TWI633281B - 量測夾持裝置及量測方法 - Google Patents

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TWI633281B
TWI633281B TW106139955A TW106139955A TWI633281B TW I633281 B TWI633281 B TW I633281B TW 106139955 A TW106139955 A TW 106139955A TW 106139955 A TW106139955 A TW 106139955A TW I633281 B TWI633281 B TW I633281B
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Abstract

一種量測夾持裝置包含一夾具及一距離量測組。夾具包含一導引軌及二夾持臂。二夾持臂各包含一導引段、一銜接段及一夾持段，二銜接段的各相對二端分別連接導引段及夾持段，導引段可移動地設置於導引軌，二夾持段用以夾持加工件。距離量測組包含第一量測元件及第二量測元件。第一量測元件設置於其中一銜接段。第二量測元件設置於另一銜接段。其中，第一量測元件與第二量測元件分別可透過二導引段相對導引軌滑動，以令第一量測元件與第二量測元件互相靠近或遠離，並依據第一量測元件與第二量測元件之間距換算出二夾持段之間的間距。

Description

量測夾持裝置及量測方法
本發明係關於一種量測夾持裝置及量測方法，特別是一種適於量測加工件的量測夾持裝置及量測方法。
目前機械設備的金屬零件在製造的過程中，通常會經過多個加工程序，例如零件會先經過粗略加工，先將原材料的外型約略進行切割或是塑造成接近成品的樣子。接著，再藉由機械夾持手臂將零件送往精細加工處研磨以符合實際使用之尺寸大小的要求。
零件無論是在粗加工前或是精加工前，皆必須先了解零件的尺寸，才能精確的掌握零件尚需加工的幅度。然而，目前零件加工過程中，量測零件尺寸的方式大致上分為透過機器量測及人工量測的二種方式。機器量測的設備上又有分價錢高低之分，要價高的設備在量測零件尺寸的精度上雖然優於要價低的設備，但一般公司難以負擔其成本。相反地，要價低的設備成本雖然較為低廉，但其所量測出的零件尺寸精度不符合使用上的要求。另外，採用人工量測的方式雖然可解決量測零件尺寸之精度問題，但對於量測速度方面仍難以有效提升。
本發明在於提供一種量測夾持裝置及量測方法，藉以解決先前技術中量測精度高的量測機器成本較高、成本低的量測機器量測精度較差及人工量測速度慢的問題。
本發明之一實施例所揭露之一種量測夾持裝置包含一夾具及一距離量測組。夾具包含一導引軌及二夾持臂。二夾持臂各包含一導引段、一銜接段及一夾持段，二銜接段的各相對二端分別連接導引段及夾持段，導引段可移動地設置於導引軌，二夾持段用以夾持加工件。距離量測組包含第一量測元件及第二量測元件。第一量測元件設置於其中一銜接段。第二量測元件設置於另一銜接段。其中，第一量測元件與第二量測元件分別可透過二導引段相對導引軌滑動，以令第一量測元件與第二量測元件互相靠近或遠離，並依據第一量測元件與第二量測元件之間距換算出二夾持段之間的間距。
本發明之另一實施例所揭露之一種量測夾持裝置之量測方法包含下列步驟：透過二夾持臂夾持已知寬度之一標準加工件，以取得標準加工件的一第一寬度值。透過設置於二夾持臂之一第一量測元件與一第二量測元件取得第一量測元件與第二量測元件間的一第一間距值。比較第一寬度值與第一間距值，以取得第一間距值與第一寬度值之一差值關係。透過二夾持臂夾持未知寬度之一待測加工件，並取得第一量測元件與第二量測元件間之一第二間距值。透過第二間距值與差值關係獲得待測加工件之一第二寬度值。
根據上述實施例所揭露的量測夾持裝置及量測方法，因第一量測元件與第二量測元件為分別整合於二夾持臂上，故可在夾持加工件移動的過程中，一併量測加工件的尺寸。相較於夾持與量測分開作業的狀況來說，夾持與量測同時作業更可有效地縮短作業時間，進而提升整體加工件加工生產的過程之速度。
以上關於本發明內容的說明及以下實施方式的說明係用以示範與解釋本發明的原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。
