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TWI741459B - 加工工序之刀具確認方法與系統 - Google Patents

加工工序之刀具確認方法與系統 Download PDF

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TWI741459B
TWI741459B TW108147371A TW108147371A TWI741459B TW I741459 B TWI741459 B TW I741459B TW 108147371 A TW108147371 A TW 108147371A TW 108147371 A TW108147371 A TW 108147371A TW I741459 B TWI741459 B TW I741459B
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machining
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鄭志平
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財團法人工業技術研究院
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Abstract

一種加工工序之刀具確認方法與系統，並可檢知換刀裝置健康狀態，該方法包括：利用第一無線傳輸模組獲取加工設備之各刀號位置所裝配之刀具的儲存單元內的資料；根據所獲取的資料進行解析並將解析結果轉換成刀具裝配狀態數據串；透過加工程式儲存裝置獲取加工程式，解析加工程式中每一工序所對應的刀具需求並轉換成工序刀具需求數據串；將刀具裝配狀態數據串與工序刀具需求數據串進行匹配對應並計算差值，並將結果以程序與刀具匹配數據串輸出。

Description

加工工序之刀具確認方法與系統
本發明涉及加工技術，尤其涉及一種於加工程式執行期間的各加工工序所採用之刀具的正確性之辨識系統及方法及換刀裝置的健康狀態判斷。
於CNC工具機執行切削加工，操作人員於工具機裝設刀具後，透過CNC控制器讀取切削加工程式(刀具移動路徑與加工量之結合通稱之為加工程式)之後，刀具按照既定的加工程式執行材料的切削移除進而達成加工之目的。一個完整的加工過程中乃是由切削加工程式中不同的工序搭配相對應之刀具所組成。例如需進行外輪廓車削加工，其工序的規劃乃是採用外徑車刀並搭配外輪廓車的加工程式;執行一個外輪廓車槽加工，其工序的規劃乃是採用外徑車槽刀並搭配外徑車槽的加工程式;執行一個鑽孔加工，其工序的規劃乃是採用鑽削刀具並搭配鑽削的加工程式。
一般而言，面對一個複雜外型的加工需求，加工業大多採用商用CAD/CAM軟體進行加工程式的編輯。該編輯完成之加工程式後，可利用該軟體功能產生一加工工序單。該加工工序單內容包括各工序的路徑規劃及所需選用的刀具類型與規格及其裝配於工具機上之裝配姿態之說明。使用者再依加工工序單之規劃內容，將刀具依指示安裝工具機上，然後執行零件之加工程式，即可完成一零件的切削加工。然而此一刀具安裝程序存在著人為不確定性之問題，諸如刀具類型及規格選用錯誤，刀具安裝之刀號位置、刀具姿態（以車銑複合加工機為例，其刀具安裝於旋轉式刀塔上，需依加工工序單之規劃將刀具安裝為特定姿態，如軸向安裝或是徑向安裝）及刀尖指向等等安裝程序上之錯誤，導致進入加工程序後，由於刀具與加工程式的不匹配，造成零件全部變成廢品或不合格品，甚至撞機造成安全危害。
再者，CNC裝置於加工程序中，由於工序眾多，因此必須透過換刀裝置，進行換刀程序以利後續加工的執行。一旦CNC裝置上的換刀裝置老化或是故障，必將影響加工流程與加工精度。
據此，如何能有一種能預先於加工程式執行前，可針對加工程式中各加工工序所採用之刀具的正確性進行辨識及換刀裝置的健康狀態判斷之『加工工序之刀具確認方法與系統』，是相關技術領域人士亟待解決之課題。
