TW201703923A - 工具機主軸之旋轉誤差量測系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種工具機主軸之旋轉誤差量測系統及方法，該系統包含有一能將光線平行於其入射方向地反射出去的光學元件，以及一發射夾一銳角之第一、二光束且具有第一、二位置感測器的位移偵測單元；該方法係先將光學元件設置於一能以一假想軸線為中心旋轉之主軸且位於該假想軸線上並與位移偵測單元相對，再使光學元件隨著主軸旋轉且位移偵測單元固定不動，同時，第一、二光束受光學元件反射而分別入射至第一、二位置感測器，再藉由第一、二位置感測器偵測光學元件分別在三線性軸上的偏移量；藉此，本發明成本低、量測結果準確、容易安裝，且不易損壞。

Description

工具機主軸之旋轉誤差量測系統及方法

本發明係與工具機誤差量測技術有關，特別是關於一種工具機主軸之旋轉誤差量測系統及方法。

工具機在運作過程中，其主軸與機械結構因溫度上升而產生熱變形造成刀尖點線性偏移，尤其是主軸在高速旋轉一段特定時間之後，在高速摩擦之狀況下，主軸溫度會隨著旋轉時間而成正比地上升，主軸之熱變形程度也隨之增加；此外，工具機可能因製造及組裝上的因素，造成主軸在旋轉時有晃動之情況。前述主軸之熱變形及晃動問題都會造成主軸之旋轉誤差，亦即主軸在旋轉時所產生的軸向及徑向偏移與傾斜角度，該等旋轉誤差(尤其是軸向偏移)係影響工具機之加工精度最主要之因素，因此必須量測該等旋轉誤差，並在控制上進行補償校正，藉以確保工具機之加工精度。

習知工具機主軸之旋轉誤差量測方式，需在主軸中心裝設一精密圓棒，並在該精密圓棒之軸向對應位置及徑向對應位置安裝至少五個電容式位移感測器，且每一個電容式位移感測器都需接設一傳輸線，以將感測訊號傳輸至一資料擷取裝置，如此之量測系統不但成本高、安裝過程相當麻煩，且傳輸線容易被拉扯而掉落或損壞。此外，由於各該電容式位移感測器需相當靠近該精密圓棒，只要主軸偏移量稍大就容易使該精密圓棒碰撞到電容式位移感測器，因此容易造成電容式位移感測器損壞。再者，該精密圓棒因具有相當重量而容易影響主軸高速旋轉時的精度，進而降低量測結果之準確性。

有鑑於上述缺失，本發明之主要目的在於提供一種工具機主軸之旋轉誤差量測系統及方法，其成本低、量測結果準確、容易安裝， 且不易損壞。

為達成上述目的，本發明所提供之工具機主軸之旋轉誤差量測系統，係用以量測一工具機之一主軸以一假想軸線為中心旋轉時的誤差；該工具機主軸之旋轉誤差量測系統包含有一光學元件及一位移偵測單元。該光學元件係用以設置於該主軸且位於該假想軸線上，該光學元件具有一反射層，用以將光線平行於其入射方向地反射出去。該位移偵測單元係設置於與該光學元件相對之處，且朝向該光學元件發射夾一銳角之一第一光束與一第二光束，該位移偵測單元包含有一第一位置感測器及一第二位置感測器，該第一光束與該第二光束入射至該光學元件並被該反射層反射後分別入射至該第一位置感測器與該第二位置感測器，該位移偵測單元藉由該第一位置感測器與該第二位置感測器分別感測該第一光束與該第二光束之位置而偵測該光學元件分別在一第一線性軸、一第二線性軸及一第三線性軸上的偏移量。

