自动化概念与自动化加工的生产机台的制作方法

本实用新型是有关于一种生产机台加工控制技术，尤指一种具备自动化定位、执行加工及成品检验的使用3D模型来执行自动化加工的生产机台。

背景技术：

透过机台执行工件加工已广泛应用在各类产品加工，此不仅有助于提升产品产量、减少人力支出，此外，透过加工路径程式控制加工轴移动，可排除人力加工时的不确定性，因而机台加工的运用成为各类产品生产过程中的最佳选择。

现行机台加工时，如点胶机的加工路径程式通常是由工程师手动撰写而成，加工路径程式可控制机台上加工轴的运作路径，例如加工轴向X轴方向移动多远或往Y轴方向移动多远等，假若加工路径单纯，像是直线移动或仅是单纯角度下，则加工路径程式的程式码撰写较不复杂，然而对于复杂加工路径，例如不规则弧线移动或是画不规则图形移动，繁琐程式码不仅撰写困难、耗费大量时间，更重要的是，在高精度要求下，可能存在加工结果不够精确的情况，由此可知，对于复杂加工路径的加工路径程式的形成是有改善空间。

对于加工机台而言，在执行加工路径程式时，主要是控制加工轴运作，透过机械式或人工方式将工件置于工作区中，此时假若工件放置位置有些微偏差，恐导致加工结果有所误差，严重者，可能导致整批工件无法符合规格，因而加工时，工件是否在正确位置是相当重要的。

因此，对于机台加工的运作，目前由工程师撰写加工路径程式是有改善空间，特别是对于复杂加工路径以及相同造型但不同尺寸大小者，若有一套系统能自动量测辨识以及透过几乎1:1转换成3D模型并自动产生完成程式码，将可大幅减少时间耗费和人力成本，再者，加工结果精确性对于产品优劣也有很大影响，因而如何提升加工精确度，都将为目前本领域技术人员亟待改善的议题。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的缺点，本实用新型提出一种自动化机台加工程序的加工控制技术，包括加工资讯自动化产生、工件定位及成品检验等，由此达到加工精确度的提升以及自动化生产的效果。

本实用新型还提出一种自动化概念与自动化加工的生产机台，透过影像撷取、工件3D模型的辨识与结合，由此控制生产机台的加工轴执行加工程序。

本实用新型提出一种自动化概念与自动化加工的生产机台，包括：影像撷取器、加工资讯产生器以及控制器。该影像撷取器用于撷取置于工作平台上的工件的撷取影像，该加工资讯产生器用于加工资讯的产生，包括：储存单元、接收单元以及处理单元，其中，储存单元预储存有对应该工件的3D模型，接收单元接收该影像撷取器所撷取的该撷取影像，该处理单元依据该撷取影像产生该工件的偏移量以及透过该3D模型决定该工件的加工路径，以依据该偏移量及该加工路径产生该工件的加工资讯，最后，该控制器依据该加工资讯产生控制指令，以控制该自动化概念与自动化加工的生产机台的加工轴对该工件执行对应该加工资讯的加工程序。

于一实施例中，该加工资讯产生器更包括设定单元，用于设定该加工路径上各节点的行进速度或该加工轴的移动步进单位。

于另一实施例中，该处理单元利用影像辨识技术以由该撷取影像决定该偏移量，且该偏移量指该工作平台的原点与该工件的原点的位置距离。

于又一实施例中，该加工资讯包括该加工路径上的点或连续曲线的路径资料以及预执行的加工动作，其中，该路径资料或该加工动作由使用者透过该3D模型视觉化所编成者。

于再一实施例中，该自动化概念与自动化加工的生产机台更包括检测器，该检测器透过该撷取影像判断该工件的类别，该处理单元依据该工件的类别自该储存单元取得对应该工件的3D模型；另外，该检测器更用于比对完成该加工程序的该工件的完成影像与预定的成品影像的差异度，以决定该工件是否符合该加工程序的预定结果。

