CN112305024A - 用于工具机的主轴的检测装置及工具机主轴的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于工具机的主轴的检测装置及工具机主轴的检测方法，其中主轴包括一插槽。检测装置包括一接触壳体、一主壳体、一感测元件以及一处理模块。接触壳体具有一第一腔体，且第一腔体具有一内表面。主壳体连接于接触壳体，且具有连通于第一腔体的一第二腔体。感测元件设置于第一腔体内，且连接于内表面。处理模块设置于第二腔体内，且电连接于感测元件。当接触壳体插置于主轴的插槽时，感测元件用以检测接触壳体的一应变量，并产生一检测信号。处理模块依据检测信号，产生一判断信号。

Description

用于工具机的主轴的检测装置及工具机主轴的检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测装置以及检测方法，尤其是涉及一种用于工具机的主轴的检测装置以及工具机的主轴的检测方法。

背景技术

用于切削或是钻孔等用途的工具机一般具有一主轴，且一刀具可拆卸地设置于主轴上。主轴可用以旋转刀具，通过刀具的旋转可使得刀具能对一标的物进行切削或是钻孔。

然而，由于刀具会于使用过程中磨损，因此需要时常更换刀具。在刀具更换的过程中有可能会有切削或是钻孔的过程中所产生的碎屑跑至主轴中。当新的刀具安装于主轴中，位于刀具与主轴之间的碎屑会造成刀具倾斜，并造成刀具旋转时产生大量的震动，进而可能造成主轴的损坏。

一般的检测方式，使将刀具的表面涂上一检测漆，并将刀具插置于主轴内后拔出。通过刀具上的检测漆是否被主轴刮除来检测主轴内是否具有碎屑。然而，上述的检测方式并不精准，时常具有误判的情况，需要提供工具机的主轴的检测改进方案。

发明内容

本发明提供一种用于工具机的主轴的检测装置，可即时地检测工具机的主轴，以防止一刀具设置于不良状态的主轴上时造成主轴的损坏，或是影响工具机所制作的产品的良率。

本发明提供一种用于工具机的主轴的检测装置，其中主轴包括一插槽。检测装置包括一接触壳体、一主壳体、一感测元件以及一处理模块。接触壳体具有一第一腔体，且第一腔体具有一内表面。主壳体连接于接触壳体，且具有连通于第一腔体的一第二腔体。感测元件设置于第一腔体内，且连接于内表面。处理模块设置于第二腔体内，且电连接于感测元件。当接触壳体插置于主轴的插槽时，感测元件用以检测接触壳体的一应变量，并产生一检测信号。处理模块依据检测信号，产生一判断信号。

在一些实施例中，接触壳体为一锥形结构。插槽具有一连接面，且接触壳体具有一外表面。在一些实施例中，当接触壳体插置于主轴的插槽时，外表面接触于连接面。

在一些实施例中，处理模块依据检测信号以及一量化数据取得一接触率。接触率对应于外表面与连接面之间的接触面积。在一些实施例中，连接面以及外表面为锥形。

在一些实施例中，用于工具机的主轴的检测装置还包括一显示模块。显示模块电连接于处理模块，且用以显示对应于判断信号的一显示信号。

在一些实施例中，用于工具机的主轴的检测装置还包括一无线传输模块。无线传输模块电连接于处理模块，且用以以无线的方式传输判断信号。

在一些实施例中，用于工具机的主轴的检测装置，还包括一扣合元件，设置于接触壳体。当接触壳体插置于主轴的插槽时，扣合元件扣合于插槽内。

在一些实施例中，感测元件为一应变传感器，且感测元件的电阻值对应于应变量。感测元件为一长条形结构，且沿一环状路径延伸。

本发明提供了一种以及工具机的主轴的检测方法包括：将一检测装置插置于一工具机的一主轴内；通过该检测装置的一感测元件检测该检测装置的一接触壳体的一应变量，并产生一检测信号；以及通过一处理模块依据该检测信号以及一量化数据取得一接触率。

