TWI799044B - 具力感測器的刀把 - Google Patents

具力感測器的刀把 Download PDF

Info

Publication number
TWI799044B
TWI799044B TW110149453A TW110149453A TWI799044B TW I799044 B TWI799044 B TW I799044B TW 110149453 A TW110149453 A TW 110149453A TW 110149453 A TW110149453 A TW 110149453A TW I799044 B TWI799044 B TW I799044B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
sensing
force sensor
force
angle
axis
Prior art date
Application number
TW110149453A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202325460A (zh
Inventor
葉建南
蘇中源
黃肇達
Original Assignee
財團法人工業技術研究院
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 財團法人工業技術研究院 filed Critical 財團法人工業技術研究院
Priority to TW110149453A priority Critical patent/TWI799044B/zh
Priority to CN202210522456.9A priority patent/CN116408684A/zh
Priority to US18/089,257 priority patent/US20230201988A1/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI799044B publication Critical patent/TWI799044B/zh
Publication of TW202325460A publication Critical patent/TW202325460A/zh

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0952—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0952—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining
    • B23Q17/0966—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining by measuring a force on parts of the machine other than a motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B31/00—Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02—Chucks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B49/00—Measuring or gauging equipment on boring machines for positioning or guiding the drill; Devices for indicating failure of drills during boring; Centering devices for holes to be bored
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2260/00—Details of constructional elements
    • B23B2260/128—Sensors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Gripping On Spindles (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)

Abstract

一種具力感測器的刀把，其包含第一連接部、第二連接部、第一感測部、第二感測部、至少一第一力感測器及至少一第二力感測器。第一連接部沿軸線連接刀具。第二連接部沿軸線連接主軸。第一感測部具有至少一第一孔洞且沿軸線連接第一連接部。第二感測部具有至少一第二孔洞且沿軸線連接第二連接部及連接第一感測部。第一力感測器設置於第一孔洞並用於感測扭轉力。第二力感測器設置於第二孔洞並用於感測彎曲力。第一感測部的第一彎曲剛性大於第二感測部的第二彎曲剛性。