為達成上述目的，本發明所提供之工具機主軸之旋轉誤差量測方法，係用以量測一工具機之一主軸以一假想軸線為中心旋轉時的旋轉誤差；該工具機主軸之旋轉誤差量測方法包含有下列步驟：a.將一光學元件設置於該主軸且位於該假想軸線上，並將一位移偵測單元設置於與該光學元件相對之處；b.使該光學元件隨著該主軸旋轉且該位移偵測單元固定不動，同時，該位移偵測單元朝向該光學元件發射夾一銳角之一第一光束與一第二光束，且該光學元件將該第一光束與該第二光束平行於其入射方向地反射出去，進而使該第一光束與該第二光束分別入射至該位移偵測單元之一第一位置感測器及一第二位置感測器；以及c.藉由該第一位置感測器與該第二位置感測器分別感測該第一光束與該第二光束之位置而偵測該光學元件分別在一第一線性軸、一第二線性軸及一第三線性軸上的偏移量。

藉此，本發明之旋轉誤差量測系統及方法可量測出工具機主軸在旋轉時的軸向及徑向偏移量，藉以進行補償校正進而確保工具機之加工精度。而且，在架設本發明之量測系統時，僅需安裝該光學元件及該位移偵測單元，而不需裝設精密圓棒，也不需安裝多個感測器，更不需接 設很多傳輸線，因此，相較於習用之主軸旋轉誤差量測系統，本發明係較容易安裝、可節省下許多架設時間、成本較低，並且少傳輸線拉扯問題，亦無感測器受精密圓棒碰撞之問題，因此本發明之量測系統較不易損壞。此外，本發明之量測系統設置於該主軸的部分體積小且重量輕，可避免影響該主軸之旋轉精度，因此本發明之量測結果更為準確。

較佳地，前述之工具機主軸之旋轉誤差量測系統更包含有一設置於該主軸之反射鏡，以及一設置於與該反射鏡相對之處的角度偵測單元，該角度偵測單元包含有一光源及一光感測器，該光源朝向該反射鏡發射一第三光束，該第三光束受該反射鏡之一反射面反射進而入射至該光感測器。

較佳地，前述之工具機主軸之旋轉誤差量測方法中，該步驟a中更將一反射鏡設置於該主軸，並將一角度偵測單元設置於與該反射鏡相對之處；該步驟b中該反射鏡亦隨著該主軸旋轉且該角度偵測單元固定不動，同時，該角度偵測單元朝向該反射鏡發射一第三光束，且該第三光束受該反射鏡之一反射面反射進而入射至該角度偵測單元之一光感測器；該步驟c中更藉由該光感測器感測該第三光束之位置而偵測該反射鏡的傾斜角度。

藉此，本發明除了可量測工具機主軸旋轉時的軸向及徑向偏移量時，亦可量測該主軸之傾斜角度，且傾斜角度係與軸向、徑向偏移量同時量測，因此量測過程快速。

較佳地，前述之工具機主軸之旋轉誤差量測系統及方法中，該反射鏡係環繞該光學元件，該第三光束在該反射鏡隨著該主軸旋轉的過程中持續入射至該反射鏡之反射面。藉此，本發明可在該主軸旋轉的過程中持續量測其傾斜角度。

較佳地，前述之工具機主軸之旋轉誤差量測系統及方法中，該第一光束及該第三光束實質上平行於該假想軸線及該第一線性軸，該第二光束實質上位於該第一線性軸與該第二線性軸所構成之平面，該角度偵測單元藉由該光感測器感測該第三光束之位置而偵測該反射鏡之反射面與該第二線性軸及該第三線性軸的夾角。亦即，本發明可量測該主軸之俯仰角(pitch angle)及側傾角(roll angle)。

較佳地，前述之工具機主軸之旋轉誤差量測系統中，該光學元件為一球透鏡，且其折射率為2，其半圓球面鍍上一反射膜以形成該反射層。藉此，該光學元件不但結構簡單，亦可提高本發明之量測系統的偵測精度。

