200806960 九、發明說明: . .' ‘ ' . .- . * :【發明所屬之技術領域】 捕明是關於^種_式水平訊號提供裝置，尤指一 種藉由壓電材料輸出水平位置訊號、供進一步利甩之妒垂 式水平儀結構者。：丨 Λ 【先前技術】 ........ ... ； (一)、水平儀: 按’在量測裝置與儀器中，水平儀係為一常見且必備 之工具，其發明已久’且廣泛地運用在機械、土木、建築、 ^密加工上）常見的水平儀基本上有縫式與水泡式兩 種，可再搭雜他紐裝践麵—轉鱗的量測工具。 _ ίίΐ輯式或是水泡式之水平儀結構，大體而言， 二之水平儀常具有下列幾種運用方式·· 用以確定 一^面疋否為-水平面(如甩以確定一工作台之水平）、用 之量嘱衫位掏—水平面上(例如 見中子^ 置支柱之高度）、用以產生—水平面(如常 及雷射水平儀之運用）、以及配合内建角規 運用）。讀角之平®或延魏(如常見雷射水平儀之 構是:彳“料㈣财面之巾，無論其結 是水泡式水平儀，其用以顯示確定水平之 口：質之或是水泡對位方式，兩者基 Α々目視里測法，因此，其水平判斷標準極為模 200806960 糊 &你住往其所提供水平判定結論之真 視其红峻紅_度而定 偽’端 (二）、壓電材料 . . ' · , . . . . - - - 在表霞力鳴變化時’ 天然的晶體(如石之觀者，乃包括 ί)人工合成物(如氧化辞、聚合物、 V)二人,、…、包乳石、羅德鹽等材料）、以及特殊 陶瓷材料、複合材料 變，^到正向應力時，即會產生相對應之應 行難“PR時產生相對應之表面電荷，所產生之電 何里餘與所私之正向應力成正比。/ ·. *" . ... · - · - . .. ； ，... .....…. 【發明內容】 提供ΐί日月的’即是在提供—種|電式水平訊號 置騎由壓電元件之墨電效應監測一平面之水平 顯- ft月之另—目的’即是在提供—麵電式水平狀能 '电&晟唬計异亚顯示所監测平面之水平狀熊。 △巧明之又-目的，即是在提供一麵電式水平工作 。，乃猎由本發賴電式水平㈣顯讀私, 訊號’調整並轉工作台之斜織。μ、之控制 本發财_縣伟織縣置，勉括—賴、 200806960 - ... - : ·: ... .‘ . -- - * * * . .. ..... ： ； . · . . . .. , · :一錯垂機構、以友至少二個壓電元件。 .· . . ... .. . 座體，X至少包括一作為水平基準面之基準平面，此 v 基準平®可為座體之上平面、底平面、或是其他可資利用 之至少二點構成平面者。 : ' ... ...... ' . -.... ..….... ../'.: 鉛垂機構，係設置於座體之上方，用以懸吊一籍由重 力產生一錯垂線之重錘，此重錘又包括一重錘作用面。 至少二個壓電元件，係以一預定排列模式、以緊鄭重 錘作用面之方式、設置於座體上適當位置處;當每一壓電 暴 元件受到-外力(重錘之擠壓)時，即會產生一相對應之電 壓訊號。 本發明中，當鉛垂線與座體之基隼平面呈垂直狀態 時’壓電元件即因未受到重錘之擠壓而不會產生電壓訊 號，而當錯垂線與基準平面呈非垂直狀態時，至少一壓電 元件即因重錘偏移而受到重錘作用面之壓迫，進而產生祖 對應之電壓訊號。 •' .. ；- .·. ....... . · . ........ . . ....... 錯垂機構又可實施為包括一設於座體上方之支稽架、以及 支撐架上向下懸吊重錘之重錘線。 . ·. . · · ·_ . * .... . - . :. 在本發明之一實施例中，壓電式水平訊號提供裝置之 " 錯垂機橋又可實施為包括一設於座體上方之支撐架、以及 - 支撐架上設置之一球狀接頭’此球狀接頭係用以萬向懸吊 產生錯垂線之重錘。 在本發明之一實施例中，壓電式水平訊號提供裝置之 座體上又可包括一鉛垂穿孔，用以供重錘之一下端穿過； 200806960 - . ..* ... , . . 