TWI472761B

TWI472761B - Spherical automatic test device

Info

Publication number: TWI472761B
Application number: TW101149948A
Authority: TW
Inventors: Wen Hsiang Hsieh
Original assignee: Univ Nat Formosa
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2015-02-11
Also published as: TW201425928A

Description

球體自動測試裝置

本發明係有關一種球體自動測試裝置，特別是指一種可進行直徑、重量及壓縮性量測之球體自動測試裝置，其兼具自動化量測控制、節省人力、節省時間、降低成本及機構簡單等優點及功效。

高爾夫球在生產出廠前，必須針對高爾夫球的重量、直徑及壓縮磅數等性質加以抽樣檢驗，但是目前市面上高爾夫球出廠前的檢驗方式是透過一台壓縮測試機與一台磅秤所組成，在量測時須先在磅秤上量測重量，量測完畢後，再將高爾夫球移至壓縮測試機上量測直徑與壓縮磅數。

而這樣分別量測的方式，不但在量測過程中較花費時間，且市面上量測的儀器包括雷射測徑儀(Laser micrometer)、荷重元(Load cell)、光學尺、及磅秤(Scale)，不僅構造複雜、成本昂貴，且無法配合自動化需求加以改進。

因此，有必要研發新產品，以解決上述缺點及問題。

本發明之目的在於提供一種球體自動測試裝置，其兼具自動化量測控制、節省人力、節省時間、降低成本及機構簡單等優點及功效，用以解決習知技術需分別檢測、構造複雜、成本昂貴，且無法配合自動化需求等問題。

本發明解決上述問題之技術手段係提供一種球體自動測試裝置，其包括：一基台，其係具有一導桿部；一滑動平台，其係可滑動的設於該導桿部上；一伺服馬達，其內部係設有一旋轉編碼器；該伺服馬達係用以驅動該滑動平台於該導桿部上之升降，而該旋轉編碼器係用以量測該滑動平台之位移；一壓縮量測部，其係設於該基台上；一重量量測部，其係設於該基台上，且位於該壓縮量測部之下方；又，該壓縮量測部與該重量量測部間係具有一預定距離，而該滑動平台係滑動於該壓縮量測部與該重量量測部之間；一支撐座，其係套設於該重量量測部上，並用以置放一球體；一控制系統，用以控制該伺服馬達之作動，並分析處理該旋轉編碼器、該壓縮量測部、該重量量測部測得之訊號，進而轉換成該滑動平台之位移、該球體之重量及該球體之壓縮性。

本發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入瞭解。

茲以下列實施例並配合圖式詳細說明本發明於後：

如第一及第二圖所示，本發明係為一種球體自動測試裝置，其包括：一基台10，其係具有一導桿部11；一滑動平台20，其係可滑動的設於該導桿部11上；一伺服馬達30，其內部係設有一旋轉編碼器31；該伺服馬達30係用以驅動該滑動平台20於該導桿部11上之升降，而該旋轉編碼器31係用以量測該滑動平台20之位移；一壓縮量測部41，其係設於該基台10上；一重量量測部42，其係設於該基台10上，且位於該壓縮量測部41之下方；又，該壓縮量測部41與該重量量測部42間係具有一預定距離，而該滑動平台20係滑動於該壓縮量測部41與該重量量測部42之間；一支撐座50，其係套設於該重量量測部42上，並用以置放一球體70；一控制系統60，用以控制該伺服馬達30之作動，並分析處理該旋轉編碼器31、該壓縮量測部41、該重量量測部42測得之訊號，進而轉換成該滑動平台20之位移、該球體70之重量及該球體70之壓縮性；如第一圖所示，該導桿部11係包括一對導桿111，該滑動平台20係具有一螺帽21及一對線性軸承22，而該伺服馬達30又具有一滾珠螺桿32。該滾珠螺桿32係螺設於該螺帽21上，當該伺服馬達30驅動時，該滾珠螺桿32與該螺帽21係可將該伺服馬達30之迴轉運動轉變成直線運動，使該滑動平台20直線升降；該對線性軸承22係可滑動的套設於該對導桿111上。