較佳地，前述之工具機主軸之旋轉誤差量測系統中，該位移偵測單元包含有分別發射出該第一光束與該第二光束之一第一光源與一第二光源。或者，該位移偵測單元亦可包含有一光源及一光學鏡組，該光源發射一光束，該光束通過該光學鏡組後產生該第一光束與該第二光束。

有關本發明所提供之工具機主軸之旋轉誤差量測系統及方法的詳細構造、特點、組裝或使用方式，將於後續的實施方式詳細說明中予以描述。然而，在本發明領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅係用於說明本發明，並非用以限制本發明之專利申請範圍。

10‧‧‧旋轉誤差量測系統

20‧‧‧反射單元

22‧‧‧支撐座

24‧‧‧光學元件

242‧‧‧反射層

26‧‧‧反射鏡

262‧‧‧反射面

30、30’‧‧‧位移偵測單元

31‧‧‧殼體

32‧‧‧第一光源

322‧‧‧第一光束

33‧‧‧第二光源

332‧‧‧第二光束

34‧‧‧第一位置感測器

342‧‧‧感測面

35‧‧‧第二位置感測器

352‧‧‧感測面

36‧‧‧光學鏡組

361‧‧‧第一偏極分光鏡

362‧‧‧第二偏極分光鏡

363‧‧‧第一四分之一波片

364‧‧‧第二四分之一波片

37‧‧‧光源

372‧‧‧光束

38‧‧‧光學鏡組

381‧‧‧第一偏極分光鏡

382‧‧‧第二偏極分光鏡

383‧‧‧第一四分之一波片

384‧‧‧第二四分之一波片

40‧‧‧角度偵測單元

41‧‧‧殼體

42‧‧‧光源

422‧‧‧第三光束

43‧‧‧光感測器

432‧‧‧感測面

44‧‧‧光學鏡組

441‧‧‧三角型反射鏡

442‧‧‧分光鏡

443‧‧‧平面型反射鏡

444‧‧‧準直鏡

50‧‧‧工具機

51‧‧‧主軸

52‧‧‧工作台

D1~D5‧‧‧第一~五距離

L‧‧‧假想軸線

O‧‧‧原點

P1、P2、P3‧‧‧入射點

θ‧‧‧銳角

α、β‧‧‧夾角

第1圖為本發明一第一較佳實施例所提供之旋轉誤差量測系統與一工具機之立體組合圖；第2圖為本發明該第一較佳實施例所提供之旋轉誤差量測系統與該工具機之一主軸的立體組合圖；第3圖為本發明該第一較佳實施例所提供之旋轉誤差量測系統的示意圖；第4圖為本發明該第一較佳實施例所提供之旋轉誤差量測系統之一位移偵測單元的偵測示意圖；第5圖為本發明該第一較佳實施例所提供之旋轉誤差量測系統之一角度偵測單元的偵測示意圖；第6圖為本發明該第一較佳實施例所提供之旋轉誤差量測系統偵測工具機主軸之側傾角的示意圖； 第7圖為本發明該第一較佳實施例所提供之旋轉誤差量測系統偵測工具機主軸之俯仰角的示意圖；以及第8圖為本發明一第二較佳實施例所提供之旋轉誤差量測系統的示意圖。

申請人首先在此說明，在以下將要介紹之實施例以及圖式中，相同之參考號碼，表示相同或類似之元件或其結構特徵。其次，當述及一元件設置於另一元件上時，代表前述元件係直接設置在該另一元件上，或者前述元件係間接地設置在該另一元件上，亦即，二元件之間還設置有一個或多個其他元件。而述及一元件「直接」設置於另一元件上時，代表二元件之間並無設置任何其他元件。

請先參閱第1圖至第3圖，本發明一第一較佳實施例所提供之旋轉誤差量測系統10包含有一反射單元20、一位移偵測單元30，以及一角度偵測單元40。此外，該量測系統10更包含有一訊號處理電路及一內建分析軟體之電腦，該位移偵測單元30及該角度偵測單元40之感測訊號經由該訊號處理電路處理後傳送至該電腦進行分析，此部分與本發明之特點較無關聯，容申請人在此不詳加敘述且未將此部分顯示於圖式中。

