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項目簡介：

提高生產(chǎn)數(shù)量與產(chǎn)品品質(zhì)始終是制造者努力追求的目標(biāo)，工業(yè)4.0更勾勒出智能制造的美好愿景，推動制造業(yè)中舉足輕重的CNC工具機產(chǎn)業(yè)不斷精益求精。而工具機制造商在積極改善自家機器性能并提升加工精度以符合客戶需求的過程中，機器校準(zhǔn)正確與否是影響加工精度的重要因素之一。

傳統(tǒng)制造業(yè)靠累積多年經(jīng)驗的技工師傅進行機器校準(zhǔn)，工廠每日必以此種傳統(tǒng)作法來檢查設(shè)備才能正式開工。如果該廠需要制造的產(chǎn)品種類較多，每一次產(chǎn)線調(diào)整時還得再次為機器重新設(shè)定與校準(zhǔn)。如此不科學(xué)的作業(yè)模式既繁瑣又費時，一旦作業(yè)程序有所疏忽，就會發(fā)生加工精度失準(zhǔn)的問題。

另一項影響加工質(zhì)量的元兇則是顫振。當(dāng)CNC工具機在進行快速或深度切削時非常容易產(chǎn)生顫振，由于其屬于較輕微的高頻振動，因此通常都較難被人所察覺，但此現(xiàn)象不僅會降低工件的加工精度，且若未能即早發(fā)現(xiàn)，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)顫振以防止問題持續(xù)惡化向來都是令設(shè)備制造商頭痛但卻又必須解決的問題。

為了減少校準(zhǔn)時間并提高加工精度，設(shè)備制造商可以利用感測技術(shù)來協(xié)助自家工具機完成自動校準(zhǔn)與實時監(jiān)測的工作。然而，要為早已開發(fā)完成的CNC工具機導(dǎo)入新功能，又要避免大幅更動機臺的現(xiàn)有設(shè)計，設(shè)備制造商必須先克服機箱空間有限與噪聲干擾等問題，同時還要妥善管控開發(fā)成本，以免新功能的花費過高而降低企業(yè)獲利并削弱其市場競爭力。研華為CNC工具機提供的主軸校準(zhǔn)與顫振量測解決方案能以小尺寸、易安裝、免插適配卡、快速開發(fā)與驗證等特色解決上述種種問題，從而讓設(shè)備制造商能以經(jīng)濟實惠的方案順利完成新功能。

項目需求：

擁有超過五十年工具機研發(fā)與生產(chǎn)經(jīng)驗的某臺灣加工中心機制造廠商以優(yōu)異的制造技術(shù)和對高質(zhì)量的堅持使得該公司生產(chǎn)的工具機深受國際知名大廠的肯定。而身為世界級領(lǐng)導(dǎo)品牌的這家工具機制造廠商，其不僅持續(xù)開發(fā)高技術(shù)含量的機型，也從現(xiàn)有客戶所遇到的問題著手來優(yōu)化加工中心機的功能。近來，為了解決由資深技工校準(zhǔn)所衍生的不確定性問題，并降低機臺顫振影響加工質(zhì)量，該公司決定在現(xiàn)有CNC工具機臺內(nèi)加入主軸校準(zhǔn)與顫振量測的功能，希望能以一致性的校準(zhǔn)與自動化監(jiān)測打造出更高效的加工設(shè)備。

由于是在現(xiàn)有的CNC工具機中增加新功能而非設(shè)計一臺全新的機型，因此該設(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)有機箱所剩不多的空間；以工規(guī)等級的平板計算機作為機臺的人機控制接口；以USB外接模塊取代插適配卡的方式來完成數(shù)據(jù)的收集；數(shù)據(jù)采集模塊必須有足夠的分辨率和采樣率以快速取得所需資料；避免數(shù)據(jù)采集過程中受到環(huán)境訊號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發(fā)工具與客制化服務(wù)需求以縮短項目開發(fā)時間，讓新的CNC工具機可以早日投入市場。

系統(tǒng)概述：

研華以10.4寸的無風(fēng)扇平板計算機PPC-3100搭配數(shù)據(jù)采集模塊USB-4716、IEPE訊號處理模塊ADAM-3017、以及軟件開發(fā)工具DAQNavi所提供的自動監(jiān)測解決方案以滿足CNC工具機制造商的種種需求。通過USB-4716搭配ADAM-3017來連接IEPE傳感器，作為操控平臺的PPC-3100即能取得振動信息，借此實現(xiàn)主軸校準(zhǔn)與顫振量測的功能。

提供16位分辨率、采樣率可達(dá)200 kS/s的USB-4716是一款掌上型、導(dǎo)軌式安裝的即插即用數(shù)據(jù)擷取模塊，能直接透過USB端口傳送所采集的數(shù)據(jù)；且無需額外接電源線，僅靠USB端口即可供電運作，因此可省去拆開計算機機殼安裝適配卡的麻煩，或者像是此項目采用的是無法加裝適配卡的平板計算機也非常適合以此模塊來收集數(shù)據(jù)。研華還小幅修正USB-4716使其具備了電阻電容濾波器（R-C filter）功能來采集特定頻率范圍內(nèi)的訊號，借此去除不必要的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傳感器的訊號處理模塊，通過其內(nèi)建的4或10 mA激勵電流可讓系統(tǒng)順利取得IEPE傳感器的訊號，而所支持的訊號放大和抗混迭濾波功能則確保采集的信號不會受到噪聲干擾。

軟件方面，DAQNavi是針對研華的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品而設(shè)計的軟件開發(fā)工具包，使用者可以通過易于使用的操作接口來快速建立數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)。此外，該軟件還提供了像是特殊設(shè)計的直覺式精靈、現(xiàn)成的應(yīng)用模板與范例程序代碼、無需撰寫程序即能進行組態(tài)設(shè)定及功能測試、函數(shù)庫與公用程序等多種便捷功能，借此可協(xié)助系統(tǒng)設(shè)計工程師更快地完成應(yīng)用程序的開發(fā)。

專案導(dǎo)入：

系統(tǒng)架構(gòu)圖：

結(jié)論：

不論是全新設(shè)計的工具機或是在現(xiàn)有機臺進行功能改造，擁有眾多產(chǎn)品線的研華都能針對客戶需求規(guī)劃出最適合的自動監(jiān)測解決方案。以此項目的設(shè)備制造業(yè)為例，該公司多年來一直采用研華多款產(chǎn)品以便導(dǎo)入智能應(yīng)用并提升機器性能，這一次其原本想要大幅變動機臺來新增主軸校準(zhǔn)與顫振量測的功能，但這樣的作法既會增加開發(fā)成本、也會讓新機器難以達(dá)到Time-to-Market的目標(biāo)。

所幸，通過研華專業(yè)且經(jīng)驗豐富的項目經(jīng)理仔細(xì)評估后，推薦該公司采用能即插即用的數(shù)據(jù)采集模塊與IEPE訊號處理模塊，僅小幅修改USB-4716 硬件電路，便可實現(xiàn)無需重新設(shè)計機臺就能以低成本高效益的方式來新增所需功能，而且收集來的數(shù)據(jù)還能成為設(shè)備制造商日后導(dǎo)入預(yù)防保養(yǎng)等智能管理與維護應(yīng)用時的參考數(shù)據(jù)，讓其CNC工具機不僅提升了加工精度，更能讓機器更加智能以增加生產(chǎn)效率。