CN105277119B - 多轴工具机的误差检测装置与误差检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多轴工具机的误差检测装置与误差检测方法，用于检测具有转动件与移动件的多轴工具机的误差。误差检测装置包括设置于转动件上的光学元件与设置于移动件上的侦测单元。光学元件具有反射层，用于将光线平行于其入射方向地反射出去。侦测单元朝向光学元件发射夹锐角的第一光束与第二光束，且具有第一与第二位置传感器。当光学元件随着转动件旋转且移动件与转动件相对移动而使侦测单元与光学元件进行相同的循圆运动时，第一光束与第二光束入射至光学元件且被反射层反射，进而分别入射至第一与第二位置传感器，侦测单元通过第一与第二位置传感器分别感测第一与第二光束的位置而侦测转动件与移动件的相对位置的变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测装置与检测方法，特别是指一种用于侦测多轴工具机的误差检测装置与误差检测方法。
背景技术
随着工业技术不断进步，产品可通过工具机被加工，以让产品满足高效率加工的需求。举例而言，通过配设在三个线性轴上移动的机构可让工具机成为三轴工具机。另外，通过现有的三个线性轴机构与两个旋转轴机构可让工具机成为五轴工具机，其可应付日趋复杂的曲面加工或是结构更复杂的零件，如扇叶及引擎汽缸等。由于五轴工具机可具有五轴同动的特性，因此能让产品大幅缩短被加工时间而增加生产效率，故五轴工具机已逐渐受到业界的重视与使用。
对于提升上述多轴工具机的技术等级与加工精密度以满足产品高质量的需求，可从两方面进行改善。一种为改善工具机整体的结构精度，但此举较为费时与费力花钱，无法快速解决目前业界迫切的需求。而另一种则是利用检测装置检测出工具机的误差，并通过误差补偿方式来提升工具机的精度，此种方法不但快速且简便。因此，目前业界大多朝向检测工具机的误差来提升工具机的技术等级与加工密度。
承上所述，在习知检测五轴工具机的误差中可通过双球杆杆循圆量测仪(DoubleBall Bar,DBB)、雷射干涉仪、电子水平仪等装置而达成。然而，这些装置的检测信息仅能获得单轴的误差，而无法同时获得多轴的误差。故，对于五轴工具机的多轴同动的检测，诚有加以改善之处。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种误差检测装置，其具有夹一锐角的两道光束，且两道光束分别入射于两个位置传感器内以同时侦测多轴工具机的多轴误差。
本发明还提供一种误差检测方法，其通过上述误差检测装置同时侦测多轴工具机的多轴误差。
为达到上述目的，本发明所提供的多轴工具机的误差检测装置，用于检测一多轴工具机的误差，其中所述多轴工具机具有一转动件与一移动件，其特征在于所述误差检测装置包括：一光学元件，设置于所述转动件上且具有一反射层，以将光线平行于其入射方向地反射出去；一侦测单元，设置于所述移动件上且朝向所述光学元件发射夹一锐角的一第一光束与一第二光束，所述侦测单元包含有一第一位置传感器及一第二位置传感器，当所述光学元件随着所述转动件旋转且所述移动件与所述转动件相对移动而使所述侦测单元与所述光学元件进行相同的循圆运动时，所述第一光束与所述第二光束分别入射至所述光学元件并被所述反射层反射且进而分别入射至所述第一位置传感器与所述第二位置传感器，所述侦测单元通过所述第一位置传感器与所述第二位置传感器分别感测所述第一光束与所述第二光束的位置而侦测所述转动件与所述移动件的相对位置的变化。
上述本发明的技术方案中，所述侦测单元包含有分别发射出所述第一光束与所述第二光束的一第一光源与一第二光源。
所述侦测单元包含有一光源及一光学镜组，所述光源发射一光束，所述光束通过所述光学镜组后产生所述第一光束与所述第二光束。
