自動換刀控制系統的制作方法
【專利摘要】一種自動換刀控制系統，用以控制一換刀機構進行自動化換刀操作，其包括：一感測編碼器、一控制組件及一感應驅動器。感測編碼器設于換刀機構內部且用以感測換刀機構的旋轉角度，并獲得一角度感測信號，控制組件通過輸入模塊與加工機械電性連接并接收一指令信號，及通過第一信號模塊接收角度感測信號，及第二信號模塊與打刀缸電性連接接收一定位信號并于判斷后反饋一電磁閥信號予該打刀缸，上述各信號傳輸至主控模塊進行判斷并經輸出模塊輸出控制信號，感應驅動器用以接收控制信號并控制換刀機構的驅動元件以進行換刀動作。本實用新型是通過控制組件實現自動化操作換刀程序的目的，并具有高精度的角度偵測反饋，以提升換刀的效率及準確度。
【專利說明】自動換刀控制系統
【技術領域】
[0001]本實用新型是關于加工設備的自動控制系統，尤其是一種應用于換刀裝置，且兼具自動化控制與高準確角度測定的自動換刀控制系統。
【背景技術】
[0002]一般復合式加工設備，特別針對具有換刀功能的加工機械，為了準確進行換刀動作與偵測旋轉角度以利于加工程序進行，必須通過感測機構的設立來掌握換刀裝置的旋轉狀態。換刀裝置包括一驅動元件、一凸輪轉軸及一打刀缸，通過該驅動元件驅使該凸輪轉軸旋轉，并控制該打刀缸動作到不同的動作定位點，以進行松刀或夾刀等動作。而該換刀裝置并裝設有該感測機構以隨時偵測該打刀缸的旋轉角度。該感測機構包括多個感測器以及一信號輪，該多個感測器分設于該信號輪上，并通過光電感測方式于該信號輪隨該凸輪轉軸旋轉時，同步感應信號并將每一感測器的感應結果組合以得知當下信號輪的旋轉角度。
[0003]然而，上述的感測機構雖可偵測與該凸輪轉軸與該信號輪的旋轉角度，但仍具有以下缺點:其一，由于該多個感測器需逐一安裝于該信號輪，于組裝上極為復雜與不便，且于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的距離，一但距離偏差即會嚴重影響偵測結果。其二，采用光電感測方式其角度反饋為有段反饋方式，其精確度低下，亦造成誤判影響該打刀缸的動作。其三，該多個感測器仍易受到突波電壓和電流損壞的影響而導致燒毀的問題產生，若該多個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，該多個感測器僅可感測旋轉角度，并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的動作。
[0004]此外，于進行加工程序時，現場人員必須隨時監控該感測機構所反饋的旋轉角度顯示，并于特定角度操作該打刀缸進行對應的夾刀、松刀等動作，而若采用如電腦數值控制(Computer Numerical Control, CNC)的加工機械，則必須由電控工程師自行撰寫相關程序，但仍需現場人員根據反饋角度進行手動執行對應的動作程序。
[0005]故為了改善上述缺失，本實用新型創作人集結多年從事相關行業的經驗，構思一種自動換刀控制系統，希望可解決上述缺失。

【發明內容】

[0006]本實用新型的一目的，旨在提供一種自動換刀控制系統，是應用于各式具有換刀機構的加工設備，其具有高精準度的角度檢測與反饋，并通過角度的反饋與感應驅動器或伺服馬達的轉速控制，監控刀缸動作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，針對反饋角度資訊執行對應的控制操作，可達到自動化控制并提高換刀效率、換刀速度及精確度，并具有異常處理機制，可提升加工程序運行的順暢度與可靠度。
[0007]為達上述目的，本實用新型的自動換刀控制系統，是用以控制一加工機械進行自動化換刀操作，該加工機械設有一換刀機構，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，設置于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動作時的旋轉角度，并獲得一角度感測信號；一控制組件，與該感測編碼器電訊連接，包括一輸入模塊、一第一信號模塊、一第二信號模塊、一主控模塊及一輸出模塊，該輸入模塊是與該加工機械電性連接并接收來自該加工機械的一指令信號，該信號模塊則用以接收該角度感測信號，該第二信號模塊與該打刀缸電性連接而接收一定位信號，該指令信號、該角度感測信號及該定位信號是傳輸至該主控模塊，以進行判斷該驅動元件與該打刀缸需進行的動作，并經由該輸出模塊輸出一控制信號操控該驅動元件，及通過該第二信號模塊反饋一電磁閥信號至該打刀缸；及一感應驅動器，是與該控制組件電訊連接，接收該控制信號并控制該驅動元件的動作狀態。
