TWI820809B - 驅動系統熱溫升檢測與補償系統 - Google Patents
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Abstract
一種驅動系統熱溫升檢測與補償系統，是在一工具機的主軸安裝一光學非接觸式的感測頭，於該感測頭中央形成一感測中心，於該工具機的傳動裝置所驅動的平台設有數個球透鏡裝置，再於該傳動裝置設有將溫度數據向外傳輸的溫度感測器，在該工具機以該感測頭依序記錄各球透鏡中心的原點座標後，循環地依序將感測頭再移動至各球透鏡的原點座標，量測感測中心與球透鏡中心因傳動裝置熱偏移後產生的位移誤差量，連同溫度數據記錄於一訊號處理器，達到長時間自動記錄誤差、量測精度高以及可量測多軸向誤差與各軸向溫度用於補償的功效。
Description
本發明涉及一種工具機補償手段，尤其涉及一種驅動系統熱溫升檢測與補償系統。
現有的工具機在加工時，傳動裝置的各個線性軸、旋轉軸都會連續往復運動，使得傳動裝置各軸的傳動零組件在傳動時會被摩擦力、環境溫度等因素影響，導致溫度上升而熱變形，使得機台實際移動位置與理想位置會有誤差產生偏移，因此需要做熱跑合的檢測，獲得偏移量的數據。
現有熱跑合的檢測方法是在工具機的主軸結合一標準棒，並在平台上設有一千分錶，首先量測的人員會移動機台使千分錶抵靠到該標準棒，使千分錶歸零並記錄當前的座標位置，接著讓機台的傳動裝置各軸連續往復移動一段時間，再移動到一開始紀錄的座標位置，這時千分錶會碰到位於主軸上的標準棒，若機台因為溫度變化而產生變形、定位等誤差，則誤差量會反映在千分錶上，由量測的人記錄千分錶讀取的數值變化。
由於現有在工具機上熱跑合讀取傳動裝置的偏移量是以人工量測，因此會產生記錄數據耗時且費人力的問題，亦有無法長時間記錄、讀表容
易失誤以及一支千分錶僅能讀取單一軸並有精度較差的問題。為此，本發明以光學非接觸的方式量測主軸的偏移量，並以電子化的方式提供數據記錄用於補償，解決上述記錄耗時又不精確等問題。
為達到上述創作目的，本發明提供一種驅動系統熱溫升檢測與補償系統，是安裝於一工具機，該工具機具有一傳動裝置，以該傳動裝置驅動一平台，配合該平台設有一主軸，並且包括：一感測頭，設有一底座，該底座具有一軸桿，以該軸桿結合於該主軸，於該底座設有一支架，於該支架環繞地設有一光學非接觸式的感測器組，於該感測器組的中央形成一感測中心；數個球透鏡裝置，分別具有一固定座，數個固定座間隔地固定於該平台上，於各固定座結合一延伸桿，於各延伸桿的自由端設有一球透鏡；一個以上的溫度感測器，分別結合於該工具機的傳動裝置，各溫度感測器量測溫度並向外傳輸溫度的數據；以及一訊號處理器，接收各溫度感測器量測的溫度數據並與該感測頭訊號連接，在該工具機以該傳動裝置帶動該感測頭依序記錄各球透鏡中心的原點座標後，該傳動裝置運作使該感測頭循環地依序移動至各球透鏡的原點座標，並將該感測頭於各原點座標位置所感測的該感測中心與該球透鏡中心的位移誤差量，連同當時各溫度感測器的溫度數據記錄於該訊號處理器用於補償。
本發明藉由上述的系統，可快速且長時間地量測該傳動裝置因運作所產生的熱而造成的位移誤差，由於不需要人工讀取，可自動記錄誤差因此記錄的數據準確、精度高，並且以一個量測設備的系統就能夠進行多個軸向誤差的量測，以及傳動裝置各軸向溫度值的量測，進一步提供後續傳動裝置因熱產生誤差的分析與校正的補償需求。
100:驅動系統熱溫升檢測與補償系統
10:工具機
11:第一傳動構造
111:平台
12:第二傳動構造
13:第三傳動構造
131:立柱
132:刀頭
133:主軸
14:控制器
20:感測頭
21:底座
211:軸桿
22:支架
23:感測器組
231:第一雷射頭
232:第二雷射頭
233:第一光點位移感測器
