TWI690385B

TWI690385B - 具隨意偏心軌道運動速度檢測的研磨工具機

Info

Publication number: TWI690385B
Application number: TW108123003A
Authority: TW
Inventors: 邦和陳
Original assignee: 鼎朋企業股份有限公司
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2020-04-11
Also published as: TW202100294A

Abstract

一種具隨意偏心軌道運動速度檢測的研磨工具機，該研磨工具機包含一本體及一研磨盤，該本體包含一驅動軸及一連接該研磨盤並相對該驅動軸具有一偏心距離的工具保持件，該研磨盤於該驅動軸轉動時以一隨意偏心軌道運動進行研磨。其中，該研磨盤於面對該本體一側設有至少一用以檢測該隨意偏心軌道運動的速度的被檢測件，該至少一被檢測件界定出一範圍大於或等於兩倍該偏心距離的檢測區域。藉此，即可取得該研磨盤進行該隨意偏心軌道運動時的準確速度，令逐漸以自動化進行的精密研磨可更精確地控制研磨作業。

Description

具隨意偏心軌道運動速度檢測的研磨工具機

本發明涉及一種研磨工具機結構，尤指一種於一研磨墊界定出一用以檢測隨意偏心軌道運動速度的檢測範圍的研磨工具機。

進行研磨作業或拋光作業的動力工具，業界普遍稱為研磨工具機，前述研磨工具機所屬一研磨盤的驅動方式及運動模式主要可分為三種，逐一解釋如後。

請參閱圖1，第一種驅動方式是將一馬達31的一驅動軸311直接連接該研磨盤30，因採直接驅動，該研磨盤30的每分鐘旋轉次數(RotationPer Minute，簡稱RPM)即等於該驅動軸311的轉速，於擬檢測該研磨盤30轉速時僅需取得該驅動軸311的轉速即可。另一方面，於此驅動方式中，該研磨盤30上的各點均相對該驅動軸311進行同心運動，運動軌跡如圖2上的箭頭40所示。再者，於美國專利US 2005/0245183中亦可見此種驅動方式。

請參閱圖3，第二種驅動方式則是令該研磨盤30裝配於一相對該驅動軸311為偏心的偏心軸32上，該偏心軸32相對該驅動軸311具有一偏心距離321，該偏心軸32藉由一工具保持件33連接該驅動軸311，其中，該工具保持件33為一培林。再者，該研磨盤30與該驅動軸311之間更設有至少一自轉限制件34，該自轉限制件34是由彈性材料所製成，該自轉限制件34限制該研磨盤30僅能相對該驅動軸311做偏心軌道運動而不能進行自由的自轉運動(Free Rotation Motion)，該研磨盤30的運動軌跡如圖4所示。進一步地，該研磨盤30上任一點均相對該驅動軸311進行偏心軌道運動，運動半徑等於該偏心距離321。於此種驅動方式中，該研磨盤30是與該驅動軸311同步，也就是說，該研磨盤30的運動速度等於該驅動軸311的轉速。因此，擬取得該研磨盤30的每分鐘偏心軌道運動次數(Orbital Motions Per Minute，簡稱OPM)僅需取得該驅動軸311的轉速即可。

