提高生產(chǎn)數(shù)量與產(chǎn)品質(zhì)量始終是制造業(yè)努力追求的目標(biāo)，工業(yè)4.0更勾勒出智能制造的美好愿景，促使被制造業(yè)視為是重要生產(chǎn)設(shè)備的CNC工具機(jī)（數(shù)控機(jī)床）也得因應(yīng)這樣的趨勢(shì)不斷地精益求精。而數(shù)控機(jī)床制造商在積極改善自家機(jī)器性能并提升加工精度以符合客戶需求的過(guò)程中，機(jī)器校準(zhǔn)正確與否是影響加工精度的重要因素之一。但一直以來(lái)制造業(yè)都是靠累積多年經(jīng)驗(yàn)的老師傅來(lái)進(jìn)行機(jī)器校準(zhǔn)，每日必須先以這種傳統(tǒng)作法來(lái)檢查設(shè)備才能正式開(kāi)工；如果該廠需要制造的產(chǎn)品種類較多，每一次產(chǎn)線調(diào)整時(shí)還得再次為機(jī)器重新設(shè)定與校準(zhǔn)。如此科學(xué)的作業(yè)模式既繁瑣又費(fèi)時(shí)，一旦作業(yè)程序有所疏失就會(huì)發(fā)生加工精度失準(zhǔn)的問(wèn)題。
另一項(xiàng)影響加工質(zhì)量的元兇則是顫振。當(dāng)CNC機(jī)床在進(jìn)行快速或深度切削時(shí)非常容易產(chǎn)生顫振，由于其乃屬于較輕微的高頻振動(dòng)，因此通常都較難被人所察覺(jué)，但此一現(xiàn)象不僅會(huì)降低工件的加工精度，若未能即早發(fā)現(xiàn)則惡性循環(huán)下必將損壞刀具、主軸、軸承等重要零組件。因此，要如何盡早發(fā)現(xiàn)顫振以防止問(wèn)題持續(xù)惡化向來(lái)都是令設(shè)備制造商但卻又必須解決的問(wèn)題。
為了減少校準(zhǔn)時(shí)間并提高加工精度，設(shè)備制造商可以利用感測(cè)技術(shù)來(lái)協(xié)助自家機(jī)床完成自動(dòng)校準(zhǔn)與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的工作。然而，要為早已開(kāi)發(fā)完成的CNC機(jī)床導(dǎo)入新功能，又要避免大幅更動(dòng)機(jī)臺(tái)的現(xiàn)有設(shè)計(jì)，設(shè)備制造商必須先克服機(jī)箱空間有限與噪聲干擾等問(wèn)題，同時(shí)還要妥善控管開(kāi)發(fā)成本，以免新功能的花費(fèi)過(guò)高而稀釋了企業(yè)獲利并影響產(chǎn)品之市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。研華為CNC機(jī)床提供的主軸校準(zhǔn)與顫振量測(cè)解決方案能以小尺寸、易安裝、免插適配卡、快速開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證等特色解決上述種種問(wèn)題，從而讓設(shè)備制造商能以經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方案順利完成新功能。
系統(tǒng)需求
擁有超過(guò)五十年工具機(jī)研發(fā)與生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的亞洲某家加工中心機(jī)制造廠商以優(yōu)異的制造技術(shù)與對(duì)高質(zhì)量的堅(jiān)持讓該公司生產(chǎn)的工具機(jī)深受國(guó)際*大廠的肯定。而身為世界級(jí)*的這家工具機(jī)制造廠商，其不僅持續(xù)開(kāi)發(fā)高技術(shù)含量的機(jī)型，也從現(xiàn)有客戶所碰到的問(wèn)題著手來(lái)優(yōu)化加工中心機(jī)的功能。近來(lái)，為了解決由老師傅校準(zhǔn)所衍生的不確定性問(wèn)題并降低機(jī)臺(tái)顫振影響加工質(zhì)量，該公司決定在現(xiàn)有CNC機(jī)床機(jī)臺(tái)內(nèi)加入主軸校準(zhǔn)與顫振量測(cè)的功能，期能以一致性的校準(zhǔn)與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)打造出更高效的加工設(shè)備。
