TWI475188B - 多連桿旋轉機構 - Google Patents

Description

多連桿旋轉機構

本揭露有關於一種多連桿旋轉機構，尤指一種適用於大型物件量測、不限制物件移動行程之可提供旋轉自由度的多連桿旋轉機構。

傳統對於旋轉機構的設計往往都是利用一顆旋轉馬達(步進馬達或是伺服馬達)直接連結或是透過齒輪組來連結物體。所以當馬達轉動時，物體也跟者旋轉，旋轉中心點就是在馬達軸心或是齒輪組的軸心。此種設計因為旋轉中心點在實體軸心上，因此必須限制物件大小與移動行程，否則會導致實體碰撞機台。例如，若應用在一般的加工機或是光學檢測機台上，旋轉中心點就是刀具下刀點或是光學鏡頭的對焦點。如前所述，為了能正常操作，勢必要侷限工件大小。這種設計若遇到R2R(Roll to Roll)製程或是大尺寸液晶面板檢測時就完全不可行了。

於一實施例中，本揭露提出一種多連桿旋轉機構，包括一主體、一線性模組以及一旋轉模組，主體具有至少一弧形軌道；線性模組設置於主體上，具有一滑座，滑座被驅動於一第一方向往復移動；旋轉模組包括一旋轉組件、一載台以及一旋轉軌道，旋轉組件之二端分別連接滑座以及旋轉軌道，載台鉤設於旋轉軌道以及弧形軌道，當滑座移動時，使載台於弧形軌道上轉動，且旋轉軌道於旋轉組件之一端轉動。

為使 貴審查委員對於本揭露有更進一步之了解與認同，茲配合圖示詳細說明如后。

10、10A‧‧‧本體

11‧‧‧第一弧形邊

12‧‧‧第二弧形邊

13‧‧‧孔洞

20A‧‧‧第一弧形軌道

20B‧‧‧第二弧形軌道

30、30A‧‧‧線性模組

31‧‧‧滑座

311‧‧‧凹槽

32‧‧‧馬達

33‧‧‧連軸器

34‧‧‧軸承座

35、35A‧‧‧導螺桿

351A‧‧‧第一螺紋段

352A‧‧‧第二螺紋段

36‧‧‧旋轉螺帽

37‧‧‧線性軌道

38‧‧‧L型座

40、40A、40B、40C‧‧‧旋轉模組

41‧‧‧旋轉組件

411‧‧‧鎖固螺帽

412‧‧‧軸承

413‧‧‧套筒

414‧‧‧旋轉軸棒

42、42C‧‧‧載台

421‧‧‧第一卡鉤

422‧‧‧第二卡鉤

43‧‧‧旋轉軌道

431‧‧‧弧形凹槽

50‧‧‧基板

C‧‧‧圓心

F1‧‧‧第一方向

L‧‧‧中心線

R1~R4‧‧‧第二距離

X1~X4‧‧‧第一距離

α 1~α 4‧‧‧第一夾角

θ‧‧‧固定角度

θ 1~θ 4‧‧‧第二夾角

圖1為本揭露之前視立體結構示意圖。

圖2為本揭露之後視立體結構示意圖。

圖2A為圖2之A部結構放大圖。

圖3為本揭露之線性模組之組合結構示意圖。

圖4為本揭露之旋轉模組之組合結構示意圖。

圖5為本揭露之旋轉模組連接滑座及第二卡鉤之組合結構示意圖。

圖6A至圖6D為本揭露之連續動作示意圖。

圖7至圖10為本揭露不同實施例態樣。

以下將參照隨附之圖式來描述本揭露為達成目的所使用的技術手段與功效，而以下圖式所列舉之實施例僅為輔助說明，以利貴審查委員瞭解，但本案之技術手段並不限於所列舉圖式。

請參閱圖1至圖5所示本揭露提供之多連桿旋轉機構實施例，其包括一主體10、第一弧形軌道20A、第二弧形軌道20B、一線性模組30及一旋轉模組40。

本體10舉例呈扇形，本體10具有一第一弧形邊11以及一第二弧形邊12，第一弧形軌道20A與第二弧形軌道20B分別設置於主體10，第一弧形軌道20A設置於第一弧形邊11，第二弧形軌道20B設置於第二弧形邊12，亦即，使第一弧形軌道20A與第二弧形軌道20B具有相同圓心，第一弧形軌道20A之半徑大於第二弧形軌道20B之半徑。本體10亦可為任意形狀，依所需設計。

