組2判斷機台參數的超出預設值時，機台控制模組2將警示訊號發送至警示模組4以供發出警報，並將修正訊號傳送至機台1以進行修正作動，以修正其當前的作動狀態以符合預設值。
請參閱第4圖所示，其為本發明一客制化警報312顯示於人機介面311上的示意圖。在一實施例中，人機介面機台控制系統Sys另編程以執行：機台1透過使用者根據警報輸入一修正訊號至機台1，機台1根據修正訊號進行一修正 作動。當機台控制模組2判斷機台參數的超出預設值時，機台控制模組2可以將警示訊號發送至人機控制模組3，人機控制模組3根據警示訊號，控制顯示單元31的人機介面311上顯示客制化警報312，並另顯示至少一輸入單元3121(例如一輸入欄位或輸入窗格)，以供使用者輸入修正訊號，再經由機台控制模組2將修正訊號傳送至機台1以進行修正作動，修正其當前的作動狀態以符合預設值。藉此，本發明的人機介面機台控制系統Sys可以使使用者在得知警報的同時，迅速地於人機介面311上已經出現的至少一輸入單元中輸入修正訊號，以即時修正當前的作動狀態。
此外，客制化警報312也可以是直接包括至少一輸入單元3121。例如，客制化警報312可以是一包括輸入欄位的蹦現視窗，並同時顯示是何種機台參數超出預設值(例如在人機介面311上顯示包括「主軸震動幅度過高，是否降速？」字樣的蹦現視窗以及輸入降速幅度的空白欄位，以供使用者輸入)。在另一實施例中，至少一輸入單元3121用以供使用者輸入一指令並根據指令產生修正訊號。舉例來說，輸入單元3121可以是一包括「預設降速」字樣的按鈕，使用者可以透過在人機介面311上點選該按鈕以輸入指令，機台控制模組2根據該指令產生修正訊號，以修正當前的作動狀態。
在本發明一實施例中，當機台參數超過預設值時，本發明的人機介面機台控制系統Sys可以另編成以執行：機台控制模組2發送警示訊號至警示模組4，以發出警報；機台控制模組2發送警示訊號至人機控制模組3，人機控制單元32則根據警示訊號控制顯示單元31，將客制化警報312顯示於人機介面311；以及透過使用者根據警報及/或客制化警報312輸入修正訊號至機台1，機 台1根據修正訊號進行修正作動。
也就是說，機台控制模組2也可以發送警示訊號至警示模組4及/或人機控制模組3，以發出警報以及將客制化警報312顯示於人機介面311，以供使用者輸入修正訊號。需注意的是，本發明並不以警示訊號發送至警示模組4及人機控制模組3的順序，以及發出警報及客制化警報312的順序為現。
藉此，本發明的人機介面機台控制系統Sys能夠在機台1進行加工時，即時監控各機台參數是否超出預設值(例如函數或演算法等)，並且由於不需使用者操作即可修正當前的作動狀態，以提升自動化程度、加工精度、產品良率以及加工效率，並且有助於降低生產時的人力需求，以達到降低生產成本的效果。
請參閱第5圖、第7圖及第8圖所示，第5圖為本發明顯示於人機介面311的一視覺化參數輸出3112的示意圖。第7圖為本發明顯示於人機介面311的另一視覺化參數輸出3112’的示意圖。第8圖為本發明顯示於人機介面311的又一視覺化參數輸出3112”的示意圖。本發明的人機介面機台控制系統Sys另編程以執行：機台控制模組2根據機台參數形成一視覺化參數輸出3112,3112’,3112”；以及當使用者點選人機介面311時，人機介面311上顯示視覺化參數輸出3112,3112’,3112”。
具體來說，人機控制模組3可以控制人機介面311顯示複數個功能圖樣3111，用以供使用者點選。當使用者點選複數個功能圖樣3111其中之一時，人機介面311上顯示視覺化參數輸出3112,3112’,3112”。本發明的視覺化參數輸 出3112,3112’,3112”可以是一報表，但本發明不以此為限，例如視覺化參數輸出3112,3112’,3112”也可以是一圖表、一陣列或其組合。如第3圖所示，在點選複數個功能圖樣3111時，使用者可以直接查看對應不同機台參數的視覺化參數輸出3112,3112’,3112”。本發明複數個功能圖樣3111在人機介面311上的配置可以依據實際需求作修改，且複數個功能圖樣3111可以是圖示、形狀或是圖形化使用者介面(Graphical User Interface,GUI)，本發明並不以此為限。
