專(zhuān)利名稱(chēng)：用以量測(cè)多軸工具機(jī)作動(dòng)的量測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種量測(cè)裝置，尤指一種用以量測(cè)多軸工具機(jī)作動(dòng)的量測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)由于多軸加工技術(shù)的提升，目前多軸工具機(jī)已經(jīng)逐漸受到工業(yè)界的重視與使用，既有的多軸工具機(jī)比一般三線性軸工具機(jī)多出數(shù)個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，而透過(guò)控制旋轉(zhuǎn)軸作動(dòng)的方式，不僅可以制造出結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的幾何零件，且可擁有更好的加工精度，其中既有六軸工具機(jī)設(shè)有三個(gè)線性軸(Χ、γ、ζ)及三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸(A、B、C)，其中旋轉(zhuǎn)軸(A)繞著X軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸(B)繞著Y軸旋轉(zhuǎn)，而旋轉(zhuǎn)軸(C)繞著Z軸旋轉(zhuǎn)，而既有五軸工具機(jī)設(shè)有三個(gè)線性軸及兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，其中兩旋轉(zhuǎn)軸與三線性軸相對(duì)主軸與工作平臺(tái)的位置及配置，可產(chǎn)生不同的機(jī)型及加工方式；既有量測(cè)五軸工具機(jī)的設(shè)備有一三自由度量測(cè)系統(tǒng)、一簡(jiǎn)易的量測(cè)系統(tǒng)及一工具機(jī)校驗(yàn)系統(tǒng)，其中該三自由度量測(cè)系統(tǒng)可用以調(diào)整仰角的角度，該簡(jiǎn)易的量測(cè)系統(tǒng)可測(cè)量X 軸、Y軸與Z軸，藉以分析旋轉(zhuǎn)軸的路徑，而該工具機(jī)校驗(yàn)系統(tǒng)可經(jīng)由雷射校正與軟件補(bǔ)償?shù)姆绞?，量測(cè)出位移雙軸向角度與雙軸向直度等五個(gè)自由度；前述幾種多軸工具機(jī)量測(cè)設(shè)備，雖可對(duì)于工具機(jī)各軸進(jìn)行量測(cè)及校正，但量測(cè)所需的設(shè)備相當(dāng)多且復(fù)雜，因此在組裝及架設(shè)上相當(dāng)繁復(fù)，不僅會(huì)相對(duì)提高量測(cè)所需的成本與時(shí)間，誠(chéng)有加以改進(jìn)之處。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明人有鑒于既有多軸工具機(jī)量測(cè)裝置，組裝繁復(fù)及成本高的不足與問(wèn)題，特經(jīng)過(guò)不斷的研究與試驗(yàn)，終于發(fā)展出一種能改進(jìn)既有缺失的本發(fā)明。本發(fā)明的目的在于提供一種多軸工具機(jī)量測(cè)裝置，其透過(guò)光學(xué)元件相互配合的方式，對(duì)于多軸工具機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)量測(cè)，進(jìn)而提供一方便組裝且成本低的目的者。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種多軸工具機(jī)量測(cè)裝置，其包含有一感測(cè)頭及一透鏡組，其中該感測(cè)頭設(shè)有至少一感測(cè)組，各感測(cè)組設(shè)有一光源及一感測(cè)器，其中該感測(cè)器與光源相面對(duì)且設(shè)有一與光源的光束互成垂直的感測(cè)接收面；以及該透鏡組設(shè)有一球形透鏡，使各感測(cè)組的光源可經(jīng)由球形透鏡而射向相對(duì)應(yīng)的感測(cè)器上。