於一實施例中，本案提出一種加工工序之刀具確認方法，應用於電子裝置中，電子裝置具有一加工程式儲存裝置，電子裝置與具備刀具的加工設備及第一無線傳輸模組相連接，加工設備上之各刀號位置上裝配之刀具至少有一內部嵌入之第二無線傳輸模組、慣性感測器、儲存單元及處理單元，由電子裝置執行下列步驟： 利用第一無線傳輸模組獲取加工設備上之各刀號位置上所裝配之刀具的儲存單元內的資料； 根據所獲取之刀具的儲存單元內的資料，並將解析結果轉換成刀具裝配狀態數據串，解析結果包含刀號位置、刀具類型、刀具規格及刀具裝配姿態； 透過加工程式儲存裝置獲取加工程式，解析加工程式中每一個工序所對應的刀具需求，刀具需求包含刀號位置、刀具類型、刀具規格及刀具裝配姿態，並將刀具需求資訊轉換成工序刀具需求數據串；以及 將刀具裝配狀態數據串與工序刀具需求數據串進行匹配對應並計算刀具裝配狀態數據串與工序刀具需求數據串的差值，並將結果以程序與刀具匹配數據串輸出。
於另一實施例中，本案提出一種加工工序之刀具確認系統，包括： 一刀具確認程式儲存裝置，用以儲存一刀具資訊解析模組、一工序刀具需求解析模組以及一加工工序之刀具確認模組；以及 一處理器，耦接刀具確認程式儲存裝置，並且用以執行刀具資訊解析模組、工序刀具需求解析模組以及加工工序之刀具確認模組至少一者； 其中處理器執行刀具資訊解析模組以對一電子裝置利用其無線傳輸模組獲取一加工設備上之各刀號位置上所裝配之刀具的儲存單元內的資料進行解析，並將解析結果轉換成刀具裝配狀態數據串；以及，處理器執行工序刀具需求解析模組以對電子裝置透過其加工程式儲存裝置獲取之加工程式中每一個工序所對應的刀具需求進行解析，並將刀具需求資訊轉換成工序刀具需求數據串；以及，處理器執行加工工序之刀具確認模組以將刀具裝配狀態數據串與工序刀具需求數據串進行匹配對應並計算刀具裝配狀態數據串與工序刀具需求數據串的差值，並將結果以程序與刀具匹配數據串輸出。
以下將詳述本發明內容的各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細描述之外，本案還可以廣泛地施行在其他的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本案的範圍內，並以之後的專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本案有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本案可能在省略部分或全部這些特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免造成本案不必要之限制。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，並非代表元件實際的尺寸或數量，除非有特別說明。
請參閱圖1所示實施例，本發明提供之加工工序之刀具確認系統，其包括一刀具確認程式儲存裝置1，可應用於電子裝置2中。電子裝置2可以是伺服器、主機或其他裝置，例如車銑複合加工控制器。
刀具確認程式儲存裝置1包括一刀具資訊解析模組11、一工序刀具需求解析模組12、一加工工序之刀具確認模組13及一換刀裝置健康狀態判別模組14。
電子裝置2具有一處理器21及一加工程式儲存裝置22。處理器21用於執行加工程式221與刀具確認程式儲存裝置1中各個模組、以及在電子裝置2內安裝的其他各類軟體，例如作業系統等。加工程式儲存裝置22與刀具確認程式儲存裝置1可以是硬碟，或者其他類型的儲存卡或儲存設備，用於儲存各類資料，例如，視頻、音頻、圖像及數據串等資訊。
電子裝置2與加工設備3及第一無線傳輸模組4相連接。加工設備3可以是各類型具備刀具5的設備，例如，銑床、車銑複合加工機等設備。第一無線傳輸模組4可以是與電子裝置2連接的一個單獨的裝置，或是安裝在電子裝置2內建的無線傳輸模組。
刀具5用以安裝於加工設備3上各刀號位置上。刀具5至少有一內部嵌入之第二無線傳輸模組51、慣性感測器52、儲存單元53及處理單元54。第二無線傳輸模組51可將儲存於刀具5的儲存單元53內的資料，傳輸予電子裝置2。