综上所述，本实用新型的自动化概念与自动化加工的生产机台，利用使用者预先输入对应该工件的3D模型，并配合影像辨识技术，确认工件位置是否在正确位置上，由此自动产生包括加工路径与加工动作等加工资讯的程式码，如此可降低工程师必须撰写加工路径程式的困难，特别是，针对非直线路径、连续曲线路径等，不仅避免撰写难题外，使用者可依据3D模型视觉化决定相关的加工资讯，故可使加工过程更精确，且完成加工后还可透过影像辨识确认成品是否符合标准，因此，透过本实用新型的自动化概念与自动化加工的生产机台，除了可节省加工前设计师人力设计和时间支出外，还可提升加工生产的效果及效率。

附图说明

图1为本实用新型的自动化概念与自动化加工的生产机台的示意图；

图2为本实用新型的自动化概念与自动化加工的生产机台另一实施例的示意图；

图3为本实用新型的自动化概念与自动化加工的生产机台又一实施例的示意图；

图4为本实用新型的自动化概念与自动化加工的生产机台具体应用的示意图；

图5为本实用新型的自动化概念与自动化加工的生产机台其运作方法的步骤图；以及

图6为本实用新型的自动化概念与自动化加工的生产机台实际运作方法的流程图。

符号说明：

1 自动化概念与自动化加工的生产机台

100 3D模型

11 影像撷取器

12 加工资讯产生器

121 储存单元

122 接收单元

123 处理单元

124 设定单元

13 控制器

14 加工轴

15 检测器

200 加工设定

300 影像辨识

400 3D实体模型

45 点胶筒

46 工作平台

47 输入面板

500 图形化界面

600 工件

S51～S54 步骤

S61～S66 流程。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施形态说明本实用新型的技术内容，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的优点与功效。然而本实用新型也可通过其他不同的具体实施形态加以施行或应用。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供本领域技术人员的了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

本案主要技术概念是结合影像辨识及预先输入工件的3D模型以执行工件的加工生产。使用3D模型协助自动化生产(可称之为3DMAM；3D Model Acid Manufacturing)，透过设计即控制、设计即生产、设计即检测等概念，以3D模型为主轴进行整合性的生产、测试以及控制流程，换句话说，在3D模型设计完成时，即可把生产、测试以及控制流程等设定完成，故可减少专业设备人员的配置、避免人员流动造成的设备操作问题。

3D模型协助自动化生产是根据设计完成的3D模型，供程式人员透过视觉化的程式编程，由此执行不同的移载、加工、测试、包装等加工生产动作，也就是，只需要透过3D模型的视觉化编程，即可完成相关的作业。简单来说，3D模型协助自动化生产是透过3D视觉的作业方式，对于预加工的工件进行2D或3D的影像撷取，配合工件在空间中位置及方向，由资料库找出符合该工件的资讯，以进行加工动作，例如：移载、加工、检测、包装等。

请参阅图1，其为说明本实用新型的自动化概念与自动化加工的生产机台的示意图。如图所示，本实用新型的自动化概念与自动化加工的生产机台1用于执行工件的加工生产，利用结合影像辨识以及预先输入工件的3D模型，由此达到自动产生加工资讯的效果，故执行何种工件或何种加工行为并不限制，其中，该自动化概念与自动化加工的生产机台1包括：影像撷取器11、加工资讯产生器12以及控制器13。

影像撷取器11用于撷取置于工作平台上的工件的撷取影像。具体来说，机械加工最怕工件摆放位置偏差，导致加工位置不对而使成品无法符合标准，故为了使加工位置更准确，本实用新型提出透过影像辨识技术，确认工件位置是否正确，即由影像撷取器11来撷取位于工作平台上工件的影像，以用于后续判断工件位置之用。

加工资讯产生器12设置于自动化概念与自动化加工的生产机台1内，用于自动化产生加工资讯程式码，其中，加工资讯产生器12包括储存单元121、接收单元122以及处理单元123。

储存单元121用于预先储存对应各种工件的3D模型100，简单来说，为了让加工资讯自动化产生，故将可能执行的各类工件的资讯预存，也就是3D模型100，3D模型100记载工件的3D型态，将可用于后续视觉化设定加工路径。另外，可由外部将3D模型100等资料输入并储存于储存单元121内。

