TWI411765B - Optical detection parallelism device - Google Patents

Description

光學檢測平行度裝置

本發明係關於一種光學檢測平行度裝置，特別是指一種準確度高、且檢測迅速的光學檢測平行度裝置，且由於體積小、攜帶方便、且易於架設，故可有效降低其量測成本。

按，隨著光電科技、半導體產業、精密機械加工技術不斷的向上發展，所生產的產品所要求的精度也日趨嚴格，除了有賴於提升其量測檢測的技術外，其相對移動的移動件之間的平行度，其精度直接影響到工具機加工的品質，當品質要求的提升，以及商品微小化的需求時，移動件之間的平行度精度要求也都大幅提升，由於生產加工的平行度精度要求常達數微米、甚至次微米的等級，一般的校正或量測工具難以達到，而造成其量測結果不準確或加工品質不良的現象，甚至造成被加工品不堪使用的問題，所以檢測移動件的平行度非常重要。

然而，過去國內產業業者仍使用半人工的方法檢測居多，但人工檢測的效率無法有效的提昇，因為在目前要求品質的時代，精密機械加工製造生產的產品都必須經過嚴格的檢驗，以我國的企業規模大多為中小企業的情形下，往往想提升技術又得顧及到成本問題，愈高精密檢測系統成本愈高。

然而，在目前大型機台其導軌有的長達數十公尺，機台導軌之平行度及水平偏擺角之校正，一般機械廠或設備廠，大部分還使用量錶與平行規等機械方式進行校正，在大型機台的校正精度很難達到幾個微米，主要侷限於平行規長度越長其精度越差。

其次，雖現今有關於平行度檢測方式的技術發展相當的多，從光學精密檢測系統來看，一般業界主要是以CCD【Charge Coupled Device：電荷耦合元件】影像處理技術發展為主，以CCD取得平行移動的影像，透過影像處理技術來分析計算平行度特徵，但其準確度受限於硬體結構及解析度之影響，無形間也加大量測上的誤差值，且其結構複雜，檢測裝置安裝不易，且不方便攜帶，進一步提高平行度檢測的成本。

有鑑於此，本發明人乃針對前述習知檢測之技術所面臨的問題深入探討，並藉由多年從事相關產業的研發與製造經驗，而積極尋求解決之道，經不斷努力的研究與試作，終於成功的開發出光學檢測平行度裝置，藉以克服現有者量測準確度不高、耗時且高成本的缺失。

本案發明人鑑於上述習用光學檢測平行度裝置所衍生的各項缺點，乃亟思加以改良創新，並經多年苦心孤詣潛心研究後，終於成功研發完成本件光學檢測平行度裝置。

本發明之目的即在於提供一種光源模組，其不會受到機台的機構影響造成量測的誤差之雷射光源，以達成高精確度要求之光學式機具檢測系統之裝置。

本發明之次一目的係在於提供一種可以利用於各種工作場合上，並具有低成本、高精確度、體積小、攜帶方便、架設簡易及檢測迅速等特性的光學檢測平行度裝置。

可達成上述發明目的之光學檢測平行度裝置，包括有：一光源模組、一分光模組及複數光電感測器所組成；所述光源模組具有至少可發出雷射光束之光源，且光源的發射端設有一分光元件，其可使光源發出之雷射光束分別二束相互垂直之光束，其中一光束與其中一移動件之移動方向平行；所述之分光模組可對應接收光源模組之分光元件的另一垂直移動方向的光束，且分光模組可將該光束分成至少一平行另一移動件移動方向之光束；所述複數之光電感測器分別接收經光源模組之分光元件與分光模組發射出來的平行光束。

藉此，透過前述技術手段的具體實現，讓本發明光學檢測平行度裝置能藉由垂直與平行之光束作用，而能在不受機台機構的影響下，有效的檢測移動件之間的平行度，並能具有低成本、高精確度、體積小、攜帶方便、架設簡易及檢測迅速之效，而能可增加其附加價值，而提升其經濟效益

請參閱圖一，本發明所提供之光學檢測平行度裝置，主要包括有：光學檢測平行度裝置係用於檢測相對平行之一第一移動件22與一第二移動件27，該第一移動件22與第二移動件27係分別滑設於一第一軌道21與一第二軌道26，且第一、二軌道21、26係分別固設於一軌道座20、25上，又該裝置至少包含有一光源模組1、一分光模組30及複數光電感測器所組成，其中光源模組1與分光模組30分設於第一移動件22與第二移動件27上，用以檢測同步移動之第一移動件22與第二移動件27的平行度；所述光源模組1的構成係如圖一與圖二所示，其具有一固定座11，該固定座11上設有一水平儀12，用以調節光源模組1的水平度，再者光源模組1具有至少可發出雷射光束A之光源13，使光源模組1可為一光源或多光源，且固定座11於光源13的發射端設有一分光元件14，該分光元件14可選自五角稜鏡或任一分光模組，其可使光源13發出之雷射光束A分別二束相互垂直之光束B,C，其中一光束B與第一移動件22之移動方向平行，其中該水平儀12為調節光源模組1的水平度使得各光束B,C與地表保持水平；所述設於第二移動件27之分光模組30可平行對應光源模組1之分光元件14，該該分光模組30可選自五角稜鏡或任一分光模組，又分光模組30可接收光源模組1垂直第一移動件22移動方向之另一光束C，且分光模組30可將該光束C分成兩相互垂直之光束D,E，其中一光束D與前述平行第一移動件22移動方向之光束B相互平行，使該光束D亦與第二移動件27之移動方向平行；其中另一光束E與前述平行第一移動件22移動方向之光束B相互垂直與前述之光束C相互平行且在同一軸線上。

