TW521023B - Method and apparatus for correcting positional deviation of finite linear rolling guide - Google Patents

Description

521023 A7 B7 五、發明説明（彳） 發明背景 發明領域 本發明相關於用來引導一可移動體例如工具機的機台 或鞍座的有限線性滾動導件。更明確地說，本發明相關於 甩來執行一較正操作的方法及設備，用來在可移動體對於 有限線性滾動導件的相對位置在可移動體繼續往復運動之 下逐漸改變而使有限式滾動導件從適當位置偏移時，使可 移動體與有限式滾動導件之間的相對位置關係回至常態位 置關係。 習知技術的敘述 用於可移動體例如工具機的機台及鞍座的導件包含滑 動線性導件，靜態空氣壓力線性導件，靜態油壓線性導 件，及有限線性滾動導件。在這些導件中，有限式滾動導 件可確保機器的剛性，並且有限線性滾動導件所需的輔助 設施的數量小於靜態壓力導件所需者，使得有限式滾動導 件對於機器的空間節省很有效，並且被有效地使用成爲超 精密機器元件。因此，有限線性滾動導件經常被使用成爲 小型超精密精加工機器的引導機器元件。

圖7顯示日本專利特許公開第2000-202727號中所揭示 的傳統有限線性滾動導件的例子。在圖7中，工具機的機 床1形成有V形凹槽2，並且滾動導件3被設置成爲分別沿 著V形凹槽2的傾斜表面延伸。在成爲可移動體4的機台4 的底部表面上，形成有滑動部分5，其每一個具有相應於V 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1«· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 - 4- 521023 A7 _B7___ 五、發明説明（2) 形凹槽2中的相應的一個的形狀。滑動部分5的每一個被 設計來接觸滾動導件3中相應的一個.。 此有限線性式滾動導件3的每一個包含由一扣持件及 一滾子的組合所構成的軸承。一般而言，滾動導件3的每 一個在不被固定之下只被支撐在V形凹槽2中相應的一個 上。 因此，如果機台4移動，則會造成滾動導件3於與機 台4的移動方向相反的方向成整體地逐漸移動的現象。如 果機台4的往復運動長時間繼續，則機台4與滾動導件3 之間的相對位置關係的偏差逐漸增加。如果不管此位置偏 差，則在某些情況中，機台4最後會從滾動導件3掉落。 爲防止滾動導件3的位置偏差，操作者監視機器的操 作，並且當滾動導件3的位置偏差增加至某一程度時，操 作者停止機器的操作，並且手動地移動及調整機台4，以使 滾動導件3與機台4之間的相對位置關係回至常態位置關 係。也已知有可調整滾動導件沿著V形凹槽的位置的機械 定位機構。 但是，如果操作者必須手動地調整滾動導件3的位置 偏差，則操作者必須始終待命來準備應付上述的問題。因 此，在需要大量時間來完成用於工件的製程的超精密機械 加工的情況中，有不可能實現無須人伴隨的操作的問題。 另外，在使用線性滾動導件的超精密精加工機器中， 可移動體例如機台的進給率在提高效率的要求下增加。近 年來，進給率一般爲大約l〇m/min (公尺/分鐘）。但是， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -5- 521023 A7 B7 五、發明説明（3) 在可移動體的.往復運動中，可移動體於接近行程的移動率 高，而可移動體於退回行程的移動率低。因此’由於在接 近與退回行程中的移動率之間的大差異，滾動導件3的位 置偏差比在傳統機器中大。 另外，如果滾動導件3設置有位置調整機構’則此位 置調整機構必須有齒條，小齒輪，及動滑車，並且在定位 期間造成大振動，使得有此種位置調整機構不能被應用於 超精密精加工機器的問題。 發明槪說 因此，本發明的目的爲消除上述問題，並且提供一種 有限線性滾動導件偏差校正方法及設備，其可在如果相對 位置的偏差增加之下偵測滾動導件與可移動體之間的相對 位置關係，並且自動地執行校正操作來使相對位置關係回 至常態位置關係。 爲達成上述及其他目的，根據本發明的一方面，提供 一種校正方法，用來校正一有限線性滾動導件與由該有限 線性滾動導件引導的一可移動體之間的相對位置關係，該 有限線性滾動導件具有配置於該可移動體的往復運動方向 的一列多個滾動導件，該校正方法包含的步驟爲偵測該滾 動導件是否存留在於移動方向的該可移動體的兩端部的於 一向則方向的該可移動體的一端部的下方；當未測得任何 滾動導件時，判定該有限線性滾動導件的位置偏差增加； 將該可移動體的移動方向改變成爲於向後方向；及藉著將 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公楚） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 - 6- 521023 A7 B7 五、發明説明（4) 該可移動體移.