TWI721872B - 適用於具有輸送帶的自動化機台的自動控制系統及方法 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種適用於具有輸送帶的自動化機台的自動控制系統及方法，其中自動控制方法包含以下操作。令自動化機台的軌道裝置以預設加速度從零速度提昇至第一軌道速度來運作；在第一感測器感測到待測物以後，令軌道裝置進行梯形加減速。梯形加減速係從第一軌道速度以預設加速度提昇至第二軌道速度，進而在軌道裝置維持在第二軌道速度的期間再以預設減加速度降至零速度，使待測物停在目標位置。

Description

適用於具有輸送帶的自動化機台的自動控制系統及方法

本發明是有關於一種系統與方法，且特別是有關於一種適用於具有輸送帶的自動化機台的自動控制系統及方法。

目前傳統機台採用之上位控制器，使用速度環控制，停止位置不精確。在碰撞停板機構時會回彈，然後再慢速將待測板穩定頂著停板機構。回彈又頂回的狀況造成進板時間不穩定，以及停板機構損耗影響到停板位置的精準度。

另外，目前傳統機台目前採用之上位控制器，進板時軌道速度與前站不相同，將待測板帶入時可能造成打滑，使得進板時間不穩定。再者，目前進板速度需要調機，隨著待測板的尺寸、重量而有不同，需要手工調機。

本發明提出一種適用於具有輸送帶的自動化機台 的自動控制系統及方法，改善先前技術的問題。

在本發明的一實施例中，本發明所提出的自動控制系統適用於具有輸送帶的自動化機台，自動控制系統包含驅動器、軸控制裝置、控制器以及第一感測器，驅動器電性連接自動化機台的軌道裝置，軸控制裝置電性連接驅動器，控制器電性連接軸控制裝置，第一感測器電性連接軸控制裝置。控制器發送單一指令至軸控制裝置，使驅動器驅動軌道裝置以預設加速度從零速度提昇至第一軌道速度來運作。在第一感測器感測到待測物以後，軸控制裝置令軌道裝置進行梯形加減速，梯形加減速係從第一軌道速度以預設加速度提昇至第二軌道速度，進而在軌道裝置維持在第二軌道速度的期間再以預設減加速度降至零速度，使待測物經歷移動距離後停在目標位置。

在本發明的一實施例中，第一感測器鄰近自動化機台的軌道裝置的輸入端，輸入端鄰近前一自動化機台，前一自動化機台的軌道裝置以第一軌道速度將待測物送進自動化機台的軌道裝置的輸入端，自動化機台的軌道裝置以第一軌道速度接收待測物。

在本發明的一實施例中，在第一感測器感測到待測物以後，當第一感測器感測到待測物已脫離第一感測器時，軸控制裝置令軌道裝置進行梯形加減速，梯形加減速係基於預設加速度以及從零速度提昇至第一軌道速度的時間，相應地延長軌道裝置維持在第二軌道速度的期間，藉以於移動距離中補償初始移動距離。

在本發明的一實施例中，自動控制系統更包含第二感測器，第二感測器電性連接軸控制裝置，第二感測器設置於軌道裝置。第二感測器感測待測物是否停在目標位置。

在本發明的一實施例中，軸控制裝置為現場可程式化邏輯閘陣列(FPGA)或特殊應用積體電路(ASIC)，控制器為可程式邏輯控制器(PLC)。

在本發明的一實施例中，本發明所提出的自動控制方法適用於具有輸送帶的自動化機台，自動控制方法包含以下操作。令自動化機台的軌道裝置以預設加速度從零速度提昇至第一軌道速度來運作；在第一感測器感測到待測物以後，令軌道裝置進行梯形加減速。梯形加減速係從第一軌道速度以預設加速度提昇至第二軌道速度，進而在軌道裝置維持在第二軌道速度的期間再以預設減加速度降至零速度，使待測物停在目標位置。

在本發明的一實施例中，第一感測器鄰近自動化機台的軌道裝置的輸入端，輸入端鄰近前一自動化機台，前一自動化機台的軌道裝置以第一軌道速度將待測物送進自動化機台的軌道裝置的輸入端，自動化機台的軌道裝置以第一軌道速度接收待測物。

在本發明的一實施例中，自動控制方法更包含：在第一感測器感測到待測物以後，當第一感測器感測到待測物已脫離第一感測器時，令軌道裝置進行梯形加減速，梯形加減速係基於預設加速度以及從零速度提昇至第一軌道速度的時間，相應地延長軌道裝置維持在第二軌道速度的 期間，藉以於移動距離中補償初始移動距離。