電元件即可設置於此鉛垂穿孔中，此時，用以壓迫壓 包元件之重錘作用面即為重錘位於鉛垂穿孔中之表面。 、 在本發明之一實施例中，壓電式水平訊號提供裝置之 … ，錘又可包括一鄰近座體一上平面之作用突緣，此作用突 緣之底面即形成為重錘作用面，而壓電元件即設置於作用 犬、、表與座體之上平面間；其中，由重錘延伸出之作用突緣 係可構型為一環體、複數個指狀柱體、或是其他類似之突 本發明之壓電式水平狀態顯示組合，係包括前述之壓 電式水平訊號提供裝置、一控制單元、及一連接於壓電| 水平訊號提供裝置與控制單元間之訊號纜線。其中之訊號 親線，係連接各壓電元件，用以輸出壓電元件所產生之^ 屋訊號，而控制單元，則於接收壓電訊號所產生之電壓= 號後’處理此電壓訊號並計算與顯示此壓電訊號所代表座 體平面之水平狀態。 平。態·組合、-水平工細、及概__柱；其 =顧式水平雜齡組合之㈣式水平峨提供裝置係 設置於水平工作面上，而複數個驅動腳柱係則設置於水平 工作面下’並用以支撐並調整水平工作面之水平狀態，其 中，水平工作面係與座體之基準平面平行；本發明中，ς 制單=依據壓電元件所產生電壓訊號計算水平工作台之^ 平狀恶，亚依據計算結果輪出控制訊號至複數個驅動腳 柱’肋控伽動雜，以—觀控制轉模式調整水平 工作面至一预定水平狀態。 200806960 .... .... ...... …：. 為使:貴審查委員對於本發明能有更進一步的了解與 認同，茲配合圖式作一詳細說明如后。 . . . - ...... ·...： . · . .. - - -- — · - . - . ： -.·—. ’ ： 【實施方式1 夂 ^ , ·· - - , - ' .，. ' ‘ -. ..... .. ... 在以下之說明中，為能求得本發明技術解說之一貫 性，故在不同之實施例中，若有元件之功能相同但形狀略 - ..... - · . - . . 省者，則仍是以相同之名稱與圖號明之。 .- ' - - . ' · - . - . 本發明之壓電式水平訊號提供裝置，其基本設計概念 _ 係於一船垂式水平儀結構上加置用以感測水平位置偏移之 壓電材料，並藉由壓電材料之壓電效應，將水平位置之偏 移量量化為壓電材料之應變電壓，利用此電壓訊號之處 理，即可作進一步之觀測與控制。 請參閱第一圖所示，係為本發明壓電式水平訊號提供 裝置操作原理之簡單示意圖；其巾，本發明壓電式水平窗 號提供裝置至少係包括-用以產生一船垂線121之錯垂^ 構12與重錘124組合、一與鉛垂線121垂直之重錘作用歪 1241、以及至少二個壓電元件113(圖示為二個）；其中， 鉛垂機構12、重錘124與重錘作用面1241係維持在一 -固定連動關係’ _電元件113則是維持—第二固定邊 動關係（通常是設置於一平台上）。 * ' ... ^ · 如圖實線所示之狀態（稱水平狀態），壓電元件113之 頂面（或是作用面）係與重錘作用面削保持在一北平 狀態（亦即水平狀態）’此時， 夫^ ― 侧面1241之擠壓、或是錄厂件未文到重11 數，故壓電元細即無電荷輪出、或是以已知電& 200806960 出 ，而如述之第-固定連動關係組件與第二固定連動胤 係組件、以_機構12之樞轉點⑶為轴心、產雜 私日不之121’與1241’代表第-固定連動關係組件之 113 ns ji^ 係 ^非預狀雛，又_電效叙較，㈣讎即反應 ^相對Ϊ電荷之生成，而藉由偵測此電荷生缝 衣，廠4之參數驗證對照，即可由另一計算單元得知第 口疋連動關餘件鮮二固魏細餘制之傾角關 件間之量化傾角關係。 奸3=么因單一壓電元件113與重錘作用面舰 杜f為—面接觸，是以，若是以第―圖所示之二 壯#且^13運用’故可使本發明之|電式水平訊號提供 ί測l i測一 面水平狀態之能力，椎’其偵測之可 故巧限，故為求提高裝置數據量測之可觀測性， 屋電元件_^，，應以設置三似上共平面之 本發處、第三圖、以及第四圖所示，係分別為 ΗΦ勺紅力一回中1U面之剖面俯視示意圖、以及沿第二 圖中包触垂線121之部分錯垂面之剖面示意圖。 200806960 如圖所不，本發明之壓電式水平訊號提供裝置！係可 包括一座體U、一鉛垂機構12、以及至少二個壓電元伴 113(圖示為四個分度配置之壓電元件113)。 座體Π，係包括一作為水平基準面之基準平面，此美 準^面可為座體Η之上平面心