動至該可移動體的行程終端而校正該可移動 體與該有限線性滾動導件之間的相對位置的偏差。 根據本發明的另一方面，提供一種校正設備，用來校 正一有限線性滾動導件與由該有限線性滾動導件引導的一 可移動體之間的相對位置關係，該設備被應用於具有一數 値控制單元及用於該可移動體的一進給機構的數値控制式 工具機，該校正設備包含一有限線性滾動導件，具有配置 於該可移動體的往復運動方向的一列多個滾動導件；偵測 機構，設置於於移動方向的該可移動體的兩端部，用來偵 測該滾動導件是否存留在於一向前方向的該可移動體的一 端部的下方；校正控制機構，用來在未測得任何滾動導件 時，判定該有限線性滾動導件的位置偏差增加，並且產生 一校正訊號來將該可移動體的移動方向改變成爲於向後方 向，使得該可移動體與該有限線性滾動導件之間的相對位 置的偏差被校正；及伺服控制機構，用來根據由該校正控 制機構提供的該校正訊號控制驅動該進給機構的一伺服馬 達。 圖式簡要敘述 從以下所給的詳細敘述及從本發明的較佳實施例的圖 式可更完全地瞭解本發明。但是，圖式並非要限制本發明 於特定的實施例，而只是爲了說明及瞭解用。 圖1爲應用根據本發明的有限式滾動導件偏差校正方 法及系統的工具機的例子的立體圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) «1

、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521023 A7 B7 五、發明説明（5) 圖2爲設置有有限式滾動導件的機台的進給機構的 圖。 圖3爲圖2的機台的剖面圖。 圖4顯示機台與有限式滾動導件之間的相對位置關 係。 圖5顯示校正有限式滾動導件的位置的偏差的操作。 圖6爲顯示用來執行校正有限式滾動導件的位置偏差 的操作的程式例子的流程圖。. 圖7顯示傳統的有限式滾動導件。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1«_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 元件對照表 1 機床 2 V形凹槽 3 滾動導件 4 機台（可移動體） 5 滑動部分 10 數値控制式精密直立精切削機 11 柱件 12 心軸頭部 13 主心軸 14 機台 15 鞍座 16 Y軸伺服馬達 17 球螺桿 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） 、11 -8 - 521023 A7 —__B7 __ 五、發明説明（6) 18 球螺母 19a V形凹槽 19b V形凹槽 20 有限線性滾動導件，有限式滾動導件 21 滑動部分 22a 陡震吸收器 22b 陡震吸收器 23a 陡震吸收器 23b 陡震吸收器 24a 左端接近開關 24b 左端接近開關 25a 右端接近開關 25b 右端接近開關 26 偏差校正控制器 28 X軸伺服控制器 A 位置 S 機台行程 較佳實施例的敘述 參考圖式，以下敘述根據本發明的有限線性滾動導件 偏差校正方法及設備的較佳實施例。 圖1顯示應用本發明的數値控制式精密直立精切削機 10。此數値控制式精密直立精切削機10爲被用於零件例如 精密金屬模，光學零件，及電子零件的超精密精切削製程 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐〉 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1«· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -9- 521023 A7 _B7_ 五、發明説明（7) 的工具機。參考數字11標示柱件，並且參考數字12標示 安裝在柱件11上的心軸頭部。參考數字13標示主心軸。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如圖1所示，在底座座標系統中，機台14的控制軸線 爲X軸，鞍座15的控制軸線爲Y.軸，並且心軸頭部12的 控制軸線爲Z軸。