TWI411761B - Combined angle measurement system - Google Patents

Description

組合式角度量測系統

本發明是有關於一種角度量測系統，特別是指一種組合式角度量測系統。

工作物在施工的過程中是否有因為外力或本身運作的震動而產生偏轉，對於工作物施工的精密度有顯著影響，目前有以下三種方式可以量測工作物在運作前後的角度變化量，但各種方法分別有其不易克服的缺點，而造成使用上的不便。

1.台灣公告第I320480號「一種繞射式六自由度光電量測系統」專利案：本專利案是以繞射式干涉法進行量測，但本專利案所使用的量測儀器價格昂貴，且難以達成連續旋轉量測。

2.台灣公告第I320478號「一種二維光電式高精度角度量測系統」專利案：本專利案是以多重反射法的原理進行角度量測，但是本專利案具有架構精度要求高，不易設置等缺點。

3.台灣公告第M362062號「放電加工機的工作台」專利案：本專利案是以光學尺量測法進行量測，但本專利案在實際使用時的量測精度不足。

所以，如何改善以上所述的缺點，一直是本技術領域者持續努力的重要目標。

因此，本發明之目的，即在提供一種能夠改變設置方式並能量測多個角度變化量的組合式角度量測系統。

於是，本發明組合式角度量測系統，用以量測一工作件對應將空間以一第一方向、一第二方向，以及一第三方向定義時，該工作件沿該第一、二、三方向為軸心偏轉的角度變化量，該工作件具有一沿平行該第三方向設置的作動桿，該組合式角度量測系統包含一光源裝置、一干涉產生裝置、一光轉向裝置，以及一接收裝置。

該光源裝置能產生朝該第一方向行進的光束。該干涉產生裝置包括一直線型的光路，以及分別設置於該光路相反兩端的一分光鏡組與一反射鏡組。該光轉向裝置是可拆卸地連接在該干涉產生裝置上。該接收裝置能接收該光源裝置產生的光束在通過該干涉裝置後的光現象。

以所述光路平行於該第三方向地將該干涉產生裝置設置於該作動桿上時為一第一量測位置，且在該第一量測位置時，該光源裝置產生的光束直接進入該干涉產生裝置為一第一量測狀態，該光源裝置產生的光束經該光轉向裝置後進入該干涉產生裝置為一第二量測狀態，在該第一量測狀態時，該光源裝置產生的光束通過該分光鏡組後配合該反射鏡組而對應該工作件的作動產生沿該第二方向為軸心的干涉現象，在該第二量測狀態時，該光源裝置產生的光束進入該光轉向裝置時被轉向而沿該第二方向進入該光干涉產生裝置，並在通過該分光鏡組後配合該反射鏡組而對應該工作件的作動產生沿該第一方向為軸心的干涉現象。

本發明的功效在於：在該光源裝置、工作件的設置空間受限時，藉由該光轉向裝置使該光束轉向而能量測該方向的角度變化量，而且該光轉向裝置是可拆地設置於該干涉產生裝置上，因此能夠提供多種組合方式而能量測多個角度變化量。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1與圖2，為本發明組合式角度量測系統的較佳實施例，用以量測一工作件2對應將空間以一第一方向X、一第二方向Y，以及一第三方向Z定義時，該工作件2沿該第一方向X、第二方向Y、第三方向Z為軸心偏轉的角度變化量，該工作件2具有一沿平行該第三方向Z設置的作動桿21。特別說明的是，在本較佳實施例中，該工作件2是以加工機的主軸頭作說明，當然該工作件2也可以是車床設備或其他會位移作業進而導致角度變化的裝置。

參閱圖1與圖3，本發明組合式角度量測系統包含一光源裝置3、一干涉產生裝置4、一光轉向裝置5，以及一接收裝置6。

該光源裝置3能產生朝該第一方向X行進的光束31。在本較佳實施例中，該光源裝置3是以雷射據以實施，而該光束31為同調雷射光，然而其他具有方向性的光也能夠達成相同功效，因此不應以本較佳實施例所揭露的內容為限。

該干涉產生裝置4包括一直線型的光路41，以及分別設置於該光路41相反兩端的一分光鏡組42與一反射鏡組43。在本較佳實施例中，該分光鏡組42具有二平行設置的分光鏡421作說明，當然該分光鏡組42也能夠只使用一個分光鏡421，另一個分光鏡421則以一與該分光鏡421間隔設置的角鏡取代。在本較佳實施例中，該反射鏡組43具有二平行且對應該二分光鏡421設置的反射鏡431。

參閱圖3與圖4，該光轉向裝置5是可拆卸地連接在該干涉產生裝置4上。在本較佳實施例中，該光轉向裝置5具有一改變該光束31行進方向的五稜鏡51。該五稜鏡51具有二相對設置的反射面511、一連接所述反射面511一端的連接面512，以及二彼此相連接並連接於所述反射面511另一端的外表面513。在本較佳實施例中，所述反射面511的長度相等，所述外表面513的長度相等，所述反射面511朝該連接面512一側延伸的延伸線的夾角θ1為45度，所述外表面513彼此相連接處的夾角θ2為90度。藉由該光轉向裝置5的設計能使該光束31轉折90度。