在本發明的一實施例中，自動控制方法更包含：透過第二感測器感測待測物是否停在目標位置。

在本發明的一實施例中，自動控制方法更包含：在自動調機過程中，依據待測物的尺寸，決定移動距離；依據待測物的重量與驅動器的啟動轉矩，決定加速時間；設定減速時間與加速時間之間的倍數關係；依據待測物的重量與驅動器的最大轉矩，決定最高軌道速度；依據加速時間、減速時間與最高軌道速度，透過自動學習以調整預設加速度、預設減加速度與第二軌道速度。

綜上所述，本發明之技術方案與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。藉由本發明的技術方案，控制器發出單一整合指令予軸控制裝置，簡單化待測物從帶入軌道一直到移動到位，從而減少待測物碰撞檔板問題，並減少停板機構損耗與減短到位時間，提升測試速度。另外，本發明的技術方案解決前一自動化機台與本自動化機台軌道交界處，因速度不一致造成待測物打滑，進而影響測試時間不穩定問題。再者，藉由本發明的技術方案，在輸入待測物的尺寸與重量後，透過穩定且精確的位置移動指令，再分析第一感測器與第二感測器之間的時間差距，系統可自動調機並運算最佳加減速曲線。

以下將以實施方式對上述之說明作詳細的描述，並對本發明之技術方案提供更進一步的解釋。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附符號之說明如下：

10:自動化機台

20:前一自動化機台

100:自動控制系統

110:驅動器

120:軸控制裝置

130:控制器

140:第一感測器

150:第二感測器

190:軌道裝置

210:待測物

220:輸入端

250:目標位置

260:檔板

270:輸送帶

290:軌道裝置

310:梯形加減速

400:自動控制方法

S401~S403:步驟

A:三角形面積

A’:補償面積

D:移動距離

V1:第一軌道速度

V2:第二軌道速度

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖是依照本發明一實施例之一種自動控制系統的方塊圖；

第2圖是依照本發明一實施例之一種自動控制系統運送待測物的示意圖；

第3圖是依照本發明一實施例之一種軌道裝置於運作時的速對對時間的關係圖；以及

第4圖是依照本發明一實施例之一種自動控制方法的流程圖。

為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施例，圖式中相同之號碼代表相同或相似之元件。另一方面，眾所週知的元件與步驟並未描述於實施例中，以避免對本發明造成不必要的限制。

於實施方式與申請專利範圍中，涉及『連接』之描述，其可泛指一元件透過其他元件而間接耦合至另一元件，或是一元件無須透過其他元件而直接連結至另一元件。

於實施方式與申請專利範圍中，涉及『連線』之描述，其可泛指一元件透過其他元件而間接與另一元件進行有線與/或無線通訊，或是一元件無須透過其他元件而實體連接至另一元件。

於實施方式與申請專利範圍中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則『一』與『該』可泛指單一個或複數個。

本文中所使用之『約』、『大約』或『大致』係用以修飾任何可些微變化的數量，但這種些微變化並不會改變其本質。於實施方式中若無特別說明，則代表以『約』、『大約』或『大致』所修飾之數值的誤差範圍一般是容許在百分之二十以內，較佳地是於百分之十以內，而更佳地則是於百分之五以內。

第1圖是依照本發明一實施例之一種自動控制系統100的方塊圖。如第1圖所示，自動控制系統100適用於自動化機台10，自動控制系統100包含驅動器110、軸控制裝置120、控制器130、第一感測器140以及第二感測器150。在架構上，驅動器110電性連接自動化機台10的軌道裝置190，軸控制裝置120電性連接驅動器110，控制器130電性連接軸控制裝置120，第一感測器140電性連接軸控制裝置120，第二感測器150電性連接軸控制裝置120。

舉例而言，軌道裝置190可包含馬達以及輸送帶270(如第2圖所示)，驅動器110可為馬達控制器，軸控制裝置120為現場可程式化邏輯閘陣列(FPGA)或特殊應用積體電路(ASIC)，控制器130為可程式邏輯控制器(PLC)。