該導桿111之數量係與該線性軸承22相對應，設置一對可增加直線運動的穩定性，當然，其數量也可以設置為四個或其他數量；另外，該線性軸承22之功能係用以增加螺帽21直線運動時之穩定性。

更詳細的說，該壓縮量測部41與該重量量測部42可為一般荷重元，例如：該壓縮量測部41為JINSENSE LRM-100圓柱型壓力荷重元，該重量量測部42為JINSENSE LDB-2單點樑型壓力荷重元。

該壓縮量測部41係連接一上壓板411，而該重量量測部42係連接一固定桿421(如第二圖所示)；該支撐座50係具有一凹部51，用以套設於該固定桿421上。當該上壓板411或該固定桿421受作用力壓迫時，係會分別使該壓縮量測部41及該重量量測部42對此作用力進行壓力感測。

關於本發明之作動流程，請參閱第三圖至第六圖所示；在檢測上，本發明係以檢測一高爾夫球來作為說明：如第三圖所示，其係為本發明之初始狀態，該滑動平台20係位於一第一位置P1，且不與該支撐座50接觸，此時該支撐座50係套合於該重量量測器42之固定桿421上，並與該固定桿421之頂面接觸；首先進行該球體70(即高爾夫球)重量量測，將該球體70放置於該支撐座50後，即可由下方之重量量測部42測出高爾夫球之重量；由於下方感測重量的重量量測部42僅受到該支撐座50加上高爾夫球的重量，因此，在使用前先測得該支撐座50之重量，經過校正後，即可確實量測出高爾夫球的重量。

如第四圖所示，當該球體70重量量測完畢之後，該滑動平台20開始慢慢上升到一第二位置P2並與支撐座50接觸(此時該支撐座50仍維持與該固定桿421之頂面接觸)。

該滑動平台20帶動該支撐座50繼續上升，準備進行壓縮磅數量測；如第五圖所示，該滑動平台20上升至一第三位置P3，並帶動該支撐座50上升而使該球體70接觸該壓縮量測部41之上壓板411，此時，該支撐座50已脫離與該固定桿421頂面之接觸。

如第六圖所示，當該球體70接觸到該壓縮量測部41之上壓板411後，該滑動平台20係會繼續向上移動；藉由該壓縮量測部41之感測而獲得該球體70被推動上壓該上壓板411之壓力，記錄到達30磅的變形量後，再繼續往上壓，並且記錄到達200磅的變形量，之後代入以下公式完成壓縮磅數量測。

壓縮性(in)=160-(1000x變形量)

壓縮磅數量測完畢之後，該滑動平台20下降到初始狀態(也就是該第一位置P1)而與該支撐座50脫離，而該支撐座50則是回復至與該固定桿421之頂面接觸之位置(也就是回復至第四圖之狀態)。

關於高爾夫球，在出廠前必須經過嚴格的檢驗，包括高爾夫球的重量、直徑及壓縮磅數。

本發明在直徑的量測上是藉由該伺服馬達30內部的旋轉編碼器31量測，而不使用光學尺或雷射測徑儀，可節省成本。首先，必須記錄初始狀態時，該支撐座50頂面與該上壓板411 的距離l ₀ ，當該滑動平台20上升，帶動該支撐座50移動而使高爾夫球接觸到該上壓板411時，該壓縮量測部41開始感測到力量變化，該伺服馬達30電流也開始急速變大(可由此兩個特性來判斷球未受壓變形之位置)，並記錄此時之位移為l ₁ (由於初始狀態時，該滑動平台20與該支撐座50有一間距而未接觸，因此，l ₁ 是該滑動平台20之上升位移距離減去初始狀態時該滑動平台20與該支撐座50之間距)，最後，將l ₀ 減去l ₁ 即為高爾夫球直徑；當然，關於該30lb及200lb時之變形量，也是以該旋轉編碼器31量測。如此可避免使用光學尺或雷射測徑儀，可大幅降低成本。