所述第一位置传感器具有一第一感测面，且所述第二位置传感器具有一第二感测面，当所述光学元件随着所述转动件绕着所述多轴工具机的一第一旋转轴旋转且所述侦测单元与所述光学元件的相对位置改变时，所述第一感测面测得一第一偏移与一第二偏移，且所述第二感测面测得一第三偏移，所述第一偏移、所述第二偏移与所述第三偏移分别用于推算所述转动件旋转时在所述多轴工具机的一第一线性轴、一第二线性轴与一第三线性轴的误差。
所述移动件的一延伸方向垂直或平行于所述第一旋转轴，且所述第一旋转轴与所述第三线性轴平行。
所述多轴工具机更具有一能绕着一第二旋转轴旋转的旋转座，所述转动件设置于所述旋转座上，所述第一旋转轴在所述旋转座未旋转时与所述第三线性轴平行，而所述第二旋转轴与所述第二线性轴平行。
所述光学元件为一球透镜，所述球透镜具有一折射率，且所述折射率为2。
所述侦测单元包含有一光源及一光学镜组，所述光源发射一光束，所述光束通过所述光学镜组后产生所述第一光束与所述第二光束，所述光学镜组包括一第一偏极分光镜、一第二偏极分光镜、一第一四分之一波片与一第二四分之一波片，所述第一偏极分光镜设置于所述第一四分之一波片与所述光源之间，且所述第一位置传感器与所述第二偏极分光镜设置于所述第一偏极分光镜的两侧，而所述第二偏极分光镜设置于所述第二四分之一波片与所述第二位置传感器之间。
所述侦测单元包含有分别发射出所述第一光束与所述第二光束的一第一光源与一第二光源，以及一光学镜组，所述光学镜组包括一第一偏极分光镜、一第二偏极分光镜、一第一四分之一波片与一第二四分之一波片，所述第一偏极分光镜设置于所述第一四分之一波片与所述第一光源之间，所述第二偏极分光镜设置于所述第二四分之一波片与所述第二光源之间，所述第一位置传感器与所述第二偏极分光镜设置于所述第一偏极分光镜的两侧，所述第二位置传感器与所述第一偏极分光镜设置于所述第二偏极分光镜的两侧。
所述第一位置传感器为四象限光位置传感器、电荷耦合元件传感器或互补式金氧半导体传感器，且所述第二位置传感器为一维位置传感器、二维位置传感器或四象限位置传感器。
本发明所提供的多轴工具机的误差检测方法，适用于一误差检测装置以检测一多轴工具机的误差，所述多轴工具机具有一转动件与一移动件，所述误差检测装置包括一光学元件及一侦测单元，所述光学元件设置于所述转动件上且具有一反射层，用于将光线平行于其入射方向地反射出去，所述侦测单元设置于所述移动件上且具有一第一位置传感器与一第二位置传感器，所述误差检测方法包括下列步骤：所述侦测单元朝向所述光学元件发射夹一锐角的一第一光束与一第二光束；所述转动件转动且所述移动件与所述转动件相对移动而使所述侦测单元与所述光学元件进行相同的循圆运动，同时所述第一光束与所述第二光束入射至所述光学元件并被所述反射层反射且进而分别入射至所述第一位置传感器与所述第二位置传感器；通过所述第一位置传感器与所述第二位置感器分别感测所述第一光束与所述第二光束的位置而侦测所述转动件与所述移动件的相对位置的变化。
其中，所述第一位置传感器具有一第一感测面，且所述第二位置传感器具有一第二感测面，当所述光学元件随着所述转动件绕着所述多轴工具机的一第一旋转轴旋转且所述侦测单元与所述光学元件的相对位置被改变时，所述第一感测面测得一第一偏移与一第二偏移，且所述第二感测面测得一第三偏移，其中所述第一偏移、所述第二偏移与所述第三偏移分别用于推算所述转动件旋转时在所述多轴工具机的一第一线性轴、一第二线性轴与一第三线性轴的误差。
在本发明的一实施例中，上述的侦测单元包含有一光源与一光学镜组，光学镜组包括第一偏极分光镜(Polarized Beam Splitter,PBS)、第二偏极分光镜、第一四分之一波片(Quarter Wave Plate,QWP)与一第二四分之一波片。第一偏极分光镜设置于第一四分之一波片与光源之间，且第一位置传感器与第二偏极分光镜设置于第一偏极分光镜的两侧，而第二偏极分光镜设置于第二四分之一波片与第二位置传感器之间。
在本发明的一实施例中，上述的第一位置传感器为四象限光位置传感器(Quadrant Photodiode,QPD)、电荷耦合组件传感器(Charge Coupled Device sensor,CCDsensor)或互补式金氧半导体传感器(Complementary Metal Oxide Semiconductorsensor,CMOS sensor)，且第二位置传感器为一维位置传感器、二维位置传感器或四象限位置传感器。
