CN115707929A - 距离传感器测量分析*** - Google Patents

Abstract

一种距离传感器测量分析***，用以测量至少一距离传感器的至少一测量特性，并包含一主机、一伺服驱动器、一伺服马达、一编码器、一滚珠螺杆、一固定组件、一被测板与一操作显示界面。距离传感器测量分析***利用主机与伺服驱动器电控伺服马达而驱动固定组件移动，藉以使距离传感器进行至少一测试作业，并利用编码器记录对应于测试作业过程中的至少一组位置信息，进而使主机利用位置信息测量出距离传感器的至少一测量特性，其中，测量特性为一线性度、一解析度与一响应时间中的至少一者。

Description

距离传感器测量分析***

技术领域

本发明涉及一种***，尤其涉及一种距离传感器测量分析***。

背景技术

传感器是一种检测装置，能感测外界环境的变化，并将接收到的信号转换为电信号或是其他形式的信息输出。距离传感器为传感器中的其中一个数量多以及应用广泛的类别，用以感测距离，常见的应用为加工、制造、检测等领域。距离传感器依据其用途而有不同的工作原理，可以大致分为接触式距离传感器与非接触式距离传感器。

每个距离传感器都具有测量特性，常见的测量特性包含：线性度、解析度、响应时间等。请参阅图1，图1显示现有技术的距离传感器测试装置的示意图。如图所示，一种距离传感器测试装置PA1用以测量一距离传感器PAS1的至少一测量特性，并包含一底座PA11、一位移平台PA12、一支撑架PA13与一被测板PA14，其中，位移平台PA12包含一手动调整杆PA121。

位移平台PA12设置于底座PA11上。支撑架PA13设置于位移平台PA12上，用以连结距离传感器PAS1，其中，距离传感器PAS1为非接触式距离传感器，例如：光学式、涡电流式等。被测板PA14则会相对支撑架PA13而设置于底座PA11上。使用者可以旋转手动调整杆PA121，藉以调整距离传感器PAS1与被测板PA14之间的距离，以进行至少一测试作业。使用者可以利用距离传感器PAS1与被测板PA14之间的距离以及距离传感器PAS1所产生的信号，得出距离传感器PAS1的测量特性。

常见的测量特性中，“线性度”是指距离传感器PAS1的输出信号与移动的距离之间的关系，并计算出两者的关系式(回归直线)；“解析度”为距离传感器PAS1所能感测到的最小距离；“响应时间”则是距离传感器PAS1在每个特定时间移动一个解析度，接收的输出信号开始产生变化的时间。

然而，使用者利用手动调整距离传感器测试装置PA1会因为人为手动调整造成测量上的误差，进而衍生出种种问题。测量都是微米(micrometer)等级，人为手动调整造成的误差，可能导致线性度的关系式(回归直线)错误、导致解析度错误进而造成等于解析度的物件无法被检测等问题。此外，现有技术中的距离传感器测试装置PA1无法测量“响应时间”，需要利用额外的装置进行测量。因此，现有技术存在改善的空间。

发明内容

有鉴于在现有技术中，人为手动调整存在测量误差及其衍生出的线性度关系式错误、解析度错误以及无法测量响应时间等种种问题。本发明的一主要目的提供一种距离传感器测量分析***，用以解决现有技术中的至少一个问题。

本发明为解决现有技术的问题，所采用的必要技术手段为提供一种距离传感器测量分析***，用以测量至少一距离传感器的至少一测量特性，包含一主机、一伺服驱动器、一伺服马达、一编码器、一滚珠螺杆、一固定组件、一被测板与一操作显示界面。主机电性连接距离传感器。伺服驱动器电性连接主机，并受主机控制。伺服马达电性连接伺服驱动器，并受伺服驱动器所驱动。编码器电性连接伺服马达与伺服驱动器。滚珠螺杆对应伺服马达而设置，藉以受伺服马达驱动而移动。固定组件连结滚珠螺杆，用以承载距离传感器。被测板对应固定组件而设置，用以供距离传感器进行至少一测试作业。操作显示界面电性连接主机与距离传感器，并显示测量特性。

其中，距离传感器测量分析***利用主机与伺服驱动器电控伺服马达而驱动固定组件移动，藉以使距离传感器进行测试作业，并利用编码器记录对应于测试作业过程中的至少一组位置信息，进而使主机利用位置信息测量出距离传感器的测量特性，其中，测量特性一线性度、一解析度与一响应时间中的至少一者。