當完成了直徑、重量及壓縮磅數量測，即完成了一顆高爾夫球檢測。

為了使量測可快速而精確，必須進行運動控制，包括加減速軌跡規畫，以降低機器之振動，而提高量測精度。並進行控制器設計，使響應時間、穩定時間、及超越量等控制規格符合要求。

關於該控制系統60，係可為一般機台上之人機介面，利用軟體(例如：LabVIEW、VB、或人機專用程式)撰寫人機介面程式撰寫程式進行儀器之控制、實驗量測及結果分析。包括順序控制、PID控制(PID是Proportion、Integral、Differential的英文縮寫，PID也就是比例-積分-微分控制)、高爾夫球重量、直徑、壓縮量之量測及量測結果之統計分析。

請參閱第七圖所示，其係本發明經實際測試之人機介面(也就是控制系統60，以下稱人機介面)示意圖；其係包括一第一區塊61、一第二區塊62、一第三區塊63及一第四區塊64。

該第一區塊61為完成相對應動作時之指示燈，其燈號包括：剛接觸到球、壓力到達30lb、壓力到達200lb及量測完畢。

該第二區塊62為顯示量測出的資訊，其資料包括：重量(g)、直徑(mm)、變形量(in)及壓縮性(lb)。

該第三區塊63為計算第二區塊62資訊之相關數據。

該第四區塊64係用以切換本發明之球體自動測試裝置之啟動或停止。

本發明之實際量測過程說明，係參考下列步驟：

[a]首先執行LabVIEW程式後，將高爾夫置於該支撐座50上，透過NI-9219荷重元模組將該重量量測部42所感測之訊號擷取，透過程式將其電壓訊號轉換成重量，並將此數據顯示在人機介面之第二區塊62之「重量」上。

[b]當重量量測完畢後，按下人機介面上的「啟動」鈕，此時該伺服馬達30開始驅動該滑動平台20上升，也透過該旋轉編碼器31隨時回饋Count數，將其轉換成位置，並顯示於人機介面之第三區塊63之「編碼」及「目前位置」上。

[c]當該球體70上升到剛接觸該上壓板411時，此時上方之壓縮量測部41開始感測到訊號，使人機介面「剛接觸到球」的警示燈亮起，並將此時位置記錄下來，顯示於人機介面之第三區塊63的「剛接觸到球時位置」上。

[d]該滑動平台20繼續向上壓(該壓縮量測部41感測之壓力係顯示於人機介面「壓力」)，當上方壓縮量測部41感測到壓力等於30lb時，人機介面「壓力達到30lb」的警示燈亮起，並將此時位置記錄下來，顯示於人機介面之第三區塊63的「30lb位置」上。

[e]該滑動平台20繼續向上壓，當上方壓縮量測部41感測到壓力等於200lb時，人機介面「壓力到達200lb」的警示燈亮起，並將此時位置記錄下來，顯示於人機介面之第三區塊63的「200lb位置」上。

[f]當上方壓縮量測部41感測到壓力等於200lb時，人機介面之第一區塊61之「量測完畢」的警示燈也會亮起，即完成一次高爾夫球量測，該滑動平台20將停止上升，並往下回到初始位置。

[g]透過程式進行直徑運算，由初始狀態時該上壓板411與該支撐座50頂面之間距離減去上升時所得的剛接觸到球時位置(該支撐座50於初始狀態時，該第三區塊63之「剛接觸到球時位置」的數據為0mm，也就是說，「剛接觸到球時位置」顯示之數據，係為該球體70剛接觸該上壓板411時，該滑動平台20帶動該支撐座50上升之位移量，亦即該滑動平台20上升距離減去初始狀態時該滑動平台20與該支撐座50之間距)，即可得出球的直徑，並顯示於人機介面之第二區塊62之「直徑」上。

