TWI749961B

TWI749961B - 刀具檢測器

Info

Publication number: TWI749961B
Application number: TW109145870A
Authority: TW
Inventors: 劉建宏; 蔡佳融; 柯佩岑
Original assignee: 雷應科技股份有限公司
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2021-12-11
Also published as: TW202224842A; US12117791B2; US20220197239A1

Abstract

一種刀具檢測器，主要係由一直角三角座與一自動控制器所構成；該直角三角座以一光源以射出一主光線再入射至一平面鏡，該平面鏡產生一反射線入射至一象限感測器以產生一受光面積；該自動控制器做為刀長與刀徑量測，該控制裝置首先以該標準棒建立一標準值，其後再次驅動一未加工刀具建立一初始值，又，驅動一加工刀具建立一測量值，該自動控制器對該初始值與該測量值進行一誤差分析即可得到該加工刀具的一刀長與/或一刀徑的一差分，以做為一加工刀具的刀長與刀徑量測、該旋轉軸與三線性軸其熱變量的三維共同量測與補償。

Description

刀具檢測器

本發明係關於一種刀具檢測器，特別是指一種能提供該主光線與該反射線在該測量空間與該複向量空間具有均勻性和穩定性，且其易於調整及校正刀具檢測器。

習用測量機器上物體的位置的光測量裝置和方法係如中國公告第CN1202403C號專利案，其主要構成特徵為：一光源，用於產生光束；一檢測器，用於接收所述光束並在光束被遮擋時產生信號；其中，檢測器用於：在從光源發射並入射到檢測器上的光束被遮擋時產生檢測信號；在產生第一檢測信號時提供第一時間間隔；提供第二時間間隔，其中該第二時間間隔小於所述第一時間間隔並且出現在所述第一時間間隔的結尾；並且如果在第二時間間隔內在檢測器內出現另一檢測信號時，發出一輸出信號。

關於刀具檢測器之器之現有技術，如公告第CN101751001A、CN102029554A、CN102672534A、CN104191310A、CN104907889A、CN109202535A、CN110666590A、CN111001829A、CN205799098U、 DE102007006306A1、EP2340914A1、EP2340914A1、JP2010162686A、JP2011143488A、JPH0550362A、JPH05162049A、JPH05245743A、JPS6294209A、TW534976B、TW200810872A、TW201002469A、TW201028242A、TW201416165A、TW201531391A、TW201831262、TWI283616、TWI291395、TWI387507、TWI473681、TWI476066、TWI548500、TWM515928、US6496273B1、US2008069434A1、WO0138822A1號的問題，在本發明的系統架構簡單，能使刀具在轉動的狀態下進行測量以及精確偵測刀具的磨耗及損壞情形，相當實用化。

本發明之目的即在於提供一種比傳統量刀器具有更多功能、更可再現、更小型、更有效率、更精確、穩定及可尺寸化的刀具檢測器。

本發明之次一目的係在於提供一種減少保養、減少功率的使用和加工平台面積的刀具檢測器。

可達成上述發明目的之刀具檢測器，包括有：一直角三角座，係設置有一第一角位置、一第二角位置以及一第三角位置，該第一角位置設置一光源以射出一主光線再入射至該第二角位置設置的一平面鏡，該平面鏡產生一反射線入射至該第三角位置一象限感測器其對稱中心的一座標原點以產生一受光面積，該象限感測器採用對角線法佈置，即將該象限感測器的坐標軸相對於該座標原點旋轉一傾角設置於該第三角位置；一自動控制器，包含一保存型公用變數與一校正裝置，首先該控制裝置驅動該標準棒於該象限感測器形成有一陰影面積，並以該陰影面積在該主光線的一測量空間以多維度方向進行投影定義一基準座標，以該陰影面積在該反射線的一複向量空間以多維度方向進行投影定義一位置座標，同時使該自動控制器將該基準座標與該位置座標相互正交投影於該直角三角座的斜邊構成轉換為一相交零點的一立體座標，其後該控制裝置以一時間間隔重複驅動該標準棒至該基準座標與該位置座標即可得N+1個該立體座標，並以N+1個該立體座標的作為該數控工具機的一熱變量量測。

