TWI901552B - 進給平台精度感測系統 - Google Patents

Abstract

本揭露提供一種進給平台精度感測系統，其包括一感測裝置及一終端處理裝置，感測裝置包括有承架、具有彈性體及荷重塊的撓性體量測組件、應變規及加速度規，承架能夠固定於加工機的進給平台上，撓性體量測組件設於承架上方而使撓性體量測組件的下方形成懸空狀，應變規貼設於彈性體，能夠感測撓性體量測組件的縮短或伸長的變化量，即應變值，加速度規設於荷重塊，能夠感測撓性體量測組件的位移變化量，即加速度值，當進給平台移動時，感測裝置能夠擷取應變值及加速度值；終端處理裝置連接於感測裝置，且能夠接收感測裝置取得之應變值及加速度值等數據，並將其分析後獲得進給平台的摩擦力數據，經資料比對後得知進給平台的精度誤差量。

Description

進給平台精度感測系統

本揭露係有關於一種精度感測系統，特別是指一種用於偵測加工機進給平台的精度感測系統。

傳統機械加工機，將工件固定於工作平台後，採用人工操作機台的手輪來控制工作平台軸向的位移量，配合人工觀察刻度來進行工件的加工，但因刻度所能提供的精度有限，無法適用於目前社會需要的精密加工需求。

現代產業中可見電腦數值控制加工機，採用馬達及電子元件控制工作平台軸向的位移量，藉由電子元件計算出的精度，比起人工觀察刻度的精度更佳，從而改善了傳動機械加工機刀具進給加工精度不足的問題。

但是電腦數值控制加工機，其工作平台軸向的機構位移設計，仍然不會脫離導螺桿及滑軌配合的機械結構。電腦數值控制加工機在使用一段時間之後，因刀具進給加工作業量的不同，若是經常進行大進給的刀具切削加工作業，這種重負載加工容易造成機構間的磨耗或變形，或者工作平台軸向移動時的快或慢等因素，導螺桿或是滑軌等機構之間的配合會產生餘隙，導致工作平台軸向移動時發生過行程（或稱過衝）和進給量不足等不洽當的位移，又或者是每次施工完畢後的收工潤滑保養不完善時，都會有可能造成導螺桿或是滑軌等機構的運動不順暢，或是工件本身的重量使工作平台軸向移動過程中摩擦阻力變大等問題也會發生，這些都會造成加工後最終工件精度不準確的缺點。

因此，加工機具產業中所追求的精密加工產業，不能只有單純依賴電腦數值控制加工機的馬達及電子元件就滿足，真正以刀具進給加工後的工件精度，是否與電腦數值控制加工機所設定的加工尺寸相同，則未可知，前述諸多精度不佳的問題，其實都與工作平台移動時的摩擦力息息相關，故工作平台的精度鑑別仍然有需要改善。

為解決上述課題，本揭露揭露一種進給平台精度感測系統，其包括：一感測裝置，感測裝置係包括有一承架、一具有兩彈性體及一荷重塊的撓性體量測組件、兩應變規及一加速度規，承架能夠固定於加工機的進給平台上，撓性體量測組件設於承架上方而使撓性體量測組件的下方形成懸空狀，撓性體量測組件能夠彈性變形，應變規貼設於彈性體，能夠感測撓性體量測組件的縮短或伸長的變化量，即應變值，加速度規設於荷重塊，能夠感測撓性體量測組件的位移變化量，即加速度值，當進給平台移動時，感測裝置能夠擷取應變值及加速度值；以及一終端處理裝置，終端處理裝置連接於感測裝置，且能夠接收感測裝置取得之應變值及加速度值等數據，並將其分析後獲得進給平台的摩擦力數據，經資料比對後得知進給平台的精度誤差量。

本揭露之一項實施例中，感測裝置的承架呈中空狀且具有一底部，底部能夠固定於進給平台上，承架的底部於相反的兩端分別具有一垂直狀的支撐部，撓性體量測組件包括有一荷重塊及兩彈性體，兩個彈性體分別設於荷重塊的兩端，且連接於荷重塊與支撐部之間，當進給平台移動時，荷重塊的重量能夠使彈性體產生彈性變形。