Description

具力感測器的刀把
本揭露係有關於一種刀把，特別是一種具力感測器的刀把。
為了因應工業4.0以及高階產品(如航太產品與汽車)的需求，全球工具機製造廠皆投入大量資源於相關技術的研究與開發。因此，具備工作狀態偵測、感測數據分析能力及老化預測能力之智慧工具機將是未來的發展趨勢。
現有的工具機雖可設置多個感測器，以偵測工具機的刀把的受力情況。然而，這些感測器可能同時偵測到多軸的力，例如扭轉力(Torsion Force)及彎曲力(Bending Force)，故可能產生多軸力的耦合效應。前述的耦合效應導致這些感測器無準確地偵測工具機的刀把的各個部位的受力情況，使這些感測器的感測效能大幅降低。
根據本揭露之一實施例，提出一種具力感測器的刀把，其包含第一連接部、第二連接部、第一感測部、第二感測部、至少一第一力感測器及至少一第二力感測器。第一連接部沿軸線連接刀具。第二連接部沿軸線連接主軸。第一感測部具有至少一第一孔洞且沿軸線連接第一連接部。第二感測部具有至少一第二孔洞且沿軸線連接第二連接部及連接第一感測部。第一力感測器設置於第一孔洞並用於感測扭轉力。第二力感測器設置於第二孔洞並用於感測彎曲力。其中，第一感測部的第一彎曲剛性大於第二感測部的第二彎曲剛性。
根據本揭露之另一實施例，提出一種具力感測器的刀把，其包含第一連接部、第二連接部、第一感測部、第二感測部、至少一第一力感測器及至少一第二力感測器。第一連接部沿軸線連接刀具。第二連接部沿軸線連接主軸。第一感測部具有至少一第一孔洞且沿軸線連接第一連接部。第二感測部具有至少一第二孔洞且沿軸線連接第二連接部及連接第一感測部。第一力感測器設置於第一孔洞並用於感測扭轉力。第二力感測器設置於第二孔洞並用於感測彎曲力。其中，第一感測部的第一彎曲剛性大於第二感測部的第二彎曲剛性。
1,2:具力感測器的刀把
12,22:第一連接部
11,21:第二連接部
13,23:第一感測部
14,24:第二感測部
15A,15A’,25A,25A’:第一力感測器
151A,151A’,251A,251A’:第一感測元件
152A:殼體
153A:彈性基座
154A:固定螺絲
15B,15B’,25B,25B’,25B”,25B''':第二力感測器
151B,151B’,251B,251B’,251B”,251B''':第二感測元件
152B:殼體
AX:軸線
D:軸向
H1:第一孔洞
H2:第二孔洞
S1:第一感測表面
S2:第二感測表面
N1:第一法向量
N2:第二法向量
θ1:第一感測夾角
θ2:第二感測夾角
θx,θx1,θx2:投影夾角
TZ:扭轉力
MY,MX:彎曲力矩
SC:斷面
P1:第一投影
P2:第二投影
P3:第三投影
L1:第一連線
L2:第二連線
L3:第三連線
C1:第一交點
C2:第二交點
C3:第三交點
C4:第四交點
C:刀具
第1圖 係為根據本揭露之第一實施例之具力感測器的刀把之結構圖。
第2A圖 係為根據本揭露之第一實施例之具力感測器的刀把之第一力感測器之元件分解圖。
第2B圖 係為根據本揭露之第一實施例之具力感測器的刀把之第一力感測器之組裝圖。
第3A圖 係為根據本揭露之第一實施例之具力感測器的刀把之第一感測部之設置方式之簡化示意圖。
第3B圖 係為根據本揭露之第一實施例之具力感測器的刀把之第二感測部之設置方式之簡化示意圖。
第4A圖 係為根據本揭露之第一實施例之具力感測器的刀把之第一力感測器之簡化示意圖。
第4B圖 係為根據本揭露之第一實施例之具力感測器的刀把之第二力感測器之簡化示意圖。
第5圖 係為根據本揭露之第二實施例之具力感測器的刀把之結構圖。
第6A圖 係為根據本揭露之第二實施例之具力感測器的刀把之第一感測部之設置方式之簡化示意圖。
第6B圖 係為根據本揭露之第二實施例之具力感測器的刀把之第二感測部之設置方式之簡化示意圖。
第7A圖 係為根據本揭露之第二實施例之具力感測器的刀把之第一力感測器之簡化示意圖。
第7B圖 係為根據本揭露之第二實施例之具力感測器的刀把之第二力感測器之簡化示意圖。
以下將參照相關圖式，說明依本揭露之具力感測器的刀把之實施例，為了清楚與方便圖式說明之故，圖式中的各部件在尺寸與比例上可能會被誇大或縮小地呈現。在以下描述及/或申請專利範圍中，當提及元件「連接」或「耦合」至另一元件時，其可直接連接或耦合至該另一元件或可存在介入元件；而當提及元件「直接連接」或「直接耦合」至另一元件時，不存在介入元件，用於描述元件或層之間之關係之其他字詞應以相同方式解釋。為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。
請參閱第1圖。第1圖係為本揭露之第一實施例之具力感測器的刀把1之結構圖。如圖所示，具力感測器的刀把1包含第一連接部12、第二連接部11、第一感測部13、第二感測部14、二個第一力感測器15A、15A’以及二個第二力感測器15B、15B’。
第一連接部12沿軸線AX連接刀具C；其中，軸線AX為刀把1的中心軸。
