TWI558978B - 真圓度量測裝置及真圓度量測方法 - Google Patents

Description

真圓度量測裝置及真圓度量測方法

本發明是有關於一種量測裝置及量測方法，尤其是有關於一種真圓度量測裝置及真圓度量測方法。

真圓度測量裝置通過將圓筒物等具有圓形截面的被測物(工件)裝載在可轉動的載物臺上，使測量端子接觸工件的表面，測量檢出隨著工件轉動而產生的測量端子的位移，來測量圓形截面的外形形狀。

就目前一般真圓度量測儀有兩種不同設計：一為旋轉量測器式(Rotating sensor type)；一為旋轉工作台式(Rotating table type)，即工件旋轉，探頭固定。不論使用那一種真圓度量測儀，該真圓度量測儀之機構必包含一旋轉軸。在使用真圓度量測儀時，不可避免的，一台高精度的真圓度量測儀，仍存在部分的旋轉軸誤差。

舉例來說，目前常用的真圓度儀的量測方法係將待測件夾緊於一旋轉台中心上並用單一接觸或非接觸式位移計量測旋轉時的輪廓變化量，但是，通常沒考慮到旋轉平台徑向跳動或偏心置放時所產生的誤差。

詳細而言，由於目前的真圓度儀只有一個探針， 需假設旋轉待測物旋轉180度時沒有偏心現象才可進行真圓度的量測。因此，當待測物放置於旋轉工作台上，待測物的轉軸與旋轉平台的軸心不同時，不能知道待測物的實際直徑或半徑，只能量得半徑的變化量。

本發明提供了一種真圓度量測裝置及真圓度量測方法，以解決先前技術所造成的問題。

根據本發明一實施例，其揭露了一種真圓度量測方法包括以下步驟。承載並轉動待測物於轉盤上。驅動二量測單元的二量測平面而分別抵接於待測物的相對兩側，其中二量測單元設置於轉盤的相對兩側，且二量測平面彼此平行且垂直轉盤的頂面。在轉動轉盤一圈時，間隔的量測二量測平面的最短直線距離而產生一變化資訊。在轉盤轉動一圈後，經由處理單元接收變化資訊而產生量測資訊。

根據本發明另一實施例，其揭露了一種真圓度量測裝置，包括：轉盤、二量測單元以及一處理單元。一轉盤用以承載並轉動一待測物。二量測單元設置於轉盤的相對兩側，每一量測單元具有量測平面，二量測平面彼此平行且垂直轉盤的頂面，用以分別抵接於待測物的相對兩側，其中當轉盤轉動一圈時，二量測單元間隔的量測二量測平面的最短直線距離而產生一變化資訊。處理單元電性連接量測單元，用以在轉盤轉動一圈後，接收變化資訊而產生量測資訊。

本發明實施例的真圓度量測裝置經由兩相對的量測平面來抵推地夾持待測物，並在待測物轉動時量測待測物的真圓度，量測平面可避免待測物上下移動時待測物的量 測點偏位而產生的量測誤差，同時，還可避免待測物與轉盤不同軸心時產生的誤差，是故，真圓度量測裝置可準確的量測待測物的平均直徑、待測物的平均半徑及待測物的轉動時的半徑變化量，進一步地真圓度量測裝置還可得到待測物的軸心與轉盤的軸心的最短直線距離，也就是待測物的軸心與轉盤的軸心的偏心距離。另一方面，本實施例的真圓度量測裝置在待測物的軸心與轉盤的軸心未同心時，仍可準確的測量出待測物的真圓度。

100‧‧‧真圓度量測裝置

110‧‧‧轉盤

120‧‧‧量測單元

120a‧‧‧第一量測單元

120b‧‧‧第二量測單元

122‧‧‧量測平面

122a‧‧‧第一量測平面

122b‧‧‧第二量測平面

124‧‧‧彈性件

126‧‧‧測量件

130‧‧‧處理單元

200‧‧‧待測物

為讓本發明之敘述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：圖1係繪示依照本發明一實施例的一種真圓度量測裝置的立體圖。