在此數値控制式精密直立精切削機丄〇 中，有限式線性滾動導件被採用成爲用來進給機台14的X 軸導件及用來進給鞍座15的Y軸導件。 圖2顯示機台14的進給機構及有限式滾動導件。 在圖2中，參考數字16標示X軸伺服馬達。球螺桿17 連接於X軸伺服馬達1 6。如圖3所示，球螺桿17嚙合固定 於機台14的底部的球螺母1 8。因此，X軸伺服馬達1 6的 旋轉藉著球螺桿17及球螺母18而轉變成爲進給線性運動 而被傳送至機台14。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在鞍座15的頂部表面上，二V形凹槽19a及19b平行 延伸。V形凹槽19a及19b的每一個設置有包含一列滾子軸 承的一有限線性滾動導件20。此有限線性滾動導件20包含 多個圓柱形滾子，其由於V形凹槽19a及19b中的相應的 一個的縱向延伸的扣持件扣持。有限式滾動導件20大致上 具有與傳統的有限式滾動導件相同的構造。另外，如圖3 所示，機台14的底部形成有滑動部分27，其每一個具有相 應於V形凹槽19a及19b中相應的一個的形狀。滑動部分 2 1的每一個被設計來接觸滾動導件20中相應的一個。 在圖2中，機台行程S爲機台14的往復運動行程。在 機台14的頂部表面上，一對陡震吸收器22a及23a ( 22b及 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10- 521023 A7 _B7___ 五、發明説明（8) 23b)對於有限線性滾動導件20的每一個被設置在機台行 程的右及左端部的附近。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 於機台14的往復運動方向的右及左端部，分別設置有 左端接近開關24a及24b以及右端接近開關25a及25b。在 此較佳實施例中，這些接近開關的每一個被設計成爲偵測 滾動導件20中的相應的一個是否存留在機台14的右及左 端部的下方。如果V形凹槽19a及19b被彼此區別而被分 別界定成爲前及後V形凹槽，則左端接近開關24a及24b 可被彼此區別而被分別界定成爲前左接近開關及後左接近 開關，並且右端接近開關25a及25b可被彼此區別而被分別 界定成爲前右接近開關及後右接近開關。來自接近開關 24a，24b，25a，及25b的輸出訊號被進給至使用程式控制 器的偏差校正控制器26。 在圖2中，參考數字27標示數値控制單元，並且參考 數字28標示根據從數値控制單元27所給的位置命令控制X 軸伺服馬達1 6的X軸伺服控制器。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖4顯示機台14與有限線性滾動導件20之間的相對位 置關係爲常態的情況。圖4 ( a )顯示機台14位在往復行程 S的中心位置處的狀態，並且圖4 ( b )顯示機台14已經移 動至往復行程S的右端部分的狀態。當機台1 4與有限式滾 動導件20之間的相對位置關係爲常態時，亦即當機台14 被適當地放置在成列的有限線性滾動導件20上時，左端接 近開關24a，24b及右端接近開關25a ’ 25b被打開，因爲滾 動導件20始終被配置在這些接近開關的下方。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X297公釐） -11 - 521023 A7 ____B7_ 五、發明説明（9) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 另一方面.，圖5 ( a )顯示機台14與有限線性滾動導件 20之間的相對位置關係不正常的情況。亦即，圖5 ( a )所 顯示的狀態爲在隨著機台14重複地往復運動而使有限線性 滾動導件20的位置偏差增加之後.，機台14過度靠近滾動 導件20的右端。在此狀態中，滾動導件20不存在於右端 接近開關25a及25b的下方，使得右端接近開關25a及25b 關閉。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如果右端接近開關25a及.25b如此地被關閉，並且如果 偏差校正控制器26偵測到滾動導件20的位置偏差變大， 則偏差校正控制器26使機台14快速地移動至由圖5 ( b ) 中的虛線所示的位置A，然後改變進給率至一降低的進給 率，以將機台14從位置A進一步移動至行程的左端。成列 的有限線性滾動導件20跟隨機台14的快速及減速的進給 而移至左側，並且其一端接觸陡震吸收器22a及22b而平滑 地停止。