自动化设备的位移量测机构的制作方法

本实用新型涉及位移量测装置技术领域，特别是有关于一种拆装简易方便，且测量精确度高、成本低的自动化设备的位移量测机构。

背景技术：

线性编码器，包含有光学编码器（Linear Encoder）、磁性编码器（Magnetic encoder）、雷射编码器（Laser Encoder）等，一般通称为光学尺，光学尺是一种融合了机电原理的光学装置，主要用来监视自动化设备中操作机构的运动状态，并测得其行进距离，让自动化设备能如期完成预设的操作动作。

由于光学尺在自动化控制设备(如工具机)中，能有效降低滚珠螺杆热膨胀所造成的定位误差，以增加加工精度、提升工件质量，所以已成为主要的位置量测装置之一，而现有的光学尺依照安装方式而言，主要可分为外加式与内建式两种。

如图6所示，即为一种现有外加式的光学尺，这种光学尺1是安装在工具机的一荷重线性滑轨2一侧，令光学尺1的尺身与荷重线性滑轨2平行设置，并在一荷重滑座3上安装一读头4，让读头4接近并对应于光学尺1，当该读头4受动于该荷重滑座3而相对于该光学尺1作位移，进而能取得位移数据。

但这种外加式的光学尺1，不但怕油污(判读失真)，而且还容易因外力撞击而损坏，更麻烦的是，基于光学尺1必须和荷重线性滑轨2保持平行度的要求，加上荷重线性滑轨2周侧通常仅留有狭窄的组装空间，这造成了光学尺1在安装上的困难，假设所面对的机具其负载平台属于较长移动行程(如龙门型铣床)，所组配的光学尺的有效量程也必须更长，如此一来，组装人员除了需面对组装空间狭窄的问题之外，在进行人工校正光学尺1和荷重线性滑轨2的平行度时，更是一大挑战，并徒增人工校正的困难度。

然而，为克服如前述外加式光学尺1，其人工校正困难的安装问题，如图7所示，另一种内建式的磁性尺5，则借助于工具机其荷重线性滑轨2平行于工具机的工作轴线而设，所以直接将磁性尺5安装在荷重线性滑轨2两侧的滑槽6上，校正上较光学尺来得容易，但是，一般通用的荷重线性滑轨2其滑槽6高度有限，约仅60mm左右，安装空间相当窄小，而且，因磁性尺5的分辨率低于光学尺的分辨率，所以越小尺寸的磁性尺其分辨率则越低，碍于测量精确度的使用需求，内建式的磁性尺5并不利于安装小型的磁性尺(如35mm以下小尺寸的磁性尺)，否则精度不高，另外，磁性尺5的价格昂贵，使用越大尺寸的磁性尺，将使成本大为增加。

综上，外加式的光学尺1其人工校正困难，且安置在荷重线性滑轨2外部，不但怕油污，且抗振力很弱，容易损坏，而内建式的磁性尺5虽较不怕油污，但价格昂贵，抗振力也很弱，因此，不论是外加式的光学尺1或是内建式的磁性尺5，其共通的问题在于，抗振力弱，且容易遭外力撞击而损坏，一但有损坏问题，很难拆卸下来，甚至于根本不能拆，除非将整个机台组件全部拆卸，故维修相当困难。

另外，因内建式磁性尺的测量精度有限的使用问题，如图8所示，所以亦有业者在该荷重线性滑轨2的滑槽6两侧各安装一只磁性尺5、7，一只是增量式（incremental） 的磁性尺5，另一只是绝对式（absolute）的磁性尺7，如此一来，不但增加使用成本，测量误差的改善也很有限，而且在左、右滑槽6上各安装一只磁性尺5、7，不论在安装、拆装上，都困难许多。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种自动化设备的位移量测机构，将在靠近于工作轴线处装设刻度尺，不但组装容易，更有利于拆卸的方便性。