該五稜鏡51是以圖4所示的方式使光束31的行進方向轉折90度，雖然使用45度平面鏡也能使光轉折90度，但是使用五稜鏡51的優點在於當光束31產生位移時，由於該光束31會在五稜鏡51內進行兩次反射，因此入射該五稜鏡51的光束31與射出該五稜鏡51的光束31會因為兩次反射而維持夾角90度。

該接收裝置6能接收該光源裝置3產生的光束31在通過該干涉裝置後的光現象。在本較佳實施例中，該接收裝置6是以電荷耦合元件(Charge Coupled Device,CCD)據以實施，當然也可以使用其他光檢測器，不應以本較佳實施例所揭露的內容為限。

參閱圖1與圖2，該工作件2在作業時是沿該光路41的方向往復移動，因此該反射鏡組43是設置於該作動桿21上而能隨該工作件2移動，該分光鏡組42則是相對於該反射鏡組43不動地設置，因此當該工作件2移動時，該反射鏡組43與該分光鏡組42的距離會改變而造成該光路41的長度改變，實際上該工作件2在重覆地往復移動與作業之後可能會沿第一方向X、第二方向Y、第三方向Z為軸心產生角度變化量，角度變化之後的施工作業容易產生誤差。

本發明組合式角度量測系統能夠以一第一量測位置或一第二量測位置設置進行量測。在該第一量測位置時，還能進一步分為一第一量測狀態或一第二量測狀態。在該第二量測位置時，還能進一步分為一第三量測狀態或一第四量測狀態。

參閱圖1與圖2，以下將對所述量測位置與狀態作詳細的說明。以所述光路41平行於該第三方向Z地將該干涉產生裝置4設置於該作動桿21上時為該第一量測位置。在該第一量測位置時，該光源裝置3產生的光束31如圖2所示直接進入該干涉產生裝置4為該第一量測狀態。該光源裝置3產生的光束31如圖1所示經該光轉向裝置5後再進入該干涉產生裝置4為該第二量測狀態。

參閱圖2，在該第一量測狀態時，該光源裝置3產生的光束31直接射入該分光鏡組42，也就是說，圖2所示為不設置該光轉向裝置5(見圖1)的態樣。該光束31在通過該分光鏡組42後配合該反射鏡組43而對應該工作件2的作動產生沿該第二方向Y為軸心的干涉現象。也就是說，該第一量測位置的第一量測狀態能用以量測在該工作件2沿該第三方向Z移動作業時，以該第二方向Y為軸心的角度變化量，並將圖2所示的量測狀態記為ey(z)。

參閱圖1，在該第二量測狀態時，該光源裝置3產生的光束31先進入該光轉向裝置5再被轉向而沿該第二方向Y進入該光干涉產生裝置4，並在通過該分光鏡組42後配合該反射鏡組43而對應該工作件2的作動產生沿該第一方向X為軸心的干涉現象。也就是說，該第一量測位置的第二量測狀態能用以量測在該工作件2沿該第三方向Z移動作業時，以該第一方向X為軸心的角度變化量，並將圖1所示的量測狀態記為ex(z)。

參閱圖5與圖6，以所述光路41平行於該第二方向Y地將該干涉產生裝置4設置於該作動桿21上時為該第二量測位置。在該第二量測位置時，該光源裝置3產生的光束31如圖6所示直接進入該干涉產生裝置4為該第三量測狀態。該光源裝置3產生的光束31如圖5所示經該光轉向裝置5後再進入該干涉產生裝置4為該第四量測狀態。

參閱圖6，在該第三量測狀態時，該光源裝置3產生的光束31直接射入該分光鏡組42，也就是說，圖6所示為不設置該光轉向裝置5(見圖5)的態樣。該光束31在通過該分光鏡組42後配合該反射鏡組43而對應該工作件2的作動產生沿該第三方向Z為軸心的干涉現象。也就是說，該第二量測位置的第三量測狀態能用以量測在該工作件2沿該第二方向Y移動作業時，以該第三方向Z為軸心的角度變化量，並將圖6所示的量測狀態記為ez(y)。

參閱圖5，在該第四量測狀態時，該光源裝置3產生的光束31是先進入該光轉向裝置5並被轉向之後，再沿該第三方向Z進入該光干涉產生裝置4，並在通過該分光鏡組42後配合該反射鏡組43而對應該工作件2的作動產生沿該第一方向X為軸心的干涉現象。也就是說，該第二量測位置的第四量測狀態能用以量測在該工作件2沿該第二方向Y移動作業時，以該第一方向X為軸心的角度變化量，並將圖5所示的量測狀態記為ex(y)。

