TWI774134B - 雙球桿及其誤差補償方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種雙球桿，其包含一雙球桿本體以及一拘束器，拘束器連接雙球桿本體，產生一拘束條件，拘束雙球桿本體之自旋，其中，由拘束條件得出雙球桿之一自旋角，確定雙球桿之量測姿態，以之進行誤差之補償。

Description

雙球桿及其誤差補償方法

本發明是有關一種球桿及其誤差補償方法，且尤其是有關一種雙球桿及其誤差補償方法。

雙球桿之二末端有量測球搭配球窩構成之球軸承，並具有位移感測器來量測二末端球軸承球心間之距離(可簡稱為中心距離)。由於雙球軸承無轉動拘束，球桿可以對二末端球軸承球心構成之軸線自由轉動，而有一不確定之自旋角。雙球桿應用於量測空間中二點間之距離時，與水平面間有一夾角，可稱之為傾斜角。雙球桿之量測姿態由三項因素決定：中心距離、傾斜角及自旋角。

由於雙球桿之位移感測器不是完全理想，線性導引元件間有背隙，自重會造成結構撓曲，環境溫度變化會造成元件熱變形等原因，導致雙球桿之量測值與中心距離間不具有簡單的線性關係，會出現量測誤差。

有業者使用光學尺作為位移感測器，此種雙球桿可稱為光學尺雙球桿，光學尺雙球桿包含尺組件及讀頭組件，讀頭是固定在讀頭組件上，光柵尺是固定在尺組件上，尺組件及讀頭組件上裝有導引元件，例如導引桿及襯套，使尺組件及讀頭組件可以相互導引做線性運動，讀頭之位移感測訊號可以導線或是無線方式送出。在此種光學尺雙球桿中，襯套與導引桿間有背隙時會出現量測誤差，深究此誤差產生之原因，發現襯套與導引桿間之背隙使讀頭相對光柵尺不再平行，二者間有偏轉角，光柵尺上之量測點會因此偏轉角而偏移，使讀頭感測到額外之位移，造成量測誤差，此量測誤差與讀頭到光柵尺之間距及偏轉角有關，因而可以歸類於阿貝誤差(Abbe error)。

為了描述上述光學尺雙球桿讀頭相對光柵尺的運動，可以定義一光柵尺坐標系，其以光柵尺尺面之中心線為X _S軸，以光柵尺相對讀頭運動使中心距離增加之方向為正方向，尺面之法線方向為正Z _S軸方向，再以右手定則定義出Y _S軸。在此定義下，讀頭相對光柵尺坐標系X _S軸的轉動為翻滾(Roll)，對Y _S軸的轉動為俯仰(Pitch)，對Z _S軸的轉動為偏擺(Yaw)。

當光學尺雙球桿之導引元件例如襯套與導引桿間有背隙時，在重力作用下，尺組件及讀頭組件會各自以其末端之量測球為轉動中心轉動，當光學尺雙球桿光柵尺之尺面是面向上時，讀頭相對光柵尺會有對光柵尺坐標系Y _S軸之俯仰轉動，此俯仰轉動會使量測點產生變化，造成上述之阿貝誤差。光學尺雙球桿之抗彎剛性有限，在重力作用下光學尺雙球桿會撓曲，此撓曲也會使讀頭相對光柵尺有俯仰轉動，也造成上述之阿貝誤差。

光學尺雙球桿量測時受到許多外力，包含自身之重量、訊號導線之張力、導引桿與襯套間之摩擦力，及二末端量測球與相配球窩間的摩擦力等，這些外力使光學尺雙球桿本體產生自旋，此自旋改變讀頭相對光柵尺之轉動關係，自旋角未知時光學尺雙球桿之阿貝誤差也是未知。

在一應用雙球桿之六維運動量測裝置中，由於各支光學尺雙球桿有未知之自旋角，各支光學尺雙球桿之量測姿態難以掌握，各支光學尺雙球桿因背隙造成之阿貝誤差亦難以掌握，影響六維運動量測裝置之量測精度。

