TWI385355B - Non - contact measuring method and device for screw and nut type - Google Patents
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Description
本發明係關於一種非接觸式量測方法及其裝置，尤指一種用於檢測導螺桿及螺帽牙型之非接觸式量測方法及其裝置者。
按，近年來隨著工具機、各種產業機械、量測儀器的高精度化，各式的導螺桿、螺帽、滑軌等機械加工之精度要求也日趨提高，其中既有的導螺桿及螺帽必須透過機械加工的方式，藉以在導螺桿外表面或螺帽內表面形成所需的牙型，以便產生傳動物件或鎖固物件的效果，其中導螺桿及螺帽牙型加工的優劣對於傳動流暢度及結合的強度會有所影響，因此，工件在機械加工後必須對於導螺桿及螺帽的牙型進行檢測，已確認其是否合乎機械製造的標準，進而提高工件的加工品質；目前坊間主要係藉由投影的方式進行導螺桿及螺帽牙型加工的檢測，且在檢測後必須再藉由接觸式量測方法進行細部的檢查，然而，接觸式量測方式不僅測量精度差且耗時費力，且檢測人員的素質要求較高，再則，接觸式的量測方式亦會對導螺桿及螺帽牙型的表面產生磨損，相對會影響導螺桿及螺帽牙型成形的加工品質，誠有加以改進之處。
本發明有鑑於既有接觸式檢測導螺桿及螺帽牙型所存在的缺失及不足，特經過不斷的試驗與研究，終至發展出一種能改進既有缺失之檢測方法及其裝置。
本發明之主要目的在於提供一種導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測方法，其係可透過非接觸式的量測方式對於導螺桿及螺帽的牙型進行檢測，提供一快速檢測、解析度高、容易操作且無磨耗的導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測方法者。
本發明之次要目的在於提供一種藉由上述導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測方法所設計之量測導螺桿及螺帽牙型的裝置，進而取代傳統接觸式量測，不僅可大幅降低量測所需之時間及成本，且可快速且準確地對於牙型進行檢測作業，進而有效地提高加工品質。
基於上述目的，本發明之主要技術手段在於提供一種導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測方法，其操作步驟係包含有：儀器設置：提供一導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測裝置，該非接觸式量測裝置係包含有一基座、一設於基座上的旋轉平台、一設於旋轉平台上的雙軸移動平台、一固設於雙軸移動平台頂面的三角雷射檢測器、一設於三角雷射檢測器上的反射鏡及一設於三角雷射檢測器後方的雷射干涉儀；水平校正：將三角雷射檢測器的入射光經反射鏡折射於導螺桿或螺帽的牙型上，透過旋轉平台轉動的方式，使三角雷射檢測器的入射光與待測導螺桿或螺帽的牙型截面成一垂直的型態，藉以取得一可構成正投影的數值，再透過雙軸移動平台的單軸作動方式，使入射光的光點經反射鏡的反射後通過導螺桿或螺帽的牙型中心處；進行量測：透過移動雙軸移動平台的另一單軸作動的方式，使經導螺桿或螺帽牙型反射的雷射光經反射鏡反射回三角雷射檢測器中，該三角雷射檢測器中係設有一可將反射光信號轉換成一位置訊號的檢測系統，當雙軸移動平台每經過一固定位移後，由三角雷射檢測器擷取該反射光信號並轉換為一相對的位置訊號，其中該雷射干涉儀係可紀錄該雙軸移動平台的固定位移量；擬圓運算：將前述步驟所取得的位置訊號及固定位移量的數據經由一運算程式進行擬圓處理，即可取得一導螺桿或螺帽的牙型圓心及半徑；以及結果比對：將前述運算後所取得的導螺桿或螺帽的牙型圓心及半徑，與一標準的導螺桿或螺帽的牙型圓心及半徑相比對，即可檢視本發明的量測準確度。
進一步，該運算程式係由一MATLAB所寫成。
再進一步，在水平校正的步驟中，係將三角雷射檢測器的入射光經反射鏡成90度折射於導螺桿或螺帽的牙型上。
基於上述目的，本發明之次要技術手段在於提供一種導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測裝置，其係包含有一基座、一旋轉平台、一雙軸移動平台、一三角雷射檢測器及一雷射干涉儀，其中：該旋轉平台係可轉動地設於基座上且設有一頂面；該雙軸移動平台係可移動地與旋轉平台的頂面相結合且設有兩呈十字配置的移動組；該三角雷射檢測器係固設於雙軸移動平台頂面且設有一發射端、一接收端、一檢測系統及一反射鏡，其中該檢測系統係設於三角雷射檢測器內部，而該反射鏡係設於靠近發射端的三角雷射檢測器的頂面且朝外延伸；以及該雷射干涉儀係設於三角雷射檢測器的後方，藉以紀錄三角雷射檢測器的位移量。
