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項(xiàng)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(dòng)制造業(yè)中舉足輕重的CNC工具機(jī)產(chǎn)業(yè)不斷精益求精。而工具機(jī)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。

傳統(tǒng)制造業(yè)靠累積多年經(jīng)驗(yàn)的技工師傅進(jìn)行機(jī)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(shí)還得再次為機(jī)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(fèi)時(shí)，一旦作業(yè)程序有所疏忽，就會(huì)發(fā)生加工精度失準(zhǔn)的問題。

另一項(xiàng)影響加工質(zhì)量的元兇則是顫振。當(dāng)CNC工具機(jī)在進(jìn)行快速或深度切削時(shí)非常容易產(chǎn)生顫振，由于其屬于較輕微的高頻振動(dòng)，因此通常都較難被人所察覺，但此現(xiàn)象不僅會(huì)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(shí)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(jī)完成自動(dòng)校準(zhǔn)與實(shí)時(shí)監(jiān)測的工作。然而，要為早已開發(fā)完成的CNC工具機(jī)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題，同時(shí)還要妥善管控開發(fā)成本，以免新功能的花費(fèi)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(jī)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(yàn)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(jì)實(shí)惠的方案順利完成新功能。

項(xiàng)目需求：

擁有超過五十年工具機(jī)研發(fā)與生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的某臺(tái)灣加工中心機(jī)制造廠商以優(yōu)異的制造技術(shù)和對(duì)高質(zhì)量的堅(jiān)持使得該公司生產(chǎn)的工具機(jī)深受國際知名大廠的肯定。而身為世界級(jí)領(lǐng)導(dǎo)品牌的這家工具機(jī)制造廠商，其不僅持續(xù)開發(fā)高技術(shù)含量的機(jī)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(jī)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(jī)臺(tái)顫振影響加工質(zhì)量，該公司決定在現(xiàn)有CNC工具機(jī)臺(tái)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(dòng)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(jī)中增加新功能而非設(shè)計(jì)一臺(tái)全新的機(jī)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(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(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發(fā)工具與客制化服務(wù)需求以縮短項(xiàng)目開發(fā)時(shí)間，讓新的CNC工具機(jī)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(jì)算機(jī)PPC-3100搭配數(shù)據(jù)采集模塊USB-4716、IEPE訊號(hào)處理模塊ADAM-3017、以及軟件開發(fā)工具DAQNavi所提供的自動(dòng)監(jiān)測解決方案以滿足CNC工具機(jī)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(tái)的PPC-3100即能取得振動(dòng)信息，借此實(shí)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(yùn)作，因此可省去拆開計(jì)算機(jī)機(jī)殼安裝適配卡的麻煩，或者像是此項(xiàng)目采用的是無法加裝適配卡的平板計(jì)算機(jī)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(hào)，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(hào)處理模塊，通過其內(nèi)建的4或10 mA激勵(lì)電流可讓系統(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采集的信號(hào)不會(huì)受到噪聲干擾。

軟件方面，DAQNavi是針對(duì)研華的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品而設(shè)計(jì)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(jì)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(jìn)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(jì)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(jì)的工具機(jī)或是在現(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)劃出最適合的自動(dòng)監(jiān)測解決方案。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(jī)器性能，這一次其原本想要大幅變動(dòng)機(jī)臺(tái)來新增主軸校準(zhǔn)與顫振量測的功能，但這樣的作法既會(huì)增加開發(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，通過研華專業(yè)且經(jīng)驗(yàn)豐富的項(xiàng)目經(jīng)理仔細(xì)評(píng)估后，推薦該公司采用能即插即用的數(shù)據(jù)采集模塊與IEPE訊號(hào)處理模塊，僅小幅修改USB-4716 硬件電路，便可實(shí)現(xiàn)無需重新設(shè)計(jì)機(jī)臺(tái)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(hù)應(yīng)用時(shí)的參考數(shù)據(jù)，讓其CNC工具機(jī)不僅提升了加工精度，更能讓機(jī)器更加智能以增加生產(chǎn)效率。