由于是在現(xiàn)有的CNC機(jī)床中增加新功能而非設(shè)計(jì)一臺(tái)全新的機(jī)型，該設(shè)備制造廠商需要的是易于整合的解決方案，像是：硬件尺寸與安裝方式需配合現(xiàn)有機(jī)箱所剩不多的空間；以工規(guī)等級(jí)的平板計(jì)算機(jī)作為機(jī)臺(tái)的人機(jī)控制接口；以USB外接模塊取代插適配卡之方式來(lái)完成數(shù)據(jù)的收集；數(shù)據(jù)采集模塊必須有足夠的分辨率與采樣率以快速取得所需資料；避免數(shù)據(jù)采集過(guò)程中受到環(huán)境訊號(hào)之干擾而影響所收集數(shù)據(jù)的正確性；提供模塊連接IEPE傳感器。此外，該公司還提出軟件開(kāi)發(fā)工具與客制化服務(wù)的需求以縮短項(xiàng)目開(kāi)發(fā)時(shí)間，讓新的CNC機(jī)床可以早日投入市場(chǎng)。
系統(tǒng)概述
研華以10.4吋的無(wú)風(fēng)扇平板計(jì)算機(jī)搭配數(shù)據(jù)采集模塊USB-4716PMS、IEPE訊號(hào)處理模塊ADAM-3017PMS、以及軟件開(kāi)開(kāi)發(fā)工具WebAccess/MCM所提供的自動(dòng)監(jiān)測(cè)解決方案可滿足CNC機(jī)床制造商的種種需求。透過(guò)USB-4716PMS搭配ADAM-3017PMS來(lái)連接IEPE傳感器，作為操控平臺(tái)的平板電腦即能取得振動(dòng)信息，藉此實(shí)現(xiàn)主軸校準(zhǔn)與顫振量測(cè)的功能。
系統(tǒng)架構(gòu)圖：
提供16位分辨率、采樣率可達(dá)200 kS/s的USB-4716PMS是一款掌上型、采導(dǎo)軌式安裝之即插即用數(shù)據(jù)擷取模塊，其能直接透過(guò)USB端口來(lái)傳送所采集的數(shù)據(jù)；而且無(wú)需額外接電源線，僅靠USB供電即可運(yùn)作，因此可省去拆開(kāi)計(jì)算機(jī)機(jī)殼安裝適配卡的麻煩，或者像是此項(xiàng)目采用的是無(wú)法加裝適配卡的平板計(jì)算機(jī)也非常適合以此模塊來(lái)收集數(shù)據(jù)。研華USB-4716PMS根據(jù)產(chǎn)業(yè)需求具備了電阻電容濾波器（R-C filter）功能來(lái)獲取特定頻率范圍內(nèi)的訊號(hào)，藉此去除不必要之噪聲以確保傳送正確數(shù)據(jù)供系統(tǒng)分析。而ADAM-3017則是負(fù)責(zé)連接IEPE傳感器的訊號(hào)處理模塊，透過(guò)其內(nèi)建的4或10 mA可讓系統(tǒng)順利取得IEPE傳感器的訊號(hào)，而所支持的訊號(hào)放大和抗混迭濾波功能則確保擷取之信號(hào)不會(huì)受到噪聲干擾。
軟件方面，WebAccess/MCM與DAQNavi是在智能設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)領(lǐng)域針對(duì)研華的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品而設(shè)計(jì)的軟件開(kāi)發(fā)工具包，使用者可以透過(guò)易于使用的操作接口來(lái)快速建立數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)。此外，DAQNavi軟件還提供了像是特殊設(shè)計(jì)的直覺(jué)式精靈、現(xiàn)成的應(yīng)用模板與范例程序代碼、無(wú)需撰寫(xiě)程序即能進(jìn)行組態(tài)設(shè)定及功能測(cè)試、函式庫(kù)與公用程序等多種好用的功能，藉此可協(xié)助系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師更快地完成應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。
應(yīng)用產(chǎn)品：
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Product |