請參閱圖5，第三種驅動方式與第二種驅動方式近似，差異在於第三種驅動方式不具有該自轉限制件34，相關專利可見美國專利US6,004,197、US6,979,254、US6,855,040等。該研磨盤30與該驅動軸311不具有直接的連動關係，該研磨盤30的轉動是透過令該馬達31轉動到一定速度，該偏心軸32上產生慣性離心力(Inertial Centrifugal Force)，推動該研磨盤30轉動。該研磨盤30的轉速隨著該驅動軸311的轉速升高而加快，但不會超過該驅動軸311的最高轉速。然而，當該驅動軸311轉速降低或停止時，儲存於該研磨盤30中的動能仍可驅使該研磨盤30繼續轉動直至所儲存的動能消耗殆盡。再者，該研磨盤30被慣性離心力驅動而旋轉時，除了進行一以該偏心軸32為中心的自轉運動(Rotation Motion)之外，更因該偏心軸32與該驅動軸311之間存在該偏心距離321，而使該研磨盤30同時產生一偏心軌道運動(Orbital Motion)，前述兩種運動加在一起所形成的運動軌跡如圖4所示。除此之外，該研磨盤30實際上更同時相對該驅動軸311進行一公轉運動(Revolution Motion)，而前述三種運動所合成的運動稱為一隨意偏心軌道運動(Random Orbital Motion)，運動軌跡如圖6所示。承此，於此驅動結構下，該研磨盤30的該公轉運動與該偏心軌道運動始終與該驅動軸311的轉速保持同步，但由於該偏心軸32是經由該工具保持件33與該驅動軸311進行偏心組接，所以當該研磨盤30接觸被研磨物表面時，該研磨盤30的自轉速度將因接觸產生的阻力而下降。再者，被研磨物表面的形狀、該研磨盤30與被研磨物表面接觸的角度接觸壓力以及該研磨盤30上所使用的研磨材料均會產生不同的阻力，而降低該研磨盤30的自轉速度。導致於作業進行的過程中，該研磨盤30的該自轉運動轉速與該偏心軌道運動相較於該驅動軸311轉速存在極大差異,且此差異於作業進行的過程中是不停地快速變化，所以想要針對該研磨盤30的每分鐘隨意偏心軌道運動次數(Random Orbital Motions Per Minute，簡稱ROPM)進行檢測是十分困難的。

再者，現今雖有諸多業者推出具轉速檢測的研磨工具機，但實施上，前述業者是以該驅動軸311轉速視為該研磨盤30轉速。一旦該研磨工具機是採前述第三種驅動方式實施，該研磨盤30的真正轉速即無法確實地掌握，進而影響研磨作業。再者，雖著科技的進步，現今工業精密研磨已逐漸朝自動化發展，也就是說，該研磨工具機將被配置於一機械手臂上，然而機械手臂需以精準數值才可進行準確的控制，因此，將該驅動軸311轉速視為該研磨盤30轉速的做法，將使該機械手臂無法被精準地控制。

本發明的主要目的，在於解決習用無法檢測研磨盤的隨意偏心軌道運動速度的問題。

為達上述目的，本發明提供一種具隨意偏心軌道運動速度檢測的研磨工具機，該研磨工具機包含一本體及一研磨盤，該本體包含一驅動軸及一連接該研磨盤並相對該驅動軸具有一偏心距離的工具保持件，該研磨盤於該驅動軸轉動時以一隨意偏心軌道運動進行研磨。其中，該研磨盤於面對該本體一側設有至少一用以檢測該隨意偏心軌道運動速度的被檢測件，該至少一被檢測件界定出一範圍大於或等於兩倍該偏心距離的檢測區域。

一實施例中，該研磨盤設有單一該被檢測件，該檢測件的兩相對邊界定出範圍大於或等於兩倍該偏心距離的檢測區域。

一實施例中，該些被檢測件位於同一延伸線上，該些被檢測件的其中之一位於該檢測區域的中央，該些被檢測件的其中之二分別以該偏心距離與位於中央的其中一該被檢測件間隔設置。

一實施例中，該研磨工具機具有一面對該研磨盤並於該研磨盤進行該隨意偏心軌道運動時不改變位置以檢測該被檢測件並輸出一檢測訊號的主動檢測件。進一步地，該主動檢測件設於該本體面對該研磨盤一側，或者該主動檢測件是以一連接件外掛於該本體外。

一實施例中，該主動檢測件具有一朝向該被檢測件發出一檢測波的輸出部以及一接受由該被檢測件反射的該檢測波而輸出該檢測訊號的接收部，該檢測波是選自由一光線、一無線電波、一聲波所組成群組的其中之一。