234:第二光點位移感測器
30:球透鏡裝置
31:固定座
32:延伸桿
33:球透鏡
40:溫度感測器
50:訊號處理器
A:傳動裝置
B:感測中心
S01-S05:步驟
圖1是本發明較佳實施例執行檢測與補償方法的步驟流程圖。
圖2是本發明較佳實施例安裝於工具機的立體圖。
圖3是本發明較佳實施例安裝於工具機的右側視圖。
圖4是本發明較佳實施例感測頭的仰視立體圖。
圖5是本發明較佳實施例的感測器配合其中一球透鏡裝置的立體圖。
圖6是本發明較佳實施例的感測器讀取其中一球透鏡原點座標的示意圖。
圖7是本發明較佳實施例的感測器移動至一球透鏡原點座標的示意圖。
圖8是本發明較佳實施例的圖7的部分放大圖。
圖9是本發明較佳實施例的感測器依序移動至下一球透鏡原點座標的示意圖。
為能詳細瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如下。
如圖1至圖4所示的較佳實施例，本發明提供一種驅動系統熱溫升檢測與補償系統100，用於執行如圖1所示的檢測與補償方法，該驅動系統熱溫升檢測與補償系統100是安裝於一工具機10並且包括一感測頭20、數個球透鏡裝置30、數個溫度感測器40，以及一訊號處理器50，其中：在本較佳實施例中該工具機10是包括X軸、Y軸、Z軸的工具機，但在其他較佳實施例中也可以是其他種類的多軸工具機，例如包括X軸、Y軸、Z軸、A軸以及C軸的五軸工具機。該工具機10具有一傳動裝置A，該傳動裝置A包括分別對應X軸、Y軸、Z軸的一第一傳動構造11、一第二傳動構造12以及一第三傳動構造13，該第一傳動構造11的具有一可沿X軸方向移動的平台111，該第
三傳動構造13包括一立柱131，於該立柱131的前面結合可沿Z軸移動的刀頭132，該刀頭132位於該平台111的正上方，於該刀頭132設有一主軸133，於該工具機10還設有一控制器14，用於數值控制該傳動裝置A的動作。
該感測頭20設有一底座21，該底座21具有一軸桿211，該感測頭以該軸桿211結合於該主軸133的底端，於該底座21設有一環繞設置的支架22，於該支架22等高處環繞地設有一光學非接觸式的感測器組23，該感測器組23是在該支架22對應X軸方向的相反兩側設有一第一雷射頭231與一第一光點位移感測器233，於該支架22對應Y軸方向的相反兩側設有一第二雷射頭232與一第二光點位移感測器234，於第一雷射頭231與第一光點位移感測器233的虛擬連線與第二雷射頭232與第二光點位移感測器234虛擬連線的交錯點形成一感測中心B，該感測中心B位於該感測器組23的中央。
在本較佳實施例中是在該平台111頂面以矩陣方式排列的四個位置設置四個球透鏡裝置30，各球透鏡裝置30分別設有一固定座31，在本較佳實施例中各固定座31是磁力座，磁吸固定於該平台111的頂面固定，在其他較佳實施例中各固定座31也可以透過鎖固的方式間隔地固定於該平台111上，並且該球透鏡裝置30的數量可以為數個以上的數量。於各固定座31結合一朝上延伸的延伸桿32，於各延伸桿32的自由端設有一球透鏡33。
請參看圖2以及圖5、圖6所示，當該工具機10的該傳動裝置A移動該感測頭20，使該感測頭20移動並初次使其中任一球透鏡33的中心位於該感測中心B時，從第一雷射頭231以及第二雷射頭232分別射出穿過該球透鏡33中心的雷射光會穿過該球透鏡33的中心，射向第一光點位移感測器233以及第二光點位移感測器234的中心，該感測器組23即可得知該球透鏡33的中心位於該感測中心B，記錄此時該球透鏡33中心的原點座標。