可貢認可<點線構成平面者。如刪示，在此實施例中， 座體11上又可包括一供重錘124之下端穿過之錯垂穿孔 112 ’而壓電元件113即可設置於此鉛垂穿孔112中 鉛垂機構12，係設置於座體I〗之上方，用以懸吊一 藉由重力產生一錯垂線121之重錘124，此重錘124之下 端係穿過座體11之鉛垂穿孔112(如第四圖所示），而其甩 以壓迫壓電元件113之重錘作用面丨241即為重錘丨24位於 鉛垂穿孔112中之表面。如第二圖所示，鉛垂機構12係可 包括一設於座體11上方之支撐架122、以及支撐架122上 向下懸吊重錘124之重錘線123，藉由重錘124之重力作 用而使重錘線123呈鉛直狀態（亦即與鉛錘線121疊合>。 至少二個壓電元件113，係以一預定排列模式（如第三 圖中之均句分度配置)、以緊鄰重錘作用面1241之方式、 設置於座體Π上適當位置處（如此實施例之鉛垂穿孔112 内緣）；當任一壓電元件113受到一外力（重錘124之擠壓) 時’即會產生一相對應之電壓訊號。 本發明中，為使壓電元件113能成功地感測到基準平 面之非鉛垂狀態，故在其設置校準時，係將每一壓電元件 113維持與重錘丨24：上重錘作用面丨241相同之一預定微小 間隙s(如第三圖所示）。 11 200806960 • . " .. - / . ： . ' ' ‘ ' ' 如第二圖與第三圖所示，本發明裝置i於二相對壓電 元件113間又可延伸形成一直線檢驗對疋參考線113〇，藉 、由此直線檢驗對正參考線η 30之設置，即可便利觀察待侧 面在相對應方向上之水平狀態。 在第二圖與第三圖所示之實施例中，其第一固定速動 關係係包括元件121、I23、I%、及1241 ,而第二固定連 動關係則包括元件 11、111、111，、112、113、122、及113〇。 本發明中，當鉛垂線121與座體11之基準平面ln(以 I 上平面為代表)呈垂直狀態時，壓電元件113即因未受到重 錘124之擠壓而不會產生電壓訊號(如第三圖實線所示、及 第四圖所示之狀態）;而當鉛垂線121與基準平面lu呈非 垂直狀態時(如第三圖中之虛線位置），則其中至少一壓電 元件113(如第三圖中位於左侧之壓電元件113)即因重錘 124偏移而受到重錘作用面1241之壓迫，進而產生相對應 之電壓訊號；此壓電訊號即可由連接在壓電元件113上^ 甙號輸出線114導出，以供進一步之觀測、計算、顯示與 _ 控制等用途。 . - . . · - - . 請參閱第五圖所示，係為在本發明壓電式水平訊號提 供裝置另一實施例之剖面示意圖（其剖面位置係對四 圖所示）’與弟四圖.比較，在此一實施例中，壓電式水平吼 號提供裝置1之重錘m之下端雖同為穿過錯垂穿孔 設置’但其壓電元件113則移往座體u之上平面U1上嗖 置，而為使重錘124在上平面111(基準平面）呈非水平狀 態時、得能有效擠壓相對應之壓電元件113，故重鐘 上於座體11上平面111之處又水平延伸出有一侧突 12 200806960 :緣1242，並於此作用突緣1242之艰士、炎广 焉，s之重錘麵· 作嶋1424與座體 . -" . - · . . . _ . "由錄124水平延伸出之作用突緣 之模’相倾航件113獅均句分度 之权式s又置於此核體1242下。 