請參閱圖1及圖2。圖1為根據本發明第一實施例所揭露的量測夾持裝置的立體示意圖。圖2為圖1的正視圖。
本實施例的量測夾持裝置10適於一加工件11，加工件11例如為經過粗略加工後的產品。量測夾持裝置10包含一夾具100及一距離測量組200。
夾具100包含一導引軌110及二夾持臂120。二夾持臂120各包含一導引段121、一銜接段122及一夾持段123，銜接段122的相對二端分別連接導引段121及夾持段123。二銜接段122之間的距離L1大於二夾持段123之間的距離L2。二導引段121可移動地設置於導引軌110，且其中一銜接段122具有一螺孔1221，以及二夾持段123用以夾持加工件11。
距離測量組200包含一第一量測元件210及一第二量測元件220，且第一量測元件210設置於其中一銜接段122，以及第二量測元件220設置於另一銜接段122。詳細來說，夾具100更包含一組裝套管130，且組裝套管130具有一外罩131。第一量測元件210裝設於組裝套管130內，並受到外罩131的包覆。組裝套管130表面上的螺紋螺合於螺孔1221內，以令組裝套管130可帶動第一量測元件210相對靠近或遠離第二量測元件220。此外，第一量測元件210與第二量測元件220分別可透過二導引段121相對導引軌110滑動，以令第一量測元件210與第二量測元件220互相靠近或遠離。
在本實施例中，組裝套管130的外罩131為可透視材質，但並不以此為限。在其他實施例中，組裝套管可無外罩的設置，即組裝套管可為一部份為可透視的材質，或是組裝套管可為整體非透視的材質。
在本實施例中，距離測量組200中的第一量測元件210與第二量測元件220例如分別為霍爾元件及磁鐵。藉由第一量測元件210與第二量測元件220之間的距離不同，第一量測元件210會感測出對應的電壓之特性，反覆的試驗電壓與距離之間的關係建立出電壓與距離之間的迴歸關係。因此，當第一量測元件210感測到一電壓值時，可藉由電壓距離之間的迴歸關係推求得知第一量測元件210與第二量測元件220之間的距離。
在本實施例中，為霍爾元件的第一量測元件210可透過組裝套管130相對為磁鐵的第二量測元件220移動的設置，並非用以限定本發明。在其他實施例中，可改為第二量測元件的磁鐵透過組裝套管相對第一量測元件的霍爾元件移動。
另外，在本實施例中，第一量測元件210與第二量測元件220分別為霍爾元件及磁鐵，但並不以此為限。在其他實施例中，第一量測元件可為電容式或電阻式的感測器，且第二量測元件可為金屬塊的設置。此外，距離測量組200為非接觸式的量測模組的設置，並非用以限定本發明。在其他實施例中，距離量測組亦可採用接觸式的感測元件，即第一量測元件及第二量測元件為相匹配的二接觸式量測元件，且第一量測元件或第二量測元件例如為三次元式探針。
接著說明一種適用於前述的量測夾持裝置10的量測方法，請參閱圖3至圖6，圖3為適用於量測夾持裝置的量測方法的流程圖。圖4為圖3的轉換關係資訊之迴歸曲線圖。圖5為圖1的量測夾持裝置夾持標準加工件的正視示意圖。圖6為圖1的量測夾持裝置夾持待測加工件的正視示意圖。
如圖3所示，量測夾持裝置10之量測方法，包含下列步驟：首先，如步驟S01取得第一量測元件210與第二量測元件220間之電性特性與間距的一轉換關係資訊。轉換關係資訊可以採用事預先規納好之電壓距離的轉換關係資訊，或是於量測前透過實驗建立轉換關係資訊。舉例來說，可藉由第一量測元件210感測到的電壓固定於1200 mV之下，反覆量測第二量測元件220與第一量測元件210之間的距離，並將多次量測出的距離平均，即可得知第一量測元件210在電壓1200mV之下所對應第一量測元件210與第二量測元件220之間的距離為97.736。以此類推，第一量測元件210於其他電壓下所對應之第一量測元件210與第二量測元件220之間的距離，亦是透過前述之方法推求得知。