TWI647037B - 治具校正裝置與方法 - Google Patents

Abstract

一種治具校正裝置，包含：工作台利用第一固定元件固定支撐單元； 多軸旋轉平台設置於工作台上，多軸旋轉平台具有旋轉平台孔洞以及與多軸旋轉平台控制單元連接，多軸旋轉平台控制單元控制多軸旋轉平台旋轉；中繼底板設置於多軸旋轉平台與支撐單元上，利用第二固定元件將多軸旋轉平台與中繼底板固定；治具利用第三固定元件固定於中繼底板上；銑床主軸與刀把和銑床主軸控制單元連接，銑床主軸控制單元用於控制銑床主軸移動，並透過與銑床主軸連接的刀把以探測治具，因此本發明利用多軸旋轉平台來實現治具校正，有效提升校正的速度與精度。

Description

治具校正裝置與方法

本發明提供一種校正方法，特別的是一種用於治具的校正裝置與方法。

傳統治具的校正方法會於銑床主軸上裝上千分表，透過人工的方式使用千分表量測治具是否偏移，若有偏移則手動進行調整治具的位置，進而反覆的進行多次檢查及調整，但透過此方法進而耗時又費力。在銑床中又分為單主軸銑床與多主軸銑床，其中，在單主軸銑床的應用中，大部分還是以人工的方式調整治具位置，其中也有透過在得到偏移量後不是對治具進行校正，而是調整銑床的程式座標系去對正治具方位，此方法雖可彌補治具偏移造成工件上的加工尺寸誤差，但因程式座標系未與銑床主軸的機械座標系進行校正，進而導致加工後易在工件上留下較多的刀紋，而此方法無法滿足對刀紋要求較高的產業，例如：手機外殼。

另外，在多主軸銑床機的應用中，例如：在多主軸銑床機中利用8個銑床主軸同時對8個工件進行加工，因主軸與主軸間的機構關係是固定的，在同時為各工件進行加工時，因這些工件擺放在治具上，而每一個治具的擺放位置要完全一樣才能加工出同樣精度的產品。然而，人工校正的結果容易受環境限制影響，很難確保校正結果的精度及可靠度。另外，在多主軸機內， 多個治具會矩陣式排在一起，其中對於中心治具外圍之四周的治具在校正時會不好校正，且在校正後四周的治具與中心治具的姿態會有不同，因此利用人工手動校正的方式難度高，難以保證校正後的姿態與其他治具相同，進而影響加工的結果。

而傳統治具的校正流程，如圖1A~圖1B所示的傳統校正方法，首先手動操作銑床主軸靠近治具側面W，直到千分表碰到治具側面W的A點並記錄千分表數值，接著操作銑床主軸沿著X軸方向移動到B點，藉由千分表數值跳動情況可得到治具偏移方向，並手動調整治具方向，例如利用膠鎚輕敲治具，讓治具往適當的位置偏移，並重複A點至B點，且透過千分表數值跳動情況來校正治具，並轉到正確的位置為止；下一步，手動操作銑床主軸靠近治具側面L，直到千分表碰到C點並記錄千分表數值，接著操作銑床主軸沿著Y軸方向移動到D點，藉由千分表數值跳動情況，可得到治具偏移方向，並再次手動調整治具方向，例如利用膠鎚輕敲治具，並重複C點至D點，且透過千分表數值跳動情況來校正治具，並轉到正確的位置為止；下一步，以手動方式操作銑床主軸靠近治具側面H，直到千分表碰到E點並記錄千分表數值，接著操作銑床主軸沿著Z軸方向移動到F點，藉由千分表數值跳動情況，可得到治具偏移方向，並手動調整治具，例如利用膠鎚輕敲治具，讓治具往適當的位置偏移，並且重複E點至F點，且透過千分表數值跳動情況來校正治具，並轉到正確的位置為止，最後鎖緊治具，並再次利用上述步驟及校正方式針對尚未校正的治具進行校正，直到所有治具都完成校正為止。因此，銑床加工前需要手動調整治具去對準銑床主軸的X軸、Y軸以及Z軸方向，經常要耗費大量的時間，特別是多主軸的銑床加工，且加工前要對多個治具進行校正，不僅費時，且每一個治具的校正誤差都不同，影響加工效果甚鉅。