進一步，各移動組係設有一固定板、一調整桿及一移動板，各調整桿係設有一與固定板側邊相結合的桿座，而各移動板係與調整桿相結合而可相對固定板移動。
再進一步，該雷射干涉儀係設有一干涉器、一移動鏡及一固定鏡，其中該干涉器係朝三角雷射檢測器背面射出一光源，該移動鏡係固設於三角雷射檢測器背面，而該固定鏡係設於干涉器及移動鏡之間。
較佳地，該旋轉平台係可沿著Z軸轉動，而該雙軸移動平台的兩移動組係分別為一Y軸移動組及一X軸移動組。
綜上所述，本發明導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測方法及其裝置係至少具有以下之優點及功效：
快速檢測、解析度高、容易操作且無磨耗之導螺桿
一、快速及準確檢測：本發明導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測方法及其裝置，主要係透過將雙軸移動平台與旋轉平台做為制動源，配合上雷射干涉儀的精密定位，建構出一完整的量測系統，即可準確地擷取該X軸座標之Z軸訊號，藉此建構出導螺桿或螺帽的牙型形貌，進而提供一快速且準確的檢測導螺桿及螺帽牙型之方法及其裝置者。
二、節省成本：本發明係透過上數的技術手段，不僅可提供一快速線上檢測，且可以減少人力支出，對於人力的素質要求亦較低的環境，相對可以降低檢測成本，並提高檢測速度，增加產業發展性，且以非接觸式的量測方式可在不破壞檢測物的情況下進行檢測，進而提供一可節省成本之導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測方法及其裝置者。
為能詳細瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，玆進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如后：本發明導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測方法，主要係藉由一導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測裝置來量測導螺桿及螺帽的牙型，進而提供一快速檢測、解析度高、容易操作且無磨耗之導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測方法，請配合如第一圖所示，其係包含有：
(A)、儀器設置：如第二及十一圖所示，提供一導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測裝置，該導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測裝置係包含有一基座(10)、一設於基座(10)上的旋轉平台(20)(Z軸)、一設於旋轉平台(20)上的雙軸移動平台(30)(X及Y軸)、一固設於雙軸移動平台(30)頂面的三角雷射檢測器(40)、一設於三角雷射檢測器(40)上的反射鏡(43)及一設於三角雷射檢測器(40)後方的雷射干涉儀(50)；
(B)、水平校正：如第四圖所示，將三角雷射檢測器(40)的入射光經反射鏡(43)成90度折射於導螺桿(60)或螺帽(70)的牙型上，如第五圖所示透過旋轉平台(20)轉動的方式(Z軸)，使三角雷射檢測器(40)的入射光與待測導螺桿(60)或螺帽(70)的牙型截面成一垂直的型態，藉以取得一可構成正投影的數值，再如第六圖所示透過雙軸移動平台(30)的單軸(Y軸)作動方式，使入射光的光點經反射鏡(43)的反射後通過導螺桿(60)或螺帽(70)的牙型中心處；
(C)、進行量測：如第七至九圖所示，透過移動雙軸移動平台(30)的另一單軸(如X軸)作動的方式，使經導螺桿(60)或螺帽(70)牙型反射的雷射光經反射鏡(43)反射回三角雷射檢測器(40)中，該三角雷射檢測器(40)中係設有一可將反射光信號轉換成一位置訊號(Z軸訊號)的檢測系統，當雙軸移動平台(30)每經過一固定位移後，由三角雷射檢測器(40)擷取該反射光信號並轉換為一相對的位置訊號，其中該雙軸移動平台(30)在進行X軸方向的移動時，透過雷射干涉儀(50)即可準確地紀錄該雙軸移動平台(30)的固定位移量，即可同時取得相對應Z軸及X軸的量測數據；
