具有双智能刀架的智能换刀系统及其换刀方法与流程

1.本发明关于一种刀具车，尤指一种具有双智能刀架的智能换刀系统及其换刀方法。


背景技术：

2.刀具为cnc数值加工机所不可或缺的加工工具，随着加工的方式、加工的工件以及cnc数值加工机的不同，其所需用加工的刀具也不相同。一般的机械加工厂中通常具有多种加工机床以及需要加工的各种工件，在需要考量到刀具使用寿命的情况下，由于一般的机械加工厂中所使用刀具的种类甚多，管理上往往要耗费许多人力与时间，才能把握换刀具的时机与时效、避免用错刀具，及兼顾刀具的使用寿命。
3.市面上已有一些刀具车、刀具管理系统以及刀库管理系统，其中由刀库领出的刀具或要送回刀库储存的刀具皆会置放于刀具车上以便利运送；刀具车将从刀库领出的刀具送到现场的加工机床，由人工将其设置于加工机床上，并将从加工机床卸下的刀具放置于刀具车上，由刀具车送回刀库，所以刀具车上的刀具也需要管理及记录，以防止拿错刀具。只是市面上现有的刀具车本身并没有检查刀具的功能，以至于刀具车在上下刀具时，往往需要人力来纪录上下的刀具并确认其是否正确，如此的换刀流程及刀具管理既耗时又容易发生错误，造成刀具车的换刀流程问题及刀具管理问题，甚至造成刀具管理系统以及刀库管理系统的问题，所以如何解决上述刀具车的换刀流程问题及刀具管理问题，是有迫切的需求。
4.此外，由于机械加工厂中的加工机床众多，若仅以一台或者少量几台的刀具车进行刀具替换，则当该台刀具车移动到需要上、下刀具的加工机床旁进行作业时，其它需要进行上、下刀具的加工机床则必须等待前一台的加工机床替换完刀具后，再等待该台刀具车移动至下一台需要进行上、下刀具的加工机床旁，方能进行上、下刀具的换刀作业，因而增加等待换刀作业的时间。然而，若为克服此问题而添购设置更多的刀具车，不仅将占据更多加工厂内的使用空间，造成移动上的不便，设置更多价格昂贵的刀具车亦将造成成本的增加。
5.据此，如何提供一种智能刀具车及其换刀方法已成为目前急需研究的课题。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本发明提出「一种具有双智能刀架的智能换刀系统及其换刀方法」，以下叙述本发明「一种具有双智能刀架的智能换刀系统」的技术内容：
7.具有双智能刀架的智能换刀系统，包含：
8.一智能刀车，包含：
9.一车体；
10.一第一智能刀架，设置于该车体上，供容置及锁固多个第一刀把；
11.一通信模块，设置于该车体上，供接收一智能装置发送的一换刀控制信号；
12.一第一刀把数据读取座，设置于该车体上，供识别该多个第一刀把；及
13.一控制单元，设置于该车体上且电性连接该第一智能刀架、该通信模块及该第一刀把数据读取座；
14.一智能刀架装置，包含：
15.一壳体；以及
16.一第二智能刀架，设置于该壳体上，供容置多个第二刀把；
17.其中当该智能刀车的该通信模块接收该换刀控制信号时，该控制单元根据该换刀控制信号控制该第一智能刀架解锁该多个第一刀把中的其中一第一刀把，并经由该第一刀把数据读取座识别该解锁的第一刀把后，经由该第二智能刀架容置该其中一第一刀把，并经由该第一刀把数据读取座识别该智能刀架装置的该多个第二刀把后，经由该第一智能刀架锁固该多个第二刀把。
18.具有双智能刀架的智能换刀方法包含下列各个步骤：
19.一智能刀车的一通信模块接收一换刀控制信号；
20.该智能刀车的一控制单元根据该换刀控制信号控制该智能刀车的一第一智能刀架解锁多个第一刀把中的其中一第一刀把后；
21.经由该智能刀车的一第一刀把数据读取座识别该解锁后的第一刀把；
22.在识别后，该第一刀把设置到一智能刀架装置上；
23.经由该智能刀车的该第一刀把数据读取座识别该智能刀架装置上多个第二刀把中的其中一第二刀把；以及
24.在识别后，该其中一第二刀把锁固到该第一智能刀架上。