該旋轉誤差量測系統10係用以量測一工具機50之一主軸51以一假想軸線L為中心旋轉時的旋轉誤差，該工具機50能定義出一第一線性軸(Z軸)、一第二線性軸(X軸)及一第三線性軸(Y軸)，該假想軸線L實質上平行於該第一線性軸(Z軸)。在本實施例中，該工具機50為一五軸雕銑機，但本發明並不限制於應用在此機型，只要具有可旋轉之主軸的工具機即可應用本發明之旋轉誤差量測系統10及方法。

該反射單元20包含有一支撐座22、一固定於該支撐座22中央之光學元件24，以及一固定於該支撐座22且環繞該光學元件24之反射鏡26，該支撐座22係用以固設於該主軸51，且該光學元件24位於該假想軸線L上。在本實施例中，該光學元件24為一折射率為2之球透鏡，且其外表面一半面積蒸鍍一反射膜(例如鋁膜或銅膜)而形成一反射層242，該光學元件24亦俗稱為貓眼反射鏡(cat-eye reflector)；藉此，入射至該光 學元件24之光線會平行於其入射方向地被該反射層242反射出去。然而，該光學元件24不限制為如本實施例所提供之球透鏡，亦可為其他能使反射光平行於入射光之光學元件，例如可由一較大之半球透鏡與一較小之半球透鏡組成該光學元件，或者由一凸透鏡與一凹面鏡組成該光學元件。

該位移偵測單元30包含有一殼體31，以及設置於該殼體31內之一第一光源32、一第二光源33、一第一位置感測器34、一第二位置感測器35及一光學鏡組36。該第一光源32發射出一第一光束322，該第二光源33發射出一第二光束332，各該光源32、33可(但不限於)為雷射二極體或氦氖雷射，以使第一、二光束322、332具有高指向性及高同調性。

該光學鏡組36包含有一第一偏極分光鏡361、一第二偏極分光鏡362、一第一四分之一波片363與一第二四分之一波片364，該第一偏極分光鏡361設置於該第一四分之一波片363與該第一光源32之間，該第二偏極分光鏡362設置於該第二四分之一波片364與該第二光源33之間，該第一位置感測器34具有一朝向該第一偏極分光鏡361之感測面342，該第二位置感測器35具有一朝向該第二偏極分光鏡362之感測面352。

該位移偵測單元30係用以設置於與該光學元件24相對之處，可(但不限於)固定在該工具機50之一工作台52上。該第一光束322與該第二光束332係朝向該光學元件24發射且夾一銳角θ，該第一光束322實質上平行於該假想軸線L及該第一線性軸(Z軸)，該第二光束332實質上位於該第一線性軸與該第二線性軸所構成之平面(X-Z平面)。該第一光束322與該第二光束332經由該光學鏡組36而入射至該光學元件24，並被該反射層242反射，然後經由該光學鏡組36，進而分別入射至該第一位置感測器34之感測面342與該第二位置感測器35之感測面352。

該角度偵測單元40包含有一殼體41，以及設置於該殼體41內之一光源42、一光感測器43及一光學鏡組44，該殼體41係固定於該位移偵測單元30之殼體31，且該角度偵測單元40係位於與該反射鏡26相對之處。該光學鏡組44包含有二個三角型反射鏡441、一分光鏡442、一平面型反射鏡443及一準直鏡444，該光源42經由該光學鏡組44而朝向該反射鏡26發射一第三光束422，該準直鏡444使得該第三光束422在發射至殼體41外時為準直光，該第三光束422實質上平行於該假想軸線L及該第一 線性軸(Z軸)，該光源42可(但不限於)為半導體雷射或氦氖雷射，以使該第三光束422具有高指向性及高同調性。該第三光束422受該反射鏡26之一反射面262反射，然後經由該光學鏡組44，進而入射至該光感測器43之一感測面432。