圖2係繪示沿圖1之真圓度量測裝置的上視圖。

圖3A~3C係繪示本發明一實施例的一種真圓度量測方法的步驟流程圖。

請參照圖1，其繪示依照本發明一實施例的一種真圓度量測裝置的立體圖。如圖1所示，一種真圓度量測裝置100，包括：轉盤110、二量測單元120以及一處理單元130。

轉盤110用以承載並轉動一待測物200，也就是說待測物200可承載於轉盤110上。在本實施例中，待測物200可為一圓柱體或一圓球體，但不以此為限。

二量測單元120設置於轉盤110的相對兩側，每 一量測單元120具有量測平面122，二量測平面122彼此平行且垂直轉盤110的頂面。量測平面122可分別抵接於待測物200的相對兩側，當轉盤110轉動一圈時，二量測單元120間隔的量測二量測平面122的最短直線距離而產生一變化資訊。在本實施例中，量測平面122可為硬質平面，且每一量測單元120具有一彈性件124，連接對應的量測平面122，量測單元120可透過彈性件124彈性地抵推量測平面122，使得量測平面122可穩定的抵接於待測物200。

另一方面，每一量測單元120可包含測量件126，用以量測對應的量測平面122在間隔地轉動角度時的位移變化，位移變化可為平行待測物200接觸二量測平面122的相對兩端點的連線的位移量的變化，其中，位移變化也就是變化資訊的其中一種參數，但不以此為限。也就是說，當轉盤110旋轉而帶動待測物200轉動時，測量件126可量測待測物200轉動時的位移變化。在本實施例中，測量件126可為接觸式測量件也可為非接觸式測量件，舉例來說，測量件126可為光學式測量件，但不以此為限。

處理單元130電性連接量測單元120，用以在轉盤110轉動一圈後，接收變化資訊而產生量測資訊，而可得知待測物200的真圓度及其他相關的資訊。舉例來說，該量測資訊為待測物200的平均直徑、待測物200的平均半徑、待測物200的轉動時的半徑變化量或待測物200的軸心與轉盤110的軸心的最短直線距離。在本實施例中，處理單元130可為一電腦，但不以此為限。

應了解到，由於本實施例是以量測平面122來量測待測物200的真圓度，當待測物200的量測點因其軸心與 轉盤110軸心偏移或待測物200本身構形的關係而使得量測平面122與待測物200的量測點上下移動時，待測物200的量測點仍可穩定的抵接於量測平面122上，使得本實施例的量測單元120可穩定的量測待測點的位移變化。同時地，以量測平面122來量測待測物200的量測點，也可使本實施例的真圓度量測方法不需考量待測物200的量測點上下移動時的位移變化即可量測待測物200的真圓度。

請進一步參照圖3A~3C，其繪示本發明一實施例的一種真圓度量測方法的步驟流程圖。

如圖3A所示，將兩個量測單元120可定義為第一量測單元120a具有第一量測平面122a及第二量測單元120b具有第二量測平面122b，其中第一量測平面122a及第二量測平面122b彼此緊貼並位於轉盤110的軸心點或此點的鄰近位置，因此第一量測平面122a與第二量測平面122b接觸點的最短距離Ra及第二量測平面122b與第一量測平面122a接觸點的最短距離Rb讀值都設為0。應了解到，此為限圖3A中第一量測平面122a與第二量測平面122b兩平面的接觸位置可不必在軸心上，可如圖3B的右偏位置，但不以此為限。

之後，如圖3B所示，先將第一量測平面122a與第二量測平面122b各自分別沿一直線方向彼此遠離地外移，將待測物200置入於轉盤110靠近軸心位置，然後，第一量測平面122a與第二量測平面122b分別沿直線方向移回直到分別接觸待測物200兩的相對側面，此時轉盤110尚未帶動待測物200轉動，故待測物200的轉動角θ=0，此時，第一量測單元120a的讀值為Ra(0)，Ra(0)也就是指第一量測平面 122a上的待測物200的量測點與原始Ra設為0點的間距，第二量測單元120b的讀值為Rb(0)，Rb(0)也就是指第二量測平面122b上的待測物200的量測點與原始Rb設為0點的間距。待測物200的軸心O位置於Xo(0)處。之後，轉盤110開始進行旋轉量測，於轉動各θ角位置時讀取第一量測單元120a的讀值Ra(θ)及第二量測單元120b的讀值Rb(θ)。

