TWI426244B - 靜法碼機 - Google Patents

Description

靜法碼機

本發明係有關於一種靜法碼機，尤指一種使用氣體軸承天平平衡待校正架之初始重量，並使用非接觸式的雷射干涉儀讀取平衡點之力標準機，可降低示值誤差值至0.01%之範圍)，提高實測值精度，尤適用於小力量(1 KN以下)之靜法碼機，且本發明之機台體積小，可縮小佔用空間。

傳統式的靜法碼機，由於受限校正待校(測)件之框型吊掛之初始重量的影響，其使用方式都必須將校正待校(測)件之框型吊掛視為第一個法碼，但校正待校(測)件之框型吊掛的結構複雜，要達到額定的重量很難，而對於1 KN以下之靜法碼機而言，由於框型吊掛過重，無法作為第一個法碼，目前傳統採用的改進方式是設置一支槓桿以平衡框型吊掛的重量，但是一般槓桿的支點是使用機械或刀刃與刀座，其測試模式相同，但摩擦阻力大，影響實測值，使得量測不確定度變大，平衡點難以讀取，且對於力量1 KN以下之靜法碼機無法達到0.01%的精度誤差需求。

本案發明人於中華民國97年12月4日提出發明專利申請第097147101號「靜法碼機與槓桿機獨立之三用式力標準機」(公開編號TW201022645A1)，其主要是利用螺桿組來帶動校正台(一移動橫樑)與待測件頂推框型吊掛上移，使框型吊掛與連結槓桿機之萬向連桿脫離，而可獨立使用靜法碼機；並且於加載法碼前利用動力支撐裝置帶動框型吊掛向上位移，讓框型吊掛與連結槓桿機之萬向連桿脫離並且不接觸待測件，而於法碼加載至所需之負荷後，再釋放待校正架進行潛變試驗，使待測件在荷重下的法碼加載時間縮短；再者，法碼組所具有的多數個法碼，是利用多數連接件分別連結兩相鄰之法碼，使兩相鄰之法碼間保持穩固的連結關係，而不會發生單擺搖晃效應；該案解決了傳統靜法碼機法碼加載費時且法碼組穩定性不足之問題，但是所存在的缺點為，其整體機台之體積龐大，佔空間，且不適用於小力量(小於1 KN)，因此，本案申請人本著精益求精之發明創作精神與理念，認為有必要以該案結構為基礎，針對靜法碼機進一步改良，以降低小力量(小於1 KN)之靜法碼機之精度誤差值(至0.01%之範圍)，提高實測值精度。

有鑑於習知技術之缺失，本發明提出一種靜法碼機，使用低摩擦氣體軸承天平平衡待校正架初始重量，並使用非接觸式的雷射干涉儀讀取平衡點，可降低精度誤差值至0.01%之範圍)，提高實測值精度，尤適用於小力量(小於1 KN)之靜法碼機，且本發明之機台體積小，可縮小佔用空間。

為達到上述目的，本發明提出一種靜法碼機，包含：一基座，係供穩固架設該靜法碼機之用；一上座，係藉由一支撐架設置於該基座頂面；一天平，係設置於該上座，該天平設有一槓桿，該槓桿係以一氣體軸承為支點；一雷射干涉儀，係設置於該上座，該雷射干涉儀係用以偵測該天平之槓桿之平衡狀態；一吊掛框架，係可移動地架設於該上座與該基座之間，該吊掛框架結合一萬向連桿，俾以與該天平之槓桿天平連結，且該吊掛框架底部設有一法碼中心連桿；一動力支撐裝置，係與該待校正架連結，用以帶動該待校正架上、下位移；一校正台(移動橫樑)，係對應該待校正架設置，用以承載待測件；一螺桿組，係與該校正台(移動橫樑)連結，用以帶動該校正台上、下位移；以及至少一法碼組，係與前述之中心吊掛之法碼連桿連接，且該法碼組具有多數個可逐一加掛之法碼，而各法碼之間則由3個連接件連結。

為使　貴審查委員對於本發明之結構目的和功效有更進一步之了解與認同，茲配合圖示詳細說明如后。

以下將參照隨附之圖式來描述本發明為達成目的所使用的技術手段與功效，而以下圖式所列舉之實施例僅為輔助說明，以利　貴審查委員瞭解，但本案之技術手段並不限於所列舉圖式。

