TWM472584U

TWM472584U - 自動換刀控制系統

Info

Publication number: TWM472584U
Application number: TW102222103U
Authority: TW
Inventors: Kun-Hong Chen
Original assignee: Kun-Hong Chen; Ye Li Electric & Machinery Co Ltd
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2014-02-21

Description

自動換刀控制系統

本創作係關於加工設備之自動控制系統，尤其是一種應用於換刀裝置，且兼具自動化控制與高準確角度測定之自動換刀控制系統。

一般複合式加工設備，特別針對具有換刀功能之加工機械，為了準確進行換刀動作與偵測旋轉角度以利於加工程序進行，必須透過感測機構之設立來掌握換刀裝置的旋轉狀態。換刀裝置係包括一驅動元件、一凸輪轉軸及一打刀缸，透過該驅動元件驅使該凸輪轉軸旋轉，並控制該打刀缸作動到不同之動作定位點，以進行鬆刀或夾刀等動作。而該換刀裝置並裝設有該感測機構以隨時偵測該打刀缸之旋轉角度。該感測機構包括複數個感測器以及一信號輪，該等感測器係分設於該信號輪上，並藉由光電感測方式於該信號輪隨該凸輪轉軸旋轉時，同步感應訊號並將每一感測器之感應結果組合以得知當下信號輪之旋轉角度。

然而，上述之感測機構雖可偵測與該凸輪轉軸與該信號輪之旋轉角度，但仍具有以下缺點：其一，由於該等感測器需逐一安裝於該信號輪，於組裝上極為複雜與不便，且於每次執行感測工作前，必須準確調整校正每一個該感測器與該信號輪之距離，一但距離偏差即會嚴重影響偵測結果。其二，採用光電感測方式其角度迴授係為有段迴授方式，其精確度低下，亦造成誤判影響該打刀缸之作動。其三，該等感測器仍易受到突波電壓和電流損壞之影響而導致燒毀的問題產生，若該等感測器燒毀無法即時偵測，除了影響該打刀缸的動作以外，嚴重時更會導致刀具的損壞；其四，該等感測器僅可感測旋轉角度，並回報予加工設備而無法自動依據角度差異而決定當前需進行之作動。

此外，於進行加工程序時，現場人員必須隨時監控該感測機構所迴授之旋轉角度顯示，並於特定角度操作該打刀缸進行對應之夾刀、鬆刀等動作，而若採用如電腦數值控制(Computer Numerical Control,CNC)之加工機械，則必須由電控工程師自行撰寫相關程式，但仍需現場人員根據迴授角度進行手動執行對應之作動程序。

故為了改善上述缺失，本創作人係集結多年從事相關行業之經驗，構思一種自動換刀控制系統，希冀可解決上述缺失。

本創作之一目的，旨在提供一種自動換刀控制系統，係應用於各式具有換刀機構之加工設備，其具有高精準度之角度檢測與迴授，並藉由角度的回授與感應驅動器或伺服馬達的轉速控制，監控刀缸作動時間進而調校換刀機構與刀缸動作的同步性達到獨立快速換刀的目的，針對迴授角度資訊執行對應之控制操作，可達到自動化控制並提高換刀效率、換刀速度及精確度，並具有異常處理機制，可提升加工程序運行之順暢度與可靠度。

為達上述目的，本創作之自動換刀控制系統，係用以控制一加工機械進行自動化換刀操作，該加工機械係設有一換刀機構，且該換刀機構包括一驅動元件、一凸輪箱與一打刀缸，該自動換刀控制系統包括：一感測編碼器，係設置於該換刀機構內且內部設有一感應元件，用以感測該換刀機構作動時之旋轉角度，並獲得一角度感測訊號；一控制組件，係與該感測編碼器電訊連接，包括一輸入模組、一第一訊號模組、一第二訊號模組、一主控模組及一輸出模組，該輸入模組係與該加工機械電性連接並接收來自該加工機械之一指令訊號，該信號模組則用以接收該角度感測訊號，該第二訊號模組與該打刀缸電性連接而接收一定位訊號，該指令訊號、該角度感測訊號及該定位訊號係傳輸至該主控模組，以進行判斷該驅動元件與該打刀缸需進行之動作，並經由該輸出模組輸出一控制訊號操控該驅動元件，及透過該第二訊號模組回授一電磁閥訊號至該打刀缸；及一感應驅動器，係與該控制組件電訊連接，係接收該控制訊號並控制該驅動元件之作動狀態。

其中，該感測編碼器內部係設有一磁性元件並自該磁性元件延伸設有一連接軸，該連接軸與該凸輪箱連接並同步帶動該磁性元件轉動，使該感測元件測得旋轉角度並產生該角度感測訊號。

