TWI483804B - The detection and processing device of the fixed seat and its working method - Google Patents

The detection and processing device of the fixed seat and its working method Download PDF

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固定座的檢測與加工裝置及其作業方法

本發明係關於一種固定座檢測及加工之技術領域,尤指一種能提高其精準度之鏟花檢測及加工,並降低人工判讀所產生的誤差與不便。

按,鏟花技術是任何工具機組立過程中奠立基礎的重要步驟,無論是基準面組裝、或是滑動面組配時,均需以精密鏟花進行處理,鏟花除了增加結構剛性與穩定性,更能提升機台加工精度。例如在銑床類與磨床類的底座、底座、工作台、立柱、主軸頭、及固定件等,又或者是車床類的底座、頭座、尾座、底座、滑板、刀塔、固定件等,不論其工件的結合面是永久固定還是滑動狀態,都是由鏟花作業先型奠定基礎;再許多量具、直規、及外圓磨床的軸承襯套更是精細鏟花的傑作;另一般固定座分為馬達座、螺帽座及螺桿固定座,三者皆安裝於工具機底座上,馬達座用於固定馬達,並連接馬達與導螺桿,螺帽座用於連接導螺桿與底座或工作平台,使螺桿可以帶動鞍座或工作平台移動,螺桿固定座用於固定與支撐導螺桿尾端,故馬達座、螺帽座及螺桿固定座三者在安裝時必須同高,並使導螺桿與底座軌道面平行,否則會導致導 螺桿變形並降低工具機的精度,且由於殘留應力會使導螺桿壽命減短,為提升工具機的精度與延長工具機壽命,必須對馬達座、螺帽座及螺桿固定座三者進行鏟花。

也因此只要鏟花技術普遍化,並成為裝配組立人員與品管人員之基本技術能力,則整體工具機產業精度、品質、及可靠度將大幅提升至一定水準。有鑑於傳統的鏟花技術乃是確保工具機永久固定面與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;然而目前鏟花業者在檢測哪些鏟花表面需要做鏟花動作,仍然使用傳統塗抹顯色計【藍丹或紅丹】、且接觸式檢驗,不僅檢測時間長,且容易因人工檢驗而發生誤判的狀況,影響其鏟花效果,同時也造成業者成本上升。

換言之,現有的鏟花技術無法提升其檢測的準確度,且過程頗為費時、費力,而造成眾多的困擾,故如何克服這些問題,係業界所亟待解決之課題。

緣是,本案發明人乃針對前述固定座檢測及加工的需求深入探討,並利用多年相關產業與研發的經驗積極尋求解決之道,經不斷努力的研究與試作,終於成功的開發出一種固定座的檢測與加工裝置及其作業方法,藉以克服現有鏟花檢測因時間長、易誤判所衍生的不便與困擾。

本發明之目的即在於提供一種固定座的檢測與加工裝置,藉以能快速、且準確的量測出檢測點,並在量測結束後能立刻進行鏟花加工。

本發明之次一目的係在於提供一種固定座的檢測與加工的作業方法,其能大幅降低人工誤判的機會,並節省鏟花之檢測與作業的時間與成本。

可達成上述發明目的之固定座的檢測與加工裝置,其係應用於一工具機上,該固定座的檢測與加工裝置至少包含一光源單元、一樣標單元、一處理單元及一鏟花單元所組成;其中:該光源單元設於工具機中一可進行Z軸線性移動之刀具主軸上,該光源單元為一雷射位移計,其可投射一雷射光束做為檢測應用,又光源單元並連接處理單元,供將檢測資料傳送至處理單元,再者,該光源單元並透過一轉換單元連接處理單元,該轉換單元可選自類比訊號轉換成數位訊號之轉換器;該樣標單元設於工具機中待組裝之工作平台、進給平台或底座上,該樣標單元具有一固定座,且固定座上設有一標準棒,又標準棒周緣頂面及端面分別具有一經研磨之光滑面,兩光滑面相互平行,且樣標單元可由工具機帶動呈X軸或Y軸方向進行線性移動; 該處理單元包含有一資料擷取裝置及一參數調整裝置,該處理單元可抓取光源單元之檢測資料,且處理單元能將檢測資料進一步規劃成鏟花路徑;該鏟花單元組設於刀具主軸上,該鏟花單元具有一可呈X軸向線性移動之鏟刀,且鏟花單元之移動係由處理單元操控。