在一些实施例中，量化数据依据下列方法取得：将具有一第一接触壳体的一第一检测装置插置于该主轴内，且通过该第一检测装置的一感测元件检测该第一接触壳体，并取得一第一应变量，其中该第一接触壳体与该主轴的一连接面具有第一接触率；将具有一第二接触壳体的一第二检测装置插置于该主轴内，且通过该第二检测装置的一感测元件检测该第二接触壳体，并取得一第二应变量，其中该第一接触壳体与该主轴的一连接面具有第二接触率；以及依据上述第一接触率、上述第一应变量、上述第二接触率、以及上述第二应变量形成该量化数据。

在一些实施例中，该等接触率为该等应变量的等效值。在一些实施例中，该感测模块依据该接触率取得一判断信号。

综上所述，本发明的检测装置可即时地对工具机的主轴进行检测，进而减少主轴损坏的机率，或是提高工具机所制作的产品的良率。

附图说明

当结合附图阅读时，可从以下详细描述中良好地理解本发明的各方面。应注意的是，根据本产业的一般作业，附图并未必按照比例绘制。事实上，可能任意的放大或缩小元件的尺寸，以做清楚的说明。

图1为一些实施例中本发明的工具机以及检测装置的剖视图；

图2为一些实施例中本发明的检测装置的前视图；

图3为一些实施例中本发明的接触壳体以及感测元件的仰视图；

图4为本发明的检测装置于一检测过程中的示意图；

图5为量化数据的接触率和应变量的关系图。

符号说明：

检测装置1

接触壳体10

尖端11

结合端12

外表面13

延伸面14

第一腔体15

内表面151

扣合元件20

扣合槽21

限位元件30

限位槽31

主壳体40

第二腔体41

感测元件50

处理模块60

显示模块70

显示面板71

判断灯72

无线传输模块80

工具机A1

主轴A10

插槽A11

连接面A12

卡固元件A13

中心轴AX1

旋转轴AX2

延伸方向D1

环状路径P1

碎屑M1

具体实施方式

以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。例如，第一特征在一第二特征上或上方的结构的描述包括了第一和第二特征之间直接接触，或是以另一特征设置于第一和第二特征之间，以至于第一和第二特征并不是直接接触。

于此使用的空间上相关的词汇，例如上方或下方等，仅用以简易描述附图上的一元件或一特征相对于另一元件或特征的关系。除了附图上描述的方位外，包括于不同的方位使用或是操作的装置。此外，附图中的形状、尺寸、厚度、以及倾斜的角度可能为了清楚说明的目的而未依照比例绘制或是被简化，仅提供说明之用。

图1为根据一些实施例中本发明的工具机A1以及检测装置1的剖视图。图2为根据一些实施例中本发明的检测装置1的前视图。工具机A1可为一切削机或是一钻孔机，但并不以此为限。工具机A1可包括一主轴A10。一刀具(图未示)可插置于主轴A10的插槽A11内，且工具机A1可经由主轴A10旋转刀具。刀具可用以切削一标的物，或是对标的物进行钻孔。因此，若插槽A11与刀具连接的一连接面A12磨损，或是有铁屑等碎屑M1(如图4所示)附着于连接面A12上，可能会导致刀具无法正确地连接于主轴A10。当主轴A10旋转刀具时，可能使刀具产生震动，进而导致刀具无法正确地对标的物进行加工，或是造成主轴A10的损坏。

检测装置1用以插置于工具机A1的主轴A10，并可通过检测装置1的检测结果来判断插槽A11的连接面A12是否良好或是插槽A11内是否有铁屑等碎屑M1附着。

检测装置1可包括一接触壳体10、一扣合元件20、一限位元件30、一主壳体40、多个感测元件50、以及一处理模块60。接触壳体10可为一锥形结构。接触壳体10可由金属材质所制成，例如钢。当检测装置1插置于主轴A10的插槽A11时，接触壳体10接触于插槽A11。

接触壳体10可具有一尖端11以及一结合端12。接触壳体10可由结合端12至尖端11逐渐变窄。接触壳体10可沿一中心轴AX1延伸，且可以中心轴AX1为中心旋转。换句话说，中心轴AX1可通过接触壳体10的中心。此外，中心轴AX1可通过尖端11以及结合端12的中心。

