TWI807680B

TWI807680B - 磨床監測系統及其監測方法

Info

Publication number: TWI807680B
Application number: TW111108939A
Authority: TW
Inventors: 楊智凱; 趙祐陞
Original assignee: 新代科技股份有限公司
Priority date: 2022-03-11
Filing date: 2022-03-11
Publication date: 2023-07-01
Also published as: TW202335793A

Abstract

一種磨床監測系統及其監測方法，該控制單元耦接第一驅動裝置、第二驅動裝置、第一感測器、第二感測器、第三感測器、輸入單元與儲存單元。該控制單元根據感測訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，當該比對結果與於該加工模型中的預設範圍具有差異時，該控制單元產生命令訊號分別傳至該第一驅動裝置與該第二驅動裝置，用以控制該磨削裝置與該工件進行相對應的動作。透過量化工序過程，協助使用者得知加工過程中的數據變化，有效減少人為判斷的人力耗費，並大幅降低磨床系統的操作門檻。

Description

磨床監測系統及其監測方法

本發明係關於一種磨床監測技術，特別是有關於一種磨床的即時監測系統及方法。

磨床（Grinder）是工具機的一種。磨床的加工動作即為研磨，利用磨削裝置研磨工件之多餘量，以獲得所需之形狀、尺寸及加工面，切削刀具的磨銳及機械零件的精確製造皆有賴於研磨工作。研磨工作也是精密加工的一部份，磨床的作用是進行高度精密和粗糙面相當小的磨削，可進行高效率磨削。高速輪磨是研磨工作中最普遍的磨削加工動作，主要是機械使用砂輪（grinding wheel）一進行，少部分使用砂布、油石等其他磨削裝置和磨料進行加工。

由於磨削加工屬於精密加工之一，由程式化的指令進行一系列加工動作的控制，它的精度及表面品質要求甚高，因此需要一個判斷加工品質的法則來衡量此工件的品質是否得宜，過往都需仰賴操作者的加工經驗，以眼看加工火花判斷工件是否燒傷、耳聽切削音頻判別切削力是否過大，甚至依據機台振動程度判斷出工件有無震痕，這些人為觀察方式都需依靠深厚的加工經驗才得以做出判斷，使得目前磨床在操作上有以下限制，如:(1) 加工經驗無法被量化/數據化的傳承下去，僅能透過操作者口語敘述或紙筆記錄才得以保存下來，又每位操作者的判斷依據標準不盡相同，缺乏一個共同準則。(2) 無法將加工路徑、負載率等數據，統整為對齊時序之資料，這意味著操作者無法知道加工問題發生在什麼時間點上，僅能用經驗來判斷，對於排查與解決問題是一大困難。

對於上面所述之情況，現今雖已有音頻感測器、加速規等裝置輔助操作者判斷，但現行市面上輔助裝置都是獨立的，難以整合到控制單元裡，使得這些數據無法立即被分析並輔助控制單元系統做出適當的決策，導致使用者無法判斷加工問題在何時何處發生。例如，沒有位置資訊對照加工區段，使用者拿到成品時只能知道有問題發生，但並不知道問題發生在那個加工區間，造成難以排查問題。亦或是現行的感測器只有提供單純的I/O訊號，僅能判斷問題有無發生，較難以監看加工過程中數據的變化。

另外，磨削加工雖擁有良好的表面粗糙度、工件物尺寸精度高及加工迅速等優勢，但必須在已設定好的研磨路徑下進行加工。以平面磨床為例，在以下情況中會帶來不符合經濟效益之事，如︰(1) 該工件物以不同角度擺放在工作台上，則會顯現出研磨路徑的行程較長，導致加工耗時且降低生產效率。(2) 該工件物的外觀輪廓為不規則形狀時，容易造成研磨路徑較長，浪費許多加工時間。

上述之情況，一般工序是走到換向開關或行程極限後再自行換向，這種現象使得機台在加工過程中空走的時間過長，導致加工效率變低。

以往需透過眼看加工火花、手摸機台振動、耳聽切削音頻等人為觀察方式來判斷加工品質的經驗法則，如何整合且量化並協助使用者得知加工過程中的數據變化，以確保工件的品質，克服前面所述缺點便是目前極需努力的目標。

本發明的目的在於提供一種磨床監測系統及其監測方法，量化工序過程，協助使用者得知加工過程中的數據變化，有效減少人為判斷的人力耗費，並大幅降低磨床系統的操作門檻。

為了達成上述目的，本發明提供一種磨床監測系統，是一磨床上受一第一驅動裝置與一第二驅動裝置控制的一磨削裝置對一工件加工的監測，包含：一第一感測器耦接至該第一驅動裝置或該磨削裝置其中之一，當該磨削裝置對該工件加工時，該第一感測器對應產生一第一感測訊號；一第二感測器耦接至該第二驅動裝置或該磨削裝置其中之一，當該磨削裝置對該工件加工時，該第二感測器對應產生一第二感測訊號；一第三感測器耦接至該磨削裝置，當該磨削裝置對該工件加工時，該第三感測器對應產生一第三感測訊號；一輸入單元用以設定磨削加工的監控因素，所述監控因素與該第一感測訊號、該第二感測訊號和該第三感測訊號相關聯；一儲存單元用以儲存對該工件磨削加工的至少一加工模型；一控制單元耦接該第一驅動裝置、該第二驅動裝置、該第一感測器、該第二感測器、該第三感測器、該輸入單元與該儲存單元；該控制單元將該第一感測訊號轉換為該工件的座標或該磨削裝置的軸向位置其中之一，該控制單元將該第二感測訊號轉換該磨削裝置的角度位置，該控制單元將該第三感測訊號轉換為該磨削裝置的振動訊號；該控制單元根據該輸入單元傳來的所述監控因素，將該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置的振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，當該比對結果與於該加工模型中的預設範圍具有差異時，該控制單元產生一第一命令訊號與一第二命令訊號分別傳至該第一驅動裝置與該第二驅動裝置，用以控制該磨削裝置與該工件進行相對應的動作。