藉此,透過本發明前述技術手段的具體實現,讓本發明的固定座的檢測與加工裝置,利用工具機中高精度與重複性的進給平台,用來規劃鏟花量測路徑,並透過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,求得標準棒與固定座安裝面傾斜角度,接著再以固定座的檢測與加工裝置進行鏟花加工的裝置與方法,並以機械來進行自動鏟花,藉此可以減少反覆拆裝的次數與顯色劑的使用,並降低人工判讀所產生的量測誤差,且能大幅降低人工誤判的機會,並節省固定座之檢測與作業的時間與成本,有效提高其附加價值與經濟效益。

請參閱圖1,本發明所提供之固定座的檢測與加工裝置,其係應用於一工具機1上,該工具機1具有一底座10、一滑設於底座10上的進給平台11及一滑設於進給平台11上的工作平台12,且工具機1並具有一對應工作平台12之刀具 主軸15,其中工作平台12可配合底座10與進給平台11相對刀具主軸15進行X軸及Y軸之線性運動,而刀具主軸15則可相對工作平台12進行Z軸之線性運動,又該固定座的檢測與加工裝置至少包含一光源單元20、一樣標單元30、一處理單元60及一鏟花單元70所組成,至於本發明各單元之詳細構成,則請配合參看圖1及圖2~圖5所示;其中該光源單元20架設於工具機1之刀具主軸15上,且如圖2所示,該光源單元20並透過一轉換單元50連接處理單元60,其中轉換單元50可將光源單元20之類比訊號轉換成數位訊號、且傳輸至處理單元60,又該光源單元20係應用雷射三角法原理(Triangulation)提供一投射光束做為量測應用,其可為雷射位移計。進一步而言,該光源單元20主要具有一可發出雷射光束之雷射二極體21,且雷射二極體21於雷射光束之路徑上設有一透鏡組22,使雷射二極體21之雷射光束在經過透鏡組22射入檢測表面時產生散射,再者光源單元20另側具有一光感測器23,光感測器23可供接收散射之雷射光束,且光感測器23前方於雷射光束路徑上設有一聚焦透鏡24,使前述散射之雷射光束能投影於光感測器23上,又光感測器23後方並設有一連接前述轉換單元50之運算放大器25,使光感測器23可將電壓經由其抓取到的高度變化之參數訊號透過運算放大器25傳送至類比/數位之 轉換單元50,利用轉換單元50將光源單元20的參數訊號傳送到處理單元60裡,並透過內建程式將讀到的電壓值顯示出來,其電壓值另可轉為位移值,又光源單元20內具有一可驅動雷射二極體21發出雷射光束之驅動電路26,該驅動電路26並透過前述轉換單元50連接處理單元60,使光源單元20受處理單元60之內建程式操控作業;而該樣標單元30設於工具機1上待組裝之工作平台12、進給平台11或底座10上,供分別對工作平台12、進給平台11或底座10進行檢測與鏟花作業,而如圖3、圖4所示,該樣標單元30具有一固設於工作平台12、進給平台11或底座10上之固定座31,且固定座31上水平設有一標準棒35,標準棒35具有一可插掣於固定座31內的接合段36,又標準棒35周緣頂面及端面分別具有一經研磨之光滑面350、351,供檢測時可反射前述光源單元20之雷射光束,而標準棒35周緣之水平光滑面350上放置一電子水平儀40,且該電子水平儀40也置於工具機1待組裝之工作平台12、進給平台11或底座10上,並記錄電子水平儀40所測得之角度參數,而該電子水平儀40可直接獲得一確切的數值,以避免人工判讀所產生的誤差;另如圖2所示,該處理單元60包含有一資料擷取裝置61及一參數調整裝置62,其中資料擷取裝置61可依內建程 式擷取待組裝之工作平台12、進給平台11、底座10及刀具主軸15的移動路徑,並啟動程式配合去設定抓取參數、頻率與記錄,同時抓取及存取前述光源單元20所掃描的參數值。而參數調整裝置62則可將資料擷取裝置61內的參數值讀取出來,由於掃描的工件有傾斜一個角度。因此,要先將每筆原始參數值計算出傾斜的趨勢線,再將每筆原始參數做補正動作,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工作平台12、進給平台11或底座10之安裝面表面精度的高低分佈型態圖形;至於組設於刀具主軸15之鏟花單元70,則請參看圖1及圖5所示,其具有一供鎖設於刀具主軸15之座體71,座體71內設有一受前述處理單元60操控之移載座72,該移載座72可相對座體71呈X軸向運動,另移載座72上設有一供進行鏟花之鏟刀75,使鏟花單元70可相對待組裝之工作平台12、進給平台11或底座10安裝表面進行Z軸或X軸的軸向運動;藉此,組構成一檢測準確性高、且不易誤判之固定座的檢測與加工裝置者。

