TWI378843B - - Google Patents

Description

1378843 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種量測裝置，尤指一種用以量測多轴 • 工具機作動之量測裝置者。 【先前技術】 近年來由於多軸加工技術的提升，目前多軸工具機已 經逐漸受到工業界的重視與使用，既有的多軸工具機係比 一般三線性軸工具機多出數個旋轉軸，而透過控制旋轉軸 • 作動的方式，不僅可以製造出結構更復雜的幾何零件，且 可擁有更好的加工精度，其中既有六軸工具機係設有三個 線性軸（X、Y、Z)及三個旋轉軸（A、B、C)，其中旋轉軸 (A)係繞著X軸旋轉，旋轉軸（B)係繞著γ軸旋轉，而旋轉 軸（C)係繞著Z軸旋轉，而既有五軸工具機係設有三個線 性軸及兩個旋轉軸，其中兩旋轉軸與三線性軸相對主軸與 工作平台的位置及配置，可產生不同的機型及加工方式； 既有量測五軸工具機的設備有一三自由度量測系統、 Φ 一簡易的量測系統及一工具機校驗系統，其中該三自由度 _直測系統係可用以調整仰角的角度，該簡易的量測系統係 _可測量X軸、Y軸與z軸，藉以分析旋轉軸的路徑，而該 工具機校驗系統可經由雷射校正與軟體補償的方式，量測 出位移雙軸向角度與雙軸向直度等五個自由度； 月述幾種多軸工具機量測設備，雖可對於工具機各軸 進行量測及校正，但量測所需的設備相當多且複雜，因此 在組裝及架設上相當繁複，不僅會相對提高量測所需的成 本與時間’誠有加以改進之處。 u/8843 【發明内容】 因此，本發明人有鑑於既有多轴工具機量測裝置，组 裝繁複及成本高的不足與問冑，特經過不斷的研究與試驗 ，終於發展出一種能改進既有缺失之本發明。 本發明之目的係在於提供一種多軸工具 其係透過光學W相互配合的方對於多軸工具機I 動態量測，進而提供一方便組裝且成本低之目的者。 為達到上述目的，本發明係提供-種多軸工具機量測 裝置，其係包含有一感測頭及一透鏡組，其中： 該感測頭係設有至少-感測組，各感測組係設有—光 源及-感測器’其中該感測器係與光源相面對且設有—與 光源之光束互成垂直的感測接收面；以及 玄透叙組係设有一球形透鏡，使各感測組的光源可經 由球形透鏡而射向相對應的感測器上。 進步’該多軸工具機量測裝置係設有與各感測器相 連接的訊號處理組，藉以接收各感測器所輸出的訊號，且 玄況戒處理組係設有一用以進行運算處理與分析檢測的處 里私式，6亥感側頭係設有一結合座、一第一感測組及一第 一感測組，該結合座係設有一底板及複數個凸設於底板一 側面的結合板，該第一感測組係設於結合座上且設有一第 一光源及一第一感測器’該第一光源係設於結合座一結合 板上’而該第一感測器係設結合座的另一結合板上而與第 光源相面對’而該第二感測組係設於結合.座上且與第一 感測組呈一正交之空間關係，該第二感測組係設有—第二 光源及一第二感測器’該第二光源係設於結合座異於第一 4 1378843 感測組的結合板上，而# & 、 5亥第二感測器係設結合座的結合板 上而與第二光源相面對。 冉進一步，該4士入Γ»·丄 ，· ° s座在異於結合板的一側面的中心虚 係設有一用以與一多& 〆 夕袖工具機主軸相結合的結合桿，該透 鏡組係《有—支#肖，該支樓桿的頂端係、伸人結合座内而 介於光源與相對應的感測器之間，該支撐桿的底端係固定 於作平σ上，且該球形透鏡係固設於支擇桿頂端上。