在上述必要技术手段的基础下，本发明所衍生的一附属技术手段为使距离传感器测量分析***，还包含一无背隙联轴器，无背隙联轴器连结伺服马达与滚珠螺杆，藉以在伺服马达驱动时，使滚珠螺杆同步移动。

在上述必要技术手段的基础下，本发明所衍生的一附属技术手段为使距离传感器测量分析***中的固定组件，包含一承载板，承载板用以供距离传感器放置。

在上述必要技术手段的基础下，本发明所衍生的一附属技术手段为使距离传感器测量分析***中的固定组件，包含一固定座与一锁固元件。固定座对应被测板而设置。锁固元件用以将距离传感器锁固于固定座。

在上述必要技术手段的基础下，本发明所衍生的一附属技术手段为使距离传感器测量分析***中的主机，包含一控制单元，控制单元电性连接伺服驱动器，用以控制伺服驱动器。

在上述必要技术手段的基础下，本发明所衍生的一附属技术手段为使距离传感器测量分析***中是主机，还包含一处理单元，处理单元电性连接控制单元，用以利用测试作业与位置信息，处理并测量出测量特性。

在上述必要技术手段的基础下，本发明所衍生的一附属技术手段为使距离传感器测量分析***中的主机，还包含一存储单元，存储单元电性连接处理单元，用以接收并存储测量特性。

在上述必要技术手段的基础下，本发明所衍生的一附属技术手段为使距离传感器测量分析***中的主机，还包含一通讯单元，通讯单元电性连接处理单元与操作显示界面，用以将测量特性传送至操作显示界面。

在上述必要技术手段的基础下，本发明所衍生的一附属技术手段为使距离传感器测量分析***中的主机，还包含一接收单元，接收单元电性连接距离传感器，用以接收距离传感器进行测试作业时所产生的至少一测试信号。

在上述必要技术手段的基础下，本发明所衍生的一附属技术手段为使距离传感器测量分析***中的主机，还包含一模拟数字转换单元，模拟数字转换单元电性连接接收单元与处理单元，用以将测试信号自模拟格式转换成数字格式并传送至处理单元。

承上所述，本发明所提供的距离传感器测量分析***，利用主机、伺服驱动器、伺服马达、编码器、滚珠螺杆、固定组件、被测板与操作显示界面，用以测量距离传感器的测量特性，相较于现有技术的人为手动调整，本发明利用电控的方式移动距离传感器，因此不会存在人为手动调整的误差，故不会产生现有技术中人为误差所衍生出的问题，例如：导致线性度的关系式(回归直线)错误、导致解析度错误进而造成等于解析度的物件却无法被检测。此外，本发明还可以达到现有技术中所无法达到的测量响应时间的功效。

附图说明

图1显示现有技术的距离传感器测试装置的示意图；

图2显示本发明较佳实施例所提供的距离传感器测量分析***的方块图；

图3显示本发明较佳实施例所提供的距离传感器测量分析***的示意图；

图4显示本发明较佳实施例所提供的距离传感器测量分析***的侧视图；

图5显示本发明较佳实施例所提供的距离传感器测量分析***的操作显示界面的示意图；

图6显示本发明较佳实施例所提供的距离传感器测量分析***的测量特性的示意图；以及

图7显示本发明较佳实施例所提供的距离传感器测量分析***的另一测量特性的示意图。

附图标号说明：

PA1:距离传感器测试装置

PAS1:距离传感器

PA11:底座

PA12:位移平台

PA121:手动调整杆

PA13:支撑架

PA14:被测板

1:距离传感器测量分析***

11:主机

111:控制单元

112:处理单元

113:接收单元

114:模拟数字转换单元

115:通讯单元

116:存储单元

12:伺服驱动器

13:伺服马达

14:编码器

15:无背隙联轴器

16:滚珠螺杆

17:固定组件

171:承载板

172:固定座

173:锁固元件

18:被测板

19:操作显示界面

10:底座

D1:第一方向

D2:第二方向

d:感测距离

L1:线型

L2:线型

L3:线型

P1:数据点

S1,S2:距离传感器

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和申请专利范围，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参阅图2至图4，其中，图2显示本发明较佳实施例所提供的距离传感器测量分析***的方块图；图3显示本发明较佳实施例所提供的距离传感器测量分析***的示意图；以及，图4显示本发明较佳实施例所提供的距离传感器测量分析***的侧视图。如图所示，一种距离传感器测量分析***1用以测量至少一距离传感器的至少一测量特性，并包含一主机11、一伺服驱动器12、一伺服马达13、一编码器14、一无背隙联轴器15、一滚珠螺杆16、一固定组件17、一被测板18与一操作显示界面19。其中，在本实施例中，附图绘制二距离传感器S1、S2示意，而测量特性则为一线性度、一解析度与一响应时间中的至少一者。