為了達成上述目的，本發明提供一種磨床監測方法，應用於一磨床上受一第一驅動裝置與一第二驅動裝置控制的一磨削裝置對一工件加工的監測方法，包含：(1)使用者由一輸入單元設定磨削加工的監控因素至一控制單元；(2)該控制單元藉由該監控因素由一儲存單元判斷選擇所需要的至少一加工模型做加工數據比對；(3)開始加工該工件，當該磨削裝置對該工件加工時，該控制單元透過一第一感測器耦接至該第一驅動裝置或該磨削裝置產生一第一感測訊號轉換為該工件的座標或該磨削裝置的軸向位置，該控制單元透過一第二感測器耦接至該第二驅動裝置或該磨削裝置產生一第二感測訊號轉換為該磨削裝置的角度位置，該控制單元透過一第三感測器耦接至該磨削裝置產生一第三感測訊號轉換為該磨削裝置的振動訊號；(4)該控制單元根據該輸入單元傳來的所述監控因素，將該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置的振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，當該比對結果與於該加工模型中的預設範圍具有差異時，該控制單元產生一第一命令訊號與一第二命令訊號分別傳至該第一驅動裝置與該第二驅動裝置，用以控制該磨削裝置與該工件進行相對應的處理方式。

相較於先前技術，本發明整合多個感測器於磨床系統，在進行加工時能整合負載率、進給率、進刀量、工件轉速、砂輪轉速、砂輪磨耗值、座標及加速規振幅、切削液的流量、壓力等加工資訊，建立對齊時序之加工負載模型，並利用此模型建立一套磨床的智能監測系統。本發明藉由建立加工負載模型，讓使用者能觀察加工過程中的數據變化，並擬定當發生加工異常時的處理方式，以確保工件的品質，可有效減少人為判斷的人力耗費，並大幅降低磨床系統的操作門檻。

以下將詳述本發明之各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細說明之外，本發明亦可廣泛地施行於其它的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本發明之範圍內，並以申請專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免對本發明形成不必要之限制。圖式中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際之尺寸或數量，有些細節可能未完全繪出，以求圖式之簡潔。

請參照圖1至圖4，為本案磨床監測系統的方塊示意圖。本案是一種磨床監測系統，是一磨床100上受一第一驅動裝置110與一第二驅動裝置130控制的一磨削裝置120對一工件(圖中未示)加工的監測；在實施應用上，該第一驅動裝置110係軸向電機或油壓驅動裝置，此處軸向代表線性(左右移動或前後移動)，該第二驅動裝置130係主軸電機；該磨削裝置120包括主軸和砂輪(圖中未示)。

監測系統包含：一第一感測器140耦接至該第一驅動裝置110(如圖1及圖3所示)或該磨削裝置120(如圖2及圖4所示)其中之一，當該磨削裝置120對該工件加工時，該第一感測器140對應產生一第一感測訊號141。實施應用上，該第一感測器140係線性編碼器或旋轉編碼器或光學尺，可得知機台目前的位置資訊，當該第一感測器140耦接至該磨削裝置120，該第一感測器140是連接在該磨削裝置120的主軸上。

一第二感測器150耦接至該第二驅動裝置130(如圖1及圖2所示)或該磨削裝置120(如圖3及圖4所示)其中之一，當該磨削裝置120對該工件加工時，該第二感測器150對應產生一第二感測訊號142；實施應用上，該第二感測器150係旋轉編碼器，可得知主軸目前的旋轉角度，當該第二感測器150耦接至該磨削裝置120，該該第二感測器150是連接在該磨削裝置120的主軸上。

一第三感測器160耦接至該磨削裝置120，當該磨削裝置120對該工件加工時，該第三感測器160對應產生一第三感測訊號143；實施應用上，該第三感測器160係加速規，加速規用於量測物體的加速度(用來判斷物體的振動幅度)，該第三感測器160(加速規)是測量該磨削裝置120的加速度，再換算出該磨削裝置120的振動訊號。

一輸入單元200用以設定該磨床100磨削加工的監控因素210，所述監控因素與該第一感測訊號141、該第二感測訊號142和該第三感測訊號143相關聯。該輸入單元200不限制輸入方式，實施應用上可以是該磨床100上的輸入界面或外接的外部裝置(例如筆電)，所述監控因素210例如監測磨削加工中的工件是否燒傷或工件是否產生振痕。工件燒傷是指磨削時的高溫使工件表面組織發生變化，並在工件表面出現氧化變色的現象；工件振痕是指磨削時通常由於環境中(機構)或加工中有週期性的變化引發振動，其振動頻率與工件的共振頻率相吻合，造成工件上產生振痕。另一方面，工件振痕也可能因加工過程中特殊情況下，產生的非預期不規則振動頻率所造成。

一儲存單元300用以儲存對該工件磨削加工的至少一加工模型310，該儲存單元300可以是外部儲存裝置或該磨床100內建的記憶體，所述加工模型310為預先對標準工件進行加工所得的加工負載模型，後續詳述。