進(jìn)一步，該多軸工具機(jī)量測(cè)裝置設(shè)有與各感測(cè)器相連接的信號(hào)處理組，藉以接收各感測(cè)器所輸出的信號(hào)，且該信號(hào)處理組設(shè)有一用以進(jìn)行運(yùn)算處理與分析檢測(cè)的處理程序，該感側(cè)頭設(shè)有一結(jié)合座、一第一感測(cè)組及一第二感測(cè)組，該結(jié)合座設(shè)有一底板及多個(gè)凸設(shè)于底板一側(cè)面的結(jié)合板，該第一感測(cè)組設(shè)于結(jié)合座上且設(shè)有一第一光源及一第一感測(cè)器，該第一光源設(shè)于結(jié)合座一結(jié)合板上，而該第一感測(cè)器設(shè)結(jié)合座的另一結(jié)合板上而與第一光源相面對(duì)，而該第二感測(cè)組設(shè)于結(jié)合座上且與第一感測(cè)組呈一正交的空間關(guān)，該第二
3感測(cè)組設(shè)有一第二光源及一第二感測(cè)器，該第二光源設(shè)于結(jié)合座異于第一感測(cè)組的結(jié)合板上，而該第二感測(cè)器設(shè)結(jié)合座的結(jié)合板上而與第二光源相面對(duì)。再進(jìn)一步，該結(jié)合座在異于結(jié)合板的一側(cè)面的中心處設(shè)有一用以與一多軸工具機(jī)主軸相結(jié)合的結(jié)合桿，該透鏡組設(shè)有一支撐桿，該支撐桿的頂端伸入結(jié)合座內(nèi)而介于光源與相對(duì)應(yīng)的感測(cè)器之間，該支撐桿的底端固定于工作平臺(tái)上，且該球形透鏡固設(shè)于支撐桿頂端上。較佳地，各感測(cè)組于光源及感測(cè)器之間設(shè)有至少一透鏡，藉以將該光束修正為一準(zhǔn)直光并照射到感測(cè)器。較佳地，各感測(cè)器為一光電式感測(cè)器。較佳地，各光源分別為一準(zhǔn)直光源或一聚焦光源。較佳地，各光源可為一可見(jiàn)光或一不可見(jiàn)光。通過(guò)上述的技術(shù)手段，本發(fā)明多軸工具機(jī)量測(cè)裝置，于量測(cè)時(shí)僅需將感測(cè)頭及透鏡組分別裝設(shè)于多軸工具機(jī)主軸及工作平臺(tái)上，并利用光源檢測(cè)取放機(jī)構(gòu)定位及角度誤差的方式，透過(guò)兩感測(cè)器感接收連續(xù)光束的位移特征來(lái)感測(cè)輸入光束與該感測(cè)接收面之間的相對(duì)移動(dòng)，并計(jì)算分析球形透鏡球心位置的方式即可獲得多軸工具機(jī)的誤差，進(jìn)而提供一方便組裝且成本低的多軸工具機(jī)量測(cè)裝置。


圖1是本發(fā)明多軸工具機(jī)量測(cè)裝置的外觀立體示意圖；圖2是本發(fā)明量測(cè)裝置裝設(shè)于一多軸工具機(jī)的立體外觀示意圖；圖3是本發(fā)明量測(cè)裝置裝設(shè)于一多軸工具機(jī)的局部放大立體外觀示意圖；圖4是本發(fā)明多軸工具機(jī)量測(cè)裝置的操作方塊示意圖；圖5是本發(fā)明感測(cè)頭另一實(shí)施例的外觀立體示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明10-感測(cè)頭；11-結(jié)合座；111-底板；112-結(jié)合板；113-結(jié)合桿； 12-第一感測(cè)組；121-第一光源；122-第一感測(cè)器；123-感測(cè)接收面；124-透鏡；13-第二感測(cè)組；131-第二光源；132-第二感測(cè)器；133-感測(cè)接收面；134-透鏡；20-透鏡組；21-支撐桿；22-球形透鏡；23-磁鐵；30-信號(hào)處理組；31-處理程序；50-多軸工具機(jī)；51-主軸； 52-工作平臺(tái)。
