TWM530201U - 防撞模擬系統 - Google Patents

Description

防撞模擬系統

本創作是有關於一種防撞模擬系統，尤指一種具有視覺監測定位待加工元件及對機台進行加工前模擬的防撞模擬系統。

工具機(Machines tools)是為製造各種機器及加工設備的機械，工具機依其功能可分為金屬切削工具機及金屬成型工具機兩大類，前者包括有車床、鑽床、銑床、磨床、鉋床等；後者則包括有沖床、剪床等。工具機係由若干零組件所構成，其中採旋轉切削運動的鑽床、銑床、磨床、鉋床等工具機。

為了應付龐大的產能，使得自動化加工的課題越來越熱門。而自動化過程中，若發生非預警之錯誤，例如刀具磨耗超出預期，使得產產出的成品精度不佳，而降低整體生產之良率。因此，勢必得對加工成品去做檢測，將不合格的成品挑出，搭配適時警報機制，來提升加工成品的精度，也能降低成本之浪費。

目前檢測的裝置有很多種，而大部分的裝置一般是針對於單一產品做檢測，然而現在的趨勢是生產多樣化產品，若要應付多樣化產品的需求，目前現有的裝置無法因應並配合生產多樣化產品，故如何克服這些問題，係業界所亟待解決之課題。

本創作提供一種防撞模擬系統，透過影像視覺檢測模組來定位待加工元件，並透過多個定位待加工元件的結果，計算這些待加工元件彼此間距離是否有干涉的情況。此外，於加工前模擬模組中建立加工裝置內的結構資料，以及放入待加工元件資訊，並透過這兩資訊去模擬加工程式，判斷是否會產生碰撞干涉。

本創作提出一種防撞模擬系統，防撞模擬系統包括一進料平台、一影像視覺檢測模組以及一加工前模擬模組。進料平台包含一供料輸送帶及一掉料部，供料輸送帶連接於掉料部，供料輸送帶用以輸送複數個待加工元件。影像視覺檢測模組設於進料平台的上方，影像視覺檢測模組用以定位在供料輸送帶上的複數個待加工元件，且影像視覺檢測模組計算並辨識複數個待加工元件彼此間距離是否位於一干涉位置，當影像視覺檢測模組辨識複數個待加工元件位於干涉位置時，供料輸送帶朝掉料部移動，使複數個待加工元件之至少一待加工元件掉入至掉料部。加工前模擬模組耦接於一加工裝置。

基於上述，在本創作所提出防撞模擬系統中，透過影像視覺檢測模組擷取待加工元件的影像特徵，能定位待加工元件的座標值，並計算來辨識複數個待加工元件彼此間距離是否位於一干涉位置，若處於干涉位置得以藉由移動供料輸送帶來排除一待加工元件，故可有效排除這些有問題或者距離過近之待加工元件，以達到自動化之目的。

100‧‧‧防撞模擬系統

110‧‧‧控制器

120‧‧‧機械手臂

122‧‧‧旋轉缸

124‧‧‧第一夾爪

126‧‧‧第二夾爪

130‧‧‧影像視覺檢測模組

140‧‧‧進料平台

142‧‧‧供料輸送帶

144‧‧‧掉料部

146‧‧‧感應器

150‧‧‧加工裝置

152‧‧‧主軸

160‧‧‧加工前模擬模組

161‧‧‧模擬執行元件

163‧‧‧加工裝置資訊

165‧‧‧刀具資訊

167‧‧‧主軸資訊

169‧‧‧待加工元件資訊

180‧‧‧收料平台

182‧‧‧收料輸送帶

P1、P2‧‧‧輸送方向

Q1‧‧‧問題區域

V1‧‧‧辨識範圍

20、22、24、25、26‧‧‧待加工元件

26‧‧‧加工後元件

第1圖為本創作的防撞模擬系統的示意圖。

第2圖為本創作的防撞模擬系統一實施例的示意圖。

第3圖為本創作的防撞模擬系統中加工前模擬模組的示意圖。

第4圖為第2圖之機械手臂的局部示意圖。

第5圖為本創作的防撞模擬系統配合機械手臂一操作例的示意圖。

第6圖為本創作的防撞模擬系統配合機械手臂一操作例的示意圖。

以下謹結合附圖和實施例，對本創作的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本創作的技術方案，而非用以限制本創作的保護範圍。

第1圖為本創作的防撞模擬系統的示意圖。第2圖為本創作的防撞模擬系統一實施例的示意圖。請參閱第1圖及第2圖。

在本實施例中，防撞模擬系統100包括一控制器110、一機械手臂120、一影像視覺檢測模組130、一進料平台140、一加工裝置150、一加工前模擬模組160、一收料平台180，其中機械手臂120耦接於控制器110，影像視覺檢測模組130耦接於控制器110，加工前模擬模組160耦接於加工裝置150。

