CN114515982A

CN114515982A - 伺服驱动式浮动机构

Info

Publication number: CN114515982A
Application number: CN202111200778.3A
Authority: CN
Inventors: 许又升
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-11-18
Filing date: 2021-10-13
Publication date: 2022-05-20
Also published as: EP4000803B1; US20220152779A1; EP4000803A1; TWI745169B; TW202220790A

Abstract

一种伺服驱动式浮动机构包括一固持座、一研磨工具、一姿态感知器、一位移传感器、一内框架、及一第一伺服马达。研磨工具被夹持于固持座内，研磨工具具有一第一枢轴及一研磨工具。第一枢轴垂直于研磨工具的轴心方向。姿态感知器用以感知研磨工具的姿态，并发出一姿态讯号，姿态讯号经过解算后以获得一针对重力影响的力矩补偿值。位移传感器以感测所述研磨工具沿着第一枢轴的位移量。研磨工具设置于内框架内，研磨工具的第一枢轴可动地设置于内框架。第一伺服马达设置于内框架，依据力矩补偿值以及位移量带动研磨工具沿着第一枢轴旋转，使研磨工具输出的扭力不受各种姿态下的重力影响。

Description

伺服驱动式浮动机构

技术领域

本发明涉及一种伺服驱动式浮动机构，其属于机械加工技术领域，特别是涉及一种应用于去除工件毛边并且可自动补偿的研磨抛光装置。

背景技术

当工件初步制造完成后，还需要加工以去除毛边、表面研磨、抛光等后加工制程。然而，由于各种工件的外形不一，自动化的难度相当高，相当倚靠人力手持气动或电动工具加工。此种加工方法效率低，并且质量不稳定。

随着工业自动化的发展，为了生产效率，已逐渐发展为自动化去除工件毛边。其中的关键是如何自动化调整研磨刀具与工件之间的押附力(pressing force)。

故，如何改良并提升研磨抛光装置的浮动机构的效果，来克服上述的缺陷，已成为该项技术领域所欲解决的一项课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种伺服驱动式浮动机构，可因应各种不平整表面或尺寸变化，提供稳定的研磨力量，并补偿各种姿态变化下，重力对输出力量大小的影响，确保研磨的质量。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是，提供一种伺服驱动式浮动机构，包括一固持座、一固定连接于所述固持座的第一枢轴、一研磨工具、一姿态感知器、一位移传感器、一内框架、及一第一伺服马达。研磨工具被固定于所述固持座内，并具有一第一枢轴及一研磨工具，所述第一枢轴垂直于所述研磨工具的轴心方向。姿态感知器用以感知所述研磨工具的姿态，并发出一姿态讯号，所述姿态讯号经过解算后以获得一针对重力影响的力矩补偿值。位移传感器用以感测所述研磨工具沿着所述第一枢轴的位移量。所述研磨工具设置于所述内框架内，所述研磨工具的所述第一枢轴可动地设置于所述内框架。第一伺服马达设置于所述内框架，依据所述力矩补偿值以及所述位移量带动所述研磨工具沿着所述第一枢轴旋转，使所述研磨工具输出的扭力不受各种姿态下的重力影响。

优选的，所述研磨工具还包括一指示器，所述指示器依据所述位移讯号与一默认位移量的比较值，输出一指示讯号。

优选的，还包括一显示设备，以接收所述指示讯号，并依据所述指示讯号显示所述研磨工具的目前状态。

优选的，所述第一伺服马达与所述第一枢轴之间设有一第一齿轮组，所述第一齿轮组传递所述第一伺服马达的力量至所述第一枢轴。

优选的，所述第一齿轮组具有一连接于所述第一枢轴的第一被动齿轮、及一连接于所述第一伺服马达的第一主动齿轮，所述第一被动齿轮啮合于所述第一主动齿轮。

优选的，所述第一伺服马达具有第一驱动件，所述第一驱动件连接于所述研磨工具。

优选的，还包括一外框架及一第二伺服马达，其中所述内框架设置于所述外框架内，所述内框架具有一第二枢轴，所述第二枢轴垂直于所述第一枢轴；所述内框架的所述第二枢轴可转动地设置于所述外框架；所述第二伺服马达设置于所述外框架，依据所述力矩补偿值以及所述位移量带动所述研磨工具沿着所述第二枢轴旋转，使所述研磨工具输出的扭力不受各种姿态下的重力影响。