Description |
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平板電腦 |
內(nèi)建Intel Atom D2550處理器之10.4吋工業(yè)級(jí)平板計(jì)算機(jī) |
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USB-4716/PMS |
CNC采集200 kS/s、16位分辨率、16通道多功能數(shù)據(jù)采集USB模塊 |
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ADAM-3017 |
IEPE訊號(hào)處理模塊 |
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WebAccess/MCM DAQNavi |
研華DAQ產(chǎn)品之軟件開(kāi)發(fā)工具 |
總結(jié)
不論是全新設(shè)計(jì)的工具機(jī)或在現(xiàn)有機(jī)臺(tái)進(jìn)行功能改造，擁有眾多產(chǎn)品線的研華都能針對(duì)客戶需求規(guī)劃出*適合的自動(dòng)監(jiān)測(cè)解決方案。以此項(xiàng)目的設(shè)備制造業(yè)為例，該公司多年來(lái)已采用研華各式各樣的產(chǎn)品以便導(dǎo)入智能應(yīng)用并提升機(jī)器性能，這一回其原本想要大幅更動(dòng)機(jī)臺(tái)來(lái)新增主軸校準(zhǔn)與顫振量測(cè)的功能，但這樣的作法既會(huì)增加開(kāi)發(fā)成本、也會(huì)讓新機(jī)器難以達(dá)到Time-to-Market的目標(biāo)。
所幸，透過(guò)研華經(jīng)驗(yàn)豐富的項(xiàng)目經(jīng)理仔細(xì)評(píng)估后，推薦該公司改采能即插即用的數(shù)據(jù)采集模塊與IEPE訊號(hào)處理模塊，拖過(guò)對(duì)通用產(chǎn)品的小幅修改硬件電路，因而讓其無(wú)需重新設(shè)計(jì)機(jī)臺(tái)就能以具成本效益的方式來(lái)新增所需功能，而且收集來(lái)的數(shù)據(jù)還能成為設(shè)備制造商日后導(dǎo)入預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)等智能管理與維護(hù)應(yīng)用時(shí)的參考數(shù)據(jù)，讓其CNC機(jī)床不僅提升了加工精度，更能讓機(jī)器變聰明以增加生產(chǎn)效率。
鴻研電子提供的產(chǎn)品如下：
電腦平臺(tái)類：
工控機(jī)、嵌入式無(wú)風(fēng)扇計(jì)算機(jī)、加固工控機(jī)、工業(yè)平板電腦、工業(yè)顯示器、
一體機(jī)、工業(yè)服務(wù)器、HMI人機(jī)界面、觸摸屏
采集與控制類：
可編程控制器(PLC、PAC)、變頻器、多功能數(shù)據(jù)采集卡（DAQ） 、運(yùn)動(dòng)控制卡、數(shù)字量 IO 卡、遠(yuǎn)程 IO模塊
工業(yè)通訊類：
工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器、現(xiàn)在總線網(wǎng)關(guān)、工業(yè)多串口卡
接口轉(zhuǎn)換器（RS232 轉(zhuǎn) RS422/485、光電轉(zhuǎn)換、串口轉(zhuǎn)光纖、USB 轉(zhuǎn)串口、中繼器、集線器、USB HUB）
工業(yè)無(wú)線產(chǎn)品(無(wú)線串口服務(wù)器、無(wú)線 AP、無(wú)線接入控制、IP網(wǎng)關(guān)、工業(yè) GSM/GPRS 路由器）
軟件類： Windows 正版系統(tǒng)、組態(tài)軟件、可根據(jù)客戶需求定制開(kāi)發(fā)機(jī)器視覺(jué)，運(yùn)動(dòng)控制，采集等軟件
合作品牌商：
臺(tái)灣系：研華、摩莎、泓格、臺(tái)達(dá)
大陸系：阿爾泰、宇泰
日美系：西門(mén)子、三菱、歐姆龍