進料平台140包含一供料輸送帶142、一掉料部144以及一感應器146。供料輸送帶142連接於掉料部144，供料輸送帶142用以沿著一輸 送方向P1輸送複數個待加工元件20、22。感應器146設於供料輸送帶142，感應器146用以感應供料輸送帶142上是否有複數個待加工元件20、22。

影像視覺檢測模組130設於進料平台140的上方。影像視覺檢測模組130用以定位在供料輸送帶142上的複數個待加工元件20、22，且計算並辨識該複數個待加工元件20、22彼此間距離是否位於一干涉位置。詳細而言，影像視覺檢測模組130係以擷取該複數個待加工元件20、22的圖形來辨識比對。影像視覺檢測模組130例如包含攝影機本體與鏡頭。攝影機本體具有處理器，可對所擷取到的影像作處理並辨識。此外，攝影機本體會依據所述待加工元件的精細度，去調整影像解析度。鏡頭部分可依據環境的不同而調控光圈的進光量，亦可依據實際拍攝畫面範圍來調整焦距。

舉例來說，本實施例影像視覺檢測模組130依據實際操作環境的不同，而可去決定如判定的門檻值、容許的旋轉角度、尋找的數量等抓取的條件。將此抓取的條件參數存放於影像視覺檢測模組130內部記憶體，並在擷取待加工元件20、22的影像時，計算整個畫面，並獲得辨識結果，進而取得待加工元件20、22特徵值(如座標值)。

影像視覺檢測模組130用以檢測在供料輸送帶142上的複數個待加工元件20、22的座標值，並將該複數個待加工元件20、22的座標值傳至控制器110。需說明的是，影像視覺檢測模組130與控制器110兩者可透過網路通訊協定(Transmission Control Protocol/Intemet Protocol,TCP/IP)方式與交換進行訊號傳輸。

加工裝置150位於進料平台140旁，加工裝置150例如為一車床，其包含一主軸152。

加工前模擬模組160用以對加工裝置150進行3D干涉檢查功能(3D Interference Check)，透過此功能事先描繪、定義不可發生碰撞物件，可以避免干涉可能性發生時，觸發機台停止動作。

如第3圖所示，第3圖為本創作的防撞模擬系統中加工前模擬模組的示意圖。加工前模擬模組160內包含一模擬執行元件161、一加工裝置資訊163、一刀具資訊165、一主軸資訊167及一待加工元件資訊169，依據加工裝置資訊163、刀具資訊165、主軸資訊167及待加工元件資訊169並透過模擬執行元件161去模擬判斷是否產生碰撞干涉。

具體而言，首先，步驟1：3D干涉檢查功能設定，對於名稱、顯示及座標系來作設定，其中名稱設定為對如加工裝置資訊163、主軸資訊167及待加工元件資訊169等物件(object)名稱作設定，顯示設定如設定形狀序號表的數量，以及設定物件(object)是否要隱藏，隱藏後的物件(object)就無法修改相關如繪圖設定、軸移動設定等設定。

接著，步驟2：設定一參考位置，例如為設定機械座標原點，以及設定刀具資訊165中的刀具參考位置及刀具方向，其中刀具參考位置例如為設定機械座標原點，刀具方向設定為沿著坐標系中負Z軸方向，並輸入形狀序號與繪製夾刀端面側，接續，輸入形狀序號，繪製主軸頭部側，如此完成主軸頭部側3D圖形。然，上述僅為舉例說明，端視實際機台及操作情況而可調整所述參數設定。

而後，步驟3：繪圖設定C軸工作台。在此設定參考位置，例如為設定機械座標原點為C軸工作台平面中心。接著，依據前述步驟2過程，繪製出C軸工作台3D圖形。

同理進行步驟4：繪圖設定B軸工作台。最後步驟5：繪圖設定B軸旋轉台機構及床台。上述加工裝置資訊163包含C軸工作台、B軸工作台、B軸旋轉台機構及床台，然，本創作不以此為限制，端視實際工作機台而可調整輸入繪圖的資訊。

後續尚有設定物件、刀具的有效圖形(Valid Figure)、設定刀具、C軸工作台、B軸工作台、B軸旋轉台機構及床台的移動軸(move axis)及製作刀具圖形等。