藉由前述之步驟所整理歸納之結果，如圖4及下表所示： <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 電壓(毫伏) </td><td> 磁鐵位置(公厘) </td></tr><tr><td> 第一次量測 </td><td> 第二次量測 </td><td> 第三次量測 </td><td> 第四次量測 </td><td> 第五次量測 </td><td> 第六次量測 </td></tr><tr><td> 1200 </td><td> -97.736 </td><td> -97.735 </td><td> -97.735 </td><td> -97.736 </td><td> -97.736 </td><td> -97.738 </td></tr><tr><td> 1300 </td><td> -97.584 </td><td> -97.586 </td><td> -97.585 </td><td> -97.586 </td><td> -97.587 </td><td> -97.59 </td></tr><tr><td> 1400 </td><td> -97.418 </td><td> -97.423 </td><td> -97.423 </td><td> -97.425 </td><td> -97.426 </td><td> -97.428 </td></tr><tr><td> 1500 </td><td> -97.241 </td><td> -97.243 </td><td> -97.244 </td><td> -97.245 </td><td> -97.245 </td><td> -97.248 </td></tr><tr><td> 1600 </td><td> -97.042 </td><td> -97.045 </td><td> -97.044 </td><td> -97.046 </td><td> -97.046 </td><td> -97.05 </td></tr><tr><td> 1700 </td><td> -96.818 </td><td> -96.82 </td><td> -96.819 </td><td> -96.82 </td><td> -96.826 </td><td> -96.826 </td></tr><tr><td> 1800 </td><td> -96.563 </td><td> -96.563 </td><td> -96.566 </td><td> -96.565 </td><td> -96.571 </td><td> -96.571 </td></tr><tr><td> 1900 </td><td> -96.269 </td><td> -96.266 </td><td> -96.268 </td><td> -96.269 </td><td> -96.275 </td><td> -96.275 </td></tr><tr><td> 2000 </td><td> -95.917 </td><td> -95.917 </td><td> -95.919 </td><td> -95.913 </td><td> -95.927 </td><td> -95.929 </td></tr><tr><td> 2100 </td><td> -95.49 </td><td> -95.488 </td><td> -95.492 </td><td> -95.484 </td><td> -95.503 </td><td> -95.498 </td></tr><tr><td> 2200 </td><td> -94.954 </td><td> -94.949 </td><td> -94.954 </td><td> -94.952 </td><td> -94.968 </td><td> -94.965 </td></tr></TBODY></TABLE>
如圖3及圖5所示，接著，如步驟S02，透過二夾持臂120夾持已知寬度W1之一標準加工件12，以取得標準加工件12的一第一寬度值。接著，如步驟S03透過第一量測元件210與第二量測元件220之間的電性特性與轉換關係資訊之比較，獲得第一量測元件210與第二量測元件220之間的第一間距值。再來，如步驟S04，比較第一間距值與第一寬度值，以取得第一間距值與第一寬度值之一差值關係。
舉例來說，若以二夾持臂120夾持已知寬度W1為80mm的標準加工件12，此時第一量測元件210所感測的電壓值為1400mV。第一量測元件210所感測的電壓透過轉換關係資訊之比較獲得第一量測元件210與第二量測元件220之間的第一間距值為97.423m。接著，將第一間距值扣除第一寬度值即可獲得差值關係為17.423。也就是說，差值關係為二夾持臂120夾持標準加工件12的狀態下，第一量測元件210與第二量測元件220之間的距離與標準加工件12之已知寬度W1的差值。因此，透過差值關係可得知第一量測元件210與第二量測元件220分別至二夾持臂120的夾持段123之水平距離L3、L4之合。