然後，藉著減速進給將機台14移動至行程終端， 機台1 4與有限線性滾動導件20之間的相對位置關係可回 至常態狀態。因爲滾動導件20的位置偏差可只是藉著如此 地移動機台1 4而被校正，所以與傳統系統不同，不須提供 任何機械機構來修正滾動導件20的位置，並且可合適地將 有限線性滾動導件20應用於此較佳實施例的超精密精加工 機。 並且，如果機台14過度接近成列的滾動導件20的左 端，則偏差校正操作相同，除了機台的進給方向相反之 外。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公楚） ~" -12- 521023 A7 B7 五、發明説明（1(] 圖6顯示巨程式的例子，其中校正位置偏差的上述操 作成爲命令被結合在N C程式內。如果校正位置偏差的操作 的命令被放置在NC程式的適當區塊中，則當加工持續預定 時間時，機台14與滾動導件20之間的相對位置的偏差可 如下所述地被自動修正。 首先，如果校正位置偏差的操作的命令被執行，則判 定滾動導件20是否偏移成爲不存留在左端接近開關24a， 24b及右端接近開關25a，25b的任何開關的下方（步驟 S10 )。如果所有的開關維持打開（在步驟 S10處爲 「否」），則判定「沒有任何」滾動導件20存在未被建 立，使得判定並未造成位置偏差。然後，校正位置偏差的 操作結束。 另一方面，例如，如果前右接近開關25a及後右接近開 關25b由於成列的滾動導件20如圖5 ( a )所示地過度移動 至左側的事實所造成的結果而被關閉，則常式從步驟S 1 1 進至步驟S12且從步驟S13進至步驟S14，使得右偏差指示 暫存器被設定成爲具有1的値。然後，被偵測到滾動導件 20有位置偏差的機台14的位置被儲存（步驟S19)。 隨後，在步驟S20處，因爲右偏差指示暫存器的値爲 1，所以偏差校正控制器26提供訊號給X軸伺服控制器 28,以藉著快速進給而將機台14移動至由虛線顯示的位置 A。然後，偏差校正控制器26提供訊號給X軸伺服控制器 28，以將進給率改變成爲低速率，並且將機台_ 14從位置A 移動至行程的左端。在成列的滾動導件20與機台14之間 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨«· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13- 521023 A7 _B7_ 五、發明説明（彳） 的相對位置關.係如此地被修正爲常態狀態之後，機台14回 至如圖5 ( a )所示的修正位置偏差的操作之前的位置。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 類似地，如果前左接近開關24a及後左接近開關24b由 於成列的滾動導件過度移動至左側的事實所造成的結果而 被關閉，則常式從步驟S15進至步驟S16且從步驟S17進 至步驟S 1 8，使得左偏差指示暫存器被設定成爲具有1的 値。然後，被偵測到滾動導件20有位置偏差的機台14的 位置被儲存（步驟S19)。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 隨後，在步驟S23處，因爲左偏差指示暫存器的値爲 1，所以偏差校正控制器26提供訊號給X軸伺服控制器 28,以藉著快速進給而將機台14移動至行程右端的前方。 然後，偏差校正控制器26產生訊號來將進給率改變成爲低 速率，並且將機台14移動至行程的左端。如此，成列的滾 動導件20與機台1 4之間的相對位置關係被修正爲常態狀 態。另外，根據上述的程式，例如，即使是只有前右接近 開關由於只有在前V形凹槽1 9a中的成列滾動導件20偏移 的事實所造成的結果而被關閉，修正位置偏差的操作被設 計成爲被類似地執行。 如果修正位置偏差的操作如此地成爲命令被結合在工 作程式內，則當造成位置偏差時，回至常態位置關係的修 正操作在不須操作者的監視之下被自動地執行。因此，甚 至是在需要大量時間來加工工件的超精密加工的情況中， 也可在不憂慮滾動導件的位置偏差之下執行不須有人伴隨 的自動加工。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -14- 521023 A7 B7 五、發明説明（^ 如上所述，根據本發明，如果滾動導件與可移動體之 間的相對位置的偏差增加，則此可被測得而自動地執行使 相對位置關係回至常態位置關係的校正操作。 雖然已經就較佳實施例來敘述本發明以方便對其有更 加的瞭解，但是應瞭解在不離開本發明的原理之下可以各 種不同的方式來實施本發明。因此，本發明應被暸解成包 含可在不離開由附隨的申請專利範圍所界定的本發明的原 理之下實施本發明的所有可能的實施例以及對所示實施例 的修正。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、11 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） -15-