接触壳体10可为一中空结构。接触壳体10可具有一外表面13、一延伸面14以及一第一腔体15。外表面13的形状配合于连接面A12的形状。当检测装置1插置于主轴A10的插槽A11时，外表面13接触于连接面A12。在本实施例中，连接面A12以及外表面13为可锥形。外表面13的直径可由结合端12至尖端11逐渐变短。延伸面14连结于外表面13。延伸面14可为一环状表面且可为一圆柱形。延伸面14可沿一延伸方向D1延伸。当检测装置1插置于主轴A10的插槽A11时，延伸面14位于插槽A11之外。

第一腔体15可具有一内表面151。第一腔体15以及内表面151可为圆柱形，且可沿延伸方向D1延伸。中心轴AX1可通过第一腔体15的中心。在本实施例中，外表面13以及延伸面14可环绕于第一腔体15。

扣合元件20设置于接触壳体10的尖端11。当接触壳体10插置于主轴A10的插槽A11时，扣合元件20扣合于插槽A11内。在本实施例中，主轴A10具有一卡固元件A13，且扣合元件20具有一扣合槽21。当接触壳体10插置于主轴A10的插槽A11时，卡固元件A13位于扣合槽21内。通过扣合元件20以及卡固元件A13，使得检测装置1可拆卸地设置于主轴A10。此外，卡固元件A13可提供一拉力于扣合元件20，使得外表面13可紧贴于连接面A12。

限位元件30设置于接触壳体10。在本实施例中，限位元件30可环绕且连接于延伸面14。限位元件30可为一圆柱状结构。在本实施例中，限位元件30可包括一限位槽31。当接触壳体10插置于主轴A10的插槽A11时，限位元件30抵接于主轴A10，且主轴A10的部分可位于限位槽31内，以限制检测装置1与主轴A10之间的转动。

上述检测装置1的接触壳体10、扣合元件20及/或限位元件30可对应于一刀具的接触壳体10、扣合元件20及/或限位元件30。

主壳体40设置于连接于接触壳体10的结合端12。主壳体40可沿延伸方向D1延伸。主壳体40可为一中空结构。主壳体40可具有一第二腔体41，连通于第一腔体15。第一腔体15可为圆柱形，且中心轴AX1可通过第一腔体15的中心。

图3为根据一些实施例中本发明的接触壳体10以及感测元件50的仰视图。感测元件50设置于第一腔体15内，且连接于内表面151。感测元件50为一长条形结构，且沿一环状路径P1延伸。在本实施例中，感测元件50具有多个，且沿环型路径间隔排列。环状路径P1可位于垂直于中心轴AX1的一平面上。

在图3中，绘制了6个感测元件50，然而感测元件50的数目并不予以限制。检测装置1可具有一个感测元件50或是一个以上的感测元件50。在一些实施例中，感测元件50可为一环型结构，沿环状路径P1延伸。检测装置1可具有两个或是三个以上的感测元件50。

本实施例中，感测元件50邻近于结合端12。然而，感测元件50位于内表面151上的位置并不予以限制。在一些实施例中，感测元件50邻近于尖端11。在一些实施例中，感测元件50位于尖端11以及结合端12之间。在一些实施例中，检测装置1可包括多个感测元件50沿延伸方向D1排列于内表面151上。

处理模块60设置于第二腔体41内，且电连接于感测元件50。在一些实施例中，处理模块60可包括一处理器(process chip)以及一电路板。处理器可设置于电路板上。当接触壳体10插置于主轴A10的插槽A11时，感测元件50用以检测接触壳体10的一应变量，并产生一检测信号。处理模块60依据检测信号，产生一判断信号。

在本实施例中，当接触壳体10插置于主轴A10的插槽A11时，卡固元件A13对扣合元件20时加一拉力，以使得外表面13抵接于插槽A11的连接面A12，并进而导致接触壳体10产生变形。由于感测元件50固定于接触壳体10的内表面151，因此接触壳体10的变形会导致感测元件50的变形。在本实施例中，感测元件50可为一应变传感器。接触壳体10的变形可导致感测元件50的长度改变，感测元件50的长度改变会导致感测元件50的电阻值改变。因此，通过检测感测元件50的电阻值可推导出接触壳体10的应变量。换句话说，检测信号可对应检测感测元件50的电阻值。处理模块60可依据感测元件50的电阻值可推导出接触壳体10的应变量，并产生一判断信号。

