TWI670475B - 多軸力規與其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明揭露一種多軸力規，其包含三個單軸力規以及一凝膠。三個單軸力規分別第一軸向單軸力規、第二軸向單軸力規以及第三軸向單軸力規，並且於空間中互相垂直。凝膠包含一金屬成分，並且用於灌封該等單軸向力規以形成一多軸力規。相較於習知技術，本發明利用單軸力規價格大幅低於多軸力規的特點，將三個單軸力規組合以取代價格昂貴的多軸力規，並且使用含有金屬成分之凝膠封進行封裝，使本發明之多軸力規具有防油、防水、防震以及防電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI)之功效。
Description
本發明係關於一種多軸力規，並且特別地，關於一種利用三個單軸力規所組合而成的多軸力規。
力規又稱為荷重元(Load Cell)，一般廣泛被應用於製作各種感測器，力規的工作原理通常分為兩類，其一為壓電晶體式，壓電材料受力後，自然產生電位差，量測其電位差，經過校準後，可得受力值；其二為應力規式，將應力規(strain gauge)貼在材料上，可測得材料因受力大小而改變的變形量，應力規將此變形量轉換成電阻差輸出，經過校準後，可得受力值。
力規發展至今，從最原始的單軸向力規，發展到三軸力規(FX、FY、FZ)甚至是六軸(FX、FY、FZ、MX、MY、MZ)力規，然而，不論是三軸力規或是六軸力規，價格都比單軸力規昂貴許多，而且多軸力規的每一根軸向互相連動，意味著若需要維修時可能必須將多軸同時維修並且校正，非常不符合經濟成本。
有鑑於此，本發明提供一種多軸力規，其包含三個單軸力規以及一凝膠。三個單軸力規分別為一第一軸向單軸力規、一第二軸向單軸力規以及一第三軸向單軸力規，且第一軸向單軸力規、第二軸向單軸力規以及第三軸向單軸力規互相垂直。凝膠用於灌封該等單軸力規以形成多軸力規。
於一具體實施例中，多軸力規進一步包含一第一基板以及一第二基板，且第一基板具有一溝槽。第一軸向單軸力規以及第二軸向單軸力規設置於第一基板，第三軸向單軸力規設置於第二基板，且第二基板卡合於第一基板之溝槽，以使第二基板垂直於第一基板。
於另一具體實施例中，多軸力規進一步包含一可撓式基板，第一軸向單軸力規、第二軸向單軸力規設置於可撓式基板之一第一端，第三軸向單軸力規設置於可撓式基板之一第二端，其中可撓式基板之第二端被垂直彎折向第一端，使第一軸向單軸力規、第二軸向單軸力規以及第三軸向單軸力規互相垂直。
於一具體實施例中，本發明之多軸力規包含一雙軸力規、一單軸力規以及一凝膠。雙軸力規具有一第一軸向以及一第二軸向，第一軸向以及第二軸向形成一平面，且第一軸向與第二軸向在該平面上相互垂直。單軸力規具有一第三軸向，其中第三軸向平行於該平面之法向量。凝膠用於灌封單軸力規以
及雙軸力規以形成多軸力規。
於一具體實施例中，本發明之多軸力規包含一第一雙軸力規、一第二雙軸力規以及一凝膠。第一雙軸力規具有一第一軸向以及一第二軸向，第一軸向以及第二軸向形成一平面，且第一軸向與第二軸向在該平面上相互垂直。第二雙軸力規具有一第三軸向以及一第四軸向，其中第三軸向或第四軸向平行於該平面之法向量。凝膠用於灌封第一雙軸力規以及第二雙軸力規以形成多軸力規。
實際應用上，第一基板、第二基板、以及可撓式基板為一印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB)。
於一具體實施例中，凝膠包含有一金屬成分以防止電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI)，金屬成分可以為金屬絲、金屬粉或任意金屬成分。
相較於習知技術，本發明之多軸力規以三個單軸力規組合而成，並且使用含有金屬成分之凝膠將該等單軸力規封裝成一多軸力規。本發明利用單軸力規價格大幅低於多軸力規的特點，將三個單軸力規組合以取代價格昂貴的多軸力規，大幅降低成本。並且，本發明使用含有金屬成分之凝膠封進行封裝，使本發明之多軸力規具有防油、防水、防震以及防電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI)之功效，相較於傳統多軸力規，不但價格較低且實用性更高。
110‧‧‧第一基板
112‧‧‧溝槽
120‧‧‧第二基板
122‧‧‧側邊
210、510‧‧‧第一軸向單軸力規
220、520‧‧‧第二軸向單軸力規
230、530‧‧‧第三軸向單軸力規
300‧‧‧鑄模