請參閱第1圖，其中第1圖繪示習知之一光學尺雙球桿100被放置於一校正板10的一示意圖，校正板10為水平放置。光學尺雙球桿100可由一讀頭組件101及一尺組件103組成，讀頭組件101包含一讀頭102，尺組件103包含一光柵尺104，二端之量測球分別以P_B及P_A表示，讀頭102相對光柵尺104的轉動，對Xs軸之轉動角為翻滾角A，對Ys軸之轉動角是俯仰角B，對Zs軸之轉動角是偏擺角C，光柵尺104相對讀頭102於Xs軸正方向移動時，中心距離變大。

請參閱第2A圖，其中第2A圖繪示習知之一光學尺雙球桿100被置於一校正板10的另一示意圖，第2A圖是前視圖，自旋角為0度，且假設二量測球P_B及P_A間之中心距離為d(未示於第2A圖)。當光柵尺104的尺面是水平，Zs軸(繪示於第1圖)指向上，定義此時之自旋角 為0度，量測值為d1，在此量測姿態下，當光學尺雙球桿100的襯套與導引桿間有背隙時，在重力作用下尺組件103及讀頭組件101會各自對其末端之量測球P_A及P_B轉動，亦即讀頭102相對光柵尺104有對光柵尺座標系Y_S軸(繪示於第1圖)之俯仰轉動，其導致讀頭102相對光柵尺104不再平行，二者間出現俯仰角B₁，而如第2A圖所示。

讀頭102之光路設計，在讀頭102與光柵尺104的尺面平行時，從讀頭102射出之光，與從光柵尺104表面反射回來之光所構成之平面是與光柵尺104表面垂直，故當讀頭102相對光柵尺104尺面不平行，二者間有俯仰角B₁時，射出光與反射光所構成之平面與光柵尺表面不再垂直而有俯仰角B₁，量測點會在光柵尺座標系之X_S軸(繪示於第1圖)上偏移，讀頭102感測到此額外之偏移，造成量測誤差e，此量測誤差e之大小是由讀頭102與光柵尺104表面間之距離及俯仰角B₁決定，因而是屬於阿貝誤差之一種。

請參閱第2B圖，其中第2B圖繪示習知之一光學尺雙球桿100被置於一校正板10的又一示意圖，第2B圖與第2A圖是同一支光學尺雙球桿100，此時光學尺雙球桿100轉動-90度，亦即光學尺雙球桿100的自旋角為-90度，光柵尺104之尺面由水平轉到垂直，此時二球座中心間之中心距離d(未示於第2B圖)沒有改變，但是光學尺雙球桿100的量測姿態改變，自旋角為-90度。由於背 隙及重力作用，此時讀頭組件101相對尺組件103有偏擺角C₁，此偏擺角C₁造成量測點於光柵尺104尺面之側向偏移，可以發現光學尺雙球桿100有新的量測值d2，且d1>d2。

在光學尺雙球桿100自旋角為-90度時，在重力作用下，導引桿及襯套間之背隙使讀頭102相對光柵尺104產生偏擺(Yaw)轉動，亦即對Z_S軸(繪示於第1圖)轉動，有偏擺角C₁，此時光柵尺104上之量測點主要是在光柵尺的Y_S軸(繪示於第1圖)方向，而不是在光柵尺的X_S軸方向或是量測方向移動，幾乎不會造成量測值變化，因而在此量測姿態下，亦即自旋角是-90度時，讀頭102不會讀出額外之量測誤差，量測值d2中無阿貝誤差。

此時令d*=d1-d2，阿貝誤差即為d*，這也是背隙造成之最大阿貝誤差，而當自旋角由0度變化到-90度時，阿貝誤差由最大逐漸減小至零。自旋角已知時，阿貝誤差可以由最大阿貝誤差及自旋角算出。注意的是，自旋角是0度時，相同之背隙在不同之中心距離時會造成不同之俯仰角，相應之最大阿貝誤差亦不相同。

請參閱第3圖，其中，第3圖繪示習知之一光學尺雙球桿100用於三維空間中二點間距離量測之量測姿態示意圖。在一參考座標系中(具有X_R軸、Y_R軸及Z_R軸)有二量測球P_B及P_A，量測球P_B與P_A間之中心距離為d，光學尺雙球桿100與水平面間之傾斜角為α，自旋角為γ，光柵尺法線向量為n_s，量測姿態由中心距離d、傾斜角α 及自旋角γ決定。自旋角γ是以二量測球P_BP_A為自旋軸線，可以定義當光柵尺法線向量n_s在自旋軸線方向與重力方向構成之平面上，且光柵尺法線向量n_s在垂直方向之分量與重力方向相反時自旋角γ為零度。由於量測球P_B與P_A是被吸附於圖中未顯示出之磁性球窩中，無額外的拘束設計，光學尺雙球桿100可以自旋，自旋角γ為未知，因而光學尺雙球桿100之量測姿態為未知，背隙造成的阿貝誤差也不能確定。