一控制單元400耦接該第一驅動裝置110、該第二驅動裝置130、該第一感測器140、該第二感測器150、該第三感測器160、該輸入單元200與該儲存單元300；該控制單元400將該第一感測訊號141轉換為該工件的座標或該磨削裝置120的軸向位置其中之一，該磨削裝置120軸向位置為該磨削裝置120中的砂輪線性位置(左右移動或前後移動)；該控制單元400將該第二感測訊號142轉換該磨削裝置120的角度位置，該磨削裝置120角度位置為該磨削裝置120中的砂輪旋轉角度；該控制單元400將該第三感測訊號143轉換為該磨削裝置120的振動訊號，利用先得到該磨削裝置120的加速度，再換算出該磨削裝置120的振動訊號(包括振動頻率與振動相位)。

該控制單元400根據該輸入單元200傳來的所述監控因素210，將該工件座標、該磨削裝置120軸向位置、該磨削裝置120角度位置、該磨削裝置120的振動訊號與該加工模型310進行比對並產生一比對結果，當該比對結果與於該加工模型310中的預設範圍具有差異時，即比預設範圍大或比預設範圍小時，該控制單元400產生一第一命令訊號410與一第二命令訊號420分別傳至該第一驅動裝置110與該第二驅動裝置130，用以控制該磨削裝置120與該工件進行相對應的動作，相對應的動作可以是工件自動換向，或對應調整該磨削裝置120的動作。

請參照圖5，為本案磨床監測方法的流程示意圖。藉由上述系統，本案的磨床監測方法，包含：

步驟S110︰使用者由該輸入單元200設定磨削加工的監控因素210至該控制單元400。

步驟S120︰該控制單元400藉由該監控因素210由該儲存單元300判斷選擇所需要的加工模型310做加工數據比對。

步驟S130︰開始加工該工件，當該磨削裝置120對該工件加工時，該控制單元400透過該第一感測器140耦接至該第一驅動裝置110或該磨削裝置120產生該第一感測訊號141轉換為該工件的座標或該磨削裝置120的軸向位置；該控制單元400透過該第二感測器150耦接至該第二驅動裝置130或該磨削裝置120產生該第二感測訊號142轉換為該磨削裝置120的角度位置；該控制單元400透過該第三感測器160耦接至該磨削裝置120產生該第三感測訊號143轉換為該磨削裝置120的振動訊號。

步驟S140︰該控制單元400根據該輸入單元200傳來的所述監控因素210，將該工件座標、該磨削裝置120軸向位置、該磨削裝置120角度位置、該磨削裝置120的振動訊號與該加工模型310進行比對並產生一比對結果。

步驟S150︰當該比對結果與於該加工模型310中的預設範圍具有差異時，該控制單元400產生該第一命令訊號410與該第二命令訊號420分別傳至該第一驅動裝置110與該第二驅動裝置130，用以控制該磨削裝置120與該工件進行相對應的處理方式。

請參照圖6，為本案加工模型的建立流程示意圖。該加工模型310的建立係透過以下步驟︰步驟S210︰對一標準工件進行加工。步驟S220︰加工時將該第一感測器140、該第二感測器150、該第三感測器160將加工過程的感測數據回傳至該控制單元400。步驟S230︰該控制單元400對各個數據進行處理用以得到較乾淨且無雜訊干擾之數據，利用這些數據描繪出此工件的該加工模型310。

請參照圖7，為本案磨床監測系統的方塊示意圖五。實施應用上，該控制單元400進一步透過網際網路連線一遠端儲存監測裝置500(以圖1所示實施例為基礎說明實施方式)，同步磨床監測狀況，實施應用上，該遠端儲存監測裝置500可以是一伺服主機用以儲存多台磨床的監測資料，也可以是遠端的電腦，供非現場操作人員做監控記錄，藉此遠端的使用者或監控者可同步了解加工狀況，且在加工過程有異常檢知時，予以警示或其餘對應的動作。實施應用上，該遠端儲存監測裝置500可以是一伺服主機用以儲存多台磨床的監測資料，也可以是遠端的電腦，供非現場操作人員做監控記錄。

實施應用上，該控制單元400根據該第二驅動裝置120的電流計算該磨削裝置120的負載率，負載率是目前主軸電機扭矩命令與額定扭矩的比值，簡單來說是目前電機承擔的負荷與其容量的比(%)，並將該磨削裝置120的負載率、該工件座標、該磨削裝置120軸向位置、該磨削裝置120角度位置、該磨削裝置120振動訊號與該加工模型310進行比對並產生一比對結果，該控制單元400根據該比對結果判斷該磨削裝置是否產生空行程，當該比對結果與於該加工模型310中的預設範圍具有一差異時，該控制單元400根據該差異控制該工件與該磨削裝置120進行相對應的動作，相對應的動作可以是工件自動換向，自動換向所需的參數為負載率、振動訊號(該第三感測器160對應產生第三感測訊號143)，藉由計算該磨削裝置120的負載率可以更精準的監測出該磨削裝置120或工件是否需要換向動作，以提高工作效率。

實施應用上，該控制單元400計算該磨削裝置120的進刀量，進刀量是砂輪對工件磨削的量 (mm)，並將該磨削裝置120的進刀量、該工件座標、該磨削裝置120軸向位置、該磨削裝置120角度位置、該磨削裝置120振動訊號與該加工模型310進行比對並產生一比對結果，該控制單元400根據該比對結果判斷該工件是否產生工件燒傷或工件振痕，或判斷該磨削裝置120是否超過一磨耗值，磨耗值是指砂輪是否產生磨耗，當該控制單元400判斷該工件產生工件燒傷或工件振痕時，該控制單元400對應調整該磨削裝置120的進刀量，或當砂輪超過一磨耗值時，發出警告提醒使用者替換砂輪。另一實施應用中，磨耗值可以是指砂輪的磨耗範圍。

