TWM592802U

TWM592802U - 切割加工輔助系統

Info

Publication number: TWM592802U
Application number: TW108217027U
Authority: TW
Inventors: 梁志鴻; 陳淳和; 邱文彬; 莊佳勳
Original assignee: 財團法人自行車暨健康科技工業研究發展中心
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2020-04-01

Abstract

本新型揭露一種切割加工輔助系統，其係於電子運算裝置設置切割參數專家建立模組、切割參數專家建議模組及切割加工參數輸出模組。切割參數專家建立模組包括切割參數輸入模組以供輸入經實驗驗證的合格切割參數，合格切割參數包括合格切割條件參數及已切割件條件參數。切割參數專家建議模組包括待切割件條件參數輸入模組，以供輸入待切割件條件參數，並與已切割件條件參數比對，以找出與相符的已切割件條件參數及合格切割條件參數，以作為切割加工條件建議參數。切割加工參數輸出模組用以將組切割加工條件建議參數輸出，以對切割機具進行切割加工製程的控制，俾能藉由DOE實驗設計的機能設置，使得輸出資料可以有助於進行離線編程時的路徑建構與加工參數設定，因而具有提高切割工件數量、減少切割質量波動而提高切割加工品質、縮短切割試驗周期以及降低成本等特點。

Description

切割加工輔助系統

本新型係有關於一種切割加工輔助系統，尤指一種可藉由DOE實驗設計之機能設置而獲得較佳試驗結果以及較佳化切割加工效能的切割加工輔助技術。

按，雷射切割加工技術是近年來發展的新興加工技術，設備逐漸朝複合化、高速化、高精度及高可靠度等方向發展，已可取代許多傳統機械加工製程。尤其是，自行車產業的管件加工，需要進行複雜的曲線加工，以傳統機械加工製程確屬不易達成，以致紛紛朝向雷射切割加工方式發展。然而，雷射切割加工的精度固然與設備精度高度相關，但固定夾持、切割參數及加工路徑等因素的精確度也具有著非常關鍵的影響。目前雷射切割加工設備的精度雖然已達到可以滿足一般管件加工需求的程度，但是在自行車產業導入智慧製造的進程，自行車管件雷射切割加工的切割精度仍有不足，是目前具有迫切改善的一項，故而急需解決方案來突破目前的困境。

由於業界目前的雷射切割技術仍是以人工作業方式進行為主，所以非常需要老師傅或資深技師的經驗傳承，於此方能實現較高品質雷射切割工序。一般來說，即使採用自動化機械手臂的廠商，其加工路徑與切割參數之設定也都是採取人工教導的方式實現；亦即，仍舊是以人工為主的作業方式，以致在雷射切割加工的過程中，還是必須仰賴經驗豐富的老師傅或資深技師的經驗傳承，因而導致老師傅或資深技師的人力需求及成本較高、切割加工成品穩定性與品質較無法獲得確保、較無法滿足未來少量多樣的生產模式與高值化品質之需求以及缺乏對於產品設計連結製造端時的智慧化與自動化整合能力等缺點產生。

由上述得知，習知雷射切割加工技術在功能上確實未臻完善，仍有再改善的必要性，緣是，本新型創作人等乃經不斷的努力研發之下，終於研發出一種有別於上述習知技術且具增進功效的本新型。

本新型主要目的，在於提供一種切割加工輔助系統，主要是藉由DOE實驗設計的機能設置，使得輸出資料可以有助於進行離線編程時的路徑建構與加工參數設定，因而具有提高切割工件數量、減少切割質量波動而提高切割加工品質、縮短切割試驗周期以及降低成本等諸多特點。達成本目的之技術手段，係於電子運算裝置設置切割參數專家建立模組、切割參數專家建議模組及切割加工參數輸出模組。切割參數專家建立模組包括切割參數輸入模組以供輸入經實驗驗證的合格切割參數，合格切割參數包括合格切割條件參數及已切割件條件參數。切割參數專家建議模組包括待切割件條件參數輸入模組，以供輸入待切割件條件參數，並與已切割件條件參數比對，以找出與相符的已切割件條件參數及合格切割條件參數，以作為切割加工條件建議參數。切割加工參數輸出模組用以將組切割加工條件建議參數輸出，以對切割機具進行切割加工製程的控制。

