[发明专利]光学式转轴多自由度误差检测装置与方法

说明书

本发明涉及一种光学式转轴多自由度误差检测装置与方法，该装置包括一标准试棒与一感测模块，当使用时安装在动力机械的转轴与旋转平台之间，该标准试棒设有一圆柱形透镜以及一位于端部的反光面，该感测模块的上、下层各沿着X、Y轴向该圆柱形透镜射出一道雷射光，该感测模块的底层朝该反光面伸出一道斜向的雷射光，在动力机械的转轴旋转产生误差后，该感测模块接收雷射光的变化得出该标准试棒的位移变化信号供计算单元处理，检测出转轴与旋转平台之间的各种误差，由于装置是以容易取得的组件组成，能大幅降低使用的成本而可运用于各种动力机械的精度检测。

技术领域

本发明涉及一种光学式误差检测装置与方法，尤其涉及一种运用于动力机械的光学式转轴多自由度误差检测装置与方法。

背景技术

如图9所示，一般动力机械的转轴与旋转平台的旋转轴的误差源A可分成六个，其中在转轴时分为三个位置误差(δ_x(θ)、δ_y(θ)、δ_z(θ))以及一个角度偏摆误差(wobble，α)，在检测转轴时主要是透过δ_x(θ)、δ_y(θ)感测转轴径向误差，由δ_z(θ)感测轴向误差，然后藉由感测角度偏摆误差(wobble，α)得知转轴偏摆情形，而转轴下方的旋转平台则需另外感测三个X、Y、Z轴的旋转轴角度定位误差ε_x(θ)、ε_y(θ)与ε_z(θ)。

现有动力机械转轴的检测方法主要分为静态检测与动态检测两种方法。静态检测是利用标准试棒搭配千分表进行检测，读取千分表的数值即为转轴的回转误差，此量测方法有一重大缺点就是量测并非于实际转速下进行且误差包含了试棒安装的误差，因此无法反应转轴真正的回转精度；动态检测则能避免静态量测的缺点，目前大部分是使用LIONTARGA III PCB高速转轴动态偏摆量测仪进行感测，此仪器通常使用5个非接触式电容感探头，可量测转轴在实际转速下的回转误差、转轴偏摆、径向与轴向误差，检测方法通常是依据美国材料与试验协会(ASTM)标准编号(ASTM B5.54)的标准进行检测，但由于电容式探头价格相当昂贵，因此相当不易购买。

当动力机械例如加工机加工航天组件时，由于大部分的组件都是用刀具将实体块材进行高效率的移除而成，因此大部分加工时间都非常长。在工具机进行加工时，各项内外热源会造成工具机结构或组件热变形，导致加工定位精度的偏差，使得转轴(也就是主轴)在进行旋转加工一段时间后必定产生偏心，造成主轴在其轴向与径向上的跳动、主轴偏摆误差而丧失加工精度，这种误差必须加以解析才能提升加工精度。但如前所述，目前传统检测常用的方法是以昂贵的LION TARGA III PCB高速主轴动态偏摆量测仪对工具机的主轴进行动态的误差检测，由于成本高达一、两百万而使得使用者采购意愿不足，无法对高速旋转的工具机主轴的误差进行解析以提升加工的精度。

发明内容

由于现有动态检测动力机械转轴误差的设备十分昂贵，无法广泛地被采用来解析动力机械转轴在高速旋转下的误差。为此，本发明以市场上容易取得的组件来制造误差量测设备并执行检测误差的方法，可取代现有昂贵的检测仪器而能大幅降低使用的成本。

为达到上述目的，本发明提供一种光学式转轴多自由度误差检测装置，用于具有X轴、Y轴以及Z轴的动力机械且其构造包括：

一标准试棒，为竖直的杆体并设有一圆柱形透镜，在所述标准试棒的底端形成一反光面；以及