310‧‧‧下開口
320‧‧‧澆口
400‧‧‧可撓式基板
410‧‧‧第一端
420‧‧‧第二端
430‧‧‧頸部
600‧‧‧殼體
610‧‧‧電源孔
710‧‧‧雙軸力規
720‧‧‧單軸力規
810‧‧‧第一雙軸力規
820‧‧‧第二雙軸力規
S100‧‧‧步驟
S200‧‧‧步驟
S300‧‧‧步驟
S400‧‧‧步驟
S410‧‧‧步驟
S420‧‧‧步驟
S1000‧‧‧步驟
S1100‧‧‧步驟
S1200‧‧‧步驟
S1300‧‧‧步驟
S1400‧‧‧步驟
D‧‧‧方向
D1‧‧‧第一軸向
D2‧‧‧第二軸向
D3‧‧‧第三軸向
D4‧‧‧第四軸向
圖1係為本發明多軸力規之一具體實施例之第一基板示意圖。
圖2係為本發明多軸力規之一具體實施例之第二基板示意圖。
圖3係為本發明多軸力規之一具體實施例之第一基板與第二基板之組合示意圖。
圖4係為本發明多軸力規之一具體實施例之鑄模示意圖。
圖5係為本發明多軸力規之一具體實施例之封灌示意圖。
圖6係為本發明多軸力規之一具體實施例之製作流程圖。
圖7係為本發明多軸力規之一具體實施例之進階流程圖。
圖8係為本發明多軸力規之一具體實施例之可撓式基板示意圖。
圖9係為本發明多軸力規之一具體實施例之可撓式基板彎折示意圖。
圖10係為本發明多軸力規之一具體實施例之殼體示意圖。
圖11係為本發明多軸力規之一具體實施例之可撓式基板與殼體之組合示意圖。
圖12係為本發明多軸力規之一具體實施例之製作流程圖。
圖13係為本發明多軸力規之一具體實施例之示意圖。
圖14係為本發明多軸力規之一具體實施例之示意圖。
為了讓本發明的優點，精神與特徵可以更容易且明確地了解，後續將以具體實施例並參照所附圖式進行詳述與討論。值得注意的是，這些具體實施例僅為本發明代表性的具體實施例，其中所舉例的特定方法、裝置、條件、材質等並非用以限定本發明或對應的具體實施例。又，圖中各裝置僅係用於表達其相對位置且未按其實際比例繪述，合先敘明。
請一併參考圖1以及圖6，圖1係為本發明多軸力規之一具體實施例之第一基板110示意圖，圖6係為本發明多軸力規之一具體實施例之製作流程圖。於一具體實施例中，本發明之多軸力規包含一第一基板110、一第一軸向單軸力規210以及一第二軸向單軸力規220。首先，於步驟S100中將第一軸向單軸力規210以及第二軸向單軸力規
220固定於第一基板110。第一基板110具有一溝槽112，如圖1所示，將第一軸向單軸力規210的側邊貼合於溝槽112並且固定於第一基板110，然後將第二軸向單軸力規220固定於第一基板110，且第一軸向單軸力規210與第二軸向單軸力規220互相垂直。
請一併參考圖2以及圖6，圖2係為本發明多軸力規之一具體實施例之第二基板120示意圖。於一具體實施例中，本發明之多軸力規包含一第二基板120以及一第三軸向單軸力規230，並且於步驟S200中，將第三軸向單軸力規230固定於第二基板120。如圖2所示，第二基板120具有一側邊122，第三軸向單軸力規230靠近於側邊122並且貼合於第二基板120，值得注意的事，第三軸向單軸力規230並不貼合於側邊122，且第三軸向單軸力規230與側邊122的距離與第一基板110之溝槽112深度相同。
於上述具體實施例中，第一基板110以及第二基板120為印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB)，且第一軸向單軸力規210、第二軸向單軸力規220以及第三軸向單軸力規230以焊接方式固定於印刷電路板。
請一併參考圖3以及圖6，圖3係為本發明多軸力規之一具體實施例之第一基板110與第二基板120之組合示意圖。於步驟S300中，將第二基板120垂直固定於第一基板110，其中，固定方式是將第二基板120之側邊122卡合於第一基板110之溝槽112，使第二基板120可以與第一基板110互相垂直，同時，也使第一軸向單軸力規210、第二
軸向單軸力規220以及第三軸向單軸力規230於空間中互相垂直。於實際應用上，可以於溝槽112中塗佈黏著劑，使第二基板120可以更牢固的固定於第一基板110上。
