專利名稱：線材折彎成型控制器的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種應用在彎折線材成型機的線材折彎成型控制器，尤指一種透過人機界面模塊來規劃與輸入加工程序并可同時執行3D模擬與預覽的線材折彎成型控制器。
背景技術：
于市面上現有各種不同功效的折線機，就如中國專利公告為CN20123U94的《數控彎線機》，其提供一種機頭可旋轉、適用于不同線徑材料的彎線機，具備自動化程度高、加工精密度高的優點。此彎線機設有機座、整線機構、送線機構以及可調節導線裝置。根據所需的線材折彎角度、線材切斷長度需求，由操作者事先輸入指令程序，機器可根據控制指令進行自動工作，而當線材通過送線機構后在模具中折彎，折彎完成后由機頭切斷裝置將線切斷。US Patent 6101860 之「Shaping device of a wire bending machine」貝丨J提供多方位刀具架設結構，在安裝刀具、模具上有更高的自由度，透過送線、整線伺服機構，可以成型出更復雜的撓性材料結果，但因其復雜度與自由度增加，使用者也增加使用的困難度。上述撓性成型機器在進行線材折彎成型加工，編輯完加工程序后，往往是透過機器實際運作，配合線材成型結果來確認是否符合加工需求，對從事該行業的經驗豐富的操作員或許是外型比較簡單的工件而言，尚可參考以往經驗與直覺來編輯與預測出加工程式，但是如果由新手來編程，或是針對形狀較復雜的折線形狀時，會耗費許多時間調教加工程式，除了時間成本之外，耗費的材料成本也很可觀。更嚴重者，甚至加工測試過程中會造成機械干涉而導致設備毀損。再者，線材折彎角度與模具所需伺服馬達命令為非線性關系，再加上撓性材料之彈性特性，使用者必須嘗試多種模具轉動角度，才可以成型出想要的折彎角度，此過程是耗費時間又耗費材料的程式編輯方式。
發明內容
為克服現有技術上的不足，本發明目的是在于提供一種可隨時進行修正加工內容，讓使用者不必運作實際機臺并且進料加工就可驗證其結果，節省時間與節省測試材料的線材折彎成型控制器，降低維修費用及簡化了控制系統。為達上揭目的，本發明的技術方案是線材折彎成型控制器為一配合彎折線材成型機的通用型加工輔助系統，用以將撓性線材進行加工成型。其主要是由一通用型工業電腦主機所構成，此主機內部包含即時資料交換模塊、可編程序邏輯控制器模塊、輸出輸入 (I/O)模塊、運動控制模塊、人機界面模塊以及3D模擬模塊。即時資料交換模塊負責處理各個模塊之間資料存取與交換的工作，各模塊間并不會直接進行資料交換，所有模塊的資料僅對資料交換模塊做存取，如此可維持模塊界面設計的獨立與完整性。
可編程序邏輯控制器模塊定時地依據即時資料交換模塊之間的資料，經邏輯轉換后產生新的資料后，再傳輸至即時資料交換模塊。輸出輸入(I/O)模塊負責彎折線材成型機臺上的控制接點，其內含輸出輸入控制卡的硬體驅動，外部若有輸入訊號被觸發，例如近接開關感應器，則透過輸出輸入模塊取得且將狀態寫至即時資料交換模塊，人機界面同時就可以將這些狀態顯示到控制屏幕上，其中，輸出輸入點的狀態邏輯程序亦由可編程序邏輯控制器模塊規劃。運動控制模塊依據即時資料交換模塊的資料，經轉換后規劃各軸補間命令，此補間命令最后由運動控制板卡輸出至實際馬達伺服系統以完成控制器所規劃的動作。人機界面模塊定時地將即時資料交換模塊的部分資料顯示于屏幕，且不定時地將使用者輸入的資料傳輸至即時資料交換模塊，人機界面模塊具有機器控制界面以及表格對話式編輯界面。機器控制界面供使用者操控輸入控制指令，而上述表格對話式編輯界面提供送線、傾轉與折彎命令工序編輯，并針對模具尺寸對線材彎折角度與伺服馬達角度之間的關系進行轉換。此外，表格對話式編輯界面另提供輸入伺服命令補償值來補償撓性線材的回彈現象，并可同時顯示出工件折彎角度與對應的伺服馬達角度。3D模擬模塊電性連接于即時資料交換模塊，接收控制指令資料并加以處理，提供 3D模擬成型的預覽資料；3D模擬模塊具有選擇單步、連續、暫停、繼續或停止的其中一種模擬操作，并且同時具有改變3D模擬視角與透明化顯示功能。本發明針對線材折彎成型功能規劃了表格對話式編輯界面、輪模折彎角度計算、 3D模擬與成型預覽。