TWI606228B - 自動角度量測裝置及其方法 - Google Patents

Description

自動角度量測裝置及其方法

一種自動角度量測裝置及其方法，尤指一種利用同步旋轉，並量測姿態改變，藉以與一待測物的旋轉角度值做比較與補正之裝置與方法。

於工業生產中，加工機台的準確度往往會影響成品的精準度，所以加工機台的準確度量測就有其重要性。

舉例而言，現有的加工機台，如車床，於進行旋轉軸精密度量測時，其係使用一雷射、一角度分光鏡、一分度器、一控制器與一電腦。分度器係設於欲測之旋轉軸。雷射係發出一雷射光束，雷射光束係通過角度分光鏡，而被旋轉軸所帶動的分度器所接收。

分度器係將所接收的雷射光束之訊號通過控制器，以提供給電腦，上述之雷射光束係再經由分度器與角度分光鏡回到雷射，雷射接收此雷射光束，並傳送一訊號給電腦。電腦依據前述之二訊號，以判斷分度器的位置及讀值，進而確認旋轉軸的位置，以作量測與補償。

但於實際測試時，常因環境、架設、軟體、旋轉速度或暫停時間不匹配，而導致量測失敗，並且整體量測時間頗為耗時。

因此如何提升量測結果之成功率，以及降低整體量測時間，就有可以討論的空間。

本發明之技術手段在於提供一種自動角度量測裝置，其包含有：一夾盤；一驅動座；一驅動單元，其係耦接該夾盤與該驅動座；一編碼單元，其係設於該驅動單元面對該驅動座的一端，該編碼單元係訊號連接該驅動單元；至少一姿態感測器，其係設於該驅動座；以及一控制單元，其係訊號連接該編碼單元與該姿態感測器；其中，該姿態感測器係感測未轉動之該驅動座，以產生一第一訊號；該姿態感測器係感測轉動至一預定角度之該驅動座，以產生一第二訊號；該控制單元依據該第一訊號與該第二訊號，以計算出一偏移量，該控制單元係控制該驅動單元轉動至一預定角度，該編碼單元依據該驅動單元之該預定角度，以產生一位置資訊；該控制單元係依據該第一訊號、第二訊號與該位置資訊計算出一角度資訊與一補正值，再依據該補正值，進行一補正程序。

本發明復提供一種自動角度量測方法，其步驟包含有：設定一起始狀態，至少一姿態感測器係感測一驅動座於未轉動時的狀態，並產生一第一訊號，一控制單元係接收該第一訊號，以計算出一起始狀態資訊，該起始狀態資訊係包含有一第一目前姿態；提供一訊號，該驅動座係轉動至一預定角度，該姿態感測器係感測轉動後之該驅動座的狀態，以產生一第二訊號，該第二訊號係傳送給該控制單元；計算一第二目前姿態，該控制單元依據該第二訊號，計算出一轉動狀態資訊，該轉動狀態資訊係包含有一第二目前姿態；計算一偏移量與一控制訊號，該控制單元依據該起始狀態資訊與該轉動狀態資訊，以計算出一偏移量；該控制單元更進一步產生一控制訊號；提供一位置訊號，該控制單元係將該控制訊號傳送給一驅動 單元，以使待驅動單元轉動一預定角度，待該驅動單元停止轉動，並定位後，一編碼單元係產生一位置資訊，該位置資訊係傳送給該控制單元；計算與輸出一相對的角度資訊，該控制單元係依據該起始狀態資訊、該轉動狀態資訊與該位置資訊，以計算出一角度資訊，該角度資訊係輸出至一外部單元；判斷紀錄迴圈是否完成，若完成，則至下一步驟；若未完成，則回到該計算一第二目前姿態之步驟；以及分析與紀錄，依據數個角度資訊，以計算出一補正值，再依據該補正值，進行一補正程序。

10‧‧‧夾盤

11‧‧‧連接軸

12‧‧‧驅動座

13‧‧‧驅動單元

14‧‧‧編碼單元

15‧‧‧編碼顯示單元

16‧‧‧姿態感測器

17‧‧‧控制單元

170‧‧‧姿態計算模組

171‧‧‧姿態控制模組

1710‧‧‧命令產生迴路

1711‧‧‧位置控制迴路

1712‧‧‧速度控制迴路

172‧‧‧姿態/狀態儲存模組

173‧‧‧角度計算模組

20‧‧‧夾盤

21‧‧‧驅動座

22‧‧‧驅動單元

23‧‧‧編碼單元

24‧‧‧編碼顯示單元

25‧‧‧姿態感測器

26‧‧‧控制單元

S1~S8‧‧‧步驟

第1圖為本發明之一種自動角度量測裝置之第一實施例之立體示意圖。

第2圖為一控制單元之示意圖。

第3圖為一姿態控制模組之示意圖。

第4圖為本發明之一種自動角度量測裝置之第二實施例之立體示意圖。

第5圖為本發明之一種自動角度量測方法之流程示意圖。

以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，所屬技術領域中具有通常知識者可由本說明書所揭示之內容，輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。