[0008]其中，該感測編碼器內部設有一磁性元件并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并同步帶動該磁性元件轉動，使該感測元件測得旋轉角度并產生該角度感測信號。
[0009]為了確實達到自動化控制目的，該主控模塊設有一動作處理單元，供以判斷于不同角度該驅動元件與該打刀缸的對應動作，且該主控模塊設有一異常處理單元，供以判斷該角度感測信號與該指令信號，為異常即運行一保護機制。
[0010]此外，該輸出模塊可輸出一刀缸角度信號與一結束信號至該加工機械，以隨時監控該換刀機構的角度位置與換刀動作的完成狀態。
[0011]較佳者，該驅動元件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，且該感應驅動器為一變頻器或伺服驅動，以通過該感應驅動器準確操控該驅動元件，提升該驅動元件的效率與響應速度。
[0012]于另一實施態樣中，本實用新型更具有一手持設定器，該控制組件并對應該手持設定器設有一監控模塊，且該監控模塊與該主控模塊連通，該手持設定器與該控制組件是通過有線/無線方式連通，以供使用者遠距傳送該設定信號予該控制組件，且通過該監控模塊發送一監控信號予該手持設定器以顯示該加工機械的即時狀況。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型較佳實施例的方塊圖。
[0014]圖2為本實用新型較佳實施例感測編碼器的示意圖。
[0015]圖3為本實用新型較佳實施例控制組件的示意圖。
[0016]圖4為本實用新型較佳實施例另一實施態樣的方塊圖。
[0017]圖5為本實用新型較佳實施例另一實施態樣手持設定器的示意圖。
[0018]附圖標記說明: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-輸入模塊；112-第一信號模塊；113-第二信號模塊；114-主控模塊；1141-動作處理單元；1142-異常處理單元；115-輸出模塊；116_警示元件；117-監控模塊；12-感應驅動器；13-手持設定器；131-顯示屏幕；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。
【具體實施方式】
[0019]為使貴審查委員能清楚了解本實用新型的內容，僅以下列說明搭配圖式，敬請參閱。[0020]請參閱圖1、2及3，其為本實用新型較佳實施例的方塊圖、感測編碼器的示意圖與控制組件的示意圖。本實用新型的自動換刀控制系統1，設置于一加工機械2，并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并設有一換刀機構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I包括一感測編碼器10、一控制組件11及一感應驅動器12。
[0021]該感測編碼器10設于該換刀機構20內部，并于該感測編碼器10內設有一感應元件101，用以感測該換刀機構20動作時的旋轉角度，并獲得一角度感測信號，其中，該感測編碼器10于內部更設有一磁性元件102，并自該磁性元件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通過獲得該磁性元件102的電壓與磁場變化,進一步得知當下的旋轉角度，并產生該角度感測信號，其中，該感測編碼器10是通過自訂高速串列通訊格式與通訊確認信號，可避免噪聲干擾及提供斷線保護，進而提升該自動換刀系統I的穩定性。特別一提的是，該感測編碼器10設置于該換刀機構20內部，除易于組裝外，其感應準確度不受該加工機械2運作時的震動或晃動影響，而該連接軸103可穩固地旋轉并供予該感應元件101進行相關偵測，且該感應式編碼器10是采無段反饋方式回饋信號，而可達到精確度高的功效。