1:直角三角座

11:第一角位置

12:第二角位置

13:第三角位置

14:立體座標

15:電流轉換電壓電路

16:低通濾波器

17:反向放大器

2:光源

21:主光線

22:測量空間

23:基準座標

3:平面鏡

31:反射線

32:複向量空間

33:位置座標

4:象限感測器

41:座標原點

42:受光面積

43:分角線

44:光電感測器

5:自動控制器

51:保存型公用變數

52:校正裝置

53:類比數位轉換器

54:電源電路

6:標準棒

61:陰影面積

612:左側陰影面積

613:右側陰影面積

614:上側陰影面積

62:標準軸向量

63:標準徑向量

64:基準線

65:中心點

7:未加工刀具

71:有效橫斷面積

72:刀具軸向量

73:刀具徑向量

74:原點座標

75:工作座標

8:數控工具機

81:控制裝置

9:加工刀具

91:有效面積

92:磨耗軸向量

93:磨耗徑向量

94:軸向差分

95:徑向差分

圖1為本發明刀具檢測器之頂面立體示意圖；圖2為該刀具檢測器其光路之示意圖；圖3A與圖3B為該象限感測器之示意圖；圖4為該刀具檢測器之系統流程圖；圖5為該標準棒之示意圖；圖6為該未加工刀具之示意圖；圖7為該象限感測器與該保存型公用變數其光訊號之傳輸流程圖；圖8為該自動控制器之處理流程圖；圖9與圖10為該主光線其X軸基準點定義之示意圖；圖11至圖13為該主光線其Y軸基準點定義之示意圖；圖14與圖15為該主光線其Z軸基準點定義之示意圖；圖16與圖17為該反射線其Y軸基準點定義之示意圖；圖18至圖20為該反射線其X軸基準點定義之示意圖；圖21與圖22為該反射線其Z軸基準點定義之示意圖；圖23與圖24為該熱變量其基準點或該相交零點定義之示意圖；圖25為該標準棒的一標準值建立之示意圖；圖26為該未加工刀具的一初始值建立之示意圖；圖27為該標準棒進行垂直位移觸發以設定標準徑向量之示意圖；圖28與圖29為該標準棒進行圓周運動觸發以設定標準軸向量之示意圖；圖30為該未加工刀具進行垂直位移觸發以設定原點座標、工作原點與刀具徑向量之示意圖；圖31與圖32為該未加工刀具進行圓周運動觸發以設定刀具軸向量之示意圖；圖33至圖36為該加工刀具的一測量值建立之示意圖；圖37為熱變量量測之直接量測式功能之示意圖；圖38為熱變量量測之觸發式功能之示意圖；以及圖39至圖41為旋轉軸與立柱傾角量測式量測後顯示於象限感測器之示意圖。

請參閱圖1至圖8，本發明所提供之至少一刀具檢測器為設置在具備至少一旋轉軸、三線性軸以及一控制裝置81的一數控工具機8(numerical control machine tool)的一床台上之任一位置、或該床台上之一對角點(diagonal point)位置、或該床台上之對角矩陣(diagonal matrix)位置，主要包括有：一直角三角座1(right triangle seat)以及一自動控制器5(automatic controller)所構成；該直角三角座1係設置有一第一角位置11(first angular position)、一第二角位置12(second angular position)以及一第三角位置13(third angular position)，該第一角位置11設置一光源2(light source)以射出一主光線21(chief ray)再入射至該第二角位置12設置的一平面鏡3(plane mirror)，該平面鏡3產生一反射線31(reflection line)入射至該第三角位置13一象限感測器4(quadrant detectors)其對稱中心(center of symmetry)的一座標原點41(origin of coordinate)以產生一受光面積42(receiving area)，該象限感測器4採用對角線法(diagonal method)佈置，即將該象限感測器4的坐標軸或一分角線43相對於該座標原點41逆時針(或順時針)旋轉一傾角設置於該第三角位置13；其中，該象限感測器4由一片、或二片、或四片面積相同且光電性質相同的一光電感測器44(photoelectric sensor)所組成的。其中，該平面鏡3係為一分光鏡(beam splitter)、或一反射鏡(reflecting mirror)。其中，反射線31另能為一折光線(broken ray)、或另為一折射線(refracted ray)。

如圖3與圖4所示，該直角三角座1的該象限感測器4為一共陽電路，需要包含一電流轉換電壓電路15，以將該受光面積42的電流訊號轉換為電壓訊號，並增加電路中的電容性以達成一低通濾波器16(lowpass filter)與一反向放大器17(reversing amplifier)，該低通濾波器16能進行控制電壓訊號的快速變化與穩定化，將輸出的電壓訊號進行放大處理後輸入至該自動控制器5的一類比數位轉換器53，並由一電源電路54供應該自動控制器5的電源，使該自動控制器5自動執行該類比數位轉換器53的輸入程式，以進行所需要量測功能的計算。