以下將以前述之旋轉誤差量測系統10為例，說明本發明所提供之工具機主軸之旋轉誤差量測方法，並同時進一步詳述該旋轉誤差量測系統10。該旋轉誤差量測方法包含有下列步驟：

a.將該光學元件24設置於該主軸51且位於該假想軸線L上，並將該位移偵測單元30設置於與該光學元件24相對之處。

在本實施例中，此步驟a中更將該反射鏡26設置於該主軸51，並將該角度偵測單元40設置於與該反射鏡26相對之處。事實上，只要將該支撐座22固定於該主軸51即可同時將該光學元件24與該反射鏡26安裝完成，且只要將該位移偵測單元30之殼體31固定於該工作台52，即同時將該角度偵測單元40安裝完成，架設過程相當簡便且省時。

由於該光學元件24與該位移偵測單元30係用以量測該主軸51旋轉時假想軸線L的位置偏移量，該反射鏡26與該角度偵測單元40係用以量測該主軸51旋轉時假想軸線L的傾斜角度，而該主軸51主要的旋轉誤差為該偏移量，因此，該旋轉誤差量測系統10亦可不包含有該反射鏡26與該角度偵測單元40。

在將該反射單元20設於該主軸51且該位移偵測單元30與該角度偵測單元40設於該工作台52之後，可藉由控制該工作台52之X軸及Y軸位置，而使得該第一、二、三光束322、332、422分別入射在該等感測面342、352、432之原點O(如第4圖及第5圖所示)，此時將該位移偵測單元30與該角度偵測單元40的誤差量歸零，並利用電腦程式設定量測參數及量測時間，再藉由下述之步驟進行量測。

b.使該光學元件24隨著該主軸51旋轉且該位移偵測單元30固定不動，同時，該位移偵測單元30朝向該光學元件24發射該第一光束322與該第二光束332，且該光學元件24將該第一光束322與該第二光束332平行於其入射方向地反射出去，進而使該第一光束322與該第二光束332分別入射至該位移偵測單元30之第一位置感測器34及第二位置感測器 35。

在本實施例中，此步驟b中該反射鏡26亦隨著該主軸51旋轉且該角度偵測單元40固定不動，同時，該角度偵測單元40朝向該反射鏡26發射該第三光束422，且該第三光束422受該反射鏡26之反射面262反射進而入射至該角度偵測單元40之光感測器43。

c.藉由該第一位置感測器34與該第二位置感測器35分別感測該第一光束322與該第二光束332之位置而偵測該光學元件24分別在第一、二、三線性軸(X、Y、Z軸)上的偏移量。

在本實施例中，該第一位置感測器34與該第二位置感測器35為四象限光位置感測器，且該第二位置感測器35亦可為二象限光位置感測器或四象限光位置感測器。

若該主軸51旋轉時產生徑向偏移，並使得該光學元件24在第二線性軸(X軸)產生位移，該第一光束322入射在該第一位置感測器34之感測面342上的入射點P1與該感測面342的原點O之間有一第一距離D1，如第4圖中對應第一位置感測器34與X軸偏移之示意圖所示。若該主軸51旋轉時產生徑向偏移，並使得該光學元件24在第三線性軸(Y軸)產生位移，該第一光束322入射在該第一位置感測器34之感測面342上的入射點P1與該感測面342的原點O之間有一第二距離D2，如第4圖中對應第一位置感測器34與Y軸偏移之示意圖所示。可想而知，若該主軸51在X軸及Y軸皆有偏移，該入射點P1之位置可在該感測面342的座標上投影出該第一距離D1及該第二距離D2，該第一距離D1及該第二距離D2即為該主軸51旋轉時在X軸與Y軸的偏移量。