線性模組30設置於主體10上，線性模組30具有一滑座31、一馬達32、一連軸器33、二軸承座34、一導螺桿35、一旋轉螺帽36、二長度相同且相互平行之線性軌道37，滑座31與旋轉螺帽36連接，本實施例中，滑座31與旋轉螺帽36是透過一L型座38相連接，但滑座31可與L型座38結合為一體，或滑座31與旋轉螺帽36及L型座38結合為一體，不限於此。軸承座34與線性軌道37設置於主體10，線性軌道37之長度方向平行於一第一方向F1。馬達32用以提供動力，連軸器33與馬達32連接，每一軸承座34 設有一軸承(圖中未示出)，導螺桿35設置於二軸承座34之間，導螺桿35之軸向平行於二線性軌道37之長度方向(亦即第一方向F1)，導螺桿35穿設於滑座31，導螺桿35二端分別穿設於一軸承座34，導螺桿35其中一端與連軸器33連接，旋轉螺帽36套設於導螺桿35。滑座31朝向二線性軌道37之面設有二凹槽311，每一凹槽311對應且嵌合於一線性軌道37，使滑座31可於線性軌道37上移動。

旋轉模組40包括一旋轉組件41、一載台42以及一旋轉軌道43，旋轉組件41包括一鎖固螺帽411、多個軸承412、一套筒413以及一旋轉軸棒414，旋轉軸棒414穿設鎖固螺帽411、多個軸承412以及套筒413。於主體10設有一孔洞13(可參考圖1、圖2)，旋轉軸棒414穿設於孔洞13中，旋轉軸棒414之相對二端分別連接於位於主體10相對二面之旋轉軌道43以及滑座31，旋轉軸棒414固定連接於旋轉軌道43，而旋轉軸棒414藉由鎖固螺帽411、軸承412、套筒413等構件樞接於滑座31，亦即，旋轉軌道43可以旋轉軸棒414之軸心為中心旋轉。載台42連接旋轉軌道43以及鉤設於第一弧形軌道20A、第二弧形軌道20B。如圖2A所示，載台42設有一第一卡鉤421鉤設於第一弧形軌道20A，於第一卡鉤421與第一弧形軌道20A之間設有相對應之凹凸結構，第一卡鉤421連接於載台42，因此能使載台42鉤設於第一弧形軌道20A，同理，載台42與第二弧形軌道20B也可採用相同或相似於上述之卡鉤及凹凸結構以配合。此外，如圖5所示，載台42設有一第二卡鉤422，第二卡鉤422卡合於旋轉軌道43相對上下二側邊所設之弧形凹槽431內，第二卡鉤422連接於載台42，因此能使載台42連接旋轉軌道43。

藉由上述結構，當馬達32轉動時，動力藉由連軸器33傳遞至導螺桿35以及旋轉螺帽36，進而帶動滑座31沿著線性軌道37移動，亦即，滑座31被驅動且平行於第一方向F1移動。由於滑座31連接於旋轉軸棒414，因此滑座31可帶動載台42及旋轉軌道43同動，使載台42同時沿著旋轉軌道43、第一弧形軌道20A 或與第二弧形軌道20B滑動，且載台42及旋轉軌道43可同步以第一弧形軌道20A與第二弧形軌道20B之圓心C旋轉。

請參閱圖6A至圖6D所示，說明本實施例之運動方式。由於載台42與旋轉軌道43結合，因此載台42與旋轉軌道43會維持一固定角度θ，固定角度θ可以所需而設置，例如可為直角或任意角度，以下將以直角之例說明，但不以此為限。

假設圖6A所示為初始位置，載台42與通過圓心C之中心線L之間具有一第一夾角α 1。滑座31(亦即旋轉軸棒414)與中心線L之間具有一第一距離X1。滑座31與載台42之間具有一第二距離R1、旋轉軌道43與線性模組30(相當於圖3所示之導螺桿35或第一方向F1)之間具有一第二夾角θ 1，其中第一方向F1舉例可與中心線L互呈垂直，但可容許小角度之偏差，以利驅動。