10‧‧‧電子運算裝置

11‧‧‧切割參數專家建立模組

110‧‧‧切割參數輸入模組

12‧‧‧切割參數專家建議模組

120‧‧‧待切割件條件參數輸入模組

13‧‧‧切割加工參數輸出模組

130‧‧‧顯示模組

14‧‧‧參數轉換模組

20‧‧‧切割機具

21‧‧‧控制器

30‧‧‧待切割件

40‧‧‧記憶單

41‧‧‧資料庫

50‧‧‧訊號傳輸模組

圖1為本新型系統架構的功能方塊示意圖。

圖2為本新型具體實施的切割動作示意圖。

圖3為本新型具體架構的流程實施示意圖。

圖4為本新型具體實施的流程處理運作實施示意圖。

為讓貴審查委員能進一步瞭解本新型整體的技術特徵與達成本新型目的之技術手段，玆以具體實施例並配合圖式加以詳細說明如后：

請參看圖1~2所示為實現本新型主要目的之具體實施例，其係運作於一電子運算裝置10內，並於電子運算裝置10設置包括下列所述的模組特徵，茲將各模組特徵的作用與之間的連結關係分述如下：

(a)切割參數專家建立模組11，其包括一切割參數輸入模組110以供使用者輸入經實驗驗證(即DOE實驗設計)的複數組合格切割參數，該複數組合格切割參數分別包括複數組合格切割條件參數及分別與複數個合格切割條件參數匹配的複數組已切割件條件參數。

(b)切割參數專家建議模組12，其包括一待切割件條件參數輸入模組120以供使用者輸入至少一待切割件條件參數，並將輸入的至少一待切割件條件參數與複數組已切割件條件參數比對，以找出與至少一待切割件條件參數相符的至少一已切割件條件參數，以及與至少一已切割件條件參數相符的一組合格切割條件參數以作為一組切割加工條件建議參數。

(c)切割加工參數輸出模組13，其用以將組切割加工條件建議參數輸出，以對切割機具20進行切割加工製程的控制，具體的，圖2所示，電子運算裝置10係透過無線的訊號傳輸模組50將切割加工條件建議參數輸出至切割機具20的控制器21中。

圖1~2所示的實施例中，該切割加工參數輸出模組13包括有一顯示模組130，該顯示模組130用以將組切割加工條件建議參數的資訊顯示以供使用者參考。

圖1~2所示的實施例中，本新型更包括一參數轉換模組14，該參數轉換模組14用以將組切割加工條件建議參數轉換處理，並輸出至一切割機具20的一控制器21，使控制器21依據組切割加工條件建議參數控制切割機具20對待切割件30進行切割，較佳的，上述待切割件30為合金管材。

本新型的一種具體實施例中，該合格切割條件參數包括進行雷射切割的雷射功率參數、氮氣壓力參數、佔空比參數、切割速度參數以及切割路徑座標參數。

本新型的一種具體實施例中，該已切割件條件參數包括已切割件之厚度參數及/或材料參數。

圖1所示的實施例中，該電子運算裝置10更包括一記憶單元40，該記憶單元40建立有一資料庫41，該資料庫41可供合格切割條件參數、已切割件條件參數及切割加工條件建議參數儲存。

一般而言，DOE(Design of Experiment)實驗設計是一種安排實驗與分析實驗數據的數理統計技術。實驗設計主要對試驗進行合理安排，以較小的試驗規模、較短的試驗周期及較低的試驗成本，以獲得理想的試驗結果。在工業生產與工程設計中能發揮重要的作用，因而具有提高產量、減少質量的波動、提高產品質量水準、縮短新產品試驗周期以及降低成本等優勢。