由於該第一光束322係平行於Z軸，若該主軸51僅在Z軸有偏移，該第一光束322的入射點P1與該第一位置感測器34之感測面342的原點O重合，如第4圖中對應第一位置感測器34與Z軸偏移之示意圖所示，意即，該第一光束322無法供該感測面342測得該主軸51在Z軸的偏移量，因此需利用非平行於Z軸之第二光束332進行量測。該第二光束332在該第二位置感測器35之感測面352上的入射點P2與該感測面352的原點O之間有一第三距離D3，如第4圖中對應第二位置感測器35與X軸偏移、Z軸偏移之二示意圖所示，該第三距離D3可用以推算該主軸51旋轉時的 軸向偏移，亦即該光學元件24在Z軸的位移。

詳而言之，本實施例之第二光束332係位於X-Z平面，若該主軸51僅在Z軸偏移一微小距離d_z，則D3=d_z．sin θ，若該主軸51在X軸偏移一距離d_x(主軸無偏移d_z距離)，則D3=d_x．cos θ，若該主軸在X、Z軸皆有偏移，則D3=d_z．sin θ-d_x．cos θ，可將第一位置感測器34測得之第一距離D1(亦即前述公式中的d_x)代入公式而推算出d_z。

換言之，藉由第一、二位置感測器34、35分別感測第一、二光束322、332之位置，並藉由電腦軟體分析第一、二位置感測器34、35的感測訊號，即可偵測出該光學元件24分別在第一、二、三線性軸上的偏移量，亦即該主軸51旋轉時在X、Y、Z軸上的偏移量。反之，當該第一光束322的入射點P1與該感測面342的原點O重合，且該第二光束332的入射點P2與該感測面352的原點O重合，則該主軸51旋轉時於各線性軸上皆無偏移。

在本實施例中，此步驟c中更藉由該光感測器43感測該第三光束422之位置而偵測該反射鏡26的傾斜角度。而該反射鏡26的傾斜角度即為該主軸51的傾斜角度。該第三光束422在該反射鏡26隨著該主軸51旋轉的過程中持續入射至該反射鏡26之反射面262，因此本發明可在該主軸51旋轉的過程中持續量測其傾斜角度。

該光感測器43可為四象限光位置感測器，當該主軸51旋轉時產生一側傾角(roll angle)，使得該反射鏡26之反射面262與該第二線性軸(X軸)有一等於該側傾角之夾角α，如第6圖所示，此時，該第三光束422入射在該光感測器43之感測面432上的入射點P3與該感測面432的原點O之間有一第四距離D4，如第5圖中對應光感測器43與側傾角之示意圖所示，該第四距離D4即可推算出該夾角α。當該主軸51旋轉時產生一俯仰角(pitch angle)，使得該反射鏡26之反射面262與該第三線性軸(Y軸)有一等於該俯仰角之夾角β，如第7圖所示，此時，該第三光束422入射在該光感測器43之感測面432上的入射點P3與該感測面432的原點O之間有一第五距離D5，如第5圖中對應光感測器43與俯仰角之示意圖所示，該第五距離D5即可推算出該夾角β。

換言之，藉由該光感測器43感測該第三光束422之位置， 並藉由電腦軟體分析該光感測器43的感測訊號，即可偵測出該反射鏡26之傾斜角度α、β，亦即該主軸51的側傾角及俯仰角。反之，當該第三光束422的入射點P3與該感測面432的原點O重合，則該主軸51旋轉時無傾斜。

