TWI539138B - 內螺紋內徑的測量方法 - Google Patents

Description

內螺紋內徑的測量方法

本發明係關於一種內螺紋內徑的測量方法，特別係應用於測量運動模組的內螺紋內徑。

滾珠螺桿為一種廣泛應用在工具機、光電設備、半導體設備或精密醫療設備等精密設備中的運動模組，實為一重要的傳動元件，其設置之目的在於提供精密的傳動功能，藉由機械操作中的旋轉運動與直線運動，進而使承載的機台或物件於直線方向上進行作動。

隨著技術的發展，滾珠螺桿的動作在精密度上的要求也愈高，其中，直接關係到螺桿與其他元件連結的就是螺帽，透過螺帽內螺紋的螺合，使滾珠能在螺紋上的溝槽滾動，達到連結與傳動之目的。

但是，在螺帽的製造過程中，如果內螺紋內徑無法達到預設精度，或是內徑長不一致，除了導致螺桿無法順利與其他元件連結之外，也會造成滾珠無法順利在螺紋的溝槽中滾動，影響到滾珠螺桿的傳動機能，所以如何檢測出螺紋內徑是否達到預設精度，內徑是否均一，實為業界中關心的課題。

請參照圖1所示，其係為習知技術中測量螺帽其內螺紋內徑的方法示意圖，測量器1具有刻度尺11、伸縮彈簧12、桿體13、旋鈕14及測量夾15。桿體13具有移動桿131及固定桿132，移動桿131套接於固定桿132中，刻度尺11與移動桿131連接。測量夾15具有第一夾部151與第二夾部152，且第二夾部152固設於固定桿132上，而第一夾部151則固設於移動桿131上。測量時，首先使測量夾15的第一夾部151和第二夾部152兩者併合，並觀察刻度尺11之刻度值是否歸零，若已歸零則旋上旋 鈕14，固定移動桿13，使第一夾部151和第二夾部152保持併合狀態，而伸縮彈簧12處於被壓縮狀態。接著，把第一夾部151與第二夾部152併合的測量夾15伸入待測螺帽S的內部，然後旋開旋鈕14，藉由伸縮彈簧12由被壓縮狀態伸展後所釋放的彈力來推動移動桿13，使第一夾部151遠離第二夾部152，且刻度尺11亦因移動桿131的移動而連帶移動。待第一夾部151與第二夾部152張開至恰好抵住待測螺帽S的內螺紋S1表面為止，再鎖上旋鈕14來固定刻度尺11及測量夾15，此時刻度尺11上的讀數即為待測螺帽S其內螺紋S1的內螺紋內徑L1。

然而，此測量器1在長久的使用下，伸縮彈簧12會因為反復進行壓縮與伸展動作的緣故，除了造成一定程度的磨損外，也會產生彈性疲勞，進而影響測量時移動桿131的移動位準，讓測量精度大幅降低，同時因為測量器1具有伸縮彈簧12、旋鈕14等精密的元件，結構複雜，生產過程中需要投入複雜的技術與其他精密製造儀器，具有一定的製造難度，導致測量器1的成本提高，平時保養困難。更進一步，測量器1所能測量的範圍係取決於伸縮彈簧12的規格，無法靈活地對應某些特殊規格的螺紋內徑，亦無法再針對更細部的內徑長度做微調。

因此，如何提供一種內螺紋內徑的測量方法，除了可簡單且精確地進行測量外，也易於應用在各種具有內螺紋的產品，並具有元件製造容易、生產成本低廉、構造簡單且容易保養的功效，同時還能靈活地對應各種螺紋內徑長度，亦可針對測量所需做細部的微調，已成為重要的課題。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種內螺紋內徑的測量方法，其係適用於測量運動模組的內螺紋內徑，無需利用組成複雜的構件，且尺寸規格單純，故可降低相關測量組件的整體生產與組裝成本，且適用於量測各型態及規格的內螺紋內徑。

為達上述目的，依據本發明之一種內螺紋內徑的測量方法，其係用於測量一運動模組的內螺紋內徑，內螺紋內徑的測量方法係包含下 列步驟：提供一中空保持器，中空保持器設有複數固持孔，將複數鋼珠分別嵌設於該等固持孔；將中空保持器與運動模組螺合，使該等鋼珠與運動模組的內螺紋卡合；以及提供複數金屬桿，選擇該等金屬桿的其中之一插入中空保持器。