接收单元122接收该影像撷取器11所撷取的该撷取影像。简单来说，接收单元122可接收影像撷取器11所撷取的撷取影像，此将用于工件定位的判断。

处理单元123依据该撷取影像决定该工件的偏移量，且透过该3D模型100决定该工件的加工路径，以依据该偏移量及该加工路径产生该工件的加工资讯。具体来说，处理单元123利用影像辨识技术对撷取影像进行辨识，以确认工件位置是否正确，举例来说，可于工作平台上预设一个原点，该原点即工件的原点的设置处，因而判断该工作平台的原点与该工件的原点两者的位置距离，即可求得偏移量。

处理单元123还依据3D模型100取得工件的加工路径，并依据偏移量和加工路径来决定加工资讯，也就是，3D模型100提供了工件的3D结构，使用者(程式人员)透过3D模型100视觉化地订定加工路径，再配合上撷取影像的辨识结果，例如位置、偏移量等，可得出后续执行加工生产所需的加工资讯为何。

处理单元123所产出的加工资讯为视觉呈现的图像资料的位置坐标，例如加工路径上的点或连续与不规则曲线的路径资料以及预执行的加工动作，而上述的路径资料或加工动作由使用者透过3D模型100视觉化所编成者。更具体来说，加工资讯除了加工路径上各节点、直线、连续转弯、连续曲线与不规则图形等路径资料外，还有在加工路径上的某一个节点要执行的加工动作，例如钻洞、锁螺丝等。

处理单元123产生的加工资讯会被传送至控制器13，控制器13依据该加工资讯产生控制指令，也就是控制器13将加工资讯转换成机器设备所能理解的控制码，由此控制自动化概念与自动化加工的生产机台1的加工轴14对工件执行对应该加工资讯的加工程序，所谓的加工程序则依据机台功能不同而改变，例如点胶、夹取、吸料、送出锡丝或切削等，举例来说，若是点胶机，则加工程序是依据加工资讯执行点胶程序，若是切削切割机台，则加工程序可执行切削程序。于一具体实施例中，控制器13可为场效可编程逻辑栅阵列(FPGA)控制器。

自动化概念与自动化加工的生产机台1具体实施时，可于其内载入一套加工系统，例如载入加工资讯产生器12内，用于执行自动化概念与自动化加工的生产机台1的软硬体运作，例如接收指令、执行运算、输出指令，透过连结影像撷取器11和控制器13，除了执行加工资讯的运算，还执行机台硬体设备的操作。

由上可知，本实用新型提出透过影像辨识技术确认工件位置是否正确，并透过撷取影像和3D模型100来决定加工资讯为何，如此仅需要影像撷取器11和预先输入的3D模型100，即可轻易得到加工资讯，此减少程式人员因不同工件都要分别编写加工路径程式来执行加工程序的麻烦，也能有效缩短编写加工路径程式的时程，并提升工件加工的精确度。

请参阅图2，其为说明本实用新型的自动化概念与自动化加工的生产机台另一实施例的示意图。如图所述，自动化概念与自动化加工的生产机台除了透过3D模型和撷取影像来产生加工资讯外，于加工程序执行前，还可执行加工程序的设定，因此，于本实施例中，加工资讯产生器12还包括设定单元124。

设定单元124可用于设定该加工路径上各节点的行进速度或是生产机台的加工轴的移动步进单位。详言之，自动化概念与自动化加工的生产机台的加工轴14(如图1所示)会依据加工资讯执行加工程序，也就是执行点胶、切削等动作，但前述的3D模型主要是得到加工路径，但对于加工速度是未定义的，因此，设定单元124可接收外部输入的加工设定200，像是加工路径上各节点的行进速度，即是在加工路径上各段的行进速度，例如在两个节点之间以多快速度前进。

另外，设定单元124还可设定加工轴的移动步进单位，简言之，透过设定单元124可设定X、Y、Z轴与θ角的位置控制，即使用者可自行设定移动步进单位，例如每次移动50mm～0.01mm，如此加工轴于X、Y、Z轴与θ角上每次移动的单位即被设定，且可知悉加工轴是如何移动到需执行加工动作的节点。上述功能类似现有加工机的附设教导盒，但本实用新型将其整合于加工资讯产生器12上，直接透过自动化概念与自动化加工的生产机台上所提供的操作面板即可执行设定。