如圖3及圖6所示，接著，如步驟S05，透過二夾持臂120夾持未知寬度W2之一待測加工件13，並如步驟S06，透過第一量測元件210與第二量測元件220之間的電性特性與轉換關係資訊之比較，獲得第一量測元件210與第二量測元件220之間的第二間距值。接著，如步驟S07，透過第二間距值與差值關係獲得待測加工件13之一第二寬度值。接著，判斷第二寬度值是否落在一合格區間內。若是，則待測加工件13為良品。若否，則待測加工件13為不良品，且待測加工件13需再進行修割切削
舉例來說，若二夾持臂120夾持未知寬度W2的待測加工件13的狀態下，第一量測元件210所測得的電壓為1600mV，且經由轉換關係資訊獲得相對應之第一量測元件210與第二量測元件220之間的第二間距值為97.046mm。接著，透過第二間距值扣除前述之差值關係，即可得知待測加工件13的第二寬度值為79.623。換句話說，在得知第一量測元件210與第二量測元件220之間的距離為後，扣除掉第一量測元件210與第二量測元件220分別至二夾持段123之水平距離L3、L4的合，即為二夾持段123所夾持的待測加工件13的寬度W2。接著，在得知待測加工件13的寬度W2後，即可判斷待測加工件13的寬度W2是否落在合格區間。即，判斷待測加工件13的寬度W2是否符合要求。若是，則待測加工件13可再進行下階段的加工。若否，則待測加工件13回到前一階段再進行修補切割。
依據實務經驗，電壓與距離之間的迴歸關係於不同的電壓區間所對應的距離與實際量測的距離之間具有誤差。本實施例如圖4所示，霍爾元件之電壓在1200 mV至1600mV、1600mV至1900mV及1900mV至2200mV的三種電壓區間，所對應的距離與實測之距離的最大誤差分別為2μ、3μ及4μ。也就是說，若在量測時，第一量測元件210之電壓落在1200 mV至1600mV的區間內，則第一量測元件210與第二量測元件220所量測出來之尺寸誤差較小，其中電壓與距離之間的迴歸關係曲線中成線性關係為霍爾元件最佳解析位置。
因此，實際量測時，可先調整組裝套管130的位置，使得二夾持臂120夾持標準加工件12的時候，第一量測元件210與第二量測元件220的電壓恰落在1200 mV至1600mV的區間，進而提升距離量測組200的量測精度。或是，藉由第一量測元件210所感應的電壓判斷是否第一量測元件210與第二量測元件220之間的距離是否位於較佳的電壓距離轉換位置，以提升後續量測未知寬度的待測加工件13的精度。
另外，第二量測元件220磁力大小會影響不同電壓區間的範圍，以及位於不同電壓區間所對應的距離與實測之距離的最大誤差。詳細來說，若採用磁力較強的磁鐵作為第二量測元件220，雖然各電壓區間的範圍縮小，但位於不同電壓區間所對應的距離與實測之距離的最大誤差亦縮小。相反地，若採用磁力較弱的磁鐵作為第二量測元件220，雖然各電壓區間的範圍增加，但位於不同電壓區間所對應的距離與實測之距離的最大誤差亦隨之增加。因此，在挑選作為第二量測元件220的磁鐵時，必須從中取得平衡。
請參閱圖7，圖7為圖1的量測夾持裝置應用於加工產線之示意圖。
透過量測夾持裝置10搭配前述的量測方法，可令加工件11在被量測夾持裝置10夾持的過程中，即可得知此加工件11的寬度，並判斷此加工件11是否位於粗加工後的容許寬度範圍內。若加工件11位於容許寬度範圍之外，則可另外搭配後端處理計算單元20，計算此加工件尚需修正的幅度，並再透過量測夾持裝置10將此加工件11送回粗加工處300進行修正。相反地，若加工件11位於容許範圍內，則後端處理計算單元20則會進行計算接下來精細加工所需的微調的幅度，並再藉由量測夾持裝置10送至精加工處400進行研磨。
由此可知，量測夾持裝置10於夾持加工件11的同時一併進行寬度量測，以及判斷加工件11是否符合容許寬度的範圍，並計算加工件11退回粗加工處300或是前往精加工處400尚需加工的幅度，最後再搬運至粗加工處300或精加工處400。即，量測夾持裝置10在夾持加工件11時將量測、尺寸鑑別及搬運合併為一個動作，因此可大幅提高量測的效率。