慣性感測器52可以是陀螺儀、加速規等其中之一，用以感測刀具5的動態變化，例如振動或是加速度之變化。儲存單元53可以是硬碟，或者其他類型的儲存卡或儲存設備。儲存單元53用於儲存各類資料，例如，視頻、音頻、圖像及數據串等資訊，包含刀具資料及經處理單元54運算處理後之慣性感測器資料。刀具資料包含有刀號位置、刀具類型、刀具規格，經處理單元54運算處理後之慣性感測器資料即為刀具5之刀具裝配姿態。處理單元54可以是一微晶片處理模組，用以進行數值運算與邏輯處理。
以圖1所示架構為例，電子裝置2透過所連結的第一無線傳輸模組4，獲取加工設備3上各刀號位置上所裝配之刀具5的儲存單元53內的資料。的資加工工序之刀具確認系統透過處理器21執行刀具資訊解析模組11，針對電子裝置2由刀具5的儲存單元53所獲取的資料進行解析，其解析結果包含刀號位置、刀具類型、刀具規格及刀具裝配姿態，並將解析結果轉換成一數據串，稱之為刀具裝配狀態數據串。
加工工序之刀具確認系統利用處理器21執行工序刀具需求解析模組12，讀取電子裝置2之加工程式儲存裝置22內的加工程式221，並解析加工程式221中每一個工序所需對應的刀具需求，該刀具需求包含有刀號位置、刀具類型、刀規格及刀具裝配姿態，並將刀具需求資訊轉換成一數據串，稱之為工序刀具需求數據串。
而後，加工工序之刀具確認系統利用處理器21執行加工工序之刀具確認模組13，讀取上述刀具裝配狀態數據串及工序刀具需求數據串，利用數學方法將刀具裝配狀態數據串與工序刀具需求數據串進行匹配對應並計算數據串的差值，將結果採以一數據串輸出，稱之為程序與刀具匹配數據串。可將該程序與刀具匹配數據串呈現於電子裝置2所具有之顯示螢幕（圖中未示出）上。
針對電子裝置2所獲取之刀具資料及慣性感測器資料，加工工序之刀具確認系統透過處理器21執行刀具資訊解析模組11進行解析，並將解析結果轉換成一數值，稱之為換刀裝置健康數據，儲存於該刀具確認程式儲存裝置1內，作為換刀裝置健康狀態的判別依據。換刀裝置健康狀態判別模組14由電子裝置2之刀具確認程式儲存裝置1獲取換刀裝置健康數據，例用一閥值進行判別，並將結果輸出，稱之為換刀裝置健康狀態。同樣地。可將該換刀裝置健康狀態呈現於電子裝置2所具有之顯示螢幕上。
第一無線傳輸模組4與第二無線傳輸模組51的種類不限，可以是藍牙、Zigbee、NFC、WIFI等其中之一。
請參閱圖2所示，藉由一個於車銑複合工具機上的具體實施例說明本發明所提供之加工工序之刀具確認系統與方法，其係將車銑複合加工控制器2A與車銑複合加工設備3A及第一無線傳輸模組4相連接。本實施例中之車銑複合加工設備3A乃為具有可裝載例如12個刀具之旋轉刀塔的加工設備，意指車銑複合加工設備3A可裝配12把刀具於其旋轉刀塔上，亦意指具備有12個刀號位置，以供不同加工工序之運用。
於本實施例中，刀具5至少有一內部嵌入之第二無線傳輸模組51、一慣性感測器52、一儲存單元53及一處理單元54，並可依加工使用需求，裝載於加工設備旋轉刀塔上各刀號位置。慣性感測器52可為一加速規，其加速規感測之方向與刀具軸向同向。
刀具5之儲存單元53所儲存之資料包含刀具資料及經處理單元54運算處理後之慣性感測器資料。刀具資料包含刀號位置、刀具類型、刀具規格。該經處理單元54運算處理後之慣性感測器資料，即對應刀具5之刀具裝配姿態，或可作為換刀裝置定位振動數據。
刀具5裝配於車銑複合加工設備3A的旋轉刀塔上，透過旋轉刀塔的旋轉進行換刀。於旋轉過程中，刀具5內嵌之慣性感測器52將依刀具5的刀具裝配姿態產生不同的電壓訊號。該刀具裝配姿態意指，刀具5相對於工件，可將其定義為徑向裝配或是軸向裝配。本特定實施例所採用之慣性感測器52乃為一可產生+2V~-2V電壓訊號之加速規。透過刀具5依不同姿態(軸向/徑向)裝配於旋轉刀塔上，並利用旋轉刀塔進行換刀的動作。
於換刀旋轉過程中可測得，當刀具5裝配為徑向時，透過刀塔的旋轉換刀之旋轉過程中，其壓電訊號為+1.1V。當刀具裝配為軸向時，透過刀塔的旋轉之旋轉過程中，其壓電訊號為+0.3V。該壓電訊號再透過內嵌於刀具5之處理單元54進行訊號處理，將之稱為慣性感測器資料，該慣性感測器資料對應刀具5之刀具裝配姿態。