實務上，可程式邏輯控制器控制板(PLC Control Board)能夠降低線上(In-Line)自動化機台控制成本、 提升所需性能。獨立的現場可程式化邏輯閘陣列式(FPGA-based)馬達上位軸控，能夠因應In-Line環境，來開發指令集與功能。在現場可程式化邏輯閘陣列的有限資源內，開發出6~8軸的控制輸出，可與步進、伺服馬達連接。功能的開發同時考量使用資源，將成本效應最佳化。

在架構上，第一感測器140與第二感測器150可直接連接軸控制裝置120，無需透過控制器130，亦即，第一感測器140與第二感測器150可以與控制器130電性隔離。藉此，減少控制器130與軸控制裝置120通訊時間，反應迅速。

為了對上述自動控制系統100的運作方式做更進一步的闡述，請同時參照第1~3圖，第2圖是依照本發明一實施例之一種自動控制系統100運送待測物210的示意圖，第3圖是依照本發明一實施例之一種軌道裝置190於運作時的速對對時間的關係圖。舉例而言，待測物210可為電路板、晶圓、顯示面板或其他物品。

於運作時，控制器130發送單一指令(如：單一整合指令)至軸控制裝置120，使驅動器110驅動軌道裝置190以預設加速度從零速度提昇至第一軌道速度V1來運作。在第一感測器140感測到待測物210以後，軸控制裝置120令軌道裝置190進行梯形加減速310，梯形加減速310係從第一軌道速度V1以預設加速度提昇至第二軌道速度V2，進而在軌道裝置190維持在第二軌道速度V2的期間再 以預設減加速度降至零速度，使待測物210經歷移動距離D後停在目標位置250。第二感測器150感測待測物210是否停在目標位置250；若是，自動化機台10的測試裝置對待測物210進行測試。藉此，自動控制系統100整合並簡單化待測物210從帶入軌道裝置190一直到移動到位，從而減少待測物210碰撞檔板260問題，並減少停板機構損耗與減短到位時間，提升測試速度。

在第2圖中，第一感測器140鄰近自動化機台10的軌道裝置190的輸入端220，輸入端220鄰近前一自動化機台20，前一自動化機台20的軌道裝置290以第一軌道速度將待測物210送進自動化機台10的軌道裝置190的輸入端220，自動化機台10的軌道裝置190以第一軌道速度接收待測物210。藉此，自動控制系統100解決前一自動化機台20與本自動化機台10軌道交界處，因速度不一致造成待測物210打滑，進而影響測試時間不穩定問題。

請同時參照第1~3圖，在本發明的一實施例中，在第一感測器140感測到待測物210以後，當第一感測器140感測到待測物210已脫離第一感測器140時，軸控制裝置120令軌道裝置190進行梯形加減速310，梯形加減速310係基於預設加速度以及從零速度提昇至第一軌道速度V1的時間，相應地延長軌道裝置190維持在第二軌道速度V2的期間，藉以於移動距離D中補償初始移動距離。

應瞭解到，於自動控制系統100運作時，梯形加減速310帶有初速度(第一軌道速度V1)，則相同的梯形曲 線下，位移(梯形面積)會少掉初速度加速時所構成的三角形面積A(即，初始移動距離)，因此本案採用最小化具備初速度梯形加減速運算能力使用資源，即使用相同的預設加速度，讓初始加速斜率等於梯形加速斜率，所以初始加速時的脈衝指令數量(即馬達旋轉造成之軌道移動)可以補償在梯形的等速段中，從而大幅降低硬體運算複雜度；換言之，補償面積A’等於三角形面積A，梯形加減速310中的面積為移動距離D。

為了對上述自動控制系統100的自動控制方法做更進一步的闡述，請同時參照第1~4圖，第4圖是依照本發明一實施例之一種自動控制方法400的流程圖。如第2圖所示，自動控制方法400包含步驟S401~S403(應瞭解到，在本實施例中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行)。

於步驟S401，令自動化機台10的軌道裝置190以預設加速度從零速度提昇至第一軌道速度V1來運作。於步驟S402，在第一感測器140感測到待測物210以後，令軌道裝置190進行梯形加減速310。梯形加減速310係從第一軌道速度V1以預設加速度提昇至第二軌道速度V2，進而在軌道裝置190維持在第二軌道速度V2的期間再以預設減加速度降至零速度，使待測物210停在目標位置250。於步驟S403，透過第二感測器150感測待測物210是否停在目標位置250；若是，自動化機台10的測試裝置對待測物210 進行測試。藉此，自動控制方法400整合並簡單化待測物210從帶入軌道裝置190一直到移動到位，從而減少待測物210碰撞檔板260問題，並減少停板機構損耗與減短到位時間，提升測試速度。

