3.3.3.3 結論
1. 在相同的模擬條件下(球殼半徑固定 500μm，材料為不銹鋼、錫、鋁、銅)，微球 殼不論厚薄，其『可容許的最大徑向變形量』隨著開口角度的增加而增大，並在 170 度時有最大值，過了170 度之後，『可容許的最大徑向變形量』隨開口角度增大而縮小。
2. 當微球殼為 500μm 厚度 10μm 時，對錫材料之微球殼而言，其開口角度的選擇可 從140~180 度來滿足餘隙配合的需要，半徑則選擇 490~500μm 之間。至於不銹鋼和銅，
可選擇160~180 度；鋁材料之球殼則可選擇 160~180 度。而錫材料之所以可選的開口角 度比較多的原因是因為其可容許之徑向變形量比較大的緣故。
3. 當微球接頭需要為緊配合時，則錫材料的微球殼在開口角度大於 150 度後時便能夠 達到此配合方式；不銹鋼和鋁材料必須要在170 度之後才能達成緊配合；銅材料則只有 在180 度才能緊配組裝。
3.4 子計畫三 介觀工具機控制系統研發
本子計畫目的在於整合光學、精密機械、自動控制與資訊軟體等技術，開發奈米級 之超高精度運動控制、智慧型加工控制及視覺影像檢測技術，建立介觀工具機控制系 統，此系統包含開放式CNC 系統、微奈米精密運動控制系統與智慧型監控系統，主要 功能特色有即時多工視窗人機介面、DSP-Based 機電控制、線性馬達驅動平台、智慧型 加工控制、網路遠端監控、機器視覺影像檢測，第一年計畫研究內容包含CNC 模組規 劃、設計開放式人機介面及CNC 模組軟體、機台輸入輸出接點控制、線性馬達驅動運 動控制系統研製與測試，第二年計畫研究內容包含線性馬達伺服系統數學模式推導與系 統識別，進行三軸伺服控制器設計以克服頓振推力與摩擦力產生干擾問題，開發放智慧 型放電伺服進給控制系統，第三年計畫則開發智慧型監控系統，發展遠端監控功能與應 用視覺影像檢測技術發展視覺導引加工與電極磨耗檢測功能。
3.4.1 介觀工具機控制系統研發(1/3)
本子計畫第一年目的在於發展開放式CNC 系統，此開放式 CNC 系統 採用 PC 與 DSP 結合之分散式控制系統器架構，包含PC-based 中央監控系統與 DSP-based 電控系統。
PC-based 中央監控系統負責人機介面、工件程式解譯與網路監控。DSP-based 電控系 統負責即時運動控制、機電介面邏輯控制與放電加工控制。開放式CNC 系統，具有以 下特色
z 即時多工視窗人機介面 (包含位置座標、加工參數設定、警報等畫面)
z 模組化軟體架構 (包含人機介面、解譯、通訊、操作、機械邏輯控制與運動模組) z 具有遠端診斷與維護功能
z 可透過區域網路或網際網路進行遠距維修
z 容易整合、具有擴充性 (可結合放電電電源系統、機器視覺系統) 開放式CNC 系統硬體架構如圖 66 所示：
圖66 開放式 CNC 系統硬體架構
PC-based 中央監控系統硬體由一台個人電腦 、一片網路卡組成。DSP-based 電控系統 由DSP-based 控制卡、 輸入輸出介面卡與操作面板組成。應用直流馬達驅動三軸桌上 型立式銑床進行運動控制與CNC 功能驗證。
驗證CNC 系統所採用之銑床伺服系統具有摩擦力干擾與系統參數變化等特性，因此 提出結合適應控制與交叉耦合控制法則。此控制系統具有下列特色:
z 以數學模式為基礎之控制系統設計。
z 此控制器可保證閉迴路控制系統之穩定性。
z 有效補償滾珠螺桿驅動伺服系統之償摩擦力干擾，提高運動控制精度。
3.4.2 介觀工具機控制系統研發(2/3)
本子計畫第二年目的在於發展線性馬達驅動之微加工具機精密運動控制系統，本文 首先推導線性馬達伺服系統數學模式並且進行系統識別，針對線性馬達伺服系統所具有 的摩擦力、頓振推力與推力漣波等非線性特性，設計一具有干擾估測器與前饋控制器之 伺服控制系統並以直線與圓弧軌跡命令進行運動控制實驗，實驗結果證實本文所提出之
Windows PC
DSP-based control card
I/O interface card Milling machine
Network card
Control panel PCI BUS
DC motor servo driver Pulse signal unit
控制器不僅可以適用於非極小相系統，亦具有干擾補償與強健性，可達到良好循跡精度。
驗證 CNC 系統所採用之銑床伺服系統具有摩擦力干擾與系統參數變化等特性，因 此提出結合適應控制與交叉耦合控制法則。
3.4.3 介觀工具機控制系統研發(3/3)
本計畫第三年研究目的在於發展線性馬達驅動之桌上型微加工機放電電極磨耗量 測與補償系統。此系統使用機器視覺技術，不需將電極取下便可線上量測電極前端與側 向磨耗，實驗發現放電鑽孔使得電極前端磨耗量增大易產生圓弧狀，放電銑削造成電極 側向磨耗增大易產生圓錐狀。本文提出一電極磨耗預估方法，利用CCD 計算前端磨耗 量，並下降 Z 軸深度來補償電極磨耗，針對鑽孔加工及銑削加工找出電極磨耗與 Z 軸 下降量之磨耗曲線，依照磨耗率曲線計算預補量。實驗結果證實本文提出之電極磨耗補 償方法，可有效的補償放電鑽孔與放電銑削之電極磨耗，提高加工精度。圖67 為實驗 裝置架構，圖68 為磨耗率與下降率關係，加工一開始電極磨耗率小於電極下降率，因 此產生傾斜面，當加工深度加深，電極磨耗率與電極下降率達到平衡時，可得固定深度 之平面。
CCD
Back light Adapter Zoom
Attachment
X-Y table CCD
Back light Adapter Zoom
Attachment
X-Y table 圖67 機器視覺實驗裝置架構