由於刀具5裝設為軸向或是徑向之不同，透過刀塔的旋轉之旋轉過程中在慣性感測器52上所產生的電壓訊號有極大的不同。因此在訊號處理上，在一實施例中，可利用一個例如為0.8V的閥值，來將電壓訊號進行區分。
因此，於刀具資訊解析模組11處理對應刀具5之刀具裝配姿態之慣性感測器資料時，當電壓訊號大於0.8V時，可將刀具裝配姿態視之為徑向裝配，其數據碼則為0反之，當小於0.8V時，可將刀具裝配姿態視之為軸向裝配，其數據碼則為1。
再者，利用旋轉刀塔透過旋轉進行換刀的動作直達定位。於定位時，慣性感測器52測得刀具5裝配為徑向時，透過旋轉進行換刀的動作直達定位，在一實施例中，於定位時之震動透過慣性感測器產生之電壓訊號例如為1.4V，稱之為換刀裝置定位振動數據；當慣性感測器52測得刀具5裝配為軸向時，透過旋轉進行換刀的動作直達定位，在一實施例中，於定位時之震動透過慣性感測器52所產生之電壓訊號例如為0.6V，稱之為換刀裝置定位振動數據。
一旦旋轉刀塔健康開始老化，當刀具5透過旋轉進行換刀的動作直達定位，由定位時之震動透過慣性感測器52所產生之電壓訊號將開始不穩定，其值與原始數據產生相當幅度之變動。例如以刀具裝配為徑向姿態為例，一旦旋轉刀塔開始老化故障，原本定位時之震動將會產生不穩定之狀態，其電壓數據將不會接近於1.4V，而是會在1.2~1.6V間變動。例如本次換刀定位為1.33V，下次換刀定位時為1.55V。
第一無線傳輸模組4可以是與車銑複合加工控制器2A連接的一個單獨的裝置。第一無線傳輸模組4，可以透過刀具5的第二無線傳輸模組51，利用雙端訊號的傳輸，獲取刀具5內之儲存單元53內的資料並儲存於車銑複合加工控制器2A的加工程式儲存裝置22A中。
請參閱圖2及圖3所示，車銑複合加工設備3A上12個刀號位置各裝配有刀具5，其刀具5之儲存單元53內的資料可透過第一無線傳輸模組4及第二無線傳輸模組51之間的雙端傳輸，將其資料AA1-AA12傳送到車銑複合加工控制器2A内的加工程式儲存裝置22A以便進行後續的處理。
加工工序之刀具確認系統利用處理器21A執行刀具資訊解析模組11，讀取已儲存於加工程式儲存裝置22A內的12份資料AA1-AA12，根據所讀取之12份資料進行解析，其解析結果包含有刀號位置、刀具類型、刀具規格、刀刃長度、刀柄寬度及刀具裝配姿態，並將12份資料之解析結果轉換成12個數據串，稱之為刀具裝配狀態數據串AA1-AA12，如圖3所示，並將刀具裝配狀態數據串傳送到車銑複合加工控制器2A以便進行後續的處理。
以AA1資料為例，該資料包含有刀具資料(刀號位置、刀具類型、規格)及刀具內嵌之處理單元54運算處理後之慣性感測器資料(對應刀具裝配姿態及換刀裝置定位振動數據)。刀具資訊解析模組進行AA1資料解析如下:AA1資料中的刀號位置為01，則經刀具資訊解析模組解析後之編碼為01；AA1資料中的刀具類型為外徑車刀，則解析後之編碼為3；AA1資料中的刀具規格為SVJBR2525M-12，採ISO規範之定義乃為意指該刀具為V型35度刀片採螺釘夾緊型之外徑車刀，其刀刃長16mm，其刀柄寬為25mm，則經刀具資訊解析模組解析後分別為31、16、25。AA1資料中的慣性感測器資料中刀具之裝配姿態為+1.1V壓電訊號，意指刀具裝配姿態為徑向，則解析後之編碼為0。
系統再將上述之編碼進行整合為刀具裝配狀態數據串AA1。刀具裝配狀態數據串AA1中，第一區碼為01，意指刀號位置為01；第二區碼為3，意指刀具類型為外徑車刀；第三區碼為31，意指車刀規格為35度V型刀片之外徑車刀，第四區碼為16，意指刀刃長度為16mm；第五區碼為25，意指刀柄寬度為25mm；第六區碼為0，意指刀具裝配姿態相對於車銑複合的工件為徑向。
AA10資料解析如下。AA10資料中的刀號位置為10，則經刀具資訊解析模組解析後之編碼為10；AA10資料中的刀具類型為直徑5mm鑽孔刀，其刀刃長度為15且採用徑向姿態裝配。則經刀具資訊解析模組11解析後分別為11、5、15、5、0。系統再將上述之編碼進行整合為刀具裝配狀態數據串AA10。刀具裝配狀態數據串AA10中，第一區碼為10，意指刀號位置為10；第二區碼為11，意指鑽孔刀；第三區碼為5，意指為直徑5mm，第四區碼為15，意指刀刃長度為15mm；第五區碼為5，意指刀柄寬度為5mm；第六區碼為0，意指刀具裝配姿態相對於車銑複合的工件為徑向。
