CN102672534B - 动态变形自动修正装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态变形自动修正装置，主要在机体的自由端组设位置敏锐检测器，另在机体的固定端组设对应的激光发射器，再使位置敏锐检测器与控制器电性连接，且使控制器电性接设组设于机体的致动器，据此，当机体产生变形时，组设于机体自由端的位置敏锐检测器会检测到激光发射器投射的光点偏离原始位置，此时，与位置敏锐检测器电性连接的控制器会同步接收到此偏移信号，以运算出修正值，再驱动致动器对变形的机体立即进行修正，藉此动态的变形自动修正机制，确实达到使刀具准确加工的效果。

Description

动态变形自动修正装置

技术领域

本发明涉及一种动态变形自动修正装置，尤指一种可在机体产生变形的同时，同步因应机体的变形量进行修正的动态自动修正装置。

背景技术

如今，为了方便成型各种用品及机械元件的形状，工具机也逐渐演化出车床、搪床、刨床、铣床、磨床、拉床及锯床等各种型态，而工具机首重加工精准度，除了刀具本身的良窳，用以支撑刀具的工具机机体也会影响刀具切削工件的准确性，尤其是大型工具机如落地式（Floor Type）搪铣床的滑枕因伸出的长度不同及常需要更换使用不同的附件，其重量变化范围非常大，会严重影响工具机机体原有的精度，又因负载机构的不对称及外部温升的变化也会导致落地式搪铣床的整个竖柱弯曲的情况，进而影响工具机加工的精度，另如门形加工机或立式车床的横梁也会因为横梁上鞍座的重量使横梁产生弯曲变形，因此，为防止工具机机体的主轴、竖柱等因温度或负载等所造成的偏斜、变形，导致影响刀具进给切削工件时的准确性，故有诸多业者针对工具机机体的滑枕、竖柱等变形量的检测及修正，提出改善的方案。

发明内容

本发明是有关于一种动态变形自动修正装置，其主要目的是为了提供一种可以在机体产生变形的同时，同步因应机体的变形量进行修正的动态自动修正装置。

为了达到上述实施目的，本发明人乃研拟如下动态变形自动修正装置，包含：

一位置敏锐检测器，可组设于机体的自由端；

一激光发射器，可组设于机体的固定端，并与位置敏锐检测器的检测面相对应；

一控制器，使其输入端与位置敏锐检测器电性连接，并在控制器内载入有变形量修正程序；

一致动器，与控制器的输出端电性连接。

据此，当机体产生变形时，组设于机体自由端的位置敏锐检测器会检测到激光发射器投射的光点偏离原始位置，此时，与位置敏锐检测器电性连接的控制器会同步接收到此偏移信号，以运算出修正值，再驱动致动器对变形的机体立即进行修正，藉此动态的变形自动修正机制，确实达到使刀具准确加工的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明实施例的架构图；

图2为本发明实施例的实施于竖柱立体图；

图3为本发明实施例的实施于滑枕立体图；

图4为本发明实施例的实施于横梁正视图(一)；

图5为本发明实施例的实施于横梁正视图(二)；

图6为本发明实施例的位置敏锐检测器（四象限感测器）电路图；

图7为本发明实施例的一维位置敏锐检测器（二横向侧效感测器）电路图；

图8为本发明实施例的一维位置敏锐检测器（四横向侧效感测器）电路图；

图9为本发明实施例的二维位置敏锐检测器（二横向侧效感测器）电路图；

图10为本发明实施例的二维位置敏锐检测器（四横向侧效感测器）电路图；

图11为本发明实施例的流程图。

附图标号：

1  位置敏锐检测器 2  激光发射器

3  控制器         4  致动器

5  机体           51 自由端

52 固定端

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

首先，请参阅图1所示，为本发明的动态变形自动修正装置，由位置敏锐检测器（Position sensitive detector，PSD）1、激光发射器2、控制器3及致动器4所组成；其中：

该位置敏锐检测器1，组设于机体5的自由端51，该机体5可为竖柱（如图2所示）、滑枕（如图3所示）或横梁（如图4、图5所示）等，又该位置敏锐检测器1可为四象限感测器（Quadrant detectors）或侧效感测器（LateralEffect detectors），该四象限感测器可作一维或二维的检测，请参阅图6所示，即为四象限感测器的电路图，其X轴向与Y轴向位置计算式如下：