第二連接部11沿軸線AX連接工具機的主軸(未繪於圖中)。
第一感測部13沿軸線AX連接第一連接部12。在本實施例中，第一感測部13具有二個第一孔洞H1。二個第一力感測器15A、15A’分別設置於二個第一孔洞H1。
第二感測部14之一端沿軸線AX連接第二連接部11，而第二感測部14之另一端沿軸線AX連接第一感測部13。在本實施例中，第二感測部14具有二個第二孔洞H2。二個第二力感測器15B、15B’分別設置於二個第二孔洞H2。在一實施例中，第一力感測器15A、15A’及第二力感測器15B、15B’可為但不限於壓電片感測器、石英晶體感測器、應變規或其它現有的力感測器。
第一感測部13為扭轉力(Torsion Force)感測層。二個第一力感測器15A、15A’設置於二個第一孔洞H1內，用以感測刀把1所承受的扭轉力。第二感測部14為彎曲力(Bending Force)感測層。二個第二力感測器15B、15B’設置於二個第二孔洞H2用以感測刀把1所承受的彎曲力。
第二感測部14的第二彎曲剛性小於第一感測部13的第一彎曲剛性。換言之，第一感測部13的第一彎曲剛性(Bending Stiffness)大於第二感測部14的第二彎曲剛性。前述的第一彎曲剛性指的是第一感測部13產生每單位曲率(curvature)需要的彎曲力矩值(bending moment)。同樣地，第二彎曲剛性指的是第二感測部14產生每單位曲率需要的彎曲力矩值。對於一個樑狀結構而言，上述的彎曲剛性可以是楊氏係數(Young's modulus)與慣性矩(moment of inertia)的乘積。。另外，第一感測部13的第一扭轉剛性(Torsion Stiffness)小於第二感測部14 的第二扭轉剛性。換言之，第二感測部14的第二扭轉剛性大於第一感測部13的第一扭轉剛性。前述的第一扭轉剛性指的是第一感測部13產生每單位扭轉角度(the angle of twist)需要的扭力值。同樣地，第二扭轉剛性指的是第二感測部14產生每單位扭轉角度需要的扭力值。上述扭轉角度係以弳度(radian)為量測單位。
透過前述之具不同剛性之分層感測結構，第一感測部13的二個第一力感測器15A、15A’在感測刀把1所承受的扭轉力時，能降低施加於刀把1之彎曲力的干擾。同樣地，第二感測部14的二個第二力感測器15B、15B’在感測施加於刀把1的彎曲力時，能降低施加於刀把1之扭轉力的干擾。因此，本實施例中，具不同剛性的分層感測結構在同時偵測扭轉力及彎曲力時，可有效地降低耦合效應，進而提升第一力感測器15A、15A’及第二力感測器15B、15B’的量測準確度。
請參閱第2A圖及第2B圖。第2A圖及第2B圖係為本揭露之第一力感測器15A之元件分解圖及組裝圖。如第2A圖所示，第一力感測器15A包含第一感測元件151A、第一殼體152A、彈性基座153A及固定螺絲154A。
如第2A圖及第2B圖所示，第一感測元件151A設置於彈性基座153A內。彈性基座153A設置於第一殼體152A內，使彈性基座153A的一端露出第一殼體152A，而彈性基座153A的另一端由固定螺絲154A固定。設置於彈性基座153A內的第一感測元件151A具有第一感測表面S1。在本實施例中，第一力感測器15A為壓電片感測器，而第一感測元件151A為壓電片。在另一實施例中，第一力感測器15A還可以是石英晶體感測器、應變規或其它現有的力感測器。此外，在本實施例中，第一力感測器15A’、第二力感測器15B、15B’與第一力感測器15A具有相同的元件與相同的組裝方式，故不在此多加贅述。
當然，上述僅為舉例，第一力感測器15A的元件與組裝方式可依實際需求變化，本揭露並不以此為限。
請參閱第3A圖及第3B圖。第3A圖及第3B圖係為本揭露之第一實施例之具力感測器的刀把1之第一感測部13及第二感測部14之簡化示意圖。第4A圖及第4B圖係為本揭露之第一力感測器及第二力感測器之設置方式之簡化示意圖。如第3圖所示，第一感測部13包含二個第一孔洞H1。第一連線L1通過這二個第一孔洞H1及且與軸線AX正交於第一交點C1。因此，分別設置於二個第一孔洞H1中的二個第一力感測器15A、15A’是以第一交點C1為對稱點，相互點對稱地配置在在第一感測部13中。
第二感測部14包含二個第二孔洞H2。第二連線L2通過這二個第二孔洞H2及且與軸線AX正交於第二交點C2。因此，分別設置於第二孔洞H2中的二個第二力感測器15B、15B’彼此也以第二交點C2為對稱點，相互點對稱地配置在第二感測部14中。
第一感測部13具有斷面SC，此斷面SC的一法向量N與軸線AX平行。第一連線L1在第一感測部13的斷面SC上形成第一投影P1，而第二連線L2在第一感測部13的斷面SC上形成第二投影P2。
第一投影P1及第二投影P2之間具有一投影夾角θx。在一實施例中，此投影夾角θx可在正四十五度或負四十五度之間。例如，在本實施例中，第一投影P1及第二投影P2之間的投影夾角θx可實質上等於正四十五度。