透過上述於加工前模擬模組160內建立加工裝置內的結構資料(含加工裝置資訊163、刀具資訊165、主軸資訊167)，以及放入待加工元件資訊169，並利用這兩資訊去模擬加工程式，判斷是否會產生碰撞干涉，此舉可以有效事先模擬加工裝置加工，進而避免後續實際加工干涉可能性發生。

請復參閱第1圖及第2圖。收料平台180包含一收料輸送帶182，收料平台180位於進料平台142旁。收料輸送帶182用以沿著一輸送方向P2輸送加工後元件26。

控制器110用以操控機械手臂120的動作。控制器110包含緊急停止鈕，而可立即停止機械手臂120的運作，進一步地，控制器110更包含紀錄位置的功能，讓操作者能記錄經常使用的機械手臂的座標位置及移動軌跡。此外，更可藉由提供設定一禁區部分，以避免碰撞到進料平台140或加工裝置150等機台。如此一來，藉由控制器110來操控所述機械手臂120在上述進料平台140、加工裝置150及收料平台180之間移動。

在本實施例中，藉由所述機械手臂120去夾取進料平台140 上的待加工元件20、22，機械手臂120用以將複數個待加工元件20、22之其中一待加工元件22置入至加工裝置150的主軸152內，位於主軸152內的待加工元件22經加工而成一加工後元件26，再經由機械手臂120將加工後元件26置放於收料平台180的收料輸送帶182上。

具體而言，機械手臂120例如為一門型機械手，其使用三組螺桿，分別代表該機械手臂120移動的三軸(X軸、Y軸、Z軸)，透過此三軸，作為工作座標，讓機械手臂120能移動至任意位置。舉例而言，在第2圖中藉由移動X軸，Y軸而該機械手臂120可以在進料平台140移動，並藉由移動Z軸來讓該機械手臂120向下移動去抓取進料平台140上的待加工元件。在一實施例中，亦可在機械手臂120的各軸加裝極限感應器，用來確保移動時不會超出活動範圍。在另一實施例中，亦可在機械手臂120的各軸加裝原點感應器，作為該機械手臂120原點賦歸的動作，當然，本創作不以此為限，端視實際情況而可在機械手臂120的各軸上加裝對應的感應器。

第4圖為第2圖之機械手臂的局部示意圖。具體而言，如第4圖所示，機械手臂120包含一旋轉缸122、一第一夾爪124以及一第二夾爪126。旋轉缸122連接於第一夾爪124與第二夾爪126。第一夾爪124用以抓取供料輸送帶142上的複數個待加工元件20、22之其中一待加工元件22，第二夾爪126用以抓取位於加工裝置152內的加工後元件26，接著，第二夾爪126用以將加工後元件26置放於收料平台180上。

第5圖為本創作的防撞模擬系統配合機械手臂一操作例的示意圖。第6圖為本創作的防撞模擬系統配合機械手臂一操作例的示意圖。請參閱第1圖至第6圖。

實際操作上，首先，透過感應器146來感應供料輸送帶142是否有待加工元件，確認是否有待加工元件。當感應器146被觸發時，代表供料輸送帶142上有待加工元件，若無待加工元件則啟動供料輸送帶142沿著輸送方向P1移動，直到感應器146被觸發為止。

當觸發感應器146後，則啟動影像視覺檢測模組130擷取當下之影像，並用特徵比對來定位待加工元件的座標值，且影像視覺檢測模組130計算並辨識複數個待加工元件是否位於一干涉位置，其中所述干涉位置為複數個待加工元件距離過近。

舉例而言，如第5圖所示，待加工元件24、25、26位於辨識範圍V1內。其中位於問題區域Q1內的待加工元件24、25兩者放置位置過近，此舉會造成後續機械手臂120不容易抓取，故待加工元件24、25為位於干涉位置。當影像視覺檢測模組130辨識待加工元件24、25位於干涉位置時，供料輸送帶142沿輸送方向P1朝掉料部144移動，使待加工元件24、25之一待加工元件25掉入至掉料部144(如第6圖所示)。

因此，透過上述方式，進料時，進料平台140上的待加工元件能夠隨機擺放的，當機械手臂120抓取時，若兩待加工元件太接近會造成碰撞的產生，因此加入影像視覺檢測模組130來判斷是否有干涉之情形。

在排除距離過近的待加工元件25後，後續當機械手臂120欲抓取待加工元件24時，依據待加工元件24的座標值，控制器110控制機械手臂120的X軸及Y軸，以移動至目標位置，接著再移動Z軸，透過第一夾爪124以抓取待加工元件24。接著機械手臂120將待加工元件24移動至加工裝置150內的主軸152並加工而為加工後元件26，而後第二夾爪126抓取位於加工 裝置152內的加工後元件26並移出主軸152後反轉第二夾爪126，並將加工後元件26置放於收料平台180上，最後正轉機械手臂120，讓第一夾爪124與第二夾爪126回復成初始狀態。此外，於加工裝置150加工前，透過上述加工前模擬模組160內建立加工裝置內的結構資料(含加工裝置資訊、刀具資訊、主軸資訊)，以及放入待加工元件資訊，並利用這兩資訊去模擬加工程式，判斷是否會產生碰撞干涉，藉以避免後續實際加工干涉可能性發生。