該自動控制器5包含一保存型公用變數51(conserved common variable)與一校正裝置52(correcting unit)，首先該控制裝置81驅動一標準棒6於該象限感測器4形成有一陰影面積61(shading area)，並以該陰影面積61在該主光線21的一測量空間22(measurement space)以多維度方向(multidimensional direction)在該測量空間22的該主光線21上進行投影(projection)定義一基準座標23(reference coordinates)，以該陰影面積61在該反射線31的一複向量空間32(complex vector space)以多維度方向在該複向量空間32的該反射線31上進行投影定義一位置座標33(position coordinate)，同時使該自動控制器5將該基準座標23與該位置座標33相互正交投影(rectangular projection)於該直角三角座1的斜邊構成轉換為一相交零點(crossing zero)的一立體座標14(space coordinates)，其後該控制裝置81以一時間間隔(time interval)重複驅動該標準棒6至該基準座標23與該位置座標33即可得N+1個該立體座標14、N+2個該立體座標14、N+3個該立體座標14，並以N+1個該立體座標14、N+2個該立體座標14、N+3個該立體座標14的作為該數控工具機8的一熱變量(thermal variable)多次量測的值；其次，該自動控制器5接續該標準棒6以一基準線64(datum line)的一中心點65(center point)以多維度方向對準該基準座標23與/或該位置座標33並以投影形成該陰影面積61各自於該基準座標23與/或該位置座標33各自建立一標準軸向量62以及一標準徑向量63並輸入該自動控制器 5以建立一校準曲線(calibration curve)，將該標準軸向量62、該標準徑向量63以及該校準曲線儲存在該保存型公用變數51以作為往後量測與比較依據的一標準值(standard value)，其後該控制裝置81再次驅動一未加工刀具7(unfinished tool)以一工作座標75對準該基準座標23與/或該位置座標33進行量測，並以一有效橫斷面積71(effective cross sectional area)各自於該基準座標23與/或該位置座標33各自建立一刀具軸向量72、一刀具徑向量73以及一原點座標74並輸入該自動控制器5以建立一截面曲線(section curve)，將該刀具軸向量72、該刀具徑向量73、該原點座標74、該工作座標75以及該截面曲線儲存在該保存型公用變數51以作為往後量測與比較依據的一初始值(original value)，該自動控制器5對該標準值與該初始值進行一誤差分析(error analysis)即可得到一相對差(relative difference)，該相對差包含一軸向相對差與/或一徑向相對差，該相對差即得到該未加工刀具7的一刀長與一刀徑(如圖8所示)；又，當該未加工刀具7開始加工一段時間後會形成刀具磨耗(tool wear)或形成刀具損壞(tool failure)，因一加工刀具9與該未加工刀具7為相同一把刀具，當該控制裝置81於加工過程中定時(timing)驅動該加工刀具9以一工作座標75對準該基準座標23與/或該位置座標33並於該象限感測器4形成一有效面積91(effective area)，其後，使該自動控制器5輸入該有效面積91則各自測得變動後的一磨耗軸向量92與/或一磨耗徑向量93以建立一磨耗曲線(tractrix curve)，將該磨耗軸向量92、該磨耗徑向量93以及該磨耗曲線儲存在該保存型公用變數51以作為一測量值(measured value)，該自動控制器5對該初始值與該測量值進行一誤差分析即可得到一長寬比(aspect ratio)、一長寬比與/或一偏移比(deviation ratio)，該長寬比或該偏移比即得到該加工刀具9的一刀長與/或一刀徑的一差分(difference)，該差分包含一軸向差分94與/或一徑向差分95，該軸向差分94由該校正裝置52傳輸至該控制裝置81重新設定該加工刀具9其該工作座標75的零點補償(zero offset)，該徑向差分95由該校正裝置52傳輸至該控制裝置81重新設定該加工刀具9的刀具半徑補償或偏移(tool radius compensation or offset)的誤差補償(error compensation)，以做為一加工刀具9的刀長與刀徑量測、該旋轉軸與三線性軸其熱變量的三維共同量測與補償。