當本實施例的刀把1承受一相對於軸向X的彎曲力矩MX時或承受一相對於軸向Y的彎曲力矩MY時，由於第一投影P1及第二投影P2之間的投影夾角θx可實質上等於正四十五度。此時，第二感測元件151B、151B’會感測到最大 的彎曲應變，而第一感測元件151A、151A’會感測到最小的彎曲應變。更進一步地說，當本實施例的刀把1同時承受一相對於軸向X(或相對於軸向Y)的彎曲力及一相對於軸向D的扭轉力時，第一感測元件151A、151A’所量測的總應變中，彎曲應變所佔的比例會最小。因此，當第一投影P1及第二投影P2之間的投影夾角θx可實質上等於正四十五度時，耦合至第一感測元件151A、151A’之總應變中的彎曲應變就會減少。這降低了刀把1在同時量測多軸的力時(例如同時量測扭轉力及彎曲力)的耦合效應。
在另一實施例中，第一投影P1及第二投影P2之間的投影夾角θx可實質上等於負四十五度。在又一實施例中，此投影夾角θx可在正一百三十五度或負一百三十五度之間；例如，此投影夾角θx可實質上等於正一百三十五度或負一百三十五度。
另外，第一感測元件151A、151A’的第一感測表面S1的第一法向量N1與軸線AX的軸向D之間具有第一感測夾角θ1。在一實施例中，此第一感測夾角θ1可在正四十五度或負四十五度之間。例如，在本實施例中，此第一感測夾角θ1可實質上等於正四十五度或負四十五度，如第4A圖所示。
另外，第二感測元件151B、151B’的第二感測表面S2的第二法向量N2與軸線AX的軸向D之間具有第二感測夾角θ2。第一感測夾角θ1實質上不等於第二感測夾角θ2。在本實施例中，此第二感測夾角θ2可實質上為零度，如第4B圖所示。在另一實施例中，此第二感測夾角θ2也可以大於或小於零度。
如第3A圖、第3B圖、第4A圖及第4B圖所示，在本實施例中，第一感測夾角θ1可實質上等於正四十五度或負四十五度。因此，當刀把1承受一相對於軸向D的扭轉力TZ時，第一感測元件151A的第一感測表面S1的方向可對應 於最大扭轉應變的方向。因此，當第一感測夾角θ1可實質上等於正四十五度或負四十五度時，第一感測元件151A可產生最大的應變，進而使第一力感測器15A在量測扭轉力TZ時，可以有效提高量測靈敏度。
同樣的，另一個第一感測元件151A’的第一感測表面S1的第一法向量N1與軸向D之間的第一感測夾角θ1為正四十五度或負四十五度時，第一感測表面S1的方向可以對應於最大的扭轉應變的方向。因此，第一感測元件151A’也會產生最大的應變，進而使第一力感測器15A’在量測扭轉力TZ時，可以有效提高量測靈敏度。另外，由於第一力感測器15A與另一第一力感測器15A’是點對稱地配置，因此這二個第一力感測器15A、15A’能夠更有效地感測刀把1整體的受力情況，以提升其感測效能。
在本實施例中，第二感測元件151B、151B’的第二感測表面S2具有一與軸向D平行的第二法向量N2。換言之，第二法向量N2與軸向D之間具有第二感測夾角θ2且第二感測夾角θ2實質上為零度。當本實施例的刀把1承受一以軸向X為軸向的彎曲力矩MX時或承受一以軸向Y為軸向的彎曲力矩MY時，第二感測元件151B、151B’的第二感測表面S2的方向也可對應於最大彎曲應變的方向，進而使二個第二力感測器15B、15B’在量測彎曲力矩MX或彎曲力矩MY時，可以有效提高量測靈敏度。此外，二個第二力感測器15B、15B’是點對稱地配置，因此這二個第二力感測器15B、15B’能夠更有效地感測刀把1整體的受力情況，以提升其感測效能。
在本實施例中，由於第一投影P1及第二投影P2之間的投影夾角θx可實質上等於正四十五度，各個第一力感測器15A、15A’的第一感測表面S1的方向可對應於最大扭力應變的方向且各個第二力感測器15B、15B’的第二感測表面 S2的方向也可對應於最大彎曲應變的方向。更仔細地說，當刀把1承受一扭力TZ時，二個第一力感測器15A、15A’會產生較大的第一扭力量測值，而二個第二力感測器15B、15B’會產生較小的第二扭力量測值。當刀把1承受一彎曲力MX或MY時，二個第一力感測器15A、15A’會產生較小的第一力矩量測值，而二個第二力感測器15B會產生較大的第二力矩量測值。因此，當第一投影P1及第二投影P2之間的投影夾角θx可實質上等於正四十五度時，可進一步降低第一力感測器15A、15A’及第二力感測器15B、15B’之間的耦合效應。為了刀把1能適用於各種不同的受力情形，當第一力感測器15A、15A’設置於第一孔洞H1及當第二力感測器15B、15B’設置於第二孔洞H2時，可調整前述的第一感測夾角θ1及第二感測夾角θ2。
二個第一力感測器15A、15A’及二個第二力感測器15B、15B’均可將扭轉力及彎曲力的量測數據，直接顯示在第一力感測器15A、15A’或第二力感測器15B、15B’的顯示元件(圖未示)。此外，第一力感測器15A、15A’及第二力感測器15B、15B’更可透過無線通訊的方式，將感測資料即時地傳送至設置於行動裝置(例如：平板電、手機及筆記型電腦等)中的數據管理平台。
