自動化斜進式外圓磨床之工業4.0技術應用

Automatic Angular Cylindrical Grindering for Industry 4.0 Technology Applications

李信良(Sin-Liang Li)

指導教授 ： 張文陽

國立虎尾科技大學/工程學院/機械與電腦輔助工程系碩士班/碩士(2016年)

摘要

本研究為自動化斜進式外圓磨床之工業4.0技術應用，近年各國產業皆以培養工業4.0技術為重點，而磨床現今多以人力進行定位判斷而常導致人為誤判，為了提升加工效率及穩定性，本研究針對斜進式外圓磨床進行自動化與智能化功能開發，主要內容為建立工具機磨床之PC-Based系統，方法為利用TCP/IP通訊與FANUC控制器進行連線，目的為讀取與寫入CNC控制器之座標系、補正值與NC程式，系統主要分為自動化砂輪修整系統與智能化研磨監控系統。自動化砂輪修整系統功能為利用機器視覺量測砂輪與鑽石修砂筆之間隙距離，目的為達到自動對刀與砂輪修整功能，本系統量測精度為8.2µm，而系統穩定性實驗量測最大標準誤差為0.76%，證明本系統穩定性相當良好。智能化研磨監控系統其功能為自動生成NC程式碼與即時監控加工時共振響應，目的為使工具機加工時擁有穩定的加工環境，此外，本研究亦開發安全退刀系統，主要於工具機加工時進行共振響應偵測，當最大峰值強度大於安全閥值時，系統將下達退刀命令至控制器，達到安全退刀之目的。本研究亦針對磨床進行伺服調機及共振響應分析，藉由調機軟體擷取馬達TCMD訊號發現Z軸於384與624Hz發生共振響應，而由自然共振響應實驗結果得到本機結構於381與632Hz處發生共振響應，與調機時響應頻率接近，證明此頻率點為整機結構之自然頻率，並驗證伺服調機與自然共振頻率分析之可靠性。除了建立PC-Based系統外，亦針對加工報表數據進行系統管理，主要為利用MySQL將加工參數與結果進行儲存與管理，並藉由建立PHP網頁將數據即時上傳至雲端，讓使用者能於遠端管理數據，而本研究亦建立行動應用程式APP，主要功能為遠端監控工具機運行狀態與下達控制命令，藉由本研究使工具機達到自動化、智能化與遠端化系統控制。

關鍵字

工業4.0 ； 外圓磨床 ； PC-Based ； 機器視覺 ； 伺服調機 ； 數據資料庫

並列摘要

This study is automatic angular cylindrical grindering for industry 4.0 technology application. The PC-based systems of the automation and intelligence are developed by TCP/IP communication to read and write coordinates, correct controller parameter values and monitor the NC program states of the FANUC controller. The PC-Based systems divide a dressing system of automation grinding wheel and an intelligent system of grinding monitoring. The dressing system of automation grinding wheel can automatically measure gap distance between the wheel and diamond dressing for achieving automatic correction and grinding wheel dressing using machine vision and image processing. The resolution of image processing and the maximum standard percentage error of measurement reproducibility are 8.2 μm and 0.76%, respectively. The intelligent system of grinding automatically generates NC codes and monitor resonance responses of machine tools in real-time. Besides, the system has a safety retraction function, when the maximum peak intensity greater than the safety threshold for grinding, the system will be command wheel to retract. The natural resonance frequency of angular cylindrical grindering is investigated using servo tuning method and g-sensor measurement. Results showed that the system has same resonance frequencies in 381 Hz and 632 Hz for servo tuning method and g-sensor measurement. In addition to established PC-Based system, this study also applies industry 4.0 technology to manage report data and establish a database. The report data can be stored and managed for database based on MySQL. Additionally, the system uploads the data from cloud and monitors the operational status of machine tools based on PHP web and mobile APP.

並列關鍵字

Industry 4.0 ； Cylindrical Grindering ； PC-Based ； Machine Vision ； Servo Tunning ； Database

參考文獻

[16]江孟桓，2015，“智能化工具機即時加工檢測與伺服系統調機”，國立虎尾科技大學，碩士學位論文

[17]劉濬帆，2014，“工件表面粗糙度與加工副產物顏色之影像視覺檢測”，國立虎尾科技大學，碩士學位論文

[18]盧鈜俞，2013，“端銑刀之模組式檢測系統開發”，國立虎尾科技大學，碩士學位論文

[19]張鎔崴，2009，“工具機及主軸系統結構分析與振動量測實務”，國立虎尾科技大學，碩士學位論文

[21]羅一中，2005，“改良式直方圖等化應用於即時影像增強之低成本FPGA設計”，國立台北科技大學，碩士學位論文