采用上述技术方案，本发明的侦测单元的两道光束经由反射层反射后分别入射至两个位置传感器内，以让两个位置传感器侦测光学组件与侦测单元之间的相对位置是否被改变以分别产生侦测结果。由此，本发明的误差检测装置与误差检测方法可同时侦测到多轴工具机的多轴误差，以作为补偿多轴工具机的信息。
附图说明
图1是本发明一第一较佳实施例的误差检测装置应用于多轴工具机的示意图；
图2是图1的A部分的局部放大图；
图3是本发明该第一较佳实施例的误差检测装置的示意图；
图4是本发明该第一较佳实施例的误差检测方法的流程图；
图5是图2的误差检测装置用于多轴工具机的流程示意图；
图6是图3的第一位置传感器与第二位置传感器根据感测距离是否被改变的侦测示意图；
图7是本发明一第二较佳实施例的误差检测装置用于多轴工具机的流程示意图；
图8是本发明一第三较佳实施例的误差检测装置用于多轴工具机的流程示意图；
图9是图3的光学组件反射第一光束与第二光束的示意图；
图10是本发明一第四较佳实施例的误差检测装置应用于多轴工具机的示意图；
图11及图12是图10的误差检测装置用于多轴工具机的二不同动作形态的流程示意图；
图13是本发明一第五较佳实施例的误差检测装置应用于多轴工具机的示意图；
图14及图15是图13的误差检测装置用于多轴工具机的二不同动作形态的流程示意图；
图16是本发明一第六较佳实施例的误差检测装置的示意图。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特列举若干实施例，并配合附图详细说明如下。
图1是本发明一第一较佳实施例的误差检测装置应用于多轴工具机的示意图。图2是图1的A部分的局部放大图。请参考图1与图2所示，在本实施例中，误差检测装置100用于检测多轴工具机1的误差，且多轴工具机1具有转动件10与移动件20。此外，多轴工具机1例如为五轴刀具磨床，其转动件10为可绕着第一旋转轴A1旋转的转轴，且移动件20为可分别沿着第一线性轴X、第二线性轴Y与第三线性轴Z与转动件10相对移动的主轴(移动件20可沿第一、二线性轴X、Y移动，转动件10可沿第三线性轴Z移动而使移动件20相对转动件10沿第三线性轴Z移动)，其中第一线性轴X、第二线性轴Y与第三线性轴Z两两垂直。
图3是图2的误差检测装置的示意图。请参考图2与图3所示，需说明的是为使视图清楚，图3省略误差检测装置100的部分构件。误差检测装置100包括壳体110、光源120、光学镜组130、光学元件140、第一位置传感器150与第二位置传感器160。壳体110设置于移动件20上。光源120、光学镜组130、第一位置传感器150与第二位置传感器160设置于壳体110内而构成一侦测单元170，且光源120用于发射光束122，其中光源120例如为镭射二极管或氦氖镭射，以使光束122在发射后可具有高指向性以及高同调性。当光束122通过光学镜组130时，第一光束122a与第二光束122b被产生，其中第一光束122a例如为图3的正向光束，且第二光束122b例如为图3的斜向光束。光学元件140设置于转动件10上且具有一反射层142，其中反射层142的材质例如为铝或铜，且在光学元件140与光源120之间具有一感测距离D1。第一位置传感器150与第二位置传感器160设置于光源120的两侧。
在本实施例中，光学元件140为一球透镜，且其外表面一半面积蒸镀铝膜或铜膜(即反射层142)，光学元件140也俗称为猫眼反射镜(cat-eye reflector)，该球透镜的折射率为2，使得入射至该球透镜的光线会平行于其入射方向地被反射层142反射出去。然而，光学元件140不限制为如本实施例所提供的球透镜，也可以是其他能使反射光平行于入射光的光学元件，例如可由一较大的半球透镜与一较小的半球透镜组成该光学元件，或者由一凸透镜与一凹面镜组成该光学元件。