另外，第一力感測器15A、15A’及第二力感測器15B、15B’的數量也可依實際需求增加或減少。例如，在另一實施例中，第一感測部13可以只具有一個第一力感測器15A，以偵測刀具逆時針旋轉時產生扭轉力TZ(或刀具順時針旋轉時產生扭轉力)。
請參閱第5圖。第5圖係為本揭露之第二實施例之具力感測器的刀把2之結構圖。如圖5所示，具力感測器的刀把2包含第一連接部22、第二連接部 21、第一感測部23、第二感測部24、二個第一力感測器25A、25A’以及四個第二力感測器25B、25B’、25B”、25B'''。
第一連接部22沿刀把2的中心軸(及軸線AX)連接刀具C。第二連接部21沿軸線AX連接工具機的主軸(未繪於圖中)。第一感測部23沿軸線AX連接第一連接部22。第一感測部23具有二個第一孔洞H1且二個第一力感測器25A、25A’分別設置於二個第一孔洞H1。第二感測部24之一端沿軸線AX連接第二連接部21。第二感測部24之另一端沿軸線AX連接第一感測部23。與前述實施例不同的是，第二感測部24具有四第二孔洞H2且四個第二力感測器25B、25B’、25B”、25B'''分別設置於第二孔洞H2中。與第一實施例相較，本實施例的第二感測部24具有更多的第二力感測器25B、25B’、25B”、25B'''。
同樣的，第一感測部23為扭轉力感測層。設置於第一感測部23的二個第一孔洞H1的二個第一力感測器25A、25A’能感測刀把2所承受的扭轉力。第二感測部24為彎曲力感測層。設置於第二感測部24的四個第二孔洞H2的四個第二力感測器25B、25B’、25B”、25B'''能感測彎曲力。第一感測部23的第一彎曲剛性大於第二感測部24的第二彎曲剛性且第一感測部23的第一扭轉剛性小於第二感測部24的第二扭轉剛性。因此，當刀把2承受到一扭轉力時，第一力感測器25A、25A’能感測到較大的應變值且當刀把2承受到一彎曲力時，第二力感測器25B、25B’、25B”、25B'''能感測到較大的應變值。更進一步地說，當刀把2承受到一扭轉力時，第一力感測器25A、25A’能有較大的感測靈敏度且當刀把2承受到一彎曲力時，第二力感測器25B、25B’、25B”、25B'''能有較大的感測靈敏度。
更仔細地說，本實施例的刀把2的二層感測結構具有不同的剛性。因此，當刀把2同時承受一扭轉力及一彎曲力時，第一力感測器25A、25A’會感測到一第一總應變。此第一總應變包含第一扭轉應變及第一彎曲應變。由於第一感測部23的第一扭轉剛性較小且第一彎曲剛性較大，所以在第一總應變中，第一扭轉應變相對於第一總應變的比值會大於第一彎曲應變相對於第一總應變的比值。如此，在第一總應變中，第一彎曲應變所佔的比例就會較小，進而降低了第一彎曲應變耦合至第一總應變中的效應。更進一步地說，當第一感測部23的第一扭轉剛性較小且第一彎曲剛性較大時，當第一感測部23能量測到較準確的扭轉力。
另一方面，當刀把2同時承受一扭轉力及一彎曲力時，第二力感測器25B、25B’、25B”、25B'''會感測到一第二總應變。此第二總應變包含第二扭轉應變及第二彎曲應變。由於第二感測部24的第二扭轉剛性較大且第二彎曲剛性較小，所以第二扭轉應變會較小且第二彎曲應變會較大。如此，在第二總應變中，第二扭轉應變相對於第二總應變的比值會小於第二彎曲應變相對於第二總應變的比值，進而降低了第二扭轉應變耦合至第二總應變中的效應。更進一步地說，當第二感測部24的第二彎曲剛性較小且第二扭轉剛性較大時，當第二感測部24能量測到較準確的彎曲力。
請參閱第6A圖及第6B圖。第6A圖及第6B圖係為本揭露之第二實施例之具力感測器的刀把2之第一感測部23及第二感測部24之設置方式之簡化示意圖。第7A圖及第7B圖係為本實施例之第一力感測器及第二力感測器設置方式之示意圖。如第6A圖及第6B圖所示，第一感測部23包含二個第一孔洞H1，而第一連線L1通過這二個第一孔洞H1且與軸線AX相交於第三交點 C3。因此，設置於二個第一孔洞H1的二個第一力感測器25A、25A’以第三交點C3為對稱點，相互點對稱地配置。
第二感測部24包含四個第二孔洞H2。第二連線L2通過其中二個第二孔洞H2且第三連線L3通過另外二個第二孔洞H2。第二連線L2與第三連線與軸線AX相交於第四交點C4。第二連線L2與第三連線L3夾角為90度。因此，二個第二力感測器25B、25B’分別設置於第二連線L2通過的二個第二孔洞H2內且彼此以第四交點C4為對稱點，相互點對稱地配置。另外二個第二力感測器25B”、25B'''設置於第三連線L3通過的另二個第二孔洞H2內且以第四交點C4為對稱點，彼此相互點對稱地配置。
第一感測部23具有斷面SC，此斷面SC的法向量N與軸線AX平行。通過第一孔洞H1的第一連線L1在斷面SC上形成第一投影P1。通過第二孔洞H2的第二連線L2及第三連線L3分別在斷面SC上形成第二投影P2及第三投影P3。