請配合參考第1圖所示，本發明之一種自動角度量測裝置之第一實施例，其包含有一夾盤10、一連接軸11、一驅動座12、一驅動單元13、一編碼單元14、一編碼顯示單元15、至少一姿態感測器16與一控制單元17。

夾盤10係能夠與一待測物結合，於本實施例中，該待測物為一加工機台。

連接軸11係耦接夾盤10。

驅動座12係供驅動單元13設置。驅動單元13係耦接連接軸11。驅動單元13能夠為一馬達。

編碼單元14係設於驅動單元13面對驅動座12的一端。編碼單元14係訊號連接驅動單元13。

編碼顯示單元15係設於驅動座12。編碼顯示單元15係訊號連接編碼單元14。

姿態感測器16係設於驅動座12。舉例而言，姿態感測器16係能夠設於驅動座12的周側，若驅動座12為一柱狀體。

控制單元17係訊號連接編碼單元14與該姿態感測器16。如第2圖所示，控制單元17具有一姿態計算模組170、一姿態控制模組171、一姿態/狀態儲存模組172、一角度計算模組173。

姿態計算模組170係訊號連接姿態感測器16。姿態控制模組171係訊號連接姿態/狀態儲存模組172、驅動單元13、編碼單元14與姿態計算模組170。姿態/狀態儲存模組172係訊號連接編碼單元14與角度計算模組173。

請配合參考第3圖所示，姿態控制模組171具有一命令產生迴路1710、一位置控制迴路1711與一速度控制迴路1712。命令產生迴路1710係訊號連接位置產生迴路1711。位置產生迴路1711係訊號連接速度控制迴路1712。

請配合參考第4圖所示，本發明係一種自動角度量測裝置之第二實施例，其包含有一夾盤20、一驅動座21、一驅動單元22、一編碼單元23、一編碼顯示單元24、至少一姿態感測器25與一控制單元26。

於本實施例中，驅動座21、驅動單元22、編碼單元23、編碼顯示單元24、姿態感測器25與控制單元26的設置方式係如上述之第一實施例，故不在此多作贅述，特先陳明。

夾盤20具有一設置孔200，設置孔200具有一卡掣槽201。驅動單元22的一端係延伸至設置孔200中，該端具有卡掣塊210，卡掣塊210係卡掣於卡掣槽201中。

請配合參考第5圖所示，本發明係一種自動角度量測方法，其步驟包含有：

S1，設定一起始狀態。如第1圖所示，夾盤10係結合一待測物。驅動座12係耦接夾盤10，姿態感測器16係感測驅動座12於未轉動時的狀態，並傳送一第一訊號給控制單元17，控制單元17依據該第一訊號計算出一起始狀態資訊。

若更進一步說明，請再參閱第2圖所示，來自姿態感測器16的第一訊號係傳送給姿態計算模組170，姿態計算模組170係依據該第一訊號，計算出一起始狀態資訊。該起始狀態資訊係儲存於姿態/狀態儲存模組172。該起始狀態資訊係包含有驅動座12於未轉動時的位置資訊與第一目前姿態。

S2，提供一訊號。待測物開始轉動至一預定角度，該預定角度能夠為1~180度之間，舉例而言，如15、30、45、60、75、90度。當待測物轉動時，驅動座12係隨著待測物轉動，姿態感測器16係感測轉動後之驅動座12的狀態，並產生一第二訊號，第二訊號係傳送給控制單元17。

S3，計算一第二目前姿態。姿態計算模組170依據該第二訊號，計算出一轉動狀態資訊。該轉動狀態資訊係驅動座12於轉動上述之預定角度後的位置資訊與第二目前姿態。該轉動狀態資訊係儲存於姿態/狀態儲存模組172。

S4，計算一偏移量與一控制訊號。姿態計算模組170依據S1之起始狀態資訊與S2之轉動狀態資訊，以計算出一偏移量。

請再配合參考第3圖所示，姿態控制模組171之命令產生迴路1710係依據起始狀態資訊之第一目前狀態與轉動狀態資訊之第二目前狀態，以產生一命令。該命令係傳送給位置控制迴路1711，以計算出一控制訊號。該控制訊號係傳送給速度控制迴路，而使該控制訊號更進一步包含有一速度命令。