图9是图3的第一光束122a与第二光束122b的光路示意图。请参考图3与图9所示，需说明的是第一光束122a与第二光束122b的入射方式与反射方式相近，故以图9说明两光束入射至光学元件140与从光学元件140反射出的光路。在本实施例中，光学元件140的材质的折射率为2，第一光束122a与第二光束122b分别入射至光学元件140并聚焦在反射层142的中央时，第一光束122a的入射方向D4与出射方向D5互为平行，且第二光束122b的入射方向D4与出射方向D5互为平行。由此，可让第一光束122a的入射光与反射光互相平行，且第二光束122b的入射光与反射光相互平行，并有助于维持检测装置100的侦测精度。
承上所述，当转动件10绕着第一旋转轴A1旋转且移动件20配合转动件10沿着第一线性轴X与第二线性轴Y移动而使侦测单元170与光学元件140进行相同的循圆运动(即沿着一假想的圆形或圆弧形轨迹移动)时，第一光束122a与第二光束122b分别入射至光学元件140内并经由反射层142被反射，且第一光束122a与第二光束122b夹一锐角θ。接着，第一光束122a与第二光束122b分别入射至第一位置传感器150与第二位置传感器160内，且第一位置传感器150与第二位置传感器160能侦测感测距离D1是否被改变以分别产生一侦测结果。
理想循圆轨迹为一移动点恒对于一固定点于固定距离移动，实际循圆轨迹受到机台各类误差影响，故无法达成一完美圆轨迹，此称为轨迹误差。本发明将侦测单元170随着移动件20移动的轨迹视为理想循圆轨迹，并将光学元件140随着转动件10转动的轨迹当作实际循圆轨迹，以侦测光学元件140的轨迹误差。
当感测距离D1改变时，表示光学元件140与光源120的相对位置在线性轴X、Y、Z至少其中之一产生变化，意即转动件10旋转的同时也在线性轴X、Y、Z至少其中之一产生偏移。其中第一位置传感器150与第二位置传感器160所产生的侦测结果例如为转动件10绕着第一旋转轴A1旋转时在第一线性轴X、第二线性轴Y与第三线性轴Z上的误差(即光学元件140自前述假想的圆形或圆弧形轨迹偏移的距离)。由此，通过两道反射光束(即第一光束122a与第二光束122b)分别入射至第一位置传感器150与第二位置传感器160可同时侦测转动件10的多个线性轴的偏移量。此外，由于第一光束122a与第二光束122b通过反射层142分别被反射至第一位置传感器150与第二位置传感器160，且夹锐角θ，因此可有效减少壳体110的内部空间需求。通过此配置，可减少壳体110的整体尺寸，并使误差检测装置100驱于微型化产品以利于安装至多轴工具机1。
图4为本实施例的误差检测方法用于误差检测装置的流程图。图5为图2的误差检测装置用于多轴工具机的流程示意图。请参考图3、图4与图5，详细地说，在壳体110安装至多轴工具机1的移动件20且光学元件140安装至多轴工具机1的转动件10，并调整光源120与光学元件140之间维持感测距离D1后，使误差检测装置100开始侦测。首先，在步骤S110中，当光源120的光束122通过光学镜组130时，第一光束122a与第二光束122b被产生，且转动件10绕着第一旋转轴A1旋转而移动件20根据转动件10转动沿着第一线性轴X与第二线性轴Y移动，以让移动件20同动于转动件10的旋转路径并让第一光束122a与第二光束122b持续地入射于光学元件140内。
接着，在步骤S120中，在第一光束122a与第二光束122b入射至光学元件140后，光学元件140的反射层142反射第一光束122a与第二光束122b并让两反射光束夹一锐角θ。当第一光束122a与第二光束122b再次通过光学镜组130时，第一光束122a入射至第一位置传感器150，且第二光束122b入射至第二位置传感器160。
然后，在步骤S130中，第一位置传感器150与第二位置传感器160侦测感测距离D1是否被改变并产生侦测结果。通过此方式，可侦测转动件10在旋转时在各个线性轴上是否产生偏移。