请参阅图3，其为说明本实用新型的自动化概念与自动化加工的生产机台又一实施例的示意图。如图所述，自动化概念与自动化加工的生产机台1中的影像撷取器11、加工资讯产生器12以及控制器13与图1所述相同，故不再赘述，于本实施例中，该自动化概念与自动化加工的生产机台1更包括检测器15。

请一并参考图1，检测器15可透过影像撷取器11所撷取的撷取影像判断工件的类别，也就是利用影像辨识技术，确定该工件为何种类型并通知加工资讯产生器12，处理单元123将可依据工件的类别由储存单元121取得该工件的的3D模型100。简言之，为了让使用自动化概念与自动化加工的生产机台1可执行不同工件的加工生产，故不同类型工件的3D模型100都可被预先储存于储存单元121，待执行该类型工件的加工生产时，才由储存单元121取得对应3D模型100，因此，检测器15可用于在工件进入加工位置前，透过影像辨识来判断适合类工件，故可通知加工资讯产生器12要取得哪一个3D模型100来产生加工资讯。

另外，除了用于判断工件类型外，检测器15还可用于检测工件是否符合加工标准。简言之，检测器15可比对完成加工程序的工件的完成影像与预定的成品影像的差异度，完成影像同样可由影像撷取器11撷取，透过完成影像与成品影像的差异比对，可决定出工件是否符合加工程序的预定结果，举例来说，在完成锁螺丝的加工程序后，正常螺丝应该完全进入工件内而不外露，若完成影像解析出螺丝外露，则可判断加工程序需调整，若仅为偶发事件，也可设计成将有问题工件自产线上移除。

透过上述方式，加工生产线上不再局限单一种工件，像是不同工件、或是同一类型但不同尺寸的工件，都可通过影像辨识以提供适当的加工资讯。另外，对于工件加工结果，也可透过影像辨识来决定加工效果是否符合规定。

与传统的加工生产比较，举例来说，假若加工程序为产线上作业员工作是锁入某颗螺丝，此人工生产执行前须包括前置作业和线上作业，前置作业可能有教导作业员认识工件外观、使用何种螺丝和锁螺丝工具、以及如何检验螺丝已正确锁附，另外，线上作业可能有：1、检视产线状态，即工件是否由上一站传递过来；2、辨识工件是否为正确工件，以及判断工件位置、方向，找出加工螺丝孔位置；3、锁入螺丝；4、检验螺丝是否正确锁入；5、若正确锁入，则将工件继续下一加工流程，若否，则取出该工件。

由此可知，传统的加工生产须耗费相当人力和时间，且可能人为失误导致工件完成度不佳，或是让完成度不佳的工件往下一加工流程。

若采用本实用新型所提出的自动化概念与自动化加工的生产机台来执行加工生产，则前置作业可能是设定锁螺丝的自动控制流程，也就是通过工件的3D模型以设定锁螺丝位置，而线上作业则是：1、影像撷取器(2D或3D)进行影像辨识以确认产线上状态，即工件是否已经由上一站传递过来；2、影像撷取器进行影像辨识以确认工件类型，以及工件的位置、方向；3、由3D模型和所撷取影像得到锁螺丝加工程序(即加工资讯)，并驱动锁螺丝机构；4、透过影像辨识判断锁螺丝后是否符合预定标准；5、通过程序驱动移载机构将工件送往下一加工流程，若未达到预定标准，则取出零件。

由上可知，通过设定不同的加工程序，在辨识工件类型后，可驱动对应的程序作业，如此可在同一生产机台中，进行不同工件的作业。举例来说，有方形工件和圆形工件在同一产线上作业，方形工件需要在一个选定位置锁上一颗螺丝，圆形工件需要在二个选定位置分别锁上螺丝，故透过视觉化设定即可简单完成两种工件的程式设定，并经由影像辨识来自动选择对应工件的程序。