在後續該工具機10的傳動裝置A因運作產生的溫度，使得該傳動裝置A本身因熱產生結構的偏移時，再將該感測頭20移動至同一球透鏡33的原點座標，這時該感測中心B已不會與該球透鏡33的中心重疊而是會有因熱產生的偏移，從第一雷射頭231以及第二雷射頭232分別射出的雷射光不再穿過該球透鏡33的中心，因此折射至第一光點位移感測器233及第二光點位移感測器234中心以外的位置，使第一光點位移感測器233及第二光點位移感測器234能分別偵測到兩道雷射光產生的偏離，藉由感測各道雷射光偏離的程度，計算出該感測中心B與該球透鏡33中心的位移誤差量。
在本較佳實施例中數個溫度感測器40的數量是對應該工具機10的軸向數量，例如在本較佳實施例中是對應X軸、Y軸、Z軸的三個軸向設有三個溫度感測器40，但在其他實施例中可僅於傳動裝置A的其中一軸結合一個溫度感測器40，或於兩軸以上的位置各結合一溫度感測器40，或於各軸向都設有多個的溫度感測器40。各溫度感測器40分別是能感測溫度，並將溫度數據無線向外發送的裝置，以磁吸或黏合等可拆卸的構造固定於該傳動裝置A對應各軸的構造，如本較佳實施例中三個溫度感測器40分別以磁吸的方式結合於該第一傳動構造11、第二傳動構造12以及第三傳動構造13，藉由三個溫度感測器40能夠分別實時感測第一傳動構造11、第二傳動構造12或第三傳動構造13處的溫度，再以有線或無線的方式向外傳輸溫度的訊號。在其他的較佳實施例中，設置於第一傳動構造11、第二傳動構造12或第三傳動構造13的溫度感測器40不限於一個，亦可各設有多個溫度感測器40，如此可增加量測各軸向的傳動構造的溫度數據。
該訊號處理器50可設置在該工具機10或可拆卸地設置於該工具機10的外部，在本較佳實施例中該訊號處理器50是設置於該工具機10。該訊號處理器50以有線或無線的方式與各溫度感測器40訊號連接，接收各溫度感測器40量測到的溫度的資訊，該資訊處理器50並以有線或無線的方式與該感測頭20訊
號連接，接收該感測中心B移動至各球透鏡33中心的原點座標時，該感測中心B與該球透鏡33中心的位移誤差量，並將位移誤差量與當時各溫度感測器的溫度數據記錄下來。
上述本發明的驅動系統熱溫升檢測與補償系統100執行如圖1所示的檢測與補償方法時，請參看圖2以及圖7至圖9所示，是進行以下的步驟：
(S01)架設感測頭與球透鏡：將感測頭20安裝於該主軸133，將三個溫度感測器40分別安裝於傳動裝置A的第一傳動構造11、第二傳動構造12、第三傳動構造13的三個軸上，並將四個球透鏡裝置30安裝於平台111上。
(S02)將球透鏡移至感測中心：該控制器14控制該工具機10，以傳動裝置A帶動安裝於該主軸133的感測頭20移動，依序至各球透鏡裝置30的上方下降，使各球透鏡33進入該感測頭20零點/原點的感測中心B。
(S03)記錄各球透鏡位置：當各球透鏡33進入該感測頭20零點/原點的感測中心B，記錄與該感測中心B位置重合的球透鏡33的原點座標，接著該感測頭20上移，移動至下一個球透鏡33的位置重複上述的S02與S03的步驟，依序將剩餘三個球透鏡33移動到該感測頭20的感測中心B，並記錄各球透鏡33的原點座標位置。
(S04)運行傳動裝置：依照上述量測各球透鏡33原點座標的順序，循環地以傳動裝置A依序帶動各球透鏡33移動，使該感測頭20移動到先前記錄的各原點座標的位置。
(S05)抓取溫升、位移數據：當該感測頭20移動到先前記錄的原點座標的位置時，安裝於訊號處理器50的軟體會自動記錄當下的位移誤差量與對應各軸的各個溫度感測器40所量測到的溫度值。重複上述步驟S04與S05的步驟，連續地量測並記錄四個位置的球透鏡裝置30隨傳動裝置A隨時間運作而增加的位移誤差量與溫度，即能完成傳動裝置A熱溫昇的檢測並用於補償。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用以限定本發明主張的權利範圍，凡其它未脫離本發明所揭示的精神所完成的等效改變或修飾，均應包括在本發明的申請專利範圍內。