有鑑於此，如何取得自旋角以消除量測值中因背隙造成之阿貝誤差及其他誤差，遂成相關業者努力的目標。

本發明之一實施方式提供一種雙球桿，其包含一雙球桿本體及一形自旋拘束器或是一力自旋拘束器，形自旋拘束器或是力自旋拘束器提供一拘束條件，可以由拘束條件得出雙球桿之自旋角。

藉此，在得知雙球桿的自旋角後，可進行阿貝誤差及其他誤差之補償，提高量測的精準度。

依據前述之雙球桿的一實施例，其中，形自旋拘束器包含固定在雙球桿本體之一末端之從拘束件，不受限制時從拘束件可因雙球桿本體之自旋而對末端一量測球之球心轉動；以及一被固定於雙球桿本體外之主拘束件，其中，主拘束件提供一拘束形狀，拘束形狀與從拘束件相互契合構成一形拘束條件，限制從拘束件之運動，在雙球桿進行 量測時，限制從拘束件之運動，在雙球桿進行量測時，由拘束形狀之描述，及從拘束件之轉動描述，得出形拘束條件下從拘束件之位置，並由位置得出雙球桿本體之一自旋角。

依據前述之雙球桿的一實施例，其中，從拘束件可是固定在雙球桿本體上之一桿或一訊號導線，拘束形狀是一間隙，桿或訊號導線被限制在間隙內運動。

依據前述之雙球桿的一實施例，其中，以另外二桿或是二板構成間隙。

依據前述之雙球桿的一實施例，其中，從拘束件有一圓球，主拘束件有二板，二板間之空間對圓球構成一拘束軌道，以拘束軌道構成形狀契合，圓球被限制在拘束軌道之軌道中心上運動。

依據前述之雙球桿的一實施例，其中，拘束軌道之軌道中心可是一圓弧。

依據前述之雙球桿的一實施例，其中，力自旋拘束器包含一固定在雙球桿本體外之彈簧座，以及一回復彈簧，其包含一起點及一終點，回復彈簧於起點連接雙球桿本體之一末端，並於終點連接彈簧座，回復彈簧以一力平衡狀態構成力拘束條件，雙球桿本體受外力而自旋時，起點產生偏移，且對回復彈簧產生一回復力，在外力消失後起點回到原來力平衡狀態時之位置，雙球桿量測時，由回復彈簧起點之轉動描述、回復彈簧終點之位置，得出力拘束條件下之起點位置，及雙球桿本體之自旋角。

依據前述之雙球桿的一實施例，其中，以雙球桿一讀頭的一訊號導線做為回復彈簧。

依據前述之雙球桿的一實施例，其中，回復彈簧於一起點方向離開起點，於一終點方向進入終點，在起點及終點間之回復彈簧被圈成一弧形。

依據前述之雙球桿的一實施例，其中，起點方向是垂直於雙球桿一光柵尺之尺面。

依據前述之雙球桿的一實施例，其中，前述雙球桿可為一無線雙球桿。

本發明之另一實施方式提供一種雙球桿誤差補償方法，其包含一資料取得步驟以及一補償步驟，於資料取得步驟中，得出雙球桿之一自旋角及一實際量測姿態；於補償步驟中，由一已知量測姿態下的一誤差補償表或一誤差補償數據，得出實際量測姿態下之一誤差，並加以補償。