[0022]該控制組件11是安裝于該加工機械2的一控制箱內，且與該感測編碼器10電訊連接，并包括一輸入模塊111、一第一信號模塊112、一第二信號模塊113、一主控模塊114及一輸出模塊115，該輸入模塊111與該加工機械2電性連接并接收來自該加工機械2的一指令信號，如啟動或關閉該加工機械2等動作指令，該第一信號模塊112是用以接收來自該感測編碼器10的該角度感測信號，該第二信號模塊113則與該打刀缸203電性連接，用以接收來自該打刀缸203的一定位信號并判斷動作時間，該指令信號、該角度感測信號與該定位信號是傳輸至該主控模塊114，由該主控模塊114判斷該驅動元件與該打刀缸203于特定角度需進行的動作，并經由該輸出模塊115輸出一控制信號，及通過該第二信號模塊113反饋一電磁閥信號予該打刀缸203。其中，該主控模塊114設有一動作處理單元1141，其用以于接收該角度感測信號后，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的對應動作與同步校正，如夾刀動作或松刀動作等，由此可使該打刀缸203輸出快速且提升輸出的角度精準度，以自動及準確快速地控制該加工機械2的加工制程。此夕卜，該主控模塊114更具有一異常處理單兀1142,當該第一信號模塊112與該輸入模塊111接分別收到該角度感測信號與該指令信號后是由該異常處理單元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并可通過該輸出模塊115回報，達到自動化管理的目的。如圖3所示，其為該控制組件11的示意圖，該控制組件11并對應該輸入模塊111、該第一信號模塊112、該第二信號模塊113及該輸出模塊115設有對應的連接口，以進行相關的信號傳輸。其中，該控制組件11是更設有多個警示元件116，較佳者該多個警示元件116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，該多個警示元件116亦可通過不同的顯示方式提醒作業人員。
[0023]其中，該輸出模塊115更可輸出一刀缸角度信號及一結束信號予該加工機械2,于該換刀機構20進行換刀動作時，該輸出模塊115是可即時傳遞該刀缸角度信號予該加工機械2，以供作業人員隨時掌握該換刀機構的20狀態，再者，于該換刀機構20完成換刀動作后，該輸出模塊115是傳輸該結束信號予該加工機械2，以供作業人員得知目前已完成換刀動作，由此使作業人員可隨時監控整體制程。
[0024]該感應驅動器12是與該控制組件11電訊連接，用以接收該控制信號并控制該驅動元件201的動作狀態,如該驅動元件201的轉速與及正反轉狀態等,進而控制該打刀缸203的動作。其中，于本實施例中，該驅動元件201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接收該控制信號后，并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所驅動的凸輪箱202做對應動作，以達到更替刀具的目的并具有響應快與噪音低的優點。
[0025]應用時，當人員自該加工機械2輸入啟動指令后，即可通過該控制組件11驅動該換刀機構20動作，同時該感測編碼器10同步偵測該凸輪箱202的旋轉角度，并即時發出該角度感測信號予該控制組件11，該控制組件11并通過該主控模塊114的該動作處理單元1141判斷目前的該打刀缸203的輸出狀態，以及該驅動元件201的動作狀態，自動化控制該換刀機構20，加速制程進行且具有極佳的系統穩定性，針對異常狀況亦可通過該異常處理單元1142運行該保護機制，以確保該加工機械2的運作。
[0026]請繼續參閱圖4及5，其為本實用新型較佳實施例另一實施態樣的方塊圖與手持設定器示意圖，其中，本實用新型更具有一手持設定器13，該控制組件11并對應該手持設定器13設有一監控模塊117，該監控模塊117是與該主控模塊114連通，該手持設定器13與該控制組件11是通過有線/無線方式連通，供使用者可于遠距傳送該設定信號至該控制組件11，且通過該監控模塊117發送一監控信號予該手持設定器13以顯示該加工機械2的即時狀況，如該換刀機構20的狀態與整體加工程序的進行狀態等。