X=(A+D)－(B+C)/(A+B+C+D)；

Y=(A+B)－(C+D)/(A+B+C+D)；

该A、B、C与D为每一象限有效区域所量测的光电流，相同的四象限感测器电路可使用在一维的检测；

该侧效感测器（Lateral Effect detectors）主要包含有二横向（Duo-lateral）与四横向（Tetra-lateral）侧效感测器，而二种结构皆可为一维与二维形态，请参阅图7、图8所示，分别为二横向侧效感测器及四横向侧效感测器实施于一维检测的电路图，其计算式如下：

X=(A－B)/(A+B)；

另请参阅图9所示，为二横向（Duo-lateral）侧效感测器实施于二维检测的电路图，其计算式如下：

X=(A－B)/(A+B)；

Y=(C－D)/(C+D)；

又请参阅图10所示，为四横向（Tetra-lateral）侧效感测器实施于二维检测时，其计算式如下：

X=(A－B)/(A+B)；

Y=(C－D)/(C+D)；

该激光发射器2，请再参阅图2～图5所示，组设于机体5的固定端52处，并与设于机体5自由端51处的位置敏锐检测器1的检测面相对应；

该控制器3，使其输入端与位置敏锐检测器1电性连接，并在控制器3内设有变形量修正程序，该变形量修正程序的步骤，请一并参阅图11所示：

a.设定容许误差值；

b.比较误差值：依激光发射器2投射于位置敏锐检测器1的检测面上光点所在区域，以计算出机体5自由端51偏移中心的变形量，再比对该变形量是否在设定的误差值内；

c.运算修正值：若机体5自由端51的变形量超出设定的误差值，则将位置敏锐检测器1测得的变形量在控制器3计算出偏移的变形量须对应修正的数值；

d.输出修正信号：将控制器3运算后得到的修正值传输予致动器4；

e.驱动致动器修正变形量：使致动器4依所得到的修正值对机体5的自由端51进行变形量的修正；

该致动器4，与机体5相组设，并与控制器3的输出端电性连接，该致动器4可为油压缸、马达螺杆组、温度控制器，及伺服马达与其连结组件等。

据此，当组装使用时，请再参阅图1所示，将本发明的位置敏锐检测器1组设在竖柱（如图2所示）、滑枕（如图3所示）或横梁（如图4、图5所示）等机体5的自由端51上，另将激光发射器2组设于竖柱、滑枕或横梁等机体5的固定端52处，并使位置敏锐检测器1和激光发射器2相互对应，如：竖柱的自由端51位于竖柱上端，另固定端52则在竖柱底端，又滑枕的自由端51则为滑枕活动伸出主轴的一端，固定端52则在滑枕相对另端，另横梁的自由端51则为组装刀具的中央位置，而其固定端52则位于横梁的二端，依此类推，自由端51即为容易先产生变形偏移的一端，而固定端52则为不易发生变形偏移，可供作为基准的一端；

继之，将致动器4组装于竖柱、滑枕或横梁等欲做变形修正的机体5上，且将致动器4与控制器3的输出端电性连接，另使位置敏锐检测器1与控制器3的输入端电性接设；

续之，启动位置敏锐检测器1、激光发射器2、控制器3及致动器4，此时，请一并参阅图11所示，激光发射器2发出笔直的射线射向位置敏锐检测器1检测面的中心位置，于此初始状态下，该竖柱、滑枕或横梁等机体5的自由端51与固定端52保持真直度；

随着机器的使用，因承受负载或温度变化等因素的影响，而使得机体5的自由端51产生变形偏移原始的位置，此时，原本投射于位置敏锐检测器1检测面中心处的激光发射器2的光点亦偏离检测面的中心位置，而与位置敏锐检测器1电性连接同步接收激光发射器2光点位置的控制器3会依其内设程序的设计，比对此偏移量是否在预设的容许误差值内，假设仍在容许误差值内则不动作，若偏移的变形量超出容许误差值则进入下一流程，程序即会将检测到的光点所在位置的数据载入程序内设的公式，以分别运算出二维的X轴向与Y轴向需做的修正值，随之，再将此修正值传输至致动器4，致动器4即依此修正值对已变形的机体5进行修正的工作，以将机体5偏移的自由端51导正至原始位置；

