TWI383125B - Apparatus and method for scanning spade surface with laser light source - Google Patents

Description

應用雷射光源掃描鏟花表面的裝置與方法

本發明係關於一種應用雷射光源掃描鏟花表面的裝置，特別是指一種應用雷射位移計掃描鏟花表面與抓取該鏟花工件表面精度的參數值，並將其參數值建立三維分佈型態圖的裝置與方法。

鏟花技術是任何工具機組立過程中奠立基礎的重要步驟，當結構裝配時均以精密鏟花處理，增加結構剛性及穩定性，進而提升加工精度，例如在銑床類與磨床類的底座、鞍座、頭座、工作台、立柱，或者車床類的底座、頭座、尾座、滑台、刀座等，不論其工件的結合面是要滑動狀態還是永久固定，都是由鏟花作業先型奠定基礎；再許多量具、直規和外圓磨床的軸承襯套更是精細鏟花的傑作；只要鏟花技術普遍化，並成為裝配組立人員的基本技術能力，則整體工具機產業精度品質及可靠度水準將大幅提升。

有鑑於傳統的鏟花技術乃是確保工具機平面滑道緊密而平順的最有效方法，是確保精度與產品耐用性的關鍵技術；為方便鏟花業者容易得知哪些鏟花表面需要再做鏟花動作，而不需要使用傳統塗漆且接觸式檢驗，本案發明人進而研發使用雷射位移計做為高精度檢測的裝置。

本發明之目的即在於提供一種應用雷射位移計對鏟花工件之間投射光束，並藉由接收該光束，以求得鏟花工件表面輪廓高度變化的裝置。

可達成上述發明目的之應用雷射光源掃描鏟花表面的裝置，包括有：

光源單元，其係用於提供一投射光束；

平台裝置，其係用於固定一鏟花工件；

進给裝置，係組裝設於平台裝置上並用以固定和驅動光源單元，該光源單元能根據程式設定工作路徑，以驅使光源單元沿著與鏟花工件表面輪廓的移動。

本發明進而包括一種應用雷射光源掃描鏟花表面的方法，其步驟包含：

流程91，以光源單元投射光束於該鏟花工件表面；

流程92，抓取該鏟花工件表面精度之原始參數值；

流程93，計算原始參數值傾斜的趨勢線，並補正該原始參數值的參數；

流程94，依據補正後的參數建立表面精度的三維分佈型態圖；

流程95，依據三維分佈型態圖檢測鏟花工件表面精度是否符合精度要求條件，是則執行流程96，否繼續回到流程91；以及

流程96，結束掃描作業。

請參閱圖一，本發明所提供之應用雷射光源掃描鏟花表面的裝置與方法，主要包括有：至少一光源單元1、一平台裝置2、至少一鏟花工件3以及一進给裝置4所構成的裝置；

如圖二所示，該光源單元1係應用雷射三角法原理(Triangulation)提供一投射光束做量測應用，其光源單元1主要為一雷射位移計所構成，其中該雷射位移計主要是以驅動電路16透過雷射二極體11對和鏟花工件3之間投射光束，光束經過透鏡12後入射至鏟花工件3的表面時進而產生散射，且其中該雷射位移計進而包括以光感測器13來接收散射的光束，以求得鏟花工件3表面輪廓的微小高度距離變化；

其中，散射的光束亦再經過一聚焦透鏡14後投影於光感測器13上，而光感測器13再將其電壓經由光感測器13將抓取到高度變化的參數訊號傳送至類比/數位轉換卡5，利用類比/數位轉換卡5將雷射位移計的參數訊號傳送進電腦6裡，並撰寫程式將讀到的電壓值顯示出來，其電壓值另可轉為位移值，同時可在程式介面上監測鏟花工件3表面輪廓的運動方向；若超過符合精度要求範圍，則標示出紅色燈號警示；

該平台裝置2其係用於固定一鏟花工件3；而該進给裝置4係組裝設於平台裝置2上並用以固定和驅動光源單元1，本發明為將光源單元1架設在至少具有X軸與Y軸並經由可程式自動控制的進给裝置4，該光源單元1能根據程式設定工作路徑，以驅使光源單元1沿著與鏟花工件3表面輪廓的移動；且其中該光源單元1係配合該進给裝置4移動，以驅動該光源單元1間歇性或連續性位移量測鏟花工件3。

