CN102371506A - 用以量测多轴工具机作动的量测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多轴工具机量测装置，其主要设有一感测头、一透镜组及一信号处理组，其中该感测头设有至少一感测组，各感测组设有一光源及一感测器，其中该感测器与光源相面对且设有一与光源的光束互成垂直的感测接收面，该透镜组设有一球形透镜，使各感测组的光源可经由球形透镜而射向相对应的感测器上，而该信号处理组与两感测组的感测器相电性连接，以接收各感测器所输出的信号，且该信号处理组设有一用以进行运算处理与分析检测的处理程序，以提供一方便组装且成本低的多轴工具机量测装置。

Description

用以量测多轴工具机作动的量测装置

技术领域

本发明关于一种量测装置，尤指一种用以量测多轴工具机作动的量测装置。

背景技术

近年来由于多轴加工技术的提升，目前多轴工具机已经逐渐受到工业界的重视与使用，既有的多轴工具机比一般三线性轴工具机多出数个旋转轴，而透过控制旋转轴作动的方式，不仅可以制造出结构更复杂的几何零件，且可拥有更好的加工精度，其中既有六轴工具机设有三个线性轴(X、Y、Z)及三个旋转轴(A、B、C)，其中旋转轴(A)绕着X轴旋转，旋转轴(B)绕着Y轴旋转，而旋转轴(C)绕着Z轴旋转，而既有五轴工具机设有三个线性轴及两个旋转轴，其中两旋转轴与三线性轴相对主轴与工作平台的位置及配置，可产生不同的机型及加工方式；

既有量测五轴工具机的设备有一三自由度量测***、一简易的量测***及一工具机校验***，其中该三自由度量测***可用以调整仰角的角度，该简易的量测***可测量X轴、Y轴与Z轴，藉以分析旋转轴的路径，而该工具机校验***可经由雷射校正与软件补偿的方式，量测出位移双轴向角度与双轴向直度等五个自由度；

前述几种多轴工具机量测设备，虽可对于工具机各轴进行量测及校正，但量测所需的设备相当多且复杂，因此在组装及架设上相当繁复，不仅会相对提高量测所需的成本与时间，诚有加以改进之处。

发明内容

因此，本发明人有鉴于既有多轴工具机量测装置，组装繁复及成本高的不足与问题，特经过不断的研究与试验，终于发展出一种能改进既有缺失的本发明。

本发明的目的在于提供一种多轴工具机量测装置，其透过光学元件相互配合的方式，对于多轴工具机进行动态量测，进而提供一方便组装且成本低的目的者。

为达到上述目的，本发明提供一种多轴工具机量测装置，其包含有一感测头及一透镜组，其中：

该感测头设有至少一感测组，各感测组设有一光源及一感测器，其中该感测器与光源相面对且设有一与光源的光束互成垂直的感测接收面；以及

该透镜组设有一球形透镜，使各感测组的光源可经由球形透镜而射向相对应的感测器上。

进一步，该多轴工具机量测装置设有与各感测器相连接的信号处理组，藉以接收各感测器所输出的信号，且该信号处理组设有一用以进行运算处理与分析检测的处理程序，该感侧头设有一结合座、一第一感测组及一第二感测组，该结合座设有一底板及多个凸设于底板一侧面的结合板，该第一感测组设于结合座上且设有一第一光源及一第一感测器，该第一光源设于结合座一结合板上，而该第一感测器设结合座的另一结合板上而与第一光源相面对，而该第二感测组设于结合座上且与第一感测组呈一正交的空间关，该第二感测组设有一第二光源及一第二感测器，该第二光源设于结合座异于第一感测组的结合板上，而该第二感测器设结合座的结合板上而与第二光源相面对。

再进一步，该结合座在异于结合板的一侧面的中心处设有一用以与一多轴工具机主轴相结合的结合杆，该透镜组设有一支撑杆，该支撑杆的顶端伸入结合座内而介于光源与相对应的感测器之间，该支撑杆的底端固定于工作平台上，且该球形透镜固设于支撑杆顶端上。

较佳地，各感测组于光源及感测器之间设有至少一透镜，藉以将该光束修正为一准直光并照射到感测器。

较佳地，各感测器为一光电式感测器。

较佳地，各光源分别为一准直光源或一聚焦光源。

较佳地，各光源可为一可见光或一不可见光。

通过上述的技术手段，本发明多轴工具机量测装置，于量测时仅需将感测头及透镜组分别装设于多轴工具机主轴及工作平台上，并利用光源检测取放机构定位及角度误差的方式，透过两感测器感接收连续光束的位移特征来感测输入光束与该感测接收面之间的相对移动，并计算分析球形透镜球心位置的方式即可获得多轴工具机的误差，进而提供一方便组装且成本低的多轴工具机量测装置。