在本實施方式中，加工工序之刀具確認系統利用處理器21A執行刀具確認程式儲存裝置1中的工序刀具需求解析模組12，並透過車銑複合加工控制器2A內的資料傳輸，讀取加工程式儲存裝置22A內之加工程式221A並解析加工程式221A中每一個工序所需對應的刀具需求，該刀具需求包含有刀號位置、刀具類型、刀具規格及刀具裝配姿態，並將刀具需求資訊換成一數據串，稱之為工序刀具需求數據串BB(如圖4B所示)。
請參閱圖4A及圖4B所示，加工程式B(相當於圖2中的加工程式221A)內各工序所對應之工序刀具需求數據串BB之解析方式，乃為讀取加工程式B並解析各工序之註解及刀具碼，並將之轉換為該工序之工序刀具需求數據串BB。
圖4A中的加工程式B為一具有5種工序所組成之程式碼，如第一工序B1之註解為，S1-Outside_Transverse­_V insert-16­_25。
其中S1-Outside意指於車床之第一主軸之XZ平面並針對外輪廓進行加工，故其對應之加工刀具類型應為外徑車刀並採用之裝配姿態應為徑向裝配；Transverse意指外輪廓車削，故其對應之加工刀具應為外輪廓車削刀具；V insert意指於採用V型刀刃之車削刀具，故其對應之加工刀具規格應為V型刀刃之外輪廓車削刀具。16意指於採用16mm之刀刃長度，故其對應之加工刀具應為具有16mm刀刃長度之外徑車刀。25意指於採用刀柄寬度為25mm之刀具，故其對應之加工刀具應為具有25mm刀柄寬之刀具。於工序刀具碼之解析，其刀具碼為T0101，意指採用刀號位置為01上之刀具並採用第1號刀具補正數值進行切削加工。於工序號之解析，其工序號為N1，意指本工序為第一工序。
再將該第一工序B1解析之結果轉換成該第一工序刀具需求數據串BB1。該第一工序刀具需求數據串BB1：第一區碼為N1，意指本工序為第一工序；第二區碼為01，意指本工序採用01刀號位置上之刀具進行加工；第三區碼為3，意指本工序採用刀具類型為外徑車刀進行加工。
第四區碼為31，意指本工序採用刀具規格為V型刀片之外輪廓車削刀具進行加工，第五區碼為16，意指本工序採用之刀具為具有16mm刀刃長度之外輪廓車刀進行加工；第六區碼為25，意指本工序採用之刀具其刀柄寬度應為25mm；第七區碼為0，意指本工序於加工程序中其刀具的裝配狀態應為徑向。
如第三工序B3之註解為，S1-Inside_Thread_Straight-16_20。
其中，S1-Inside意指於車床之第一主軸之XZ平面並對內輪廓進行加工，故其對應之加工刀具姿態應為軸向裝配；Thread意指採用車牙循環車削工法且是針對內輪廓進行加工，故其對應之加工刀具類型為內車牙刀具；Straight意指於採用60度牙型刀刃之刀具，故其對應之加工刀具規格應為60度牙型刀刃之內輪廓車削刀具。16意指於採用16mm之刀刃內接圓尺寸，故其對應之加工刀刃長度應為具有16mm刀刃內接圓尺寸之車牙刀具。20意指於採用刀柄寬度為20mm之刀具，故其對應之加工刀具應為具有20mm刀柄寬之刀具。於工序刀具碼之解析，其刀具碼為T0403，意指採用刀號位置為04上之刀具並採用第3號刀具補正數值進行切削加工。於工序號之解析，其工序號為N3，意指本工序為第三工序。
再將該第三工序B3解析之結果轉換成該第三工序刀具需求數據串BB3。該第三工序刀具需求數據串BB3：第一區碼為N3，意指本工序為第三工序；第二區碼為04，意指本工序採用04刀號位置上之刀具進行加工；第三區碼為6，意指本工序採用刀具類型為車牙刀具；第四區碼為62，意指本工序採用刀具規格為60度牙型刀片之內輪廓車牙刀具進行加工；第五區碼為16，意指本工序採用之刀刃長度為具有16mm刀刃內接圓尺寸之內輪廓車牙刀具進行加工；第六區碼為20，意指本工序採用之刀具規格其刀柄寬度應為25mm；第七區碼為1，意指本工序於加工程序中其刀具的裝配狀態應為軸向。