為更進詳細說明本發明，請再參閱圖一，本發明為將光源單元1架設在至少具有X軸與Y軸並經由可程式自動控制的進给裝置4上，而該鏟花工件3係放置於平台裝置2上，其後再確認待量測的鏟花工件3是否在光源單元1其投射光束的焦距內(亦為雷射位移計投射光束的可量測範圍內)，在確定光源單元1的檢測範圍後，進而在進给裝置4的控制端設定預量測鏟花工件3的區域與處理該量測區域的路徑程式碼，在程式碼撰寫與設定終結後則執行路徑程式，進给裝置4將自動依照執行的路徑做移動。

本發明應用雷射光源掃描鏟花表面的裝置其第二實施例，進而包括：光源單元1，其係用於提供一投射光束；平台裝置2，其係用於固定一鏟花工件3，該平台裝置2能根據程式設定工作路徑，以驅動鏟花工件3表面被光束投射；進给裝置4，係組裝設於平台裝置2上並用以固定和驅動光源單元1，該平台裝置2可使鏟花工件3沿著該光源單元1往復移動，達到鏟花工件3表面輪廓掃描的目的。

請參閱圖三，為本發明一種應用雷射光源掃描鏟花表面的方法，其步驟包含：

流程91，以光源單元1投射光束於該鏟花工件3表面；

流程92，抓取該鏟花工件3表面精度之原始參數值；

流程93，計算原始參數值傾斜的趨勢線，並補正該原始參數值的參數；

流程94，依據補正後的參數建立表面精度的三維分佈型態圖；

流程95，依據三維分佈型態圖檢測鏟花工件3表面精度是否符合精度要求條件，是則執行流程96，否繼續回到流程91；以及

流程96，結束掃描作業。

目前在掃描路徑設計上採取弓型路徑做步進位移掃描，也可以在路徑程式上依照需求做任何路徑編輯，如間歇性或連續性位移量測鏟花工件3；本發明在執行進给裝置4的移動路徑前，也啟動電腦6應用程式語言配合資料擷取裝置61去設定抓取頻率，在進给裝置4移動同時也以資料擷取裝置61抓取參數並紀錄，連結資料擷取裝置61做抓取動作存取光源單元1所掃描的參數值。

完成路徑掃描後，將資料擷取裝置61會將一條一條的位移值儲存成一參數值，該參數值再直接使用MATLAB數學運算軟體做三維繪圖運算處理，該MATLAB數學運算軟體能自動將每條線跟線的位移值做擬合為曲面，其後該電腦6將參數值做運算處理後由三維分佈型態圖示顯現，將可清楚知道掃瞄的鏟花工件3表面平整度起伏為多少。

其中參數值的運算處理單元與繪圖介面是使用含有程式語言的參數調整裝置62來調整，參數調整裝置62先將資料擷取裝置61內的參數值讀取出來，由於掃描的工件有傾斜一個角度(如附件一所示)，因此要先將每筆原始參數值計算出傾斜的趨勢線，再將每筆原始參數值做補正動作(如附件二所示)，並且將每筆補正後的參數值全部存在一個參數檔，參數值補正完後將開始繪製鏟花工件3表面精度的三維分佈型態圖形；

在參數調整裝置62點選繪製三維分佈型態圖形後，再輸入X軸與Y軸的量測範圍(該量測範圍能依照需求自行設定)，而Z軸需要點選連結經過補正後的參數檔，點選好後電腦6依照參數檔繪製圖形，即可繪出三維分佈型態圖形。

在三維分佈型態圖形繪製方面，加入Z軸深度色澤變化表示，可以在三維分佈型態圖形中看出平面高低起伏變化，如附件三所示為該鏟花工件3的三維視角圖，而附件四為該鏟花工件3的YZ平面視角圖，而附件五為該鏟花工件3的XZ平面視角圖，而附件六為該鏟花工件3的XY平面視角圖，其XY平面視角圖右側則配合Z軸深度色澤變化條狀圖；由上述視圖可清楚看出鏟花工件3檢測面的高低起伏變化。應用在檢測鏟花工件3時，三維分佈型態圖形所呈現掃描圖形，可以使鏟花業者方便得知鏟花工件3表面高低起伏為多少，哪些地方需要再做鏟花動作，而不需要使用傳統塗漆且接觸式檢驗。

然而，本發明Z軸的參數值並非每筆都有做補正運算，有補正運算的是當光源單元1量測的實際參數值，在鏟花工件3有傾斜時才做補正動作，如果鏟花工件3沒有傾斜，Z軸的參數值將不用做補正。