图6是图3的第一位置传感器与第二位置传感器根据感测距离是否被改变的侦测示意图。请参考图2、图3与图6，具体而言，第一位置传感器150与第二位置传感器160例如为四象限光位置传感器，然而，第一位置传感器150也可以是电荷耦合元件传感器或互补式金氧半导体传感器，且第二位置传感器160也可以是一维位置传感器或二维位置传感器。另外，第一位置传感器150具有一第一感测面152，且第二位置传感器160具有一第二感测面162。当光学元件140随着转动件10绕着第一旋转轴A1旋转时，第一光束122a与第二光束122b通过光学元件140的反射层142反射并分别入射在第一感测面152与第二感测面162上。
若转动件10在第一线性轴X与第二线性轴Y有偏移而使光源120与光学元件140之间的感测距离D1被改变时，则第一光束122a入射在第一感测面152上后，第一光束122a的入射点P与第一感测面152的原点O之间具有第一偏移P1与第二偏移P2，如图6中对应第一位置传感器150的三示意图中的上图及中图所示，其中第一偏移P1为转动件10在旋转时第一位置传感器150所侦测到第一线性轴X的误差，且第二偏移P2为转动件10在旋转时第一位置传感器150所侦测到第二线性轴Y的误差。以第二线性轴Y的误差为例，当光学元件140朝第二线性轴Y的正向偏移一微小距离d时，其出射光将会朝第二线性轴Y的负向偏移微小距离d，而入射光与出射光在第二线性轴Y的距离为2d。
由于光学元件140随着转动件10转动而同动，且第一光束122a由光学元件140反射出的方向平行第三线性轴Z，因此，若转动件10仅在第三线性轴Z有偏移，第一光束122a的入射点P与第一感测面152的原点O重合，如图6中对应第一位置传感器150的三示意图中的下图所示，意即，第一光束122a无法供第一感测面152测得第三线性轴Z的误差，因此需利用非平行第三线性轴Z的第二光束122b测得第三线性轴Z的误差。在第二光束122b入射在第二感测面162上后，第二光束122b的入射点P与第二感测面162的原点O之间具有第三偏移P3，如图6中对应第二位置传感器160的二示意图中的下图所示，其中第三偏移P3可用于推算转动件10在旋转时第三线性轴Z的误差。
详而言之，本实施例的第二光束122b为平行于Y-Z平面，若转动件10仅在第三线性轴Z偏移一微小距离dz，则P3＝dz·sinθ，若转动件10在第二线性轴Y与第三线性轴Z分别偏移一微小距离dy、dz，则P3＝dy·cosθ+dz·sinθ，可将第一感测面152测得的第二偏移P2(也就是前述公式中的dy)代入公式推算出dz。若第二光束122b平行于X-Z平面，则需利用公式P3＝dx·cosθ+dz·sinθ，并改以第一感测面152测得的第一偏移P1(也就是前述公式中的dx)代入公式而推算出转动件10在第三线性轴Z的偏移距离dz。
反之，在第一光束122a与第二光束122b分别入射至第一位置传感器150的第一感测面152与第二位置传感器160的第二感测面162后，第一光束122a的入射点P与第一感测面152的原点O都重合，且第二光束122b的入射点P与第二感测面162的原点O重合，则光源120与光学元件140之间的感测距离D1并没有被改变。换言之，转动件10在旋转时在各线性轴上都没有偏移。
因此，通过第一光束122a与第二光束122b分别入射至第一位置传感器150与第二位置传感器160可同时获得三个线性轴的偏移量，并在补偿第一偏移P1、第二偏移P2与第三偏移P3后，即可修正多轴工具机1的误差。由此，可维持多轴工具机1的机台精度。
此外，本实施例的多轴工具机1的转动件10的延伸方向D2(平行于第一旋转轴A1)与移动件20的延伸方向D3互为垂直，且第一旋转轴A1与第三线性轴Z平行。然而，本发明不限制应用于如此配置的多轴工具机，例如也可应用于下述的第二至第五较佳实施例中的多轴工具机。