所述複數之光電感測器用於接收雷射光源之光束B、D、E的光路位置，而本發明以三個光電感測器為主要實施例，該三個光電感測器被分別定義為一第一光電感測器41、一第二光電感測器42及一第三光電感測器43，其中第一光電感測器41設於前述軌道座20之第一軌道21末端，而用於接收光源模組1分光元件14發射出來的平行光束B，而第二光電感測器42係設於前述軌道座25之第二軌道26末端，而用於接收經分光模組30發射出來的平行光束D，再者第三光電感測器43係設於前述第二移動件27之分光模組30一側，而用於接收經分光模組30發射出來垂直第二移動件27移動方向的垂直光束E；藉此，組構成一檢測速度快、且檢測準確度高的光學檢測平行度裝置者。

而關於本發明光學檢測平行度裝置於實際操作時，則係如圖一、圖三所示，當有檢測第一移動件22與第二移動件27之平行度時，係將光源模組1與分光模組30分設於第一移動件22與第二移動件27上，並啟動光源模組1之光源13，使光源13產生之光束經分光元件14之平行向光束B與第一移動件22的移動方向平行，且另經分光元件14之垂直光束C射入分光模組30，以供產生平行第二移動件27移動方向的平行向光束D與垂直第二移動件27移動方向的垂直向光束E，且將第一光電感測器41設於第一移動件22滑行之第一軌道21末端，以接收前述經分光元件14之平行向光束B，而將第二光電感測器42係設於第二移動件27滑行之第二軌道26末端，以接收經前述分光模組30之平行向光束D，再者將第三光電感測器43係設於前第二移動件27的分光模組30一側，以接收前述經分光模組30之垂直向光束E，並形成起始光點；接著，由於光源模組1分光元件14發射出來的光束B與經分光模組30之平行光束D相互平行，同步移動第一移動件22與第二移動件27，若檢測後第一移動件22與第二移動件27的平行度無誤差產生，則檢測第一、第二光電感測器41,42光點位置與起始光點位置相同，因此可得第一軌道21與第二軌道26相互平行，若檢測後第一移動件22與第二移動件27的高度無誤差產生，則檢測第三光電感測器43光點位置與起始光點位置相同，因此可得第一軌道21與第二軌道26無高度誤差；反之，若檢測後第一移動件22與第二移動件27的平行度與高度有誤差產生，則檢測光點位置會隨著誤差的變化改變(如圖三所示)，且能藉由垂直與平行之光束作用，而能在不受機台機構的影響下，有效的檢測第一移動件22與第二移動件27之間的平行度，不僅檢測迅速，同時可大幅提升其檢測的精確度，並且由於其具有體積小、攜帶方便及架設簡易等功能，進一步並可降低其檢測成本，而能提升其經濟效益。

