臺灣博碩士論文加值系統

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。

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.

摘要....................i
Abstract....................ii
誌謝....................iii
目錄....................iv
表目錄....................vi
圖目錄....................vii
符號說明....................x
第一章 緒論....................1
1.1 研究背景與動機....................1
1.2 研究目的....................2
1.3 論文架構....................2
第二章 文獻回顧....................3
2.1 工具機智慧製造概論....................3
2.2 國內外相關研究....................3
第三章 研究架構與方法....................11
3.1 研究架構與流程....................11
3.2 硬體設備及系統架構....................12
3.2.1 工具機設備....................12
3.2.2 影像擷取設備....................13
3.2.3 影像擷取之光源選用及架設....................15
3.2.4 PC-Based系統架構....................16
3.3 磨床系統通訊與控制....................18
3.3.1 FANUC控制器介紹....................18
3.3.2 FANUC控制器通訊連線 ....................18
3.3.3 PMC程式撰寫及控制....................21
3.4 數位影像處理演算....................23
3.4.1 像素與影像灰階化....................23
3.4.2 影像空間濾波....................24
3.4.3 直方圖等化與影像二值化....................26
3.4.4 形態學處理....................28
3.4.5 邊緣偵測及幾何尺寸計算....................29
3.5 工具機伺服系統調機....................31
3.6 工具機共振響應量測....................33
第四章 實驗結果....................38
4.1 自動化砂輪修整系統....................38
4.2 工具機伺服系統調機分析....................46
4.3 工具機自然共振響應分析....................54
4.4 工具機動態共振響應分析....................59
4.5 智能化研磨監控系統....................66
4.6 數據資料庫與行動應用程式....................71
第五章 結論與未來展望....................78
5.1 結論.................... 78
5.2 未來展望....................79
參考文獻....................80
Extended Abstract....................82
簡歷(CV)....................87

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