輪锃地’各感測組於光源及感測器之間係設有至少一 透鏡’藉以將該光束修正為一準直光並照射到感測器。 較佳地， 各感測器係為一光電式感測器。 較佳地， 較佳地， 一種。 各光源ϋ刀別為一準直光源或一聚焦光源。 各光源係可為一可見光或一不可見光的其中 藉由上述的技術手段，本發明多軸工具機量測裝置， 於量測時僅需將感測頭及透鏡組分別裝設於多軸工具機主 軸及工作平台i ’亚利用光源檢測取放機構定位及角度誤 差的方式’透過兩感測器感接收連續光束的位移特徵來感 劂輸入光束與该感測接收面之間的相對移動，並計算分析 球形透鏡球心位置的方式即可獲得多軸工具機的誤差，進 軸工具機量測裝置者 而提供一方便組裝且成本低之多 【實施方式】 實用功效，並可依 式（如第一至四圖所 為能詳細瞭解本發明的技術特徵及 照說明書的内容來實施’玆進一步以圖 示）所示的較佳實施例，詳細說明如后： 5 1378843 本發明係透過精簡的光學原理，進而提供一方便組裝 • 且成本低的多輛工具機量測裝置，其係設有一感測頭（1 〇) 、一透鏡組（20)及一訊號處理组（3〇)，其中： 該感測頭（1 〇)係設於一多軸工具機（50)的主軸（51)上且 設有一結合座（1 1)、一第一感測組（12)及一第二感測組（13) ，其中6亥結合座（11)係為一略呈方形且設有一底板（111)， 該結合座（11)於底板（111)的一侧面係凸設有複數個結合板 (11 2) ’且該結合座（Ί1)於底板（1彳彳）另一側面的中心處係設 I 有一用以與一多軸工具機主軸（51)相結合的結合桿 (113)，該第一感測組（1 2)係設於結合座（11)上且設有一第 一光源（121)及一第一感測器（122)，該第一光源（121)係設 於結合座（11)底板（111)内的一結合板（112)上，而該第一感 測器（122)係設結合座（Ή )的另一結合板（112)上而與第一光 源（1 2 1)相面對’其中該第一感測器（1 22)係設有一與第一 光源（1 21)之光束互成垂直的感測接收面（1 2 3); 而該第二感測組（1 3)係設於結合座（11)上且而與第一 φ 感測組（12)呈一正交之空間關係，該第二感測組（13)係設 有一第二光源（1 31)及一第二感測器（1 32〉，該第二光源 (131)係設於結合座（11)異於第一感測組（彳2)的結合板（11 2) 上，而該第二感測器（132)係設結合座（11)底板（111)内的側 壁上而與第二光源（131)相面對，其中該第二感測器（132) 係設有一與第二光源（1 31)之光束互成垂直的感測接收面 (133) ’較佳地，各光源（121，131)係分別為一準直光源或 一聚焦光源，且各光源（121，131)係可為—可見光或一不 可見光，藉以應用於絕對距離的量測，另各感測組（1 2， 6 1378843 1 3)係如第五圖所示，於光源（）2)）3彳）及感測器（）22， 1 32)之間係設有一透鏡（1 24，1 34)，藉以將該光束修正為 一準直光並照射到感測器〇 22，132)，較佳地，各感測器 • (1 22 ’ 1 32)係為一光電式感測器； 該透鏡組（20)係設於多軸工具機的工作平台（52)上 且设有一支撐桿（21)及一球形透鏡（22)，其中該支撐桿（21) 係與多軸工具機（50)的工作平台（52)相固設結合且頂端係 伸入結合座（11)而介於光源（121，131)及感測器（122， φ 1 32)之間，較佳地，該支撐桿（21)的底端係設有一與工作 平台（52)相吸引的磁鐵（23)，使支撐桿（21)可穩固地設於工 作平台（52)上’而該球形透鏡（22)係固設於支撐桿（21)頂端 上，使各感測組（1 2，1 3)的光源（1 21 , 1 31)可經由球形透 鏡（22)而射向相對應的感測器（彳22，1 32)上；以及 s亥號處理組（3 0)係與兩感測組（1 2，1 3)的感測器 (122，132)相連接’.藉以接收各感測器（122，132)所輸出 的訊號，較佳地，該訊號處理組（3〇)係可透過有線或無線 鲁的方式與各感測器（1 22，1 32)相連接，且該訊號處理組 • (30)係設有一用以進行運算處理與分析檢測的處理程式 (31)。 本發明多轴工具機量測裝置於使用時係如第二及三圖 所示，將結合座（11)的結合桿（1 1 3)與多軸工具機（5 0)的主 軸（51)相結合，且將透鏡組（20)的支撐桿（21)與多軸工具機 (50)的工作平台（52)相結合，使球形透鏡（22)設置於結合座 (1 1)各結合板（11 2)間，透過移動工具機χ軸與γ軸的方式 ，讓兩光源（1 21，1 31)可通過球形透鏡（22)並照射於相對 7 1378843 的感測器（122, 132)上時，兩感測接收面（123, 133)會分 別對於光束的入射位置產生一感測訊號’並將所產生的$ 測訊號傳送至該訊號處理組（3〇)的處理程式（31)中即可 .對於兩感測訊號進行運算處理，如第二圖所示透過第一感 ’則組（12)的感測訊號而可量測出另外兩垂直軸（丫軸及z軸 )的偏移量，而透過第二感測組（13)的量測訊號可測量出另 外兩垂直軸（X軸及Z轴）的偏移量，再經過計算分析球形 透鏡（22)的球心位置，即可獲得多轴工具機（5〇)動態與靜 鲁 態上的誤差； ” 其中第一光源之光束方向感平行多軸工具機具…之 X軸方向，故第一感測器（122)可獲得γ軸（^〇1丫）與 Z(PSDiz)軸方向之訊號； 又第二光源之光束方向感平行多軸工具機（5〇)之Y軸 方向，故第二感測器（132)可獲得X軸（PSD2x)與z(psD^) 軸方向之訊號；