图7为本发明一第二较佳实施例的误差检测装置用于多轴工具机的流程示意图。请参考图2、图5与图7，在本实施例中，多轴工具机1a与图5的多轴工具机1相似，其中相同或相似的元件标号代表相同或相似的元件，在此不再赘述。本实施例的多轴工具机1a的转动件10延伸方向D2(平行于第一旋转轴A1)与移动件20延伸方向D3互为平行，且第一旋转轴A1与第三线性轴Z平行。在经过图4的检测步骤后，可获得转动件10在旋转时各线性轴的误差。故，本实施例的多轴工具机1a与图5的多轴工具机1的差异在于：本实施例的移动件20面向转动件10，而图5的移动件20位于转动件10的侧边。此外，本实施例的检测流程也与图5的检测流程相同，均为移动两个线性轴与一旋转轴而检测转动件10的误差。
图8为本发明一第三较佳实施例的误差检测装置用于多轴工具机的流程示意图。请参考图2、图5与图8，在本实施例中，多轴工具机1b与图5的多轴工具机1相似，其中相同或相似的元件标号代表相同或相似的元件，于此不再赘述。本实施例的多轴工具机1b更具有一绕着第二旋转轴A2旋转的旋转座30，且转动件10设置于旋转座30上。转动件10的延伸方向D2(平行于第一旋转轴A1)与移动件20的延伸方向D3互为垂直，且第一旋转轴A1在旋转座30未旋转时与第三线性轴Z平行，而第二旋转轴A2与第二线性轴Y平行。在经过图4的检测步骤后，可获得转动件10在旋转时各线性轴的误差。故，本实施例多轴工具机1b与图5的多轴工具机1的差异在于：本实施例的多轴工具机1b的旋转座30绕着第二旋转轴A2旋转且转动件10绕着第一旋转轴A1旋转，而图5的多轴工具机1仅由转动件10绕着第一旋转轴A1旋转，且本实施例的检测流程为移动三个线性轴与两旋转轴而检测转动件10的误差。
本发明的误差检测装置100及误差检测方法不限制应用于前述各实施例的五轴刀具磨床，也可应用于其他种类的多轴工具机，例如图10至图12所示的本发明一第四较佳实施例中的多轴工具机1c，以及图13至图15所示的本发明一第五较佳实施例中的多轴工具机1d。
如图10至图12所示，多轴工具机1c为五轴加工机，其转动件10为可绕第一旋转轴A1旋转的转盘，其移动件20为可沿第一、二、三线性轴X、Y、Z相对转动件10移动的主轴，且转动件10设置在可绕一第二旋转轴A2转动的旋转座30上，移动件20的延伸方向D3平行于第一旋转轴A1，第一旋转轴A1在旋转座30未旋转时与第三线性轴Z平行，而第二旋转轴A2与第二线性轴Y平行。
如图13至图15所示，多轴工具机1d为五轴龙门铣床，其转动件10为可绕第一旋转轴A1旋转的主轴，其移动件20为可沿第一、二、三线性轴X、Y、Z相对转动件10移动的工作台，且转动件10设置在可绕一第二旋转轴A2转动的旋转座30上，第一旋转轴A1在旋转座30未旋转时与第三线性轴Z平行，而第二旋转轴A2与第二线性轴Y平行。
请参考图3，本实施例的光学镜组130包括第一偏极分光镜132、第二偏极分光镜134、第一四分之一波片136与一第二四分之一波片138。第一偏极分光镜132设置于第一四分之一波片136与光源120之间，且第一位置传感器150与第二偏极分光镜134设置于第一偏极分光镜132的两侧，而第二偏极分光镜134设置于第二四分之一波片138与第二位置传感器160之间。
详细地说，当光源120发射出光束122时，光束122进入到第一偏极分光镜132以产生第一光束122a与第二光束122b。当第一光束122a通过第一四分之一波片136时，第一光束122a为一P圆偏振光且入射至光学元件140。在光学元件140的反射层142反射第一光束122a并再次通过第一四分之一波片136后，第一光束122a为一S线偏振光并通过第一偏极分光镜132反射至第一位置传感器150内。
承上所述，在第二光束122b通过第二偏极分光镜134与第二四分之一波片138时，第二光束122b为一S圆偏振光且入射至光学元件140。在光学元件140的反射层142反射第二光束122b并再次通过第二四分之一波片138后，第一光束122a为一P线偏振光并通过第二偏极分光镜134反射至第二位置传感器160内。由此方式，在第一光束122a与第二光束122b的通过路径上分别配置第一四分之一波片136与第二四分之一波片138，可改变光的性质以避免第一光束122a或第二光束122b传入到光源120的内部而干扰光源120。因此，可确保检测装置100的侦测精度。