首先，在表格對話式編輯界面規劃線材折彎成型步驟，線材折彎成型步驟系由送線、傾轉與線材折彎角度組成；待編輯完成后，依據模具幾何關系轉換出實際伺服馬達控制命令并且進行加工3D模擬，確認模擬成型結果無誤且確保過程中不發生干涉后， 再將控制命令實際輸出到機器進行加工。其中，送線命令使機臺送線伺服馬達送出目前工序所需線材長度；傾轉命令帶動整個多模具機構移動到設定角度，360度的旋轉可以讓線材作任意軸向角度的彎曲；折彎命令則依據所選擇的模具進行旋轉以對線材進行變形的動作。而送線、傾轉與折彎命令可規劃各種順序同動組合，例如送線一傾轉一折彎等順序性動作或是折彎完畢后，送線與傾轉同時運動，這樣運動組合方式，可以加工出各種折線外型，因此，本發明線材折彎成型控制器可操控彎折線材成型機進行一般彎折成型加工、等節距/等徑彈簧加工、變節距/變徑彈簧加工、卷圓加工、卷簧加工或其任意組合的其中一種等加工工序。本發明與現有技術相比所具有的有益效果如下本發明透過撓性材料折彎加工CAD/CAM的軟體功能，先規劃完成全部加工步驟并進行3D模擬，由模擬結果檢視所規劃的加工步驟是否正確，并隨時進行修正加工內容，讓使用者不必運作實際機臺并且進料加工就可驗證其結果，具備節省時間與節省測試材料的優點；折彎角度與伺服角度轉換計算讓使用者不必費心目前模具組態為何，僅需設定所需折彎角度即可；而加工檔案成型預覽更可以在加工前先行確認成型結果，以免造成誤用檔案導致機器因干涉而損毀或是耗費材料。
以下結合附圖和具體實施方式
來進一步說明本發明。圖1為本發明線材折彎成型控制器的方塊圖；圖2為本發明通用型撓性線材的彎折線材成型機的加工示意圖；圖3為圖2通用型線材折彎模具的加工示意圖；圖4為本發明線材折彎成型控制器的系統流程圖；圖5為本發明表格對話式編輯界面的示意圖；圖6為本發明折彎加工、模具與線材的幾何關系的示意圖；圖7為本發明另一折彎加工、模具與線材的幾何關系的示意圖；圖8為本發明卷圓加工-模具與線材的幾何關系的示意圖；圖9為本發明一較佳實施例表格對話式編輯界面的數據圖。圖中11-一即時資料交換模塊；12-—可編程序邏輯控制模塊；13-—輸出輸入模塊；14—運動控制模塊；15-人機界面模塊；16-3D模擬模塊；17-機器控制界面；18-表格對話式編輯界面；181-工序欄位；20-彎折線材成型機；21-送線機構；22-傾轉機構； 23-通用型線材折彎模具；231-左彎模頭；232-右彎模頭；24-剪斷機構；30-加工檔案名稱；31-插入行；32-刪除行；33-新增行；34-教導模式；35-顯示行號；36-輸入送線長度； 37-送線補償值；38-送線速度；39-傾轉角度；40-傾轉補償值；41-傾轉速度；42-折彎角度；43-折彎伺服補償值；44-折彎速度；45-指定加工之模具編號；46-決定送線、傾轉與折彎命令之組合設定；50-折彎模具；51-模具底座；52-凸出頂心；53-線材；54-旋轉頂心； 60-偏心模具；61-模具底座；62-支撐頂心；63-線材；64-旋轉頂心；70-線材；71-模具頂心；72-折彎頂心。
具體實施例方式為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。請參閱第1圖所示，本發明線材折彎成型控制器為一配合彎折線材成型機20的通用型加工輔助系統，用以將撓性線材進行加工成型。其主要是由通用型工業電腦主機所構成，此主機內部包含即時資料交換模塊11、可程式邏輯控制器模塊12、輸出輸入(I/O)模塊13、運動控制模塊14、人機界面模塊15以及3D模擬模塊16。即時資料交換模塊11負責處理各個模塊間之間資料存取與交換的工作，各模塊間并不會直接進行資料交換，所有模塊的資料僅對資料交換模塊做存取，如此可維持模塊界面設計的獨立與完整性。可編程序邏輯控制器模塊12定時地依據即時資料交換模塊11的資料，經由邏輯轉換后產生新的資料后，再傳輸至即時資料交換模塊11。輸出輸入模塊13負責彎折線材成型機20臺上的控制接點，其內含輸出輸入控制卡的硬體驅動，外部若有輸入訊號被觸發，例如近接開關感應器，則透過輸出輸入模塊13 取得且將狀態寫至即時資料交換模塊11，人機界面模塊15同時就可以將這些狀態顯示到控制屏幕上，其中，輸出輸入模塊13的狀態邏輯程式亦由可編程序邏輯控制器模塊12規劃。
