TW201141656A - Precision optoelectronic inspection device for sensing the cutter tip position - Google Patents

Description

201141656 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 ’ 裝置’尤指一 種用以感測 對於工具機的 工具機的技術 ’一為改善工 會費力花錢， —種方法則是 過誤差補償的 較為快迷，因 式，來提升工 於檢測時，主 方式，來確認 的實際位置， 不僅容易使感 的準確性，誠 加工精密度 等級與加JL 具機整體的 無法快速地 利用感測裝 方式，來提 此’目前業 具機的技術 要係透過將 刀桿的正確 但需將感測 測器產生磨 有加以改進 本發明係關於一種精密感測 刀尖位置的光電式精密感測裝置 【先前技術】 按’隨著科技的日新月異， 的要求也越來越高，為了要提升 精在、度’係可從兩方面進行改善 結構精度，而此方法不僅費時且 解決目前廠商迫切的需求，而另 置來檢測出工具機的誤差，並透 升工具機的加工精度，此種方法 界大多朝向檢測工具機誤差的方 等級與加工精密度； 既有檢測工具機的感測裝置 感測器與工具機刀桿相接觸的 位置，此種方式雖可檢測出刀桿 克與刀桿相接觸，長時間使用下 -的現象，且會影響感測器檢測 之處。 【發明内容】 因此，本發明有鑑於既有工具機感測裝置結構與操作 勺缺失^-7- XD ,, 疋’特經過不斷的試驗與研究，終於發展 種此改進現古& + 疋呢有缺失之本發明。 201141656 本發明主要在於提供一 置，其係透過幾合光學反射 且可準確偵測刀尖位置的光 目的者。 種光電式刀尖位置精密感測裝 疋律的方式，提供一結構精簡 電式刀尖位置精密感測裝置之 基於上述目的’本發明之主要技術手段在於提供—種 光電式刀尖位置精密感測裝£，其係設置於一工具機上而 位於-刀具(z車由)的下方處且包含有一撞擊組、一光學組 及一感測組，其中： 該撞擊組係設有一外殼體、一撞擊座與一彈性元件， 該外殼體係設有-容室，該撞擊座係可上、下移動地與外 殼體相結合，而該彈性件係套設於撞擊座外表面而設於外 殼體容室内； 忒光學組係與撞擊組相結合且設有一楔形鏡架、一發 射器及一第二反射鏡，該楔形鏡架係與撞擊座伸於外殼體 谷室内的一端相固設結合，該楔形鏡架係在異於撞擊座的 底面又有一第一反射鏡，該發射器係設於外殼體容室底部 且朝第一反射鏡射出一光源，該第二反射鏡係設於外殼體 的容室底部且用以接收經第一反射鏡反射的光源，並將該 光源再次反射回第_反射鏡；以及 该感測組係與撞擊組及光學組相結合且設有一位置靈 敏感測器及一放大電路’其_該位置靈敏感測器係設於外 殼體的容室内，其係設有—用以接收第一反射鏡反射光的 感測面’而該放大電路係設於外殼體的容室内且與位置靈 敏感測器相電性連接。 進—步’該放大電路係設有一與工具機的控制器相電 5 201141656 ι·生連接的電壓比較器，藉以分析位置靈敏感測器所偵測到 的电麼戒號’進而判斷工具機的刀具所在位置。 再進步’遠發射器係設有一微調座及一二極體雷 射，該微調座係設於外殼體的容室内，而該二極體雷射係 可樞轉地與微調座相結合且朝第一反射鏡射出一雷射光。 較佳地，該外殼體係設有一結合孔及一隔板，該結合 孔係貫穿外殼體的頂面且與容室相通，而該隔板係橫向設 於外殼體的容室内且設有一與結合孔直線相對的穿孔，該 撞擊座係可上、下移動地與外殼體的結合孔及隔板的穿孔 相結合。 藉由 測裝置， 敏感測器 端的光電 計算的方 器所偵測 再則 度高的刀 的方式， 並以馬靈 的校正更 置精密感 位置，可 現象，因 耐久度與 上述之技術手段，本發明光電式刀尖位置精密感 主要係藉由幾合光學反射定律的方式，該位置靈 係可判斷落在感測面上的光點重心位置，並將兩 流導入放大電路中轉變為電壓，並透過除法電路 式’即可經由電麼比較器而分析出位置靈敏感測 到的電流訊號，進而判斷刀具的所在位置： ’透過此-方法本發明可得到—架構簡單且敏感 尖位置精密感測裝置，且藉由反射腔增長光行程 可得到放大的倍率為2至19倍（如第六圖所示）， 敏度的位置零敏感測器感測光點的位移，使刀尖 具有更高的敏感度；除此之外，光電式的刀尖： 測農置，由於係利用位置零敏感測器感測光點的 有效避免既有感；則器需與刀具接冑而產生磨損的 此’相對既有機械式的感測器而t，且有較佳的 穩定性’進而提供—結構精簡且可準確债測刀尖 201141656 位置的光電式刀尖位置精密感測裝置者。 