第一投影P1及第二投影P2之間具有投影夾角θx1，而第一投影P1及第三投影P3之間具有投影夾角θx2。在一實施例中，投影夾角θx1及投影夾角θx2可在正四十五度或負四十五度之間。在本實施例中，投影夾角θx1可實質上等於正四十五度，而投影夾角θx2可實質上等於負四十五度。
當本實施例的刀把2承受一以軸向X為軸向的彎曲力矩MX時或承受一以軸向Y為軸向的彎曲力矩MY時，由於第一投影P1及第二投影P2之間的投影夾角θx1可實質上等於正四十五度，第二感測元件251B、251B’、251B”、251B'''會感測到最大的彎曲應變，而第一感測元件251A、251A’會感測到最小的彎曲應變。更進一步地說，當本實施例的刀把2同時承受一相對於軸向X(或相對於軸向Y)的彎曲力及一相對於軸向D的扭轉力時，第一感測元件251A、251A’ 所量測的第一總應變中，彎曲應變相對於第一總應變所佔的比例會最小。因此，當第一投影P1及第二投影P2之間的投影夾角θx1可實質上等於正四十五度時，耦合至第一總應變中的彎曲應變就會減少許多。這降低了刀把2在同時量測多軸的力時(例如同時量測扭轉力及彎曲力)的耦合效應。
在另一實施例中，投影夾角θx1及投影夾角θx2可在正一百三十五度或負一百三十五度之間。例如，投影夾角θx1及投影夾角θx2可實質上分別等於正一百三十五度或負一百三十五度。
請同時參考第2A圖、第2B圖、第7A圖及第7B圖(本實施例的第一力感測器25A、25A’及第二力感測器25B、25B’、25B”、25B'''的結構與前一個實施例的第一力感測器15A相同，故以第2A圖、第2B圖表示這些感測器的結構)。第一力感測器25A包含具有第一感測表面S1的第一感測元件251A。第二力感測器25B包含具有第二感測表面S2的第二感測元件251B。第一感測元件251A的第一感測表面S1的第一法向量N1與軸線AX的軸向D之間具有第一感測夾角θ1。在本實施例中，此第一感測夾角θ1可實質上等於正四十五度或負四十五度。與本揭露之第一實施例相同地，當第一感測夾角θ1可實質上等於正四十五度或負四十五度時，第一感測元件251A可產生最大的扭轉應變，進而使第一力感測器25A在量測扭轉力TZ時，可以有效提高量測靈敏度。第一力感測器25A’與第一力感測器25A具有相同的元件與相同的組裝方式，故不在此多加贅述。此外，第二感測元件251B的第二感測表面S2的第二法向量N2與軸線AX的軸向D之間具有第二感測夾角θ2。第一感測夾角θ1實質上不等於第二感測夾角θ2。與本揭露之第一實施例相同地，在本實施例中，此第二感測夾角θ2可實質上為零度。當本實施例的刀把2承受一以軸向X為軸向的彎曲力矩MX時或承受一以軸向Y 為軸向的彎曲力矩MY時，第二感測元件251B感測到最大的彎曲應變，進而使第二力感測器25B在量測彎曲力矩MX或彎曲力矩MY時，可以有效提高量測靈敏度。第二力感測器25B’、25B”、25B'''與第二力感測器25B具有相同的元件與相同的組裝方式，故不在此多加贅述。
綜上所述，根據本揭露之實施例，具力感測器的刀把具有創新的分層感測結構及主動感測機制。因此，第一感測部的第一力感測器能感測施加於刀把的扭轉力，但不會被施加於刀把的彎曲力干擾。同樣的，第二感測部的第二力感測器能感測施加於刀把的彎曲力，但不會被施加於刀把的扭轉力干擾。此分層感測結構能使第一力感測器在量測扭轉力時，不會量測到太大的彎曲力且使第二力感測器量測彎曲力時，不會量測到太大的扭轉力。因此，根據本揭露之實施例之具力感測器的刀把在同時主動量測扭轉力及彎曲力時，可有效地降低耦合效應，進而分別提升第一力感測器及第二力感測器的量測準確度。
此外，根據本揭露之實施例之具力感測器的刀把的各個感測器的感測表面的方向可分別對應於最大的扭轉應變的方向或是最大的彎曲應變的方向，進而使各個感測器在分別量測扭轉力及彎曲力矩時可以有效提高量測靈敏度。
另外，根據本揭露之實施例，具力感測器的刀把的感測器彼此相互點對稱地配置。此對稱配置的設計可使感測器能夠更有效地感測刀把整體的受力情況，以提升其感測效能。
再者，根據本揭露之實施例，具力感測器的刀把的感測器均可將扭轉力及彎曲力的量測數據，直接顯示在感測器的顯示元件。此外，感測器更 可透過無線通訊的方式，將感測資料即時地傳送至設置於行動裝置(例如：平板電、手機及筆記型電腦等)中的數據管理平台。
可見本揭露在突破先前之技術下，確實已達到所欲增進之功效，且也非熟悉該項技藝者所易於思及，其所具之進步性、實用性，顯已符合專利之申請要件，爰依法提出專利申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。其它任何未脫離本揭露之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應該包含於後附之申請專利範圍中。
1:具力感測器的刀把
11:第二連接部
12:第一連接部
13:第一感測部
14:第二感測部
15A,15A’:第一力感測器
15B,15B’:第二力感測器
AX:軸線
TZ:扭轉力
H1:第一孔洞
H2:第二孔洞
C:刀具