實施應用上，該控制單元400計算該磨削裝置120的進給率，進給率是砂輪單位時間內磨削的量(mm/min)，並將該磨削裝置120的進給率、該工件座標、該磨削裝置120軸向位置、該磨削裝置120角度位置、該磨削裝置120振動訊號與該加工模型310進行比對並產生一比對結果，該控制單元400根據該比對結果判斷該工件是否產生工件燒傷或工件真圓度不佳，工件真圓度不佳是指磨削時工件產生週期性的徑向跳動，使得工件產生圓度誤差，當該控制單元400判斷該工件產生工件燒傷或工件真圓度不佳時，該控制單元400對應調整該磨削裝置120的進給率。

實施應用上，該控制單元400計算該磨削裝置120的砂輪轉速，砂輪轉速是指砂輪每分鐘旋轉的圈數(rpm)，並將該磨削裝置120的轉速、該工件座標、該磨削裝置120軸向位置、該磨削裝置120角度位置、該磨削裝置120振動訊號與該加工模型310進行比對並產生一比對結果，該控制單元400根據該比對結果判斷該工件是否產生工件振痕，當該控制單元400判斷該工件產生工件振痕時，該控制單元400對應調整該磨削裝置120的轉速。

實施應用上，在外圓磨床應用時，該控制單元400計算該工件的轉速，並將該工件的轉速、該工件座標、該磨削裝置120軸向位置、該磨削裝置120角度位置、該磨削裝置120振動訊號與該加工模型310進行比對並產生一比對結果，該控制單元400根據該比對結果判斷該工件是否產生工件振痕，當該控制單元400判斷該工件產生工件振痕時，該控制單元400對應調整該工件的轉速。

實施應用上，在平面磨床應用時，該控制單元400計算該工件的橫向移動速度，並將該工件的橫向移動速度、該工件座標、該磨削裝置120軸向位置、該磨削裝置120角度位置、該磨削裝置120振動訊號與該加工模型310進行比對並產生一比對結果，該控制單元400根據該比對結果判斷該工件是否產生工件振痕，當該控制單元400判斷該工件產生工件振痕時，該控制單元400對應調整該工件的橫向移動速度。

請再參照圖8，為本案磨床監測系統的方塊示意圖六，以圖1所示實施例為基礎說明實施方式。實施應用上，該磨床100的監測系統進一步包括一音頻感測器600，該音頻感測器600耦接至該磨削裝置120，該音頻感測器600用以感測該磨削裝置120在加工中所產生的音頻訊號610，該控制單元400根據該音頻訊號610、該工件座標、該磨削裝置120軸向位置、該磨削裝置120角度位置、該磨削裝置120振動訊號與該加工模型310進行比對並產生一比對結果，該控制單元400根據該比對結果判斷該工件是否產生工件振痕或磨削裝置填塞，磨削裝置填塞(砂輪填塞)是指磨削時有砂輪碎屑產生，這些碎屑容易填塞在砂輪的氣孔中，造成砂輪逐漸成為一個無鋸齒的平面，無法有效發揮磨削作用。當該控制單元400判斷該工件產生工件振痕或磨削裝置填塞時，該控制單元400對應調整該磨削裝置120的進刀量或轉速或工件轉速或工件橫向移動速度。

實施應用上，該磨床100的監測系統進一步包括一流量計710，該流量計710裝設於一機床冷卻裝置700用以感測在加工中所施加的切削液流量變化而產生的流量計訊號720，該控制單元根據該流量計訊號720、該工件座標、該磨削裝置120軸向位置、該磨削裝置120角度位置、該磨削裝置120振動訊號與該加工模型310進行比對並產生一比對結果，該控制單元400根據該比對結果判斷該工件是否產生工件燒傷或磨削裝置120填塞，當該控制單元400判斷該工件產生工件燒傷或磨削裝置120填塞時，該控制單元400對應調整該磨削裝置120的進刀量或進給率或該機床冷卻裝置700的切削液流量大小。

在實施應用上，該磨床100的監測系統進一步包括一溫度感測器800，該溫度感測器800用以感測該工件的溫度，該控制單元根據該溫度感測器800傳來的溫度訊號810、該工件座標、該磨削裝置120軸向位置、該磨削裝置120角度位置、該磨削裝置120振動訊號與該加工模型310進行比對並產生一比對結果，該控制單元400根據該比對結果判斷該工件是否產生工件燒傷，當該控制單元400判斷該工件產生工件燒傷時，該控制單元400對應調整該磨削裝置120的進刀量或進給率或該機床冷卻裝置700的切削液流量大小。

在實施應用上，該控制單元400進一步包括將該磨削裝置120軸向位置轉換為該磨削裝置120軸向速度或該磨削裝置120軸向加速度或該磨削裝置120軸向加加速度，且該控制單元400將該磨削裝置120角度位置轉換為該磨削裝置120角速度或該磨削裝置120角加速度。利用該控制單元400的計算功能，進一步將前述所得的位置資訊進行微分得到如速度、加速度或加加速度。細部一點來說，判斷自動換向從角度位置的變化（0～360度）較難看出砂輪有無磨到工件，但從角速度、角加速度的變化會比較明顯看出砂輪是否有磨到工件。磨削裝置120角速度為磨削裝置中的砂輪的旋轉角速度，加速度亦同；而該磨削裝置120軸向加速度可再轉換為該磨削裝置120軸向加加速度。