經由前述之架構設計,本發明之固定座的檢測與加工之作業方法,則請參閱圖6所示,其至少包含下列之流程:流程91,計算角度差,將樣標單元30以固定座31安裝 於待組裝之工具機1的進給平台11或底座10,且將樣標單元30之標準棒35插設於固定座31上,接著將電子水平儀40放置於標準棒35周緣之水平光滑面350上,以量測該樣標單元30標準棒35之光滑面350的傾斜角度,之後將該電子水平儀40放置於待組裝底座10或進給平台11之軌道面,以量測軌道面角度,最後計算該標準棒35水平光滑面350與底座10或進給平台11之軌道面的角度差;流程92,繪製工件表面形貌,在完成角度差計算後,將具標準棒35之樣標單元30以固定座31放置於工具機1工作平台12上,接著如圖7~圖10所示,以光源單元20投射雷射光束於該樣標單元30之固定座31安裝面與標準棒35表面進行掃描,並透過光源單元20之光感測器23抓取前述固定座31安裝面與標準棒35表面精度之原始參數值,且經由轉換單元50傳送至處理單元60,進一步利用處理單元60內的資料擷取裝置61與參數調整裝置62計算原始參數值傾斜趨勢線與角度,並補償正該原始參數值的參數,依據補正後的參數,建立固定座31安裝面的表面精度與高低分佈型態,而繪製該固定座31安裝面之表面形貌;流程93,鏟花路徑規劃,在完成繪製工件表面形貌後,進一步依前述光源單元20所抓取之資料計算安裝面的角度參數,同時依所得之各個角度參數與樣標單元30安裝面之 表面精度的高低分佈型態,求出應進行鏟花之區域,且由處理單元60之內建程式進行路徑規劃;流程94,進行鏟花,在完成鏟花路徑規劃後,將鏟花單元70以其座體71鎖設於刀具主軸15底面,接著依前述之路徑規劃,透過處理單元60操控鏟花單元70之鏟刀75對底座10或進給平台11等須進行鏟花之區域進行鏟花作業;流程95,檢測鏟花結果,在完成鏟花作業後,則使用前述光源單元20量測鏟花後之底座10或進給平台11的安裝面,檢測是否完全移除應進行鏟花區域,如未完成則進行流程93。如已完成則進行下一流程;流程96,檢測平行度,再完成鏟花作業與鏟花結果量測後,將樣標單元30安裝於前述待組裝之工具機1的底座10或進給平台11上,接著利用光源單元20檢測鏟花後之底座10或進給平台11的軌道表面平行度是否達到要求,如未達到平行度要求,則重新進行流程91之計算角度差;反之如達到平行度要求,則完成整個鏟花作業。

