201202653 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種具光擧十A #旦 m匕猫禋具先予式在線量測功能的精微加工 -備尤心-種可在工件加工完成後直接在機台上… 測以減少誤差；又因是以光學方式進行非接觸式量測，: 可避免工件表面刮傷損H-方面，採用白光干涉儀作 為量測裝置’可用以量測工件表面之粗糖度。 儀作 【先前技術】 在加工領域中，工件晉丨— # 里測直知次者確保品質的最終 守門員角色，但一 、 -敛而3，手動量具的操作必須仰賴操作 者的技術熟練私度，另一問題是前述的量測動作’必須將 工件由機台上取下後始能進行’若加工尺寸不在允差範圍 時，又需將工件放回重新定位再做加工尺寸修正’極易引 ^人為工件設定誤差。尤其在精微加工領域，高精度微小 兀件的表面微結構尺寸特徵相當精細，隨著科技的發展， 不，在工業產品及消費性商品均是朝向微小化方向發展， 使得相關零組件的尺寸曰趨精細化’例如近年來電子、光 電、生醫領域更是對高精度微小元件有強烈的需求，與該 等領域相關的零組件’其特色是尺寸通常小於1Qmm,其 表面也往往需要具有1〜數百pm大小的微結構，以達到某 二特定光學、電氣、流道等功能。而這些尺寸小於，〇咖 的U小元件右如用離線量測，其不確定性將會大幅提高， 因此對於精微加工而言’在線量測是必須的。 已知具有在線量測功能的加工機，是將一探測頭組裝 201202653 到機台的加工頭組上，該探測頭接受經過編輯的量測程式 所驅動’以便在機台上移動並對工件表面形成物理上的直 接接觸以進行量測，量測結果將傳回機台上的控制器並儲 存。儘管前述具有在線量測功能的加工機在工件加工後， 無須將工件自機台上取下，即可直接進行在線量測，避免 了離線量測的不確定因素。但該等技術依然存在下列問題 1 既有具在線量測功能的加工機是採用物理接觸式探 測頭，在工件表面特徵結構細小化的狀況下，直接與工件 表面作物理性接觸，恐有刮傷工件表面的疑慮。 、 2·探測頭本身具有尺寸上的限制，一旦工件表面具有 尺寸的細微結構，即無法對工件表面的細微結構進行 置測；另-方面，亦無法執行某些量測項目（如表面粗縫度
採二：Ϊ可知’既有具在線量測功能的精微加工設備係 木用接觸式探―進行尺寸量測，由於探針本身且有尺寸 上的限制，盔 个开八有尺寸 .^ /务對工件表面的細微結構進行量測，亦益法 執行某些量測頊曰u主 .、''由 ( 13表面粗縫度），再加上接觸式量測方 式，以探針對工杜主工 伐啁式罝测方 傷工件表面沾 成實質的物理接觸，大幅提高刮 待進-步檢討，… 見有件量測技術仍有 並4求可行的解決方案。 【發明内容】 因此，本發明主 功能的精微力σχ設備 要目的在提供一種具光學式在線量測 ，主要係採用白光干涉儀作為在線量 201202653 測裝置並將其整合於精微加工設備上，藉以在 工後’直接於精微加工設備上進行尺寸確認，：令：件加 業更為便利外，並可大幅排除人為誤差；再者，^ '貝1作 干涉儀係採用光線干涉量測原理，以對工件進行 量測，故可有效避免刮傷工件表面的細微結構。觸式 為達成前述目的採取的主要技術手段係 工設備包括有一加工機及一光學式在線量測系％.加 =加工機包括一機台、一位於機台上供放置固定待加 藝工件的括面及—設於機台上且位於枱面上方的加工主轴 9 該光學式在線量測系統包括： 一白光干涉儀，係設於機台上並位於其枱面上方； 一控制器，係與前述白光干涉儀連結，其具有一圖形 化使用者介面，該圖形化使用者介面可供輪入並顯示工件 圖檔，並供使用者規劃設定欲量測工件之尺寸，隨即產生 ·—直:隸式送至控制器，由控制器解譯後控制白光干涉儀 移至待量測位置進行取像，並經影像處理後將量測訊號送 回控制器，顯示並儲存量測結果； :於本發明可在工件加工完成後直接在加工機上進行 尺寸量測’故可避免取下工件或重新定位工件時產生誤差 又利用白光干涉儀以光學方式進行非接觸式量測，可避 免工件表面刮傷損傷，且可用以量測工件表面之粗糙度。 【實施方式】 ’首先請參閱圖1、圖2 關於本發明的一較佳實施例 201202653 所不’主要係在一加工機1 〇上整合一光學式在線量測系 統；其中： 热加工機10包括一機殼14、 /λ 11、 ° 设於機台11上的枱面12及一設於機台彳1且相 對位於其抬面12上方的加工主軸13 ;其中，該枱面12 作上係供放置固定待加工的工件，該加工主軸1 3係相對 於抬面 1?，03 ι'ί *