在自動控制方法400中，第一感測器140鄰近自動化機台10的軌道裝置190的輸入端220，輸入端220鄰近前一自動化機台20，前一自動化機台20的軌道裝置290以第一軌道速度V1將待測物送進自動化機台10的軌道裝置190的輸入端220，自動化機台10的軌道裝置190以第一軌道速度V1接收待測物210。

在自動控制方法400中，在第一感測器140感測到待測物210以後，當第一感測器140感測到待測物210已脫離第一感測器140時，令軌道裝置190進行梯形加減速310，梯形加減速310係基於預設加速度以及從零速度提昇至第一軌道速度V1的時間，相應地延長軌道裝置190維持在第二軌道速度V2的期間，藉以於移動距離D中補償初始移動距離。

應瞭解到，在自動控制方法400中，梯形加減速310帶有初速度(第一軌道速度V1)，則相同的梯形曲線下，位移(梯形面積)會少掉初速度加速時所構成的三角形面積A(即，初始移動距離)，因此本案採用最小化具備初速度梯形加減速運算能力使用資源，即使用相同的預設加速度，讓初始加速斜率等於梯形加速斜率，所以初始加速時的脈衝指令數量(即馬達旋轉造成之軌道移動)可以 補償在梯形的等速段中，從而大幅降低硬體運算複雜度；換言之，補償面積A’等於三角形面積A，梯形加減速310中的面積為移動距離D。

在本發明的一實施例中，自動控制方法400更包含自動調機過程，自動調機過程包含公式套用和自動學習。自動調機過程的主要運算可由軸控制裝置120與/或控制器130來實現，亦可由自動控制系統100連接外部電腦來協同作業。

在公式套用中，依據待測物的尺寸(如：長度)，決定移動距離D；依據待測物210的重量與驅動器110的啟動轉矩，決定加速時間；設定減速時間與加速時間之間的倍數關係，此倍數關係可依照經驗值決定；依據待測物210的重量與驅動器110的最大轉矩，決定最高軌道速度。

如此，基本的加減速曲線能確保驅動器110(如：馬達驅動器不失步)，但不代表待測物210與軌道裝置190之間沒有因為慣性、摩擦力而滑動。因此，依據加速時間、減速時間與最高軌道速度，透過自動學習以調整預設加速度、預設減加速度與第二軌道速度V2。

關於實際學習加速時間，基本加減速曲線確立後，利用第二感測器150偵測到待測物210是否到位。自動控制系統100將加速與減速時間持續增加、最高速不變，直到第二感測器150偵測正確為止。

關於實際學習減速時間，當加速時間校正完成後，減少些微移動距離，此時移動指令完成後第二感測器150 不應偵測到物210。自動控制系統100可持續減少減速時間，直到第二感測器150偵測到為止，此時間為減速時間之極限。

接下來，硬體進行計算，依照加速時間、減速時間、最高速度計算出加速、減速所需脈衝數量。在利用總位移來計算等速段脈衝數量。

舉例而言，輸入待測物210尺寸與重量，完成符合馬達驅動器之加減速曲線，確保軌道裝置190的馬達不失步。減速時間暫時設定為加速時間之兩倍。依照加減速曲線運作，若第二感測器150未偵測到待測物210，則同時增加加速及減速時間10%。同時也增加減速時間的原因為使減速的狀態更穩定，不會影響加速時間的調整。固定加速時間，減少移動距離1mm。自動持續減少減速時間10%，直到第二感測器150偵測到待測物210為止。完成後上一次的減速時間為極限值。實際套用最高速度的90%、加速時間的110%、減速時間的110%作為安全值。應瞭解到，以上數值僅為例示，並非用以限定本發明，熟習此技藝者當視實際應用來彈性調整各項參數。

綜上所述，本發明之技術方案與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。藉由本發明的技術方案，控制器發出單一整合指令予軸控制裝置，簡單化待測物210從帶入軌道裝置190一直到移動到位，從而減少待測物210碰撞檔板260問題，並減少停板機構損耗與減短到位時間，提升測試速度。另外，本發明的技術方案解決前一自動化機 台20與本自動化機台10軌道交界處，因速度不一致造成待測物210打滑，進而影響測試時間不穩定問題。再者，藉由本發明的技術方案，在輸入待測物210的尺寸與重量後，透過穩定且精確的位置移動指令，再分析第一感測器140與第二感測器150之間的時間差距，自動控制系統100與/或自動控制方法400可自動調機並運算最佳加減速曲線。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10:自動化機台