在實施應用上，該控制單元400根據該輸入單元200傳來的所述監控因素210，將該工件座標、該磨削裝置120軸向位置、該磨削裝置120角度位置、該磨削裝置120振動訊號與該加工模型進行比對，當比對結果與於該加工模型310中的預設範圍具有差異時，該控制單元400發出一警示訊號或記錄當下加工數據或執行一保護機制，相同的警示訊號可同步到該遠端儲存監測裝置500顯示與記錄，其中該警示訊號包括聲音、顏色或其他可警示的形式，該保護機制包括該磨削裝置120停止加工或該磨削裝置120脫離該工件。

實施應用上，本案系統的加工模型310是由各個加工數據整合而成的，當對標準工件進行加工時，加工時將該第一感測器140、該第二感測器150、該第三感測器160將加工數據，如負載率、振動值、進給率、進刀量、工件轉速、砂輪轉速、砂輪磨耗值、座標、切削液的流量、壓力等數據經由驅動器回傳至該控制單元400，該控制單元400將各個數據進行一系列的處理步驟，如濾波、取平均值、平滑化等處理，以得到較乾淨且無雜訊干擾之數據，利用這些數據描繪出此工件之加工模型310，該加工模型310包括三維或二維的加工路徑、透過馬達電流分析出的負載率、由加工工件計數與磨粒損耗特性算得出的砂輪磨耗值、各軸向合成的進給率、砂輪及工件的實際轉速、流量計量測的切削液流量、壓力計量測的切削液壓力、加速規量測的機台振幅等對齊時序之資料，即不同的加工位置有不同的負載率、振動值、進給率等數據。

隨後，後續批量加工一般加工件時，當有加工數據在所設定的預設範圍(或閥值)之外，即會根據使用者選擇的處理動作做出反應，其處理動作可依照使用者的需求進行選擇，包含發出警報、寫檔記錄(記錄當下加工數據)、執行一段保護機制(如主軸停止旋轉、刀具抬刀)等對應方式。

又，此加工模型310整合了加工過程中的各個數據，利用這些數據可做為判斷加工品質的依據，解決過往磨床在加工過程中，只能仰賴使用者操作經驗來判斷加工問題的經驗法則，如火花的大小可能導致工件燒傷，本發明的系統與方法可透過觀察進給率或進刀量作為工件燒傷的判斷依據，當進給率低於或進刀量超出預設範圍(或閥值)時，該控制單元400即做出對應的處理動作，如發出警示通知使用者減少進刀量、提升進給率或提升切削液的流量，增加流速加快冷卻效率避免燒傷。另一判斷依據為磨削聲音的刺耳聲可能代表工件上產生振痕，可藉由觀察砂輪轉速、工件轉速、機台振幅或進刀量來判斷振痕是否發生，此時若砂輪轉速過快、進刀量過大或機台振幅太大，該控制單元400亦立即做出處理動作，提示使用者降低砂輪轉速、減少進刀量或檢查砂輪的平衡、軸承、砂輪座等機構是否牢固。

本案利用模型比對協助使用者觀察加工過程中發生的變化，將加工過程量化成可視的數據，對於排查問題有明顯的幫助。此外，藉由加工模型310記錄的各個數據可觀察出加工參數對加工品質的影響，因此使用者可根據需求自行調整加工參數的調用，譬如希望得到良好的表面粗糙度，可降低進刀量、提升砂輪轉速，或是想提升加工效率，則能加快進給率及增加進刀量，根據使用者的應用情境此模型可提供多組加工參數的調用，方便使用者應付各種情境。

在加工過程中的異常檢知應用上，透過建立標準件的加工模型310，當後續進行一般批量加工時，所有的工件根據此模型做即時的比較，當工件的加工數據與標準件的加工模型310有所差異時，該控制單元400即予以警報或其餘對應的動作。例如，使用者利用此異常檢知功能，藉由加工資訊如加工路徑、加工型號、加工時間得知發生異常的位置，幫助使用者釐清發生異常的原因及時間點，另外可更進一步利用加工資訊的變化率，如負載率、機台振幅的變化，得知加工過程中數據變化的趨勢，達到預防異常的目的，以維持批量加工的加工品質。

此異常檢知亦可對該控制單元400所接收的加工數據(包含外部的感測器所擷取的數據)進行單一的觀察；例如，當加工一工件時，選擇欲觀察的數據對象，並對此設定閥值(即加工模型中的預設範圍)，數據的變化會在模擬加工路徑的視窗(如利用輸入單元200的顯示幕)中顯示出不同的顏色，透過設定的閥值標示出顏色的區段，當有不適當的加工數據傳回時，會顯現出不同於在閥值內的顏色，代表此段加工路徑發生異常現象，該控制單元400可針對此加工異常區段予以警告或引導使用者做出對應的解決方式。值得注意的是，使用者可於輸入單元200中依照實際需求調整閥值(即加工模型中的預設範圍)。

在一實施例中，當使用者於輸入單元200設定一或多個磨削加工的功能(例如監控工件燒傷或監測工件振痕)作為監控因素210後，該控制單元400會根據一或多個磨削加工的功能自動選取對應的加工參數(例如進給率或進刀量)進行監控。在另一實施例中，使用者於輸入單元200設定一或多個磨削加工的功能後，也可依照實際需求於輸入單元200設定一或多個加工參數作為監控因素210，該控制單元400會根據一或多個加工參數進行監控。

使用者可依據此異常檢知功能，得知工件某個位置上出現異常現象，進而檢視加工過程中的問題所在，此處理方式提供使用者能得知加工過程中所發生的異常區段，藉以量化以往依靠人為判斷加工異常的經驗方式，將其顯示成可視的數據，幫助使用者避免錯誤的加工條件影響工件之加工品質。