在图1中，主轴A10于一良好状态。插槽A11的连接面A12与接触壳体10的外表面13之间并未具有碎屑M1，此外，插槽A11的连接面A12可良好地贴附于外表面13。此时，主轴A10的一旋转轴AX2与检测装置1的中心轴AX1重合，因此主轴A10可稳定地驱动检测装置1以旋转轴AX2为中心旋转。

图4为本发明的检测装置1于一检测过程中的示意图。在图4中，主轴A10于一不良状态。如图4所示，当主轴A10的插槽A11的连接面A12上附着一碎屑M1，导致检测装置1相对于插槽A11倾斜，并使得部分的外表面13与连接面A12分离。换句话说，检测装置1的中心轴AX1相对于主轴A10的旋转轴AX2倾斜。在一些实施例中，当主轴A10的插槽A11的连接面A12受到磨损，或是连接面A12本身具有瑕疵，也可造成部分的外表面13与连接面A12分离，或是检测装置1的中心轴AX1相对于主轴A10的旋转轴AX2倾斜。

在本实施例中，当部分的外表面13与连接面A12分离时，图4的卡固元件A13的拉力造成接触壳体10的变形量不同于图1的卡固元件A13的拉力造成接触壳体10的变形量。此外，图4的感测元件50的电阻值不同于图1的感测元件50的电阻值。因此，处理模块60可依据感测元件50的电阻值(检测信号)来判断主轴A10的状态(例如良好状态或是不良状态)。

一般而言，当碎屑M1的体积或数量越多，或是连接面A12的瑕疵越大，将会造成检测装置1的中心轴AX1与主轴A10的旋转轴AX2之间的角度越大，或者外表面13与连接面A12接触的比率越小。此时，若一刀具装设于主轴A10上，且主轴A10旋转刀具时，刀具所产生的震动越大，进而造成刀具无法正确地对标的物进行加工，或是造成主轴A10的损坏。

在本实施例中，为了能精确地测量主轴A10的状态。处理模块60可依据检测信号以及一量化数据取得一接触率，且判断信号可包括上述接触率。上述接触率对应于外表面13与连接面A12之间的接触面积。于本实施例中，接触率可为接触面积与外表面13的比率。举例而言，当接触率为100％，代表外表面13完整地与连接面A12接触。当接触率为80％，可代表外表面13有20％的面积不与连接面A12接触。当接触率为60％，可代表外表面13有40％的面积不与连接面A12接触。

举例而言，当主轴A10处于一良好状态时，中心轴AX1可与旋转轴AX2重合。接触率可于一良好范围内。上述良好范围可为75％至100％的范围之间。当主轴A10处于一正常状态(normal range)时，接触率于一尚可范围时。上述尚可范围可于50％至100％的范围之间。当主轴A10处于良好状态或是尚可状态时，使用者可不需对主轴A10进行维修或是清理。

举例而言，当主轴A10处于一不良状态时，中心轴AX1相对于旋转轴AX2倾斜。接触率可于一不良范围内。上述不良范围可小于50％。使用者应尽快对主轴A10进行维修或是清理。

在一些实施例中，量化数据可经由测量的方式取得。首先，使用者可先制备与主轴A10的连接面A12具有不同接触率的接触壳体(例如第一接触壳体、第二接触壳体、第三接触壳体、第四接触壳体、以及第五接触壳体)。在一些实施例中，量化数据所使用的接触壳体可为标准件。举例而言，使用者可制备与主轴A10的连接面A12具有第一接触率(例如100％接触率)的一第一接触壳体、具有第二接触率(例如75％接触率)的一第二接触壳体、具有第三接触率(例如50％接触率)的一第三接触壳体、具有第四接触率(例如25％接触率)的一第四接触壳体、以及具有第五接触率(例如0％接触率)的一第五接触壳体。