本發明主要的目的是提供了一種治具校正裝置與方法，其主要是利用多軸旋轉平台來實現治具的自動校正，可有效提升校正的速度與精度，並確保校正結果的可靠度。

根據上述目的，本發明提供一種治具校正裝置，包含：工作台上設置有多個支撐單元並利用多個第一固定元件將這些支撐單元固定在工作台上；多軸旋轉平台設置於工作台上，其中多軸旋轉平台具有多個旋轉平台孔洞以及與多軸旋轉平台控制單元連接，多軸旋轉平台控制單元用以控制多軸旋轉平台旋轉；中繼底板設置於多軸旋轉平台與些支撐單元上，且中繼底板具有多個中繼底板貫穿孔，並利用多個第二固定元件貫穿每一個中繼底板貫穿孔與每一個旋轉平台孔洞，將多軸旋轉平台與中繼底板固定；治具，設置於中繼底板上，且利用多個第三固定元件將治具固定在中繼底板上；以及銑床主軸與刀把和銑床主軸控制單元連接，銑床主軸控制單元用於控制銑床主軸移動，並透過與銑床主軸連接的刀把以探測治具之位置。

根據上述目的，本發明還揭露一種利用治具校正裝置的方法，其包含：利用銑床主軸控制單元控制銑床主軸移動，並透過與銑床主軸連接的刀把以探測治具之位置，並根據所探測的位置計算治具的偏移量；銑床主軸控制單元將計算後的偏移量傳送於多軸旋轉平台控制單元；多軸旋轉平台控制單元根據偏移量旋轉多軸旋轉平台並同時帶動中繼底板，進而調整治具的位置；以及當治具到達根據偏移量所移動到的位置後，利用固定夾具將中繼底板與支撐單元進行固定，並將固定於中繼底板貫穿孔與旋轉平台孔洞的固定元件移除，並拆下多軸旋轉平台。

綜合上述，本發明提供了一種治具校正裝置與方法，根據多軸旋轉平台進行旋轉並帶動中繼底板上的治具來達到校正之功能，並節省校正的人力，有效解決單軸銑床及多軸銑床在治具校正上碰到的困境。

1‧‧‧治具校正裝置

2‧‧‧工作台

3‧‧‧支撐單元

4‧‧‧多軸旋轉平台

41‧‧‧旋轉平台孔洞

42‧‧‧多軸旋轉平台控制單元

5‧‧‧中繼底板

51‧‧‧中繼底板貫穿孔

6‧‧‧治具

61‧‧‧中心點

7‧‧‧銑床主軸

71‧‧‧銑床主軸控制單元

8‧‧‧刀把

91‧‧‧第一固定元件

92‧‧‧第二固定元件

S01~S06‧‧‧治具校正流程

圖1A、圖1B為根據傳統校正方法示意圖。

圖2為根據本發明所揭露的技術，表示治具校正裝置示意圖。

圖3為根據本發明所揭露的技術，表示治具校正系統示意圖。

圖4為根據本發明所揭露的技術，表示治具校正流程示意圖。

圖5A~圖5B為根據本發明所揭露的技術，表示接觸式探針刀把探測治具之理想與實際示意圖。

圖6A~圖6B為根據本發明所揭露的技術，表示影像感測刀把探測治具之理想與實際示意圖。

本發明之優點及特徵以及達到其方法將參照例示性實施例及附圖進行更詳細的描述而更容易理解。然而，本發明可以不同形式來實現且不應被理解僅限於此處所陳述的實施例。相反地，對所屬技術領域具有通常知識者而言，所提供的此些實施例將使本揭露更加透徹與全面且完整地傳達本發明的範疇。

請參考圖2與圖3所示，為本發明一較佳實施例之治具校正裝置示意圖以及治具校正系統示意圖，其中，圖3是根據圖2刀具的治具校正裝置示 意圖進一步說明治具校正系統之流程。在治具校正裝置1主要包含有工作台2、支撐單元3、多軸旋轉平台4、中繼底板5、治具6、銑床主軸7與刀把8所組成；工作台2上設置有多個支撐單元3，且支撐單元3與工作台2透過第一固定元件91進行固定。其另外工作台2上還具有多軸旋轉平台4，此多軸旋轉平台4設置於多個支撐單元3之間以及設置於工作台2上但不會與工作台2進行固定，其中多軸旋轉平台4具有多個旋轉平台孔洞41以及與多軸旋轉平台控制單元42連接，而多軸旋轉平台控制單元42是用於控制多軸旋轉平台4進行轉動，另外，多軸旋轉平台4可拆卸，不需要在每一台治具校正裝置1上都配置一個多軸旋轉平台4；中繼底板5設置於多軸旋轉平台4與多個支撐單元3之上，其中中繼底板5透過多個支撐單元3進行支撐，而不會跟多軸旋轉平台4進行接觸，另外中繼底板5具有多個中繼底板貫穿孔51，且中繼底板5與多軸旋轉平台4之間利用第二固定元件92貫穿多個中繼底板貫穿孔51與多個旋轉平台孔洞41，將多軸旋轉平台4與中繼底板5進行固定。在本發明中，第一固定元件91為螺絲、螺栓或是鉚釘，第二固定元件92為銷釘或是銷栓。