之後，經由處理單元130將第一量測單元120a的讀值Ra(θ)及第二量測單元120b的讀值Rb(θ)量測值進行數據的處理，首先，將改成以Ra(0)為基準值，也就是將Ra(0)的值設為0，因此，第一量測單元120a的在待測物200未轉動時的更改後的讀值Ra’(0)=Ra(0)-Ra(0)=0；第一量測單元120a的在待測物200轉動θ角時的更改後的讀值Ra’(θ)=Ra(θ)-Ra(0)；第二量測單元120b的在待測物200轉動θ角時的更改後的讀值Rb’(θ)=Ra(0)+Ra(0)+Rb(0)-Rb(θ)；因此，可由上式得到待測物200的平均直徑Davg=SUM[Ra’(θ)+Rb’(θ)]/N(N總量測點數)，也就是說，平均直徑Davg為在待測物200轉動一圈的過程中量測N次Ra’(θ)+Rb’(θ)的值，並將其平均而可得到待測物200的平均直徑Davg，因此，待測物200的平均半徑Ravg=Davg/2，也就是說，待測物200的平均半徑為平均直徑的一半。

此時，將未轉動(θ=0)時的待測物200的軸心設為一基準點，且θ=0是設定在待測物200的軸心指向Ra的方向，也就是說，未轉動(θ=0)時的待測物200的半徑變化量△r(θ=0)=△r(0)為0，則Ra’(0)+Rb’(0)=Davg+△r(180)(△r(180)為待測物200未轉動時θ=180度位置點的半徑變化 量)，而可得知待測物200未轉動時θ=180度位置點的半徑變化量△r(180)=Ra’(0)+Rb’(0)-Davg。同時，待測物200的軸心O位置Xo=Rb’(0)-△r(180)-Ravg(式1)。

如圖3C所示，當待測球轉動θ角時因轉盤110的轉軸與待測物200的轉軸不平行產生的徑向運動(Radial motion)或待測物200的軸心的位置與轉盤110的軸心不同心而產生的偏心(Centering error)現象，則待測物200的軸心會偏移E(θ)的距離而到O’的位置，此時 轉動θ角的待測物200的軸心O’位置為：Xo’(θ)=Xo+E(θ)=Rb’(θ)-△r(θ)-Ravg (式2)；同時，第一量測單元120a的在待測物200轉動θ角時的更改後的讀值Ra’(θ)還可表示為：Ra’(θ)=Ra’(0)-E(θ)+△r(θ) (式3)；第二量測單元120b的在待測物200轉動θ角時的更改後的讀值Rb’(θ)還可表示為：Rb’(θ)=Rb’(0)+E(θ)+△r(θ+180)-△r(180) (式4)；此時未知數為待測物200的軸心偏移距離E(θ)、轉動θ時的待測物200的半徑變化量△r(θ)、待測物200轉動(θ+180)度時的待測物200的半徑變化量△r(θ+180)，由(式1)可知Xo=Rb’(0)-△r(180)-Ravg

由(式2)可知Xo’(θ)=Xo+E(θ)=Rb’(θ)-△r(θ)-Ravg；故Rb’(0)-△r(180)-Ravg+E(θ)=Rb’(θ)-△r(θ)-Ravg。

由上式可得：E(θ)+△r(θ)=Rb’(θ)-Rb’(0)+△ r(180) (式5)；同理，由式(3)可知：-E(θ)+△r(θ)=Ra’(θ)-Ra’(0)............................................................(式6)

故由(式5)加上(式6)可得待測物200轉動θ度時的半徑變化量△r(θ)。

待測物200轉動θ度時的半徑變化量△r(θ)可表示為△r(θ)=[Ra’(θ)+Rb’(θ)-Ra’(0)-Rb’(0)+△r(180)]/2(式7)