於其中一項實施例中，感測裝置的彈性體呈封閉環片狀，且採用水平擺放的方式安裝於荷重塊與支撐部之間，當進給平台移動時，荷重塊使兩個彈性體中的其中一個彈性體被壓縮，同時使另一個彈性體被拉伸。

以下參照各附圖詳細描述本揭露的示例性實施例，且不意圖將本揭露的技術原理限制於特定公開的實施例，而本揭露的範圍僅由申請專利範圍限制，涵蓋了替代、修改和等同物。

請參閱圖1至圖4所示，本揭露係具有一種進給平台精度感測系統100，其包括一感測裝置10及一終端處理裝置20。

感測裝置10能夠固定於加工機200的進給平台201上，並擷取進給平台201移動時的應變值及加速度值，感測裝置10係包括有一承架11、一撓性體量測組件12、至少一應變規13、一加速度規14、至少一訊號放大模組15及一資料擷取模組16。

承架11能夠固定於加工機200的進給平台201上，承架11呈中空狀且具有一底部111，承架11的底部111能夠採用螺件或是採用夾具來固定於加工機200的進給平台201上。承架11的底部111於相反的兩端分別具有一垂直狀的支撐部112。承架11的底部111採用實心且具有厚度的鐵板，用以模擬工件重量。

撓性體量測組件12設於承架11上方而使撓性體量測組件12的下方形成懸空狀，撓性體量測組件12能夠彈性變形。撓性體量測組件12包括有一荷重塊121及兩彈性體122，兩個彈性體122分別設於荷重塊121的兩端，且彈性體122連接於荷重塊121與承架11的支撐部112之間，使兩個彈性體122及荷重塊121皆形成懸空狀。當進給平台201移動時，荷重塊121的重量能夠使彈性體122產生彈性變形。詳而言之，當進給平台201移動時，荷重塊121使兩個彈性體122中的其中一個彈性體122被壓縮，同時使另一個彈性體122被拉伸。彈性體122為金屬材料製成且具有撓性的能力，例如彈簧，能夠壓縮與拉伸，並會於受力時變形，而移除所受之力能夠恢復原始的形狀，也就是說彈性體122具備彈性變形的能力。

彈性體122能夠設計成任何具備彈性變形能力的形狀，在本實施例中，彈性體122呈圓環狀，且採用水平擺放的方式安裝於荷重塊121與承架11的支撐部112之間。更進一步來說，彈性體122設計呈圓環狀後不但在直徑方向上具有彈性能力，更便於應變規13貼附及感測形變量。在本實施例中，彈性體122設計成八面形的環狀，能夠使彈性體122彼此相反的兩個平面以面接觸的方式連接於荷重塊121與支撐部112之間，提高撓性體量測組件12與承架11之間的結構穩定性。

應變規13貼設於撓性體量測組件12，能夠感測撓性體量測組件12的縮短或伸長的變化量，即應變值。本實施例中，應變規13有四個，每個彈性體122分別對稱的貼設兩個應變規13，且使兩個應變規13彼此相對的保持在彈性體122垂直於其拉伸及壓縮的方向上，如此能夠使擷取的應變值更加充分，利於後續終端處理裝置20進行分析。由於彈性體122形成懸空狀，故應變規13與進給平台201之間形成非剛性接觸的狀態，有效的使應變規13避免了直接與進給平台201貼合，此時的應變規13被模擬成無摩擦力的懸空狀態，因此使感測裝置10擷取到的應變值更加靈敏及準確。

加速度規14設於撓性體量測組件12，能夠感測撓性體量測組件12的速度及加速度而推算出位移變化量，即加速度值。本實施例中，加速度規14設於撓性體量測組件12的荷重塊121，能夠感測荷重塊121的位移變化量。由於荷重塊121形成懸空狀，故加速度規14與進給平台201之間形成非剛性接觸的狀態，有效的使加速度規14避免了直接與進給平台201接觸，此時的加速度規14被模擬成無摩擦力的懸空狀態，因此使感測裝置10擷取到的應變值及加速度值更加靈敏及準確。