【實施方式】 為能詳細瞭解本發明的技術特徵及實用 貝州功效，並可依 照說明書的内容來實施，兹進一步以如圖式所示的較佳實 施例，詳細說明如后，請參閱如第一圖所示，本發明之光 電式刀尖位置精密感測裝置係設置於一工具機上而位於一 刀具（40)(Z軸）的下方處，該光電式刀尖位置精密感測裝置 係包含有一撞擊組（10)、一光學組（20)及一感測組（30),其 中： 該撞擊組（10)係設有一外殼體（11)、_撞擊座（12)與一 彈性元件（13)，其中該外殼體（1 1)係設有一容室（111)、一 結合孔（1 12)及一隔板（14)，該結合孔（11 2)係貫穿外殼體 (11)的頂面且與容室（111)相通，而該隔板（14)係橫向設於 外殼體（1 1)的容室（111)内且設有一與結合孔（1 12)直線相 對的穿孔（141)，該撞擊座（12)係可上、下移動地與外殼體 (II) 的結合孔（11 2)及隔板（14)的穿孔（141)相結合，而該彈 性件（13)係套設於撞擊座（12)外表面而設於外殼體（11)容室 (III) 内； 該光學組（2 0)係與撞擊組（1 0)相結合且設有一楔形鏡 架（21)、一發射器（22)及一第二反射鏡（23)，其中該楔形鏡 架（21)係與撞擊座（12)伸於外殼體（11 >容室（111)内的一端 相固設結合，該楔形鏡架（21)係在異於撞擊座（1 2)的底面 設有一第一反射鏡（24)，較佳地，該楔形鏡架（21)與水平 的夹角為4，該發射器（22)係設於外殼體（11)容室（1 11)底 部且設有一微調座（25)及一二極體雷射（26)，其中該微調 201141656 座（25)係設於外殼體（11)的容室（111)内； . 該二極體雷射（26)係可樞轉地與微調座（25)相結合且 朝第一反射鏡（24)射出一雷射光，較佳地，該二極體雷射（26) 係與撞擊座（12)呈一 Θ角朝第一反射鏡（24)射出雷射光，該 第二反射鏡（23)係設於外殼體（1 1)的容室（1 1 1)底部且用以 接收經第一反射鏡（24)反射的雷射光，並將該雷射光再次 反射回第一反射鏡（24)，使兩反射鏡（23,24)間的外殼體（11) 容室（111)形成一反射腔，其中可透過調整0角的方式，改 Φ 變雷射光於兩反射鏡（23，24)間反射的次數，本發明第一 圖所示係雷射光於反射腔中反射3次的實施例；以及 該感測組（30)係與撞擊組（10)與光學組（20)相結合且設 有一位置靈敏感測器（31 )(Position Sensitive Detector ; PSD)及一放大電路（32)，其中該位置靈敏感測器（31)係設 於外殼體（11)的容室（111)内，其係如第二圖所示設有一用 以接收第一反射鏡（24)反射雷射光的感測面（31 1 )，而該放 大電路（32)係設於外殼體（11)的容室（ill)内且與位置靈敏 ® 感測器（31)相電性連接，該放大電路（32)另與工具機的控 制器（41)相電性連接且設有一電壓比較器（32彳），其中該位 置靈敏感測器（31)係可判斷落在感測面（31彳）上的光點重心 位置，其主要係利用位置靈敏感測器（31)兩端的光電流導 入放大電路（32)中轉變為電壓’並透過除法電路計算 (工丨 -12 _ 2X ° = 的方式’即可經由電壓比較器（321)而分析出位 置靈敏感測器（31)所偵測到的電流訊號，進而判斷刀具（4 〇) 的所在位置。 [S] 8 201141656 本發明光電式刀尖位置精密感測裝置於使用時係如第 一圖所不，其中係將該撞擊組（1〇)設置於一工具機上且位 於刀具(40)(Z軸)的下方處，並使二極體雷射㈣以0角朝 第反射鏡射（24)出-雷射光，使雷射光經兩反射鏡（24， 23)的反射後朝位置靈敏感測器（31)方向射去，其中透過調 整微調座（25)的方式，使雷射光射入位置靈敏感測器（31) 的光點如第二圖所不，移動至位置靈敏感測器（31)感測面 (311)的正中央處，使= ¥趨近於〇，即完成歸零的操 作； 再如第四圖所示以一直角座標系的方式來表示各反射 點的座標，其中： x tan(90 + ^2n,2+H . )tan(90 + Θ) _ tan(—彡） 丫㈣二 tan(-#)I2w +// ;以及 且 (2n-\) ^ _ C^(2n-l)-tan(-9O-0-(2n^))) (2n) = tan(-90 Η >Ό tan φ 2ηφ < 90 其中當刀具（40)朝外殼體（11)方向移動ι微米（# m)， 且其刀尖係與撞擊座（12)相接觸，使撞擊座（12)相對外殼 體（11)產生向下移動的作動’進而讓與撞擊座（1 2)相固設 結合的楔形鏡架（21)朝第二反射鏡（23)的方向移動，此時， 射入位置靈敏感测器（31.)的光點係會如第五圖所示產生j 的位移量，其中可透過將移動前光點座標扣掉移動後光座 標即可求得位移量^ = x〗n - 乂〜’其中A"為刀具（4 〇)撞擊後的 情形，X&，為刀具（4〇)撞擊前的情形，將不同的角度（…代入 上述的方程式中’即可得到如第六圖所示之放大數據，由 201141656 此τ知本發明可透過位置靈敏感測器⑶）上光點的微小位 .移量，即可將其放大而推算出刀具(40)朝下(z軸方向)的移 動量； I,-I2 2X °月酉己σ參看如第七圖所#，本發明於歸零後