本發明之內螺紋內徑的測量方法，在一實施例中，運動模組係為滾珠螺桿的螺帽。

本發明之內螺紋內徑的測量方法，在一實施例中，各鋼珠僅於各固持孔中旋動。

本發明之內螺紋內徑的測量方法，在一實施例中，該等固持孔係於中空保持器上對應該內螺紋排列。

本發明之內螺紋內徑的測量方法，在一實施例中，還包含下列步驟：當所選擇的金屬桿僅能部分插入中空保持器時，選擇另一金屬桿插入中空保持器。

本發明之內螺紋內徑的測量方法，在一實施例中，該等金屬桿的直徑彼此互為等差關係。

本發明之內螺紋內徑的測量方法，在一實施例中，該等金屬桿的直徑彼此相差至少0.001mm。

本發明之內螺紋內徑的測量方法，在一實施例中，該等鋼珠具有相同的直徑。

本發明之內螺紋內徑的測量方法，在一實施例中，中空保持器係以3D印表機製作。

本發明之內螺紋內徑的測量方法，在一實施例中，內螺紋內徑等於兩倍鋼珠直徑與金屬桿直徑的和。

承上所述，本發明之內螺紋內徑的測量方法，藉由上述的實施例構成，能夠簡單且精確地測量內螺紋內徑。由於測量方法僅需使用中空保持器、鋼珠、金屬桿等元件，故測量方法中使用元件的複雜度亦因之降低，也易於應用在各種具有內螺紋的相關元件中，例如是應用在滾珠螺桿的螺帽。同時，因為使用元件的組成結構簡單，尺寸規格相對單純，除了製造容易、生產成本低廉之外，也有利於平日的保養。更進一步，由於 本發明係使用複數個不同直徑大小的金屬桿進行測量，因此可靈活地對應量測各種預設精度的內螺紋內徑，根據實際測量的情況進行對應的細部調整，達到精確測量之目的。

1‧‧‧測量器

11‧‧‧刻度尺

12‧‧‧伸縮彈簧

13‧‧‧桿體

131‧‧‧移動桿

132‧‧‧固定桿

14‧‧‧旋鈕

15‧‧‧測量夾

151‧‧‧第一夾部

152‧‧‧第二夾部

31‧‧‧運動模組

311、S1‧‧‧內螺紋

32‧‧‧中空保持器

321‧‧‧外表面

322‧‧‧內表面

323‧‧‧固持孔

33‧‧‧鋼珠

34‧‧‧金屬桿

B‧‧‧(鋼珠)直徑

D‧‧‧(金屬桿)直徑

L、L1‧‧‧內螺紋內徑

P‧‧‧阻止點

S‧‧‧待測螺帽

S01~S04‧‧‧步驟

圖1為習知技術中測量螺帽其內螺紋內徑的示意圖。

圖2為本發明之一實施例之步驟流程圖。

圖3為本發明之一實施例所使用之量測元件示意圖。

圖4為圖3所示之中空保持器螺合運動模組的過程示意圖。

圖5為圖3中A-A切線的放大剖面圖。

圖6為圖3所示之金屬桿插入中空保持器的立體示意圖。

圖7至圖8為圖3所示之金屬桿插入中空保持器的剖面示意圖。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種內螺紋內徑的測量方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

請同時參照圖2與圖3，其中，圖2係為本發明之一實施例之步驟流程圖，圖3係為本發明之一實施例所使用之量測元件示意圖。測量運動模組31的內螺紋內徑時，在步驟S01中，首先提供一中空保持器32，中空保持器32係具有外表面321與內表面322，中空保持器32係設置有複數個固持孔323，該等固持孔323貫穿外表面321及內表面322。中空保持器32可藉由射出成型、金屬切削，或者是透過3D列印的方式形成。接著，提供複數個鋼珠33，將該等鋼珠33分別地嵌設在該等固持孔323中。

必須注意的是，在本實施例中，中空保持器32係以圓柱狀的中空框體為例，然而本發明並不以此為限。中空保持器32可根據測量之運動模組31的形狀做對應的變化，例如是圓柱狀體、三角柱狀體、四角柱狀體或六角柱狀體等多角柱狀體，對應搭配適當的設置或是插入方式，以進行後續量測，本實施例係選用圓柱狀的中空框體說明。另外，本實施例的運動模組31係以滾珠螺桿的螺帽為例，本發明亦不以此為限，亦即運動 模組31可以是各種其它具有內螺紋的元件，例如是線性傳動模組的移動本體。

接著，在步驟S02中，將中空保持器32往運動模組31的開口，也就是往運動模組31的軸向插入，使中空保持器32與運動模組31螺合。螺合的過程係如圖4所示。圖4係為中空保持器32螺合運動模組31的過程示意圖。其中必須說明的是，中空保持器32上的固持孔323係設計為對應運動模組31其內螺紋的螺旋方向。換句話說，設置在中空保持器32上而貫穿外表面321及內表面322的該等固持孔323，其排列方向係對應內螺紋311的螺旋方向。透過前述的對應關係，使中空保持器32與運動模組31螺合後，該等鋼珠33得以藉此卡合於運動模組31的內螺紋311中。