訊號放大模組15設於承架11內，能夠接收應變規13的訊號並將之進行放大。訊號放大模組15設於承架11的底部111，且連接於應變規13，能夠將接收到的應變值之訊號進行放大。本實施例中的訊號放大模組15設有兩個，每個訊號放大模組15分別連接於一個彈性體122上的兩個應變規13。

資料擷取模組16設於承架11內，能夠接受訊號放大模組15傳輸的訊號並達到數據擷取之目的。資料擷取模組16設於承架11的底部111，且連接於訊號放大模組15，能夠將訊號放大模組15傳輸的應變值之訊號進行擷取。

終端處理裝置20連接於感測裝置10，且能夠接收感測裝置10取得之應變值及加速度值等數據，並將其分析後獲得進給平台201的摩擦力數據，經資料比對後得知進給平台201的精度誤差量。

終端處理裝置20包括有一人機介面21、一分析模組22、一紀錄模組23、一回授模組24及一控制模組25。終端處理裝置20能夠是個人電腦、筆記型電腦、平板、智慧型行動裝置等。分析模組22、紀錄模組23、回授模組24及控制模組25皆可採用軟體的型態儲存於終端處理裝置20中。

人機介面21為可供使用者操作的畫面，請一併參照圖4所示，能夠顯示應變值及加速度值等數據。人機介面21（Human-Machine Interface, HMI）是人類與機器或系統之間互動，可直接在電腦上透過分析得知進給平台201的精度誤差，且可即時顯示感測數據的狀態、資料趨勢，使用者可遠端監控加工生產狀況或執行操作，採用圖表呈現可方便分析與追蹤，且將複雜的加工機200指令整合為按鈕、圖示、流程圖等，使操作更直覺。

分析模組22能夠將應變值及加速度值進行分析，以獲得進給平台201的摩擦力數據，並與進給平台201所設定的進給量進行資料比對，從而得知進給平台201移動後的精度誤差量。

紀錄模組23能夠儲存應變值及加速度值等數據，也能夠儲存進給平台201的摩擦力數據，並於需要時匯出所儲存的數據以利進行進給平台201的精度分析。

回授模組24能夠將分析模組22比對後的精度誤差量，回饋給控制模組25。

控制模組25能夠將回授模組24回饋的精度誤差量，饋送給加工機200，用以補償進給平台201的精度誤差量。

當加工機200的進給平台201於X軸方向上移動一段距離，感測裝置10能夠擷取進給平台201移動時的應變值及加速度值，且由於撓性體量測組件12設於承架11上方而使撓性體量測組件12的下方形成懸空狀，也就是應變規13及加速度規14都與進給平台201之間形成非剛性接觸的狀態，有效的使應變規13及加速度規14避免了直接與進給平台201貼合或接觸，此時的應變規13及加速度規14被模擬成無摩擦力的懸空狀態，因此使感測裝置10擷取到的應變值及加速度值更加靈敏及準確。進一步來說，進給平台201進行微小的位移量時，例如5um時，終端處理裝置20接收感測裝置10取得之應變值及加速度值等數據，仍然能夠將其分析後獲得進給平台201的摩擦力數據，並經資料比對後得知進給平台201的微小精度誤差量。

之後，再將精度誤差量饋送給加工機200，用以補償進給平台201在X軸方向上移動的精度誤差量，如此，克服進給平台201位移時的摩擦力誤差，達到校準進給平台201精度的效果，維持進給平台201位移時的準確性。

以上，雖然本揭露是以一個最佳實施例作說明，精於此技藝者能在不脫離本揭露精神與範疇下作各種不同形式的改變。前述所舉實施例僅用以說明本揭露而已，非用以限制本揭露之範圍。舉凡不違本揭露精神所從事的種種修改或改變，俱屬本揭露申請專利範圍。