具體實(shí)施例方式為能詳細(xì)了解本發(fā)明的技術(shù)特征及實(shí)用功效，并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容來(lái)實(shí)施，茲進(jìn)一步以圖式(如圖1至圖4所示)所示的較佳實(shí)施例，詳細(xì)說(shuō)明如后本發(fā)明通過(guò)精簡(jiǎn)的光學(xué)原理，進(jìn)而提供一方便組裝且成本低的多軸工具機(jī)量測(cè)裝置，其設(shè)有一感測(cè)頭10、一透鏡組20及一信號(hào)處理組30，其中該感測(cè)頭10設(shè)于一多軸工具機(jī)50的主軸51上且設(shè)有一結(jié)合座11、一第一感測(cè)組 12及一第二感測(cè)組13，其中該結(jié)合座11為一略呈方形且設(shè)有一底板111，該結(jié)合座11于底板111的一側(cè)面凸設(shè)有多個(gè)結(jié)合板112，且該結(jié)合座11于底板111另一側(cè)面的中心處設(shè)有一用以與一多軸工具機(jī)50主軸51相結(jié)合的結(jié)合桿113，該第一感測(cè)組12設(shè)于結(jié)合座11上且設(shè)有一第一光源121及一第一感測(cè)器122，該第一光源121設(shè)于結(jié)合座11底板111內(nèi)的一結(jié)合板112上，而該第一感測(cè)器122設(shè)結(jié)合座11的另一結(jié)合板112上而與第一光源121 相面對(duì)，其中該第一感測(cè)器122設(shè)有一與第一光源121的光束互成垂直的感測(cè)接收面123 ；而該第二感測(cè)組13設(shè)于結(jié)合座11上且而與第一感測(cè)組12呈一正交的空間關(guān)系， 該第二感測(cè)組13設(shè)有一第二光源131及一第二感測(cè)器132，該第二光源131設(shè)于結(jié)合座11 異于第一感測(cè)組12的結(jié)合板112上，而該第二感測(cè)器132設(shè)結(jié)合座11底板111內(nèi)的側(cè)壁上而與第二光源131相面對(duì)，其中該第二感測(cè)器132設(shè)有一與第二光源131的光束互成垂直的感測(cè)接收面133，較佳地，各光源121，131分別為一準(zhǔn)直光源或一聚焦光源，且各光源 121，131可為一可見(jiàn)光或一不可見(jiàn)光，藉以應(yīng)用于絕對(duì)距離的量測(cè)，另各感測(cè)組12，13如圖 5所示，于光源121，131及感測(cè)器122，132之間設(shè)有一透鏡124，134，以將該光束修正為一準(zhǔn)直光并照射到感測(cè)器122，132，較佳地，各感測(cè)器122，132為一光電式感測(cè)器；該透鏡組20設(shè)于多軸工具機(jī)50的工作平臺(tái)52上且設(shè)有一支撐桿21及一球形透鏡22，其中該支撐桿21與多軸工具機(jī)50的工作平臺(tái)52相固設(shè)結(jié)合且頂端伸入結(jié)合座11 而介于光源121，131及感測(cè)器122，132之間，較佳地，該支撐桿21的底端設(shè)有一與工作平臺(tái)52相吸引的磁鐵23，使支撐桿21可穩(wěn)固地設(shè)于工作平臺(tái)52上，而該球形透鏡22固設(shè)于支撐桿21頂端上，使各感測(cè)組12，13的光源121，131可經(jīng)由球形透鏡22而射向相對(duì)應(yīng)的感測(cè)器122，132上；以及該信號(hào)處理組30與兩感測(cè)組12，13的感測(cè)器122，132相連接，以接收各感測(cè)器 122，132所輸出的信號(hào)，較佳地，該信號(hào)處理組30可通過(guò)有線或無(wú)線的方式與各感測(cè)器 122，132相連接，且該信號(hào)處理組30設(shè)有一用以進(jìn)行運(yùn)算處理與分析檢測(cè)的處理程序31。本發(fā)明多軸工具機(jī)量測(cè)裝置于使用時(shí)如圖2和圖3所示，將結(jié)合座11的結(jié)合桿 113與多軸工具機(jī)50的主軸51相結(jié)合，且將透鏡組20的支撐桿21與多軸工具機(jī)50的工作平臺(tái)52相結(jié)合，使球形透鏡22設(shè)置于結(jié)合座11各結(jié)合板112間，透過(guò)移動(dòng)工具機(jī)X軸與Y軸的方式，讓兩光源121，131可通過(guò)球形透鏡22并照射于相對(duì)的感測(cè)器122，132上時(shí)， 