25.承上所述，根据上述本发明所提出「一种具有双智能刀架的智能换刀系统」及「一种具有双智能刀架的智能换刀方法」，利用在每一台机床旁设置具有第二智能刀架的智能刀架装置，并搭配智能装置确实管控及记录整个的换刀流程，可管控上刀及下刀的作业流程，避免上错刀及下错刀。由于本发明具有双智能刀架的智能换刀系统及其方法皆在每一台机床旁搭配设置一个具有第二智能刀架的智能刀架装置，因此，在所有机床要换刀之前，即可预先将对应加工的刀具全数配妥在智能刀架装置上，如此即可避免整条产线的机床需同时间换刀时，换刀人员换完一台机床要等待智能刀车来回移动各个机床之间的时间，因而增加换刀时间并同时降低设备稼动率。据此，借由本发明具有双智能刀架的智能换刀系统及其方法可在不需提升建构成本的情况下提升换刀作业的效率。
26.以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
27.图1为本发明具有双智能刀架的智能换刀系统以及机床的设置示意图；
28.图2a为本发明具有双智能刀架的智能换刀系统的智能刀车及第一智能刀架的外观示意图；
29.图2b为本发明具有双智能刀架的智能换刀系统的智能刀车打开上盖时的示意图；
30.图2c为本发明具有双智能刀架的智能换刀系统的智能刀车打开抽屉的示意图；
31.图3a为本发明具有双智能刀架的智能换刀系统的智能刀架装置外观示意图；
32.图3b为刀把穿入套筒的示意图；
identification)的方式或其他方式如nfc(近场通信，near field communication)的方式来识别欲上机的一刀把31及欲下机的一刀把31，包含读取刀把31本身的识别数据如其品名、料号或履历。
44.请参阅图2b所示，在图2b中本发明的具有双智能刀架的智能换刀系统10的智能刀车10的该上盖4为打开的状态，可看见一第一框架20环设于智能刀车10的顶部；一第一近接开关51与一第一电磁插销锁53固设于该第一框架20，其中该第一近接开关51用于检测该第一抽屉5是否在关闭的状态，以允许该第一电磁插销锁53的启动，以锁住该第一抽屉5于该车内空间；类似的，一第二近接开关52与一第二电磁插销锁54固设于该第一框架20，其中该第二近接开关52用于检测该第二抽屉6是否在关闭的状态，以允许该第二电磁插销锁54的启动，以锁住该第二抽屉6于该车内空间。
45.请参阅图3a并搭配图1及图8，图3a为本发明具有双智能刀架的智能换刀系统的智能刀架装置外观示意图。智能刀架装置13设置于一机床m旁，智能刀架装置13包含一第二智能刀架14、一第二刀把数据读取座15及一壳体16，第二智能刀架14以及第二刀把数据读取座15设置于壳体16上。第二智能刀架14供容置多把欲上机的该刀把31及欲下机的该刀把31。第二刀把数据读取座15识别第二智能刀架14上欲上机的一刀把31。当智能刀车10移动至设置在机床m旁的智能装置s的信号接收范围时，智能装置s发送换刀控制信号至智能刀车10的通信模块12，使电性连接通信模块12的控制单元60根据换刀控制信号控制第一智能刀架11解锁欲上机的刀把31后，经由第一刀把数据读取座8正确识别欲上机的刀把31后设置于第二智能刀架14上，并经由该第一刀把数据读取座8正确识别智能刀架装置13欲下机的刀把31后锁固于第一智能刀架11上。机床m具有一条码，并在欲上机的该刀把31由智能刀架装置13设置到机床m之前，借由智能装置s的识别模块成功识别该条码后显示欲上机的该刀把31，且通过第二刀把数据读取座15正确识别欲上机的该刀把31后，将第二智能刀架14上欲上机的该刀把31锁固在机床m上。
46.请参阅图3b并搭配图3a，图3b为刀把穿入套筒的示意图。第二智能刀架14包含多个层架141，每一层架141以一倾斜角度设置于壳体16上，以便于操作员拿取或放置刀把31。每一层架141具有多个容置座142，多个容置座142中的每一个供容置该些刀把31。进一步而言，每一个欲上机的刀把31以及欲下机的刀把31对应设置有一套筒143及一固定凸件322，每一个层架141的容置空间具有一中空区域，套筒143可置入中空区域，刀把31对应穿入套筒143后，利用固定凸件322与刀把31的固定凹槽35结合，以确保该刀把31正确的置入该中空区域。此外，第二刀把数据读取座15固定设置在壳体16外部，但于其它实施例中，第二刀把数据读取座15亦可设置在第二智能刀架14的层架141上，或者是设置在壳体16顶面位置。此外，在图3a的实施例中，亦可另外在壳体16设置一屏幕，以便于操作于可通过屏幕上显示的换刀清单了解目前需要换刀的状况。