如第5圖所示，在一實施例中，第二感測單元可以包括電流感測器。當電流感測器感測機台1的作動狀態後，將作動狀態傳送至機台控制模組2，機台控制模組2根據作動狀態產生一稼動參數。接著，機台控制模組2根據稼動參數形成視覺化參數輸出3112(例如一作動狀態對時間作圖)，當使用者點選複數個功能圖樣3111其中之一(例如第2圖所示的「稼動分析」圖樣)時，人機介面311上顯示視覺化參數輸出3112。舉例來說，作動狀態可以是待機、加工中、故障、緊急停機、切削中或是離線等，用以對應機台1當前的作動狀態。電流感測器的數量可以是多個，並分別設置在機台1中的各線路上，用以感測電流的通斷，以感測機台1當前的作動狀態，本發明並不限制電流感測器的數量或設置。
請參閱第6圖，配合參閱第7圖及第8圖所示，第6圖為本發明機台1包括一加工模組11的示意圖。在一實施例中，本發明的機台1更包括加工模組11(例如切削模組)，包括：至少一刀塔111、複數個刀具112以及加工主軸114，複數個刀具112分別設置於至少一刀塔111上，且加工主軸114是用以裝設並使用複數個刀具112其中之一，對工件進行加工。此外，加工模組11可以進一步包括：至少一刀盤113，至少一刀盤113連接於至少一刀塔111以及複數個刀具112之間以及一切削液提供單元(圖未示)，用以在加工模組11進行加工時提供切削液給刀具112 以及工件間的接觸位置，以利加工順利進行。第一感測單元S包括一轉速感測器，轉速感測器設置於加工主軸114，用以感測加工主軸114的轉速，以產生一轉速參數。如第6圖所示，轉速感測器(第一感測單元S)是貼附在加工主軸114外側，在其他實施例中，轉速感測器也可以是設置在加工主軸114內部或驅動馬達(圖中未標號)，本發明並不以此為限。
在另一實施例中，第一感測單元S包括一溫度感測器，溫度感測器設置於加工模組11中，用以感測加工模組11的一溫度，以產生一溫度參數。舉例來說，溫度感測器可以設置於加工主軸114，以感測加工主軸114的溫度並且在加工時監測溫度變化是否超出一預設值。如第7圖所示，溫度感測器將溫度參數傳送至機台控制模組2以形成另一視覺化參數輸出3112’(例如一溫度參數以及加工主軸114的一位移量對時間作圖)，當使用者點選複數個功能圖樣3111其中之一(例如第2圖所示的「主軸變位補償」圖樣)時，人機介面311上顯示所述另一視覺化參數輸出3112’。此外，溫度感測器也可以是設置在機台1的其他位置，用以感測該處的溫度以形成一溫度參數，本發明並不以此為限。
在另一實施例中，第一感測單元S包括一震動感測器，震動感測器設置於加工模組11中，用以感測加工模組11的一震動，以產生一震動參數。舉例來說，震動感測器可以設置於加工主軸114，以感測加工主軸114的震動並且在加工時監測振幅變化是否超出一預設值。如第8圖所示，震動感測器將震動參數傳送至人機控制模組3以形成又一視覺化參數輸出3112”(例如加工主軸114的一振動參數對時間作圖)，當使用者點選複數個功能圖樣3111其中之一(例如第2圖所示的「機台現況」圖樣)時，人機介面311上顯示所述又一視覺化參數輸出3112”。此外，震動感測器也可以是設置在機台1的其他位置，用以感測該處的 震動以形成一震動參數，本發明並不以此為限。
在一實施例中，第一感測單元S所包括的感測器(溫度感測器、震動感測器以及轉速感測器)可以分別對應感測並擷取機台1的機台參數，並共同形成一視覺化參數輸出(圖未示，例如一轉速參數、一溫度參數、一震動參數以及加工主軸114的一位移量對時間作圖)，並同時顯示在人機介面311上。藉此，使用者能透過觀看所述視覺化參數輸出以獲知機台1當前加工狀態的更完整的資訊，以利使用者綜合判斷。舉例來說，加工主軸114的位移量有可能同時受到溫度、轉速以及震動的影響，因此在同一圖表(視覺化參數輸出)中呈現加工主軸114位移量與機台參數間的關係，有助於使用者在調整或是修繕機台1時，能具有更高的掌握度。此外，本發明並不限制用以形成視覺化參數輸出3112,3112’,3112”的機台參數的種類及組合。