兩感測(cè)接收面123，133會(huì)分別對(duì)于光束的入射位置產(chǎn)生一感測(cè)信號(hào)，并將所產(chǎn)生的感測(cè)信號(hào)傳送至該信號(hào)處理組30的處理程序31中，即可對(duì)于兩感測(cè)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，如第二圖所示透過(guò)第一感測(cè)組12的感測(cè)信號(hào)而可量測(cè)出另外兩垂直軸(Y軸及Z軸)的偏移量，而透過(guò)第二感測(cè)組13的量測(cè)信號(hào)可測(cè)量出另外兩垂直軸(X軸及Z軸)的偏移量，再經(jīng)過(guò)計(jì)算分析球形透鏡22的球心位置，即可獲得多軸工具機(jī)50動(dòng)態(tài)與靜態(tài)上的誤差；其中第一光源的光束方向感平行多軸工具機(jī)具50的X軸方向，故第一感測(cè)器122 可獲得Y軸(PSDlY)與Z(PSDlZ)軸方向的信號(hào)； 又第二光源的光束方向感平行多軸工具機(jī)50的Y軸方向，故第二感測(cè)器132可獲得X軸(PSD2X)與Z(PSD2Z)軸方向的信號(hào)；經(jīng)由下列公式計(jì)算，即可求出球心的偏移量球心X軸方向的偏移量Δ X = PSD2X球心Y軸方向偏移量Δ Y = PSDlY球心Z 軸方向偏移量ΔΖ = (PSD1Z+PSD2Z)/2 ；再則，本發(fā)明多軸工具機(jī)量測(cè)裝置于操作時(shí)可分兩種實(shí)施態(tài)樣，其中一實(shí)施態(tài)樣將該感測(cè)頭10固定不動(dòng)且平行于待測(cè)軸，當(dāng)兩光源121，131射出并經(jīng)過(guò)移動(dòng)的球形透鏡22 而分別進(jìn)入兩感測(cè)器122，132后，即可測(cè)量出另兩個(gè)垂直軸的偏移量，而另一種實(shí)施態(tài)樣將該球形透鏡22固定不動(dòng)，而該感測(cè)頭10平行于待測(cè)軸進(jìn)行移動(dòng)，當(dāng)兩感測(cè)器122，132接收經(jīng)球形透鏡22的光源后，亦可測(cè)量出另兩個(gè)垂直軸的偏移量，再經(jīng)過(guò)計(jì)算分析球形透鏡 22的球心位置即可獲得多軸工具機(jī)50動(dòng)態(tài)、靜態(tài)上的誤差。又則，本發(fā)明多軸工具機(jī)量測(cè)裝置于架設(shè)時(shí)可分兩種實(shí)施態(tài)樣，其中一實(shí)施態(tài)樣將該感測(cè)頭10架設(shè)于工具機(jī)50主軸51上，該透鏡組20架設(shè)于工作平臺(tái)52上，而另一種實(shí)施態(tài)樣將透鏡組20架設(shè)于工具機(jī)50主軸51上，該感測(cè)頭10架設(shè)于工作平臺(tái)52上。通過(guò)上述的技術(shù)手段，本發(fā)明多軸工具機(jī)量測(cè)裝置，于量測(cè)時(shí)僅需將感測(cè)頭10及透鏡組20分別裝設(shè)于多軸工具機(jī)50主軸51及工作平臺(tái)52上，并利用光源檢測(cè)取放機(jī)構(gòu)定位及角度誤差的方式，透過(guò)兩感測(cè)器122，132感接收連續(xù)光束的位移特征來(lái)感測(cè)輸入光束與該感測(cè)接收面123，133之間的相對(duì)移動(dòng)，并計(jì)算分析球形透鏡22球心位置的方式即可獲得多軸工具機(jī)50的誤差，進(jìn)而提供一方便組裝且成本低的多軸工具機(jī)量測(cè)裝置者。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，若在不脫離本發(fā)明所提技術(shù)方案的范圍內(nèi)，利用本發(fā)明所揭示技術(shù)內(nèi)容所作出局部更動(dòng)或修飾的等效實(shí)施例，并且未脫離本發(fā)明的技術(shù)方案內(nèi)容， 均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多軸工具機(jī)量測(cè)裝置，其特征在于，其包含有一感測(cè)頭及一透鏡組，其中該感測(cè)頭設(shè)有至少一感測(cè)組，各感測(cè)組設(shè)有一光源及一感測(cè)器，其中該感測(cè)器與該光源相面對(duì)且設(shè)有一與該光源的光束互成垂直的感測(cè)接收面；以及該透鏡組設(shè)有一球形透鏡，使各感測(cè)組的光源經(jīng)由該球形透鏡而射向相對(duì)應(yīng)的感測(cè)器上。