Claims (15)

  1. 一種具力感測器的刀把，包含：一第一連接部，沿一軸線連接一刀具；一第二連接部，沿該軸線連接一主軸；一第一感測部，具有至少一第一孔洞且沿該軸線連接該第一連接部；一第二感測部，具有至少一第二孔洞且沿該軸線連接該第二連接部及連接該第一感測部；至少一第一力感測器，設置於該至少一第一孔洞並用於感測一扭轉力(Torsion Force)；以及至少一第二力感測器，設置於該至少一第二孔洞並用於感測一彎曲力(Bending Force)；其中，該第二感測部的一第二彎曲剛性(Bending Stiffness)小於該第一感測部的一第一彎曲剛性。
  2. 如請求項1所述之具力感測器的刀把，其中該第一感測部包含二個該第一孔洞且該第二感測部包含二個該第二孔洞，一第一連線通過該些第一孔洞及該軸線，一第二連線通過該些第二孔洞及該軸線。
  3. 如請求項2所述之具力感測器的刀把，其中該第二感測部包含四個該第二孔洞，一第二連線通過其中二個該第二孔洞及該軸線，一第三連線通過另外二個該第二孔洞及該軸線，該第二連線與該第三連線相互垂直。
  4. 如請求項2所述之具力感測器的刀把，其中第一感測部另包含一斷面，該斷面的一法向量與該軸線平行，該第一連線在該斷面的一第一投影與該第二連線在該斷面的一第二投影具有一投影夾角。
  5. 如請求項4所述之具力感測器的刀把，其中該投影夾角實質上等於正四十五度或負四十五度。
  6. 如請求項4所述之具力感測器的刀把，其中該投影夾角實質上等於正一百三十五度或負一百三十五度。
  7. 如請求項4所述之具力感測器的刀把，其中該第一力感測器包含一第一感測元件且該第二力感測器包含一第二感測元件，該第一感測元件具有一第一感測表面且該第二感測元件具有一第二感測表面，該第一感測表面的一第一法向量(N1)與該軸線之間具有一第一感測夾角，該第二感測表面的一第二法向量(N2)與該軸線之間具有一第二感測夾角，該第一感測夾角實質上不等於該第二感測夾角。
  8. 如請求項7所述之具力感測器的刀把，其中當該第一力感測器設置於該至少一第一孔洞時，該第一感測夾角為可調整，當該第二力感測器設置於該至少一第二孔洞時，該第二感測夾角為可調整。
  9. 如請求項7所述之具力感測器的刀把，該第一感測夾角的該角度實質上為正四十五度或負四十五度。
  10. 如請求項7所述之具力感測器的刀把，該第二感測夾角的該角度實質上為零度或一百八十度。
  11. 一種具力感測器的刀把，包含：一第一連接部，沿一軸線連接一刀具；一第二連接部，沿該軸線連接一主軸；一第一感測部，具有至少一第一孔洞且沿該軸線連接該第一連接部； 一第二感測部，具有至少一第二孔洞且沿該軸線連接該第二連接部及連接該第一感測部；至少一第一力感測器，設置於該至少一第一孔洞並用於感測一扭轉力(Torsion Force)；以及至少一第二力感測器，設置於該至少一第二孔洞並用於感測一彎曲力(Bending Force)；其中，該第一感測部的一第一扭轉剛性(Torsion Stiffness)小於該第二感測部的一第二扭轉剛性。
  12. 如請求項11所述之具力感測器的刀把，其中該第一力感測器包含一第一感測元件且該第二力感測器包含一第二感測元件，該第一感測元件具有一第一感測表面且該第二感測元件具有一第二感測表面，該第一感測表面的一第一法向量(N1)與該軸線之間具有一第一感測夾角，該第二感測表面的一第二法向量(N2)與該軸線之間具有一第二感測夾角，該第一感測夾角實質上不等於該第二感測夾角。
  13. 如請求項12所述之具力感測器的刀把，其中當該第一力感測器設置於該至少一第一孔洞時，該第一感測夾角為可調整，當該第二力感測器設置於該至少一第二孔洞時，該第二感測夾角為可調整。
  14. 如請求項12所述之具力感測器的刀把，該第一感測夾角的該角度實質上為正四十五度或負四十五度。
  15. 如請求項12所述之具力感測器的刀把，該第二感測夾角的該角度實質上為零度或一百八十度。
TW110149453A 2021-12-29 2021-12-29 具力感測器的刀把 TWI799044B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW110149453A TWI799044B (zh) 2021-12-29 2021-12-29 具力感測器的刀把
CN202210522456.9A CN116408684A (zh) 2021-12-29 2022-05-13 具有力感测器的刀把
US18/089,257 US20230201988A1 (en) 2021-12-29 2022-12-27 Tool holder having force sensors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW110149453A TWI799044B (zh) 2021-12-29 2021-12-29 具力感測器的刀把