經由下列公式計异，即可求出球心的偏移量： 鲁球心X軸方向的偏移量：△X = P S D

2 X • 球心Y料方向偏移量：△ γ = p S D q γ 球心Ζ軸方向偏移量：△ Ζ = (PSD1z + PSD2Z>/2 ; 再則，本發明多軸工具機量測裝置於操作時係可分兩 種貫施態樣，其中一實施態樣係將該感測頭（彳〇)固定不動 且平行於待測輛，當兩光源（121，131)射出並經過移動的 球形透鏡（22)而分別進入兩感測器（122，132)後，即可測 量出另兩個垂直軸的偏移量，而另一種實施態樣係將該球 形透鏡（22)固定不動，而該感測頭（1〇)係平行於待測軸進 1378843 行移動，當兩感測器（122 ’ 132)接收經球形透鏡（22)的光 源後，亦可測量出另兩個垂直軸的偏移量，再經過計算分 析球形透鏡（22)的球心位置即可獲得多軸工具機（5〇)動態 、靜態上的誤差。 又則’本發明多軸工具機量測裝置於架設時係可分兩 種A知態樣，其中一貫施態樣係將該感測頭（1 〇 )架設於工 具機（50)主軸（51)上’該透鏡組（20)架設於工作平台（52)上

而另 種貝細< 態樣係·將透鏡組（2 Q)架設於工呈機（5 0)主 軸（51)上’該感測頭（10)架設於工作平台（52)上。 藉由上述的技術手段，本發明多軸工具機量測裝置， 於量測時僅需將感測頭（10)及透鏡組（20)分別裝設於多軸 工具機（50)主軸（51)及X作平台（52)上，並利用光源檢測取 放機構定位及角度誤差的方式，透過兩感測器（122，132) 感接收連續光束的位移特徵來感測輸人光束與該感測接收 面(1 23 1 33)之間的相對移動，並計算分析球形透鏡(22)

球心位置的方式即可獲得多轴工具機(5〇)的誤差，進而提 供—方便組裝且成本低之多軸工具機量測裝置者。 以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發 作任何形式上的限制，任何所屬技術領域中具有通常知 者’若在不脫離本發明所裎姑 汀誕技術方案的範圍内，利用本- 明所揭示技術内容所作出局 η丨更動或修飾的％效實施例 並且未脫離本發明的技術方宏 ^ Τ万案内谷，均仍屬於本發明技4 方案的範圍内。 【圖式簡單說明】 第一圖係本發明多軸工s θ 夕釉工具機置測裝置之外觀立體示意 9

