TWM624224U

TWM624224U - 醫療用齒輪之齒輪輪廓檢測系統

Info

Publication number: TWM624224U
Application number: TW110214256U
Authority: TW
Inventors: 帥俊銘
Original assignee: 凡事可有限公司
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2022-03-01

Abstract

本創作係關於一種醫療用齒輪之齒輪輪廓檢測系統，包含一承載單元，設有旋轉的一定位端，該定位端固定有一待測齒輪，以控制該待測齒輪旋轉到一掃描擷取點之位置；一掃描單元組包含二雷射輪廓儀，該二雷射輪廓儀分別發射一雷射光，配合該定位端帶動該待測齒輪旋轉，使得該二雷射光分別照射在該待測齒輪的表面形成連續的多個該掃描擷取點，以形成一3D數據並輸出；一運算處理裝置控制該定位端旋轉，以及接收該3D數據，並將該3D數據與一標準值進行比對判斷，並輸出或顯示一檢測結果。藉以能精準的檢測牙科手機用齒輪之齒輪輪廓。

Description

醫療用齒輪之齒輪輪廓檢測系統

本創作係有關於一種可以精準的檢測牙科手機用之齒輪輪廓系統。

目前一般常見的醫療用器械之齒輪檢測方式，例如有牙科手機用之齒輪，通常是利用三次元標測量儀的探針對於齒輪的齒輪輪廓進行檢測。惟此種接觸式之檢測方式，其測量速度慢，難以應用於大量的檢測，而且使用探針的接觸式檢測，對於齒輪具有磨耗的缺點產生。

有中華民國106年4月21日所公告之發明第I579526號「齒輪嚙合區域辨識系統與方法」專利案，其係揭露：齒輪嚙合區域辨識系統包括一影像擷取單元、一儲存單元以及一影像處理單元。影像擷取單元用以擷取一齒輪的至少一齒面的一影像資訊。儲存單元耦接影像擷取單元以儲存影像資訊。影像處理單元耦接儲存單元以獲得影像資訊，並處理影像資訊以取得齒面的一嚙合區域的至少一量化值。該量化值是該嚙合區域的形心座標、總面積、輪廓、滾動面積或滑動面積。

該專利前案利用影像擷取進行測量，其誤差值較大，不適合使用於牙科手機用之精密齒輪的檢測。

又有中華民國102年4月21日所公告之新型第M451537號「機具背隙檢測裝置」專利案，其係揭露：一感測器，為將檢測件之直線運動的變化量轉換成相對應的電子信號；一控制器，為執行檢測件參數控制，其能輸出一距離碼，使工作平台帶動檢測工具側向移動至檢測工具原點後，輸入一距離碼使其側向移動後，該控制器在輸出一暫停指令使其檢測件停留一暫停時間後，並輸入一距離碼使其側向移動至檢測工具原點後，再輸入一距離碼使工作平台帶動檢測工具側向移動至反向後，並輸入一暫停指令使其檢測工具停留一暫停時間後，並輸入一距離碼使其側向移動返回檢測工具原點。該反向移動之位移量供感測器其輸入檢測點之位置變化紀錄為偏移參數，其後控制器補正移動參數、偏移參數使之與距離碼近似相等，即完成背隙誤差補正。

該專利前案之檢測的誤差值大，僅能用於檢測背隙，無法檢測齒輪之齒輪輪廓外形，不適合使用於牙科手機用之精密齒輪的檢測，因此於使用上並不盡理想。

爰此，有鑑於目前對於齒輪的齒輪輪廓之檢測裝置具有上述的缺點。故本創作提供一種醫療用齒輪之齒輪輪廓檢測系統，係設有一承載單元，設有旋轉的一定位端，該定位端係可供固定有一待測齒輪，以控制該待測齒輪旋轉到一掃描擷取點之位置；一掃描單元組，係對於該待測齒輪的表面進行多個該掃描擷取點的連續掃描，該掃描單元組包含有二雷射輪廓儀，該二雷射輪廓儀分別發射一雷射光，配合該定位端帶動該待測齒輪旋轉，使得該二雷射光分別照射在該待測齒輪的表面形成連續的多個該掃描擷取點，該等掃描擷取點的數據組合後形成該待測齒輪之齒輪輪廓的一3D數據，並輸出該3D數據；一運算處理裝置，係分別與該承載單元及該掃描單元組訊號連接，藉以控制該定位端旋轉，以及接收該3D數據，並將該3D數據與一標準值進行比對判斷，並輸出或顯示一檢測結果。