之后将具有一第一接触壳体的检测装置1插置于插槽A11内进行测量，并取得感测元件50的第一电阻值(或第一应变量)。将具有第二接触壳体的检测装置1插置于插槽A11内进行测量，并取得感测元件50的第二电阻值(或第二应变量)。将具有第三接触壳体的检测装置1插置于插槽A11内进行测量，并取得感测元件50的第三电阻值(或第三应变量)。将具有第四接触壳体的检测装置1插置于插槽A11内进行测量，并取得感测元件50的第四电阻值(或第四应变量)。将具有第五接触壳体的检测装置1插置于插槽A11内进行测量，并取得感测元件50的第五电阻值(或第五应变量)。

在本实施例中，可通过上述对应于第一接触率的第一电阻值(第一应变量)、对应于第二接触率的第二电阻值(第二应变量)、对应于第三接触率的第三电阻值(第三应变量)、对应于第四接触率的第四电阻值(第四应变量)、以及对应于第五接触率的第五电阻值(第五应变量)，可形成一量化数据。

因此，当使用者实际利用检测装置1对一主轴A10进行检测时，检测信号对应的电阻值(或应变量)与上述量化数据的第一至第五电阻值(或应变量)进行比对。即可推算出接触壳体10的外表面13与主轴A10的连接面A12之间的接触率。

在一些实施例中，上述通过测量所取得的量化数据可形成一公式。量化数据可经由感测元件50的电阻率(或是应变量)与接触率的公式取得。该等接触率为该等应变量的等效值。在一些实施例中，感测元件50的电阻率(或是应变量)可正比于接触率。

在一些实施例中，可通过至少两组不同接触率的接触壳体及其对应的电阻值(应变量)形成上述量化数据。

据此，当处理模块60分析检测信号时，可取得感测元件50的电阻率(或是应变量)。之后处理模块60将感测元件50的电阻率与量化数据作一比对即可推算接触壳体10的外表面13与主轴A10的连接面A12之间的接触率。

在一些实施例中，判断信号还包括一判断值。处理模块60可依据接触率产生上述判断值。举例而言，上述判断值对应于主轴A10的良好状态、尚可状态、或是不良状态。当接触率为75％以上时，判断值可为1，且对应于主轴A10的良好状态。当接触率为50％以上且小于75％时，判断值可为2，且对应于主轴A10的尚可状态。当接触率为小于50％时，判断值可为3，且对应于主轴A10的不良状态。

举例而言，如图5所示，第一接触率为100％，测量到的应变量为82.72με；第二接触率为75％，测量到的应变量为64.74με；第三接触率为50％，测量到的应变量为42.83με；第四接触率为25％，测量到的应变量为21.22με；以及第五接触率为0％，测量到的应变量为1.31με。通过上述数值，求得一公式：

y＝0.8254x+1.296

后续可通过检测装置1测量到主轴的应变量，处理模块60透过量化数据求得的公式，来计算主轴目前的接触率。举例来说，若通过检测装置1测量到的主轴的应变量为77.65με，则处理模块60计算出接触率为92.51％。

如图1及图2所示，检测装置1可还包括一显示模块70以及一无线传输模块80。显示模块70电连接于处理模块60，且用以显示对应于判断信号的一显示信号。在一些实施例中，显示模块70可包括一显示面板71。显示面板71可用以显示对应于判断信号的一显示画面。在一些实施例中，显示模块70可包括一显示装置。显示模块70可用以显示对应于判断信号的一显示画面。上述显示画面可显示接触壳体10的外表面13与主轴A10的连接面A12之间的接触率。

在一些实施例中，显示模块70可包括多个判断灯72。显示模块70可依据判断信号的判断值启动或是关闭至少一判断灯72。上述判断灯72可对应于主轴A10的良好状态、尚可状态、或是不良状态。因此，通过显示模块70，使用者可及时地得知主轴A10的状态，并可判断是否对主轴A10进行维修或是清理。

无线传输模块80电连接于处理模块60，且用以以无线的方式传输判断信号。举例而言，无线传输模块80可产生对应于判断信号的一无线信号。一外部终端装置(图未示)可接收上述无线信号。在一些实施例中，外部终端装置可为一计算机、一服务器、或是一移动式电子装置。因此，通过无线传输模块80，使用者可于外部终端装置对于不同工具机A1的主轴A10进行记录以及分析。