另外，治具校正裝置1中的治具6，是設置於中繼底板5上，並利用多個第三固定元件(未顯示於圖式中)將治具6固定在中繼底板5上，其中第三固定元件為螺絲、螺栓或是鉚釘；而治具校正裝置1中的銑床主軸7是設置於治具6之上，且銑床主軸7與刀把8以及與銑床主軸控制單元71連接，其中，治具校正裝置1中的銑床主軸7可為單軸銑床或多軸銑床，以及與銑床主軸7連接的刀把8可為接觸式探針刀把或影像感測刀把，其中，銑床主軸控制單元71用於控制銑床主軸7移動，並透過與銑床主軸7連接的刀把8以探測治具6，並將所探測到的治具6的 位置進行偏移量的計算，計算後的偏移量傳輸於多軸旋轉平台控制單元42，而多軸旋轉平台控制單元42根據計算後的偏移量來控制多軸旋轉平台4進行轉動。

接著，請繼續參考圖2與圖3所示，首先在治具校正裝置1的外部先利用第三固定元件將治具6固定於中繼底板5上，接著在治具校正裝置1中將兩個支撐單元3利用第一固定元件91分別固定於工作台2上，再接著將固定於中繼底板5上的治具6設置於支撐單元3上，並透過支撐單元3來之支撐固定於中繼底板5上的治具6，以及在兩個支撐單元3之間、中繼底板5下方放入多軸旋轉平台4，此時中繼底板5與多軸旋轉平台4兩者之間是不接觸，因此利用第二固定元件92貫穿多個中繼底板貫穿孔51與多個旋轉平台孔洞41，將多軸旋轉平台4與中繼底板5進行固定。

當需對治具校正裝置1中的治具6進行校正時，首先，銑床主軸控制單元71控制銑床主軸7移動，並透過與銑床主軸7連接的刀把8以探測治具6，而所探測到的位置透過銑床主軸控制單元71來計算治具6的偏移量，計算後的偏移量透過通訊連接方式傳送於多軸旋轉平台控制單元42。此時，多軸旋轉平台控制單元42根據計算後的偏移量來旋轉多軸旋轉平台4，並同時帶動中繼底板5，進而調整治具6的位置。當治具6根據計算後的偏移量到達所移動到的位置後，透過固定夾具(未顯示於圖式中)將中繼底板5與支撐單元3進行固定，並將第二固定元件92拆下，此時，多軸旋轉平台4與中繼底板5之間並無相互固定，而拆卸後的多軸旋轉平台4不會影響已經校正好的治具6的位置。在本實施例中，通訊連接方式包括I/O(Input/Output)介面、並列通訊介面、串列通訊介面或乙太網通訊介面等通訊方式。

接著，請參考圖4並同時配合圖5A、圖5B、圖6A及圖6B，其中，圖4為本發明另一較佳實施例之治具校正流程示意圖、圖5A、圖5B為接觸式探針刀把探測治具之理想與實際示意圖及圖6A及圖6B為影像感測刀把探測治具之理想與實際示意圖。

首先步驟S01，執行治具6之偏移量的檢測。在此步驟中是透過銑床主軸控制單元71控制銑床主軸7移動，並透過與銑床主軸7連接的刀把8以探測治具6，而刀把8包含接觸式探針刀把或影像感測刀把，所以其探測方式包含接觸式探針刀把探測治具或影像感測刀把探測治具的兩種方式。