[h]透過程式進行30lb變形量運算，由「30lb位置」減去「剛接觸到球時位置」(也就是該壓縮量測部41感測30lb壓力時之支撐座50位移量減去該球體70剛接觸該上壓板411時之支撐座50位移量)，即可得出30lb變形量(μ)，並顯示於人機介面的「30lb變形量」上。

[i]透過程式進行200lb變形量運算，由「200lb位置」減去「剛接觸到球時位置」，即可得出200lb變形量(μ)，並顯示於人機介面的「200lb變形量」上。

[j]透過程式進行變形量運算，將「200lb變形量」與「30lb變形量」代入下式，即可得出變形量，並顯示於人機介面的「變形量」上。

[k]透過程式進行壓縮性運算，將變形量代入下式，即可得出壓縮性，並顯示於人機介面的「壓縮性」上。

壓縮性(in)=160-[1000x變形量(10^-3 in)]

綜上所述，本發明之優點及功效可歸納為：

[l]自動化量測控制。目前市面上高爾夫球出廠前的檢驗方式是藉由自動固定型高爾夫球測試機，其是透過一台壓縮測試機與一台磅秤所組成，需先於磅秤上量測重量，再移至壓縮測試機上量測直徑與壓縮磅數，不但量測過程較花費時間，且構造複雜、成本昂貴，無法配合自動化需求；而本發明利用該壓縮量測部41及該重量量測部42，配合該伺服馬達30驅動該滑動平台20之升降，即可自動量測出該球體70之直徑、重量及壓縮性，具有自動化量測控制之特點。

[2]節省人力。本發明利用該壓縮量測部41及該重量量測部42之設計，配合該伺服馬達30驅動該滑動平台20之升降，即可自動量測出該球體70之直徑、重量及壓縮性，可有效節省人力資源。

[3]節省時間。本發明利用該壓縮量測部41及該重量量測部42之設計，配合該伺服馬達30驅動該滑動平台20之升降，即可自動量測出該球體70之直徑、重量及壓縮性，不需分別於不同機台進行檢測，具有節省時間之優點。

[4]降低成本。本發明將該壓縮量測部41及該重量量測部42整合於同一機台之設計，配合該伺服馬達30驅動該滑動平台20之升降，即可自動量測出該球體70之直徑、重量及壓縮性，不需分別準備不同機台進行檢測，故可有效降低成本。

[5]機構簡單。本發明利該壓縮量測部41及該重量量測部42，配合該伺服馬達30驅動該滑動平台20之升降，即可自動量測出該球體70之直徑、重量及壓縮性，具有結構簡單之特點。

以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本發明，對於該實施例所做的任何簡單修改與變化，皆不脫離本發明之精神與範圍。

由以上詳細說明，可使熟知本項技藝者明瞭本發明的確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰提出發明專利申請。

10‧‧‧基台

11‧‧‧導桿部

111‧‧‧導桿

20‧‧‧滑動平台

21‧‧‧螺帽

22‧‧‧線性軸承

30‧‧‧伺服馬達

31‧‧‧旋轉編碼器

32‧‧‧滾珠螺桿

41‧‧‧壓縮量測部

411‧‧‧上壓板

42‧‧‧重量量測部

421‧‧‧固定桿

50‧‧‧支撐座

60‧‧‧控制系統

61‧‧‧第一區塊

62‧‧‧第二區塊

63‧‧‧第三區塊

64‧‧‧第四區塊

70‧‧‧球體

P1‧‧‧第一位置

P2‧‧‧第二位置

P3‧‧‧第三位置

P4‧‧‧第四位置

第一圖係本發明之球體自動測試裝置之示意圖

第二圖係本發明之支撐座與固定桿之關係示意圖

第三圖係本發明之量測過程一之示意圖

第四圖係本發明之量測過程之二示意圖

第五圖係本發明之量測過程之三示意圖

第六圖係本發明之量測過程之四示意圖

第七圖係本發明之控制系統之介面示意圖