透過前述的設計,可透過將光源單元20及鏟花單元70設於工具機1之刀具主軸15上,配合可設於工作平台12、進給平台11或底座10之樣標單元30,以光源單元20的雷射光束進行檢測,且經轉換單元50收集資料後由處理單元60進行鏟花檢測及路徑規劃,並回饋鏟花單元70進行鏟花 作業,最後再進行平行度檢測,藉此可以減少反覆拆裝的次數與顯色劑的使用,並降低人工判讀所產生的量測誤差,供快速、且準確的量測出鏟花點,並能同時進行鏟花加工,而大幅降低人工誤判的機會,並節省鏟花之檢測與作業的時間與成本,有效提高其附加價值與經濟效。

本發明所提供之固定座的檢測與加工裝置及其作業方法,與習用技術相互比較時,更具有下列之優點:

1.本發明所提供的固定座的檢測與加工裝置,藉以能快速、且準確的量測出檢測點,並能同時進行鏟花加工。

2.本發明所提供之鏟花作業方法,其能大幅降低人工誤判的機會,並節省鏟花之檢測與作業的時間與成本。

上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明,惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍,凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更,均應包含於本案之專利範圍中。

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‧‧‧工具機

10‧‧‧底座

11‧‧‧進給平台

12‧‧‧工作平台

15‧‧‧刀具主軸

20‧‧‧光源單元

21‧‧‧雷射二極體

22‧‧‧透鏡組

23‧‧‧光感測器

24‧‧‧聚焦透鏡

25‧‧‧運算放大器

26‧‧‧驅動電路

30‧‧‧樣標單元

31‧‧‧固定座

35‧‧‧標準棒

350‧‧‧光滑面

351‧‧‧光滑面

36‧‧‧接合段

40‧‧‧電子水平儀

50‧‧‧轉換單元

60‧‧‧處理單元

61‧‧‧資料擷取裝置

62‧‧‧參數調整裝置

70‧‧‧鏟花單元

71‧‧‧座體

72‧‧‧移載座

75‧‧‧鏟刀

91‧‧‧計算角度差

92‧‧‧繪製工件表面形貌

93‧‧‧鏟花路徑規劃

94‧‧‧進行鏟花

95‧‧‧檢測鏟花結果

96‧‧‧檢測平行度

圖1為本發明固定座的檢測與加工裝置之簡要架構示意 圖。

圖2為本發明固定座的檢測與加工裝置中光源單元之示意圖。

圖3為本發明固定座的檢測與加工裝置中樣標單元之示意圖。

圖4為本發明固定座的檢測與加工裝置中樣標單元之標準棒示意圖。

圖5為本發明固定座的檢測與加工裝置中鏟花單元之示意圖。

圖6為本發明固定座的檢測與加工裝置之鏟花作業流程示意圖。

圖7為本發明固定座的檢測與加工裝置之掃描標準棒光滑面之量測示意圖。

圖8為本發明固定座的檢測與加工裝置之掃描固定座之安裝面量測示意圖。

圖9為本發明固定座的檢測與加工裝置之掃描標準棒光滑面之路徑示意圖。

圖10為本發明固定座的檢測與加工裝置之掃描固定座之安裝面量測示意圖。

1‧‧‧工具機

10‧‧‧底座

11‧‧‧進給平台

12‧‧‧工作平台

15‧‧‧刀具主軸

20‧‧‧光源單元

30‧‧‧樣標單元

31‧‧‧固定座

35‧‧‧標準棒

70‧‧‧鏟花單元

71‧‧‧座體

72‧‧‧移載座

75‧‧‧鏟刀

Claims (4)