用以對括面1 2上的工件進行鑽孔、裁切等各 考力動作，於本實施例中，該機台1 1進一步包括一控 才。面12移動的驅動機構該驅動機構係用以帶動枱面 另】在X軸、Y軸及Z軸上移動，以配合加工主軸1 3 的加工動作。 又光學式在線量測系統包括： 白光干涉儀20，係設於前述機台11上並位於其枱 12 J" > 方’於本實施例中，該白光干涉儀2〇係鄰近機台 上的加工主軸1 3且並列設置，另與加工主軸1 3以相 同的驅動機構驅動該白光干涉儀2〇相對於枱面彳2上的工 件在X軸、γ軸及Z軸上移動 古一控制器30 ’本實施例中，係設置在加工機！ 〇的機 从14上，該控制器3〇係透過一傳輸協定（例如Tcp/丨p)分 與⑴述白光干涉儀2〇及加工機1〇的驅動機構連結；又 控制器30進一步具有一圖形化使用者介面，該圖形化使 用者介面具有一顯示器31、一輸入單元32及一量測程式 編輯軟體；纟中：該量測程式編輯軟體將在顯示$ Μ上 產生-圖形操作介面（如3所示），供操作者在該圖形操 作介面上設置規劃欲量測的尺寸，可供規劃設定的量測項 6 201202653 目包括距離、直徑、夾角等（點-點、點-線、點-圓、點-孤 、線-線、線-圓、線-弧、圓-圓、面-面），並進一步包括表 面粗縫度的量測。 當加工機10的枱面12上利用加工主轴13完成一工 件的加工，利用前述的光學式在線量測系統可直接在枱面 1 2上量測確認工件的加工尺寸；其工作方式係如以下所述 操作者在顯示器31上顯示的圖形操作介面選定工件 _ 的DXF檔’並顯示於顯示器31上，以規劃設定所欲量測 的尺寸，隨即自動產生一量測程式（取像MACRO程式）， 並交由控制器30執行。
又控制器3 0將所輸入的量測程式進行解譯，並將白 光干涉儀20移動至編輯軟體所通知之拍攝位置，透過 TCP/IP通知遠端的白光干涉儀2〇進行取像白光干涉儀 20接收到取像指令時，即進行影像取像，完成該取像動作 後通知控制器30’由控制器30控制白光干涉儀2〇移動 至下-取像點。同時白光干涉儀2Q t進行影像的處理， 依據之前輸入的量測指令，進行不同 ^ 進仃不冋的種類的量測組合計 算’如點-點、點-線、圓心、丰和笑知hh… 千t專相關數值，再將結果 回傳至圖形化使用者介面上，讓操作 承保作者輕易的瞭解目前加 工的尺寸。 除前述量測項目外，另可針斜搞 了針對％作者感興趣影像區域 ’進行更多的量測項目，如粗糙度等， ^ 又寻主要原理則是基於 白光干涉儀20的工作特性（如圖4所_、 2〇係令一光源21經光準直巧22、&丄 九干涉儀 2聚光鏡23、濾光鏡24 201202653 後投射在一分光鏡25上形成反射，並經一物鏡27投 射在工件29表面’又物鏡27係由一壓電轉換器 (PZT)26控制其位置，遂可由一檢測器28(可為CCD) 對工件29表面進行量測。而運用前述白光干涉儀2〇可 以量測被測波面（test wavefr〇nt)與參考波面（reference