請參閱第9圖所示，其為本發明顯示於人機介面311的一異常狀態視覺化輸出3113的示意圖。本發明人機介面機台控制系統Sys更包括：當機台控制模組2判斷第一感測單元S或第二感測單元所擷取的機台參數異常時，人機介面機台控制系統Sys另編程以執行：機台控制模組2根據異常的機台參數形成一異常狀態視覺化輸出3113；以及當使用者點選複數個功能圖樣3111其中之一時，人機介面311上顯示異常狀態視覺化輸出3113。舉例來說，當第二感測單元所擷取的稼動參數的作動狀態顯示機台1為故障或緊急停機，或溫度參數、震動參數或轉速參數超出一預設值時，機台控制模組2即判斷機台參數為異常，並將異常的機台參數形成異常狀態視覺化輸出3113。接著，當使用者點選複數個功能圖樣3111其中之一(例如第2圖所示的「故障記錄」圖樣)時，人機介面311上顯示異常狀態視覺化輸出3113(例如第9圖所示的異常狀態統計圓餅圖)。此外，與視覺化 參數輸出3112,3112’,3112”類似，異常狀態視覺化輸出3113可以是一報表、一圖表、一陣列或其組合，但本發明並不以此為限。
請參閱第3圖，配合第4圖、第5圖及第7圖至第9圖所示，除轉速參數外，本發明的人機介面機台控制系統Sys也可以形成對應其他機台參數的客制化警報312，其形成以及顯示的配置方式與對應轉速參數的客制化警報312類似，故於此不再贅述。
相較於先前技術，本發明的人機介面機台控制系統，能夠使使用者更即時掌握機台當前的加工狀態，並且在機台進行加工時，即時監控各機台參數是否超出預設值，並迅速的做出對應的處置，以提升加工精度、產品良率以及加工效率，進而提升整體製程效率、降低機台損壞發生，並且有助於降低生產時的人力需求，藉此提升操作人員在操作時的安全性，進而提升人機介面、機台、感測單元以及其他周邊設備之整體整合以及協同作業的效果。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
Sys:人機介面機台控制系統
1:機台
S:第一感測單元
11:加工模組
2:機台控制模組
3:人機控制模組
31:顯示單元
32:人機控制單元
4:警示模組
41:警報單元

Claims (7)

  1. 一種人機介面機台控制系統，其包括：一機台，其包括：一加工模組，其包括一加工主軸，用以加工一工件；一第一感測單元，設置在該加工主軸上；以及一第二感測單元，設置在該機台中；一機台控制模組，耦接於該機台，該機台控制模組用以控制該機台；以及一人機控制模組，耦接於該機台控制模組，該人機控制模組包括：一顯示單元，用以顯示一人機介面；以及一人機控制單元，用以控制該人機介面的顯示；其中，該人機介面機台控制系統經編程以執行：該第一感測單元以及該第二感測單元自該機台擷取機台參數；當該第一感測單元所感測的機台參數超過預設值時，該機台控制模組發送一修正訊號至該機台，該機台根據該修正訊號進行一修正作動；當該第二感測單元所感測的機台參數超過預設值時，該機台控制模組發送一警示訊號至該人機控制模組，該人機控制單元則根據該警示訊號控制該顯示單元，將一客制化警報顯示於該人機介面；以及透過一使用者根據該客制化警報輸入一修正訊號至該機台，該機台根據該修正訊號進行一修正作動，其中當該客制化警報顯示於該人機介面時，至少一輸入單元顯示於該人機介面，該至少一輸入單元用以供該使用者輸入一指令並根據該指令產生該修正訊號。
  2. 如請求項1所述的人機介面機台控制系統，其中該人機介面機台控制系統更包括一警示模組，耦接於該機台控制模組，該警示模組包括：一警報單元，用以發出一警報，當該機台參數超過該預設值時，該機台控制模組發送該警示訊號至該警示模組，以發出該警報。
  3. 如請求項2所述的人機介面機台控制系統，其中該人機介面機台控制系統另經編程以執行：透過一使用者根據該警報輸入該修正訊號至該機台，該機台根據該修正訊號進行一修正作動。
  4. 如請求項1所述的人機介面機台控制系統，其中該人機介面機台控制系統另經編程以執行：該機台控制模組根據該機台參數形成一視覺化參數輸出；以及當該使用者點選該人機介面時，該人機介面上顯示該視覺化參數輸出。
  5. 如請求項4所述的人機介面機台控制系統，其中該視覺化參數輸出為一報表、一圖表、一陣列或其組合。
  6. 如請求項1所述的人機介面機台控制系統，其中該機台參數包括一稼動參數、一溫度參數、一震動參數以及一轉速參數。
  7. 如請求項1所述的人機介面機台控制系統，其中該加工模組更包括：一刀塔；以及 複數個刀具，該複數個刀具分別可拆卸地設置於至少一該刀塔上；其中，該加工主軸是用以裝設該複數個刀具其中之一，且該第一感測單元包括一轉速感測器、一溫度感測器、一震動感測器或其組合，用以感測該加工主軸的轉速、溫度、震動或其組合，以產生一轉速參數、溫度參數、震動參數或其組合。
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