依序如圖6A至圖6D所示，當滑座31向左側滑動時，第一距離X1逐漸向X4改變，而滑座31帶動旋轉模組40逆時針旋轉，第一夾角α 1~α 4、第二距離R1~R4與第二夾角θ 1~θ 4也隨之改變。亦即是距離R的改變可透過滑座31在導螺桿35上的位移來達成。而第二夾角θ 1~θ 4的改變可透過旋轉軸棒414的轉動來完成。第一距離X1~X4、第一夾角α 1~α 4、第二距離R1~R4、第二夾角θ 1~θ 4具有相對應關係，因此可以透過改變第一距離X1~X4來達到想要的角度第一夾角α 1~α 4。以此類推，當滑座31被驅動且平行往復移動時，即可帶動載台42往復旋轉擺動，例如，由圖6A移動至圖6D，再從圖6D回復至圖6A，如此周而復始。

另說明的是，圖1、2所示狀態，是介於圖6B與圖6C間之狀態，亦即滑座31被驅動至旋轉軌道43約中央位置時。

請參閱圖7所示，該實施例具有一主體10、一第一弧形軌道20A、一線性模組30及一旋轉模組40，本實施例與圖1實施例之主要差異在於省略了第二弧形軌道20B(可參閱圖1所示)。就圖1實施例而言，由於具有一第一弧形軌道20A以及一第二弧形軌道20B，因此可以提供較穩定之靜力及力矩平衡。而圖7所示實施例， 旋轉模組40中的旋轉軌道43本身除了驅動載台42旋轉外，同時也可以作為載台42之承載軌道，對於成本要求或是空間限制時，如圖7所示只需搭配一個弧形軌道即可讓整個系統達成靜力平衡。

請參閱圖8所示，該實施例具有一主體10、第一弧形軌道20A、一第二弧形軌道20B、一線性模組30A及二旋轉模組40A、40B，不同於前例，本實施例之導螺桿35A具有二相互對稱但不同導向之一第一螺紋段351A以及一第二螺紋段352A，例如一為左螺紋、一為右螺紋，於第一螺紋段351A與第二螺紋段352A分別設有一旋轉模組40A、40B，二旋轉模組40A、40B對稱設置，當導螺桿35A旋轉時，可帶動二旋轉模組40A、40B作相對旋動，即以圓心C同時靠近或分離。本實施例可適用於橢偏儀或散射儀。此外，亦或將導螺桿與馬達的組合改用線性馬達，亦即一個定子搭配兩個動子，兩個動子各自又搭配一旋轉模組，如此也能達成同時帶動二旋轉模組40A、40B相對運動之目的。

請參閱圖9所示，該實施例具有一主體10A、二第一弧形軌道20A、一第二弧形軌道20B、一線性模組30及一旋轉模組40C，該二個第一弧形軌道20A相對於第一弧形軌道20A之圓心C設置，載台42C跨過圓心C並同時與二第一弧形軌道20A相連接，本體10A之形狀可為一圓形體或依所需設計，可容納二第一弧形軌道20A即可。本實施例適用於尺寸較大之載台42C，例如大型液晶面板的旋轉對位，尤其是在需要透光的製程機台。

請參閱圖10所示實施例，為運用於R2R機台上。利用無實體軸心的特性，讓基板50可以無礙通過。可搭配不同的儀器做各式的用途，例如，當基板50為增亮膜(BEF)時，載台42可搭載白光干涉儀(圖中未示出)對膜片做多角度的量測以建立3D形貌。

綜上所述，本揭露所提供之一種可提供旋轉自由度的多連桿旋轉機構，其組成包含一個或一個以上之弧形軌道、一個配有動力源且直線運動之線性模組、一個帶有旋轉軌道的旋轉模組，利用線性模組帶動旋轉模組作直線運動，同時利用連桿機制使得與旋轉模組相接之物體可以繞著弧形軌道的圓心旋轉。因使用常規 的線性機械元件，所以可大幅降低成本。此外，本揭露之架構為應用多連桿機構，只需簡單的直線運動即可以提供系統所預期的旋轉運動。由於此旋轉運動的軸心並非實體，可完全避免前述之碰撞干涉的現象，所以在旋轉軸上的工件大小以及位移行程並不會因此受到拘束，因此可享有最大的設計彈性。