!| +I2 L 〇) ’於s玄放大電路（32)中設定一閥值（例如 1| ~12 _ 2X ·〇”，若該放大電路(32)計算出的結果大於此一 閥值’即可判斷刀具（4〇)的刀尖已觸碰到撞擊座（12)，即 φ可送出-訊號至工具機的控制器（41)中使刀具_停止 下壓並記錄Ζ軸座標，有效提供一結構精簡且可準磘偵測 刀尖位置的光電式刀尖位置精密感測裝置者。 X上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明 作任何形式上的限制，任何所屬技術領域中具有通常知識 者，若在不脫離本發明所提技術方案的範圍内，利用本發 月所揭示技術内谷所作出局部更動或修飾的等效實施例， 並且未脫離本發明的技術方案内容，均仍屬於本發明技術 _ 方案的範圍内。 【圖式簡單說明】 第圖係本發明光電式刀尖位置精密感測裝置之側視 不意圖。 第一圖係本發明位置靈敏感測器之放大側視示意圖。 第一圖係本發明位置靈敏感測器之歸零操作示意圖。 第四圖係本發明雷射光於兩反射鏡間反射的路徑示意 圖。 第五圖係本發明位置靈敏感測器光點移動之示意圖。 10 201141656 第六圖係本發明角度與放大倍率之關係表。 操作之方 第七圖係本發明放大電路與工具機控制器間 塊流程示意圖》 【主要元件符號說明】 (10) 撞擊組 (11 2)結合孔 (13)彈性元件 (141)穿孔 (22)發射器 (24)第一反射鏡 (26)二極體雷射 (31 1)感測面 (321)電壓比較器 (41)控制器 (11) 外殼體 (111)容室