又本發明另有一實施例，其係如圖四所示，該光學檢測平行度裝置係用於檢測相對平行之一第一移動件22與一第二移動件27，該第一移動件22與第二移動件27係分別滑設於一第一軌道21與一第二軌道26，且第一軌道21與一第二軌道26係分別固設於一軌道座20,25上，又該裝置至少包含有一光源模組1、一分光模組30及複數光電感測器所組成，其中光源模組1係設於一光源升降座50，該光源升降座50係設於其中第一移動件22之軌道座20前方，而分光模組30係設於一分光升降座60上，該分光升降座60係設於第二移動件27之軌道座25前方，使光源模組1與分光模組30可分別產生相互平行的光束B,D，以檢測各別移動之第一移動件22與第二移動件27的平行度；所述光源模組1具有一可發出雷射光束A之光源13，且固定座11於光源13的發射端設有一分光元件14，其可使光源13發出之雷射光束A分別二束相互垂直之光束B,C，其一光束B與第一移動件22之移動方向平行。所述分光模組30可平行對應光源模組1之分光元件14，該分光模組30可接收光源模組1垂直第一移動件22移動方向之另一光束C，且分光模組30可將該光束C形成與前述平行第一移動件22移動方向之光束B相互平行之光束D，使該光束D亦與第二移動件27之移動方向平行；所述複數之光電感測器用於接收雷射光源之光束B、D的光點位置，而本發明以二個光電感測器為主要實施例，該二個光電感測器被分別定義為一第一光電感測器41及一第二光電感測器42，其中第一光電感測器41設於前述軌道座20第一軌道21的第一移動件22上，而用於接收光源模組1分光元件14發射出來的平行光束B，又第二光電感測器42係設於前述軌道座25第二軌道26的第二移動件27上，用於接收經分光模組30發射出來的平行光束D；如此，當有檢測第一移動件22與第二移動件27之平行度時，係將光源模組1設於光源升降座50上，而將分光模組30設於分光升降座60上，並啟動光源模組1之光源13，使光源13經分光元件14之平行向光束B與第一移動件22的移動方向平行，且另經分光元件14之垂直光束C射入分光模組30，以供產生平行第二移動件27移動方向的平行向光束D，其中平行向光束B與平行向光束D相互平行，且將第一光電感測器41設於第一移動件22上，以接收前述經分光元件14之平行向光束B，而將第二光電感測器42設於第二移動件27上，以接收經前述分光模組30之平行向光束D，並形成起始光點；接著，由於光源模組1分光元件14發射出來的光束B與經分光模組30之平行光束D相互平行，各別移動第一移動件22或第二移動件27，若檢測後第一移動件22與第二移動件27的平行度無誤差產生，則檢測光點位置與起始光點位置相同，因此可得第一軌道21與第二軌道26相互平行；反之，若檢測後第一移動件22與第二移動件27的平行度有誤差產生，則檢測光點位置會隨著誤差的變化改變(如圖三所示)，其能有效的檢測第一移動件22與第二移動件27之間的平行度，其具有前述的優點及實用價值。

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．．．光源模組

11．．．固定座

12．．．水平儀

13．．．光源

14．．．分光元件

20．．．軌道座

21．．．第一軌道

22．．．第一移動件

25．．．軌道座

26．．．第二軌道

27．．．第二移動件

30．．．分光模組

41．．．第一光電感測器

42．．．第二光電感測器

43．．．第三光電感測器

50．．．光源升降座

60．．．分光升降座

A~E．．．光束

圖一為本發明光學檢測平行度裝置之架構示意圖，供說明本發明較佳實施例之配置及其相對關係；

圖二為該光學檢測平行度裝置中光源模組之外觀示意圖；

圖三為該光學檢測平行度裝置中光電感測器上檢測光點位置會隨著誤差變化的示意圖；

圖四為該光學檢測平行度裝置另一實施例的架構示意圖。

11‧‧‧固定座

12‧‧‧水平儀

13‧‧‧光源

14‧‧‧分光元件

A~C‧‧‧光束

Claims (8)

1. 一種光學檢測平行度裝置，包括：一光源模組，具有至少可發出雷射光束之光源，且光源的發射端設有一分光元件，其可使光源發出之雷射光束分別二束相互垂直之光束，其中一光束與其中一移動件之移動方向平行；一分光模組，可對應接收光源模組之分光元件的另一垂直移動方向的光束，且分光模組可將該光束分成至少一平行另一移動件移動方向之光束，且此光束與經分光元件平行移動件移動方向之光束相互平行；複數之光電感測器，分別接收經光源模組之分光元件與分光模組發射出來的平行光束。
2. 如申請專利範圍第1 項所述之光學檢測平行度裝置，其中該光源模組與分光模組分設於兩移動件上，而光電感測器係分設於移動件前方固定處，用以同步移動檢測兩移動件的平行度。
3. 如申請專利範圍第2 項所述之光學檢測平行度裝置，其中該分光模組可另產生一垂直移動方向之光束，且分光模組之移動件上另設有一可接收該光束之光電感測器，能藉由平行或垂直之光束作用，以避免受機台結構影響。
4. 如申請專利範圍第1 項所述之光學檢測平行度裝置，其中該光源模組係設於一光源升降座，光源升降座係設於其中一移動件前方，而分光模組係設於一分光升降座上，分光升降座係設於另一移動件前方，且光電感測器係分別設於兩移動件上，以供接收經光源模組與分光模組產生之平行移動方向且相互平行 的光束，用以檢測各別移動之兩移動件的平行度。
5. 如申請專利範圍第1 項所述之光學檢測平行度裝置，其中該光源模組具有一可供設置光源之固定座，且固定座上設有一水平儀，用以調節光源模組的水平度。
6. 如申請專利範圍第1 或5 項所述之光學檢測平行度裝置，其中該光源模組之光源可為一光源或多光源。
7. 如申請專利範圍第1 項所述之光學檢測平行度裝置，其中該分光元件係選自五角稜鏡。
8. 如申請專利範圍第1 或2 或4 項所述之光學檢測平行度裝置，其中該分光模組係選自五角稜鏡。