再以鞋底加工为例，不同大小、不同鞋型的鞋底，需要进行点胶作业以与鞋身贴合，一般来说，鞋底点胶有几个设计困难点：1、型式太多：光是同一型的鞋子就有不同的尺寸；2、路径复杂：点胶路径因鞋底面有高低变化、曲线复杂而难以设定；3、治具过多：不同鞋底需有不同治具来固定工件。

若采用本实用新型所提出的自动化概念与自动化加工的生产机台来执行加工生产，则可具备：1、根据不同鞋底，利用3D模型中来设定点胶路径，即加工路径可透过视觉化呈现中完成，故尺寸大小与高低变化及复杂点胶曲线，只需点选后即可由电脑自动生成加工路径；2、产线上入料方式简单，不需治具，只需加工面朝上、任意方向摆放，可由影像撷取辨识鞋型、大小后，再经由判定位置及方向与角度，自动将正确尺寸、型号的点胶路径对应到实际位置上，进行点胶等加工作业。

由上可知，搭配影像辨识运算产生的自动化加工程序，将可使生产机台应用层面更广且减少人为误差等问题。

请参阅图4，其为说明本实用新型的自动化概念与自动化加工的生产机台具体应用的示意图。如图所示，自动化概念与自动化加工的生产机台1为一台点胶机，其设有加工轴14，加工轴14可装设点胶筒45，点胶筒45内装用点胶用的胶体，工件600可设置于自动化概念与自动化加工的生产机台1的工作平台46上，特别的是，本实用新型的自动化概念与自动化加工的生产机台1设置有影像撷取器11，可撷取工作平台46上的工件600的影像，此影像可用于工件600的位置校正。须说明者。影像撷取器11的数量、位置并不限制，可拍摄到工件600影像即可。

加工资讯产生器12设置于自动化概念与自动化加工的生产机台1内，可接收影像撷取器11所撷取的影像并且预存多个3D模型，如前所述，加工资讯产生器12将透过3D模型产出加工路径，也由撷取影像判断工件600是否偏移，并配合一些加工设定即可产出最终的加工资讯，最后，通过自动化概念与自动化加工的生产机台1的控制器将加工资讯转为控制机台的控制指令，以命令加工轴14依据加工路径移动，并由点胶筒45在预设节点上执行点胶加工。

另外，上述加工设定，像是加工程序的细节，例如移动速度、移动步进单位或点胶处，可由自动化概念与自动化加工的生产机台1的输入面板47来输入，同样地，输入面板47可依据机台需求而有不同设计。

请参阅图5，本实用新型的自动化概念与自动化加工的生产机台其运作方法的步骤图。于步骤S51中，提供工件的撷取影像。具体来说，为了达到加工路径自动化产生以及工件位置定位，本实用新型提出透过影像辨识技术来达成上述需求，故需要透过例如影像撷取装置来撷取工件的影像。

于步骤S52中，提供对应该工件的3D模型。简言之，为了自动化产生加工路径，故使用者需先键入对应工件的3D模型并储存于自动化概念与自动化加工的生产机台中，由3D模型可知悉工件的3D结构，此将用于后续加工路径的产生。

于步骤S53中，依据该撷取影像产生该工件的偏移量以及透过该3D模型决定该工件的加工路径，以依据该偏移量及该加工路径产生该工件的加工资讯。于本步骤中，撷取影像可用来决定工件的位置偏移多少，例如在工件的放置处设定一个原点位置，其将与工件的预设原点对应，接着由撷取影像分析出现实中，两个原点的位置差异即可知悉工件的偏移量，接着，由3D模型可建构出加工路径，搭配上前述偏移量(若有)，即可完整建构出整个加工资讯，该加工资讯包括该加工路径上的点或连续曲线的路径资料以及预执行的加工动作。

须说明者，偏移量可透过影像辨识技术来判断工件的原点与预设原点的位置距离，此是采用影像辨识技术，透过设定原点方式来达成，当然也可采用其他方式，例如预设其他对应点，之后再透过影像辨识来达到偏移量判断。

于步骤S54中，依据该加工资讯产生控制指令，以控制加工轴对该工件执行对应该加工资讯的加工程序。如前步骤所述，在取得加工资讯后，即可将其转换成机台能解析的编码程式，藉以控制加工轴执行关于加工资讯的加工程序，例如如何移动到某一节点，并于该节点上执行加工动作。

