TWI692625B - 測量背隙的方法、感測裝置及具有該感測裝置的分度盤裝置 - Google Patents

Abstract

本創作提供一種分度盤裝置，包含一殼體、一盤體、一感測裝置、一主軸及一傳動單元。該殼體容納該感測裝置、該主軸及該傳動單元，該盤體同軸地設置於該主軸。該傳動單元具有一蝸桿、一轉盤及一動力組件，該轉盤同軸地設置於該主軸，該蝸桿嚙合帶動該轉盤旋轉，該轉盤進而帶動該主軸同步旋轉。該感測裝置用於偵測該蝸桿嚙合帶動該轉盤正反旋轉時所產生的背隙，該感測裝置包含一從動件、一第一偵測器及一第二偵測器，該從動件同軸地設置於該主軸，該從動件具有一外徑面、一第一受測部及一第二受測部，該第一受測部及該第二受測部間隔設置於該從動件之該外徑面，該第一偵測器與該第二偵測器位於該從動件之該外徑面周圍並朝向該外徑面，該第一偵測器感測該第一受測部以測量背隙，該第二偵測器感測該第二受測部，當該第二偵測器感測到該第二受測部時，該主軸位於歸零位置。本創作之分度盤裝置能快速測量背隙並增加測量的精準度，且能測量不同旋轉位置的背隙大小，更具有歸零偵測的功能，使測量過程不僅省時省力，更方便使用者使用。

Description

測量背隙的方法、感測裝置及具有該感測裝置的分度盤裝置

一種分度盤裝置，尤指一種能測量背隙的分度盤裝置。

隨著加工產業日漸發達，加工工具機也逐漸往高精度化發展，例如分度盤裝置，對旋轉角度的精度要求極高，習用的分度盤裝置，例如TWM491544號專利第1圖，係一分度盤安裝於一CNC中心加工機，該分度盤包含一殼體、一出力軸迴轉盤、一蝸桿入力軸、一馬達，該殼體容置該出力軸迴轉盤及該蝸桿入力軸，該出力迴轉盤與該蝸桿入力軸嚙合旋轉，該馬達設置於該殼體並驅動該蝸桿入力軸繞自身軸線旋轉，然而，該出力迴轉盤能與該蝸桿入力軸在嚙合旋轉的過程中持續磨耗，使用一段時間後便會產生背隙，造成分度盤裝置的旋轉精度下降。

傳統測量背隙的方式，係以人力手持千分錶進行測量，若測量出的背隙過大，則需拆解分度盤裝置以調整蝸桿或更換零件，再以千分錶重複量測並調整，直到消除背隙。此種測量及消除背隙的方式可能產生人為誤差，且過程繁瑣又耗費時間、人力，若千分錶本身精準度不佳，更會增加測量誤差。進一步而言，在測量過程中，分度盤裝置必須由旋轉狀態變成靜止狀態以便讀取刻度，此狀態轉變的過程也可能造成誤差，再者，依分度盤裝置不同旋轉位置的使用程度不同，其磨耗程度亦不同，故不同旋轉位置的背隙大小也不同，若欲測量不同旋轉位置的背隙值，單靠人力更是難以完成。

本創作的其中一項目的在於提供一種分度盤裝置，係以偵測器測量背隙，能快速測量背隙並增加測量的精準度，且能測量不同旋轉位置的背隙大小，更具有歸零偵測的功能，使測量過程不僅省時省力，更方便使用者使用。