請參閱第8圖，本發明一第二較佳實施例之旋轉誤差量測系統係採用與前述實施例不同之位移偵測單元30’，其與前述之位移偵測單元30的差別在於，係利用單一光源37經由一光學鏡組38產生該第一光束322與該第二光束332。該光學鏡組38包含有一第一偏極分光鏡381、一第二偏極分光鏡382、一第一四分之一波片383與一第二四分之一波片384，該第一偏極分光鏡381設置於該第一四分之一波片383與該光源37之間，該第一位置感測器34與該第二偏極分光鏡382設置於該第一偏極分光鏡381的兩側，該第二偏極分光鏡382設置於該第二四分之一波片384與該第二位置感測器35之間。該光源37發射一光束372，該光束372通過該光學鏡組38後產生該第一光束322與該第二光束332，該第一光束322與該第二光束332受該光學元件24反射後分別入射至第一、二位置感測器34、35，如此亦可達成與前述之位移偵測單元30相同之功效。

綜上所陳，本發明之旋轉誤差量測系統10及方法可在工具機50之主軸51旋轉時量測出其軸向及徑向偏移量，並同時量測出該主軸51之傾斜角度，藉以進行補償校正進而確保工具機50之加工精度。本發明之量測方法不但簡便、快速，而且，在架設本發明之量測系統10時，僅需安裝該反射單元20、該位移偵測單元30及該角度偵測單元40，而不需裝設精密圓棒，也不需安裝多個感測器，更不需接設很多傳輸線，因此，相較於習用之主軸誤差量測系統，本發明係較容易安裝並可節省下許多架設時間(本發明之架設時間約為先前技術中所述之量測方式的十分之一)，且本發明成本較低，並且無傳輸線拉扯問題，亦無感測器受精密圓棒碰撞之問題，因此本發明之量測系統10較不易損壞。此外，本發明之量測系統10設置於該主軸51的部分(亦即該反射單元20)體積小且重量輕，可避免影響該主軸51之旋轉精度，因此本發明之量測結果更為準確。

最後，必須再次說明，本發明於前揭實施例中所揭露的構成元件，僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，其他等效元件的替代或 變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。

10‧‧‧旋轉誤差量測系統

20‧‧‧反射單元

22‧‧‧支撐座

24‧‧‧光學元件

242‧‧‧反射層

26‧‧‧反射鏡

262‧‧‧反射面

30‧‧‧位移偵測單元

31‧‧‧殼體

32‧‧‧第一光源

322‧‧‧第一光束

33‧‧‧第二光源

332‧‧‧第二光束

34‧‧‧第一位置感測器

342‧‧‧感測面

35‧‧‧第二位置感測器

352‧‧‧感測面

36‧‧‧光學鏡組

361‧‧‧第一偏極分光鏡

362‧‧‧第二偏極分光鏡

363‧‧‧第一四分之一波片

364‧‧‧第二四分之一波片

40‧‧‧角度偵測單元

41‧‧‧殼體

42‧‧‧光源

422‧‧‧第三光束

43‧‧‧光感測器

432‧‧‧感測面

44‧‧‧光學鏡組

441‧‧‧三角型反射鏡

442‧‧‧分光鏡

443‧‧‧平面型反射鏡

444‧‧‧準直鏡

θ‧‧‧銳角

Claims (11)