47.请参阅图4a与图4b所示。图4a与图4b皆是本发明的具有双智能刀架的智能换刀系统的智能刀车的抽屉的示意图。在图4a与图4b中，该第一抽屉5具有一第一门板21以及设置于其上的一第一手把22、一第一锁孔43、第一支架23、第二支架24、第三支架25以及一万向转轮26，其中该第一手把22允许人员从该智能刀车10拉开或关闭该第一抽屉5，该第一锁孔43用于容纳该第一电磁插销锁53的一锁舌，以锁住该第一抽屉5，使其保持关闭状态。该万向转轮26为一轮子，用于承载该第一抽屉5的重量并使该第一抽屉5能移动。该第一抽屉5中
的该第一支架23以及该第二支架24其一端分别固设于该第一门板21的上端及下端，其另一端分别固设于该第三支架25的上端及下端，该第一支架23以及该第二支架24之上还分别环设有一第二框架27以及一第三框架28，使得该第一支架23以及该第二框架27共同形成一第一容置空间29，该第二支架24以及该第三框架28共同形成一第二容置空间30，其中该第一容置空间29与该第二容置空间30皆是用于容置多个刀把座32以及多个刀把31。至于该第二抽屉6，其结构及功能与该第一抽屉5是类似的。
48.请参阅图5、图6及图8，图5为刀把的示意图，图6为本发明具有双智能刀架的智能换刀系统的刀把座与刀把结合的示意图。在图5中，该刀把31具有一颈部33、一头部34、一固定凹槽35以及一rfid标签或一nfc标签(图未示)，该rfid标签或该nfc标签设置于该固定凹槽35的对侧。在图5中，一刀把31放置于一刀把座32中，该刀把座32具有一平台321，该平台321之上设置有一固定凸件322，该平台321具有一中空区域，该刀把31可置入该中空区域，此时该刀把31的固定凹槽35与该固定凸件322结合，以确保该刀把31正确的置入该中空区域，该刀把座32还具有一固定板323，其上设置有一近接感应器36及一电磁锁37，该固定板323、该近接感应器36及该电磁锁37皆位于该平台321的下方，当智能刀车10的通信模块12接收换刀控制信号时，控制单元60产生一锁固控制信号至该些刀把座32中的其中一刀把座32的电磁锁37，以锁住接收到锁固控制信号的刀把座32中的刀把31，且产生一解锁控制信号至该些刀把座32中的另一刀把座32的电磁锁37，以解锁接收到解锁控制信号的刀把座32中的刀把31。进一步而言，当该刀把31置入该中空区域时，该刀把31的一部分包含该颈部33与该头部34位于该平台321的下方，此时该近接感应器36若检测到该刀把31位于正确位置，则允许该电磁锁37伸出一锁舌38卡住该刀把31的颈部33，使得该刀把31的头部34无法脱出，可达成将该刀把31锁住在该刀把座32的功效。另外该刀把座32进一步具有一指示灯39，可用于提醒相关人员：该刀把座32要放置或取用一刀把31。指示灯39设置于智能刀车10上。于本发明的实施例中，指示灯39包含led(light emitting diode，发光二极管)灯。此外，在图3a中，智能刀架装置13的第二智能刀架14上虽然并未设置刀把座32，但使用者亦可根据需求在第二智能刀架14上增加设置刀把座32，以锁固刀把31，并根据需求在第二智能刀架14的刀把座32上设置指示灯39。