請一併參考圖4、圖5、圖6以及圖7，圖4係為本發明多軸力規之一具體實施例之鑄模300示意圖，圖5係為本發明多軸力規之一具體實施例之封灌示意圖，圖7係為本發明多軸力規之一具體實施例之進階流程圖。於步驟S400中，使用凝膠封灌第一基板110以及第二基板120，其中，又可細分為步驟S410，使用鑄模300覆蓋第一基板以及第二基板，並且注入凝膠；以及步驟S420，待凝膠冷卻後，移除鑄模300。於S400封灌凝膠的步驟中，使用到一鑄模300，鑄模300具有一下開口310以及一澆口320，鑄模300的邊長必須大於等於第一基板110之邊長，而高度必須大於等於第二基板120垂直擺放時的高度。如圖5所示，鑄模300利用下開口310覆蓋罩住第一基板110以及第二基板120的組合體，並且由澆口320灌入凝膠。凝膠本身具有防水、防油以及防震的功能，並且，於本實施例中將凝膠添加一金屬成分，利用添加金屬成分使凝膠具有屏蔽隔離的功用，以防止電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI)，其中金屬成分可以為金屬絲、金屬粉或是金屬粒，但不限於此。之後，待凝膠冷卻後移除鑄模300，並且修整澆道口320處多餘的凝膠，以形成一個封裝完成的多軸力規，其中，鑄模300可以是單次使用的鑄模或著是可重複使用之鑄模。
於一具體實施例中，第一基板210以及第二基板220可以
進一步包含一電源接孔以及一訊號傳輸孔，用於傳輸電力以及感測訊號，並且於封灌的過程中使用可移除材料封住電源接孔以及訊號傳輸孔，待封裝完成後移除該可移除材料，使完成封裝的多軸力規具有外露的電源接孔以及訊號傳輸孔。於另一具體實施例中，本發明之多軸力規具有一無線傳輸模組，並且運用無線傳輸方式傳輸感測訊號。
上述各種實施例之步驟流程，僅為方便閱讀及解釋之目的，並非限定製程順序，本領域通常知識者應能理解，步驟S100、S200以及步驟S300之順序任意調換並不影響本發明之技術特徵。
請參閱圖8以及圖12，圖8係為本發明多軸力規之一具體實施例之可撓式基板400示意圖。圖12係為本發明多軸力規之一具體實施例之製作流程圖。於一具體實施例中，本發明之多軸力規包含一可撓式基板400、一第一軸向單軸力規510、一第二軸向單軸力規520、一第三軸向單軸力規530，可撓式基板可以為由軟硬複合版或薄板所構成的印刷電路板，且可撓式基板分為一第一端410、一第二端420、以及一頸部430。首先，於步驟S1000時將第一軸向單軸力規510以及第二軸向單軸力規520固定於可撓式基板400之第一端410，並且第一軸向單軸力規410與第二軸向單軸力規420於基板平面上設置方向互相垂直。步驟S1100，將第三軸向單軸力規530固定於可撓式基板400之第二端420。
請參閱圖9以及圖12，圖9係為本發明多軸力規之一具體實施例之可撓式基板400彎折示意圖。承步驟S1100，於步驟S1200中將可撓式基板400之第二端420由頸部430垂直彎折向第一端410，使第一
軸向單軸力規510、第二軸向單軸力規520、以及第三軸向單軸力規530於空間中互相垂直。
請參閱圖10以及圖12，圖10係為本發明多軸力規之一具體實施例之殼體600示意圖。於本具體實施例中，本發明之多軸力規另包含一殼體600，用於固定可撓式基板400，其中殼體600包含一電源孔610，用於***供電裝置以提供多軸力規電力來源。承步驟S1200，於步驟1300中將可撓式基板400由方向D放入殼體600中，並且加以固定，其中固定方式可以為螺絲鎖固或是黏膠固定，但不限於此。
值得注意的是，在圖8、圖9以及圖10中，第一軸向單軸力規510、第二軸向單軸力規520以及第三軸向單軸力規530上的箭頭方向僅為示意力規的測力方向，而非實體元件。
請參閱圖11以及圖12，圖11係為本發明多軸力規之一具體實施例之可撓式基板400與殼體600之組合示意圖。承步驟S1300，將可撓式基板400放入殼體600中如圖11所示，最後接著步驟S1400，於殼體600中倒入凝膠封灌殼體600，使殼體600與可撓式基板400結合成一多軸力規。凝膠本身具有防水、防油以及防震的功能，並且，於本實施例中將凝膠添加一金屬成分，利用添加金屬成分使凝膠具有屏蔽隔離的功用，以防止電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI)，其中金屬成分可以為金屬絲、金屬粉或是金屬粒，但不限於此。
上述各種實施例之步驟流程，僅為方便閱讀及解釋之目的，並非限定製程順序，本領域通常知識者應能理解，步驟S1000、
S1100、S1200以及步驟S1300之順序任意調換並不影響本發明之技術特徵。