S5，提供一位置訊號。控制單元17係將該控制訊號傳送給驅動單元13，以使驅動單元13轉動一預定角度，同時驅動單元13係依據該控制訊號，以一特定速度轉動，而將驅動座12轉回至S1 之未轉動位置，即回復至一初始位置。

待驅動單元13停止轉動，並且定位完畢後，編碼單元14係產生一位置資訊，該位置資訊係傳送給控制單元17。編碼顯示單元15係顯示該位置資訊。該編碼顯示單元15係能夠顯示多次位置資訊，舉例而言，編碼顯示單元15係能夠顯示前次與本次之位置資訊，藉以得知所轉動的角度。

S6，計算與輸出一相對的角度資訊。角度計算模組173依據S1之起始狀態資訊、S3之轉動狀態資訊與S5之位置資訊，以計算出一角度資訊，該角度資訊係輸出至一外部單元，該外部單元能夠為一統計與儲存裝置。

S7，判斷紀錄迴圈是否完成。若待測物須完成一轉動程序，舉例而言，該轉動程序為該待測物需要轉動360度，該360度需要分為數次轉動，如每次轉動一預定角度，該預定角度如S2所述。若完成則至S8步驟。若未完成，則至S3步驟。

S8，分析與紀錄。依據數個角度資訊，以計算出一補正值，該待測物係可依據該補正值，進行一補正程序。該補正值係被儲存於該外部單元。

綜合上述之本發明之自動角度量測裝置及其方法，其將本發明以夾持或治具固定方式安裝於待測物，再利用姿態感測器感測目前的姿態並鎖定，當待測物旋轉後，姿態感測器係因姿態改變，而使控制單元命令驅動單元將姿態感測器回復至原本姿態，而於此過程中，編碼單元會輸出一位置資訊，藉由多個位置資訊，而可與待測物的旋轉角度值做比較與補正。

以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本發明之特點及功效，而非用於限定本發明之可實施範疇，於未脫離本發明上揭之精神與技術範疇下，任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

10‧‧‧夾盤

11‧‧‧連接軸

12‧‧‧驅動座

13‧‧‧驅動單元

14‧‧‧編碼單元

15‧‧‧編碼顯示單元

16‧‧‧姿態感測器

17‧‧‧控制單元

Claims (17)