综上所述，本发明的检测装置可即时地对工具机的主轴进行检测，进而减少主轴损坏的机率，或是提高工具机所制作的产品的良率。

虽然结合以上各种实施例公开了本发明，然而其仅为范例参考而非用以限定本发明的范围，任何熟悉此项技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许的更动与润饰。因此上述实施例并非用以限定本发明的范围，本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (16)

1.一种用于工具机的主轴的检测装置，其特征在于，该主轴包括插槽，且该检测装置包括：

接触壳体，具有第一腔体，且该第一腔体具有内表面；

主壳体，连接于该接触壳体，且具有连通于该第一腔体的第二腔体；

感测元件，设置于该第一腔体内，且连接于该内表面；以及

处理模块，设置于该第二腔体内，且电连接于该感测元件，

其中当该接触壳体插置于该主轴的该插槽时，该感测元件用以检测该接触壳体的应变量，并产生检测信号，且该处理模块依据该检测信号，产生判断信号。

2.如权利要求1所述的用于工具机的主轴的检测装置，其中该接触壳体为锥形结构。

3.如权利要求1所述的用于工具机的主轴的检测装置，其中该插槽具有连接面，且该接触壳体具有外表面，当该接触壳体插置于该主轴的该插槽时，该外表面接触于该连接面。

4.如权利要求3所述的用于工具机的主轴的检测装置，其中该处理模块依据该检测信号以及量化数据取得接触率，其中该接触率对应于该外表面与该连接面之间的接触面积。

5.如权利要求3所述的用于工具机的主轴的检测装置，其中该连接面以及该外表面为锥形。

6.如权利要求1所述的用于工具机的主轴的检测装置，还包括显示模块，电连接于该处理模块，且用以显示对应于该判断信号的显示信号。

7.如权利要求1所述的用于工具机的主轴的检测装置，还包括无线传输模块，电连接于该处理模块，且用以以无线的方式传输该判断信号。

8.如权利要求1所述的用于工具机的主轴的检测装置，还包括扣合元件，设置于该接触壳体，其中当该接触壳体插置于该主轴的该插槽时，该扣合元件扣合于该插槽内。

9.如权利要求1所述的用于工具机的主轴的检测装置，其中该感测元件为应变传感器，且该感测元件的电阻值对应于该应变量。

10.如权利要求1所述的用于工具机的主轴的检测装置，其中该感测元件为长条形结构，且沿一环状路径延伸。

11.一种工具机的主轴的检测方法，包括：

将检测装置插置于工具机的主轴内；

通过该检测装置的感测元件检测该检测装置的接触壳体的应变量，并产生检测信号；以及

通过处理模块依据该检测信号以及量化数据取得接触率。

12.如权利要求11所述的工具机的主轴的检测方法，其中该量化数据依据下列方法取得：

将具有第一接触壳体的第一检测装置插置于该主轴内，且通过该第一检测装置的感测元件检测该第一接触壳体，并取得第一应变量，其中该第一接触壳体与该主轴的连接面具有第一接触率；

将具有第二接触壳体的第二检测装置插置于该主轴内，且通过该第二检测装置的感测元件检测该第二接触壳体，并取得第二应变量，其中该第一接触壳体与该主轴的连接面具有第二接触率；以及

依据上述第一接触率、上述第一应变量、上述第二接触率、以及上述第二应变量形成该量化数据。

13.如权利要求11所述的工具机的主轴的检测方法，其中该接触率为该应变量的等效值。

14.如权利要求11所述的工具机的主轴的检测方法，其中该感测模块依据该接触率取得判断信号。

15.如权利要求11所述的工具机的主轴的检测方法，其中该接触壳体具有第一腔体，且该第一腔体具有内表面，其中该感测元件设置于该第一腔体内，且连接于该内表面。

16.如权利要求15所述的工具机的主轴的检测方法，其中该检测装置还包括主壳体，连接于该接触壳体，且具有连通于该第一腔体的第二腔体，其中该处理模块设置于该第二腔体内，且电连接于该感测元件。

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