1. 一種工具機主軸之旋轉誤差量測系統，係用以量測一工具機之一主軸以一假想軸線為中心旋轉時的旋轉誤差；該工具機主軸之旋轉誤差量測系統包含有：一光學元件，係用以設置於該主軸且位於該假想軸線上，該光學元件具有一反射層，用以將光線平行於其入射方向地反射出去；以及一位移偵測單元，係設置於與該光學元件相對之處，且朝向該光學元件發射夾一銳角之一第一光束與一第二光束，該位移偵測單元包含有一第一位置感測器及一第二位置感測器，該第一光束與該第二光束入射至該光學元件並被該反射層反射後分別入射至該第一位置感測器與該第二位置感測器，該位移偵測單元藉由該第一位置感測器與該第二位置感測器分別感測該第一光束與該第二光束之位置而偵測該光學元件分別在一第一線性軸、一第二線性軸及一第三線性軸上的偏移量。
2. 如申請專利範圍第1項所述之工具機主軸之旋轉誤差量測系統，更包含有一設置於該主軸之反射鏡，以及一設置於與該反射鏡相對之處的角度偵測單元，該角度偵測單元包含有一光源及一光感測器，該光源朝向該反射鏡發射一第三光束，該第三光束受該反射鏡之一反射面反射進而入射至該光感測器。
3. 如申請專利範圍第2項所述之工具機主軸之旋轉誤差量測系統，其中該反射鏡係環繞該光學元件，該第三光束在 該反射鏡隨著該主軸旋轉的過程中持續入射至該反射鏡之反射面。
4. 如申請專利範圍第2項所述之工具機主軸之旋轉誤差量測系統，其中該第一光束及該第三光束實質上平行於該假想軸線及該第一線性軸，該第二光束實質上位於該第一線性軸與該第二線性軸所構成之平面，該角度偵測單元藉由該光感測器感測該第三光束之位置而偵測該反射鏡之反射面與該第二線性軸及該第三線性軸的夾角。
5. 如申請專利範圍第1項所述之工具機主軸之旋轉誤差量測系統，其中該光學元件為一球透鏡，其半圓球面鍍一反射膜以形成該反射層，且其折射率為2。
6. 如申請專利範圍第1項所述之工具機主軸之旋轉誤差量測系統，其中該位移偵測單元包含有分別發射出該第一光束與該第二光束之一第一光源與一第二光源。
7. 如申請專利範圍第1項所述之工具機主軸之旋轉誤差量測系統，其中該位移偵測單元包含有一光源及一光學鏡組，該光源發射一光束，該光束通過該光學鏡組後產生該第一光束與該第二光束。
8. 一種工具機主軸之旋轉誤差量測方法，係用以量測一工具機之一主軸以一假想軸線為中心旋轉時的旋轉誤差；該工具機主軸之旋轉誤差量測方法包含有下列步驟：a.將一光學元件設置於該主軸且位於該假想軸線上，並將一位移偵測單元設置於與該光學元件相對之處； b.使該光學元件隨著該主軸旋轉且該位移偵測單元固定不動，同時，該位移偵測單元朝向該光學元件發射夾一銳角之一第一光束與一第二光束，且該光學元件將該第一光束與該第二光束平行於其入射方向地反射出去，進而使該第一光束與該第二光束分別入射至該位移偵測單元之一第一位置感測器及一第二位置感測器；以及c.藉由該第一位置感測器與該第二位置感測器分別感測該第一光束與該第二光束之位置而偵測該光學元件分別在一第一線性軸、一第二線性軸及一第三線性軸上的偏移量。
9. 如申請專利範圍第8項所述之工具機主軸之旋轉誤差量測方法，其中該步驟a中更將一反射鏡設置於該主軸，並將一角度偵測單元設置於與該反射鏡相對之處；該步驟b中該反射鏡亦隨著該主軸旋轉且該角度偵測單元固定不動，同時，該角度偵測單元朝向該反射鏡發射一第三光束，且該第三光束受該反射鏡之一反射面反射進而入射至該角度偵測單元之一光感測器；該步驟c中更藉由該光感測器感測該第三光束之位置而偵測該反射鏡的傾斜角度。
10. 如申請專利範圍第9項所述之工具機主軸之旋轉誤差量測方法，其中該反射鏡係環繞該光學元件，該第三光束在該反射鏡隨著該主軸旋轉的過程中持續入射至該反射鏡之反射面。
11. 如申請專利範圍第9項所述之工具機主軸之旋轉誤差量測方法，其中該第一光束及該第三光束實質上平行於該假想軸線及該第一線性軸，該第二光束實質上位於該第一線 性軸與該第二線性軸所構成之平面，該角度偵測單元藉由該光感測器感測該第三光束之位置而偵測該反射鏡之反射面與該第二線性軸及該第三線性軸的夾角。