前述實施例的第一量測元件210可透過組裝套管130朝第二量測元件220以調整兩者之距離，但並不以此為限。在其他實施例中，第一量測元件可固定於夾持臂的銜接段上。
根據上述實施例所揭露的量測夾持裝置及量測方法，因第一量測元件與第二量測元件整併於量測夾持裝置的二夾持臂上，並利用量測方法中的第一量測元件與第二量測元間之間的電壓與距離之迴歸關係推求加工件的寬度，使得在二夾持臂夾持加工件移動的過程中，一併測量加工件的尺寸。因此，相較於夾持與量測為二分開的作業，夾持與量測同時作業更可有效地縮短作業時間，進而提升整體加工件加工生產的過程之速度。
此外，於二夾持臂夾持加工件的過程中，可再搭配後端處理計算單元，以增加鑑別受測的加工件寬度是否達到要求的能力，並判斷後續尚需加工的幅度。
再者，量測夾持裝置在夾持加工件並量測寬度時，可透過組裝套管螺入或螺出的方式調整第一量測元件與第二量測元件之間的距離，以令第一量測元件與第二量測元件之間的距離可調整至較佳的電壓距離轉換位置，以進一步提升量測夾持裝置量測加工件的精度。
雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧量測夾持裝置
11‧‧‧加工件
12‧‧‧標準加工件
13‧‧‧待測加工件
20‧‧‧後端處理計算單元
100‧‧‧夾具
110‧‧‧導引軌
120‧‧‧夾持臂
121‧‧‧導引段
122‧‧‧銜接段
1221‧‧‧螺孔
123‧‧‧夾持段
130‧‧‧組裝套管
131‧‧‧外罩
200‧‧‧距離測量組
210‧‧‧第一量測元件
220‧‧‧第二量測元件
300‧‧‧粗加工處
400‧‧‧精加工處
L1、L2、L3、L4‧‧‧距離
W1、W2‧‧‧寬度
S01~S07‧‧‧步驟
圖1為根據本發明第一實施例所揭露的量測夾持裝置的立體示意圖。 圖2為圖1的正視圖。 圖3為適用於量測夾持裝置的量測方法的流程圖。 圖4為圖3的轉換關係資訊之迴歸曲線圖。 圖5為圖1的量測夾持裝置夾持標準加工件的正視示意圖。 圖6為圖1的量測夾持裝置夾持待測加工件的正視示意圖。 圖7為圖1的量測夾持裝置應用於加工產線之示意圖。

Claims (22)

  1. 一種量測夾持裝置，適於一加工件，包含： 一夾具，包含：一導引軌；以及二夾持臂，二夾持臂各包含一導引段、一銜接段及一夾持段，該二銜接段的各相對二端分別連接該導引段及該夾持段，該導引段可移動地設置於該導引軌，該二夾持段用以夾持該加工件； 以及一距離量測組，包含：一第一量測元件，設置於其中一該銜接段；以及一第二量測元件，設置於另一該銜接段； 其中，該第一量測元件與該第二量測元件分別可透過該二導引段相對該導引軌滑動，以令該第一量測元件與該第二量測元件互相靠近或遠離，並依據該第一量測元件與該第二量測元件之間距換算出該二夾持段之間的間距。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之量測夾持裝置，其中更包含一組裝套管，該二夾持臂中的其中一該銜接段具有一螺孔，該第一量測元件設置於該組裝套管，且該組裝套管螺合該螺孔，以令該組裝套管可帶動該第一量測元件相對靠近或遠離該第二量測元件。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之量測夾持裝置，其中該組裝套管具有一外罩，該外罩為可透視材質。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之量測夾持裝置，其中該第一量測元件為霍爾元件，該第二量測元件為磁鐵。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之量測夾持裝置，其中該第一量測元件為電容式感測器，該第二量測元件為金屬塊。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之量測夾持裝置，其中該第一量測元件為電阻式感測器，該第二量測元件為金屬塊。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之量測夾持裝置，其中該第一量測元件與該第二量測元件分別為相匹配的二接觸式量測元件。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之量測夾持裝置，其中該第一量測元件或該第二量測元件為三次元式探針。