為達成上述目的，本創作提供一種分度盤裝置，該分度盤裝置包含一殼體、一盤體、一感測裝置、一主軸及一傳動單元。該殼體能容納該感測裝置、該主軸及該傳動單元，該盤體位於該殼體一側，該盤體同軸地設置於該主軸。該傳動單元帶動該主軸旋轉，該傳動單元具有一蝸桿、一轉盤及一動力組件，該轉盤同軸地設置於該主軸，該蝸桿嚙合帶動該轉盤旋轉，該轉盤進而帶動該主軸同步旋轉，該動力組件驅動該蝸桿旋轉。該感測裝置用於偵測該蝸桿嚙合帶動該轉盤正反旋轉時所產生的背隙，該感測裝置包含一從動件、一第一偵測器及一第二偵測器，該從動件同軸地設置於該主軸，該從動件具有一外徑面、一第一受測部及一第二受測部，該第一受測部及該第二受測部間隔設置於該從動件之該外徑面，該第一偵測器與該第二偵測器位於該從動件之該外徑面周圍並朝向該外徑面，該第一偵測器感測該第一受測部以測量背隙，該第二偵測器感測該第二受測部，當該第二偵測器感測到該第二受測部時，該主軸位於歸零位置。

在某些情況中，該從動件之該外徑面具有複數個第一受測部，該複數個第一受測部與該第二受測部等間隔地設置於該從動件之該外徑面。

在某些情況中，該第一偵測器與該第二偵測器朝向該從動件的不同軸向位置。

在某些情況中，該第一受測部及該第二受測部位於該從動件的不同軸向位置。

在某些情況中，該第一受測部及該第二受測部凸出於該從動件之該外徑面。

在某些情況中，該第一受測部沿該從動件軸向的長度與該第二受測部不同。

在某些情況中，該第二受測部更具有一第一測定區及一第二測定區，該第一測定區被該第一偵測器所感測 ，該第二測定區被該第二偵測器所感測。

在某些情況中，該第一受測部沿該從動件軸向的長度小於該第二受測部，且該第一測定區與該第一受測部位於該從動件的相同軸向位置，該第二測定區與該第一受測部位於該從動件的不同軸向位置。

藉此，本創作所提供的分度盤裝置能藉由第一偵測器與第二偵測器感測從動件之第一受測部及第二受測部，能進行歸零並測量蝸桿嚙合帶動轉盤正反旋轉時所產生的背隙，並可利用測得的背隙值來調整分度盤裝置的旋轉數據來進行補償，毋須手動測量，亦毋須拆解分度盤裝置來調整蝸桿或其他零件，因此，本創作之分度盤裝置不僅節省人力、時間，更能減少手動測量所可能產生的人為誤差，確保測量的精準度，再者，本創作之分度盤裝置能針對不同旋轉位置測量背隙，故可精準地掌握不同旋轉位置的背隙大小。

本創作提供一種分度盤裝置，具有歸零及測量背隙的功能。本創作第一實施例，請參考第1圖至第2圖，本實施例包含殼體10、盤體20、感測裝置30、主軸40及傳動單元。

殼體10大致呈圓柱狀，殼體10容納感測裝置30、主軸40及傳動單元。

盤體20呈圓盤狀，盤體20位於殼體10一側，盤體20同軸地設置於主軸40，盤體20能裝載工件，使工件旋轉及分度定位。

請參考第3、4圖，感測裝置30包含從動件31、第一受測部32、第二受測部33、第一偵測器34及一第二偵測器35，從動件31同軸地設置於主軸40，從動件31具有外徑面311，三個第一受測部32及一個第二受測部33彼此等間隔地均勻環設於外徑面311，以測量不同旋轉位置的背隙值， 第一受測部32及第二受測部33凸出於外徑面311，第一受測部32及第二受測部33例如但不限於藉由黏合、焊接或一體成型設置於外徑面311，第一受測部32沿從動件31軸向的長度小於第二受測部33，第二受測部33更具有第一測定區331及第二測定區332，第一測定區331與第一受測部32位於從動件31的相同軸向位置，使從動件31旋轉時，第一偵測器34能感測第一受測部32及第一測定區331。第二測定區332與第一受測部32位於從動件31的不同軸向位置，第二測定區332被第二偵測器35所感測，需要說明的是，第一測定區331及第二測定區332係指不同的受測區域，請參考第3圖，第一測定區331及第二測定區332係用虛線劃分，以說明第一測定區331及第二測定區332係被不同的偵測器所感測，此虛線並非實際上存在的線。第一偵測器34與第二偵測器35位於從動件31之外徑面311周圍並朝向外徑面311，第一偵測器34及第二偵測器35例如但不限於為光學偵測器，第一偵測器34與該第二偵測器35朝向外徑面311的不同軸向位置，以感測不同軸向位置，第一偵測器34感測第一受測部32及第一測定區331以測量背隙，第二偵測器35感測第二受測部33的第二測定區332，當第二偵測器35感測到第二測定區332時，主軸40位於歸零位置。