一實施例中，該主動檢測件基於被該被檢測件改變的磁場強度來產生該檢測訊號。

一實施例中，該研磨工具機具有一連接該主動檢測件並基於該檢測訊號產生一每分鐘隨意偏心軌道運動轉速資料的資訊處理模組。進一步地，該資訊處理模組包含一波形處理單元以及一連接該波形處理單元並解析該波形處理單元所輸出一檢測波形訊號而產生該每分鐘隨意偏心軌道運動速度資料的運算處理單元。

一實施例中，該主動檢測件設於該本體面對該研磨盤一側，該資訊處理模組設於該本體內並連接該主動檢測件。

依前述發明內容所揭，相較於習用技術，本發明具有以下特點：本發明以設於該研磨盤上的至少一該被檢測件界定出範圍大於或等於兩倍該偏心距離的該檢測區域，令該研磨盤進行該隨意偏心軌道運動的速度可以被檢測出來，令自動化設備於精緻工業研磨上可獲得更準確的控制，增加自動化設備可執行的研磨作業。

本發明詳細說明及技術內容，茲配合圖式說明如下：

請參閱圖7及圖8，本發明提供一種研磨工具機10，該研磨工具機10可配置於一自動化設備(圖中未示)上，所稱該自動化設備可為機械手臂等。又，本發明該研磨工具機10除用於研磨作業之外，亦可用於拋光作業。該研磨工具機10包含一本體11及一研磨盤12，該本體11除包含一動力組件111之外，更包含一受該動力組件111帶動的驅動軸112以及一連接該研磨盤12的工具保持件113，前述該動力組件111可根據實施而為氣動或電動實施。進一步地，該驅動軸112成形一偏心塊114，而該工具保持件113設於該偏心塊114上，並相對該驅動軸112為偏心。具體來說，該驅動軸112具有一第一軸心115，該工具保持件113具有一偏離該第一軸心115的第二軸心116，該第一軸心115與該第二軸心116之間具有一偏心距離117。如此一來，裝於該工具保持件113上的該研磨盤12即相對該驅動軸112為偏心。再者，該工具保持件113可為單一培林或由複數培林組合實施，該研磨盤12具有一與該工具保持件113組接的安裝件121，該安裝件121可為一與該工具保持件113配合的柱狀結構。承此，該驅動軸112轉動時，該研磨盤12將以一隨意偏心軌道運動(Random Orbital Motions)進行轉動。

復請參閱圖7及圖8，該研磨盤12於面對該本體11一側設有至少一被檢測件122，該至少一被檢測件122界定出一範圍大於或等於兩倍該偏心距離117的檢測區域123。承此，本發明該被檢測件122可根據實施調整數量。如圖8所繪，該研磨盤12僅設單一該被檢測件122時，該檢測區域123範圍即是由該被檢測件122的兩側邊界定。再請參閱圖9，該研磨盤12設有複數該被檢測件122時，該檢測區域123範圍則是基於該些被檢測件122中位於兩相對邊緣者所界定。進一步地，該些被檢測件122為複數時，該些被檢測件122可以一排列規則分佈於該檢測區域123內。以圖9所繪進行舉例，該些被檢測件122位在同一延伸線124上，該些被檢測件122的其中之一位於該檢測區域123的中央，該些被檢測件122的其中之二分別以該偏心距離117與位於中央的其中一該被檢測件122間隔設置。

復請參閱圖7及圖13，該研磨工具機10包含一主動檢測件118，該主動檢測件118面對該研磨盤12以檢測該被檢測件122，並輸出一檢測訊號21。再者，本發明該主動檢測件118可配置於一機械手臂上，或者是以一連接件外掛於該本體11外，或者是設於該本體11面對該研磨盤12一側(如圖10所示)。該主動檢測件118於該研磨盤12進行該隨意偏心軌道運動時並不改變位置，也就是說，該主動檢測件118於該研磨盤12轉動過程中，不會追蹤該被檢測件122，而是在原地等待該被檢測件122經過。再者，於該研磨盤12未轉動且該主動檢測件118直接面對該檢測區域123時，該主動檢測件118的投影位置將位於該檢測區域123的中央。於一實施例中，該驅動軸112與該主動檢測件118的距離等於該安裝件121與該檢測區域123中心點的距離。除此之外，該主動檢測件118被設計位在該檢測區域123的運動軌跡上，以令該研磨盤12每相對該本體11轉動一圈時，該被檢測件122可被該主動檢測件118檢測到一次。請參閱圖10及圖11，該研磨盤12設有複數該被檢測件122時，該研磨盤12在進行該隨意偏心軌道運動的過程中，該研磨盤12不停改變位置，該主動檢測件118不會一直檢測到同一該被檢測件122，而是基於該研磨盤12當前態樣隨機感應該些被檢測件122的其中之一。