值得一提的是，各鋼珠33嵌設在各固持孔323的狀態係如圖5所示，圖5係為圖3中A-A切線的放大剖面圖。其中，嵌設在固持孔323中的鋼珠33只能在固持孔323中旋動。換句話說，鋼珠33無法相對於固持孔323及中空保持器32做橫向與軸向的移動。藉由前述構成，不同於一般滾珠螺桿中，滾珠會隨著螺紋溝槽進行循環移動。上述中空保持器32螺合運動模組31的過程中，即是藉由鋼珠33在固持孔323中旋動，使中空保持器32能往運動模組31的內部螺合旋入。

接著，在步驟S03中，提供複數個金屬桿34，並選擇該等金屬桿34的其中之一插入中空保持器32，也就是將金屬桿34朝向中空保持器32的中空部分往中空保持器32的軸向方向插入。金屬桿34完成插入動作後的狀態係如圖6及圖7所示，圖6係為金屬桿34插入中空保持器32的立體示意圖，圖7係為金屬桿34尚未完全插入中空保持器32的剖面示意圖。

金屬桿34完成插入後，如圖7所示，運動模組31其內螺紋內徑L的長度即相當於鋼珠33之直徑B的兩倍與金屬桿34之直徑D的和。並且，由於該等鋼珠33之直徑B為已知之數值，同時選擇插入至中空保持器32的金屬桿34其直徑D同樣亦為已知，藉此即可計算出所欲測量之內螺紋內徑L的長度。

本發明之內螺紋內徑的測量方法還更可包括一步驟S04，在 步驟S04中，若是當所選擇的金屬桿34僅能部分插入中空保持器32，也就是呈現如圖8的狀態，金屬桿34無法完整地插入中空保持器32時，即停止插入動作，取出金屬桿34，選擇另一個直徑較小的金屬桿34插入至中空保持器32，重複前述動作，直到所選擇的金屬桿34可完整地插入中空保持器32中，呈現如圖7的狀態為止。

必須提醒的是，步驟S03與步驟S04中，在選擇插入的金屬桿34時，並非是選擇直徑外觀上明顯地小於內螺紋內徑的金屬桿34，而是選擇直徑外觀上接近內螺紋內徑的金屬桿34。同時，在插入金屬桿34時，上述所謂之金屬桿34僅能部分插入中空保持器32的狀態，指的是測量者在施予一般推進力的情況下，金屬桿34已經推進至無法插入的情況，並非是指測量者過分地強制施力將金屬桿34插入的情況。

此外，本實施例之內螺紋內徑的測量方法所使用之複數金屬桿34的數量可為8支，該等金屬桿34的直徑彼此互為等差關係，其等差關係的數值較佳為相差0.001毫米(mm)至0.2毫米之間的任意數值。舉例來說，當等差值為0.001毫米時，將各金屬桿34的直徑由大至小排列後，直徑第一長的金屬桿34與直徑第二長的金屬桿34在直徑長度上會相差0.001毫米(1微米，1μm)。同樣地，直徑第二長的金屬桿34與直徑第三長的金屬桿34在直徑長度上也會相差0.001毫米，以此類推。然金屬桿34的直徑等差數值可以根據欲測量之運動模組的內螺紋或者是金屬桿製作模具的規格做適當地選擇，例如是0.005毫米(5微米)、0.01毫米(10微米)、0.05毫米(50微米)、0.1毫米(100微米)、0.2毫米(200微米)等長度。

值得一提的是，選擇測量的金屬桿時，也可以是將不同直徑規格的金屬桿混用，換句話說，所選擇的複數金屬桿其直徑彼此並非成等差關係。例如直徑第一長的金屬桿與直徑第二長的金屬桿相差為1微米，但直徑第二長的金屬桿與直徑第三長的金屬桿相差卻為10微米，相差的數值同樣是能根據測量之運動模組的內螺紋做適當地選擇，惟本發明中金屬桿直徑相差的最大數值如上所舉例之規格較佳為200微米。又，在上述實施例中，金屬桿34的數量係以8支為例，但不以此為限。金屬桿34的數量可根據測量之運動模組31的內螺紋內徑預設精度來變化，或者是對應製 作過程中模具開模的數量做對應地變化，例如是4支、6支、或10支等數量。