第二圖係本發明量測裝置裝設於一多軸工臭機之立體 外觀示意圖。 第三圖係本發明量測裝置裝設於一多轴工具機之局部 放大立體外觀示意圖。 第四圖係本發明多軸工具機量測裝置之操作方塊示意 圖° 第五圖係本發明感測頭另一實施例之外觀立體示意圖

〇 【主要元件符號說明】

(111)底板 (113)結合桿 (122)第一感測器 (124)透鏡 (132)第二感測器 (134)透鏡 (2 2)球形透鏡 (31)處理程式 ίο (1 〇)感測頭 (1 1)結合座 (112)結合板 (1 2)第一感測組 (1 21)第一光源 (1 2 3)感測接收面 (1 3)第二感測組 (131)苐二光源 (1 3 3)感測接收面 (2 0)透鏡組 (21)支撐桿 (23)磁鐵 (3 0)訊號處理組 (50) 多軸工具機 (51) 主軸 1378843 (52)工作平台

Claims (1)

1. 七、申請專利範圍： 〜1 · 一種多軸工具機量測裝置，其係包含有一感測頭及 透鏡組，其中： 。亥感測頭係設有至少—感測組，各感測址係設有一 綠及〜_ .丨。。 70 .〜感測器，其中該感測器係與光源相面對且一盥 /、 ’、之光束互成垂直的感測接收面；以及 該透鏡組係設有一球形透鏡，使各感測組的光源可經 球形透鏡而射向相對應的感測器上。 丨 2.如申請專利範圍第1項所述之多軸工具機量測裝置 ’其中該多軸工具機量測裝置係設有與各感測器相連接的 訊號處理組’藉以接收各感測器所輸出的訊號，且該訊號 處理組係設有一用以進行運算處理與分析檢測的處理程式 '’該感側頭係4又有一結合座、一第一感測組及—第二感測 組’該結合座係設有一底板及複數個凸設於底板一側面的 結合板’該第一感測組係設於結合座上且設有一第一光源 及一第一感測器，該第一光源係設於結合座一結合板上， 而該第一感測器係設結合座的另一結合板上而與第一光源 相面對，而該第二感測組係設於結合座上且與第一感測組 呈一正交之空間關俾，該第二感測組係設有一第二光源及 一第二感測器，該第二光源係設於結合座異於第一感測組 的结合板上’而該第二感測器係設結合座的結合板上而與 第二光源相面對。 3 ·如申請專利範圍第2項所述之多軸工具機量測裝置 ，其中5亥結合座在異於結合板的一側面的中心處係設有一 用以與一多軸工具機主軸相結合的結合桿’該透鏡組係設 12 1378843 有支料4支樓桿的頂端係伸入結合座内而介於光源 與相對應的感測器之間，該支樓桿的底端固定於工作平台 上’且该球形透鏡係固設於支撐桿頂端上。 專利靶圍第3項所述之多軸工具機量測裝置 於光源及感狀之間係設有至少—透鏡， 精以將該光束修正為—準直光並照射到感測器。 5.如申請專利範圍 ,Φ . ,ν .0ιΙ 00 . 員所述之夕軸工具機量測裝置 其中各感測，係為一光電式感測器。 6 ·如申請專利範圍 5 ，其中各光源係分别為—準首:之夕軸工具機量測裝置 ⑴兩準直光源C 7.如申請專利範圍第5項 ’其中各光源係分別為「聚焦光源。…具機量測裝置 8·如申請專利範圍第5或 量測裂置，其中各光源係為_可見光。項所述之多軸工具機 9.如申請專利範圍第5或6或 量測裝置，其中各光源係為—不可見光、之多軸工具機 1〇·如申請專利範圍第]項所述之多軸 ’其中各感測組於光源及感測器之間 广測裝置 ::將該光束修正為-準直光並照射心測。α少—透鏡’ 器係為一光電式感測器。 "、窃且各感測 八、圖式： 13