49.请参阅图7，图7为本发明具有双智能刀架的智能换刀系统的第一刀把数据读取座的示意图。在图7中，该第一刀把数据读取座8设置于智能刀车10上，具有一座体81，其上设置有一第一上机识别刀把座82及一第一下机识别刀把座83，分别用于放置一要上机的刀把31和一已下机的刀把31，该第一刀把数据读取座8还具有一感测面84，其上设置有一第一识别传感器85及一第二识别传感器86，分别用于感测、读取一要上机的刀把31的识别数据和一已下机的刀把31的识别数据。其中当一刀把31正确的放置于该第一上机识别刀把座82或该第一下机识别刀把座83时，该刀把31的识别数据可被该第一识别传感器85或该第二识别传感器86所读取；其中，该第一刀把数据读取座8可借由例如无线射频识别技术(rfid)或近场通信技术(nfc)感测刀把的rfid标签。此外，设置于智能刀架装置13上的第二刀把数据读取座15上亦可配备设置识别传感器(图未示)，用于感测、读取一要上机的刀把31的识别数据和一已下机的刀把31的识别数据。其中当一刀把31正确的放置于第二刀把数据读取座15时，该刀把31的识别数据可被识别传感器所读取；其中，第二刀把数据读取座15可以rfid的方式感测刀把31的rfid标签，也可以nfc的方式感测刀把31的nfc标签。
50.此外，需注意的是，在本发明上述的实施例中，虽然将第一刀把数据读取座8区分为第一上机识别刀把座82及第一下机识别刀把座83，分别用于感测、读取一要上机的刀把31的识别数据和一已下机的刀把31的识别数据，但在本发明的其它实施例中，可将第一上机识别刀把座82及第一下机识别刀把座83整合成为单独一个上下机识别刀把座，同时具有感测、读取一要上机的刀把识别数据和一已下机刀把识别数据的功能。相似地，设置于智能刀架装置旁的第二刀把数据读取座15用于识别刀把31的识别数据，包含一第三识别传感器及一第四识别传感器，于图3a的实施例中，以单独整合的一个上下机识别刀把座举例说明，有关第二刀把数据读取座15的结构、功能及原理如上述第一刀把数据读取座8，于此不再赘述。
51.请参阅图8所示。图8为本发明的具有双智能刀架的智能换刀系统的控制方块图。在图8中，本发明的具有双智能刀架的智能换刀系统1进一步具有一控制单元60以及一电池与充电装置64，其中该控制单元60可为具有微控制器或微处理器的一电路或一电脑系统。智能刀车10上的多个刀把座32中的每一个的电磁锁37与近接感应器36(参阅图6)皆电连接至该控制单元60，其中该近接感应器36用于检测该些刀把座32中是否有该刀把31，且该刀把31是否放置在正确的位置，以确定该刀把座32是否能上锁来锁住该刀把31，并将其感测结果传送给该控制单元60，使其能判断一刀把31是否已正确的放置于相对应的一刀把座32中，若该控制单元60判断该刀把31已正确的放置于相对应的该刀把座32中时，该控制单元60才能控制该刀把座32的电磁锁37(参阅图6)，将该刀把31上锁或解锁，另外多个刀把座32中的每一个指示灯39皆电连接至该控制单元60，该控制单元60可控制该多个刀把座32中的每一个指示灯39的发光状态如闪烁、持续亮、不亮等。
52.类似的，该第一近接开关51与该第一电磁插销锁53皆电连接至该控制单元60，其中该第一近接开关51用于检测至少一抽屉的位置，以确定至少一抽屉是否能被上锁，并将其感测结果传送给该控制单元60。以第一抽屉5(参阅图2c)为例，控制单元60根据感测结果判断该第一抽屉5(参阅图2c)是否在正确的关闭位置，若该控制单元60判断该第一抽屉5(参阅图2c)是在正确的关闭位置时，该控制单元60才能控制该第一电磁插销锁53，将该第一抽屉5(参阅图2c)上锁或解锁。类似的，该第二近接开关52与该第二电磁插销锁54皆电连接至该控制单元60，其中该第二近接开关52会将其感测结果传送给该控制单元60，使其能判断该第二抽屉6(参阅图2c)是否在正确的关闭位置，若该控制单元60判断该第二抽屉6(参阅图2c)是在正确的关闭位置时，该控制单元60才能控制该第二电磁插销锁54，将该第二抽屉6(参阅图2c)上锁或解锁。