依上述工序刀具需求解析模組12之處理方法，將加工程式B內5種工序B1-B5依序進行工序解析，並將5個工序B1-B5之工序刀具需求數據串BB1-BB5傳送到所述的控制器以便進行後續的處理。
請參閱圖2至圖4B所示，在本實施方式中，加工工序之刀具確認系統透過處理器21A執行刀具資訊解析模組11與工序刀具需求解析模組12，讀取刀具裝配狀態數據串AA1-AA12及工序刀具需求數據串BB1-BB5，並執行加工工序之刀具確認模組13而利用數學方法將刀具裝配狀態數據串AA1-AA12與工序刀具需求數據串BB1-BB5兩者，進行匹配對應並計算數據串的差值，將結果採以一數據串輸出，稱之為程序與刀具匹配數據串CC，並呈現於車銑複合加工控制器2A上(如圖5C所示)。
請參閱圖5A至圖5C所示，說明產生程序與刀具匹配數據串CC的步驟。首先，讀取第一工序刀具需求數據串BB1，以第一工序刀具需求數據串之第二區碼數據01(刀號位置)為搜尋依據的，以該依據搜尋各刀號位置所對應之刀具裝配狀態數據串AA1-AA12內所有數據串之第一區碼(刀號位置)之數值，若有符合則視之為匹配。
本實施例搜尋之結果以刀具裝配狀態數據串AA1(意指第一刀號位置之刀具裝配狀態數據串)之數據串符合匹配結果。後序將第一工序刀具需求數據串BB1與第一刀號位置之刀具裝配狀態數據串AA1，利用數學方法將兩數據串具相同意涵區碼欄位內之數值進行差值計算，並將計算結果，稱之為程序與刀具匹配數據串CC1，呈現於車銑複合加工控制器2A上。
依上述之方式執行加工程式AA內所有工序之匹配比對，若所有程序與刀具匹配數據串CC1-CC5之結果都為0，則意指加工程式AA與其對應於工具機上所安裝之切削刀為正確匹配，可安全的執行切削加工。若其中有任一工序之差值計算結果不為0，則意指該加工程式AA無法安全執行切削加工。
請參閱圖6所示，例如加工程式AA中第三工序A3經匹配計算後其程序與刀具匹配數據串CC3不為0，則意指該加工程式A中第三工序A3其於車銑複合工具機上所裝配之刀具無法與該工序有所對應(刀具規格出選用錯誤及刀具裝配姿態錯誤)，將出現不安全之加工結果。
車銑複合加工控制器2A針對換旋轉刀塔換刀裝置的健康狀態判別上，在本實施方式中，加工工序之刀具確認系統透過車銑複合加工控制器2A內的資料傳輸，取用最近數次（例如200次）的換刀裝置定位振動數據，並利用數學統計之方式進行數據集合的峰度計算。
在統計學中，峰度（Kurtosis）衡量實數隨機變量概率分布的峰態。峰度高就意味著數據變異度不大。其計算方程式如下：
Figure 02_image004
其中，s是標準差，n是樣本，χ是變數、而在本實施例中為電壓值。
一般而言，當換刀裝置是健康時，利用旋轉刀塔透過旋轉進行換刀的動作直達定位。於定位時之震動透過慣性感測器52所產生之電壓訊號為乃為穩定且變動幅度不大。於本實施例中，當刀具5為徑向裝配時，透過換刀裝置換刀至定位，其感測元件所產生的電壓舉例而言大致為1.4V，且變動幅度不大。一但換刀裝置開始老化甚至是故障，透過換刀裝置換刀至定位，其感測元件所產生的電壓其變動幅度增大，舉例而言，其電壓數值大致為1.2V  1.6V區間，且其變動幅度為+/-0.2間。
一旦旋轉刀塔健康開始老化，當刀具5透過旋轉進行換刀的動作直達定位，由定位時之震動透過慣性感測器52所產生之電壓訊號將開始不穩定，其值與原始數據產生相當幅度之變動。如以刀具裝配為徑向姿態為例，一但旋轉刀塔開始老化故障，原本定位時之震動將會產生不穩定之狀態，其電壓數據將不會接近於1.4V，而是會在1.2~1.6V間變動。例如本次換刀定位為1.33V，下次換刀定位時則為1.55V。
例如，對於一刀具，透過收集最近200次的換刀裝置定位振動數據，並利用數學統計之方式進行200次數據的峰度計算。健康的換刀裝置狀態下，換刀至定位時感測元件產生的電壓數據變化幅度不大，所計算的峰度為常態峰以上(峰度數值大於0)。一旦換刀裝置產生老化或是故障，換刀至定位時感測元件產生的電壓數據變化幅度大，所計算的峰度為常態峰以下(峰度數值小於0)。