綜上所述，在本創作所提出防撞模擬系統中，透過影像視覺檢測模組擷取待加工元件的影像特徵，能定位待加工元件的座標值，並計算來辨識複數個待加工元件彼此間距離是否位於一干涉位置，若處於干涉位置得以藉由移動供料輸送帶來排除一待加工元件，故可有效排除這些有問題或者距離過近之待加工元件，以達到自動化之目的。

此外，在本創作中，加工前模擬模組對加工裝置進行3D干涉檢查功能(3D Interference Check)，透過上述於加工前模擬模組內建立加工裝置內的結構資料(含加工裝置資訊、刀具資訊、主軸資訊)，以及放入待加工元件資訊，並利用這兩資訊去模擬加工程式，判斷是否會產生碰撞干涉，換言之，透過此功能事先描繪、定義不可發生碰撞物件，此舉可以有效事先模擬加工裝置加工，進而避免後續實際加工干涉可能性發生。

以上所述，乃僅記載本創作為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本創作專利實施之範圍。即凡與本創作專利申請範圍文義相符，或依本創作專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本創作專利範圍所涵蓋。

100‧‧‧防撞模擬系統

110‧‧‧控制器

120‧‧‧機械手臂

130‧‧‧影像視覺檢測模組

140‧‧‧進料平台

150‧‧‧加工裝置

152‧‧‧主軸

160‧‧‧加工前模擬模組

180‧‧‧收料平台

Claims (8)

1. 一種防撞模擬系統，包括：一進料平台，包含一供料輸送帶及一掉料部，該供料輸送帶連接於該掉料部，該供料輸送帶用以輸送複數個待加工元件；一影像視覺檢測模組，設於該進料平台的上方，該影像視覺檢測模組用以定位在該供料輸送帶上的該複數個待加工元件，且該影像視覺檢測模組計算並辨識該複數個待加工元件彼此間距離是否位於一干涉位置，當該影像視覺檢測模組辨識該複數個待加工元件位於該干涉位置時，該供料輸送帶朝該掉料部移動，使該複數個待加工元件之至少一待加工元件掉入至該掉料部；以及一加工前模擬模組，耦接於一加工裝置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之防撞模擬系統，其中該進料平台更包含一感應器，該感應器設於該供料輸送帶，該感應器用以感應該供料輸送帶上是否有該複數個待加工元件。
3. 如申請專利範圍第1項所述之防撞模擬系統，其中該加工前模擬模組內包含一模擬執行元件、一加工裝置資訊、一刀具資訊、一主軸資訊及一待加工元件資訊，依據該加工裝置資訊、該刀具資訊、該主軸資訊及該待加工元件資訊並透過該模擬執行元件去模擬判斷是否產生碰撞干涉。
4. 如申請專利範圍第1項所述之防撞模擬系統，更包括：一控制器；以及一機械手臂，耦接於該控制器，依據該複數個待加工元件之其中一待加工元件的一座標值，該控制器控制該機械手臂以抓取該複數個待加工元件之其中一待加工元件，該加工裝置位於該進料平台旁，該機械手臂用以將該複數個待加工元件之其中一待加工元件置入至該加工裝置的 一主軸內，位於該主軸內的待加工元件經加工而成一加工後元件。
5. 如申請專利範圍第4項所述之防撞模擬系統，其中該機械手臂包含一第一夾爪、第二夾爪與一旋轉缸，該旋轉缸連接於該第一夾爪與該第二夾爪，該第一夾爪用以抓取該供料輸送帶上的該複數個待加工元件之其中一待加工元件，該第二夾爪用以抓取位於該加工裝置內的該加工後元件。
6. 如申請專利範圍第5項所述之防撞模擬系統，更包括：一收料平台，包含一收料輸送帶，該收料平台位於該進料平台旁，該第二夾爪用以將該加工後元件置放於該收料平台上。
7. 如申請專利範圍第1項所述之防撞模擬系統，其中所述干涉位置為該複數個待加工元件彼此間距離過近。
8. 如申請專利範圍第1項所述之防撞模擬系統，其中該影像視覺檢測模組係以擷取該複數個待加工元件的圖形來辨識比對。