请参考图2与图3，本实施例的壳体110包括上盖112与底板114。光源120、光学镜组130、第一位置传感器150与第二位置传感器160安装于底板114上。上盖112具有杆体112a。当上盖112与底板114组装时，杆体112a与移动件20连接。因此，在上盖112与底板114组装后，可让光源120、光学镜组130、第一位置传感器150与第二位置传感器160构成一模块化构件，以增加组装至移动件20的便利性。
请参阅图16，本发明一第六较佳实施例的误差检测装置采用与前述实施例不同的侦测单元180，其与前述侦测单元170的差别在于包含有一第一光源181与一第二光源182，第一光束122a与第二光束122b分别由第一光源181与第二光源182发射出。光学镜组130包括一第一偏极分光镜132、一第二偏极分光镜134、一第一四分之一波片136与一第二四分之一波片138，第一偏极分光镜132设置于第一四分之一波片136与第一光源181之间，第二偏极分光镜134设置于第二四分之一波片138与第二光源182之间，第一位置传感器150与第二偏极分光镜134设置于第一偏极分光镜132的两侧，第二位置传感器160与第一偏极分光镜132设置于第二偏极分光镜134的两侧。如此的侦测单元180也可达成如前述实施例的侦测单元170的功效。
综上所述，本发明通过第一光束与第二光束分别入射至第一位置传感器与第二位置传感器，且根据光源与光学元件之间的感测距离是否被改变而同时侦测转动件的多个线性轴的偏移量。因此，在补正这些偏移量后即可修正多轴工具机的误差。此外，由于第一光束与第二光束通过反射层分别被反射且夹锐角，因此可有效减少壳体的内部空间需求。由此，可减少壳体的整体尺寸，并使检测装置驱于微型化产品。再者，当在第一光束与第二光束的通过路径上分别配置四分之一波片时，可避免第一光束与第二光束进入到光源的内部，因此可提高检测装置的侦测精度。另外，当该光学元件为球透镜且其折射率为2时，第一光束的入射光平行于反射光，且第二光束的入射光行于反射光，这样的光学元件不但结构简单，也可提高检测装置的侦测精度。而且，本发明不需利用习知技术所采用的昂贵测量仪器(例如镭射干涉仪)，因此成本较低，相对地可行性也较高。
虽然本发明已通过实施例揭示如上，然其并非用于限定本发明，任何本技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当以后附的权力要求所界定的范围为准。
Claims (12)
1.多轴工具机的误差检测装置，用于检测一多轴工具机的误差，其中所述多轴工具机具有一转动件与一移动件，其特征在于所述误差检测装置包括：
一光学元件，设置于所述转动件上且具有一反射层，以将光线平行于其入射方向地反射出去；
一侦测单元，设置于所述移动件上且朝向所述光学元件发射夹一锐角的一第一光束与一第二光束，所述侦测单元包含有一第一位置传感器及一第二位置传感器，当所述光学元件随着所述转动件旋转且所述移动件与所述转动件相对移动而使所述侦测单元与所述光学元件进行相同的循圆运动时，所述第一光束与所述第二光束分别入射至所述光学元件并被所述反射层反射且进而分别入射至所述第一位置传感器与所述第二位置传感器，所述侦测单元通过所述第一位置传感器与所述第二位置传感器分别感测所述第一光束与所述第二光束的位置而侦测所述转动件与所述移动件的相对位置的变化。
2.如权利要求1所述的多轴工具机的误差检测装置，其特征在于：所述侦测单元包含有分别发射出所述第一光束与所述第二光束的一第一光源与一第二光源。
3.如权利要求1所述的多轴工具机的误差检测装置，其特征在于：所述侦测单元包含有一光源及一光学镜组，所述光源发射一光束，所述光束通过所述光学镜组后产生所述第一光束与所述第二光束。