而實際測量時，可自具有最大直徑的金屬桿34開始依序測試。亦即，於步驟S02執行完畢(中空保持器32已以軸向方向螺合運動模組31)後，執行步驟S03時，係先挑選具有最大直徑的金屬桿34插入中空保持器32，若該具有最大直徑的金屬桿34無法插入(包含無法完整插入的情況)中空保持器32，則取出該最大直徑的金屬桿34，並且換上具有次長直徑的金屬桿34再行插入。如此依序選用次一直徑長的金屬桿34，直至選擇到可完整插入中空保持器32的金屬桿34，則此時即可利用該金屬桿34的直徑D以前述方式來計算內螺紋內徑L的長度，以及判斷運動模組31的內螺紋內徑L是否達到預設精度。

又，本實施例之中空保持器32除了可使用一般模具的射出成型方法製作之外，也可以是使用3D印表機列印的方式來製作，惟本發明不限制於此方式，可根據實際的測量成本或者是機具需求，來做適當的變化。本實施例的中空保持器32係以3D印表機列印的方式做說明，以達到製造容易、生產成本低廉的目標。又，本發明之鋼珠33、金屬桿34的生產方式同樣並不做任何方式的限制，惟鋼珠與金屬桿的製造方式係為本發明所屬領域技術具有通常知識者的基礎知識，因此在這裡不再贅述。

請再次參照圖7與圖8，依據本實施例之內螺紋內徑的測量方法，當金屬桿34可完整地插入中空保持器32時，金屬桿34其內螺紋內徑L的長度即相當於鋼珠33直徑B的兩倍與金屬桿34直徑D的和。另一方面，當金屬桿34無法完整地插入中空保持器32時，也就是如圖8所示的狀態，金屬桿34僅能部分插入中空保持器32時，阻止金屬桿34插入的阻止點P即代表著內螺紋311所具有的瑕疵點。換句話說，本實施例之內螺紋內徑的測量方法不僅能測量出內螺紋內徑L的長度，同時也能檢測出運動模組31所具有之內螺紋311的瑕疵位置，能進一步幫助提升運動模組的生產良率。

綜上所述，本發明之內螺紋內徑的測量方法，藉由使用上述實施例中所述的各量測元件，能夠簡單且精確地測量出內螺紋內徑的長 度。亦即，由於測量方法只使用到中空保持器、鋼珠、金屬桿等元件，故測量方法中使用元件的複雜度亦因之降低，也易於應用在各種具有內螺紋的相關元件中，例如是應用在滾珠螺桿的螺帽。同時，因為使用元件的組成結構簡單，尺寸規格相對單純，除了製造容易、生產成本低廉之外，也有利於平日的保養。更進一步，由於本發明係使用複數個不同直徑大小的金屬桿進行測量，因此可靈活地對應量測各種預設精度的內螺紋內徑，根據實際測量的情況進行對應的細部調整，達到精確測量之目的。又，在插入測試的過程中，透過發現阻止金屬桿插入的阻止點，還能檢測出待測之運動模組的內螺紋瑕疵位置，可進一步提升運動模組的生產良率。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

S01~S04‧‧‧步驟

Claims (10)

1. 一種內螺紋內徑的測量方法，其係用於測量一運動模組的內螺紋內徑，該內螺紋內徑的測量方法係包含下列步驟：提供一中空保持器，該中空保持器設有複數固持孔，將複數鋼珠分別嵌設於該等固持孔；將該中空保持器與該運動模組螺合，使該等鋼珠與該運動模組的內螺紋卡合；以及提供複數金屬桿，選擇該等金屬桿的其中之一插入該中空保持器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之內螺紋內徑的測量方法，其中該運動模組係為滾珠螺桿的螺帽。
3. 如申請專利範圍第1項所述之內螺紋內徑的測量方法，其中各該鋼珠僅於各該固持孔中旋動。
4. 如申請專利範圍第1項所述之內螺紋內徑的測量方法，其中該等固持孔係於該中空保持器上對應該內螺紋排列。
5. 如申請專利範圍第1項所述之內螺紋內徑的測量方法，還包含下列步驟：當所選擇的該金屬桿僅能部分插入該中空保持器時，選擇另一金屬桿插入該中空保持器。
6. 如申請專利範圍第5項所述之內螺紋內徑的測量方法，其中該等金屬桿的直徑彼此互為等差關係。
7. 如申請專利範圍第6項所述之內螺紋內徑的測量方法，其中該等金屬桿的直徑彼此相差至少0.001毫米。
8. 如申請專利範圍第1項所述之內螺紋內徑的測量方法，其中該等鋼珠具有相同的直徑。
9. 如申請專利範圍第1項所述之內螺紋內徑的測量方法，其中該中空保持器係以3D印表機製作。
10. 如申請專利範圍第1項所述之內螺紋內徑的測量方法，其中該內螺紋內徑等於兩倍該鋼珠直徑與該金屬桿直徑的和。