透過所述的車銑複合加工控制器2A內的換刀裝置健康狀態分析模組14，取得近200次之換刀至定位的換刀裝置定位振動數據，利用數學方法計算其峰度，並由峰度進行換刀裝置健康狀態的判斷，將結果呈現於車銑複合加工控制器2A上。
請參閱圖1所示，依據本發明所提供之加工工序之刀具確認系統，可歸納出本發明之一種加工工序之刀具確認方法，可應用於電子裝置2中，電子裝置2具有一加工程式儲存裝置22，電子裝置2與具備刀具5的加工設備3及第一無線傳輸模組4裝置相連接，加工設備3上之各刀號位置上裝配之刀具至少有一內部嵌入之第二無線傳輸模組51、慣性感測器52、儲存單元53及處理單元54，該方法包括由電子裝置2執行以下步驟： (a)利用第一無線傳輸模組4獲取加工設備3上之各刀號位置上所裝配之刀具5的儲存單元53內的資料； (b)根據所獲取之刀具5的儲存單元53內的資料進行解析，並將解析結果轉換成刀具裝配狀態數據串，解析結果包含刀號位置、刀具類型、刀具規格及刀具裝配姿態； (c)透過加工程式儲存裝置22獲取加工程式221，解析加工程式221中每一個工序所對應的刀具需求，刀具需求包含刀號位置、刀具類型、刀具規格及刀具裝配姿態，並將刀具需求資訊轉換成工序刀具需求數據串；以及 (d)透過加工程式儲存裝置22獲取刀具裝配狀態數據串及工序刀具需求數據串，將刀具裝配狀態數據串與工序刀具需求數據串進行匹配對應並計算刀具裝配狀態數據串與工序刀具需求數據串的差值，並將結果以程序與刀具匹配數據串輸出。
綜上所述，本案所提供之一種加工工序之刀具確認方法與裝置，可協助操作人員於切削加工程序前，根據欲執行之零件加工程式內容與工具機上所安裝之刀具，自動執行兩者之間是否匹配之辨識系統及方法。本案所提供之一種加工工序之刀具確認方法與裝置可排除人為的不確定因素，從而使得零件之切削加工程序得以正確執行，實現高品質及高安全度之產品加工。再者，該裝置可執行換刀裝置故障的判別，協助使用者進行防護動作，如此可確保加工製程的正確執行。
雖然本案已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本案的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本案的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
1:刀具確認程式儲存裝置 11:刀具資訊解析模組 12:工序刀具需求解析模組 13:加工工序之刀具確認模組 14:換刀裝置健康狀態判別模組 2:電子裝置 2A:車銑複合加工控制器 21、21A:處理器 22、22A:加工程式儲存裝置 221、221A、B:加工程式 3:加工設備 3A:車銑複合加工設備 4:第一無線傳輸模組 5:刀具 51:第二無線傳輸模組 52:慣性感測器 53:儲存單元 54:處理單元 AA1-AA12:刀具裝配狀態數據串/資料 BB、BB1-BB5:工序刀具需求數據串 B1~B5:第一~五工序 CC、CC1~CC5:程序與刀具匹配數據串
圖1為本案之加工工序之刀具確認系統之一實施例之架構圖。 圖2為圖1實施例應用於車銑複合加工設備之示意圖。 圖3為本案之刀具裝配狀態數據串。 圖4A為加工程式之工序程式碼。 圖4B為根據圖4A之工序程式碼解析轉換成之工序刀具需求數據串。 圖5A為工序刀具需求數據串。 圖5B為根據圖5A所搜尋出之刀具裝配狀態數據串。 圖5C為將圖5A及圖5B兩數據串正確匹配之程序與刀具匹配數據串。 圖6A為本發明另一工序刀具需求數據串。 圖6B為根據圖6A為搜尋依據所搜尋出之刀具裝配狀態數據串。 圖6C為將圖6A及圖6B兩數據串錯誤匹配之程序與刀具匹配數據串。
無
1:刀具確認程式儲存裝置
11:刀具資訊解析模組
12:工序刀具需求解析模組
13:加工工序之刀具確認模組
14:換刀裝置健康狀態判別模組
2:電子裝置
21:處理器
22:加工程式儲存裝置
221:加工程式
3:加工設備
4:第一無線傳輸模組
5:刀具
51:第二無線傳輸模組
52:慣性感測器
53:儲存單元
54:處理單元

Claims (8)