S01-S05:步驟
Claims (5)
- 一種驅動系統熱溫升檢測與補償系統，是安裝於一工具機，該工具機具有一傳動裝置，以該傳動裝置驅動一平台，配合該平台設有一主軸，並且包括：一感測頭，設有一底座，該底座具有一軸桿，以該軸桿結合於該主軸，於該底座設有一支架，於該支架環繞地設有一光學非接觸式的感測器組，於該感測器組的中央形成一感測中心；數個球透鏡裝置，分別具有一固定座，數個固定座間隔地固定於該平台上，於各固定座結合一延伸桿，於各延伸桿的自由端設有一球透鏡；一個以上的溫度感測器，分別結合於該工具機的傳動裝置，各溫度感測器量測溫度並向外傳輸溫度的數據；以及一訊號處理器，接收各溫度感測器量測的溫度數據並與該感測頭訊號連接，在該工具機以該傳動裝置帶動該感測頭依序記錄各球透鏡中心的原點座標後，該傳動裝置運作使該感測頭循環地依序移動至各球透鏡的原點座標，並將該感測頭於各原點座標位置所感測的該感測中心與該球透鏡中心隨該傳動裝置隨時間運作而增加的位移誤差量，連同當時各溫度感測器隨該傳動裝置隨時間運作而增加的溫度數據記錄於該訊號處理器用於補償。
- 如請求項1所述之驅動系統熱溫升檢測與補償系統，其中該工具機是多軸工具機，該傳動裝置具有多軸的傳動構造；所述溫度感測器設有多個，於各軸的傳動構造結合一個以上的溫度傳感器。
- 如請求項2所述之驅動系統熱溫升檢測與補償系統，其中該工具機是包括X軸、Y軸、Z軸的工具機，該傳動裝置包括分別對應X軸、Y軸、Z軸的一第一傳動構造、一第二傳動構造以及一第三傳動構造，設有三個所述的溫度感測器分別結合於第一傳動構造、第二傳動構造以及第三傳動構造。
- 如請求項1至3其中任一項所述之驅動系統熱溫升檢測與補償系統，其中設有四個球透鏡裝置，該四個球透鏡裝置以矩陣的排列方式固定在該平台的頂面。
- 如請求項4所述之驅動系統熱溫升檢測與補償系統，其中所述各固定座是磁力座，各固定座磁吸固定於該平台的頂面。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN1853084A (zh) * | 2003-08-15 | 2006-10-25 | Faro科技有限公司 | 提高便携式坐标测量机的测量准确度的方法 |
| WO2007096585A1 (en) * | 2006-02-24 | 2007-08-30 | Renishaw Plc | Tool detection |
| TWI754562B (zh) * | 2021-03-12 | 2022-02-01 | 國立虎尾科技大學 | 主軸熱溫升量測補償系統與方法 |
| TWI754563B (zh) * | 2021-03-12 | 2022-02-01 | 國立虎尾科技大學 | 空間精度誤差量測方法 |
-
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1853084A (zh) * | 2003-08-15 | 2006-10-25 | Faro科技有限公司 | 提高便携式坐标测量机的测量准确度的方法 |
| WO2007096585A1 (en) * | 2006-02-24 | 2007-08-30 | Renishaw Plc | Tool detection |
| TWI754562B (zh) * | 2021-03-12 | 2022-02-01 | 國立虎尾科技大學 | 主軸熱溫升量測補償系統與方法 |
| TWI754563B (zh) * | 2021-03-12 | 2022-02-01 | 國立虎尾科技大學 | 空間精度誤差量測方法 |
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