併請參閱圖14，一實施例中，該主動檢測件118具有一朝向該被檢測件122發出一檢測波20的輸出部119以及一接受由該被檢測件122反射的該檢測波20而輸出該檢測訊號21的接收部110。其中，該檢測波20是選自由一光線、一無線電波、一聲波所組成群組的其中之一。

承上，以該檢測波20為該光線時進行說明，於本實施例中，該至少一被檢測件122為一反射件，該主動檢測件118則為一光學收發件。進一步地，該檢測波20可為紅外線或雷射。實施時，該主動檢測件118受控而朝該研磨盤12投射該光線，該研磨盤12轉動到該檢測區域123面對該主動檢測件118時，該檢測區域123內的該被檢測件122反射該光線，令該主動檢測件118得以接受被反射的該光線，並輸出該檢測訊號21。承此，本實施例可應用於研磨作業環境中無強烈干擾光源的場所中。另一方面，以該檢測波20為該無線電波進行說明，首先該無線電波可指稱無線射頻，故於本實施例中，該被檢測件122與該主動檢測件118可以無線射頻識別(Radio Frequency Identification)架構實施。進一步地，該被檢測件122為一無線射頻標籤，該主動檢測件118則為一無線射頻讀取器。實施時，該主動檢測件118可被設定為長時間朝該研磨盤12發送一無線射頻訊號，待為該無線射頻標籤的該被檢測件122進入該主動檢測件118的讀取範圍時，該主動檢測件118即完成讀取並輸出該檢測訊號21。又，本實施例可應用於研磨作業中無強烈干擾電波的場所中。再者，以該檢測波20為該聲波時進行說明，該被檢測件122可為導致該研磨盤12表面不平整的結構，或者是與研磨盤12聲阻抗不同的物件，而該主動檢測件118則為一聲波探測件。實施時，該主動檢測件118長時間對該研磨盤12發出該聲波，該聲波將因該研磨盤12表面態樣的不同或該研磨盤12聲阻抗不同的部分，產生不同的反射波，該主動檢測件118即基於前述反射波產生不同的訊號，輸出該檢測訊號21。

除前述之外，本發明該主動檢測件118亦可基於被該被檢測件122改變的磁場強度來產生該檢測訊號21。舉例來說，該被檢測件122為一磁鐵，而該主動檢測件118為一霍爾檢測件。實施時，該被檢測件122經過該主動檢測件118時，為該磁鐵的該被檢測件122使該主動檢測件118檢測到磁場強度增強，該主動檢測件118依此磁訊號轉換為電信號，輸出該檢測訊號21。承此，本實施例可應用於研磨物為非金屬材料的研磨作業上。除前述之外，該被檢測件122與該主動檢測件118更可以近接開關(Proximitw Switch)結構實施。具體來說，該被檢測件122為一鐵片，而該主動檢測件118是由一激磁線圈與一磁場變化信號檢測單元組成。實施時，該激磁線圈通電建立磁場，該被檢測件122經過前述磁場時將造成磁損耗，而該磁場變化信號檢測單元即因前述磁損耗衍生的阻抗變化而產生不同的該檢測訊號21，透過該檢測訊號21的不同來取得該隨意偏心軌道運動的轉速。又，本實施例可應用於研磨環境無其他高頻信號干擾的場所。