請參考第1、5圖，傳動單元帶動主軸40及從動件31旋轉，傳動單元具有蝸桿50、轉盤51及動力組件52，轉盤51例如為齒盤或滾子凸輪，在本實施例中，轉盤51為齒盤，蝸桿50可轉動地嚙合轉盤51，轉盤51同軸地設置於主軸40，動力組件52例如但不限於為馬達，動力組件52能驅動蝸桿50旋轉。

本實施例之分度盤裝置測量背隙時，首先執行前置步驟，將蝸桿50往一第一方向旋轉，第一方向例如為順時針方向，使蝸桿50帶動轉盤51旋轉，轉盤51進而帶動主軸40及從動件31同步旋轉，第一偵測器34感測到第一受測部32或第一測定區331的靠近，此時第一偵測器34發生第一次訊號變換。蝸桿50繼續旋轉，使第一受測部32或第一測定區331經過並遠離第一偵測器34，當第一偵測器34感測到第一受測部32或第一測定區331遠離而發生第二次訊號變換，此時蝸桿50位於一起算位置。接著執行轉折步驟，蝸桿50從起算位置繼續往第一方向旋轉一第一角度後，此時蝸桿50位於一轉折位置，蝸桿50再從轉折位置反向（例如為逆時針方向）旋轉一第二角度，使轉盤51、主軸40及從動件31反向旋轉，值得注意的是，第二角度必須大於第一角度，以使第一偵測器34能再次感測到第一受測部32或第一測定區331，當第一偵測器34再次感測到第一受測部32或第一測定區331的靠近而發生第三次訊號變換時，蝸桿50位於一再測位置，蝸桿50從轉折位置到再測位置所旋轉的角度為一再測角度。最後執行計算步驟，由人工或計算裝置（例如電腦或計算機）將再測角度與第一角度相減後得到一誤差角度，誤差角度能進一步換算為背隙值。此外，本實施例之分度盤裝置欲歸零時，將蝸桿50旋轉，使蝸桿50帶動轉盤51旋轉，轉盤51進而帶動主軸40及從動件31同步旋轉，當第二偵測器35感測到第二受測部33之第二測定區332，此時主軸40位於歸零位置。

在上述實施例中，從動件及轉盤分別同軸地設置於主軸，然而，在本創作其他可能的實施例中，從動件可一體成型於轉盤或主軸上，只要從動件能與主軸同軸，本創作不以此為限。

在上述實施例中，三個第一受測部及一個第二受測部彼此等間隔地均勻環設外徑面，然而，在本創作其他可能的實施例中，第一受測部的數量可依實際需求調整為1～7個。此外，第一受測部及第二受測部也可不等間隔地環設於外徑面，只要不影響旋轉精度，本創作不以此為限。

在上述實施例中，第一受測部沿從動件軸向的長度小於第二受測部，且第二受測部更具有第一測定區及第二測定區，然而，在本創作其他可能的實施例中，第二受測部可不具有第一測定區而具有與第一受測部相同的軸向長度，只要第一受測部及第二受測部位於該從動件的不同軸向位置，使第一偵測器感測第一受測部，第二偵測器感測第二受測部，本創作不以此為限。

在上述實施例中，第一受測部及第二受測部凸出於外徑面，且第一受測部及第二受測部位於該從動件的不同軸向位置，然而，在本創作其他可能的實施例中，第一受測部及第二受測部亦可凹入外徑面，或第一受測部及第二受測部位於相同軸向位置而凸出於外徑面的高度不同，只要第一受測部及第二受測部能分別被第一偵測器及第二偵測器所感測，本創作不以此為限。