為了確實達到自動化控制目的，該主控模組係設有一作動處理單元，供以判斷於不同角度該驅動元件與該打刀缸之對應作動，且該主控模組係設有一異常處理單元，供以判斷該角度感測訊號與該指令訊號，為異常即運行一保護機制。

此外，該輸出模組係可輸出一刀缸角度訊號與一結束訊號至該加工機械，以隨時監控該換刀機構之角度位置與換刀動作之完成狀態。

較佳者，該驅動元件係為一感應式馬達或伺服馬達，如三相感應馬達或同步伺服馬達等，且該感應驅動器係為一變頻器或伺服驅動，以透過該感應驅動器準確操控該驅動元件，提升該驅動元件之效率與響應速度。

於另一實施態樣中，本創作係更具有一手持設定器，該控制組件並對應該手持設定器設有一監控模組，且該監控模組係與該主控模組連通，該手持設定器與該控制組件係透過有線/無線方式連通，以供使用者遠距傳送該設定訊號予該控制組件，且透過該監控模組發送一監控訊號予該手持設定器以顯示該加工機械之即時狀況。

1‧‧‧自動換刀控制系統

10‧‧‧感測編碼器

101‧‧‧感應元件

102‧‧‧磁性元件

103‧‧‧連接軸

11‧‧‧控制組件

111‧‧‧輸入模組

112‧‧‧第一訊號模組

113‧‧‧第二訊號模組

114‧‧‧主控模組

1141‧‧‧作動處理單元

1142‧‧‧異常處理單元

115‧‧‧輸出模組

116‧‧‧警示元件

117‧‧‧監控模組

12‧‧‧感應驅動器

13‧‧‧手持設定器

131‧‧‧顯示螢幕

132‧‧‧設定按鈕

2‧‧‧加工機械

20‧‧‧換刀機構

201‧‧‧驅動元件

202‧‧‧凸輪箱

203‧‧‧打刀缸

第1圖，為本創作較佳實施例之方塊圖。

第2圖，為本創作較佳實施例感測編碼器之示意圖。

第3圖，為本創作較佳實施例控制組件之示意圖。

第4圖，為本創作較佳實施例另一實施態樣之方塊圖。

第5圖，為本創作較佳實施例另一實施態樣手持設定器之示意圖。

為使貴審查委員能清楚了解本創作之內容，僅以下列說明搭配圖式，敬請參閱。

請參閱第1、2及3圖，其係為本創作較佳實施例之方塊圖、感測編碼器之示意圖與控制組件之示意圖。本創作之自動換刀控制系統1，係設置於一加工機械2，並用以控制該加工機械2使其進行自動化換刀操作，該加工機械2並設有一換刀機構20，該換刀機構20包括一驅動元件201、一凸輪箱202與一打刀缸203，該自動換刀系統1係包括一感測編碼器10、一控制組件11及一感應驅動器12。

該感測編碼器10係設於該換刀機構20內部，並於該感測編碼器10內設有一感應元件101，用以感測該換刀機構20作動時之旋轉角度，並獲得一角度感測訊號，其中，該感測編碼器10於內部更設有一磁性元件102，並自該磁性元件102向該感測編碼器10外側延伸設有一連接軸103，該連接軸103係與該凸輪箱202連動，使該連接軸103可同步帶動該磁性元件102，該感應元件101藉由獲得該磁性元件102的電壓與磁場變化，進一步得知當下的旋轉角度，並產生該角度感測訊號，其中，該感測編碼器10係藉由自訂高速串列通訊格式與通訊確認信號，係可避免雜訊干擾及提供斷線保護，進而提升該自動換刀系統1之穩定性。特別一提的是，該感測編碼器10設置於該換刀機構20內部，除易於組裝外，其感應準確度係不受該加工機械2運作時之震動或晃動影響，而該連接軸103可穩固地旋轉並供予該感應元件101進行相關偵測，且該感應式編碼器10係採無段迴授方式回饋訊號，而可達到精確度高之功效。