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI799044B true TWI799044B (zh) 2023-04-11
TW202325460A TW202325460A (zh) 2023-07-01

Family

ID=86898076

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110149453A TWI799044B (zh) 2021-12-29 2021-12-29 具力感測器的刀把

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230201988A1 (zh)
CN (1) CN116408684A (zh)
TW (1) TWI799044B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020036091A1 (en) * 1998-10-22 2002-03-28 Ingvar Claesson Method and a device for vibration control
US20090234490A1 (en) * 2008-03-17 2009-09-17 Suprock Christopher A Smart Machining System and Smart Tool Holder Therefor
CN106181578A (zh) * 2016-07-28 2016-12-07 西安交通大学 一种测量扭矩和轴向力的旋转式铣削力传感器
CN107414599A (zh) * 2016-05-23 2017-12-01 常州机电职业技术学院 车削刀具弯曲形变检测方法及系统
TW201816383A (zh) * 2016-10-28 2018-05-01 財團法人工業技術研究院 非接觸式動剛度量測系統與方法
CN109357848A (zh) * 2018-09-28 2019-02-19 四川工程职业技术学院 一种智能刀具的测量装置及监测系统
TWI651152B (zh) * 2017-12-08 2019-02-21 高聖精密機電股份有限公司 智能刀把
CN113770811A (zh) * 2020-06-09 2021-12-10 弗朗茨凯斯勒股份有限公司 具有用于感测工具上的切削刃载荷的工具传感器的机床单元

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020036091A1 (en) * 1998-10-22 2002-03-28 Ingvar Claesson Method and a device for vibration control
US20090234490A1 (en) * 2008-03-17 2009-09-17 Suprock Christopher A Smart Machining System and Smart Tool Holder Therefor
CN107414599A (zh) * 2016-05-23 2017-12-01 常州机电职业技术学院 车削刀具弯曲形变检测方法及系统
CN106181578A (zh) * 2016-07-28 2016-12-07 西安交通大学 一种测量扭矩和轴向力的旋转式铣削力传感器
TW201816383A (zh) * 2016-10-28 2018-05-01 財團法人工業技術研究院 非接觸式動剛度量測系統與方法
TWI651152B (zh) * 2017-12-08 2019-02-21 高聖精密機電股份有限公司 智能刀把
CN109357848A (zh) * 2018-09-28 2019-02-19 四川工程职业技术学院 一种智能刀具的测量装置及监测系统
CN113770811A (zh) * 2020-06-09 2021-12-10 弗朗茨凯斯勒股份有限公司 具有用于感测工具上的切削刃载荷的工具传感器的机床单元

Also Published As

Publication number Publication date
US20230201988A1 (en) 2023-06-29
TW202325460A (zh) 2023-07-01
CN116408684A (zh) 2023-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7184698B2 (ja) 力覚センサ
Duncan et al. An investigation of the dynamic absorber effect in high-speed machining
WO2018000874A1 (zh) 一种触摸压力检测装置、显示屏及触控电子设备
Dwarakanath et al. Beam type hexapod structure based six component force–torque sensor
JP6918647B2 (ja) 力センサ、トルクセンサ、力覚センサ、指先力センサ、およびその製造方法
CN105606279B (zh) 弹性力矩传感器
TW201740122A (zh) 萬向架組件測試系統及方法
CN104515517A (zh) 包括被引导质量系统的微机械陀螺仪
JP2003254843A (ja) ６軸力センサ
TWI799044B (zh) 具力感測器的刀把
Yue et al. An approach for predicting stiffness of a 5-DOF hybrid robot for friction stir welding
US11391617B2 (en) Weight-bearing measurement device and method and weight-bearing equipment
JP5318831B2 (ja) 操作位置検出装置
WO2021042718A1 (en) Robotic arm and robot
Hou et al. Performance analysis and comprehensive index optimization of a new configuration of Stewart six-component force sensor
JP2012189516A (ja) トルクセンサ
EP4010153A1 (en) Robotic arm and robot
KR101759102B1 (ko) 회전 중 방향성 성능을 향상시킨 6축 휠 동력계
JP2017177263A (ja) ロボット、ロボット制御装置、及びロボットシステム
CN115655544A (zh) 用于测量扭矩和轴向力的装置
CN114169095A (zh) 弱刚度球头铣刀铣削稳定性的分析方法
JP3459939B2 (ja) 力覚センサ
WO2020008836A1 (ja) トルクセンサ
JP2011209178A (ja) ３軸力センサ
JP3144757U (ja) 力覚センサ