將(式7)帶入(式3)可得到待測物200在轉動θ度時的軸心偏移量E(6)可表示為E(θ)=Ra’(0)-Ra’(θ)+△r(θ) (式8)

因此，待測物200的半徑變化量可由(式7)得知，且待測物200的軸心偏移量E(θ)，也就是指待測物200的徑向誤差可由(式8)得知。

由上述本發明實施例可知，應用本發明具有以下優點。本發明實施例的真圓度量測裝置經由兩相對的來抵推地夾持待測物，並在待測物轉動時量測待測物的真圓度，量測平面可避免待測物上下移動時待測物的量測點偏位而產生的量測誤差，同時，還可量測出待測物與轉盤不同軸心時產生的誤差，是故，真圓度量測裝置可準確的量測待測物的平均直徑、待測物的平均半徑及待測物的轉動時的半徑變化量，進一步地真圓度量測裝置還可得到待測物的軸心與轉盤的軸心的最短直線距離，也就是待測物的軸心與轉盤的軸心的偏心距離。另一方面，本實施例的真圓度量測裝置在待測物的軸心與轉盤的軸心未同心時，仍可準確的測量出待測物的真圓度。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧真圓度量測裝置

110‧‧‧轉盤

120‧‧‧量測單元

122‧‧‧量測平面

130‧‧‧處理單元

200‧‧‧待測物

Claims (10)

1. 一種真圓度量測方法，包括：承載並轉動一待測物於一轉盤上；驅動二量測單元的二量測平面而分別抵接於該待測物的相對兩側，其中該二量測單元設置於該轉盤的相對兩側，且該二量測平面彼此平行且垂直該轉盤的頂面；在轉動該轉盤一圈時，間隔的量測該二量測平面的最短直線距離而產生一變化資訊；以及在該轉盤轉動一圈後，經由一處理單元接收該些變化資訊而產生一量測資訊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之真圓度量測方法，其中該量測資訊為該待測物的平均直徑、該待測物的平均半徑、該待測物的轉動時的半徑變化量以及該待測物轉動時的軸心偏移量。
3. 如申請專利範圍第1項所述之真圓度量測方法，其中該待測物為一圓球體或一圓柱體。
4. 如申請專利範圍第1項所述之真圓度量測方法，其中每一該量測單元具有一彈性件，連接對應的該量測平面，用以彈性地抵推該量測平面。
5. 如申請專利範圍第1項所述之真圓度量測方法，其中每一該量測單元包含一測量件，用以量測對應的該量測平 面在間隔地轉動該角度時一位移的位移變化，該位移平行該待測物接觸該二量測平面的相對兩端點的連線。
6. 一種真圓度量測裝置，包括：一轉盤，用以承載並轉動一待測物；二量測單元，設置於該轉盤的相對兩側，每一該量測單元具有一量測平面，該二量測平面彼此平行且垂直該轉盤的頂面，用以分別抵接於該待測物的相對兩側，其中當該轉盤轉動一圈時，該二量測單元間隔的量測該二量測平面的最短直線距離而產生一變化資訊；以及一處理單元，電性連接該量測單元，用以在該轉盤轉動一圈後，接收該些變化資訊而產生一量測資訊。
7. 如申請專利範圍第6項所述之真圓度量測裝置，其中該量測資訊為該待測物的平均直徑、該待測物的平均半徑、該待測物的轉動時的半徑變化量以及該待測物轉動時的軸心偏移量。
8. 如申請專利範圍第6項所述之真圓度量測裝置，其中該待測物為一圓球體或一圓柱體。
9. 如申請專利範圍第6項所述之真圓度量測裝置，其中每一該量測單元具有一彈性件，連接對應的該量測平面，用以彈性地抵推該量測平面。
10. 如申請專利範圍第6項所述之真圓度量測裝置，其 中每一該量測單元包含一測量件，用以量測對應的該量測平面在間隔地轉動該角度時一位移的位移變化，該位移平行該待測物接觸該二量測平面的相對兩端點的連線。