進一步的應用上，本案系統與方法的異常檢知功能可搭配應用於具智慧換向功能的磨床，以平面磨床為例，使用者根據欲達到的工件尺寸輸入加工程式指令，令該磨床之工作台沿X軸左右移動，此時產生的行程距離為一固定的研磨路徑，先進行一次標準工件加工，記錄該加工數據(負載率、振動值、座標)建立加工模型，隨後在其餘的一般加工過程中，砂輪對工件進行磨削時所產生的主軸負載率透過加工模型，判斷低於所設定的閥值時(代表砂輪無磨削到工件，產生空行程)，研磨路徑會根據此加工模型進行換向動作，也就是往下一段加工道次進行加工，藉以縮短工作台沿X軸左右移動時的行程距離，進而產生出一最佳的研磨路徑供砂輪對工件進行磨削加工，以提升工作效率。

上述揭示的實施形態僅例示性說明本發明之原理、特點及其功效，並非用以限制本發明之可實施範疇，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

100:磨床 110:第一驅動裝置 120:磨削裝置 130:第二驅動裝置 140:第一感測器 141:第一感測訊號 142:第二感測訊號 143:第三感測訊號 150:第二感測器 160:第三感測器 200:輸入單元 210:監控因素 300:儲存單元 310:加工模型 400:控制單元 410:第一命令訊號 420:第二命令訊號 500:遠端儲存監測裝置。 600:音頻感測器 610:音頻訊號 700:機床冷卻裝置 710:流量計 720:流量計訊號 800:溫度感測器 810:溫度訊號 S110、S120、S130、S140、S120:步驟 S210、S220、S230:步驟

[圖1]為本案磨床監測系統的方塊示意圖一。 [圖2]為本案磨床監測系統的方塊示意圖二。 [圖3]為本案磨床監測系統的方塊示意圖三。 [圖4]為本案磨床監測系統的方塊示意圖四。 [圖5]為本案磨床監測方法的流程示意圖。 [圖6]為本案加工模型的建立流程示意圖。 [圖7]為本案磨床監測系統的方塊示意圖五。 [圖8]為本案磨床監測系統的方塊示意圖六。