附图说明

图1是本发明多轴工具机量测装置的外观立体示意图；

图2是本发明量测装置装设于一多轴工具机的立体外观示意图；

图3是本发明量测装置装设于一多轴工具机的局部放大立体外观示意图；

图4是本发明多轴工具机量测装置的操作方块示意图；

图5是本发明感测头另一实施例的外观立体示意图。

附图标记说明：10-感测头；11-结合座；111-底板；112-结合板；113-结合杆；12-第一感测组；121-第一光源；122-第一感测器；123-感测接收面；124-透镜；13-第二感测组；131-第二光源；132-第二感测器；133-感测接收面；134-透镜；20-透镜组；21-支撑杆；22-球形透镜；23-磁铁；30-信号处理组；31-处理程序；50-多轴工具机；51-主轴；52-工作平台。

具体实施方式

为能详细了解本发明的技术特征及实用功效，并可依照说明书的内容来实施，兹进一步以图式(如图1至图4所示)所示的较佳实施例，详细说明如后：

本发明通过精简的光学原理，进而提供一方便组装且成本低的多轴工具机量测装置，其设有一感测头10、一透镜组20及一信号处理组30，其中：

该感测头10设于一多轴工具机50的主轴51上且设有一结合座11、一第一感测组12及一第二感测组13，其中该结合座11为一略呈方形且设有一底板111，该结合座11于底板111的一侧面凸设有多个结合板112，且该结合座11于底板111另一侧面的中心处设有一用以与一多轴工具机50主轴51相结合的结合杆113，该第一感测组12设于结合座11上且设有一第一光源121及一第一感测器122，该第一光源121设于结合座11底板111内的一结合板112上，而该第一感测器122设结合座11的另一结合板112上而与第一光源121相面对，其中该第一感测器122设有一与第一光源121的光束互成垂直的感测接收面123；

而该第二感测组13设于结合座11上且而与第一感测组12呈一正交的空间关系，该第二感测组13设有一第二光源131及一第二感测器132，该第二光源131设于结合座11异于第一感测组12的结合板112上，而该第二感测器132设结合座11底板111内的侧壁上而与第二光源131相面对，其中该第二感测器132设有一与第二光源131的光束互成垂直的感测接收面133，较佳地，各光源121，131分别为一准直光源或一聚焦光源，且各光源121，131可为一可见光或一不可见光，藉以应用于绝对距离的量测，另各感测组12，13如图5所示，于光源121，131及感测器122，132之间设有一透镜124，134，以将该光束修正为一准直光并照射到感测器122，132，较佳地，各感测器122，132为一光电式感测器；

该透镜组20设于多轴工具机50的工作平台52上且设有一支撑杆21及一球形透镜22，其中该支撑杆21与多轴工具机50的工作平台52相固设结合且顶端伸入结合座11而介于光源121，131及感测器122，132之间，较佳地，该支撑杆21的底端设有一与工作平台52相吸引的磁铁23，使支撑杆21可稳固地设于工作平台52上，而该球形透镜22固设于支撑杆21顶端上，使各感测组12，13的光源121，131可经由球形透镜22而射向相对应的感测器122，132上；以及

该信号处理组30与两感测组12，13的感测器122，132相连接，以接收各感测器122，132所输出的信号，较佳地，该信号处理组30可通过有线或无线的方式与各感测器122，132相连接，且该信号处理组30设有一用以进行运算处理与分析检测的处理程序31。

本发明多轴工具机量测装置于使用时如图2和图3所示，将结合座11的结合杆113与多轴工具机50的主轴51相结合，且将透镜组20的支撑杆21与多轴工具机50的工作平台52相结合，使球形透镜22设置于结合座11各结合板112间，透过移动工具机X轴与Y轴的方式，让两光源121，131可通过球形透镜22并照射于相对的感测器122，132上时，两感测接收面123，133会分别对于光束的入射位置产生一感测信号，并将所产生的感测信号传送至该信号处理组30的处理程序31中，即可对于两感测信号进行运算处理，如第二图所示透过第一感测组12的感测信号而可量测出另外两垂直轴(Y轴及Z轴)的偏移量，而透过第二感测组13的量测信号可测量出另外两垂直轴(X轴及Z轴)的偏移量，再经过计算分析球形透镜22的球心位置，即可获得多轴工具机50动态与静态上的误差；