100:自動控制系統

110:驅動器

120:軸控制裝置

130:控制器

140:第一感測器

150:第二感測器

190:軌道裝置

Claims (10)

1. 一種自動控制系統，適用於具有輸送帶的一自動化機台，該自動控制系統包含：

   一驅動器，電性連接該自動化機台的一軌道裝置；

   一軸控制裝置，電性連接該驅動器；

   一控制器，電性連接該軸控制裝置，該控制器發送一單一指令至該軸控制裝置，使該驅動器驅動該軌道裝置以一預設加速度從一零速度提昇至一第一軌道速度來運作；以及

   一第一感測器，電性連接該軸控制裝置，在該第一感測器感測到一待測物以後，該軸控制裝置令該軌道裝置進行一梯形加減速，該梯形加減速係從該第一軌道速度以該預設加速度提昇至一第二軌道速度，進而在該軌道裝置維持在該第二軌道速度的期間再以一預設減加速度降至該零速度，使該待測物經歷一移動距離後停在一目標位置。
2. 如請求項1所述之自動控制系統，其中該第一感測器鄰近該自動化機台的該軌道裝置的一輸入端，該輸入端鄰近一前一自動化機台，該前一自動化機台的一軌道裝置以該第一軌道速度將該待測物送進該自動化機台的該軌道裝置的該輸入端，該自動化機台的該軌道裝置以該第一軌道速度接收該待測物。
3. 如請求項2所述之自動控制系統，其中在該第一感測器感測到該待測物以後，當該第一感測器感測到該待測物已脫離該第一感測器時，該軸控制裝置令該軌道裝置進行該梯形加減速，該梯形加減速係基於該預設加速度以及從該零速度提昇至該第一軌道速度的時間，相應地延長該軌道裝置維持在該第二軌道速度的該期間，藉以於該移動距離中補償一初始移動距離。
4. 如請求項3所述之自動控制系統，更包含：

   一第二感測器，電性連接該軸控制裝置，該第二感測器感測該待測物是否停在該目標位置。
5. 如請求項1所述之自動控制系統，其中該軸控制裝置為一現場可程式化邏輯閘陣列(FPGA)或一特殊應用積體電路(ASIC)，該控制器為一可程式邏輯控制器(PLC)。
6. 一種自動控制方法，適用於具有輸送帶的一自動化機台，該自動控制方法包含：

   令該自動化機台的一軌道裝置以一預設加速度從一零速度提昇至一第一軌道速度來運作；

   在一第一感測器感測到一待測物以後，令該軌道裝置進行一梯形加減速，該梯形加減速係從該第一軌道速度 以該預設加速度提昇至一第二軌道速度，進而在該軌道裝置維持在該第二軌道速度的期間再以一預設減加速度降至一零速度，使該待測物停在一目標位置。
7. 如請求項6所述之自動控制方法，其中該第一感測器鄰近該自動化機台的該軌道裝置的一輸入端，該輸入端鄰近一前一自動化機台，該前一自動化機台的一軌道裝置以該第一軌道速度將該待測物送進該自動化機台的該軌道裝置的該輸入端，該自動化機台的該軌道裝置以該第一軌道速度接收該待測物。
8. 如請求項7所述之自動控制方法，更包含：

   在該第一感測器感測到該待測物以後，當該第一感測器感測到該待測物已脫離該第一感測器時，令該軌道裝置進行該梯形加減速，該梯形加減速係基於該預設加速度以及從該零速度提昇至該第一軌道速度的時間，相應地延長該軌道裝置維持在該第二軌道速度的該期間，藉以於該移動距離中補償一初始移動距離。
9. 如請求項8所述之自動控制方法，更包含：

   透過一第二感測器感測該待測物是否停在該目標位置。
10. 如請求項9所述之自動控制方法，更包含：

    在一自動調機過程中，依據該待測物的尺寸，決定該移動距離；

    依據該待測物的重量與該驅動器的啟動轉矩，決定一加速時間；

    設定一減速時間與該加速時間之間的倍數關係；

    依據該待測物的重量與該驅動器的最大轉矩，決定一最高軌道速度；

    依據該加速時間、該減速時間與該最高軌道速度，透過自動學習以調整該預設加速度、該預設減加速度與該第二軌道速度。

Images