綜上所述，本案不但在空間型態上確屬創新，並能較習用物品增進上述多項功效，應已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請　貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

1．．．光源單元

11．．．雷射二極體

12．．．透鏡

13．．．光感測器

14．．．聚焦透鏡

15．．．運算放大器

16．．．驅動電路

2．．．平台裝置

3．．．鏟花工件

4．．．進给裝置

5．．．類比/數位轉換卡

6．．．電腦

61．．．資料擷取裝置

62．．．參數調整裝置

圖一為本發明應用雷射光源掃描鏟花表面的裝置立體分示意圖；

圖二為該光源單元、進给裝置擷取鏟花工件表面輪廓位移值的示意圖；

圖三為該應用雷射光源掃描鏟花表面方法之流程示意圖；

附件一為該參數值因為工件傾斜所以有斜度之區線圖；

附件二為該參數值經過趨勢線補正後的結果區線圖；

附件三為該鏟花工件經掃描與運算處理後的三維視角圖；

附件四為該鏟花工件經掃描與運算處理後的YZ平面視角圖；

附件五為該鏟花工件經掃描與運算處理後的XZ平面視角圖；

附件六為該鏟花工件經掃描與運算處理後的XY平面視角圖與Z軸深度色澤變化條狀圖。

1．．．光源單元

11．．．雷射二極體

12．．．透鏡

13．．．光感測器

14．．．聚焦透鏡

15．．．運算放大器

16．．．驅動電路

3．．．鏟花工件

4．．．進给裝置

5．．．類比/數位轉換卡

6．．．電腦

61．．．資料擷取裝置

62．．．參數調整裝置

Claims (6)

1. 一種應用雷射光源掃描鏟花表面的裝置，包括：光源單元，其係用於提供一投射光束，該光源單元主要是透過雷射二極體對和鏟花工件之間投射光束，光束入射至鏟花工件的表面時進而產生散射，其中該光源單元進而包括以光感測器來接收散射的光束，以求得鏟花工件表面輪廓的微小高度距離變化；平台裝置，其係用於固定一鏟花工件；進给裝置，係組裝設於平台裝置上並用以固定和驅動光源單元，該光源單元能根據程式設定工作路徑，以驅使光源單元沿著與鏟花工件表面輪廓的移動；藉此，光源單元係配合該進给裝置移動，以驅動該光源單元間歇性或連續性位移量測鏟花工件。
2. 一種應用雷射光源掃描鏟花表面的裝置，包括：光源單元，其係用於提供一投射光束，該光源單元主要是透過雷射二極體對和鏟花工件之間投射光束，光束入射至鏟花工件的表面時進而產生散射，其中該光源單元進而包括以光感測器來接收散射的光束，以求得鏟花工件表面輪廓的微小高度距離變化；平台裝置，其係用於固定一鏟花工件，該平台裝置能根據程式設定工作路徑，以驅動鏟花工件表面被光束投射；進给裝置，係組裝設於平台裝置上並用以固定和驅動光 源單元，該平台裝置可使鏟花工件沿著該光源單元往復移動，達到鏟花工件表面輪廓掃描的目的；藉此，該進给裝置係配合該光源單元移動，使該光源單元間歇性或連續性位移量測鏟花工件。
3. 一種應用雷射光源掃描鏟花表面的方法，其步驟包含：流程91，以光源單元投射光束於該鏟花工件表面；流程92，抓取該鏟花工件表面精度之原始參數值；流程93，計算原始參數值傾斜的趨勢線，並補正該原始參數值的參數；流程94，依據補正後的參數建立表面精度的三維分佈型態圖；流程95，依據三維分佈型態圖檢測鏟花工件表面精度是否符合精度要求條件，是則執行流程96，否繼續回到流程91；以及流程96，結束掃描作業。
4. 如申請專利範圍第3 項所述之應用雷射光源掃描鏟花表面的方法，其中該光源單元主要是雷射位移計。
5. 如申請專利範圍第3 項所述之應用雷射光源掃描鏟花表面的方法，其中該抓取原始參數值的是資料擷取裝置。
6. 如申請專利範圍第3 項所述之應用雷射光源掃描鏟花表面的方法，其中計算傾斜的趨勢線的是參數調整裝置，該參數調整裝置其能計算來自所述資料擷取裝置內的原 始參數值傾斜的趨勢線，進而補正該原始參數值的參數，從而開始繪製鏟花工件表面精度的三維分佈型態圖。