其中第一光源的光束方向感平行多轴工具机具50的X轴方向，故第一感测器122可获得Y轴(PSD1Y)与Z(PSD1Z)轴方向的信号；

又第二光源的光束方向感平行多轴工具机50的Y轴方向，故第二感测器132可获得X轴(PSD2X)与Z(PSD2Z)轴方向的信号；

经由下列公式计算，即可求出球心的偏移量：

球心X轴方向的偏移量：ΔX＝PSD2X

球心Y轴方向偏移量：ΔY＝PSD1Y

球心Z轴方向偏移量：ΔZ＝(PSD1Z+PSD2Z)/2；

再则，本发明多轴工具机量测装置于操作时可分两种实施态样，其中一实施态样将该感测头10固定不动且平行于待测轴，当两光源121，131射出并经过移动的球形透镜22而分别进入两感测器122，132后，即可测量出另两个垂直轴的偏移量，而另一种实施态样将该球形透镜22固定不动，而该感测头10平行于待测轴进行移动，当两感测器122，132接收经球形透镜22的光源后，亦可测量出另两个垂直轴的偏移量，再经过计算分析球形透镜22的球心位置即可获得多轴工具机50动态、静态上的误差。

又则，本发明多轴工具机量测装置于架设时可分两种实施态样，其中一实施态样将该感测头10架设于工具机50主轴51上，该透镜组20架设于工作平台52上，而另一种实施态样将透镜组20架设于工具机50主轴51上，该感测头10架设于工作平台52上。

通过上述的技术手段，本发明多轴工具机量测装置，于量测时仅需将感测头10及透镜组20分别装设于多轴工具机50主轴51及工作平台52上，并利用光源检测取放机构定位及角度误差的方式，透过两感测器122，132感接收连续光束的位移特征来感测输入光束与该感测接收面123，133之间的相对移动，并计算分析球形透镜22球心位置的方式即可获得多轴工具机50的误差，进而提供一方便组装且成本低的多轴工具机量测装置者。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术方案的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术方案内容，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种多轴工具机量测装置，其特征在于，其包含有一感测头及一透镜组，其中：

该感测头设有至少一感测组，各感测组设有一光源及一感测器，其中该感测器与该光源相面对且设有一与该光源的光束互成垂直的感测接收面；以及

该透镜组设有一球形透镜，使各感测组的光源经由该球形透镜而射向相对应的感测器上。

2.如权利要求1所述的多轴工具机量测装置，其特征在于，该多轴工具机量测装置设有与各感测器相连接的信号处理组，以接收各感测器所输出的信号，且该信号处理组设有一用以进行运算处理与分析检测的处理程序，该感侧头设有一结合座、一第一感测组及一第二感测组，该结合座设有一底板及多个凸设于底板一侧面的结合板，该第一感测组设于结合座上且设有一第一光源及一第一感测器，该第一光源设于结合座一结合板上，而该第一感测器设结合座的另一结合板上而与第一光源相面对，而该第二感测组设于结合座上且与第一感测组呈一正交的空间关系，该第二感测组设有一第二光源及一第二感测器，该第二光源设于结合座异于第一感测组的结合板上，而该第二感测器设结合座的结合板上而与第二光源相面对。

3.如权利要求2所述的多轴工具机量测装置，其特征在于，该结合座在异于结合板的一侧面的中心处设有一用以与一多轴工具机主轴相结合的结合杆，该透镜组设有一支撑杆，该支撑杆的顶端伸入结合座内而介于光源与相对应的感测器之间，该支撑杆的底端固定于工作平台上，且该球形透镜固设于支撑杆顶端上。

4.如权利要求3所述的多轴工具机量测装置，其特征在于，各感测组于光源及感测器之间设有至少一透镜，以将该光束修正为一准直光并照射到感测器。

5.如权利要求4所述的多轴工具机量测装置，其特征在于，各感测器为一光电式感测器。

6.如权利要求5所述的多轴工具机量测装置，其特征在于，各光源分别为一准直光源。

7.如权利要求5所述的多轴工具机量测装置，其特征在于，各光源分别为一聚焦光源。

8.如权利要求5、6或7所述的多轴工具机量测装置，其特征在于，各光源为一可见光。

9.如权利要求5、6或7所述的多轴工具机量测装置，其特征在于，各光源为一不可见光。

10.如权利要求1所述的多轴工具机量测装置，其特征在于，各感测组于光源及感测器之间设有至少一透镜，以将该光束修正为一准直光并照射到感测器，且各感测器为一光电式感测器。

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