復請參閱圖13，該研磨工具機10更可具有一連接該主動檢測件118並基於該檢測訊號21產生一每分鐘隨意偏心軌道運動轉速資料的資訊處理模組13，該資訊處理模組13可設置於該機械手臂上或一用於管理該機械手臂工作的控制裝置內。除此之外，於該主動檢測件118設於該本體11的實施例中，該資訊處理模組13亦可裝配於該本體11內。再者，一實施例中，該資訊處理模組13可被設計為具有控制該主動檢測件118啟閉的能力。又，該資訊處理模組13可經有線或無線方式與一外部電子設備資訊連接，以將該每分鐘隨意偏心軌道轉速資料傳送至該外部電子設備，令該外部電子設備得基於該每分鐘隨意偏心軌道運動轉速資料進行相對的工作管理，該外部電子設備於一實施例中可為前述該控制裝置。復請參閱圖13，一實施例中，該資訊處理模組13可包含一波形處理單元131以及一連接該波形處理單元131的運算處理單元132，該波形處理單元131主要功能在於對該主動檢測件118輸出的該檢測訊號21進行雜訊濾除，並向該運算處理單元132輸出一檢測波形訊號133。進一步地，該波形處理單元131可為一數位濾波器。該運算處理單元132接受該檢測波形訊號133後，該運算處理單元132基於預先寫入的程式運算產生該每分鐘隨意偏心軌道運動轉速資料。承此，該資訊處理模組13可由複數產生電性連接關係的電子元件所實現。

藉此，本發明提供一種可對該研磨盤12進行該隨意偏心軌道運動的速度檢測的技術手段，解決習用無法檢測而僅能以該驅動軸112轉速大概估算，導致自動化設備於精緻工業研磨上無法精確控制的問題。

綜上所述者，僅爲本發明的一較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作的均等變化與修飾，皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍。

10:研磨工具機 11:本體 111:動力組件 112:驅動軸 113:工具保持件 114:偏心塊 115:第一軸心 116:第二軸心 117:偏心距離 118:主動檢測件 119:輸出部 110:接收部 12:研磨盤 121:安裝件 122:被檢測件 123:檢測區域 124:延伸線 13:資訊處理模組 131:波形處理單元 132:運算處理單元 133:檢測波形訊號 20:檢測波 21:檢測訊號 30:研磨盤 31:馬達 311:驅動軸 32:偏心軸 321:偏心距離 33:工具保持件 34:自轉限制件 40:箭頭

圖1，習用研磨工具第一種類驅動結構的示意圖。圖2，習用研磨工具第一種類驅動結構的研磨盤運動軌跡示意圖。圖3，習用研磨工具第二種類驅動結構的示意圖。圖4，習用研磨工具第二種類驅動結構的研磨盤運動軌跡示意圖。圖5，習用研磨工具第三種類驅動結構的示意圖。圖6，習用研磨工具第三種類驅動結構的研磨盤運動軌跡示意圖。圖7，本發明研磨工具機的結構示意圖(一)。圖8，本發明研磨盤的俯視結構示意圖(一)。圖9，本發明研磨盤的俯視結構示意圖(二)。圖10，本發明研磨工具機的結構示意圖(二)。圖11，本發明研磨盤的作動示意圖(一)。圖12，本發明研磨盤的作動示意圖(二)。圖13，本發明研磨工具機的單元示意圖(一)。圖14，本發明研磨工具機的單元示意圖(二)。

