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研究生: 王證貿
Wang, Cheng-Mao
論文名稱: 運用全自動虛擬量測進行加工碰撞預防表面粗糙度預測與動平衡量測
Applying Automatic Virtual Metrology for Collision Avoidance, Surface Roughness Prediction and Dynamic Balance Measurement
指導教授: 鄭芳田
Cheng, Fan-Tien
共同指導教授: 楊浩青
Yang, Haw-Ching
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 製造資訊與系統研究所
Institute of Manufacturing Information and Systems
論文出版年: 2016
畢業學年度: 105
語文別: 中文
論文頁數: 51
中文關鍵詞: 輪圈加工自動化全自動虛擬量測(AVM)加工碰撞預防表面粗糙度動平衡
外文關鍵詞: Wheel Machining Automation, Automatic Virtual Metrology (AVM), Collision Avoidance, Surface Roughness, Dynamic Balance
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  • 目前全自動虛擬量測在鋁輪圈加工自動化產線上並成功實作出了輪圈的中心孔、PCD、平面度、與外徑等尺寸精度項目之預測。然而,由於鋁圈胚料的變異與加工的異常,除可能造成機台或鋁圈的異常撞擊情況之外,亦有加工品質如表面粗度不良與質量不平衡問題。因此,如何因應上述問題,為自動化產線進一步智能化的挑戰。
    本研究開發三大模組,分別為預防加工激烈碰撞模組、表面粗糙度預測模組、與動平衡檢測模組等。其中,預防加工激烈碰撞模組可根據不同鋁輪圈特性自動調整碰撞門檻,偵測加工過程的電流異常情況,以停止加工來避免機台發生激烈碰撞或工件的過切問題。而表面粗糙度預測模組與動平衡檢測模組,則為運用關鍵振動與電流感測特徵,結合AVM系統預測功能,提供輪圈表面粗糙度與動平衡的估測結果。
    在實驗成果上,預防加工激烈碰撞模組可於0.1秒內偵測到異常加工並停止機台進給。表面粗糙度預測模組可達到輪圈面粗度的平均預測絕對誤差與最大誤差分別為0.2 μm 與1 μm 以下,而動平衡檢測模組可達到平均預測絕對誤差與最大誤分別小於2.5 g 與5.3 g。因此,本研究所提出之模組將可強化AVM系統以適用於輪圈加工自動化與智能化之需求。

    So far, Automatic Virtual Metrology has been successfully implemented in the wheel machining automation (WMA) on the center hole rim, pitch circle diameter (PCD), flatness, outer rim diameter, and other accuracy inspection items. This paper works toward making the AVM system more applicable and intelligent in the WMA industry. For instance, the collision avoidance module is used to prevent the tools from severe collision or tool overcutting by detecting processing signals in real time and ceasing the manufacturing when abnormality is found. The wheel surface roughness prediction and dynamic balance detection modules can reduce the metrology cost and damages caused by contacting the workpieces with AVM’s capability of online and real-time total inspection.
    Experiment results indicate that the collision avoidance module is able to detect abnormality within 0.1 second down time and stop proceeding. This module can not only automatically adjust the collision threshold, but also successfully expand the AVM application level. With the tolerance of 1μm max error, the wheel surface roughness module is capable to make the mean absolute error (MAE) in 0.2μm. In addition, the wheel dynamic balance module controls the mean absolute error under 2.5g while the max error could be 5.3g. In sum, these three value-added functional modules are proven with the experiment results that they can effectively enhance the intelligence of the processing machine tools.

    摘 要 II 誌 謝 XI 目 錄 XII 表 目 錄 XV 圖 目 錄 XVI 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目的 3 1.2.1加工激烈碰撞 3 1.2.2表面粗糙度加工品質 4 1.2.3輪圈動平衡 5 1.3 研究流程 7 1.4 論文架構 8 第二章 文獻探討與理論基礎 9 2.1 文獻探討 9 2.1.1全自動虛擬量測系統(AVM) 9 2.1.2機台的加工碰撞偵測 10 2.1.3表面粗糙度之影響因素 10 2.1.4動平衡之影響因素 12 2.2 相關理論基礎 12 2.2.1 GED架構 12 2.2.2 GAVM架構 15 2.2.3動平衡之衡量單位 17 第三章 研究方法 20 3.1訊號感測器於機台上的安裝配置 20 3.2預防加工激烈碰撞模組 22 3.2.1啟動預防加工激烈碰撞模組之線上流程 22 3.2.2預防加工激烈碰撞模組之偵測流程 23 3.2.3更換輪型之重新建模程序 26 3.2.4停止進給架構設計與回復加工架構 27 3.3輪圈表面粗糙度加工品質預測模組 29 3.3.1表面粗糙度加工品質預測模組之線上流程 29 3.3.2擷取符合加工資料方法 31 3.4輪圈動平衡檢測模組 32 3.4.1輪圈動平衡檢測模組之量測硬體 32 3.4.2輪圈動平衡檢測模組之線上流程 33 3.4.3動平衡量測散佈趨勢 35 第四章 案例呈現與驗證 36 4.1預防加工激烈碰撞 36 4.1.1異常加工之停止進給實驗 36 4.1.2重新建模程序 38 4.2表面粗糙度精度預測實驗 41 4.2.1實驗設定與說明 41 4.2.2表面粗糙度量測分布 42 4.2.3萃取特徵列表 42 4.2.4輪圈各面之表面粗糙度預測圖 43 4.3動平衡精度預測實驗 45 4.3.1實驗設定與說明 45 4.3.2動平衡萃取特徵列表 46 4.3.3輪圈動平衡預測圖 46 第五章 結論 48 5.1 總結及未來研究方向 48 5.2 未來研究方向 49 參考文獻 50

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