發佈日期:2017-09-20

智慧製造之重點技術專利分析-溫度補償技術落點分析

作者: 賴明豐

專利分析 智慧製造 溫度補償 專利 Smart Manufacturing Temperature Compensation Patent

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一、溫度補償為工具機加工程序之重要技術

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從工具機智慧化發展的趨勢來看(羅佐良,2017),在工具機上設置溫度感測機制,監控工具機升溫所產生的熱飄移現象,再經由雲端運算平台進行分析模擬並建立溫度補償機制,以解決因溫升熱變形造成的製造損失就變得相當重要。由此來看,工具機因高速加工產生的熱變形為自然且無法避免的物理現象,尤其進入多軸同時加工的智慧機械時代更能顯示其重要性,對於如何有效降低熱變位造成的誤差的需求更甚以往(李宛玲,2016)。因此,溫度補償技術的研發需求更顯重要。

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二、溫度補償技術專利落點分析

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然而,溫度補償技術發展狀況究竟如何呢?本文以台灣市場為主,先以「熱補償」與「溫度補償」為關鍵字,透過台灣智慧局提供的專利資訊檢索系統(TPSS)完整版功能,檢索專利名稱、摘要與發明/創作說明等三部份,並勾選「檢索去重(同一申請號有公告者去除公開)」選項,得到2,626筆專利,再以人工閱讀方式確認該專利是否屬於機械領域或係應用於特定機台(如切削)篩選出24筆進行技術落點分析,如表1所示:

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表1 「熱補償;溫度補償」專利相關IPC歷年發展狀況

註:一件專利可能會有兩個以上不同IPC的狀況。

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從表1的專利申請年度來看,台灣市場在機械領域「熱補償;溫度補償」技術的佈局大致上可以分為三個階段(如表2),即2009年以前、2011~2012年,以及2015年之後。在第一階段裡發展了九種技術,包括B23Q015/12(即當刀具作用於工件時,系統能夠根據預先給定的條件自動調整刀具動作狀態以維持最佳效能)與G05B019/404(即就數位程序控制系統設計開發出能夠針對間隙、過調、工具偏差、工具磨損、溫度、機器構造誤差、負荷慣性等等問題執行補償控制的裝置),其中僅有兩項技術持續發展到第二甚至第三階段。在第二個階段裡發展了四種技術,其中僅B23Q023/00(即用於補償不均勻性或磨損的定位型機構設計,例如導軌)持續發展到第三階段。而近兩年的新興技術議題則是B23Q005/00(即設計驅動機構或進給機構的控制裝置),以及設計工作表面焊接程序需要的零部件所需技術,包括G04B001/14(驅動機構使用的簧夾)、G04B031/004(軸尖軸承)與G04D003/00(加工測時裝置)。

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表2 不同階段「熱補償;溫度補償」專利技術發展項目

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目前台灣市場中佈局這類技術的專利權人並不多(如圖1),以精密機械中心掌握的相關專利最多,其次是大立機器。若進一步根據這些專利權人屬性區分為企業、學研與個人三類(如表3,A~K是企業、L~N是學研,O與P則是個人),可以發現不同類型專利權人在技術佈局的方向上並不相同。在企業類型的專利權人中較多廠商佈局的熱門技術是G05B019/404、B23Q015/12,以及B23Q015/00(即自動控制或調整給進動作、切削速度、刀具或工作的位置),而學研面向熱門佈局的技術則是B23Q017/00(即機床上的指示或測量裝置)與B23Q011/14(即在機床零件中保持恆溫的方法或裝置)。最常被引用的專利是精機中心的M364561(加工機之熱變位補償裝置),目的在提供一種切削加工中心機之熱變位補償裝置,具有能夠接收來自一加工中心機之熱變位溫度訊號,且以該熱變位溫度訊號搭配一溫度補償模型以自動計算出一熱變位補償量,該熱變位補償量傳送給加工中心機之控制器以修正加工量,據此達到使用簡便及高加工精密的效果。可配置於一切削加工中心機,例如立式C型切削加工中心機、立式龍門切削加工中心機、車床切削加工中心機、臥式切削加工中心機、臥式搪床切削加工中心機、鑽孔加工機,或各式專利切削加工中心機的熱變位補償裝置。

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圖1 「熱補償;溫度補償」技術專利權人與專利件數

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表3 各專利權人佈局的技術項目

註:A大立機器工業股份有限公司;B台中精機廠股份有限公司;C台達電子工業股份有限公司;D尼瓦克斯法爾公司;E永進機械工業股份有限公司;F協易機械工業股份有限公司;G達佛羅企業有限公司;H漢廷股份有限公司;I劉昌國(力達變頻恆溫有限公司);J鋐昌科技股份有限公司;K鴻海精密工業股份有限公司;L財團法人工業技術研究院;M財團法人精密機械研究發展中心;N嶺東科技大學;O王錦燕;P陳志平。
註:一件專利可能會有兩個以上不同IPC的狀況。

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三、結論

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針對台灣市場在機械領域「熱補償;溫度補償」相關專利佈局的技術落點來看(如圖2),係以「機床之零件、部件、或附件(B23Q)」類技術為主,其中又以「自動控制或調整給進動作、切削速度、刀具或工作的位置」相關專利最多,其次才是「控制或調節系統及其功能單元(如監控或測試裝置等)(G05B)」類技術,尤其強調NC程控系統上的補償控制裝置,以便能動態回應處理如工具偏差/磨損、溫度、負荷慣性、…等等在加工過程中遭遇到的問題。企業面首重研發G05B019/404技術再搭配刀具位置的控制或調節機制,學研機構則以B23Q017/00技術為主再分走保持恆溫的方法或針對驅動(或進給)控制機構的設計與開發的策略走向。

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圖2 「熱補償;溫度補償」專利相關技術魚骨圖

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參考文獻

  1. 李宛玲(2016),「迎接智慧製造時代:銜接智慧機械引領產業革新的橋樑-SkyMars」,機械資訊,第716期,頁25-30。
  2. 羅佐良(2017),「智慧機械系統技術發展現況與未來趨勢」,工研院智慧機械中心,網站:https://iace.org.tw/f2/rdFocus/showDetail;jsessionid=5BE437BCFD6A0DC8702D4021AF5A743E?id=1&searchCondition.category=研發焦點&searchCondition.pageIndex=0&searchCondition.pageSize=20。