請參考圖13，圖13係為本發明多軸力規之一具體實施例之示意圖。於一具體實施例中，本發明之多軸力規包含一雙軸力規710，一單軸力規720以及一凝膠。雙軸力規710具有一第一軸向D1以及一第二軸向D2，第一軸向D1以及第二軸向D2形成一平面，且第一軸向D1與第二軸向D2在該平面上相互垂直。單軸力規720具有一第三軸向D3，其中第三軸向D3平行於該平面之法向量，亦即第一軸向D1、第二軸向D2、以及第三軸向D3設置兩兩互相垂直。之後，再使用凝膠灌封固定單軸力規以及雙軸力規以形成一多軸力規。其中，本實施例精神在於使用雙軸力規替代上述實施例之第一軸向單軸力規以及第二軸向單軸力規，其固定方式以及凝膠封灌方式於本實施例中並不限定，可參考使用上述實施例所使用之固定方式以及灌封方式。
請參考圖14，圖14係為本發明多軸力規之一具體實施例之示意圖。於一具體實施例中，本發明之多軸力規包含一第一雙軸力規810，一第二軸力規820以及一凝膠。第一雙軸力規810具有一第一軸向D1以及一第二軸向D2，第一軸向D1以及第二軸向D2形成一平面，且第一軸向D1與第二軸向D2在該平面上相互垂直。第二雙軸力規820具有一第三軸向D3以及一第四軸向D4，其中第三軸向D3平行於該平面之法向量，亦即第一軸向D1、第
二軸向D2與第三軸向D3在空間中互相垂直，此外，雖然圖14之實施例以第三軸向D3平行於該平面之法向量，但在實際應用上，亦可以以第四軸向D4平行於該平面之法向量，使第一軸向D1、第二軸向D2與第四軸向D4在空間中互相垂直。之後，再使用凝膠灌封固定第一雙軸力規以及第二雙軸力規以形成一多軸力規。如圖14所示，第一雙軸力規810之第二軸向D2與第二雙軸力規820之第四軸向D4相互平行，因此第二軸向D2及第四軸向D4所量測之訊號應相同或是相似，因此可以把其中一軸所量測之值當做基準值，另一軸則做為校正之用途。此外，雖然圖14之實施例以第二軸向D2與第四軸向D4相互平行，於實際應用上並不限於此配置方式，亦可以第一軸向D1和第三軸向D3互相平行，或其他的排列組合。其中，本實施例精神在於使用兩個雙軸力組合成一三軸力規，其固定方式以及凝膠封灌方式於本實施例中並不限定，可參考使用上述實施例所使用之固定方式以及灌封方式。
於實際應用上，本發明之多軸力規得應用於CNC(Computer Numerical Control)工具機振動量測，將多軸力規貼覆於CNC工具機上，量測工具機三維空間的震動，並且遠端監控以掌握機台狀況。由於本發明之多軸力規是使用第一基板110直接接觸待測物，而且沒有外殼(僅以凝膠包覆)，因此受到的雜訊干擾遠小於傳統多軸力規，使量測數值更為精準。於其他實施例中，本發明之多軸力規亦可
以將溫度感測元件、聲音感測元件等其他裝置設置於基板上，形成一多功能多軸力規。
雖然本發明上述實施例以三軸力規為例，但使用相同的技術手段亦可以依客戶需求製作六軸力規或客製化特殊規格的多軸向力規，例如再結合三個測扭力的力規形成六軸力規，或是結合一個測扭力的力規形成客製化特殊規格的四軸力規。
相較於習知技術，本發明之多軸力規以三個單軸力規組合而成，並且使用含有金屬成分之凝膠將該等單軸力規封裝成一多軸力規。本發明利用單軸力規價格大幅低於多軸力規的特點，將三個單軸力規組合以取代價格昂貴的多軸力規，大幅降低成本。並且，本發明使用含有金屬成分之凝膠封進行封裝，使本發明之多軸力規具有防油、防水、防震以及防電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI)之功效，相較於傳統多軸力規，不但價格較低且實用性更高。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。
Claims (6)
- 一種多軸力規，其包含：三個單軸力規，其包含一第一軸向單軸力規、一第二軸向單軸力規以及一第三軸向單軸力規；一可撓式基板，該第一軸向單軸力規、該第二軸向單軸力規設置於該可撓式基板之一第一端並形成一平面，該第一軸向單軸力規與該第二軸向單軸力規於該平面上互相垂直，該第三軸向單軸力規設置於該可撓式基板之一第二端，其中該可撓式基板之該第二端被垂直彎折向該第一端，使該第三軸向單軸力規平行於該平面之法向量；以及一凝膠，用於灌封該可撓式基板與該等單軸力規以形成該多軸力規。
- 如請求項1所述之多軸力規，其中該凝膠包含有一金屬成分。
- 一種多軸力規，其包含：一雙軸力規，其具有一第一軸向以及一第二軸向，該第一軸向以及該第二軸向形成一平面，且該第一軸向與該第二軸向在該平面上相互垂直；一單軸力規，其具有一第三軸向；一可撓式基板，該雙軸力規設置於該可撓式基板之一第一端，該單軸力規設置於該可撓式基板之一第二端， 其中該可撓式基板之該第二端被垂直彎折向該第一端，使該第三軸向平行於該平面之法向量；以及一凝膠，用於灌封該可撓式基板、該單軸力規以及該雙軸力規以形成該多軸力規。