依據前述之雙球桿誤差補償方法的一實施例，其中，自旋角是由一拘束條件計算得出或是由一表格數據查表得出。

依據前述之雙球桿誤差補償方法的一實施例，其中，前述雙球桿誤差補償方法可應用於一六維運動量測裝置。

10:校正板

100:光學尺雙球桿

101:讀頭組件

102:讀頭

103:尺組件

104:光柵尺

200:雙球桿誤差補償方法

300:雙球桿

301:讀頭組件

303:尺組件

370:雙球桿本體

380:形自旋拘束器

500:六維運動量測裝置

510:上平板

550:下平板

551,552,553,554,555,556:磁性球窩

600:力自旋拘束器

601,602,603,604,605,606:雙球桿

611,612,615,616:訊號導線

621,622,625,626:方向塊

631,632,635,636:固定座

710,730:形自旋拘束器

711,731:主拘束件

712,713,714,715,732,733,734,735:圓弧板

810,820,850,860:圓球

A:翻滾角

B,B₁:俯仰角

C,C₁:偏擺角

C_A,C_B:中心

C_C:球心

d:中心距離

e:量測誤差

g:圓弧

n_s:光柵尺法線向量

P_B,P_A:量測球

P_C:圓球

S01:資料取得步驟

S02:補償步驟

Xs,Ys,Zs,X_R,Y_R,Z_R:軸

α:傾斜角

γ:自旋角

第1圖繪示習知之一光學尺雙球桿被放置於一校正板的一示意圖； 第2A圖繪示習知之一光學尺雙球桿被置於一校正板的另一示意圖；第2B圖繪示習知之一光學尺雙球桿被置於一校正板的又一示意圖；第3圖繪示習知之一光學尺雙球桿用於三維空間中二點間距離量測之量測姿態示意圖；第4圖繪示依照本發明之第一實施例之一種雙球桿的示意圖；第5圖繪示依照本發明之第二實施例之雙球桿應用於一六維運動量測裝置的示意圖；第6圖繪示依照本發明之第三實施例之雙球桿應用於一六維運動量測裝置的另一示意圖；以及第7圖繪示依照本發明第四實施例之一種雙球桿誤差補償方法的示意圖。

本發明提供一種雙球桿，藉由額外之設計手段，掌握雙球桿之自旋角及量測姿態，使雙球桿之量測誤差得以準確補償。

為消除雙球桿因背隙造成之阿貝誤差及其他誤差，在一發明之雙球桿中，設置有自旋拘束器，自旋拘束器提供一拘束條件，拘束雙球桿本體之自旋，可以由拘束條件得出雙球桿之自旋角。在一發明實施例中，自旋拘束器包含一固定在雙球桿本體一末端上之從拘束件，量測時對末 端之一量測球之球心轉動，及一固定在雙球桿本體外之主拘束件，主拘束件與從拘束件以一形狀契合構成拘束條件。安裝在二球座間之雙球桿本體受外力本來可以自由自旋，造成未知之自旋角，但自旋拘束器提供拘束條件，使雙球桿之自旋角可以由拘束條件得出，並確定雙球桿之實際量測姿態，以進行阿貝誤差及其他誤差例如幾何誤差之補償。

主拘束件及從拘束件間可使用一形狀契合達到拘束目的，由從拘束件被主拘束件拘束之位置可以計算得出雙球桿之自旋角。從拘束件可以包含一圓球或一桿，或是使用讀頭之訊號導線，固定在雙球桿本體上，有指定之幾何特徵，例如設置在雙球桿的光柵尺座標系X_S軸與Z_S軸平面上特定之位置及特定方向。主拘束件是固定在雙球桿本體外，有至少一元件，其形狀與從拘束件至少一元件相互契合，例如主拘束件有一間隙，可以由二桿或二板構成，限制從拘束件圓球或是桿在此間隙內運動，進而限制雙球桿的自旋。

在一發明實施例中，從拘束件有一連接於雙球桿本體一末端之圓球，此圓球被主拘束件限制在一活動球面上之一軌道中心上運動。在一發明實施例中，軌道中心是一圓弧，由一拘束平面與上述活動球面之交點構成。

在另一發明實施例中，雙球桿之拘束器包含一回復彈簧及一彈簧座，彈簧座是固定在雙球桿本體外，回復彈簧的一端是固定在雙球桿本體上，形成一起點，另一端是 固定在彈簧座上，形成一終點，起點及終點間之回復彈簧有一力平衡狀態，構成一拘束條件，決定雙球桿之自旋角，在雙球桿本體自旋時，回復彈簧偏離力平衡狀態而產生一回復力，迫使雙球桿回到力平衡狀態下。