(D)、擬圓運算：如第十圖所示，將前述步驟所取得的Z軸及X軸的數據經由一運算程式進行擬圓處理，即可取得一導螺桿(60)或螺帽(70)的牙型圓心及半徑，較佳地，該運算程式係由一MATLAB所寫成；以及
(E)、結果比對：請再配合參看如第十圖所示，將前述運算後所取得的導螺桿(60)或螺帽(70)的牙型圓心及半徑，與一標準的導螺桿(60)或螺帽(70)的牙型圓心及半徑相比對，即可檢視本發明的量測準確度。
藉由上述導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測方法，本發明係提供一導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測裝置，請配合參看如第二及十一圖所示，其係包含有一基座(10)、一旋轉平台(20)、一雙軸移動平台(30)、一三角雷射檢測器(40)及一雷射干涉儀(50)，其中：該旋轉平台(20)係可轉動地設於基座(10)上且設有一頂面，較佳地，該旋轉平台(20)係可沿著Z軸轉動；該雙軸移動平台(30)係可移動地與旋轉平台(20)的頂面相結合且設有兩呈十字配置的移動組(31)，其中各移動組(31)係設有一固定板(311)、一調整桿(312)及一移動板(313)，各調整桿(312)係設有一與固定板(311)側邊相結合的桿座(314)，而各移動板(313)係與調整桿(312)相結合而可相對固定板(311)移動，較佳地，兩移動組(31)係分別為一Y軸移動組(31)及一X軸移動組(31)；該三角雷射檢測器(40)係固設於雙軸移動平台(30)頂面且設有一發射端(41)、一接收端(42)、一檢測系統(圖未示)及一反射鏡(43)，其中該檢測系統係設於三角雷射檢測器(40)內部，而該反射鏡(43)係設於靠近發射端(41)的三角雷射檢測器(40)的頂面且朝外延伸；以及該雷射干涉儀(50)係設於三角雷射檢測器(40)的後方且包含有一干涉器(51)、一移動鏡(52)及一固定鏡(53)，其中該干涉器(51)係朝三角雷射檢測器(40)背面射出一光源，該移動鏡(52)係固設於三角雷射檢測器(40)背面，而該固定鏡(53)係設於干涉器(51)及移動鏡(52)之間。
藉由上述之技術手段，本發明在對於待測導螺桿(60)或螺帽(70)進行檢測時，透過旋轉平台(20)作角度的微調，讓三角雷射檢測器(40)的入射光與待測導螺桿(60)或螺帽(70)的牙型截面成一垂直的型態，並藉由移動Y軸移動組(31)的方式，使入射光的光點經反射鏡(43)的反射後通過導螺桿(60)或螺帽(70)的牙型中心處，再由三角雷射量測系統進行量測，其中係利用雙軸移動平台(30)X軸移動組(31)配合雷射干涉儀(50)進行高精密定位移動，使X軸移動組(31)每經過一固定位移，即可由三角雷射檢測器(40)擷取該反射光信號並轉換為一相對的位置訊號，其中該雙軸移動平台(30)在進行X軸方向的移動時，透過雷射干涉儀(50)即可準確地紀錄該雙軸移動平台(30)的固定位移量，即可同時取得相對應Z軸及X軸的量測數據，因此，本發明係透過將雙軸移動平台(30)與旋轉平台(20)做為制動源，配合上雷射干涉儀(50)的精密定位，建構出一完整的量測系統，即可準確地擷取該X軸座標之Z軸訊號，藉此建構出導螺桿(60)或螺帽(70)的牙型形貌，不僅可提供一快速線上檢測，且可以減少人力支出，對於人力的素質要求亦較低的環境，相對可以降低檢測成本，並提高檢測速度，增加產業發展性，且以非接觸式的量測方式可在不破壞檢測物的情況下進行檢測，藉以提供一快速檢測、解析度高、容易操作且無磨耗的導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測方法及其裝置者。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何形式上的限制，任何所屬技術領域中具有通常知識者，若在不脫離本發明所提技術方案的範圍內，利用本發明所揭示技術內容所作出局部更動或修飾的等效實施例，並且未脫離本發明的技術方案內容，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
(10)．．．基座
(20)．．．旋轉平台
(30)．．．雙軸移動平台
(31)．．．移動組
(311)．．．固定板
(312)．．．調整桿
(313)．．．移動板
(314)．．．桿座
(40)．．．三角雷射檢測器
(41)．．．發射端
(42)．．．接收端
(43)．．．反射鏡
(50)．．．雷射干涉儀
(51)．．．干涉器
(52)．．．移動鏡
(53)．．．固定鏡
(60)．．．導螺桿
(70)．．．螺帽