請參閱第一圖及第二圖所示，本發明所提供之靜法碼機100，包含一基座10、一上座20、一天平30、一雷射干涉儀40、一吊掛框架50、一動力支撐裝置60、一校正台(為一可移動橫樑)70、一螺桿組80及至少一法碼組90，該基座10係供穩固架設該靜法碼機100之用，該上座20係藉由四支撐架21設置於該基座10頂面；該天平30係設置於該上座20頂面，該天平30設有一槓桿31，該槓桿31係以一氣體軸承32為支點，該槓桿31可以該氣體軸承32為支點擺動，該氣體軸承32之徑向氣膜厚度為8~12μm,軸向氣膜厚度為15μm，主軸迴轉精度為±1μm,承載力30kgf；該雷射干涉儀40係設置於該上座，利用雷射干涉儀可做直線位移精密量測之特性，該雷射干涉儀40係用以偵測該天平30之槓桿31之平衡狀態；該吊掛框架50係可移動地架設於該上座20與該基座10之間，該吊掛框架50結合一萬向連桿51，俾以與該天平30之槓桿31之一端連結，且該吊掛框架50底部設有一中心吊掛之法碼連桿52，該吊掛框架50頂部具有一銜接橫樑53，該銜接橫樑53下方間隔設有一第二橫樑54。

其次，該動力支撐裝置60係設置於該上座20，該動力支撐裝置60係與該吊掛框架50連結，由該動力支撐裝置60帶動該吊掛框架50上、下位移，通常該動力支撐裝置60係由馬達、蝸桿齒輪組、支撐桿構成；該校正台70係對應該吊掛框架50設置，該校正台70係用以承載一待測件71(load cell)；該螺桿組80係與該校正台70連結，該螺桿組80通常係由馬達、減速齒輪、齒皮帶及螺桿構成，由馬達驅動減速齒輪，再由減速齒輪同步帶動齒皮帶及螺桿，該螺桿組80係用以帶動該校正台70上、下位移，該校正台70所承載之待測件71可與該第二橫樑54相對運動，可由該第二橫樑54對該待測件71進行測試；該至少一法碼組90係與前述之中心吊掛之法碼連桿52連接，圖示係設有三法碼組，該三法碼組包括一第一層法碼組91、一第二層法碼組92以及一第三層法碼組93，該第一層法碼組91、第二層法碼組92及第三層法碼組93分別具有多數個可逐一加掛之法碼911、921、931，而各法碼911、921、931之間則由三個連接件912、922、932連結，於該基座10設有一第一層法碼升降台11、一第二層法碼升降台12以及一第三層法碼升降台13，該第一層法碼升降台11、第二層法碼升降台12及第三層法碼升降台13係用以分別承載該第一層法碼組91、第二層法碼組92及第三層法碼組93，且該第一層法碼升降台11、第二層法碼升降台12及第三層法碼升降台13由一驅動裝置(圖中未示出)驅動可以上、下位移，並同步帶動該第一層法碼組91、第二層法碼組92及第三層法碼組93上、下位移。

請參閱第二圖至第四圖所示，說明本發明對法碼進行校正之方式。

請參閱第二圖所示，首先利用該天平30之槓桿31將該吊掛框架50提起，再將待測件71放置於該校正台70上，該第二橫樑54不與該待測件71接觸，此時，該天平30處於一平衡狀態，該平衡狀態就是初始平衡狀態(initial balance)，且由該雷射干涉儀40偵測該槓桿31之平衡狀態並設定一初始平衡點值。

請參閱第一圖及第三圖所示，首先驅動該第一層法碼升降台11下降，將第一層法碼組91之法碼911依次掛在中心吊掛之法碼連桿52上，吊掛框架50被該第一層法碼組91下拉，使該第二橫樑54與待測件71接觸受力，此時，該天平30因為吊掛框架50向下運動，使得天平30之槓桿31產生傾斜一角度θ，天平30處於不平衡狀態，且雷射干涉儀40原本偵測的初始平衡點值產生位移。

請參閱第四圖所示，啟動螺桿組80驅動校正台70向上移動，並由校正台70將第二橫樑54(亦即整體該吊掛框架50)上推，直到該雷射干涉儀40回到初始平衡點值，此時該天平30處於初始平衡狀態，即可完成校正，若欲進行多點校正，則重複第二圖至第四圖所示步驟即可。本發明之特點在於，由於本發明該天平30之槓桿31係以氣體軸承32為支點，因此，該吊掛框架50之重量可完全被槓桿31之力矩所平衡掉，使得靜法碼機上的每個法碼，都能做累加校正。以第二圖至第四圖所示方式，將使用法碼淨重與使用氣體軸承的差異進行證實，如下表所示係本發明以10N測試驗證之數據表，表中該氣體軸承即本發明之該氣體軸承32，上表所得出之使用法碼淨重與使用氣體軸承的差異值，所得差異值可製作如第五圖所示曲線圖。