該控制組件11係安裝於該加工機械2之一控制箱內，且與該感測編碼器10電訊連接，並包括一輸入模組111、一第一訊號模組112、一第二訊號模組113、一主控模組114及一輸出模組115，該輸入模組111係與該加工機械2電性連接並接收來自該加工機械2之一指令訊號，如啟動或關閉該加工機械2等動作指令，該第一訊號模組112係用以接收來自該感測編碼器10之該角度感測訊號，該第二訊號模組113則與該打刀缸203電性連接，用以接收來自該打刀缸203之一定位訊號並判斷作動時間，該指令訊號、該角度感測訊號與該定位訊號係傳輸至該主控模組114，藉該主控模組114判斷該驅動元件與該打刀缸203於特定角度需進行之動作，並經由該輸出模組115輸出一控制訊號，及透過該第二訊號模組113回授一電磁閥訊號予該打刀缸203。其中，該主控模組114係設有一作動處理單元1141，其係用以於接收該角度感測訊號後，根據各種操控模式加以判斷在不同角度時該驅動元件201與該打刀缸203之對應作動與同步校正，如夾刀動作或鬆刀動作等，藉此可使該打刀缸203輸出快速且提升輸出之角度精準度，以自動及準確快速地控制該加工機械2之加工製程。此外，該主控模組114更具有一異常處理單元1142，當該第一訊號模組112與該輸入模組111接分別收到該角度感測訊號與該指令訊號後係藉該異常處理單元1142判斷是否異常，為異常時即運行一保護機制，以即時自動處理錯誤狀況並可透過該輸出模組115回報，達到自動化管理之目的。如圖3所示，其係為該控制組件11之示意圖，該控制組件11並對應該輸入模組111、該第一訊號模組112、該第二訊號模組113及該輸出模組115設有對應之連接埠，以進行相關之訊號傳輸。其中，該控制組件11係更設有複數個警示元件116，較佳者該等警示元件116係為LED燈，用以顯示該加工機械2及該換刀機構20目前的運行狀況，且若出現異常狀況時，該等警示元件116亦可透過不同的顯示方式提醒作業人員。

其中，該輸出模組115更可輸出一刀缸角度訊號及一結束訊號予該加工機械2，於該換刀機構20進行換刀動作時，該輸出模組115係可即時傳遞該刀缸角度訊號予該加工機械2，以供作業人員隨時掌握該換刀機構之20狀態，再者，於該換刀機構20完成換刀動作後，該輸出模組115係傳輸該結束訊號予該加工機械2，以供作業人員得知目前已完成換刀動作，藉此使作業人員可隨時監控整體製程。

該感應驅動器12係與該控制組件11電訊連接，用以接收該控制訊號並控制該驅動元件201之作動狀態，如該驅動元件201之轉速與及正反轉狀態等，進而控制該打刀缸203之動作。其中，於本實施例中，該驅動元件201係為一感應式馬達如三相感應馬達或一同步伺服馬達，該感應驅動器12係為一變頻器或一伺服驅動器，當該感應驅動器12接收該控制訊號後，並進一步調整該驅動元件201進行加速、減速及停止等動作，使該驅動元件201所驅動之凸輪箱202做對應作動，以達到更替刀具之目的並具有響應快與噪音低之優點。

應用時，當人員自該加工機械2輸入啟動指令後，即可透過該控制組件11驅動該換刀機構20作動，同時該感測編碼器10同步偵測該凸輪箱202之旋轉角度，並即時發出該角度感測訊號予該控制組件11，該控制組件11並藉該主控模組114之該作動處理單元1141判斷目前之該打刀缸203的輸出狀態，以及該驅動元件201之作動狀態，自動化控制該換刀機構20，加速製程進行且具有極佳之系統穩定性，針對異常狀況亦可透過該異常處理單元1142運行該保護機制，以確保該加工機械2之運作。

請繼續參閱第4及5圖，其係為本創作較佳實施例另一實施態樣之方塊圖與手持設定器示意圖，其中，本創作係更具有一手持設定器13，該控制組件11並對應該手持設定器13設有一監控模組117，該監控模組117係與該主控模組114連通，該手持設定器13與該控制組件11係透過有線/無線方式連通，供使用者可於遠距傳送該設定訊號至該控制組件11，且透過該監控模組117發送一監控訊號予該手持設定器13以顯示該加工機械2之即時狀況，如該換刀機構20之狀態與整體加工程序之進行狀態等。

其中，如圖5所示，該手持設定器13係具有一顯示螢幕131 與複數個設定按鈕132，該顯示螢幕131可提示使用者相關數值，且使用者係可透過該等設定按鈕132進行操控相關之參數設定，參數之數值亦可顯示於該顯示螢幕131。

本創作之自動換刀控制系統1，係透過該控制組件11提供自動化之控制方式，藉由該主控模組114可自動完成該換刀機構20之操控動作且具有高穩定性系統，不須自行撰寫對應控制程式以節省加工之前置作業，相較於傳統感測系統僅有資訊迴授與顯示等功能，本創作係更具有自動化操控之優點。再者，該感測編碼器10係為非接觸絕對型編碼器，並透過該磁性元件102旋轉時之變化作為感測依據，除了組裝更換容易外，不須於每次重啟時調整與歸零校正，且具有高精確度之感測效果。此外，該感應驅動器12可有效控制該驅動元件201之作動方式，相較傳統利用電源開啟與否之電機方式控制，或透過電磁煞車方式調整該驅動元件201之轉速及加速減速等，係具有響應快與效率高之優點。

惟，以上所述者，僅為本創作之較佳實施例而已，並非用以限定本創作實施之範圍；故在不脫離本創作之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本創作之專利範圍內。