4.如权利要求1所述的多轴工具机的误差检测装置，其特征在于：所述第一位置传感器具有一第一感测面，且所述第二位置传感器具有一第二感测面，当所述光学元件随着所述转动件绕着所述多轴工具机的一第一旋转轴旋转且所述侦测单元与所述光学元件的相对位置改变时，所述第一感测面测得一第一偏移与一第二偏移，且所述第二感测面测得一第三偏移，所述第一偏移、所述第二偏移与所述第三偏移分别用于推算所述转动件旋转时在所述多轴工具机的一第一线性轴、一第二线性轴与一第三线性轴的误差。
5.如权利要求4所述的多轴工具机的误差检测装置，其特征在于：所述移动件为能分别沿着所述第一线性轴、所述第二线性轴与所述第三线性轴与所述转动件相对移动的主轴，所述主轴的一轴向方向垂直或平行于所述第一旋转轴，且所述第一旋转轴与所述第三线性轴平行。
6.如权利要求4所述的多轴工具机的误差检测装置，其特征在于：所述多轴工具机更具有一能绕着一第二旋转轴旋转的旋转座，所述转动件设置于所述旋转座上，所述第一旋转轴在所述旋转座未旋转时与所述第三线性轴平行，而所述第二旋转轴与所述第二线性轴平行。
7.如权利要求1所述的多轴工具机的误差检测装置，其特征在于：所述光学元件为一球透镜，所述球透镜具有一折射率，且所述折射率为2。
8.如权利要求1所述的多轴工具机的误差检测装置，其特征在于：所述侦测单元包含有一光源及一光学镜组，所述光源发射一光束，所述光束通过所述光学镜组后产生所述第一光束与所述第二光束，所述光学镜组包括一第一偏极分光镜、一第二偏极分光镜、一第一四分之一波片与一第二四分之一波片，所述第一偏极分光镜设置于所述第一四分之一波片与所述光源之间，且所述第一位置传感器与所述第二偏极分光镜设置于所述第一偏极分光镜的两侧，而所述第二偏极分光镜设置于所述第二四分之一波片与所述第二位置传感器之间。
9.如权利要求1所述的多轴工具机的误差检测装置，其特征在于：所述侦测单元包含有分别发射出所述第一光束与所述第二光束的一第一光源与一第二光源，以及一光学镜组，所述光学镜组包括一第一偏极分光镜、一第二偏极分光镜、一第一四分之一波片与一第二四分之一波片，所述第一偏极分光镜设置于所述第一四分之一波片与所述第一光源之间，所述第二偏极分光镜设置于所述第二四分之一波片与所述第二光源之间，所述第一位置传感器与所述第二偏极分光镜设置于所述第一偏极分光镜的两侧，所述第二位置传感器与所述第一偏极分光镜设置于所述第二偏极分光镜的两侧。
10.如权利要求1所述的多轴工具机的误差检测装置，其特征在于：所述第一位置传感器为四象限光位置传感器、电荷耦合元件传感器或互补式金氧半导体传感器，且所述第二位置传感器为一维位置传感器、二维位置传感器或四象限位置传感器。
11.一种多轴工具机的误差检测方法，适用于一误差检测装置以检测一多轴工具机的误差，所述多轴工具机具有一转动件与一移动件，所述误差检测装置包括一光学元件及一侦测单元，所述光学元件设置于所述转动件上且具有一反射层，用于将光线平行于其入射方向地反射出去，所述侦测单元设置于所述移动件上且具有一第一位置传感器与一第二位置传感器，所述误差检测方法包括下列步骤：
所述侦测单元朝向所述光学元件发射夹一锐角的一第一光束与一第二光束；
所述转动件转动且所述移动件与所述转动件相对移动而使所述侦测单元与所述光学元件进行相同的循圆运动，同时所述第一光束与所述第二光束入射至所述光学元件并被所述反射层反射且进而分别入射至所述第一位置传感器与所述第二位置传感器；
通过所述第一位置传感器与所述第二位置感器分别感测所述第一光束与所述第二光束的位置而侦测所述转动件与所述移动件的相对位置的变化。
12.如权利要求11所述的多轴工具机的误差检测方法，其特征在于：所述第一位置传感器具有一第一感测面，且所述第二位置传感器具有一第二感测面，当所述光学元件随着所述转动件绕着所述多轴工具机的一第一旋转轴旋转且所述侦测单元与所述光学元件的相对位置被改变时，所述第一感测面测得一第一偏移与一第二偏移，且所述第二感测面测得一第三偏移，其中所述第一偏移、所述第二偏移与所述第三偏移分别用于推算所述转动件旋转时在所述多轴工具机的一第一线性轴、一第二线性轴与一第三线性轴的误差。
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