上述承載單元係為一伺服馬達，該定位端則為該伺服馬達的一轉軸。

上述雷射輪廓儀係由內部的一雷射發射器發出該雷射光，該雷射光經過一柱狀物鏡後，再由一發射端射出，該雷射光照射到該待測齒輪的表面，然後該雷射光於該待測齒輪的表面反射後形成一反射光，該反射光再通過一接收端的一大口徑受光鏡頭後，反射在一互補式金屬氧化物半導體晶片上。

上述二雷射輪廓儀係分別從不同角度或方向發射該雷射光。

上述標準值係包含該待測齒輪原始設計數據中的單一節距誤差、鄰接齒距誤差、累積齒距誤差及齒溝偏擺值。

上述3D數據超出該標準值，則輸出或顯示一警示訊息。

上述運算處理裝置係包含一電腦主機及一顯示幕，該電腦主機係輸出該檢測結果及該警示訊息，該顯示幕則顯示該檢測結果及該警示訊息。

上述承載單元設有一第一訊號端，該掃描單元組設有一第二訊號端，該電腦主機係分別與該第一訊號端及該第二訊號端訊號連接。

上述3D數據超出該標準值的±2um時，該運算處理裝置輸出或顯示該警示訊息。

上述技術特徵具有下列之優點：

1.主要是針對醫療（牙科手機）用之齒輪於生產後的良品檢測，全部檢測過程可以透過手動方式或自動方式進行檢測，具有操作上的方便性。

2.使用雷射光掃描待測齒輪，掃描單元組與該待測齒輪之間沒有任何的接觸式檢測，除了檢測精度高，更可以避免檢測系統的磨耗問題。

3.又經過掃描後取得齒輪輪廓的3D數據，可以透過實體建模技術轉換成三維圖形檔案格式進行比對，可以容易的協助使用者分析判讀，藉以增加檢測齒輪輪廓的便利性。

請參閱第一圖及第二圖所示，本創作實施例係為一種醫療用齒輪之齒輪輪廓檢測系統，包含有：承載單元1、掃描單元組2及運算處理裝置3，其中：

承載單元1，係設有可活動旋轉的一定位端11，該定位端11係可供固定有醫療用的一待測齒輪A〔如第三圖所示〕。該承載單元1係可為一伺服馬達，該定位端11則為該伺服馬達的一轉軸。該伺服馬達係可內建有一光學定位單元〔係為習知技術，茲不另繪圖說明〕，並為閉迴路控制(close loop)，該閉迴路控制係於一上位控制器(PLC)發出命令後，再抓取一驅動器的回授位置比對，以確認該伺服馬達有確實移動到命令位置，如果位置不對，會再下命令補正，以確實移動到命令位置，藉以可控制該待測齒輪A旋轉到一掃描擷取點位置的精密度。該承載單元1係有一第一訊號端12。

掃描單元組2，其係可對於該待測齒輪A的表面進行多個該掃描擷取點的連續掃描。該掃描單元組2係包含有二雷射輪廓儀21，該二雷射輪廓儀21的構造及操作，如第四圖所示，係由內部的一發射器22發出一道雷射光23，該雷射光23經過一柱狀物鏡24後，再由一發射端25射出，然後該雷射光23照射到該待測齒輪A的表面形成該掃描擷取點，然後該雷射光23於該待測齒輪A的表面反射後形成一反射光23A，該反射光23A再通過一接收端26的一大口徑受光鏡頭27後，反射在高精度的一互補式金屬氧化物半導體(CMOS)晶片28上。如此，再配合該承載單元1的該定位端11帶動該待測齒輪A旋轉，使得該雷射光23照射在該待測齒輪A的表面形成連續的多個該掃描擷取點，將該等掃描擷取點的數據組合後即形成該待測齒輪A之齒輪輪廓的一3D數據，並輸出該3D數據。又該掃描單元組2之該二雷射輪廓儀21，係分別從不同角度或方向發射該雷射光23，藉由該二雷射輪廓儀21互相的比對及補償未掃描到的部分，藉以獲得連續多個該掃描擷取點所組成的該3D數據，可以增加其檢測精度。該掃描單元組2係設有一第二訊號端29。