第一圖係本發明導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測方法之操作流程示意圖。
第二圖係本發明螺帽牙型非接觸式量測裝置之立體外觀示意圖。
第三至六圖係本發明螺帽牙型非接觸式量測方法中水平校正之操作流程示意圖。
第七至九圖係本發明螺帽牙型非接觸式量測方法中進行量測之操作流程示意圖。
第十圖係本發明螺帽牙型非接觸式量測方法中擬圓運算後與標準螺帽尺寸比對之示意圖。
第十一圖係本發明導螺桿牙型非接觸式量測裝置之立體外觀示意圖。
Claims (8)
- 一種導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測方法，其操作步驟係包含有：儀器設置：提供一導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測裝置，該非接觸式量測裝置係包含有一基座、一設於基座上的旋轉平台、一設於旋轉平台上的雙軸移動平台、一固設於雙軸移動平台頂面的三角雷射檢測器、一設於三角雷射檢測器上的反射鏡及一設於三角雷射檢測器後方的雷射干涉儀；水平校正：將三角雷射檢測器的入射光經反射鏡折射於導螺桿或螺帽的牙型上，透過旋轉平台轉動的方式，使三角雷射檢測器的入射光與待測導螺桿或螺帽的牙型截面成一垂直的型態，藉以取得一可構成正投影的數值，再透過雙軸移動平台的單軸作動方式，使入射光的光點經反射鏡的反射後通過導螺桿或螺帽的牙型中心處；進行量測：透過移動雙軸移動平台的另一單軸作動的方式，使經導螺桿或螺帽牙型反射的雷射光經反射鏡反射回三角雷射檢測器中，該三角雷射檢測器中係設有一可將反射光信號轉換成一位置訊號的檢測系統，當雙軸移動平台每經過一固定位移後，由三角雷射檢測器擷取該反射光信號並轉換為一相對的位置訊號，其中該雷射干涉儀係可紀錄該雙軸移動平台的固定位移量；擬圓運算：將前述步驟所取得的位置訊號及固定位移量的數據經由一運算程式進行擬圓處理，即可取得一導螺桿或螺帽的牙型圓心及半徑；以及結果比對：將前述運算後所取得的導螺桿或螺帽的牙型圓心及半徑，與一標準的導螺桿或螺帽的牙型圓心及半徑相比對，即可檢視本發明的量測準確度。
- 如申請專利範圍第1項所述之導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測方法，其中該運算程式係由一MATLAB所寫成。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測方法，其中在水平校正的步驟中，係將三角雷射檢測器的入射光經反射鏡成90度折射於導螺桿或螺帽的牙型上。
- 一種導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測裝置，其係包含有一基座、一旋轉平台、一雙軸移動平台、一三角雷射檢測器及一雷射干涉儀，其中：該旋轉平台係可轉動地設於基座上且設有一頂面；該雙軸移動平台係可移動地與旋轉平台的頂面相結合且設有兩呈十字配置的移動組；該三角雷射檢測器係固設於雙軸移動平台頂面且設有一發射端、一接收端、一檢測系統及一反射鏡，其中該檢測系統係設於三角雷射檢測器內部，而該反射鏡係設於靠近發射端的三角雷射檢測器的頂面且朝外延伸；以及該雷射干涉儀係設於三角雷射檢測器的後方，藉以紀錄三角雷射檢測器的位移量。
- 如申請專利範圍第4項所述之導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測裝置，其中各移動組係設有一固定板、一調整桿及一移動板，各調整桿係設有一與固定板側邊相結合的桿座，而各移動板係與調整桿相結合而可相對固定板移動。
- 如申請專利範圍第4或5項所述之導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測裝置，其中該雷射干涉儀係設有一干涉器、一移動鏡及一固定鏡，其中該干涉器係朝三角雷射檢測器背面射出一光源，該移動鏡係固設於三角雷射檢測器背面，而該固定鏡係設於干涉器及移動鏡之間。
- 如申請專利範圍第6項所述之導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測裝置，其中該旋轉平台係可沿著Z軸轉動，而該雙軸移動平台的兩移動組係分別為一Y軸移動組及一X軸移動組。
- 如申請專利範圍第4項所述之導螺桿及螺帽牙型非接觸式量測裝置，其中該旋轉平台係可沿著Z軸轉動，而該雙軸移動平台的兩移動組係分別為一Y軸移動組及一X軸移動組。
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