本新型應用DOE(Design of Experiment)實驗設計，主要是檢測、篩選、證實原因的高級統計工具，是利用整個統計領域的知識來理解流程中普遍存在的複雜關係。它不僅能識別單個因素影響，而且能識別多個因子的交互影響。DOE通過安排最經濟的試驗次數來進行試驗，以確認各種因素X對輸出Y的影響程度，並且找出能達成品質最佳因子組合，可見，DOE是進行產品和過程改進最有效的強大武器。

本新型製造應用技術系統流程示意如圖3所示，流程實施的順序依序為：定義雷射切割參數(如下表一所示)、規劃切割品質指標(品質指標如穿透、外觀品質及溶渣等)、規劃DOE實驗設計(如段落0019所述)、實驗執行、建立數學模型(即切割參數專家建立模組11與切割參數專家建議模組12)以及結合VB程式語言建立切割系統平台(即參數轉換模組14)。

表一：

具體的，本新型係依據DOE實驗設計進行實際的製程操作，數據經分析歸納後得到的分析結果，以程式語言(VB)建立如圖4所示的系統切割平台，以供使用者操作設定使用，並可藉由CAD軟體所提供之API函數，可自動規劃出加工路徑。以切割實施為例，藉由DOE實驗設計，在切割加工輔助系統規劃複數參數，該複數參數包括雷射功率參數、氮氣壓力參數、佔空比參數、切割速度參數、切割路徑座標參數、已切割件之厚度參數及/或材料參數等，以提供業者作為雷射切割加工的依據，以利雷射切割加工的運作，可節省成本與開發時間，另可規劃雷射切割加工路徑，係透過Solidwork API應用程式界面，經程式規劃可自動生成不同距離之切割加工路徑，於此即可成為一客製化製程系統切割平台。

此外，值得一提的是，DOE實驗設計是產品與系統優化的穩健性設計手法，可幫助研發人員提升產品開發工程與製程的效能，以及智慧製造先期參數優化設計的關鍵工具，藉由獲得理想試驗結果以及得出科學結論之迴歸方程式，再將迴歸方程式結合程式語言，於此計可規劃成一如圖所示而可供使用者操作的系統平台；另外，再藉由3D軟體所提供之API函數，配合標準化零件的規則，可規劃出自動加工路徑的產出。又，離線編程包含路徑建構、加工參數設定與其他控制設定...等，本新型的輸出資料確實有助於進行離線編程時的路徑建構與加工參數設定。由API產出的路徑資料可以增進離線編程時路徑建構的便利性與正確性，專家系統(DOE實驗分析的結果)產出的參數資料則可以提供能達成預期加工品質的加工參數來進行編程。

再者，本新型係利用DOE實驗設計進行製程參數研究，建立製程專家系統，整合製程研究結果與API，建立客制化應用系統，在設計到製造端上節省教導與人力，有效率的引領業者走向設計製造整合，因而具有下列所述的特點：

1.可藉由DOE實驗設計的機能設置，使得輸出資料可以有助於進行離線編程時的路徑建構與加工參數設定，因而具有提高切割工件數量、減少切割質量波動而提高切割加工品質、縮短切割試驗周期以及降低成本。

2.提供製程的工程參數，可預測製程結果，也可互換預測工程參數。

3.客製化預設製程路徑，可自動生成TCP路徑點，可用於機械手臂離線編程。

以上所述，僅為本新型之可行實施例，並非用以限定本新型之專利範圍，凡舉依據下列請求項所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本新型之專利範圍內。本新型所具體界定於請求項之結構特徵，未見於同類物品，且具實用性與進步性，已符合發明專利要件，爰依法具文提出申請，謹請鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。