  1. 一種加工工序之刀具確認方法，應用於電子裝置中，該電子裝置具有一加工程式儲存裝置，該電子裝置與具備刀具的加工設備及第一無線傳輸模組相連接，該加工設備上之各刀號位置上裝配之刀具至少有一內部嵌入之第二無線傳輸模組、慣性感測器、儲存單元及處理單元，由該電子裝置執行下列步驟：利用該第一無線傳輸模組獲取該加工設備上之各該刀號位置上所裝配之該刀具的儲存單元內的資料；根據所獲取之該刀具的儲存單元內的資料進行解析，並將解析結果轉換成刀具裝配狀態數據串，該解析結果包含刀號位置、刀具類型、刀具規格及刀具裝配姿態；透過該加工程式儲存裝置獲取加工程式，解析該加工程式中每一個工序所對應的刀具需求，該刀具需求包含刀號位置、刀具類型、刀具規格及刀具裝配姿態，並將該刀具需求資訊轉換成工序刀具需求數據串；將該刀具裝配狀態數據串與該工序刀具需求數據串進行匹配對應並計算該刀具裝配狀態數據串與該工序刀具需求數據串的差值，並將結果以程序與刀具匹配數據串輸出；以及由複數次換刀裝置定位振動數據判斷換刀裝置健康狀態，其中該些換刀裝置定位振動數據係由該刀具內之該處理單元將該慣性感測器之電子訊號經運算處理後所得。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之加工工序之刀具確認方法，其中該刀具的儲存單元內的資料包含刀號位置、刀具類型及刀具規格。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之加工工序之刀具確認方法，其中該處理單元接收該刀具內之該慣性感測器之電子訊號並進行運算處理後獲取慣性感測器資料，且該慣性感測器資料對應該刀具的刀具裝配姿態。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之加工工序之刀具確認方法，其中該程序與刀具匹配數據串代表該加工程式內每一個工序其對應於工具機上所安裝之刀具之匹配與辨識結果，其描述該刀具之刀號位置、刀具類型、刀具規格及刀具裝配姿態等各項匹配之結果。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之加工工序之刀具確認方法，其中透過該電子裝置內的資料傳輸，取用最近複數次的該些換刀裝置定位振動數據，並利用數學統計之方式進行數據集合的峰度計算，據以判斷換刀裝置健康狀態。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之加工工序之刀具確認方法，其中所計算的該峰度為常態峰以上時，代表該換刀裝置的狀態為健康；若所計算的峰度為常態峰以下，則代表該換刀裝置的狀態為不健康。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之加工工序之刀具確認方法，其中該常態峰的峰度數值等於0。
  8. 一種加工工序之刀具確認系統，包括：一刀具確認程式儲存裝置，用以儲存一刀具資訊解析模組、一工序刀具需求解析模組以及一加工工序之刀具確認模組，該刀具確認程式儲存裝置更包括一換刀裝置健康狀態判別模組，用以由複數次換刀裝置定位振動數據判斷換刀裝置健康狀態，其中該些換刀裝置定位振動數據係由該刀具內之處理單元將該刀具內之慣性感測器的電子訊號經運算處理後所得；以 及一處理器，耦接該刀具確認程式儲存裝置，並且用以執行該刀具資訊解析模組、該工序刀具需求解析模組以及該加工工序之刀具確認模組至少一者；其中該處理器執行該刀具資訊解析模組以利用一無線傳輸模組獲取一加工設備上之各刀號位置上所裝配之刀具的儲存單元內的資料進行解析，並將解析結果轉換成刀具裝配狀態數據串；以及，該處理器執行該工序刀具需求解析模組以由一電子裝置的加工程式儲存裝置獲取之加工程式中的每一個工序所對應的刀具需求進行解析，並將該刀具需求資訊轉換成工序刀具需求數據串；以及，該處理器執行該加工工序之刀具確認模組以將該刀具裝配狀態數據串與該工序刀具需求數據串進行匹配對應並計算該刀具裝配狀態數據串與該工序刀具需求數據串的差值，並將結果以程序與刀具匹配數據串輸出。
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