2.如權(quán)利要求1所述的多軸工具機(jī)量測(cè)裝置，其特征在于，該多軸工具機(jī)量測(cè)裝置設(shè)有與各感測(cè)器相連接的信號(hào)處理組，以接收各感測(cè)器所輸出的信號(hào)，且該信號(hào)處理組設(shè)有一用以進(jìn)行運(yùn)算處理與分析檢測(cè)的處理程序，該感側(cè)頭設(shè)有一結(jié)合座、一第一感測(cè)組及一第二感測(cè)組，該結(jié)合座設(shè)有一底板及多個(gè)凸設(shè)于底板一側(cè)面的結(jié)合板，該第一感測(cè)組設(shè)于結(jié)合座上且設(shè)有一第一光源及一第一感測(cè)器，該第一光源設(shè)于結(jié)合座一結(jié)合板上，而該第一感測(cè)器設(shè)結(jié)合座的另一結(jié)合板上而與第一光源相面對(duì)，而該第二感測(cè)組設(shè)于結(jié)合座上且與第一感測(cè)組呈一正交的空間關(guān)系，該第二感測(cè)組設(shè)有一第二光源及一第二感測(cè)器，該第二光源設(shè)于結(jié)合座異于第一感測(cè)組的結(jié)合板上，而該第二感測(cè)器設(shè)結(jié)合座的結(jié)合板上而與第二光源相面對(duì)。
3.如權(quán)利要求2所述的多軸工具機(jī)量測(cè)裝置，其特征在于，該結(jié)合座在異于結(jié)合板的一側(cè)面的中心處設(shè)有一用以與一多軸工具機(jī)主軸相結(jié)合的結(jié)合桿，該透鏡組設(shè)有一支撐桿，該支撐桿的頂端伸入結(jié)合座內(nèi)而介于光源與相對(duì)應(yīng)的感測(cè)器之間，該支撐桿的底端固定于工作平臺(tái)上，且該球形透鏡固設(shè)于支撐桿頂端上。
4.如權(quán)利要求3所述的多軸工具機(jī)量測(cè)裝置，其特征在于，各感測(cè)組于光源及感測(cè)器之間設(shè)有至少一透鏡，以將該光束修正為一準(zhǔn)直光并照射到感測(cè)器。
5.如權(quán)利要求4所述的多軸工具機(jī)量測(cè)裝置，其特征在于，各感測(cè)器為一光電式感測(cè)ο
6.如權(quán)利要求5所述的多軸工具機(jī)量測(cè)裝置，其特征在于，各光源分別為一準(zhǔn)直光源。
7.如權(quán)利要求5所述的多軸工具機(jī)量測(cè)裝置，其特征在于，各光源分別為一聚焦光源。
8.如權(quán)利要求5、6或7所述的多軸工具機(jī)量測(cè)裝置，其特征在于，各光源為一可見(jiàn)光。
9.如權(quán)利要求5、6或7所述的多軸工具機(jī)量測(cè)裝置，其特征在于，各光源為一不可見(jiàn)光。
10.如權(quán)利要求1所述的多軸工具機(jī)量測(cè)裝置，其特征在于，各感測(cè)組于光源及感測(cè)器之間設(shè)有至少一透鏡，以將該光束修正為一準(zhǔn)直光并照射到感測(cè)器，且各感測(cè)器為一光電式感測(cè)器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多軸工具機(jī)量測(cè)裝置，其主要設(shè)有一感測(cè)頭、一透鏡組及一信號(hào)處理組，其中該感測(cè)頭設(shè)有至少一感測(cè)組，各感測(cè)組設(shè)有一光源及一感測(cè)器，其中該感測(cè)器與光源相面對(duì)且設(shè)有一與光源的光束互成垂直的感測(cè)接收面，該透鏡組設(shè)有一球形透鏡，使各感測(cè)組的光源可經(jīng)由球形透鏡而射向相對(duì)應(yīng)的感測(cè)器上，而該信號(hào)處理組與兩感測(cè)組的感測(cè)器相電性連接，以接收各感測(cè)器所輸出的信號(hào)，且該信號(hào)處理組設(shè)有一用以進(jìn)行運(yùn)算處理與分析檢測(cè)的處理程序，以提供一方便組裝且成本低的多軸工具機(jī)量測(cè)裝置。
文檔編號(hào)B23Q17/24GK102371506SQ20101025975
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者劉建宏, 徐東暉, 覺(jué)文郁, 許家銘 申請(qǐng)人:國(guó)立虎尾科技大學(xué)