优选的，所述第二伺服马达与所述第二枢轴之间设有一第二齿轮组，所述第二齿轮组传递所述第二伺服马达的力量至所述第二枢轴。

优选的，所述第二齿轮组具有一连接于所述第二枢轴的第二被动齿轮、及一连接于所述第二伺服马达的第二主动齿轮，所述第二被动齿轮啮合于所述第二主动齿轮。

优选的，所述第二伺服马达具有第二驱动件，所述第二驱动件连接于所述内框架。

本发明的其中一有益效果在于，本发明的伺服驱动式浮动机构具有至少一马达、姿态感知器、以及位移传感器。其中透过姿态感知器配合马达可以补偿重力对于所述研磨工具在不同角度的影响。此外，透过位移传感器配合马达，可以使所述研磨工具达成零位点的偏移(offset)。借此，本发明的伺服驱动式浮动机构可以在各种不同的姿态或角度维持研磨工具与加工物的接触力。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与图式，然而所提供的图式仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为本发明第一实施例的伺服驱动式浮动机构的剖视示意图。

图2为本发明第一实施例的研磨工具的重力补偿的示意图。

图3为本发明第一实施例的研磨工具的位移感知的示意图。

图4为本发明第一实施例的研磨工具配置指示器的示意图。

图5为本发明第一实施例的研磨工具配置显示设备的示意图。

图6为本发明第二实施例的伺服驱动式浮动机构的剖视示意图。

图7为本发明的伺服驱动式浮动机构的伺服控制示意图。

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。

应当可以理解的是，虽然本文中可能会使用到“第一”、“第二”、“第三”等术语来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一组件与另一组件。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。

[第一实施例]

如图1至图3所示，本发明提供一种伺服驱动式浮动机构(servo type compliantmechanism)1a，其包括一固持座10、一研磨工具12、一姿态感知器18、一位移传感器19、一内框架20、一外框架30、一第一伺服马达40及一第二伺服马达50。

研磨工具12被固持于固持座10内，第一枢轴11固定连接于所述固持座10，第一枢轴11垂直于所述研磨工具12的轴心方向。研磨工具12可以是气压式或电动式。其中电动式研磨工具的转速是可调整的。

本实施例中，固持座10与研磨工具12设置于内框架20内，研磨工具12的第一枢轴11可动地设置于所述内框架20。换句话说，研磨工具12可沿着第一枢轴11在内框架20内转动，以调整研磨工具12的角度。内框架20可以设有一对第一轴承22以支撑第一枢轴11。

姿态感知器18用以感知所述研磨工具12的姿态，并发出一姿态讯号，所述姿态讯号经过解算后以获得一针对重力影响的力矩补偿值。姿态感知器18可以设置于研磨工具12或伺服驱动式浮动机构1a的任何位置。位移传感器19用以感测所述研磨工具12沿着所述第一枢轴11的位移量。

第一伺服马达40设置于所述内框架20，依据所述力矩补偿值以及位移量带动所述研磨工具12沿着所述第一枢轴11旋转，使所述研磨工具12输出的扭力不受各种姿态下的重力影响。

本实施例的第一伺服马达40带动所述研磨工具12的方式可以是间接驱动，具体的说，第一伺服马达40与第一枢轴11之间设有一第一齿轮组G1。第一齿轮组G1传递所述第一伺服马达40的力量至所述第一枢轴11。具体的说，第一齿轮组G1具有一连接于所述第一枢轴11的第一被动齿轮112、及一连接于所述第一伺服马达40的第一主动齿轮42。具体的说，第一主动齿轮42连接于第一伺服马达40的第一旋转轴41。第一被动齿轮112啮合于所述第一主动齿轮42。其中第一枢轴11延伸至内框架20的外侧，第一伺服马达40设置于内框架20的外侧且相邻于第一枢轴11。第一伺服马达40可以是旋转伺服马达，其转轴方向平行于第一枢轴11。

内框架20设置于所述外框架30内，内框架20具有一第二枢轴21，第二枢轴21垂直于所述第一枢轴11；所述内框架20的所述第二枢轴21可转动地设置于所述外框架30。所述内框架20的所述第二枢轴21可转动地设置于所述外框架30。换句话说，内框架20可沿着第二枢轴21在外框架30内转动，以使内框架20偏转到不同的角度。同时也使研磨工具12沿着第二枢轴21产生偏转。外框架30可以设有一对第二轴承32以支撑第二枢轴21。