運算處理裝置3，係分別與該承載單元1及該掃描單元組2訊號連接，藉以控制該承載單元1的該定位端11旋轉，以及接收該3D數據，並將該3D數據與一標準值進行比對判斷，並輸出或顯示一檢測結果。該標準值係包含該待測齒輪A原始設計數據中的單一節距誤差、鄰接齒距誤差、累積齒距誤差及齒溝偏擺值，並於該3D數據超出該標準值的±2um時，可輸出或顯示一警示訊息。該運算處理裝置3係包含一電腦主機31及一顯示幕32，該電腦主機31係輸出該檢測結果及該警示訊息，該顯示幕32則顯示該檢測結果及該警示訊息。該電腦主機31係分別與該承載單元1的該第一訊號端12及該掃描單元組2的該第二訊號端29訊號連接。

使用時，如第一圖及第二圖所示，首先將該待測齒輪A以手動方式或自動方式固定於該承載單元1的該定位端11上，並將單個或批量式的該承載單元1移動到該掃描單元組2的該二雷射輪廓儀21的固定掃描位置。或者是該承載單元1固定不動，而相對移動該掃描單元組2之該二雷射輪廓儀21移動到該承載單元1的固定掃描位置，均為本創作可以實施的方式之一，上述的該承載單元1及該掃描單元組2的移動方式，均為該運算處理裝置3予以控制。

當該承載單元1移動到該掃描單元組2已就定位(固定掃描位置)後，該運算處理裝置3控制該承載單元1之該定位端11帶動該待測齒輪A開始旋轉。同時控制該二雷射輪廓儀21發射出該雷射光23〔如第四圖所示〕，該雷射光23照射到該待測齒輪A的表面則形成該掃描擷取點，再配合該承載單元1的該定位端11帶動該待測齒輪A旋轉，使得該雷射光23照射在該待測齒輪A的表面可以形成連續的多個該掃描擷取點，將該等掃描擷取點的數據組合後形成該3D數據，該掃描單元組2輸出該3D數據。又該掃描單元組2之該二雷射輪廓儀21，可分別從不同角度或方向發射該雷射光23，藉以可增加其檢測精度。

然後該運算處理裝置3接收到該3D數據後將該3D數據透過實體建模技術將其轉換成三維圖形檔案格式(STereoLithography，以下簡稱stl檔案)，並將該stl檔案與原始設計數據的該標準值進行比對判斷後，藉以產生該檢測結果，該電腦主機31輸出該檢測結果，並於該顯示幕32上顯示該檢測結果，以供使用者可以了解到該待測齒輪A包含單一節距誤差、鄰接齒距誤差、累積齒距誤差及齒溝偏擺值等之檢測數據。又如果該檢測結果的單一節距誤差、鄰接齒距誤差、累積齒距誤差及齒溝偏擺值等之檢測數據，超出該標準值的±2um時可產生該警示訊息。該電腦主機31係輸出該警示訊息，並於該顯示幕32上顯示該警示訊息，以供使用者可以了解到該待測齒輪A的單一節距誤差、鄰接齒距誤差、累積齒距誤差及齒溝偏擺值等之檢測數據，係為一不合格品，而應緊急的進行製程處置，藉以能確保所生產的該待測齒輪A係為一合格品。

因此，藉由本創作上述醫療用齒輪之齒輪輪廓檢測系統，可以特別針對牙科手機用齒輪生產後的齒輪輪廓檢測，全部檢測過程可以透過手動方式或自動方式進行檢測，具有操作上的方便性。又由於使用雷射光掃描該待測齒輪A，與該待測齒輪A之間沒有任何的接觸式檢測，除了檢測精度高，更可以省去檢測系統的磨耗問題。又經過掃描後取得齒輪輪廓的3D數據，可以透過實體建模技術轉換成三維圖形檔案格式進行比對，更容易協助使用者分析判讀，增加檢測齒輪輪廓的便利性。

綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本創作之操作、使用及本創作產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本創作之較佳實施例，當不能以此限定本創作實施之範圍，即依本創作申請專利範圍及創作說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本創作涵蓋之範圍內。

1:承載單元 11:定位端 12:第一訊號端 2:掃描單元組 21:雷射輪廓儀 22:發射器 23:雷射光 23A:反射光 24:柱狀物鏡 25:發射端 26:接收端 27:大口徑受光鏡頭 28:互補式金屬氧化物半導體晶片 29:第二訊號端 3:運算處理裝置 31:電腦主機 32:顯示幕 A:待測齒輪

[第一圖]係為本創作實施例之系統架構配置圖。

[第二圖]係為本創作實施例之操作流程圖。

[第三圖]係為本創作實施例承載單元之構造示意圖。

[第四圖]係為本創作實施例雷射輪廓儀之構造示意圖。

1:承載單元

11:定位端

12:第一訊號端

2:掃描單元組

21:雷射輪廓儀

29:第二訊號端

3:運算處理裝置

31:電腦主機

32:顯示幕

A:待測齒輪

Claims

一種醫療用齒輪之齒輪輪廓檢測系統，包含有：一承載單元，設有旋轉的一定位端，該定位端係可供固定有一待測齒輪，以控制該待測齒輪旋轉到一掃描擷取點之位置；一掃描單元組，係對於該待測齒輪的表面進行多個該掃描擷取點的連續掃描，該掃描單元組包含有二雷射輪廓儀，該二雷射輪廓儀分別發射一雷射光，配合該定位端帶動該待測齒輪旋轉，使得該二雷射光分別照射在該待測齒輪的表面形成連續的多個該掃描擷取點，該等掃描擷取點的數據組合後形成該待測齒輪之齒輪輪廓的一3D數據，並輸出該3D數據；一運算處理裝置，係分別與該承載單元及該掃描單元組訊號連接，藉以控制該定位端旋轉，以及接收該3D數據，並將該3D數據與一標準值進行比對判斷，並輸出或顯示一檢測結果。
如請求項1所述醫療用齒輪之齒輪輪廓檢測系統，其中，該承載單元係為一伺服馬達，該定位端則為該伺服馬達的一轉軸。
如請求項1所述醫療用齒輪之齒輪輪廓檢測系統，其中，該雷射輪廓儀係由內部的一雷射發射器發出該雷射光，該雷射光經過一柱狀物鏡後，再由一發射端射出，該雷射光照射到該待測齒輪的表面，然後該雷射光於該待測齒輪的表面反射後形成一反射光，該反射光再通過一接收端的一大口徑受光鏡頭後，反射在一互補式金屬氧化物半導體晶片上。
如請求項1所述醫療用齒輪之齒輪輪廓檢測系統，其中，該二雷射輪廓儀係分別從不同角度或方向發射該雷射光。
如請求項1所述醫療用齒輪之齒輪輪廓檢測系統，其中，該標準值係包含該待測齒輪原始設計數據中的單一節距誤差、鄰接齒距誤差、累積齒距誤差及齒溝偏擺值。
如請求項1所述醫療用齒輪之齒輪輪廓檢測系統，其中，該3D數據超出該標準值，則輸出或顯示一警示訊息。
如請求項6所述醫療用齒輪之齒輪輪廓檢測系統，其中，該運算處理裝置係包含一電腦主機及一顯示幕，該電腦主機係輸出該檢測結果及該警示訊息，該顯示幕則顯示該檢測結果及該警示訊息。
如請求項7所述醫療用齒輪之齒輪輪廓檢測系統，其中，該承載單元設有一第一訊號端，該掃描單元組設有一第二訊號端，該電腦主機係分別與該第一訊號端及該第二訊號端訊號連接。
如請求項6所述醫療用齒輪之齒輪輪廓檢測系統，其中，該3D數據超出該標準值的±2um時，該運算處理裝置輸出或顯示該警示訊息。