運動控制模塊14依據即時資料交換模塊11的資料，經轉換后規劃各軸補間命令， 此補間命令最后由運動控制板卡輸出至實際馬達伺服系統以完成控制器所規劃的動作。人機界面模塊15定時地將即時資料交換模塊11的部分資料顯示于屏幕，且不定時地將使用者輸入的資料傳輸至即時資料交換模塊11。3D模擬模塊16連接于即時資料交換模塊11，接收控制指令資料并加以處理，提供 3D模擬成型的預覽資料；3D模擬模塊16具有選擇單步、連續、暫停、繼續或停止的模擬操作，并且同時具有改變3D模擬視角與透明化顯示功能。于一較佳實施例中，上述人機界面模塊15中包含了彎折線材成型機20的一般機器控制界面17及線材折彎成型的表格對話式編輯界面18，上述機器控制界面17供使用者操控輸入控制指令，而上述表格對話式編輯界面18提供送線、傾轉與折彎命令工序編輯， 并針對模具尺寸對線材彎折角度與伺服馬達角度之間的關系進行轉換。此外，表格對話式編輯界面18另提供輸入伺服命令補償值來補償撓性線材的回彈現象，并可同時顯示出工件折彎角度與對應的伺服馬達角度。請參閱第2圖及第3圖所示，此圖內容代表通用撓性線材的彎折線材成型機20示意圖，圖中標示出送線部分、傾轉部分與折彎部分。首先送線部份的送線機構21負責整線及持續送出加工材料的動作，而送線命令控制機臺送線伺服馬達送出目前工序所需線材長度；而傾轉部份的傾轉機構22帶動整個多模具機構移動到設定角度，360度的旋轉可以讓線材作任意軸向角度的彎曲；最后彎折部份則是折彎命令依據所選擇的模具進行旋轉以對線材進行變形的動作。此外，第3圖顯示了一種通用型線材折彎模具23，其具有一左彎模頭231與一右彎模頭232，不同方向的折彎模頭提供不同的折彎方向，不同的折彎方向可以避免頻繁的更換模具以提升加工時的產能，同時不同的折彎模頭頂針尺寸亦可加工不同圓角的折彎結果。 在此例中，上述彎折部分另具有一個剪斷機構M，負責線材彎折成型完畢后的剪斷線材功能。請參閱第4圖所示從規劃程序到實際加工之流程圖，先取得折彎成型尺寸，然后在表格對話式編輯界面18中編輯與修正加工動作，依據模具幾何關系轉換出實際伺服馬達控制命令并且進行加工3D模擬與預覽，確認模擬成型結果無誤且確保過程中不發生干涉后，再將控制命令實際輸出到彎折線材成型機20進行加工。請參閱第5圖所示，上述表格對話式編輯界面18的加工檔案名稱30顯示在左上方，編輯器提供工序插入行31、刪除行32及新增行33的功能顯示在中央上方，教導模式34 顯示在右上方。而下方數據由左至右的欄位依序排列為顯示行號35、輸入送線長度36、送線補償值37、送線速度38、傾轉角度39、傾轉補償值40，傾轉速度41、折彎角度42、折彎伺服補償值43、折彎速度44、指定加工之模具編號45以及決定送線、傾轉與折彎命令之組合設定46。在欄位的折彎角度42中輸入角度后，此表格對話式編輯界面18會自動計算出伺服角度且顯示在后續的折彎伺服補償值43內；而使用者可以透過手搖輪在教導模式34中的輸入送線、傾轉與折彎命令。本發明可由變更上述這些尺寸的輸入界面以因應各種不同的模具設計及加工線徑；而線材折彎成型控制器的表格對話式編輯界面18應用方式，是以新增一行工序欄位
6181，并在此行工序欄位181中填入送線、傾轉與折彎軸之控制命令與其同動組合方式，而 3D模擬過程或是實際加工時會將其轉換成伺服馬達命令，其中，折彎角度42與伺服角度依據模具及線徑不同，彼此間存在特定之幾何關系。若在表格對話式編輯界面18規劃「送線(Y)—傾轉(C)—折彎(B)」，此即表示彎折線材成型機20先進行送線、再傾轉、再折彎的順序性動作，此方式可以進行一般折線加工。若在表格對話式編輯界面18規劃「折彎⑶一(送線，傾轉)(YC)」，此即表示彎折線材成型機20在折彎完畢后，會同時進行送線與傾轉運動，此方式可以進行等徑彈簧加工。若在表格對話式編輯界面18規劃「(送線，折彎)(YB)」，此即表示彎折線材成型機 20無傾轉命令，但會同時進行送線與折彎運動，此方式可進行同一平面的卷圓加工，讓線材呈類似同心圓狀之成型結果。若在表格對話式編輯界面18規劃「(送線，傾轉，折彎)(YCB)」，此即表示彎折線材成型機20會同時進行送線、傾轉與折彎三種運動，此方式可以進行變徑彈簧或錐型彈簧加工。