WaVefr〇nt)間的相位差。若參考波面由標準平面反射產生 ，而被測波面由帶有高低起伏的工件29待測面反射產生 ’則被測波面與參考;皮面間的相#差就是反映此待測物的 鲁表面輪廓又在光路中引進相移技術 technique)求得上述的相位差’利用相位重建技術（phase 喔「apping teChniqur)來恢復重建連續分布的相位，進而 推算出三維的表面輪廓結構，以作為量測表面粗糖度的依 據。 以下配合附件的量測實例說明本發明之在線量測功能 A .首先透過圖形化蚀田Jot. Λ -r- 便用者介面設定規劃欲量測的尺 a1.輸入工件的圖檔； a 2 _由顯示器顯示的圖形a人 幻圖形刼作介面上選擇欲量測的特 徵（如附件的圖A所示），你丨^^ . 此丨 }例如.線對線（LINE-LINE)、線對 圓（LINE-CIRCLE)(如附件的圓 千的圖B所示）及粗糙度（ROUGHNESS) 等 （如附 件的圖 c 所示 ） ； B.量測程式編輯軟體甚a θ Ρ體產生$測程式（如附件的圖D所 示）； C _將完成編輯的量測赶斗、& J里㊇程式輸入控制器30 ; 201202653 2·控制器30依據量測程式輸入之指令移動白光干涉 Ί義 ^ (J 5 _g> , 、與 剩位置以非接觸式光學方式進行掃瞄取像，並 、數于方式建立掃瞄面3D座標資料； E.儲存量測結果（如附件的圖E所示）。 别迷步驟B所產生的量測程式，其相關代碼謹說明如 下： 1 定義量測元素
M- - -E___〇_ _V___P___XYZ # 其中： M :單一元素量測M碼 χΥΖ :為機台移動目標點座標（以程式座標系） Ε :工件編號 V·工件上的第幾個加工元素（線、圓、弧、平面） D :元素種類 01 :線 02 :圓 03 :圓弧 04 :平面 Ρ :圖形元素編號（0〜9999) (ex. P5 =第5張影像） 鲁 線：M900E601D01V001P10{X」{Y_}{Z_} 量測工件601上第1個加工元素{X_}{Y_}{Z_}座標上 的「線」，編號為10 圓：M900E601D02V010P20{X」{Y」{Z」 量測工件601上第1 0個加工元素{X_}{Y_}{Z_}座標上 的「圓」，編號為20 圓弧：M900E601D03V020P50{X」{Y」{Z_} 量測工件601上第20個加工元素{X_}{Y_}{Ζ_}座標上 的「圓弧」，編號為50 201202653 平面：M900E601D04V030P80{X」{Y」{Z_} 量測工件601上第30個加工元素{X__}{Y_}{Z_}座標上 的「平面」，編號為80 座標格式： X ±____.______ Υ ±_____.______ Ζ ±_____.______ # 2.定義組合量測元素（單純組合元素，不進行量測） Μ___Ε___D_ _V___Ο___Q___ 其中： Μ :組合量測Μ碼，如Μ 9 01 Ε :工件編號 V :工件上的第幾個加工元素（線、圓、弧、平面） D :組合量測模式 01 :線對線組成線02 :圓組合 ® 03 :弧組合04 :平面組合 〇、Q :圖形元素編號（0 :起始點、Q :終點） 線、線：M901E601D01V0010066Q068 (組成線） D01線組合模式，編號為66~68的線平均值存回 V001 圓組合：M901E601D02V0100077Q080 D02圓組合模式，編號為 77〜80的圓平均值存回 V010 弧組合：M901E601D03V020Q177Q190 10 201202653 D03弧組合模式’編號為177〜190的弧平均值存回 V020 平面組合：M901E601D04V0300192Q195 D04平面組合模式，編號為192~195的平面組合存回 V030 3 ·定義量測目標 統一格式：組合模式（D00〜D1 2 )
Μ Ε D Η Η (點&點的距離格式） Μ Ε D Η V Μ_ _ _ _Ε_ .v V _(其他組合模式格式） Μ_ _ 式） _ _Ε_ V V 統一 格式： :單一 模式 (D20， * D30 ) Μ Ε D ---(點的座標&兩線夾角格式 Μ_ . _ _Ε_ --D. -_v_ --(其他單一模式格式） 其中： Μ :量測目標Μ碼 Ε :工件編號 V .工件上的第幾個加工元素（線、圓、弧、平面） D :量測目標 Η、V .