在一較佳實施例中，當使用接觸式探針刀把來探測治具6時，如圖5A所示，其探測方式為：銑床主軸控制單元71已知治具6在理想位置時的A、B、C以及D各點的座標。接著請參考圖5B，當接觸式探針刀把靠近治具6的側面W時，接觸到治具6的側面W的A1點，進而獲得真實點A1點的座標為(A_x，A_y)，接著接觸式探針刀把沿著側面W方向朝B1點前進，可以獲得真實點B1點的座標為(B_x，B_y)，並重複將接觸式探針刀把在A1點及B1點之間移動，進而獲得更準確的真實的A1點及B1點的兩點座標。再接著，將接觸式探針刀把靠近治具6的側面L，接觸到治具6的側面L的C1點，進而獲得真實點C1點的座標為(C_x，C_y)，接著沿著側面L方向朝著D1點前進，就得到真實點D1點的座標為(D_x，D_y)，同樣的，將接觸式探針刀把重複在C1點及D1點移動，進而獲得更準確的真實的C1點與D1點的兩點座標。因此，已知理想位置時A、B、C以及D各點的座標以及所探測後獲得真實A1、B1、C1以及D1各點的座標，並求出治具6之偏移量的關係。

在另一較佳實施例中，是利用影像感測刀把來探測治具6，如圖6A所示。當銑床主軸控制單元71控制銑床主軸7移動，並透過與銑床主軸7連接的影像感測刀把移動至治具6之理想位置的正上方為治具6的正中心點61時，透過影像感測刀把進行拍照，並記錄治具6之理想位置的輪廓線段E、F、G與H的線段；在接著請參考圖6B所示，當進行更換另一治具6時透過影像感測刀把在另一治具6之實際位置，並根據原本理想位置正上方治具6的正中心點61的位置，再次透過影像感測刀把進行拍照，並記錄另一治具6之實際位置的輪廓線段E1、F1、G1與H1的線段，因此獲得治具6之理想位置的輪廓線段E、F、G與H的線段以及另一治具6之實際位置的輪廓線段E1、F2、G1與H1的線段，並進行求出治具6之偏移量的關係。

接著步驟S02，銑床主軸控制單元71計算治具6之偏移量，當使用接觸式探針刀把來探測治具，因次獲得探測治具後的A1、B1、C1以及D1各點的座標，而銑床主軸控制單元71並透過A1、B1、C1以及D1的座標並依據三角函數計算其偏移量；其中以A1點的座標為(A_x，A_y)、B1點的座標為(B_x，B_y)計算其偏移量，並由X軸方向求其A1至B1所呈現的θ，若計算出來的θ若為正，則表示治具6是呈現逆時鐘偏θ度，則多軸旋轉平台控制單元42需控制多軸旋轉平台4進行順時鐘偏θ度進行校正，其三角函數公式為： 例如：當A1點的座標為(2，2)、B1點的座標為(4，4)，其θ角度為45度，則表示治具6是呈現逆時鐘偏45度，則多軸旋轉平台控制單元42需將多軸旋轉平台進行順時鐘偏45度，來對多軸旋轉平台進行校正；另外，若是由以C1 點的座標為(C_x，Cy)、D1點的座標為(D_x，Dy)計算其偏移量，並由Y軸方向求其C1至D1所呈現的θ1，若計算出來的θ1若為正，則表示治具6是呈現逆時鐘偏θ1度，則多軸旋轉平台控制單元42需控制多軸旋轉平台4進行順時鐘偏θ1度，來對多軸旋轉平台4進行校正，其三角函數公式為： 例如：當C1點的座標為(-1，1)、D1點的座標為(-2，1+)，其θ1角度為30度，因此則表示治具6是呈現逆時鐘偏30度，則多軸旋轉平台控制單元42需將多軸旋轉平台4進行順時鐘偏30度，來對多軸旋轉平台4進行校正。

在另一較佳實施例中，當使用影像感測刀把來探測治具6，進而獲得治具6之理想位置的輪廓線段E、F、G與H的線段以及另一治具6之實際位置的輪廓線段E1、F2、G1與H1的線段，而銑床主軸控制單元71並根據治具6之實際位置的輪廓線段E、F、G與H的線段以及另一治具6之實際位置的輪廓線段E1、F2、G1與H1的線段計算其治具6之偏移量，其偏移量的計算是根據當平面中已知兩直線可利用內積公式算出其夾角，故可求出兩個角度偏移量θ2及θ3，並將兩個角度偏移量求平均，可得到較準確的治具6之角度偏移量θ=(θ2+θ3)/2；以及求其理想位置的輪廓線段E、F、G與H的線段與實際位置的輪廓線段E1、F2、G1與H1的線段的每一線段的方程式，而平面中已知兩直線可求出其交點，因此藉由線段E、F求其交點為P，線段E1、F1求其交點為P1，並比較兩張圖的交點P與P1位置，其位置是根據公式：δ=P1-P計算方式進而可獲得X軸-Y軸偏移量。