主机11用以控制伺服驱动器12，并包含一控制单元111、一处理单元112、一接收单元113、一模拟数字转换单元114、一通讯单元115与一存储单元116。

伺服驱动器12电性连接主机11、伺服马达13与编码器14，用以受主机11控制而驱动伺服马达13。编码器14也会电性连接伺服马达13。在本实施例中，无背隙联轴器15连结伺服马达13与滚珠螺杆16，藉以在伺服驱动器驱动伺服马达13时，使滚珠螺杆16同步移动。

固定组件17连结滚珠螺杆16，用以承载距离传感器S1、S2。被测板18则是对应固定组件17而设置，通常采用铝、S45C中碳钢等金属材质，但不以此为限，也可以采用其他可以供距离传感器S1、S2测量上述测量特性的材质。因应不同的距离传感器S1、S2，固定组件17还包含一承载板171、一固定座172与一锁固元件173。部分距离传感器可以直接锁固于承载板171，如图所示的距离传感器S2。部分距离传感器无法直接锁固于承载板171，或是锁固于承载板171无法对被测板18进行测试作业时，便需要利用固定座172与锁固元件173。如图所示，固定座172固定于承载板171，而锁固元件173则是将距离传感器S1锁固于固定座172上，藉以使得距离传感器S1可以对被测板18进行测试作业。

在本实施例中，距离传感器测量分析***1还包含一底座10，其中，伺服马达13、编码器14、无背隙联轴器15、滚珠螺杆16、固定组件17与被测板18都会对应底座10而设置。

操作显示界面19则是电性连接主机11与距离传感器S1、S2。距离传感器S1、S2属于非接触式距离传感器，例如：光学式距离传感器、涡电流式距离传感器等。在本实施例中，距离传感器S1为涡电流式距离传感器，距离传感器S2为光学式距离传感器。

更详细的说明，一使用者可以利用主机11进行电控与处理。控制单元111电性连接伺服驱动器12，用以受使用者操作而电控伺服驱动器12，进而驱动伺服马达13。在本实施例中，因为无背隙联轴器15连结驱动伺服马达13与滚珠螺杆16，所以滚珠螺杆16可以在伺服马达13被驱动时而同步地移动，不会产生驱动上的误差。滚珠螺杆16会沿一第一方向D1或一第二方向D2移动，藉以调整距离传感器S1、S2与被测板18之间的一感测距离d。

使用者可以直接操作主机11进行电控，也可以通过操作该操作显示界面19，而进一步利用控制单元111进行电控，以调整距离传感器S1、S2与被测板18之间的感测距离d，并使距离传感器S1、S2对被测板18进行至少一测试作业。

在距离传感器S1、S2对被测板18进行测试作业时，接收单元113会接收距离传感器S1、S2所产生的至少一测试信号。在本实施例中，因为测试信号的格式为模拟格式，因此，模拟数字转换单元114电性连接该接收单元113，会接收距离传感器S1、S2的测试信号，并将测试信号的格式自模拟格式转换成数字格式。同时，编码器14会分别记录距离传感器S1、S2的至少一组位置信息。

处理单元112电性连接模拟数字转换单元114与控制单元111，用以接收测试信号与位置信息。因为控制单元111电控伺服驱动器12，因此，处理单元112可通过控制单元111获取位置信息。处理单元112会依据测试信号以及位置信息，处理并测量出距离传感器S1、S2的测量特性。

通讯单元115电性连接处理单元112与操作显示界面19，用以将测量特性传送至操作显示界面19并通过操作显示界面19显示测量特性。存储单元116电性连接处理单元112，用以接收并存储测量特性。

最后，请一并参阅图2、图3与图5至图7，其中，图5显示本发明较佳实施例所提供的距离传感器测量分析***的操作显示界面的示意图；图6显示本发明较佳实施例所提供的距离传感器测量分析***的测量特性的示意图；以及，图7显示本发明较佳实施例所提供的距离传感器测量分析***的另一测量特性的示意图。如图所示，操作显示界面19会显示距离传感器S1、S2的相关信息、测试作业的相关信息、供使用者操作的界面等。