圖形疋素編號（Η點、線圓弧面皆以工件上定 義的V表示） 11 201202653 距離（點、點）：M902E601D00H001H002 D00量測距離模式，Η1編號為1的點元素，H2編號 為2的點元素 距離（點、線）：M902E601D01H003V004 D01量測距離模式，Η3編號為3的點元素，V4編號 為4的元素 距離（點、圓心）：M902E601D02H005V006 D02量測距離模式，H5編號為5的點元素，V6編號 # 為6的元素 距離（點、端點）：M902E601D03H007V008 D03量測距離模式，H7編號為7的點元素，V8編號 為8的元素 距離（線、線）：M902E601D04V009V010 D04量測距離模式，V9編號為9的元素，V1 0編號為 10的元素 距離（線、圓心）：M902E601D05V011V012 籲 D05量測距離模式，V11編號為11的元素，V1 2編 號為1 2的元素 距離（線、端點）：M902E601D06V013V014 D06量測距離模式，V13編號為13的元素，V14編 號為14的元素 距離（圓心、圓心）：M902E601D07V015V016 D07量測距離模式，V5編號為1 5的元素，V1 6編號 為1 6的元素 高度（面、面）：M902E601D08V017V018 12 201202653 D08量測距離模式，V17編號為17的面元素，V18 編號為1 8的面元素 角度（線、線）：M902E601D09V003V004 D09量測角度模式，V3編號為3的元素，V4編號為 4的元素 交點（線 '線）：M902E601D10V005V006H010 D1 0量測交點模式，V5編號為5的元素，V6編號為 6的元素，回傳至H10的點元素 • 交點（線、圓）：M902E601 D1 1V005V006H010 D11量測交點模式，V5編號為5的線元素，V6編號 為6的圓元素，回傳至H10的點元素 交點（線、弧）：M902E601D12V005V006H010 D1 2量測交點模式，V5編號為5的線元素，V6編號 為6的弧元素，回傳至Η1 0的點元素 點座標：M902E601D20H001 D20回傳點座標，Η1編號為1的點元素 •兩線角度：M902E601D21H002 D21回傳兩線交點的夾角角度，Η2編號為2的點元 素 直線的兩端點：M902E601D22V002 D22回傳直線的兩端點，V2編號為2的元素 圓的圓心：M902E601D23V002 D23回傳圓的圓心，V2編號為2的元素 圓的半徑：M902E601D24V002 D24回傳圓的半徑，V2編號為2的元素 13 201202653 弧的圓心：M902E601D25V002 D25回傳弧的圓心，V2編號為2的元素 弧的半徑：M902E601D26V002 D26回傳弧的半徑，V2編號為2的元素 弧的端點：M902E601D27V002 D27回傳弧的端點，V2編號為2的元素 面的高度：M902E601D28V002 D28回傳面的高度，V2編號為2的元素 • 面的面粗糙度：M902E601D29V002 D29回傳面的面粗糙度，V2編號為2的元素 面的中心線粗縫度：M902E601D30V002 D30回傳面的中心線粗糙度，V2編號為2的元素 【圖式簡單說明】 圖1係本發明一較佳實施例的外觀圖。 圖2係本發明一較佳實施例的局部立體圖（加工機内 籲部）。 圖3係本發明圖形化使用者介面在顯示器上顯示的圖 形操作介面示意圖。 圖4係白光干涉儀的工作原理示意圖。 【主要元件符號說明】 10加工機 1 1機台 1 2枱面 13加工主軸 14機殼 14 201202653 21光源 2 3聚光鏡 25分光鏡 27物鏡 29工件 31顯示器 20白光干涉儀 22光準直器 24濾光鏡 26壓電轉換器 28檢測器 30控制器 32輸入單元 【附件内容說明】 該圖形操作介 ^ 圖A~圖E係本發明進行在線量測時 面在各個階段的顯示内容。
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