而此导正结果会再由位置敏锐检测器1所检测，以进行信号的回授动作，若导正后的结果为机体5的变形量回到容许的误差值内则不再进行修正，假设导正后的结果机体5的变形量仍在容许误差值外，控制器3即会再依所检测到新数据，重新运算X轴向与Y轴向的修正值，再驱动致动器4按此修正值对机体5进行变形量的修正工作，故依此动态的闭回路控制设计，即可随时保持对机体5变形量的自动量测及修正的工作，在机体5产生变形时便立即进行修正，以确实保持机体5的真直度，进而达到使组装于机体5自由端51的刀具在切削工件时，能够维持精准的进给量及进刀角度，而加工出品质良好的加工成品。

本发明的位置敏锐检测器1不仅可适用于上述产生二维变形量的机体5的检测与修正，亦可因应只产生一维单向变形的机体5，如：滑枕等作实施，当使用四象限感测器（Quadrant detectors）或侧效感测器（Lateral Effectdetectors）等型态的位置敏锐检测器1时，在实施上只取单轴一维向量的变形值，再将该一维变形量经运算后得到的一维修正值传输至致动器4，以对滑枕等已产生单向变形的机体5自由端51做修正的工作，将机体5偏移的自由端51导正至原始位置。

另本发明亦可实施于呈45度或其它倾斜角度设立的工具机主轴或支撑梁杆等机体5部位，在使用上亦是将位置敏锐检测器1设于该倾斜设立的机体5的自由端51，而激光发射器2则组设于该呈倾斜设立的机体5的固定端52，以与位置敏锐检测器1呈一直线的对应，如此，当该呈倾斜设立的机体5因承载重量等因素致使其由自由端51开始变形时，该激光发射器2投射于位置敏锐检测器1的光点，即会偏离位置敏锐检测器1其检测面的中心位置，并连动电性连接的控制器3对此变形量进行运算，以计算出修正值，再传输至致动器4，将机体5偏移的自由端51导回原位。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动态变形自动修正装置，其特征在于，包含：

一位置敏锐检测器(1)，可组设于欲修正产生变形的机体(5)的自由端(51)处；

一激光发射器(2)，可组设于欲修正产生变形的机体(5)的固定端(52)处，并与所述位置敏锐检测器(1)的检测面相对应，用以检测变形量；

一控制器(3)，使其输入端与所述位置敏锐检测器(1)电性连接，并在所述控制器(3)内载入有变形量修正程序；

一致动器(4)，用以直接驱动变更所述自由端(51)的位置，与所述控制器(3)的输出端电性连接，控制变形量在设定范围内。

2.如权利要求1所述的动态变形自动修正装置，其特征在于，所述控制器(3)的变形量修正程序步骤包含：

a.设定容许误差值；

b.比较误差值：依所述激光发射器(2)投射于所述位置敏锐检测器(1)的检测面光点所在区域，以计算出欲修正产生变形的机体(5)自由端(51)偏移中心的变形量，再比对所述变形量是否在设定的误差值内；

c.运算修正值：若所述欲修正产生变形的机体(5)自由端(51)的变形量超出设定的误差值，则将所述位置敏锐检测器(1)测得的变形量在所述控制器(3)运算出偏移的变形量须对应修正的数值；

d.输出修正信号：由所述控制器(3)将运算后得到的修正值传输予所述致动器(4)；

e.驱动致动器修正变形量：驱使所述致动器(4)对所述欲修正产生变形的机体(5)的自由端(51)进行变形量的修正。

3.如权利要求1所述的动态变形自动修正装置，其特征在于，所述位置敏锐检测器(1)为四象限感测器。

4.如权利要求1所述的动态变形自动修正装置，其特征在于，所述位置敏锐检测器(1)为检测二维变形量的侧效感测器。

5.如权利要求4所述的动态变形自动修正装置，其特征在于，所述侧效感测器为二横向侧效感测器。

6.如权利要求4所述的动态变形自动修正装置，其特征在于，所述侧效感测器为四横向侧效感测器。

7.如权利要求1所述的动态变形自动修正装置，其特征在于，所述位置敏锐检测器(1)为检测一维变形量的侧效感测器。

8.如权利要求7所述的动态变形自动修正装置，其特征在于，所述侧效感测器为二横向侧效感测器。

9.如权利要求7所述的动态变形自动修正装置，其特征在于，所述侧效感测器为四横向侧效感测器。

10.如权利要求1所述的动态变形自动修正装置，其特征在于，所述欲修正产生变形的机体(5)呈倾斜设立。