由上表及第五圖可知，氣體軸承(機靜重部分)與淨法碼的力值誤差小於±2×10^-5 ，力值重複性為2×10^-5 ，合乎小於5×10^-5 的差異要求，證明本發明確實適用於小力量之靜法碼機。

綜上所述，本發明提供之靜法碼機，使用氣體軸承天平平衡待校正架之初始重量，並使用非接觸式的雷射干涉儀讀取平衡點，可降低精度誤差值至0.01%之範圍，提高實測值精度，尤適用於小力量(小於1 KN)之靜法碼機，此外，本發明之機台體積小，可縮小佔用空間。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請　貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。

100．．．靜法碼機

10．．．基座

11．．．第一層法碼升降台

12．．．第二層法碼升降台

13．．．第三層法碼升降台

20．．．上座

21．．．支撐架

30．．．天平

31．．．槓桿

32．．．氣體軸承

40．．．雷射干涉儀

50．．．吊掛框架

51．．．萬向連桿

52．．．中心吊掛之法碼連桿

53．．．銜接橫樑

54．．．第二橫樑

60．．．動力支撐裝置

70‧‧‧校正台

71‧‧‧待測件

80‧‧‧螺桿組

90‧‧‧法碼組

91‧‧‧第一層法碼組

92‧‧‧第二層法碼組

93‧‧‧第三層法碼組

911、921、931‧‧‧法碼

912、922、932‧‧‧連接件

θ‧‧‧角度

第一圖係本發明之結構示意圖。

第二圖至第四圖係本發明進行法碼校正過程之氣體軸承槓桿與待校正架部分之結構示意圖。

第五圖係使用氣體軸承與淨法碼的差異分析圖。

100‧‧‧靜法碼機

10‧‧‧基座

11‧‧‧第一層法碼升降台

12‧‧‧第二層法碼升降台

13‧‧‧第三層法碼升降台

20‧‧‧上座

21‧‧‧支撐架

30‧‧‧天平

31‧‧‧槓桿

32‧‧‧氣體軸承

40‧‧‧雷射干涉儀

50‧‧‧吊掛框架

51‧‧‧萬向連桿

52‧‧‧中心吊掛之法碼連桿

53‧‧‧銜接橫樑

54‧‧‧第二橫樑

60‧‧‧動力支撐裝置

70‧‧‧校正台

71‧‧‧待測件

80‧‧‧螺桿組

90‧‧‧法碼組

91‧‧‧第一層法碼組

92‧‧‧第二層法碼組

93‧‧‧第三層法碼組

911、921、931‧‧‧法碼

912、922、932‧‧‧連接件

Claims (5)

1. 一種適用於力量為1千牛頓(1KN)以下之靜法碼機，該靜法碼機包含：一基座，係供穩固架設該靜法碼機之用；一上座，係藉由一支撐架設置於該基座頂面；一天平，係設置於該上座頂面，該天平設有一槓桿，該槓桿係以一低摩擦氣體軸承為支點；一雷射干涉儀，係設置於該上座頂面，該雷射干涉儀係用以偵測該天平之槓桿之平衡狀態；一待校正架，係可移動地架設於該上座與該基座之間，該待校正架結合一萬向連桿，俾以與該天平之槓桿連結，且該待校正架底部設有一中心吊掛之法碼連桿；一動力支撐裝置，係與該待校正架連結，用以帶動該待校正架上、下位移；一校正台，係對應該待校正架設置，用以承載待測件；一螺桿組，係與該校正台連結，用以帶動該校正台上、下位移；以及至少一法碼組，係與上述該中心吊掛之法碼連桿連接，且該法碼組具有多數個可逐一加掛之法碼，而各法碼之間則由三個連接件連結。
2. 如申請專利範圍第1項所述之靜法碼機，其中該氣體軸承之徑向氣膜厚度為8~12μm，軸向氣膜厚度為15μm，主軸迴轉精度為±1μm，承載力30kgf。
3. 如申請專利範圍第1項所述之靜法碼機，其中該吊掛框架頂部具有一銜接橫樑，該銜接橫樑下方間隔設有一第二橫樑，由該第二橫樑與校正台對該待測件進行測試。
4. 如申請專利範圍第1項所述之靜法碼機，其中該動力支撐裝置係設置於該上座。
5. 如申請專利範圍第1項所述之靜法碼機，其中該至少一法碼組包括一第一層法碼組，於該基座設有一第一層法碼升降台，該第一層法碼升降台係用以承載該第一層法碼組，該第一層法碼升降台係由一驅動裝置驅動上、下位移。