請參閱第6圖所示一種特定的折彎模具50，此折彎模具50設有一模具底座51、一在折線時折彎支撐的凸出頂心52、一線材53以及一伺服帶動的旋轉頂心M，此一模具主要是由旋轉頂心M壓擠線材53達到成型動作，而線材53折彎角度與模具所需伺服馬達命令為非線性關系，再加上撓性材料之彈性特性。以往作法上，使用者必須嘗試多種模具轉動角度，才可以成型出想要的折彎角度， 此過程不但耗費時間而且耗費材料的程式編輯方式。本發明的一個重點是使用者只要輸入模具尺寸與加工線徑后，即可進行折彎角度與伺服角度間之轉換。折彎角度與伺服角度間存在以下關系表示式α = f ( θ，5,d,r2,R2)其中，其中，α為伺服角度，θ為線材折彎角度，δ為凸出頂心52中心到線材53 中心的距離，d為線材53的寬度，r2,為旋轉頂心M的半徑，R2為凸出頂心52到旋轉頂心 54之距離。總和而言，d、rl、r2與R2為機械尺寸的描述參數，表一為幾何尺寸加工條件d = 8謹，rl = 3謹，r2 = 7謹，R2 = 15. 284謹下之轉換結果，一組線材折彎角度的輸入可對應到一組伺服角度的計算結果。表1為第6圖之折彎角度vs命令角度對照表(單位度)
權利要求
1.一種線材折彎成型控制器，配合一彎折線材成型機使用，包括一即時資料交換模塊，負責處理各個模塊之間的資料存取；一可編程序邏輯控制器模塊，電性連接于即時資料交換模塊，處理上述彎折線材成型機輸出裝置與輸入感應器的監控與邏輯關系；一輸出輸入模塊(I/O模塊)，電性連接于上述即時資料交換模塊與彎折線材成型機， 處理上述彎折線材成型機的控制接點；一運動控制模塊，電性連接于上述即時資料交換模塊與彎折線材成型機，處理上述彎折線材成型機各軸的伺服控制命令；一人機界面模塊，電性連接于上述即時資料交換模塊，供使用者輸入控制指令，并將控制指令的資料傳輸至上述即時資料交換模塊，且定時地將上述即時資料交換模塊的處理資料顯示于屏幕；以及3D模擬模塊，電性連接于上述即時資料交換模塊，接收控制指令資料并加以處理，提供3D模擬成型的預覽資料。
2.根據權利要求1所述的線材折彎成型控制器，其特征在于，上述人機界面模塊具有機器控制界面以及表格對話式編輯界面；上述機器控制界面供使用者操控輸入控制指令， 而上述表格對話式編輯界面提供送線、傾轉與折彎命令工序編輯，并針對模具尺寸對線材彎折角度與伺服馬達角度之間的關系進行轉換。
3.根據權利要求2所述的線材折彎成型控制器，其特征在于，上述表格對話式編輯界面另提供輸入伺服命令補償值來補償撓性線材的回彈現象。
4.根據權利要求2所述的線材折彎成型控制器，其特征在于，上述表格對話式編輯界面同時顯示出工件折彎角度與對應的伺服馬達角度。
5.根據權利要求1所述的線材折彎成型控制器，其特征在于，上述線材折彎成型控制器操控上述彎折線材成型機進行一般彎折成型加工、等節距加工、等徑彈簧加工、變節距加工、變徑彈簧加工、卷圓加工、卷簧加工或其任意組合的其中一種加工工序。
6.根據權利要求1所述的線材折彎成型控制器，其特征在于，上述3D模擬模塊具有選擇單步、連續、暫停、繼續或停止的其中一種模擬操作，并且同時具有改變3D模擬視角與透明化顯示功能。
全文摘要
本發明公開的是一種線材折彎成型控制器，整合可編程序邏輯控制器模塊、輸出輸入模塊、運動控制模塊、人機界面模塊、即時資料交換模塊以及3D模擬模塊，配合彎折線材成型機來進行通用型撓性工件的加工。在人機界面模塊的對話式編輯界面設定由送線、傾轉與工件折彎角度組成的線材折彎步驟；編輯完成后，依據模具幾何關系轉換出實際控制命令并且進行3D模擬與預覽，確認成型結果無誤且確保過程中不發生干涉后，再將控制命令實際輸出到機器進行加工。本發明將控制器所需的軟硬體元素整合在單一控制器內，藉以提升控制器的功能性、精簡機臺配線、降低維修費用及簡化控制系統的升級程序。
文檔編號G05B19/414GK102193523SQ201010148750
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月19日 優先權日2010年3月19日
發明者邊平遠 申請人:捷準科技股份有限公司