第二伺服马达50设置于所述外框架30，本实施例的第二伺服马达50带动内框架20的方式在于，其中第二伺服马达50与第二枢轴21之间设有一第二齿轮组G2，所述第二齿轮组G2传递所述第二伺服马达50的力量至所述第二枢轴21。具体的说，其中第二齿轮组G2具有一连接于第二枢轴21的第二被动齿轮212、及一连接于第二伺服马达50的第二主动齿轮52。具体的说，第二主动齿轮52连接于第二伺服马达50的第二旋转轴51。所述第二被动齿轮212啮合于所述第二主动齿轮52。其中第二枢轴21延伸至外框架30的外侧，第二伺服马达50设置于外框架30的外侧且相邻于第二枢轴21。第二伺服马达50可以是旋转伺服马达，其转轴方向平行于第二枢轴21。

本发明的伺服驱动式浮动机构，可以依据所述力矩补偿值以及位移量带动所述研磨工具12沿着所述第二枢轴21旋转，从而使所述研磨工具12输出的扭力不受各种姿态下的重力影响。

如图2所示，伺服驱动式浮动机构可以具有一外壳H，上述该些组件收容于外壳H内，姿态感知器18(Orientation Sensor)可以设置于所述外壳H，以感知所述研磨工具12的姿态。通过姿态感知器18，本实施例可以感知研磨工具12的姿态并补偿重力的影响。姿态感知器18例如可以是九轴模块，包括三轴陀螺仪、三轴加速度以及三轴磁场，用以感测航向角(YAW)、横滚角(ROLL)、以及俯仰角(PITCH)。然而，本发明并不限制于此。此外，姿态感知器18也可以配置蓝牙模块，以无线的方式发射所述姿态讯号。

如图2所示，本实施例的重力补偿举例说明如下，假设姿态感知器18侦测出研磨工具12的倾斜角为θ。研磨工具12的接触力为FN，研磨工具12施力点至旋转中心C1沿着轴向的距离为L1；研磨工具12的浮动质量为Mg，浮动质心C2至旋转中心C1的距离为L2。本实施例可以提供扭力指令(Torque Command)Tc的公式如下：

Tc＝FN*L1+Mg*cosθ*L2

如图3所示，本实施例中，所述研磨工具12设有位移传感器19，以感测所述研磨工具12沿着枢轴的位移量。位移传感器可以是与枢轴同轴安装的旋转编码器，也可以设计成许多不同形式，例如可以是雷射位移传感器、超音波位移传感器、光波位移传感器、或三轴加速度传感器。但本发明并不限制于此。此外，位移传感器19也可以配置蓝牙模块，以无线的方式发射所述位移讯号。通过位移传感器19可以提供扭力指令Tc的补偿。角度愈大，补偿的幅度愈大。

如图4所示，其中所述伺服驱动式浮动机构还可以包括一指示器101，指示器101依据位移讯号与一默认位移量的比较值，输出一指示讯号。例如当研磨工具12被侦测出的位移量大于一预设位移量时，即可以发出指示讯器给指示器101，例如指示灯，以发出红光。当研磨工具12被侦测出的位移量小于一预设位移量时，发出指示讯器给指示器101，例如指示灯，以发出绿光。借此，本发明可以应用于手动教导研磨路径时，设定研磨工具12与工件的干涉量。

但本发明不限制于上述的，如图5所示，伺服驱动式浮动机构还包括一显示设备60，以接收所述指示讯号，并依据所述指示讯号显示所述研磨工具12的目前状态。

补充说明，上述本实施例的伺服驱动式浮动机构1a为双转轴，然而本发明不限制于此。配合某些应用，本发明的伺服驱动式浮动机构也可以是单转轴。例如，只包括研磨工具12、一姿态感知器18、一位移传感器19、一内框架20、一第一伺服马达40。也就是省略外框架及第二伺服马达。

[第二实施例]

如图6所示，为本发明第二实施例的伺服驱动式浮动机构1b的剖视示意图。本实施例与上述实施例的差异在于，本实施例为直接驱动型，也就是说，本实施例可以省略上述的齿轮组。换句话说，本发明的马达可以是以不同的方式以驱动研磨工具12。具体的说，其中所述第一伺服马达40具有第一驱动件43，所述第一驱动件43连接于所述研磨工具12。此实施例的第一伺服马达40可以是直线马达，或旋转马达配合线性传动机构。例如，直线马达的驱动件可以是滚珠螺杆轴，滚珠螺杆轴直接连接于研磨工具12，滚珠螺杆轴可产生直线运动，即可带动研磨工具12沿着第一枢轴11产生相对于内框架20的转动。或者，第一驱动件43也可以是线性传动机构，旋转马达的转动量透过线性传动机构以产生线性位移，也可以带动研磨工具12产生相对于内框架20的转动。