在一發明實施例中，使用雙球桿讀頭之訊號導線做為回復彈簧，此訊號導線於一起點，於光柵尺尺面之垂直方向離開雙球桿本體，另外，訊號導線於一終點，於一特定方向被固定在一彈簧座上，在起點及終點間之訊號導線被圈成一弧形，有一力平衡狀態，拘束雙球桿本體之自旋，使雙球桿有一穩定之自旋角。在另一發明實施例中，雙球桿為一無線雙球桿，位移量測訊號是以無線方式傳送，此時可以額外設置至少一回復彈簧，連接雙球桿本體及至少一彈簧座。

藉由自旋拘束器拘束雙球桿本體之自旋，可以由拘束條件得出雙球桿之自旋角及量測姿態，為消除雙球桿在不同量測姿態下因背隙造成之阿貝誤差及幾何誤差，本發明中也包含一種雙球桿誤差之補償方法，預先建立雙球桿在已知量測姿態下之誤差數據，例如誤差補償表(look-up table)或是補償數據，量測時得出雙球桿之自旋角及實際量測姿態，得出雙球桿於此實際量測姿態下之誤差，並進行補償。

在一發明實施例中，雙球桿之自旋角可以是直接由形或是力拘束條件計算得出，這需要計算時間，或是間接由預先準備之表格數據查表得出，以節省時間。

在一發明實施例中，本發明之雙球桿被應用於六維運動量測裝置中，其包含一上平板及一下平板，六支雙球桿連接此上平板及下平板，由於各支雙球桿之阿貝誤差及幾何誤差被補償消除，此雙球桿平行機構量測裝置有極高之量測精度。

在一發明實施例中，從拘束件是連接於雙球桿本體一末端之一圓球，此時以雙球桿本體同一末端球軸承中心為球中心，圓球之球心與該球軸承中心之距離為半徑，可定義出一球面，本說明書中稱之為活動球面。在一發明實施例中，主拘束件有二板，二板間有一中心圓弧，是活動球面與一拘束用平面相交之圓弧，此二板構成一拘束軌道及一軌道中心，從圓球之側面限制圓球在此軌道中心上運動。主拘束件之拘束軌道也可以有其他形狀，例如是一中空件，圓球被拘束在中空部位內運動。

請參閱第4圖，其中第4圖繪示依照本發明之第一實施例之一種雙球桿300的示意圖，雙球桿300包含雙球桿本體370及形自旋拘束器380，雙球桿本體370由尺組件303及讀頭組件301構成，形自旋拘束器380可包含一從拘束件，其為固定在雙球桿本體370上的一圓球P_C。仔細而言，雙球桿300的讀頭組件301上之一圓球P_C，球心為C_C，以雙球桿本體370末端的量測球P_B的中心C_B為球心，球心C_C在一活動球面上運動，活動球面的半徑是C_BC_C，其為圓球P_C不受拘束時之活動空間。為了拘束雙球桿本體370之自旋，形自旋拘束器380可包含一主 拘束件，其固定在雙球桿本體370外，以主拘束件定義出一通過參考座標系(X_R軸、Y_R軸及Z_R軸)原點及量測球P_B的中心C_B之一垂直拘束平面，球心C_C之活動球面與此拘束平面相交得出一圓弧g，以此圓弧g為拘束軌道中心，C_BC_C方向即為光柵尺法線向量n_s，從拘束件(即圓球P_C)的球心C_C被拘束在圓弧g上運動。此實施例中，由拘束條件解自旋角之方法是，以量測球P_A、P_B的中心C_A、C_B為旋轉軸，旋轉雙球桿本體370至一角度，使球心C_C與圓弧g相交或是落在拘束平面上，即可得出雙球桿本體370之自旋角。仔細而言，已知形自旋拘束器380之圓弧g的方程式，當量測球P_A、P_B的中心C_A、C_B移至一量測位置時，可定義出雙球桿300之旋轉軸，及球心C_C相對旋轉軸之轉動弧線方程式，由於球心C_C同時滿足上述二方程式，即，其為上述二方程式之交點，而可透過二方程式求得球心C_C位置及雙球桿300的自旋角。本實施例中軌道中心是一圓弧，軌道中心也可以有其他形狀之曲線，但是都在活動球面上。