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 第09 1 1 0 1 685號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國91年11月T 日修正 k 一種用來校正有限線性滾動導件與由其所引導的可移 動體之間的相對位置關係之校正方法，該有限線性滾動導 件具有配置於該可移動體的往復運動方向的一列多個滾動 導件，該校正方法包含以下步驟： 偵測該滾動導件是否存留在於移動方向的該可移動體 的兩u而部的於一*向則方向的該可移動體的一'端部的下方， 當未測得任何滾動導件時，判定該有限線性滾動導件 的位置偏差增加； 將該可移動體的移動方向改變成爲於向後方向；及 藉著將該可移動體移動至該可移動體的行程終端而校 正該可移動體與該有限線性滾動導件之間的相對位置的偏 差。 2.如申請專利範圍第1項所述的校正方法，其中該可移 動體是在強制地限制在該行程終端的附近的末端列的滾動 導件於與該可移動體相同的方向移動之下被移動。 3 .如申請專利範圍第1項所述的校正方法，其中該可移 動體是以一*局進給率移動以到達一*預定速率改變點處，然 後以一低進給率移動至該行程終端。 4. 一種用來校正有限線性滾動導件與由其所引導的可移 動體之間的相對位置關係之校正設備，該設備被應用於具 有一數値控制單元及用於該可移動體的一進給機構的數値 本紙張尺度適用中關家標準（CNS )八4驗（21GX297公釐) ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I ------訂------.Aw L%! 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521023 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 控制式工具機，該校正設備包含： (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 一有限線性滾動導件，具有配置於該可移動體的往復 運動方向的一列多個滾動導件； 偵測機構，設置於於移動方向的該可移動體的兩端 部，用來偵測該滾動導件是否存留在於一向前方向的該可 移動體的一端部的下方； 校正控制機構，用來在未測得任何滾動導件時，判定 該有限線性滾動導件的位置偏差增加，並且產生一校正訊 號來將該可移動體的移動方向改變成爲於向後方向，使得 該可移動體與該有限線性滾動導件之間的相對位置的偏差 被校正；及 伺服控制機構，用來根據由該校正控制機構提供的該 校正訊號控制驅動該進給機構的一伺服馬達。 5. 如申請專利範圍第4項所述的校正設備，另外包含一 陡震吸收器，用來強制地限制在行程終端的附近的末端列 的滾動導件於與該可移動體相同的方向移動。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6. 如申請專利範圍第4項所述的校正設備，其中該校正 控制機構產生指示該可移動體以一高進給率移動以到達一 預定改變點處且然後以一低進給率移動至行程終端的訊 號。 7. 如申請專利範圍第4項所述的校正設備，其中該校正 控制機構儲存在該滾動導件不存在於該可移動體的該一端 部的下方的位置上的資訊，並且在校正完成時產生指示該 可移動體回至偵測位置的訊號。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210X297公釐) -2 - 521023 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 8. 如申請專利範圍第4項所述的校正設備，其中界定用 來校正該有限線性滾動導件的位置偏差的程序的一巨指令 被結合在由該數値控制單元執行的一 NC程式內。 9. 如申請專利範圍第4項所述的校正設備，其中該可移 動體爲數値控制式精密工具機的機台或鞍座。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -3-