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之量測夾持裝置，其中調整該第一量測元件與該第二量測元件之間的距離不同，該第一量測元件會感測出對應的電壓之特性，反覆的試驗電壓與距離之間的關係建立出電壓與距離之間的一迴歸關係曲線。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之量測夾持裝置，其中該第一量測元件感測到一電壓值時，可藉由電壓距離之間的該迴歸關係曲線推求得知該第一量測元件與該第二量測元件之間的距離。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之量測夾持裝置，其中電壓與距離之間的該迴歸關係曲線中成線性關係為霍爾元件最佳解析位置。
  12. 一種量測夾持裝置之量測方法，包含下列步驟： 透過二夾持臂夾持已知寬度之一標準加工件，以取得該標準加工件的一第一寬度值；透過設置於該二夾持臂之一第一量測元件與一第二量測元件取得該第一量測元件與該第二量測元件間的一第一間距值；比較該第一間距值與該第一寬度值，以取得該第一間距值與該第一寬度值之一差值關係；透過該二夾持臂夾持未知寬度之一待測加工件，並取得該第一量測元件與該第二量測元件間之一第二間距值；以及透過該第二間距值與該差值關係獲得該待測加工件之一第二寬度值。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之量測夾持裝置之量測方法，其中，在透過該二夾持臂夾持已知寬度之該標準加工件，以取得該標準加工件的該第一寬度值的步驟前，更包含： 取得該第一量測元件與該第二量測元件間之電性特性與間距的一轉換關係資訊。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之量測夾持裝置之量測方法，其中，透過設置於該二夾持臂之一該第一量測元件與該第二量測元件取得該第一量測元件與該第二量測元件間的該第一間距值的步驟中，更包含： 透過該第一量測元件與該第二量測元件之間的電性特性與該轉換關係資訊之比較，獲得該第一量測元件與該第二量測元件之間的該第一間距值。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之量測夾持裝置之量測方法，其中，透過該二夾持臂夾持未知寬度之該待測加工件，並取得該第一量測元件與該第二量測元件間之該第二間距值的步驟中，更包含： 透過該第一量測元件與該第二量測元件之間的電性特性與該轉換關係資訊之比較，獲得該第一量測元件與該第二量測元件之間的該第二間距值。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之量測夾持裝置之量測方法，其中，透過該第二間距值與該差值關係獲得該待測加工件之一第二寬度值後，更包含： 判斷該第二寬度值是否落在一合格區間內；若是，則該待測加工件為良品；以及若否，則該待測加工件為不良品，且該待測加工件需再進行修割切削。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之量測夾持裝置之量測方法，其中該第一量測元件為霍爾元件，該第二量測元件為磁鐵。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之量測夾持裝置之量測方法，其中該第一量測元件為電容式感測器，該第二量測元件為金屬塊。
  19. 如申請專利範圍第12項所述之量測夾持裝置之量測方法，其中該第一量測元件為電阻式感測器，該第二量測元件為金屬塊。
  20. 如申請專利範圍第12項所述之量測夾持裝置之量測方法，其中該第一量測元件與該第二量測元件分別為相匹配的二接觸式量測元件。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之量測夾持裝置之量測方法，其中該第一量測元件或該第二量測元件為三次元式探針。
  22. 如申請專利範圍第13項所述之量測夾持裝置之量測方法，其中該第一量測元件與該第二量測元件間之電性特性與間距的一轉換關係資訊中成線性關係為霍爾元件最佳解析位置。
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