在上述實施例中，前置步驟時，當第一偵測器感測到第一受測部或第一測定區遠離而發生第二次訊號變換，此時蝸桿位於一起算位置，而在轉折步驟時，當第一偵測器再次感測到第一受測部或第一測定區的靠近而發生第三次訊號變換時，蝸桿位於一再測位置，然而，在本創作其他可能的實施例中，起算位置及再測位置的認定點可以變更，例如在前置步驟時，改以當第一偵測器感測到第一受測部或第一測定區的靠近而發生第一次訊號變換時，蝸桿位於一起算位置，而在轉折步驟時，蝸桿反向旋轉，改以當第一偵測器感測到第一受測部或第一測定區遠離而發生第二次訊號變換時，蝸桿位於一再測位置，仍可以獲得相似的測量效果。

在上述實施例中，轉折步驟時，蝸桿從轉折位置反向旋轉一第二角度，使第一偵測器能再次感測到第一受測部，進而得到再測角度，然而，在本創作其他可能的實施例中，蝸桿亦可不受限於第二角度，即蝸桿從轉折位置反向持續旋轉，直到使第一偵測器再次感測到第一受測部後才停止，只要能使第一偵測器能再次感測到第一受測部以得到再測角度，本創作不以此為限。

綜上所述，本創作之分度盤裝置係透過傳動單元帶動感測裝置及主軸旋轉並感測旋轉情況（即第一偵測器感測第一受測部或第一測定區的靠近及遠離），並藉由第一偵測器的訊號變換來紀錄蝸桿的旋轉位置（起算位置及再測位置），進而得到第一角度及再測角度，再利用再測角度與第一角度相減得到誤差角度，最後從誤差角度進一步換算成背隙值。值得一提的是，第一偵測器係在從動件旋轉的狀態下進行感測，也就是在感測當下從動件係正在旋轉中，故能確保從動件在相同背景條件（旋轉狀態）下被感測，能避免因感測時的背景條件變化（從旋轉到靜止，或從靜止到旋轉）而增加誤差的可能性，進一步而言，本創作之分度盤裝置係利用第一偵測器於從動件旋轉時測量背隙，並利用第二偵測器進行歸零，且本創作之分度盤裝置所測得的背隙值可透過程式修正補償，以增加旋轉精度，毋須人力進行手動測量，亦毋須拆解分度盤裝置來調整蝸桿或其他零件，因此，本創作之分度盤裝置不僅節省人力、時間，更能減少手動測量及背景條件變化所可能產生的誤差，確保測量的精準度，再者，本創作之分度盤裝置能隨時測量背隙，且能針對不同旋轉位置測量背隙，故可精準地掌握不同旋轉位置的背隙大小。惟以上實施例僅在於說明並闡述本創作的技術內容，本專利的專利範圍應以後述的申請專利範圍為準。

10:殼體 20:盤體 30:感測裝置 31:從動件 311:外徑面 32:第一受測部 33:第二受測部 331:第一測定區 332:第二測定區 34:第一偵測器 35:第二偵測器 40:主軸 50:蝸桿 51:轉盤 52:動力組件

第1圖為本創作分度盤裝置之立體圖。 第2圖為本創作分度盤裝置之剖視圖。 第3圖為本創作感測裝置之立體圖。 第4圖為本創作感測裝置之俯視圖。 第5圖為本創作分度盤裝置之局部俯視圖。

10:殼體

20:盤體

33:第二受測部

34:第一偵測器

30:感測裝置

31:從動件

311:外徑面

32:第一受測部

35:第二偵測器

40:主軸

50:蝸桿

51:轉盤

Claims (10)