[0027]其中，如圖5所示，該手持設定器13具有一顯示屏幕131與多個設定按鈕132，該顯示屏幕131可提示使用者相關數值，且使用者是可通過該多個設定按鈕132進行操控相關的參數設定，參數的數值亦可顯示于該顯示屏幕131。
[0028]本實用新型的自動換刀控制系統1，是通過該控制組件11提供自動化的控制方式，通過該主控模塊114可自動完成該換刀機構20的操控動作且具有高穩定性系統，不須自行撰寫對應控制程序以節省加工的前置作業，相較于傳統感測系統僅有資訊反饋與顯示等功能，本實用新型更具有自動化操控的優點。再者，該感測編碼器10為非接觸絕對型編碼器，并通過該磁性元件102旋轉時的變化作為感測依據，除了組裝更換容易外，不須于每次重啟時調整與歸零校正，且具有高精確度的感測效果。此外，該感應驅動器12可有效控制該驅動元件201的動作方式，相較傳統利用電源開啟與否的電機方式控制，或通過電磁煞車方式調整該驅動元件201的轉速及加速減速等，是具有響應快與效率高的優點。
[0029]以上所述者，僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用以限定本實用新型實施的范圍；故在不脫離本實用新型的精神與范圍下所作的均等變化與修飾，皆應涵蓋于本實用新型的專利范圍內。
【權利要求】
1.一種自動換刀控制系統，其特征在于，是用以控制一加工機械進行自動化換刀操作，該加工機械設有一換刀機構，且該換刀機構包括一驅動兀件、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，設置于該換刀機構內部且于該感測編碼器內設有一感應元件，用以感測該換刀機構動作時的旋轉角度，并獲得一角度感測信號； 一控制組件，與該感測編碼器電訊連接，包括一輸入模塊、一第一信號模塊、一第二信號模塊、一主控模塊及一輸出模塊，該輸入模塊與該加工機械電性連接并接收來自該加工機械的一指令信號，該第一信號模塊則用以接收該角度感測信號，該第二信號模塊與該打刀缸電性連接而接收一定位信號，該指令信號、該角度感測信號及該定位信號是傳輸至該主控模塊，以進行判斷該驅動元件與該打刀缸需進行的動作，并經由該輸出模塊輸出一控制信號操控該驅動元件，及通過該第二信號模塊反饋一電磁閥信號至該打刀缸；及 一感應驅動器，是與該控制組件電訊連接，接收該控制信號并控制該驅動元件的動作狀態，以進行換刀動作。
2.根據權利要求1所述的自動換刀控制系統，其特征在于，該感測編碼器內部設有一磁性元件并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并同步帶動該磁性元件轉動，使該感測元件測得旋轉角度并產生該角度感測信號。
3.根據權利要求2所述的自動換刀控制系統，其特征在于，該主控模塊設有一動作處理單元，供以判斷于不同角度該驅動元件與該打刀缸的對應動作與同步校正。
4.根據權利要求3所述的自動換刀控制系統，其特征在于，該主控模塊設有一異常處理單元，供以判斷該角度感測信號與該指令信號，為異常即運行一保護機制。
5.根據權利要求4所述的自動換刀控制系統,其特征在于,該輸出模塊輸出一刀缸角度信號與一結束信號至該加工機械，以隨時監控該換刀機構的角度位置與換刀動作的完成狀態。
6.根據權利要求1或5所述的自動換刀控制系統，其特征在于，更具有一手持設定器，該控制組件并對應該手持設定器設有一監控模塊，且該監控模塊與該主控模塊連通，該手持設定器與該控制組件是通過有線/無線方式連通，以供使用者遠距傳送該設定信號予該控制組件，且通過該監控模塊發送一監控信號予該手持設定器以顯示該加工機械的即時狀況。
7.根據權利要求6所述的自動換刀控制系統，其特征在于，該手持設定器具有一顯示屏幕及多個設定按鈕。
8.根據權利要求1所述的自動換刀控制系統，其特征在于，該驅動元件為一感應式馬達或一同步伺服馬達。
9.根據權利要求1所述的自動換刀控制系統，其特征在于，該感應驅動器為一變頻器或一伺服驅動器。
【文檔編號】B23Q3/16GK203579290SQ201320764206
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年11月27日 優先權日:2013年11月27日
【發明者】陳昆宏 申請人:陳昆宏, 野力機電實業有限公司