請參閱第4圖，上述實施例中拘束件之圓球P_C在軌道中心上除了限制雙球桿本體370之自旋，但不限制雙球桿本體370之其他二轉動自由度，以此原理也可以設計出其從拘束件及主拘束件，例如從拘束件是固定在雙球桿本體370上之一圓桿，而主拘束件是雙球桿本體370外之一機構，例如一垂直圓桿及一具多自由度之接頭，圓桿相對此機構之運動受拘束，使雙球桿本體370不能自旋。

請參閱第5圖，其中第5圖繪示依照本發明之第二實施例之雙球桿601、602、603、604、605、606應用於一六維運動量測裝置500的示意圖，為了圖式簡潔，僅繪示出形自旋拘束器710及730，然應知形自旋拘束器710、730的數量為三。此六維運動量測裝置500包含上平板510及下平板550，六支雙球桿601-606連接上平板510及下平板550上的六個磁性球窩551、552、553、554、555、556，其中上平板510上的磁性球窩因角度關係未繪示出，雙球桿601-606之雙球桿本體一末端分別固定有從拘束件，即圓球810、820、850、860，約是在雙球桿601-606各尺面之法線方向向外延伸一距離，下平板550上固定有三主拘束件711、731，主拘束件711上固定有四片圓弧板712、713、714、715，二圓弧板712、713構成一主拘束件，二圓弧板712、713之軌道中心即是圓球810之活動球面與一拘束平面相交之圓弧(如第4圖中圓弧g)，圓球810被圓弧板712、713限制在此軌道中心上運動，主拘束件的拘束平面之定義與第4圖中之敘述說明相同。二圓弧板714、715構成另一主拘束件，圓球820在其軌道中心運動；同樣，二圓弧板732、733構成一主拘束件，限制圓球850在其軌道中心運動；二圓弧板734、735構成另一主拘束件，限制圓球860在其軌道中心運動。

請參閱第6圖，其中第6圖繪示依照本發明之第三實施例之雙球桿601、602、605、606應用於一六維 運動量測裝置的另一示意圖，雙球桿601、602、605、606的數量為六，而因視角關係，於第6圖中僅標示出雙球桿601、602、605、606。力自旋拘束器600之回復彈簧是使用雙球桿601、602、605、606位移量測讀頭所用之訊號導線(第6圖中僅標示出訊號導線611、612、615、616)，對應訊號導線611之彈簧座(未標號)包含一方向塊621及一固定座631。如第6圖所示，訊號導線611於一起點，於光柵尺尺面之法線方向(起點方向)離開雙球桿601本體末端，起點方向約與下平板座標系原點到起點之方向近似，然後被方向塊621及一固定座631圈成弧形，以一終點方向進入方向塊621，到達方向塊621上一固定之終點，起點方向與終點方向約是平行，但是反向相反，此訊號導線611達到力平衡後，有約是對稱之形狀及一最低位能，構成力拘束條件，使雙球桿601本體有一自旋角，假設是γ₀，若施加外力強制轉動此雙球桿601本體至另一自旋角γ₁，訊號導線611之起點產生偏移，訊號導線611在起點上產生一回復力施加於雙球桿601本體上，在停止對雙球桿601本體施加外力後，該回復力即驅使此雙球桿601本體回到原先無外力時力平衡狀態下之自旋角γ₀，起點也回到原先力平衡狀態時之位置。力平衡狀態作為力拘束條件，反映在訊號導線611上會出現一定之幾何形狀，例如對稱之弧形。其他的雙球桿602、605、606也是以相同方式配置，以訊號導線611、612、615、616圈成弧形構成回復彈簧，而方向塊622、625、626及固 定座632、635、636之細節不再描述。

請參閱第7圖，其中第7圖繪示依照本發明第四實施例之一種雙球桿誤差補償方法200的示意圖。雙球桿誤差補償方法200包含一資料取得步驟S01以及一補償步驟S02。於資料取得步驟S01中，得出雙球桿之一自旋角，及雙球桿之一實際量測姿態；於補償步驟S02中，由一已知量測姿態下的一誤差補償表或一誤差補償數據，得出實際量測姿態下之一誤差，並加以補償。因此，可預先建立雙球桿在已知自旋角及量測姿態下之誤差數據，例如誤差補償表(look-up table)或是阿貝誤差補償數據，量測時由雙球桿的形自旋拘束器或力自旋拘束器所提供之形拘束條件或力拘束條件，以計算或查表得出雙球桿之自旋角及實際量測姿態，包含實際中心距離、自旋角及傾斜角，得出雙球桿於實際量測姿態下之誤差，並進行補償。