本实用新型的另一目的在于提供一种自动化设备的位移量测机构，因为在靠近于工作轴线处装设刻度尺，所以刻度尺也不受尺寸的限制，有利于刻度尺大量生产的优点，以降低制造及使用成本。

本实用新型的再一目的在于提供一种自动化设备的位移量测机构，由于刻度尺的安装位置位于自动化设备的工作轴线(加工点)上，两者相重合而位于同一直线，工作误差极为微小，更可获得最高的加工精确度。

基于此，本实用新型主要采用下列技术手段后，来实现上述目的。

一种自动化设备的位移量测机构，该自动化设备包括一机座、至少一沿着一工作轴线平行安置在该机座上的荷重线性滑轨、一与该荷重线性滑轨平行设置的驱动单元，及一与该荷重线性滑轨及该驱动单元连接的滑台，该驱动单元杆借一滑座与该滑台连接，该位移量测机构包含有：一刻度尺，安置在该机座上，平行于该工作轴线；一非荷重的线性滑轨，安置于该机座上，该刻度尺安置在该非荷重的线性滑轨上；一线性滑座，连接于该滑台；及一读头，连接于该线性滑座，并且对应于该刻度尺。

进一步，所述的自动化设备的位移量测机构还包含一固定架，该线性滑座固定于该滑座上，该固定架安置在该线性滑座上，且靠近于该驱动单元，该读头安置于该固定架上，借由该滑座驱动该线性滑座并同步带动该固定架位移进而连动该读头，致使该读头相对于该刻度尺作位移，进而取得位移数据。

进一步，该刻度尺靠近于该驱动单元，且邻近于该工作轴线。

进一步，该刻度尺的安装位置是轴对于该自动化设备的工作轴线。

进一步，该机座还设有一基准平台，该基准平台平行于该荷重线性滑轨，该非荷重的线性滑轨倚靠在该基准平台上，以使该非荷重的线性滑轨与该荷重线性滑轨平行设置。

进一步，该刻度尺与该读头组成一线性编码器，该线性编码器为磁性编码器、光学编码器、雷射编码器中的任一个。

进一步，该驱动单元为滚珠螺杆、尺条及齿轮、线性马达的任一个。

一种自动化设备的位移量测机构，该自动化设备包括一机座、至少一沿着一工作轴线平行安置在该机座上的荷重线性滑轨、一与该荷重线性滑轨平行设置的驱动单元，及一与该荷重线性滑轨及该驱动单元连接的滑台，该驱动单元借一滑座与该滑台连接，该位移量测机构包含有：一刻度尺，安置在该滑台上，且平行于该工作轴线；一非荷重的线性滑轨，安置于该滑台上，该刻度尺安置在该非荷重的线性滑轨上；一线性滑座，连接于该机座；及一读头，连接于该线性滑座，并且对应于该刻度尺。

较佳的，所述的自动化设备的位移量测机构还包含一固定架，该固定架安置在该线性滑座上，且靠近于该驱动单元，该读头安置在该固定架上，靠近并对应于该刻度尺。

较佳的，该刻度尺靠近于该驱动单元，且邻近于该工作轴线。

较佳的，该刻度尺与该读头组成一线性编码器，该线性编码器为磁性编码器、光学编码器、雷射编码器中的任一个。

较佳的，该驱动单元为滚珠螺杆、尺条及齿轮、线性马达的任一个。

采用上述技术手段后，本实用新型相较于现有光学尺的平行度安装不易，现有内建式磁性尺不利于工具机整体制造设计，以及两者都难以拆卸维修等问题。本实用新型的自动化设备的位移量测机构中，将刻度尺靠近于该工作轴线的安装方式，除具有拆装简易之外，也不受尺寸的限制，而且，还有利于刻度尺大量生产的优点，以降低成本。此外，再通过非荷重线性滑轨的设置，使该刻度尺在安装上更加便利，并与该工作轴线（加工路径）恒保平行，以确保位移测量的精确度，更有效减低工作误差。