再接著步驟S03~S06，當銑床主軸控制單元71控制銑床主軸7移動，並透過與銑床主軸7連接的刀把8以探測治具6後，經過銑床主軸 控制單元71計算後獲得其偏移量，計算後的偏移量透過通訊連接方式傳送至多軸旋轉平台控制單元42，而多軸旋轉平台控制單元42根據偏移量進而旋轉多軸旋轉平台4並同時帶動中繼底板5，進而調整治具6的位置。當治具6根據計算後的偏移量到達所移動到的位置後，透過固定夾具將中繼底板5與支撐單元3進行固定，接著將第二固定元件92拆下，此時多軸旋轉平台4與中繼底板5之間並無相互固定，而拆卸後的多軸旋轉平台4不會影響已校正好的治具6的位置，而對於未校正的治具6則重複步驟S01~S06，直到所有治具6都完成校正。

上述所述者僅為本專利之較佳實施例，舉凡依本專利精神所作之等效修飾或變化，依照相同概念所提出之治具校正裝置的結構與功效，皆應仍屬本專利涵蓋之範圍內。

Claims (10)

1. 一種治具校正裝置，包含：一工作台，該工作台上設置有多個支撐單元並利用多個第一固定元件將該些支撐單元固定在該工作台上；一多軸旋轉平台，該多軸旋轉平台設置於該工作台上，其中該多軸旋轉平台具有多個旋轉平台孔洞以及與一多軸旋轉平台控制單元連接，該多軸旋轉平台控制單元用以控制旋轉該多軸旋轉平台；一中繼底板，該中繼底板設置於該多軸旋轉平台與該些支撐單元上，其中該中繼底板具有多個中繼底板貫穿孔，並利用多個銷釘貫穿每一該中繼底板貫穿孔與每一該旋轉平台孔洞，將該多軸旋轉平台與該中繼底板固定；一治具，設置於該中繼底板上，且利用多個第三固定元件將該治具固定在該中繼底板上；以及一銑床主軸，該銑床主軸與一刀把和一銑床主軸控制單元連接，該銑床主軸控制單元用於控制銑床主軸移動，並透過與該銑床主軸連接的該刀把以探測該治具。
2. 如請求項1所述的治具校正裝置，其中該刀把更包括一接觸式探針刀把或一影像感測刀把。
3. 如請求項1所述的治具校正裝置，其中該多軸旋轉平台控制單元與該銑床主軸控制單元可進行一通訊連接。
4. 如請求項3所述的治具校正裝置，其中該通訊連接方式包括一I/O介面、一並列通訊介面、一串列通訊介面或一乙太網通訊介面。
5. 如請求項1所述的治具校正裝置，其中該銑床主軸包括一單軸銑床或一多軸銑床。
6. 一種利用申請專利範圍第1項所述之治具校正裝置的方法，其包含：利用該銑床主軸控制單元控制銑床主軸移動，並透過與該銑床主軸連接的該刀把以探測該治具之一位置，並根據所探測的該位置依據三角函數計算該治具的一偏移量；該銑床主軸控制單元將計算後的該偏移量傳送於該多軸旋轉平台控制單元；該多軸旋轉平台控制單元根據該偏移量旋轉該多軸旋轉平台並同時帶動該中繼底板，進而調整該治具的該位置；以及當該治具到達根據該偏移量所移動到的該位置後，利用一固定夾具將該中繼底板與該支撐單元進行固定，並將固定於該中繼底板貫穿孔與該旋轉平台孔洞的該些銷釘移除，並拆下該多軸旋轉平台。
7. 如請求項6所述的方法，其中該刀把更包括一接觸式探針刀把或一影像感測刀把。
8. 如請求項6所述的的方法，其中該多軸旋轉平台控制單元與銑床主軸控制單元可進行一通訊連接。
9. 如請求項6所述的方法，其中該通訊連接方式包括一I/O介面、一並列通訊介面、一串列通訊介面或一乙太網通訊介面。
10. 如請求項6所述的方法，其中該銑床主軸包括一單軸銑床或一多軸銑床。