惟以上所述者，僅為本揭露之實施例而已，當不能以此限定本揭露實施之範圍；故，凡依本揭露申請專利範圍及說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本揭露專利涵蓋之範圍內。

10‧‧‧本體

11‧‧‧第一弧形邊

12‧‧‧第二弧形邊

13‧‧‧孔洞

20A‧‧‧第一弧形軌道

20B‧‧‧第二弧形軌道

40‧‧‧旋轉模組

42‧‧‧載台

43‧‧‧旋轉軌道

F1‧‧‧第一方向

Claims (7)

1. 一種多連桿旋轉機構，包括：一主體，具有至少一弧形軌道；一線性模組，設置於該主體上，具有一滑座，該滑座被驅動於一第一方向往復移動；以及一旋轉模組，包括一旋轉組件、一載台以及一旋轉軌道，該旋轉組件之二端分別連接該滑座以及該旋轉軌道，該載台鉤設於該旋轉軌道以及該弧形軌道，當該滑座移動時，使該載台於該弧形軌道上轉動，且該旋轉軌道於該旋轉組件之一端轉動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多連桿旋轉機構，其中該線性模組包括：一馬達，用以提供動力；一連軸器，與該馬達連接；二軸承座，各具有一軸承，並分別設置於該主體上；一導螺桿，其二端分別穿設該軸承座，其中一端並連接該連軸器；一旋轉螺帽，套設於該導螺桿，並連接該滑座；以及二線性軌道，設置於該主體上，使該滑座嵌合於該線性軌道上移動。
3. 如申請專利範圍第1項所述之多連桿旋轉機構，其中該旋轉組件包括一鎖固螺帽、多個軸承、一套筒以及一旋轉軸棒，該旋轉軸棒穿設該鎖固螺帽、該多個軸承以及該套筒，該旋轉軸棒之二端分別連接該線性軌道以及該滑座。
4. 如申請專利範圍第1項所述之多連桿旋轉機構，其中該本體再具有一第二弧形軌道，該第二弧形軌道與該弧形軌道具有相同之圓心，該載台並鉤設於該弧形軌道以及該第二弧形軌道。
5. 一種多連桿旋轉機構，包括：一主體，具有至少一弧形軌道；一線性模組，設置於該主體上，具有一滑座以及一導螺桿，該滑座被驅動於一第一方向往復移動，該導螺桿具有一第一螺 紋段以及一第二螺紋段；以及多個旋轉模組，於該第一螺紋段與該第二螺紋段分別設有一旋轉模組，每一該旋轉模組包括一旋轉組件、一載台以及一旋轉軌道，該旋轉組件之二端分別連接該滑座以及該旋轉軌道，該載台鉤設於該旋轉軌道以及該弧形軌道，當該滑座移動時，使該載台於該弧形軌道上轉動，且該旋轉軌道於該旋轉組件之一端轉動。
6. 如申請專利範圍第5項所述之多連桿旋轉機構，其中該第一螺紋段與該第二螺紋段相互對稱但不同導向，設置於該第一螺紋段與該第二螺紋段之該二旋轉模組對稱設置，該導螺桿旋轉時帶動該二旋轉模組相對運動。
7. 一種多連桿旋轉機構，包括：一主體，具有二個第一弧形軌道以及一個第二弧形軌道，該二個第一弧形軌道相對於該第一弧形軌道之圓心設置；一線性模組，設置於該主體上，具有一滑座以及一導螺桿，該滑座被驅動於一第一方向往復移動；以及一旋轉模組，該旋轉模組包括一旋轉組件、一載台以及一旋轉軌道，該載台跨過該圓心並同時與該二個第一弧形軌道相連接，該旋轉組件之二端分別連接該滑座以及該旋轉軌道，該載台鉤設於該旋轉軌道以及該弧形軌道，當該滑座移動時，使該載台於該弧形軌道上轉動，且該旋轉軌道於該旋轉組件之一端轉動。