100:磨床

110:第一驅動裝置

120:磨削裝置

130:第二驅動裝置

140:第一感測器

141:第一感測訊號

142:第二感測訊號

143:第三感測訊號

150:第二感測器

160:第三感測器

200:輸入單元

210:監控因素

300:儲存單元

310:加工模型

400:控制單元

410:第一命令訊號

420:第二命令訊號

Claims

一種磨床監測系統，是一磨床上受一第一驅動裝置與一第二驅動裝置控制的一磨削裝置對一工件加工的監測，包含：一第一感測器，耦接至該第一驅動裝置或該磨削裝置其中之一，當該磨削裝置對該工件加工時，該第一感測器對應產生一第一感測訊號；一第二感測器，耦接至該第二驅動裝置或該磨削裝置其中之一，當該磨削裝置對該工件加工時，該第二感測器對應產生一第二感測訊號；一第三感測器，耦接至該磨削裝置，當該磨削裝置對該工件加工時，該第三感測器對應產生一第三感測訊號；一輸入單元，用以設定磨削加工的監控因素，所述監控因素與該第一感測訊號、該第二感測訊號和該第三感測訊號相關聯；一儲存單元，用以儲存對該工件磨削加工的至少一加工模型；一控制單元，耦接該第一驅動裝置、該第二驅動裝置、該第一感測器、該第二感測器、該第三感測器、該輸入單元與該儲存單元；該控制單元將該第一感測訊號轉換為該工件的座標或該磨削裝置的軸向位置其中之一；該控制單元將該第二感測訊號轉換該磨削裝置的角度位置；該控制單元將該第三感測訊號轉換為該磨削裝置的振動訊號；該控制單元根據該輸入單元傳來的所述監控因素，該控制單元計算該磨削裝置的進給率，將該磨削裝置的進給率、該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置的振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，當該比對結果與於該加工模型中的預設範圍具有差異時，該控制單元根據該比對結果判斷該工件是否產生工件燒傷，當該控制單元判斷該工件產生工件燒傷時，該控制單元產生一第一命令訊號與一第二命令訊號分別傳至該第一驅動裝置與該第二驅動裝置，用以控制該磨削裝置與該工件進行相對應的動作。
如請求項1所述之磨床監測系統，其中，該第一驅動裝置係軸向電機或油壓驅動裝置，該第二驅動裝置係主軸電機。
如請求項1所述之磨床監測系統，其中，該第一感測器係線性編碼器或旋轉編碼器或光學尺，該第二感測器係旋轉編碼器，該第三感測器係加速規。
如請求項1所述之磨床監測系統，其中，該控制單元進一步透過網際網路連線一遠端儲存監測裝置，同步磨床監測狀況。
如請求項1所述之磨床監測系統，其中，該控制單元根據該第二驅動裝置的電流計算該磨削裝置的負載率，並將該磨削裝置的負載率、該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，該控制單元根據該比對結果判斷該磨削裝置是否產生空行程，當該比對結果與於該加工模型中的預設範圍具有一差異時，該控制單元根據該差異控制該工件與該磨削裝置進行相對應的動作。
如請求項1所述之磨床監測系統，其中，該控制單元計算該磨削裝置的進刀量，並將該磨削裝置的進刀量、該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，該控制單元根據該比對結果判斷該工件是否產生工件燒傷或工件振痕，或判斷該磨削裝置是否超過一磨耗值，當該控制單元判斷該工件產生工件燒傷或工件振痕時，該控制單元對應調整該磨削裝置的進刀量。
如請求項1所述之磨床監測系統，其中，該控制單元計算該磨削裝置的進給率，並將該磨削裝置的進給率、該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，該控制單元根據該比對結果判斷該工件是否產生工件真圓度不佳，當該控制單元判斷該工件產生工件真圓度不佳時，該控制單元對應調整該磨削裝置的進給率。
如請求項1所述之磨床監測系統，其中，該控制單元計算該磨削裝置的砂輪轉速，並將該磨削裝置的轉速、該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，該控制單元根據該比對結果判斷該工件是否產生工件振痕，當該控制單元判斷該工件產生工件振痕時，該控制單元對應調整該磨削裝置的轉速。
如請求項1所述之磨床監測系統，其中，該控制單元計算該工件的轉速，並將該工件的轉速、該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，該控制單元根據該比對結果判斷該工件是否產生工件振痕，當該控制單元判斷該工件產生工件振痕時，該控制單元對應調整該工件的轉速。
如請求項1所述之磨床監測系統，其中，該控制單元計算該工件的橫向移動速度，並將該工件的橫向移動速度、該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，該控制單元根據該比對結果判斷該工件是否產生工件振痕，當該控制單元判斷該工件產生工件振痕時，該控制單元對應調整該工件的橫向移動速度。
如請求項1所述之磨床監測系統，其中，進一步包括一音頻感測器耦接至該磨削裝置，該音頻感測器用以感測該磨削裝置在加工中所產生的音頻訊號，該控制單元根據該音頻訊號、該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，該控制單元根據該比對結果判斷該工件是否產生工件振痕或磨削裝置填塞，當該控制單元判斷該工件產生工件振痕或磨削裝置填塞時，該控制單元對應調整該磨削裝置的進刀量或轉速或工件轉速或工件橫向移動速度。
如請求項1所述之磨床監測系統，其中，進一步包括一流量計裝設於一機床冷卻裝置用以感測在加工中所施加的切削液流量變化而產生的流量計訊號，該控制單元根據該流量計訊號、該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，該控制單元根據該比對結果判斷該工件是否產生工件燒傷或磨削裝置填塞，當該控制單元判斷該工件產生工件燒傷或磨削裝置填塞時，該控制單元對應調整該磨削裝置的進刀量或進給率或該機床冷卻裝置的切削液流量大小。
如請求項1所述之磨床監測系統，其中，進一步包括一溫度感測器，該溫度感測器用以感測該工件的溫度，該控制單元根據該工件溫度、該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，該控制單元根據該比對結果判斷該工件是否產生工件燒傷，當該控制單元判斷該工件產生工件燒傷時，該控制單元對應調整該磨削裝置的進刀量或進給率。
如請求項12所述之磨床監測系統，其中，進一步包括一溫度感測器，該溫度感測器用以感測該工件的溫度，該控制單元根據該工件溫度、該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，該控制單元根據該比對結果判斷該工件是否產生工件燒傷，當該控制單元判斷該工件產生工件燒傷時，該控制單元對應調整該磨削裝置的進刀量或進給率或該機床冷卻裝置的切削液流量大小。
如請求項1所述之磨床監測系統，其中，該控制單元進一步包括將該磨削裝置軸向位置轉換為該磨削裝置軸向速度或該磨削裝置軸向加速度或該磨削裝置軸向加加速度，且該控制單元將該磨削裝置角度位置轉換為該磨削裝置角速度或該磨削裝置角加速度。
如請求項1所述之磨床監測系統，其中，該控制單元根據該輸入單元傳來的所述監控因素，將該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置振動訊號與該加工模型進行比對，當比對結果與於該加工模型中的預設範圍具有差異時，該控制單元發出一警示訊號或記錄當下加工數據或執行一保護機制，其中該警示訊號包括聲音、顏色或其他可警示的形式，該保護機制包括該磨削裝置停止加工或該磨削裝置脫離該工件。