附图说明

图1为本实用新型自动化设备的位移量测机构第一较佳实施例的组合图。

图2为该读头借由该固定架安置在线性滑座上的示意图。

图3为相类似于图1的视图，是说明该位移量测机构安装在稍偏离工作轴线上。

图4为本实用新型自动化设备的位移量测机构第二较佳实施例的组合图。

图5为该位移量测机构运用于一旋转轴承上的示意图。

图6为现有的光学尺安装于荷重线性滑轨上的示意图。

图7为现有的磁性尺与荷重线性滑轨的平面图。

图8为现有两个磁性尺安装于荷重线性滑轨两侧的示意图。

【符号说明】

本实用新型：

10 机座 11 基准平台

20 荷重线性滑轨 21 滑座

30 驱动单元 31 滑座

40 滑台 50 位移量测机构

51 刻度尺 52 读头

53 非荷重线性滑轨 531 轨道

54 线性滑座 541 锁点

55 固定架 60 加工刀具

61 工件 70 固定架

80 旋转轴承 81 内圈

82 外圈 90 加工刀具

100 自动化设备 L 工作轴线

A 加工点 S 距离

现有：

1 光学尺 2 荷重线性滑轨

3 荷重滑座 4 读头

5 磁性尺 6 滑槽

7 磁性尺。

具体实施方式

参照图1、图2所示，本实用新型自动化设备的位移量测机构的第一较佳实施例，该自动化设备100至少具有一机座10、至少一沿着一工作轴线L平行安置在该机座10上的荷重线性滑轨20、一与该荷重线性滑轨20平行设置的驱动单元30，及一连接于该荷重线性滑轨20及该驱动单元30的滑台40，该荷重线性滑轨20、该驱动单元30和该滑台40之间分别借由一滑座21与一滑座31的连接，致使该滑台40借由各滑座21、滑座31而在该荷重线性滑轨20、该驱动单元30上滑动，以进行左移或右移的直线运动。其中，该驱动单元30为滚珠螺杆(Ballscrew)、尺条及齿轮(Rack and Pinion)、线性马达(Linear Motor)的任一个，本实施例，该驱动单元30是以滚珠螺杆为例。

本实用新型的特点在于，该位移量测机构50，包含有一刻度尺(Graduation，俗称Scale)51、一读头52、一非荷重线性滑轨53及一线性滑座54。

该刻度尺51，安置在该机座10上，平行且邻近于该工作轴线L，并且靠近于该驱动单元30。本实施例中，该刻度尺51及该读头52组成一线性编码器，该线性编码器包含有磁性编码器（Magnetic encoder，亦称磁性尺）、光学编码器（Linear Encoder，亦称光学尺）、雷射编码器（Laser Encoder，亦称雷射光学尺）等。此外，基于磁性尺具有抗油耐污的优点，故本实用新型的该刻度尺51更以使用磁性尺为最佳。

该非荷重线性滑轨53，安置于该机座10上，该刻度尺51安置在该非荷重线性滑轨53上。

该线性滑座54，连接于该滑台40。

该读头52，连接于该线性滑座54，并且对应于该刻度尺51。本实施例中，该读头52是一译码器（Decoder），用以解读该刻度尺51的位置数据，再由一控制中心（图未示）作运算控制，以达到控制该滑台40执行右移或右移的运动，由于该控制中心并非本实用新型主要要求重点，故在此不再多加说明。

该位移量测机构50还包含一固定架55，该线性滑座54连接于该滑座31上，该固定架55安置在该线性滑座54上，且连接于该驱动单元30，该读头52安置于该固定架55上。实施上，该非荷重线性滑轨53可于制造该机座10时，一并设置于该机座10上，如此一来，将该刻度尺51安置在该非荷重线性滑轨53一侧的轨道531上，并且通过该固定架55来安装该读头52，便能借由该滑座31驱动该线性滑座54，并同步带动该固定架55的位移进而连动该读头52，使该读头52相对于该刻度尺51作位移，进而取得位移数据。