53.请参阅图1、图2c、图3a及图8所示，每一机床分别具有一条码，智能装置s可从该条码中读取该机床m的一工单信息，并比对工单信息中所列出的机床m，与需要上刀及下刀的刀把31是否一致，以及确认要装设于机床m的刀把31或已从机床m卸下的刀把31、要锁固或解锁在第一智能刀架11上的刀把31以及要设置在第二智能刀架14上的刀把31是否正确。该工单信息包含一所有要上机的刀把31的识别数据以及一所有要下机的刀把31的识别数据，智能装置s会将其读取到的工单信息通过通信模块12传送给智能刀车10的控制单元60。智能装置s用以通过使用界面提供显示工单信息给人员，也可从该服务单元及云端网络上传、下载及更新工单信息。此外，本发明亦可通过企业资源规划系统(enterprise resource planning；erp)将工单信息传送到智能装置s或云端网络中。
54.该电池与充电装置64用以直接或间接提供电力给该控制单元60、该多个刀把座32中的每一个电磁锁37及每一个近接感应器36以及每一个led灯39、该第一近接开关51与该第一电磁插销锁53、该第二近接开关52与该第二电磁插销锁54、该第一识别传感器85及该第二识别传感器86。
55.参阅图9，其为本发明的具有双智能刀架的智能换刀系统的一应用图。本发明的具有双智能刀架的智能换刀系统1可搭配一无人搬运车70(automatic guided vehicle,agv)，该无人搬运车70具备派车地图、wifi网络传输及wifi定位系统等功能；本发明的具有双智能刀架的智能换刀系统1与该无人搬运车70可进一步搭配一刀具自动派车系统，该刀具自动派车系统能自动派送刀具到指定的机床及指定的刀库，可节省大量人力，同时可避免人为错误。
56.另外，本发明的具有双智能刀架的智能换刀系统1还可搭配一刀库管理系统，本发明的具有双智能刀架的智能换刀系统1通过该服务单元能及时的与该刀库管理系统交换刀把的位置及履历，该刀库管理系统可增进刀把出入刀库的效率及正确性。
57.另外，本发明的具有双智能刀架的智能换刀系统1还可搭配一刀具管理系统，本发明的具有双智能刀架的智能换刀系统1通过该服务单元能及时的与该刀具管理系统交换刀把的位置及履历，该刀具管理系统可节省一比对刀的时间，并提高刀具的寿命。
58.请参阅图10，其为本发明具有双智能刀架的智能换刀方法流程图。具有双智能刀架的智能换刀方法包含下列各个步骤：
59.于步骤s10中，智能刀车的通信模块接收换刀控制信号。于步骤s11中，智能刀车的控制单元根据换刀控制信号控制智能刀车的第一智能刀架解锁多个第一刀把中的其中一第一刀把。于步骤s12中，经由智能刀车的第一刀把数据读取座识别解锁后的第一刀把。于步骤s13中，在识别正确后，第一刀把设置到智能刀架装置上。于步骤s14中，经由该智能刀车的该第一刀把数据读取座识别该智能刀架装置上多个第二刀把中的其中一第二刀把。于步骤s15中，在识别正确后，第二刀把锁固到第一智能刀架上。据此，完成所有智能刀车上的刀把与智能刀架装置上的刀把的换刀作业。
60.此外，具有双智能刀架的智能换刀方法更包含下列各个步骤：借由一智能装置对一机床扫描条码，并由该智能装置确认该机床为需要进行换刀作业的该机床。确认正确后，在该智能装置上显示多个第一刀把及多个第二刀把的清单。根据该清单，经由第二刀把数据读取座识别智能刀架装置上的多个第二刀把中的另一第二刀把。在识别正确后，第二刀把设置于机床上。再者，根据该清单，机床转动至主轴位置，将设置于主轴上的第二刀把设置于智能刀架装置上。据此完成机床与智能刀架装置上所有刀把的替换。
61.综上所述，本发明具有双智能刀架的智能换刀系统及其方法利用在每一台机床旁设置具有第二智能刀架的智能刀架装置，并搭配智能装置确实管控及记录整个的换刀流程，可管控上刀及下刀的作业流程，避免上错刀及下错刀。由于本发明具有双智能刀架的智能换刀系统及其方法皆在每一台机床旁搭配设置一个具有第二智能刀架的智能刀架装置，因此，在所有机床要换刀之前，即可预先将对应加工的刀具全数配妥在智能刀架装置上，如此即可避免整条产线的机床需同时间换刀时，换刀人员换完一台机床要等待智能刀车来回移动各个机床之间的时间，因而增加换刀时间并同时降低设备稼动率。据此，借由本发明具有双智能刀架的智能换刀系统及其方法可在不需提升建构成本的情况下提升换刀作业的
效率。
62.当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。