如图5的右半部所示，操作显示界面19会供选择并设定距离传感器S1、S2的种类，也会一并显示设定结果、测试作业的即时信息等。如图所示，距离传感器S1为涡电流式距离传感器便显示“Eddy Current”，距离传感器S2为光学式距离传感器便显示“Laser”；左半部的“250”则是显示距离传感器S1、S2设定滚珠螺杆16的移动距离，单位为微米(micrometer)。此外，操作显示界面19也会显示多个图标(icon)供使用者触控操作，进而达到电控伺服驱动器12、距离传感器S1、S2进行测试作业等功效，例如：“HOME”表示回到首页、主选单；“Servo OFF”表示伺服马达13停止运作；“START TEST”表示开始进行量测等。附图仅为示意，操作显示界面19也可以显示波形图、即时数据、历史数据等。

如图6所示，线型L1为电控距离传感器S1、S2所移动距离的理想反馈曲线，线型L2则为电控距离传感器S1、S2移动距离的实际测量结果。从附图可以看出线型L1(理想反馈曲线)与线型L2(实际测量结果)会有些许差异，此差异即是“线性度”、“解析度”、“响应”等综合因子所影响的结果。

如图7所示，上述线型L1与线型L2合并后形成复数个数据点P1。而线型L3则为利用所有数据点P1所计算出的关系式(回归直线)。

“线性度”是指距离传感器S1、S2的输出信号与移动的距离之间的关系，并计算出两者的关系式(回归直线)。如图7所示，线型L3即为距离传感器S1、S2的关系式(回归直线)。因为本发明为电控，并不存在人为手动调整上的误差，因此，本发明不会像现有技术一样计算出错误的关系式(回归直线)。

“解析度”为距离传感器S1、S2所能感测到的最小距离。举例来说，位移平台PA12的解析度为0.1微米(micrometer)，使用者转动手动调整杆PA121至格数5，此时信号产生变化，则会得出距离传感器PAS1的解析度为0.5微米。然而，因为手动调整杆PA121的格数并非齿轮，而是属于平滑的旋转，因此，可能存在人为手动调整上的误差，也就是说，距离传感器PAS1的实际解析度可能为0.6微米而非上述测量出来的0.5微米。

解析度错误会衍生出非常多的问题，以扫描电路板来说，电路板上最小的尺寸为0.5微米的电子元件，上述检测出来解析度为0.5微米而实际为0.6微米的距离传感器PAS1便无法检测出0.5微米的电子元件。若电路板又是要出口至国外，更会衍生出造成生产线停产、面临巨额违约赔款等问题。

“响应时间”则是距离传感器在每个特定时间移动一个解析度，接收的输出信号开始产生变化的时间。举例来说，特定时间为0.01毫秒(ms)，距离传感器S1、S2的解析度为0.5毫米，当距离传感器S1、S2移动了五个特定时间时，测试信号产生变化，则距离传感器S1、S2的响应时间就是0.05毫秒。因为特定时间通常为毫秒甚至是微秒等级，解析度也是毫米等级，现有技术中利用人为手动调整距离传感器测试装置PA1自然无法达到测量响应时间的功效。

在本发明中，使用者利用距离传感器测量分析***1的主机11，电控伺服马达13与滚珠螺杆16，可以精确的移动距离传感器S1、S2。此外，控制单元111可以是可程序化逻辑控制器(Programmable Logic Controller；PLC)，因此除了可以控制移动距离传感器S1、S2，也可以控制在特定时间内移动距离传感器S1、S2。

实务上，控制单元111会利用“延时启动”、“移动至绝对位置”、“延时”、“回到原点”、“数据获取”等步骤进而测量出响应时间；并利用“延时启动计数次数”、“移动至相对位置”、“等待伺服稳定”、“记录数据”等步骤测量线性度等。上述测量主要测量特性的步骤，为所属技术领域中技术人员所能理解的，故仅简单描述，不多加以说明。

此外，测量特性因应各个厂牌也会有不同的名词，例如：部分厂牌的“直线性”、“线性精度”即为上述的“线性度”；“分解能力”、“分辨率”即为上述的“解析度”；另外，“应答时间”、“取样周期”也是表示“响应时间”的说法。上述响应时间仅为其中一种较为普遍的描述，因部分厂牌会针对响应时间额外再进行处理，而得出其他与响应时间相似名词的测量特性，或是将处理后的测量特性称为响应时间，特此说明。