此外，如图2所示，在实施上，该自动化设备100的机座10还具有一基准平台11，该基准平台11和图1中的荷重线性滑轨20平行设置，因此，当装设该位移量测机构50时，直将该非荷重线性滑轨53贴靠在该基准平台11上，以使该非荷重线性滑轨53和该荷重线性滑轨20平行设置，借此则无须再作校正，载设其上的刻度尺51便与一加工刀具60的加工点A平行对位(见图1)，组装快速且精确，以省去再次校正的不便。

本实施例中，该位移量测机构50运用于自动化设备100 的各个工作轴线上，例如装设在靠近于X轴、Y轴、Z轴的驱动单元（滚珠螺杆）一侧。

因此，本实用新型自动化设备的位移量测机构，将该刻度尺51靠近于该驱动单元30的安装方式，由于该驱动单元30周围空间较宽敞，除有利于拆装之外，更无受限地能安装各式大小尺寸的刻度尺51，所以该刻度尺51在无尺寸限制的情况下，将可大量生产，以降低制造成本，并适用于各式机型的自动化设备（工具机）。其次，基于该刻度尺51的安装位置是轴对于自动化设备100对一工件61进行加工的加工点A上，该加工点A与该工作轴线L重合而位于同一直线，角度偏差等于零或驱近于零，阿贝误差（Abbe error）相当微小，所以，将读头52安置在该滑座31一侧以对应于该刻度尺51，就能随着滑台40的位移，通过该读头52读取该刻度尺51的位置数据，正确且无误地控制该滑台40执行右移或右移的直线运动，以利于工件61的切削作业，并且获得最高的加工精确度。

另外，如图3所示，将该位移量测机构50安装在该滑座第二31的一侧，使得该读头52对应于该刻度尺51，该刻度尺51安装在该驱动单元30周侧，并邻靠于工作轴线L，由于该刻度尺51与驱动单元30之间的距离S相当短，距离S数值很微小，几乎驱近于零，阿贝误差（Abbe error）亦相当微小，所以，工件61进行切削作业时，亦能获得高度的加工精确度。

参照图4所示，本实用新型自动化设备的位移量测机构的第二较佳实施例，该自动化设备100至少具有一机座10、至少一沿着一工作轴线L（加工点A）平行安置在该机座10上的荷重线性滑轨20、一与该荷重线性滑轨20平行设置的驱动单元30，及一连接于该荷重线性滑轨20及该驱动单元30的滑台40，该荷重线性滑轨20、该驱动单元30和该滑台40之间分别借由一滑座21与一滑座31连接，致使该滑台40借由各滑座21、滑座31而在该荷重线性滑轨20、该驱动单元30上滑动，以进行左移或右移的直线运动。其中，该驱动单元30为滚珠螺杆、尺条及齿轮、线性马达的任一个，本实施例，该驱动单元30是以滚珠螺杆为例。

该第二实施例中，该位移量测机构50，包含有一刻度尺51、一读头52、一设置于该滑台40上的非荷重线性滑轨53及一连接于该机座10上的线性滑座54，该刻度尺51安置在非荷重线性滑轨53而与该滑台40连接，平行且邻近于该工作轴线L，该读头52固定于该线性滑座54而连接于该机座10，并且对应于该刻度尺51，本实施例中，还包含一固定架70，该固定架70是安置于该机座10上，且靠近于该驱动单元30，而该读头52安置在该固定架70上，靠近并对应于该刻度尺51。借此，将该刻度尺51平行靠近于该工作轴线L而安装在该滑台40上，而将该读头52通过固定架70的支撑架设而连接于机座10上，并且靠近于该刻度尺51，即可通过该滑台40带动刻度尺51相对该读头52作位移，亦能取得位移数据，并且达到与上述实施例相同的使用功效，此不再多加说明。