(12) 撞擊座 (14)隔板 (20) 光學組 (21) 楔形鏡架 (23)第二反射鏡 (25)微調座 (30) 感測組 (31) 位置靈敏感測器 (32) 放大電路 (40)刀具

Claims (1)

1. 201141656 七、申請專利範圍： 1.-種光電式刀尖位置精密感測裝iΑ係，置於 工具機上而位於-刀具(z轴)的下方處且包含有一撞擊組 一光學組及一感測組，其中： 撞擊座與一彈性元件， 該撞擊組係設有一外殼體 該外殼體係設有-容室，該撞擊座係可上、下移動地斑該 外殼體相結合，而該彈性件係套設於撞擊座外表面而設於 該外殼體容室内；

   該光學組係與撞擊組相結合且設有—楔形鏡架'一發 :器及-第二反射鏡’該楔形鏡架係與撞擊座伸於外殼體 容室内的一端相固設結合，該楔形鏡架係在異於撞擊座的 底面設有—帛-反射鏡，該發射器係言免於外殼體容室底部 且朝第一反射鏡射出一光源，該第二反射鏡係設於外殼體 的容室底部且用以接收經第一反射鏡反射的光源，並將該 光源再次反射回第一反射鏡；以及 該感測組係與該撞擊組及該光學組相結合且設有一位 置靈敏感測器及一放大電路，其中該位置靈敏感測器係設 於外殼體的容室内，其係設有一用以接收第一反射鏡反射 光的感測面，而該放大電路係設於該外殼體的容室内且與 該位置靈敏感測器相電性連接。 2·如申請專利範圍第1項所述之光電式刀尖位置精密 感’則裝置，其中該放大電路係設有一與工具機的控制器相 電性連接的電壓比較器，藉以分析位置靈敏感測器所偵測 到的電壓訊號，進而判斷工具機的刀具所在位置。 3-如申請專利範圍第1或2項所述之光電式刀尖位置 I2 201141656 精密感測裝置，其中該發射器係設有一微調座及一二極體 雷射，該微調座係設於外殼體的容室内’而該二極體雷射 係可樞轉地與微調座相結合且朝第一反射鏡射出一雷射 光。 4.如申請專利範圍第3項所述之光電式刀尖位置精密 感測裝置’其中該外殼體係設有一結合孔及一隔板，該結 合孔係貫穿外殼體的頂面且與容室相通，而該隔板係橫向 設於外殼體的容室内且設有一與結合孔直線相對的穿孔， _ 該撞擊座係可上、下移動地與外殼體的結合孔及隔板的穿 孑L相結合。 5_如申請專利範圍第彳項所述之光電式刀尖位置精密 感測裝置’其中該外殼體係設有一結合孔及一隔板，該結 合孔係貫穿外殼體的頂面且與容室㈣，而該隔板係橫向 :於外α ϋ的*至内且&有_與結合孔直線相對的穿孔， s玄撞擊座係可上、下將動祕伽 矛多也與外殼體的結合孔及隔板的穿 孔相結合。

   八、圖式：（如次頁） m 13