  1. 一種固定座的檢測與加工裝置,其係應用於一工具機上,該固定座的檢測與加工裝置至少包含一光源單元、一樣標單元、一處理單元及一鏟花單元所組成;其中:該光源單元設於工具機中一可進行Z軸線性移動之刀具主軸上,該光源單元為一雷射位移計,其可投射一雷射光束做為檢測應用,又光源單元並連接處理單元,供將檢測資料傳送至處理單元,再者,該光源單元並透過一轉換單元連接處理單元,該轉換單元可選自類比訊號轉換成數位訊號之轉換器;該樣標單元設於工具機中待組裝之工作平台、進給平台或底座上,該樣標單元具有一固定座,且固定座上設有一水平之標準棒,又標準棒周緣頂面及端面分別具有一經研磨之光滑面,該水平之標準棒的水平光滑面上放置一電子水平儀,且該電子水平儀置於工具機待組裝之工作平台、進給平台或底座上,並記錄電子水平儀所測得之角度參數,而該電子水平儀可直接獲得一確切的數值,以避免人工判讀所產生的誤差,且該樣標單元可由工具機帶動呈X軸或Y軸方向進行線性移動;該處理單元包含有一資料擷取裝置及一參數調整裝置,該處理單元可抓取光源單元之檢測資料,且處理單元能 將檢測資料進一步規劃成鏟花路徑;該鏟花單元組設於刀具主軸上,該鏟花單元具有一可呈X軸向線性移動之鏟刀,且鏟花單元之移動係由處理單元操控。
  2. 一種應用固定座的檢測與加工裝置之作業方法,其至少包含有:流程(91),計算角度差,將樣標單元安裝於待組裝之工具機的進給平台或底座,接著計算該標準棒水平光滑面與底座或進給平台之軌道面的角度差;流程(92),繪製工件表面形貌,將具標準棒放置於工具機工作平台上,並以光源單元投射雷射光束於該樣標單元之固定座與標準棒表面進行掃描,並透過光源單元之光感測器抓取前述固定座與標準棒表面精度之原始參數值,且經傳送至處理單元計算原始參數值傾斜趨勢線與角度,並補償正該原始參數值的參數,依據補正後的參數,建立固定座安裝面的表面精度與高低分佈型態;流程(93),鏟花路徑規劃,依前述光源單元所抓取之資料計算安裝面的角度參數,同時依所得之各個角度參數與樣標單元安裝面之表面精度的高低分佈型態,求出應進行鏟花之區域,且由處理單元之內建程式進行路徑規劃; 流程(94),進行鏟花,將鏟花單元鎖設於刀具主軸底面,接著依前述之路徑規劃,透過處理單元操控鏟花單元之鏟刀對底座或進給平台等須進行鏟花之區域進行鏟花作業;流程(95),檢測鏟花結果,使用前述光源單元量測鏟花後之底座或進給平台的安裝面,檢測是否完全移除應進行鏟花區域,如未完成則進行流程(93),如已完成則結束鏟花作業。
  3. 如申請專利範圍第2 項所述之固定座的檢測與加工裝置之作業方法,其中該流程(91)中,可將一電子水平儀放置於標準棒周緣之水平光滑面上,以量測該樣標單元標準棒之光滑面的傾斜角度,之後將該電子水平儀放置於待組裝底座或進給平台之軌道面,以量測軌道面角度,最後計算該標準棒水平光滑面與底座或進給平台之軌道面的角度差,以減少人工誤判。
  4. 如申請專利範圍第2 項所述之固定座的檢測與加工裝置之作業方法,其中該流程(95)之後可加一流程(96),而流程(96)為檢測平行度,將樣標單元安裝於前述待組裝之工具機的底座或進給平台上,接著利用光源單元檢測鏟花後之底座或進給平台的軌道表面平行度是否達到要求,如未達到平行度要求,則重新進行流程(91)之計算 角度差,反之如達到平行度要求,則完成整個鏟花作業。
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