另外，常见的测量特性还有“重复精度”。“重复精度”表示从原点重复移动特定距离特定次数，并将最大测量值与最小测量值的差值除以特定距离即为重复精度。例如：特定距离为10微米，特定次数为100次，测量结果可能为9.97、9.97、10.03、10.02…等。当使用现有技术手动控制时，因手动操作与观察刻度上的误差，无法准确移动特定距离，而本发明利用电控达到精准移动，对测量重复精度的有利功效也将会显著提升。

综上所述，本发明所提供的距离传感器测量分析***，利用主机、伺服驱动器、伺服马达、编码器、滚珠螺杆、固定组件、被测板与操作显示界面，用以测量距离传感器的测量特性，相较于现有技术的人为手动调整，本发明利用电控的方式移动距离传感器，因此不会存在人为手动调整的误差，故不会产生现有技术中人为误差所衍生出的问题，例如：导致线性度的关系式(回归直线)错误、导致解析度错误进而造成等于解析度的物件却无法被检测。此外，本发明还可以达到现有技术中所无法达到的测量响应时间的功效。

通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭示的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求的范畴内。

Claims (10)

1.一种距离传感器测量分析***，用以测量至少一距离传感器的至少一测量特性，包含：

主机，电性连接所述至少一距离传感器；

伺服驱动器，电性连接所述主机，并受所述主机控制；

伺服马达，电性连接所述伺服驱动器，并受所述伺服驱动器所驱动；

编码器，电性连接所述伺服马达与所述伺服驱动器；

滚珠螺杆，对应所述伺服马达而设置，藉以受所述伺服马达驱动而移动；

固定组件，连结所述滚珠螺杆，用以承载所述至少一距离传感器；

被测板，对应所述固定组件而设置，用以供所述至少一距离传感器进行至少一测试作业；以及

操作显示界面，电性连接所述主机与所述至少一距离传感器，并显示所述至少一测量特性；

其中，所述距离传感器测量分析***利用所述主机与所述伺服驱动器电控所述伺服马达而驱动所述固定组件移动，藉以使所述至少一距离传感器进行所述至少一测试作业，并利用所述编码器记录对应于所述至少一测试作业过程中的至少一组位置信息，进而使所述主机利用所述至少一组位置信息测量出所述至少一距离传感器的所述至少一测量特性，其中，所述至少一测量特性一线性度、一解析度与一响应时间中的至少一者。

2.根据权利要求1所述的距离传感器测量分析***，还包含无背隙联轴器，所述无背隙联轴器连结所述伺服马达与所述滚珠螺杆，藉以在所述伺服马达驱动时，使所述滚珠螺杆同步移动。

3.根据权利要求1所述的距离传感器测量分析***，其中，所述固定组件包含承载板，所述承载板用以供所述至少一距离传感器放置。

4.根据权利要求1所述的距离传感器测量分析***，其中，所述固定组件包含：

固定座，对应所述被测板而设置；以及

锁固元件，用以将所述至少一距离传感器锁固于所述固定座。

5.根据权利要求1所述的距离传感器测量分析***，其中，所述主机包含控制单元，所述控制单元电性连接所述伺服驱动器，用以控制所述伺服驱动器。

6.根据权利要求5所述的距离传感器测量分析***，其中，所述主机还包含处理单元，所述处理单元电性连接所述控制单元，用以利用所述至少一测试作业与所述至少一组位置信息，处理并测量出所述至少一测量特性。

7.根据权利要求6所述的距离传感器测量分析***，其中，所述主机还包含存储单元，所述存储单元电性连接所述处理单元，用以接收并存储所述至少一测量特性。

8.根据权利要求6所述的距离传感器测量分析***，其中，所述主机还包含通讯单元，所述通讯单元电性连接所述处理单元与所述操作显示界面，用以将所述至少一测量特性传送至所述操作显示界面。

9.根据权利要求6所述的距离传感器测量分析***，其中，所述主机还包含接收单元，所述接收单元电性连接所述至少一距离传感器，用以接收所述至少一距离传感器进行至少一测试作业时所产生的至少一测试信号。

10.根据权利要求9所述的距离传感器测量分析***，其中，所述主机还包含模拟数字转换单元，所述模拟数字转换单元电性连接所述接收单元与所述处理单元，用以将所述至少一测试信号自模拟格式转换成数字格式并传送至所述处理单元。

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