再請參·七_示，_本發日腦水平曹 供裝置又-實施狀示__錄俩崎 中’由重錘124水平延伸出之作用突緣12 型複 個指狀柱體結構，重錘作用面咖即為各指狀柱 之，面’而壓電疋件113則可依指狀柱體相應設置於 各指狀柱體1242下方之座體上平面m上；在此實施例 中’指狀柱體1242與壓電元件113亦是採均勻分度之模式 設置° ^ Λ -·._ * - ' . ' · 請參閱第八圖所示，係為在本發明壓電式水平訊號提 供裝置再-實施例之剖面示意圖（其剖面位置係對比第四 圖與第五圖所示）；與第五圖比較，在此一實施例中，壓電 式水平訊號提縣置1之4錘124之下端亦同為穿過錯垂 穿孔112設置’但其主要重量則集中在座體u上平面川 之相對側上(亦即下緣處），且其壓電元件m則由座體n 之上平面111上移往與上平面lu相對應之内平面115設 置，而重錘作用面1241則設置於重錘124 _壓電元件 113之對應面上。， 13
200806960 ' 在習知技藝中，可用以形成本發明重錘作用面1241 與f電元件113間配置關係之結構繁多，而此類之結構係 屬熟習此類技藝者根據本發明之揭露而可輕易據以實施 者，敌在此不再贅敘。 公^ ^ ^ ' t發明中’壓電式水平訊號提供襄置之錯垂機構12 除可實施為如第二圖所示之支撐架122、重錘線123與重 錘124之組合外’亦可以其他習知鉛垂懸吊、或是鉛^線 產生機構實施’如第錢卿，㈣_雜接則25(或 狀軸承)作為主要自由樞轉元件之錯垂機構'12;如圖 所不’此鉛垂機構12係包括一設於座體上方之支矜架 及-設置於支撐架122上球狀接頭125，此球狀無 碩125則以萬向自由懸吊之方式、藉由一重鐘臂126、連 接一用以產生鉛垂線之重錘124(實施為一重球）。 始同樣地，在習知技藝中，可甩以形成本發明產生錯垂 =機構繁多’而此類之親結構蘭熟f峨技藝者根 據本聲明之揭露而可輕祕以實施者，故在此不再資救。 ^請參閱第十圖所示，係為一利甩本發明壓式水平訊 號料裝置1之水平工物。之立綠 ^屋電式水平訊號提供裝置丨係與—控制單元2及一哪 觀綠3組合成-壓電式水平狀態顯示組合;辦背逢 3 #'連接壓m平峨提縫置i無鮮元^在 平轉提絲置1 h峨義3係總成各壓電； 13之訊说輸出線114 ’甩以輸出各壓電元件113所； =電壓訊號；而控制單元2，M嶋收壓電元件所產 之_號後’處理此電壓訊號並計算與顯示此壓電訊: 14 200806960 ... .· . - . . - .:: •所代表座體基準平面之水平狀態。 ' · . ' * - . - . · 如圖所示，本發明之壓電式水平工作合10，係包括前 … 述之壓電式水平狀態顯示組合(卜2、3)、一水平工作面 • 101、及複數個驅動腳柱102 ;其中壓電式水平狀態顯示也 合之壓電式水平訊號提供裝置】係以其基準平面(此時較 佳為底平面11Γ)平行水平工作面101之型式、設置於水 平工作面101上，而複數個驅動腳枉102係則設置於水平 工作面101下’作為支撐並調整水平工作面1〇1水平狀能 鲁 之制動工具’其實施可祕壓式、液壓式、或▲其他可二 制之高度調整裝置^ ^ 1 • . ‘ _ ' - · ' ’ . . 讀參閱第十一圖所示，係為第十圖中水平工作台一水 平控财法之流程圖；在此操作前，壓電式水平狀態顯示 組合係以如第十圖所示及同前所述之技術設置於水工作 面1G1上。 本發明水平工作台之較佳水平控制方法係可為（來 步驟100 :藉由本發明之壓電式水平訊號提供裝置1 感應水平工作台10水平工作面101之水平 狀態，並由壓電元件113產生相對應之電 • 壓訊號； ， 步驟200 ··壓電元件us產生之電壓訊號藉由訊號覜 線3輸送制控制單元2，再由控制單元2 依據所接收之電壓訊號計算水平工作台 101之水平狀態; 15 200806960 · · .. ·. · · · ；^300：«^ 步麵:=單元2中，根據控解蝴 平工作台鲁是否維持在水二 ^ ’右疋維持在水平狀離 人 _礙麵料執行步驟 水十狀恶，則執行步驟5〇〇，· 步驟500 制單元2之計算結果，分別輪出控 ’喊至複數個驅動聊枉102，並以一預定 控制驅動模式控制驅動腳柱·將水平、工 2面謂調整至一水平狀態；之後，再回 傻執行步驟跡以動態持續對水平工作台 1〇水平工作面101之水平狀態監控；以及 /卿0 · 日诗止雜⑽之任何難操作， 並回復執行步驟100 ,以持續對水平工作台 1〇水平工作面101之水平狀態動態監控。 