1. 一種自動角度量測裝置，其包含有：一夾盤，其係與一待測物結合，該待測物為一旋轉軸；一驅動座；一驅動單元，其係耦接該夾盤與該驅動座；一編碼單元，其係設於該驅動單元面對該驅動座的一端，該編碼單元係訊號連接該驅動單元；一姿態感測器，其係設於該驅動座；以及一控制單元，其係訊號連接該驅動單元與該姿態感測器；其中，該姿態感測器係感測未轉動之該驅動座，以產生一第一訊號；該姿態感測器係感測轉動至一預定角度之該驅動座，以產生一第二訊號；該控制單元依據該第一訊號與該第二訊號，以計算出一偏移量，該控制單元係控制該驅動單元轉動至一預定角度，該編碼單元依據該驅動單元之該預定角度，以產生一位置資訊；該控制單元係依據該第一訊號、第二訊號與該位置資訊計算出一角度資訊與一補正值，再依據該補正值，進行一補正程序。
2. 如申請專利範圍第1項所述之自動角度量測裝置，其更包含有一編碼顯示單元，該編碼顯示單元係設於該驅動座，該編碼顯示單元係訊號連接該編碼單元。
3. 如申請專利範圍第1項所述之自動角度量測裝置，其中該控制單元具有一姿態計算模組、一姿態控制模組、一姿態/狀態儲存模組與一角度計算模組，該姿態計算模組係接收來自該姿態感測器的第一訊號與第二訊號，以計算出一起始狀態資訊與一轉動狀態資訊，該姿態控制模組依據該起始狀態資訊與該轉動狀態資訊，產生一控制訊號，該控制訊號係提供給該驅動單元，該起始狀態資訊與該轉動狀態資訊係儲存於該姿態/狀態儲存模組，該角度計算模組依據該起始狀態資訊、該轉動狀態資訊與該編碼單元之位置資訊，以計算出一角度 資訊。
4. 如申請專利範圍第1項所述之自動角度量測裝置，其中該驅動裝置為一馬達，該驅動座為一柱狀體。
5. 如申請專利範圍第1項所述之自動角度量測裝置，其更具有一連接軸，該連接軸係耦接該夾盤與該驅動單元。
6. 如申請專利範圍第1項所述之自動角度量測裝置，其中該夾盤具有一設置孔，該設置孔具有一卡掣槽；該驅動單元的一端係延伸至該設置孔中，該端具有一卡掣於該卡掣槽中之卡掣塊。
7. 一種自動角度量測方法，其步驟包含有：設定一起始狀態，一夾盤係結合一待測物，該待測物為一旋轉軸，一驅動座係耦接該夾盤，至少一姿態感測器係感測該驅動座於未轉動時的狀態，並產生一第一訊號，一控制單元係接收該第一訊號，以計算出一起始狀態資訊，該起始狀態資訊係包含有一第一目前姿態；提供一訊號，該驅動座係轉動至一預定角度，該姿態感測器係感測轉動後之該驅動座的狀態，以產生一第二訊號，該第二訊號係傳送給該控制單元；計算一第二目前姿態，該控制單元依據該第二訊號，計算出一轉動狀態資訊，該轉動狀態資訊係包含有一第二目前姿態；計算一偏移量與一控制訊號，該控制單元依據該起始狀態資訊與該轉動狀態資訊，以計算出一偏移量；該控制單元更進一步產生一控制訊號；提供一位置訊號，該控制單元係將該控制訊號傳送給一驅動單元，以使待驅動單元轉動一預定角度，待該驅動單元停止轉動，並定位後，一編碼單元係產生一位置資訊，該位置資訊係傳送給該控制單元；計算與輸出一相對的角度資訊，該控制單元係依據該起始狀態資訊、該轉動狀態資訊與該位置資訊，以計算出一 角度資訊，該角度資訊係輸出至一外部單元；判斷紀錄迴圈是否完成，若完成，則至下一步驟；若未完成，則回到該計算一第二目前姿態之步驟；以及分析與紀錄，依據數個角度資訊，以計算出一補正值，再依據該補正值，進行一補正程序。
8. 如申請專利範圍第7項所述之自動角度量測方法，其中於該設定一起始狀態之步驟中，該姿態感測器的該第一訊號係傳送給該控制單元之一姿態計算模組，該姿態計算模組係依據該第一訊號，計算出該起始狀態資訊。
9. 如申請專利範圍第7項所述之自動角度量測方法，其中該起始狀態資訊係儲存於該控制單元之一姿態/狀態儲存模組，該起始狀態資訊係包含有該驅動座於未轉動時的位置資訊。
10. 如申請專利範圍第7項所述之自動角度量測方法，其中於該提供一訊號之步驟中，待該待測物轉動至該預定角度，該姿態感測器係感測轉動後之驅動座的狀態，並產生該第二訊號。
11. 如申請專利範圍第7項所述之自動角度量測方法，其中於該計算一第二目前姿態之步驟中，該轉動狀態資訊係該驅動座於轉動該預定角度後的位置資訊，該轉動狀態資訊係儲存於一姿態/狀態儲存模組。
12. 如申請專利範圍第7項所述之自動角度量測方法，其中於該計算一偏移量與一控制訊號之步驟中，一姿態控制模組之命令產生迴路係依據該第一目前狀態與該第二目前狀態，以產生一命令，該命令係傳送給一位置控制迴路，以計算出一控制訊號，該控制訊號係傳送給一速度控制迴路，而使該控制訊號更進一步包含有一速度命令。
13. 如申請專利範圍第7項所述之自動角度量測方法，其中於提供一位置訊號之步驟中，一編碼顯示單元係顯示該位置資訊。
14. 如申請專利範圍第13項所述之自動角度量測方法，其中該編碼顯示單元係顯示多次位置資訊。
15. 如申請專利範圍第7項所述之自動角度量測方法，其中於該 計算與輸出一相對的角度資訊之步驟中，一角度計算模組依據之起始狀態資訊、該轉動狀態資訊與該位置資訊，以計算出該角度資訊；該外部單元為一統計與儲存裝置。
16. 如申請專利範圍第8項所述之自動角度量測方法，其中於該判斷紀錄迴圈是否完成之步驟中，該待測物須完成一轉動程序，若該轉動程序為，為該待測物需要轉動360度，該360度需要分為數次轉動，每次該待測物係轉動該預定角度。
17. 如申請專利範圍第7項所述之自動角度量測方法，其中該補正值係被儲存於該外部單元；該外部單元為一統計與儲存裝置。