一種磨床監測方法，應用於一磨床上受一第一驅動裝置與一第二驅動裝置控制的一磨削裝置對一工件加工的監測方法，包含：(1)使用者由一輸入單元設定磨削加工的監控因素至一控制單元；(2)該控制單元藉由該監控因素由一儲存單元判斷選擇所需要的至少一加工模型做加工數據比對；(3)開始加工該工件，當該磨削裝置對該工件加工時，該控制單元透過一第一感測器耦接至該第一驅動裝置或該磨削裝置產生一第一感測訊號轉換為該工件的座標或該磨削裝置的軸向位置，該控制單元透過一第二感測器耦接至該第二驅動裝置或該磨削裝置產生一第二感測訊號轉換為該磨削裝置的角度位置，該控制單元透過一第三感測器耦接至該磨削裝置產生一第三感測訊號轉換為該磨削裝置的振動訊號；(4)該控制單元根據該輸入單元傳來的所述監控因素，該控制單元計算該磨削裝置的進給率，將該磨削裝置的進給率、該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置的振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，當該比對結果與於該加工模型中的預設範圍具有差異時，該控制單元根據該比對結果判斷該工件是否產生工件燒傷，當該控制單元判斷該工件產生工件燒傷，該控制單元產生一第一命令訊號與一第二命令訊號分別傳至該第一驅動裝置與該第二驅動裝置，用以控制該磨削裝置與該工件進行相對應的處理方式。
如請求項17所述之磨床監測方法，其中，該第一驅動裝置係軸向電機或油壓驅動裝置，該第二驅動裝置係主軸電機。
如請求項17所述之磨床監測方法，其中，該第一感測器係線性編碼器或旋轉編碼器或光學尺，該第二感測器係旋轉編碼器，該第三感測器係加速規。
如請求項17所述之磨床監測方法，其中，該加工模型的建立係當對一標準工件進行加工時，該第一感測器、該第二感測器、該第三感測器將加工過程的感測數據回傳至該控制單元，該控制單元對各個數據進行處理用以得到較乾淨且無雜訊干擾之數據，利用這些數據描繪出此工件的該加工模型。
如請求項17所述之磨床監測方法，其中，該控制單元進一步透過網際網路連線一遠端儲存監測裝置，透過該遠端儲存監測裝置同步磨床監測狀況。
如請求項17所述之磨床監測方法，其中，該控制單元根據該第二驅動裝置的電流計算該磨削裝置的負載率，並將該磨削裝置的負載率、該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，該控制單元根據該比對結果判斷該磨削裝置是否產生空行程，當比對結果與於該加工模型中的預設範圍具有差異時，該控制單元根據該差異控制該工件與該磨削裝置進行相對應的動作。
如請求項17所述之磨床監測方法，其中，該控制單元計算該磨削裝置的進刀量，並將該磨削裝置的進刀量、該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，該控制單元根據該比對結果判斷該工件是否產生工件燒傷或工件振痕，或判斷該磨削裝置是否超過一磨耗值，當該控制單元判斷該工件產生工件燒傷或工件振痕時，該控制單元對應調整該磨削裝置的進刀量。
如請求項17所述之磨床監測方法，其中，該控制單元計算該磨削裝置的進給率，並將該磨削裝置的進給率、該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，該控制單元根據該比對結果判斷該工件是否產生工件真圓度不佳，當該控制單元判斷該工件產生工件真圓度不佳時，該控制單元對應調整該磨削裝置的進給率。
如請求項17所述之磨床監測方法，其中，該控制單元計算該磨削裝置的砂輪轉速，並將該磨削裝置的轉速、該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，該控制單元根據該比對結果判斷該工件是否產生工件振痕，當該控制單元判斷該工件產生工件振痕時，該控制單元對應調整該磨削裝置的轉速。
如請求項17所述之磨床監測方法，其中，該控制單元計算該工件的轉速，並將該工件的轉速、該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，該控制單元根據該比對結果判斷該工件是否產生工件振痕，當該控制單元判斷該工件產生工件振痕時，該控制單元對應調整該工件的轉速。
如請求項17所述之磨床監測方法，其中，該控制單元計算該工件的橫向移動速度，並將該工件的橫向移動速度、該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，該控制單元根據該比對結果判斷該工件是否產生工件振痕，當該控制單元判斷該工件產生工件振痕時，該控制單元對應調整該工件的橫向移動速度。
如請求項17所述之磨床監測方法，其中，進一步該磨削裝置利用一音頻感測器用以感測該磨削裝置在加工中所產生的音頻訊號，該控制單元根據該音頻訊號、該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，該控制單元根據該比對結果判斷該工件是否產生工件振痕或磨削裝置填塞，當該控制單元判斷該工件產生工件振痕或磨削裝置填塞時，該控制單元對應調整該磨削裝置的進刀量或轉速或工件轉速或工件橫向移動速度。
如請求項17所述之磨床監測方法，其中，進一步該磨床的一機床冷卻裝置透過一流量計用以感測在加工中所施加的切削液流量變化而產生的流量計訊號，該控制單元根據該流量計訊號、該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，該控制單元根據該比對結果判斷該工件是否產生工件燒傷或磨削裝置填塞，當該控制單元判斷該工件產生工件燒傷或磨削裝置填塞時，該控制單元對應調整該磨削裝置的進刀量或進給率或該機床冷卻裝置的切削液流量大小。
如請求項17所述之磨床監測方法，其中，進一步該磨床的設有一溫度感測器用以感測該工件的溫度，該控制單元根據該工件溫度、該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，該控制單元根據該比對結果判斷該工件是否產生工件燒傷，當該控制單元判斷該工件產生工件燒傷時，該控制單元對應調整該磨削裝置的進刀量或進給率。
如請求項29所述之磨床監測方法，其中，進一步該磨床的設有一溫度感測器用以感測該工件的溫度，該控制單元根據該工件溫度、該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置振動訊號與該加工模型進行比對並產生一比對結果，該控制單元根據該比對結果判斷該工件是否產生工件燒傷，當該控制單元判斷該工件產生工件燒傷時，該控制單元對應調整該磨削裝置的進刀量或進給率或該機床冷卻裝置的切削液流量大小。
如請求項17所述之磨床監測方法，其中，該控制單元進一步包括將該磨削裝置軸向位置轉換為該磨削裝置軸向速度或該磨削裝置軸向加速度或該磨削裝置軸向加加速度，且該控制單元將該磨削裝置角度位置轉換為該磨削裝置角速度或該磨削裝置角加速度。
如請求項17所述之磨床監測方法，其中，該控制單元根據該輸入單元傳來的所述監控因素，將該工件座標、該磨削裝置軸向位置、該磨削裝置角度位置、該磨削裝置振動訊號與該加工模型進行比對，當比對結果與於該加工模型中的預設範圍具有差異時，該控制單元發出一警示訊號或記錄當下加工數據或執行一保護機制，其中該警示訊號包括聲音、顏色或其他可警示的形式，該保護機制包括該磨削裝置停止加工或該磨削裝置脫離該工件。