相同的，本发明也可以省略第二齿轮组。第二伺服马达50具有第二驱动件53，所述第二驱动件53连接于所述内框架20。第二伺服马达50可以是直线马达，或旋转马达配合线性传动机构。第二驱动件53可以是滚珠螺杆轴或线性传动机构。

请参阅图7，为本发明的伺服驱动式浮动机构的伺服控制示意图。位移传感器19可以是编码器(encoder)E，编码器E可以是内建于伺服马达M或外加在伺服马达M上，伺服计算机R接收其位移量，伺服计算机R再将整合后的所述力矩补偿值以及所述位移量传送至伺服马达M。

本发明的其中一有益效果在于，本发明的伺服驱动式浮动机构具有至少一马达、姿态感知器、以及位移传感器。其中透过姿态感知器配合马达可以补偿重力对于所述研磨工具在不同角度的影响。此外，透过位移传感器配合马达，可以使所述研磨工具达成零位点的偏移(offset)。借此，本发明的伺服驱动式浮动机构可以在各种不同的姿态或角度调整研磨工具输出适合的转速或力量。

以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的申请专利范围，所以凡是运用本发明说明书及图式内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的申请专利范围内。

Claims

1.一种伺服驱动式浮动机构，其特征在于，包括：

一固持座；

一第一枢轴，固定连接于所述固持座；

一研磨工具，被固定于所述固持座内，所述第一枢轴垂直于所述研磨工具的轴心方向；

一姿态感知器，用以感知所述研磨工具的姿态，并发出一姿态讯号，所述姿态讯号经过解算后以获得一针对重力影响的力矩补偿值；

一位移传感器，用以感测所述研磨工具沿着所述第一枢轴的位移量；

一内框架，所述研磨工具设置于所述内框架内，所述研磨工具的所述第一枢轴可动地设置于所述内框架；及

一第一伺服马达，设置于所述内框架，依据所述力矩补偿值以及所述位移量带动所述研磨工具沿着所述第一枢轴旋转，使所述研磨工具输出的扭力不受各种姿态下的重力影响。

2.如权利要求1所述的伺服驱动式浮动机构，其特征在于，所述研磨工具还包括一指示器，所述指示器依据所述位移讯号与一默认位移量的比较值，输出一指示讯号。

3.如权利要求2所述的伺服驱动式浮动机构，其特征在于，还包括一显示设备，以接收所述指示讯号，并依据所述指示讯号显示所述研磨工具的目前状态。

4.如权利要求1所述的伺服驱动式浮动机构，其特征在于，所述第一伺服马达与所述第一枢轴之间设有一第一齿轮组，所述第一齿轮组传递所述第一伺服马达的力量至所述第一枢轴。

5.如权利要求4所述的伺服驱动式浮动机构，其特征在于，所述第一齿轮组具有一连接于所述第一枢轴的第一被动齿轮、及一连接于所述第一伺服马达的第一主动齿轮，所述第一被动齿轮啮合于所述第一主动齿轮。

6.如权利要求1所述的伺服驱动式浮动机构，其特征在于，所述第一伺服马达具有第一驱动件，所述第一驱动件连接于所述研磨工具。

7.如权利要求1所述的伺服驱动式浮动机构，其特征在于，还包括一外框架及一第二伺服马达，其中所述内框架设置于所述外框架内，所述内框架具有一第二枢轴，所述第二枢轴垂直于所述第一枢轴；所述内框架的所述第二枢轴可转动地设置于所述外框架；所述第二伺服马达设置于所述外框架，依据所述力矩补偿值以及所述位移量带动所述研磨工具沿着所述第二枢轴旋转，使所述研磨工具输出的扭力不受各种姿态下的重力影响。

8.如权利要求7所述的伺服驱动式浮动机构，其特征在于，所述第二伺服马达与所述第二枢轴之间设有一第二齿轮组，所述第二齿轮组传递所述第二伺服马达的力量至所述第二枢轴。

9.如权利要求8所述的伺服驱动式浮动机构，其特征在于，所述第二齿轮组具有一连接于所述第二枢轴的第二被动齿轮、及一连接于所述第二伺服马达的第二主动齿轮，所述第二被动齿轮啮合于所述第二主动齿轮。

10.如权利要求7所述的伺服驱动式浮动机构，其特征在于，所述第二伺服马达具有第二驱动件，所述第二驱动件连接于所述内框架。