1. 一種測量背隙的方法，該方法用於測量一蝸桿嚙合帶動一轉盤正反旋轉時所產生的背隙，該轉盤及一從動件同軸地設置於一主軸，該蝸桿嚙合帶動該轉盤旋轉，該轉盤進而帶動該主軸及該從動件同步旋轉，該從動件設有一第一受測部，當該第一受測部靠近或遠離一第一偵測器時，該第一偵測器會發生訊號變換，該方法包括下述步驟：前置步驟：將該蝸桿往一第一方向旋轉，使該蝸桿帶動該轉盤旋轉，該轉盤進而帶動該主軸及該從動件同步旋轉，當該第一偵測器發生訊號變換時，該蝸桿位於一起算位置；轉折步驟：該蝸桿從該起算位置繼續往該第一方向旋轉一第一角度，此時該蝸桿位於一轉折位置，該蝸桿再從該轉折位置反向旋轉，使該轉盤、該主軸及該從動件反向旋轉，當該第一偵測器再次發生訊號變換時，該蝸桿位於一再測位置，該蝸桿從該轉折位置到該再測位置所旋轉的角度為一再測角度；計算步驟：將該再測角度與該第一角度相減後得到一誤差角度，該誤差角度能進一步換算為背隙值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之測量背隙的方法，其中，在前置步驟時，當該第一偵測器感測到該第一受測部遠離而發生訊號變換，此時該蝸桿位於該起算位置，而在轉折步驟時，當該第一偵測器再次感測到該第一受測部的靠近而發生訊號變換時，該蝸桿位於該再測位置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之測量背隙的方法，其中，在轉折步驟時，該蝸桿從該轉折位置反向旋轉一第二角度，該第二角度大於該第一角度，以使該第一偵測器能再次感測到該第一受測部。
4. 一種感測裝置，用於偵測一蝸桿嚙合帶動一轉盤正反旋轉時所產生的背隙，該轉盤同軸地設置於一主軸，該蝸桿嚙合帶動該轉盤旋轉，該轉盤進而帶動該主軸同步旋轉，該感測裝置包含：一從動件，該從動件供同軸地設置於該主軸並隨該主軸同步旋轉，該從動件具有一外徑面與複數個第一受測部，該些第一受測部間隔設置於該從動件之該外徑面；一第一偵測器，該第一偵測器位於該從動件之該外徑面周圍並朝向該外徑面，當該從動件隨該主軸旋轉時該第一偵測器感測該些第一受測部靠近或遠離。
5. 如申請專利範圍第4項所述之感測裝置，其中，該從動件還具有一第二受測部，該些第一受測部與該第二受測部等間隔地設置於該從動件之該外徑面，該感測裝置還包含一第二偵測器，該第二偵測器位於該從動件之該外徑面周圍並朝向該外徑面，該第二偵測器感測該第二受測部。
6. 如申請專利範圍第5項所述之感測裝置，其中，該第一偵測器與該第二偵測器朝向該從動件的不同軸向位置，且該第一受測部及該第二受測部位於該從動件的不同軸向位置。
7. 如申請專利範圍第5項所述之感測裝置，其中，該第一受測部及該第二受測部凸出於該從動件之該外徑面。
8. 如申請專利範圍第5項所述之感測裝置，其中，該第一受測部沿該從動件軸向的長度與該第二受測部不同，且該第二受測部更具有一第一 測定區及一第二測定區，該第一測定區被該第一偵測器所感測，該第二測定區被該第二偵測器所感測。
9. 如申請專利範圍第8項所述之感測裝置，其中，該第一受測部沿該從動件軸向的長度小於該第二受測部，且該第一測定區與該第一受測部位於該從動件的相同軸向位置，該第二測定區與該第一受測部位於該從動件的不同軸向位置。
10. 一種分度盤裝置，包含如申請專利範圍第4至9項中任一項所述之感測裝置，更包含：一主軸，該感測裝置之從動件同軸地設置於該主軸並隨該主軸同步旋轉；一傳動單元，該傳動單元帶動該主軸旋轉，該傳動單元具有一蝸桿、一轉盤及一動力組件，該蝸桿可轉動地嚙合該轉盤，該感測裝置用於偵測該蝸桿嚙合帶動該轉盤正反旋轉時所產生的背隙，該轉盤同軸地設置於該主軸，該動力組件驅動該蝸桿旋轉；一殼體，該殼體能容納該感測裝置、該主軸及該傳動單元；一盤體，該盤體位於該殼體一側，該盤體同軸地設置於該主軸。

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