綜上所述，在該光源裝置3、工作件2的設置空間或方向受限時，本發明組合式角度量測系統藉由該光轉向裝置5使該光束31轉向而能量測該方向的角度變化量，而且該光轉向裝置5是可拆地設置於該干涉產生裝置4上，因此能夠提供多種組合方式而能量測以多個方向為軸心的角度變化量，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2．．．工作件

21．．．作動桿

3．．．光源裝置

31．．．光束

4．．．干涉產生裝置

41．．．光路

42．．．分光鏡組

421．．．分光鏡

43．．．反射鏡組

431．．．反射鏡

5．．．光轉向裝置

51．．．五稜鏡

511．．．反射面

512．．．連接面

513．．．外表面

6．．．接收裝置

X．．．第一方向

Y．．．第二方向

Z．．．第三方向

θ1．．．夾角

θ2．．．夾角

圖1是一立體圖，說明本發明組合式角度量測系統的較佳實施例的ex(z)量測狀態；

圖2是一立體圖，說明該較佳實施例的ey(z)量測狀態；

圖3是一示意圖，輔助說明該較佳實施例的分光鏡組、反射鏡組、光路；

圖4是一示意圖，說明該較佳實施例的五稜鏡；

圖5是一立體圖，說明該較佳實施例的ex(y)量測狀態；以及

圖6是一立體圖，說明該較佳實施例的ez(y)量測狀態。

2．．．工作件

21．．．作動桿

3．．．光源裝置

31．．．光束

4．．．干涉產生裝置

41．．．光路

42．．．分光鏡組

43．．．反射鏡組

5．．．光轉向裝置

6．．．接收裝置

X．．．第一方向

Y．．．第二方向

Z．．．第三方向

Claims (8)

1. 一種組合式角度量測系統，用以量測一工作件對應將空間以一第一方向、一第二方向，以及一第三方向定義時，該工作件沿該第一、二、三方向為軸心偏轉的角度變化量，該工作件具有一沿平行該第三方向設置的作動桿，該組合式角度量測系統包含：一光源裝置，產生朝該第一方向行進的光束；一干涉產生裝置，包括一直線型的光路，以及分別設置於該光路相反兩端的一分光鏡組與一反射鏡組；一光轉向裝置，可拆卸地連接在該干涉產生裝置上；以及一接收裝置，接收該光源裝置產生的光在通過該干涉裝置後的光現象；以所述光路平行於該第三方向地將該干涉產生裝置設置於該作動桿上時為一第一量測位置，且在該第一量測位置時，該光源裝置產生的光束直接進入該干涉產生裝置為一第一量測狀態，該光源裝置產生的光束經該光轉向裝置後進入該干涉產生裝置為一第二量測狀態，在該第一量測狀態時，該光源裝置產生的光束通過該分光鏡組後配合該反射鏡組而對應該工作件的作動產生沿該第二方向為軸心的干涉現象，在該第二量測狀態時，該光源裝置產生的光束進入該光轉向裝置時被轉向而沿該第二方向進入該光干涉產生裝置，並在通過該分光鏡組後配合該反射鏡組而對應該工作件的作動產生沿該第一方向為軸心的干涉現象。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的組合式角度量測系統，其中，以所述光路平行於該第二方向地將該干涉產生裝置設置於該作動桿上時為一第二量測位置，且在該第二量測位置時，該光源裝置產生的光束直接進入該干涉產生裝置為一第三量測狀態，該光源裝置產生的光束經該光轉向裝置後進入該干涉產生裝置為一第四量測狀態，在該第三量測狀態時，該光源裝置產生的光束通過該分光鏡組後配合該反射鏡組而對應該工作件的作動產生沿該第三方向為軸心的干涉現象，在該第四量測狀態時，該光源裝置產生的光束進入該光轉向裝置時被轉向而沿該第三方向進入該光干涉產生裝置，並在通過該分光鏡組後配合該反射鏡組而對應該工作件的作動產生沿該第一方向為軸心的干涉現象。
3. 根據申請專利範圍第2項所述的組合式角度量測系統，其中，該分光鏡組具有二平行設置的分光鏡，該反射鏡組具有二平行且對應該二分光鏡設置的反射鏡。
4. 根據申請專利範圍第2項所述的組合式角度量測系統，其中，該分光鏡組具有一分光鏡，以及一與該分光鏡間隔設置的角鏡。
5. 根據申請專利範圍第1至4項中任一項所述的組合式角度量測系統，其中，該光轉向裝置具有一改變該光束行進方向的五稜鏡。
6. 根據申請專利範圍第5項所述的組合式角度量測系統，其中，該五稜鏡具有二相對設置的反射面、一連接所述反射面一端的連接面，以及二彼此相連接並連接於所述反射面另一端的外表面。
7. 根據申請專利範圍第6項所述的組合式角度量測系統，其中，該五稜鏡的所述反射面長度相等，所述外表面的長度相等。
8. 根據申請專利範圍第7項所述的組合式角度量測系統，其中，該五稜鏡的所述反射面朝該連接面一側延伸的延伸線夾角為45度，所述外表面彼此相連接處夾角為90度。