- 一種多軸力規，其包含：一第一雙軸力規，具有一第一軸向以及一第二軸向，該第一軸向以及該第二軸向形成一平面，且該第一軸向與該第二軸向在該平面上相互垂直；一第二雙軸力規，其具有一第三軸向以及垂直於該第三軸向之一第四軸向；一可撓式基板，該第一雙軸力規設置於該可撓式基板之一第一端，該第二雙軸力規設置於該可撓式基板之一第二端，其中該可撓式基板之該第二端被垂直彎折向該第一端，使該第三軸向或該第四軸向平行於該平面之法向量；以及一凝膠，用於灌封該可撓式基板、該第一雙軸力規以及該第二雙軸力規以形成該多軸力規。
- 一種多軸力規之製造方法，其包含下列步驟：將一第一軸向單軸力規以及一第二軸向單軸力規固定於一可撓式基板之一第一端，並且該第一軸向單軸力規與該第二軸向單軸力規互相垂直；將一第三軸向單軸力規固定於該可撓式基板之一第 二端；將該可撓式基板之該第二端垂直度彎折向該第一端，使該第一軸向單軸力規、該第二軸向單軸力規以及該第三軸向單軸力規互相垂直；以及使用一凝膠灌封該可撓式基板以形成該多軸力規。
- 一種多軸力規之製造方法，其包含下列步驟：將一雙軸力規固定於一可撓式基板之一第一端，該雙軸力規具有一第一軸向以及一第二軸向，並且該第一軸向與該第二軸向互相垂直；將一單軸力規固定於該可撓式基板之一第二端，且其具有一第三軸向；將該可撓式基板之該第二端垂直度彎折向該第一端，使該第一軸向、該第二軸向以及該第三軸向互相垂直；以及使用一凝膠灌封該可撓式基板以形成該多軸力規。
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| TW107112423A TWI670475B (zh) | 2018-04-11 | 2018-04-11 | 多軸力規與其製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWI670475B true TWI670475B (zh) | 2019-09-01 |
| TW201944040A TW201944040A (zh) | 2019-11-16 |
Family
ID=68618820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW107112423A TWI670475B (zh) | 2018-04-11 | 2018-04-11 | 多軸力規與其製造方法 |
Country Status (1)
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|---|---|
| TW (1) | TWI670475B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1192419B1 (en) * | 1999-03-17 | 2007-04-18 | Input/Output, Inc. | Integrated and multi-axis sensor assembly and packaging |
| TWM434932U (en) * | 2012-03-15 | 2012-08-01 | An-Bang Cheng | Cylindrical beam type xix-component force sensor |
-
2018
- 2018-04-11 TW TW107112423A patent/TWI670475B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1192419B1 (en) * | 1999-03-17 | 2007-04-18 | Input/Output, Inc. | Integrated and multi-axis sensor assembly and packaging |
| TWM434932U (en) * | 2012-03-15 | 2012-08-01 | An-Bang Cheng | Cylindrical beam type xix-component force sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201944040A (zh) | 2019-11-16 |
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