以上說明了一種用於三維空間中二點間距離量測之雙球桿，其可以針對阿貝誤差及幾何誤差進行補正，其中，雙球桿藉由自旋拘束器，使雙球桿有確定之自旋角及量測姿態，專業人員可以依本發明提出之設計與方法做出其他消除雙球桿阿貝誤差之設計，但都包含在以上揭露的發明方法或原理內，形自旋拘束器的從拘束件及主拘束件可以有其他形狀或機構設計，以限制雙球桿的自旋，力自旋拘束器也可以例如使用多個彈簧座及多個回復彈簧，回復彈簧可以是其他實體構成。雙球桿可以使用光學尺作為位移量測裝置，也可以使用其他位移量測裝置。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

500:六維運動量測裝置

510:上平板

550:下平板

551,552,553,554,555,556:磁性球窩

601,602,603,604,605,606:雙球桿

710,730:形自旋拘束器

711,731:主拘束件

712,713,714,715,732,733,734,735:圓弧板

810,820,850,860:圓球

Claims (13)

1. 一種雙球桿，包含：一雙球桿本體及一形自旋拘束器，該形自旋拘束器包含：一從拘束件，固定在該雙球桿本體之一末端上，可因該雙球桿本體之自旋而有一轉動；以及一主拘束件，被固定於該雙球桿本體外；其中，該主拘束件提供一拘束形狀，該拘束形狀與該從拘束件相互契合構成一形拘束條件，限制該從拘束件之該轉動，該雙球桿進行量測時，由該拘束形狀之描述，及該從拘束件之該轉動之描述，得出該形拘束條件下該從拘束件之一位置，並由該從拘束件之該位置得出該雙球桿之一自旋角。
2. 如請求項1所述之雙球桿，其中，該從拘束件是該雙球桿本體上之一桿或一訊號導線，該拘束形狀是一間隙，限制該從拘束件在該間隙內運動。
3. 如請求項2所述之雙球桿，其中，以另外二桿或二板構成該間隙。
4. 如請求項1所述之雙球桿，其中，該從拘束件有一圓球，該主拘束件有二板構成一拘束軌道，限制該圓球在一軌道中心上運動。
5. 如請求項4所述之雙球桿，其中，該軌道中心是一圓弧。
6. 一種雙球桿，包含：一雙球桿本體及一力自旋拘束器，該力自旋拘束器包含：一彈簧座，固定在該雙球桿本體外；以及一回復彈簧，包含一起點及一終點；其中，該回復彈簧於該起點連接該雙球桿本體之一末端，並於該終點連接該彈簧座，該回復彈簧以一力平衡狀態構成一力拘束條件，該雙球桿本體受一外力自旋時，該起點產生偏移，且該回復彈簧在該起點產生一回復力施加於該雙球桿本體上，在該外力消失後該起點回到該力平衡狀態時之位置，該雙球桿量測時，由該起點之轉動描述及該終點位置，得出該力拘束條件下之該起點位置，及該雙球桿本體之一自旋角。
7. 如請求項6所述之雙球桿，其中，以該雙球桿一讀頭的一訊號導線做為該回復彈簧。
8. 如請求項6所述之雙球桿，其中，該回復彈簧於一起點方向離開該起點，於一終點方向進入該終點，在該起點及該終點之間被圈成一弧形。
9. 如請求項8所述之雙球桿，其中，該起點方向垂直於該雙球桿一光柵尺之尺面。
10. 如請求項6所述之雙球桿，其中，該雙球桿為一無線雙球桿。
11. 一種雙球桿誤差補償方法，應用於具有一形自旋拘束器或是一力自旋拘束器之一雙球桿，包含：一資料取得步驟，得出該雙球桿之一自旋角，及該雙球桿之一實際量測姿態；以及一補償步驟，由一已知量測姿態下的一誤差補償表或一誤差補償數據，得出該實際量測姿態下之一誤差，並加以補償。
12. 如請求項11所述之雙球桿誤差補償方法，其中，該自旋角是由一形拘束條件或一力拘束條件計算得出或是由一表格數據查表得出。
13. 如請求項11所述之雙球桿誤差補償方法，其中，該雙球桿姿態誤差補償方法應用於一六維運動量測裝置。

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