另外，于依据加工路径产生加工资讯时，更包括设定该加工路径上各节点的行进速度或是加工轴的移动步进单位。此步骤即是让使用者设定加工程序的细节，包括加工时于加工路径上的行进速度，或者是须停留在那些位置(节点)来进行加工动作。

再者，于执行该加工程序之后，还可比对完成该加工程序的工件的完成影像与预定的成品影像的差异度，以决定该工件是否符合该加工程序的预定结果，此目的即是判断加工结果是否符合预期，较佳者，还可针对判断结果，将品质不良的工件由产线上移除。

请参阅图6，其为本实用新型的自动化概念与自动化加工的生产机台实际运作方法的流程图。自动化概念与自动化加工的生产机台上可设计有一图形化界面500，其可让使用者操作选择选项或输入资料，因而图形化界面500在进行加工资讯自动化产生前，会取得撷取影像以及工件的3D模型，故透过影像辨识300的提供和3D实体模型400的设定可达到本实用新型的目的。

于流程S61中，选取工件，结合影像辨识和3D实体模型产生3D加工路径。具体来说，这里是指仅执行单一类型工件的情况，使用者在选取要执行的工件后，可透过前述的影像辨识300和3D实体模型400的提供，自动化产生包括3D加工路径、执行动作等加工资讯，透过影像比对可使加工更精确，且可省下程式人员自行撰写程式码所需时间，特别是，像是加工路径为曲线，将耗费更多时间和成本。

于流程S62中，透过点选图形化界面，将3D加工路径转换成设备运作路径。简言之，使用者可透过图形化界面500来执行对应工件的3D加工路径转换成加工轴移动时的设备运作路径的程序，举例来说，加工路径为一个圆形，转换成设备运作路径时，则为表示X轴和Y轴及Z轴与θ角度分别位移多少。

于流程S63中，设定各节点的行进速度、所执行的加工动作以及加工轴的移动步进单位。于本步骤中，使用者可依据加工需求来设定加工轴的移动方式，举例来说，两点之间的移动快慢，那些节点需要执行加工动作，又或者加工轴移动时步进单位，上述皆可由使用者自行设定。须说明者，流程S61、S62和S63的顺序可以前后调整，并非限定。

于流程S64中，产生加工资讯。由于3D加工路径是图形化表示，故可将加工路径转成加工资讯，也就是，利用数字或数据来呈现加工路径，例如表示X轴方向、Y轴方向、Z轴方向与θ角度的移动状态和移动距离。

于流程S65中，FPGA控制器产生控制指令。如前步骤所述，在取得加工资讯后，需将其转换成机台了解的运作编码，故本步骤即透过FPGA控制器来将加工资讯解析成并转换成控制指令。

于流程S66中，3～6轴加工轴执行加工程序。在取得控制指令后，加工轴可依据控制指令来执行加工程序，加工轴可为3～6轴的结构，依设计可提供X轴、Y轴、Z轴、θ角度与方向的移动，或者是以X轴、Y轴、Z轴为轴心的转动。

透过上述流程说明可知，使用3D模型与视觉影像立即辨识来执行自动化加工，其中包括依据撷取影像以判断工件的旋转或偏移量及尺寸大小高低，透过3D模型决定与产生工件的加工路径，也就是结合影像辨识技术和3D模型架构，可自动化产生加工资讯，接着，再结合一些加工机设定，即可使加工机执行对应加工资讯的加工程序。

综上所述，本实用新型提出一种自动化概念与自动化加工的生产机台，利用使用者输入的对应该工件的3D模型以及影像辨识技术，确认工件位置是否偏移，透过视觉化设定以产生加工路径的程式码，这样不仅减少工程师亲自撰写加工路径程式的麻烦，且对非直线路径、不规则连续曲线路径等也能1:1呈现具有极高精确度。因此，透过本实用新型的自动化概念与自动化加工的生产机台，将大幅有效地节省人力和时间支出，但不影响整体加工效果。

上述实施形态仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何本领域技术人员均可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施形态进行修饰与改变。因此，本实用新型的权利保护范围，应如权利要求书所列。