归纳上述，由于本实用新型该位移量测机构50舍弃原有将光学尺（磁性尺）配设在荷重线性滑轨上的方式，而是改以独立的小型滑轨模式装设在机台上，其非荷重线性滑轨53并不担负支撑滑台40的作用，而是另外单纯作为位移传感器（scale）的功能来使用，因此，本实用新型该刻度尺51不再受到现有荷重线性滑轨截面形状、尺寸的限制，一方面有利于组装者可视组装空间来安装该位移量测机构50，也因此，本实用新型除具有拆装、维修简易的优点之外，也不受原有滑轨尺寸的限制，而且，本实用新型的位移量测机构50还可以采用现有的小型滑轨，大量生产的优点，以降低成本。此外，再通过非荷重线性滑轨53设置，使该刻度尺51在安装上更加便利，并与该工作轴线L（加工路径）恒保平行，以确保位移量测的精确度，更有效减低工作误差。

附带说明的是，基于该刻度尺51是靠近于该驱动单元30的安装方式，并将该读头52组装在滑座31底部而间隔对应于刻度尺51，因此，在实际安装上，只要将该刻度尺51安装在该驱动单元30周侧，越靠近工作轴线L越好，落于工作轴线L上是最佳（如图1的安装方式），若稍微偏离也无仿（如图3或图4所示），只要调整该读头52的位置，让两者相互对应，还是可以达到预期的使用功效与目的。其次，参考图2所示，由于一般自动化设备于该滑座31上均设有多个提供锁固的锁点541，实际运用上，更可借由既有的锁点541，配合固定架55的连接，即可将该读头52安置其上，以使该读头52对应于该刻度尺51，如此一来，不但增加了组装的方便性，而且更确保组装无误，以提高整体组装的精确度。

最后，针对现有光学尺或磁性尺存在有安装困难的问题，然因本实用新型的位移量测机构50借以靠近于该驱动单元30的安装方式，不但具有方便于配线，且组装与拆卸时亦较为顺手、简易，且安置于驱动单元30周侧或下方，且可避免尘灰、油污染，也不会直接遭受高载重的线性滑轨及其机组振动所影响。

值得一提的是，从精密机械设计误差因素的角度来看，除了光学尺或磁性尺（传感器）自身的制造问题之外，我们尚需考虑阿贝误差(Abbe error)的存在，而根据阿贝误差的计算公式来表示：Abbe error = S*Sinθ (其中，S代表线性运动轴与感测轴之间的距离，θ角代表切削轴与感应轴的角度差)，因此，S的数值愈大误差就愈大。

同理可证，由于本实用新型的刻度尺51的安装位置是落置于工作轴线L（图1）或邻近于工作轴线L（如图3或图4）上，安装位置驱近于工作轴线L，角度偏差等于零或驱近于零，根据Abbe error = S*Sinθ，因此，自动化设备100的加工刀具60对工件61进行加工的加工点A与该工作轴线L重合而位于同一直线，而且刻度尺51与驱动单元30之间的距离S相当短，最佳时的距离S数值等于零（图1）或是几乎驱近于零（如图3或图4），所以本实用新型的位移量测机构50，阿贝误差（Abbe error）相当微小，故相对于现有光学尺、磁性尺安装于荷重线性滑轨旁的工作误差，本实用新型的阿贝误差极为微小，故可提高自动化设备的加工精度。

再值得一提的，本实用新型图1至图4中，该位移感测机构50均是揭示一种直线运动的安装使用方式，当然该位移感测机构50也可运用于旋转运动的自动化设备中，如图5所示，例如将该读头52安装在一旋转轴承80的一内圈81，而将该刻度尺51安装在一外圈82，或者两者位置互换，借此，当一加工刀具90沿着加工点A执行旋转运动时，即可通过该读头52相对于该刻度尺51取得旋转位移数据。

以上所述，仅为本实用新型的一个较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，即凡依本实用新型申请专利范围及实用新型说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型专利涵盖的范围内。