100:進給平台精度感測系統 10:感測裝置 11:承架 111:底部 112:支撐部 12:撓性體量測組件 121:荷重塊 122:彈性體 13:應變規 14:加速度規 15:訊號放大模組 16:資料擷取模組 20:終端處理裝置 21:人機介面 22:分析模組 23:紀錄模組 24:回授模組 25:控制模組 200:加工機 201:進給平台

[圖1]為本揭露進給平台精度感測系統的外觀示意圖。[圖2]為本揭露進給平台精度感測系統的使用狀態示意圖。[圖3]為本揭露進給平台精度感測系統的架構流程示意圖。[圖4]為本揭露進給平台精度感測系統的終端處理裝置的人機介面示意圖。

100:進給平台精度感測系統

10:感測裝置

11:承架

111:底部

112:支撐部

12:撓性體量測組件

121:荷重塊

122:彈性體

13:應變規

14:加速度規

15:訊號放大模組

16:資料擷取模組

20:終端處理裝置

21:人機介面

Claims (8)

1. 一種進給平台精度感測系統，其包括：一感測裝置，係包括有一承架、一撓性體量測組件、至少一應變規及一加速度規，該承架呈中空狀且具有一底部，該底部能夠固定於加工機的進給平台上，該承架的該底部於相反的兩端分別具有一垂直狀的支撐部，該撓性體量測組件設於該承架上方而使該撓性體量測組件的下方形成懸空狀，該撓性體量測組件包括有一荷重塊及兩彈性體，該兩彈性體分別設於該荷重塊的兩端，且連接於該荷重塊與該支撐部之間，當進給平台移動時，該荷重塊的重量能夠使該彈性體產生彈性變形，該應變規貼設於該彈性體，該加速度規設於該荷重塊，當進給平台移動時，該感測裝置能夠擷取該應變規的應變值及該加速度規的加速度值；以及一終端處理裝置，係連接於該感測裝置，且能夠接收該感測裝置取得之應變值及加速度值等數據，並將其分析後獲得進給平台的摩擦力數據，經資料比對後得知進給平台的精度誤差量。
2. 如請求項1所述之進給平台精度感測系統，其中該彈性體呈封閉環片狀，且採用水平擺放的方式安裝於該荷重塊與該支撐部之間，當進給平台移動時，該荷重塊使該兩彈性體中的其中一個彈性體被壓縮，同時使另一個彈性體被拉伸。
3. 如請求項2所述之進給平台精度感測系統，其中，該彈性體為八面形的封閉環片狀。
4. 如請求項3所述之進給平台精度感測系統，其中，該應變規有四個，各該彈性體分別對稱的貼設該兩應變規，且使該兩應變規彼此相對的保持在該彈性體垂直於其拉伸及壓縮的方向上。
5. 如請求項4所述之進給平台精度感測系統，其中，該感測裝置還包括有至少一訊號放大模組及一資料擷取模組，該訊號放大模組設於該承架內，能夠接收該應變規的訊號並將之進行放大，該資料擷取模組設於該承架內，能夠接受該訊號放大模組傳輸的訊號並達到數據擷取之目的。
6. 如請求項5所述之進給平台精度感測系統，其中，該訊號放大模組設於該底部，且連接於該應變規，該資料擷取模組設於該底部，且連接於該訊號放大模組。
7. 如請求項6所述之進給平台精度感測系統，其中，該終端處理裝置包括有一人機介面、一分析模組、一回授模組及一控制模組，該人機介面為供使用者操作的畫面，能夠顯示應變值及加速度值等數據，該分析模組能夠將應變值及加速度值進行分析，以獲得進給平台的摩擦力數據，並進行資料比對，從而得知進給平台移動後的精度誤差量，該回授模組能夠將該分析模組比對後的精度誤差量，回饋給該控制模組，該控制模組能夠將該回授模組回饋的精度誤差量，饋送給加工機，用以補償進給平台的精度誤差量。
8. 如請求項7所述之進給平台精度感測系統，其中，該終端處理裝置還包括有一紀錄模組，該紀錄模組能夠儲存應變值及加速度值等數據，也能夠儲存進給平台的摩擦力數據，並於需要時匯出所儲存的數據以利進行進給平台的精度分析。