112:驅動軸

113:工具保持件

114:偏心塊

117:偏心距離

12:研磨盤

121:安裝件

122:被檢測件

123:檢測區域

Claims

一種具隨意偏心軌道運動速度檢測的研磨工具機，該研磨工具機包含一本體及一研磨盤，該本體包含一驅動軸及一連接該研磨盤並相對該驅動軸具有一偏心距離的工具保持件，該研磨盤於該驅動軸轉動時以一隨意偏心軌道運動進行研磨，該研磨工具機特徵在於：該研磨盤於面對該本體一側設有至少一用以檢測該隨意偏心軌道運動的速度的被檢測件，該至少一被檢測件界定出一範圍大於或等於兩倍該偏心距離的檢測區域。
如請求項1所述具隨意偏心軌道運動速度檢測的研磨工具機，其中，該研磨盤設有單一該被檢測件，該被檢測件的兩相對邊界定出範圍大於或等於兩倍該偏心距離的檢測區域。
如請求項1所述具隨意偏心軌道運動速度檢測的研磨工具機，其中，該些被檢測件位在同一延伸線上，該些被檢測件的其中之一位於該檢測區域的中央，該些被檢測件的其中之二分別以該偏心距離與位於中央的其中一該被檢測件間隔設置。
如請求項1或2或3所述具隨意偏心軌道運動速度檢測的研磨工具機，其中，該研磨工具機具有一面對該研磨盤並於該研磨盤進行該隨意偏心軌道運動時不改變位置以檢測該被檢測件並輸出一檢測訊號的主動檢測件。
如請求項4所述具隨意偏心軌道運動速度檢測的研磨工具機，其中，該研磨工具機具有一連接該主動檢測件並基於該檢測訊號產生一每分鐘隨意偏心軌道運動轉速資料的資訊處理模組。
如請求項4所述具隨意偏心軌道運動速度檢測的研磨工具機，其中，該主動檢測件具有一朝向該被檢測件發出一檢測波的輸出部以及一接受由該被檢測件反射的該檢測波而輸出該檢測訊號的接收部，該檢測波是選自由一光線、一無線電波、一聲波所組成群組的其中之一。
如請求項4所述具隨意偏心軌道運動速度檢測的研磨工具機，其中，該主動檢測件於該研磨盤未轉動時的投影位置位於該檢測區域的中央。
如請求項7所述具隨意偏心軌道運動速度檢測的研磨工具機，其中，該主動檢測件設於該本體上並位於面對該研磨盤一側。
如請求項4所述具隨意偏心軌道運動速度檢測的研磨工具機，其中，該主動檢測件基於被該被檢測件改變的磁場強度來產生該檢測訊號。
如請求項9所述具隨意偏心軌道運動速度檢測的研磨工具機，其中，該主動檢測件設於該本體上並位於面對該研磨盤一側。
如請求項4所述具隨意偏心軌道運動速度檢測的研磨工具機，其中，該主動檢測件設於該本體上並位於面對該研磨盤一側。
如請求項11所述具隨意偏心軌道運動速度檢測的研磨工具機，其中，該主動檢測件具有一朝向該被檢測件發出一檢測波的輸出部以及一接受由該被檢測件反射的該檢測波而輸出該檢測訊號的接收部，該檢測波是選自由一光線、一無線電波、一聲波所組成群組的其中之一。
如請求項11所述具隨意偏心軌道運動速度檢測的研磨工具機，其中，該主動檢測件基於被該被檢測件改變的磁場強度來產生該檢測訊號。
如請求項12所述具隨意偏心軌道運動速度檢測的研磨工具機，其中，該研磨工具機具有一連接該主動檢測件並基於該檢測訊號產生一每分鐘隨意偏心軌道運動轉速資料的資訊處理模組。
如請求項14所述具隨意偏心軌道運動速度檢測的研磨工具機，其中，該資訊處理模組包含一波形處理單元以及一連接該波形處理單元並解析該波形處理單元所輸出一檢測波形訊號而產生該每分鐘隨意偏心軌道運動速度資料的運算處理單元。
如請求項4所述具隨意偏心軌道運動速度檢測的研磨工具機，其中，該主動檢測件以一連接件外掛於該本體外。
如請求項16所述具隨意偏心軌道運動速度檢測的研磨工具機，其中，該主動檢測件設於該本體面對該研磨盤一側，該研磨工具機具有一連接該主動檢測件並基於該檢測訊號產生一每分鐘隨意偏心軌道運動轉速資料的資訊處理模組，該資訊處理模組設於該本體內並連接該主動檢測件。
如請求項17所述具隨意偏心軌道運動速度檢測的研磨工具機，其中，該資訊處理模組包含一波形處理單元以及一連接該波形處理單元並解析該波形處理單元所輸出一檢測波形訊號而產生該每分鐘隨意偏心軌道運動速度資料的運算處理單元。