生電驟中，控制單元2龍電元件113所產 H 虎之水平狀態判斷準 可根據裝置出廠H㈣Μ 1似叙輸出係 盘㈣•旧魏Γ 預先之參數設定，而此類判斷 4咖應鱗齡_雜麵齡，故在此科墜敘。 步賢，，轉離iG2之控做猶方式 '' χ °之線性或非線性控制法則控制，藉.效地 200806960 . ^. _ ·. - -....... ...... .； .；.....' :.- 補ί、&平工作自101之水平狀態，而此類控制法係 習此類技術者所熟知，故在此不再墜敘。：’、為沾 • .… 圓 ._. . · · . ν π藉由本發明所提供之技術，乃可使水平工作台10之運 #乂之¥知僅他作固疋點設置、或是移動設置地點即需繁複 地進行人卫水平狀㉟調整之水平王作纟裝置，其便利性顯
然卓越。丨 ^ ^ ^ ^ ^ J ，、本發明中，重錘作用面1241輿壓電元件113間之微小 . 間隙S，其數值大小係依據裝置設計之裕度、控制單元2 ，值计异之精度、裝置出廠前參數之可調整空間、以及水 f工作面101水平度之要求等等因素而定，而此類數值之 雜與決鋪顧f此_術者所熟知，故在此不再墜敛 本發明中，藉由所提供之壓電式水平訊號提供裝置， 乃可有效地監測一平面之水平狀態。 ' τ ' ； . · - 本發明中，藉由所提供之壓電式水平狀態顯示組合， 乃可隨時計算並顯示所監測平面之水平狀態。 本發明中’藉由所提供之種壓電式水平工作台，乃可 隨時並動態地調整並維持一工作面之水平狀態，不再使工 作台之設置受到設置地點之限制。 - ' · / '_ . * . '—一 *· , ' ' . . _ .. — * · * . ' 以上所述係利用一較佳實施例詳細說明本發明，而非 限制本發明之範圍’而且熟知此類技藝人士皆能明瞭，適 §而作些彳政的改變及调整，仍將不失本發明之要義所在， 亦不脫離本發明之精神和範圍。 17 200806960 ， 綜上所述，本發明實施之具體性，誠已符合專利法中 所規定之發明專利要件，謹請貴審查委員惠予審視，並 賜准專利為禱。 ._ · . - .... . ； . ., :' . . ' - . - / _ 【圖式簡單說明】 . · · · _ * - * .. 第圖係為本發明壓電式水平訊號提供裝置操作原理 ό 飞簡單示意圖； 第二圖係為本發明壓電式水平訊號提供裝置一較佳實 • : . ： ； ；施例之立體示意圖； -- .... ........ ... ... 第二圖係為第二圖中沿lu面之剖面俯視示意圖； • ... * · 第四圖係為第二圖中沿一包括鉛垂線121之錯垂面之 剖面示意圖; - · . ' . . --- 第五圖係為本發明壓電式水平訊號提供裝置另一實施 例之剖面示意圖; :第六圖係為第五圖中沿从線之剖面俯視示意圖; • 第七圖係為本發明壓電式水平訊號提供裝置又一實施 例之壓電元件與重錘臂配置之示意圖； 第八圖係為本發明壓電式水平訊號提供裝置再一實施 例之剖面示意圖； 第九圖係為本發明壓電式水平訊號提供裝置另一鉛垂 機構實施例之示意圖； 第十圖係為一利用本發明壓電式水平訊號提供裝置之 水平工作台之立體示意圖；以及 18 200806960 第十一圖係為第十圖中水平工作台一水平控制方法之 . 」. 流程圖。 【主要元件符號說明】 1壓電式水平訊號提供裝置 2控制單元 3訊號纜線 10水平工作台 11座體 12鉛垂機構 101水平工作面 102驅動腳柱 111上平面 11Γ底平面 112鉛垂穿孔 113壓電元件 114訊號輸出線 121鉛垂線 122支撐架 123重錘線 124重錘 125球狀接頭 126重錘臂 1130直線檢驗對正參考線 1241重錘作用面 1242作用突緣 19