該刀具檢測器能與該數控工具機8進行上整合控制(integrated control)，該刀具檢測器必須連接(connect)各種量測程式功能的該自動控制器5，目的與該數控工具機8搭載的該控制裝置81做整合計算(integrated computation)，該自動控制器5能撰寫該數控工具機8上該控制裝置81自動進行該未加工刀具7與該加工刀具9的刀長與刀徑量測、該旋轉軸與三線性軸其熱變量的量測與補償的專用程式、自動進行該旋轉軸與三線性軸其熱變量的補償。為了讓使用者容易上手，該自動控制器5與一連線(connecting line)(或一網路(network))進行連接，達到可以遠端開發與操作。使用該刀具檢測器量測前必須要設定所要量測的該基準座標23(如圖9至圖15之流程)與該位置座標33(如圖16至圖22之流程)，在三軸(或五軸)的該數控工具機8上，使用該標準棒6以多維度方向尋找該刀具檢測器於該測量空間22與該複向量空間32的該基準座標23與該位置座標33以取得(obtain)：(a)該標準棒的該標準軸向量62、該標準徑向量63以及該標準值；(b)該未加工刀具7的該刀具軸向量72、該刀具徑向量73、該原點座標74、該工作座標75以及該初始值；(c)該加工刀具9的該磨耗軸向量92、該磨耗徑向量93以及測量值。

該光源2使用二維平行傳輸(two-dimensional parallel transmission)的排列在該直角三角座1內射出該主光線21與產生該反射線31以入射至該象限感測器4內，此排列可讓該光源2提供一較小準直光束(collimater light beam)或一較大準直光束之該主光線21與該反射線31，其可依據該未加工刀具7被該主光線21與該反射線31投影出該有效橫斷面積71的大小，而作為該象限感測器4之該受光面積42所搭配的光點大小(spot size)調整，因此該光源2可有效被利用，並可提供該象限感測器4的多個光電感測器44內照射區域強度之該受光面積42與該陰影面積61的受光強度精確量測。更進一步而言，該自動控制器5包含設置一雷射驅動電路，該受光面積42的光點大小調整也可由該雷射驅動電路控制，該雷射驅動電路使該光源2具有合適的工作波長(operation wavelength)及強度控制，可提供一好的該主光線21與該反射線31的品質、使該主光線21與該反射線31在該測量空間22與該複向量空間32具有均勻性和穩定性，且其易於調整及校正。

該雷射驅動電路其可用於控制該主光線21與該反射線31具適度發散之柔和聚焦點，以滿足高斯光束的角功率分佈條件，亦即允許該標準棒6複數個陰影面積61(如：(a)該X軸基準點(或該Y軸基準點)的該陰影面積61、(b)該X軸基準點(或該Y軸基準點)其一左側相對位置與一右側相對位置進行水平位移至該X軸基準點(或該Y軸基準點)的一左側陰影面積612與一右側陰影面積613、(c)該X軸基準點(或該Y軸基準點)其一上側相對位置進行垂直位移至該X軸基準點(或該Y軸基準點的一上側陰影面積614)或該未加工刀具7的該有效橫斷面積71重疊在該主光線21與該反射線31給定的該象限感測器4之該受光面積42內。

本發明的該象限感測器4能由一片該光電感測器44所構成，該光電感測器44為以一質心座標(center of mass coordinate)來接收該主光線21或該反射線31的光訊號以產生該受光面積42的總面積(total area)；其二，本發明將該象限感測器4採用對角線法(diagonal method)佈置，即將該象限感測器4的坐標軸相對於該座標原點41逆時針旋轉一傾角，該傾角較佳為5度至45度，較佳係大於10度、更佳係為15度、特佳係為30度、最佳係為45度，以保持該反射線31垂直照射在該象限感測器4上，使具有至少一分角線43(bisector of an angle)的該象限感測器4接收該反射線31的光訊號使該座標原點41產生該受光面積42，如圖3A與圖3B所示，該象限感測器4由二片(或四片)面積相同且光電性質相同的該光電感測器44所組成的，且各該光電感測器44之間形成至少一分角線43，各分角線43與一水平面之間再形成一傾角設置。本發明以四片面積相同的該光電感測器44做說明，其中A、B、C、D分別代表在第一象限、第二象限、第三象限與第四象限的該光電感測器44，亦即，該光電感測器44以A、B、C、D四個象限(或四個區域)共同來接收該主光線21或該反射線31的光訊號以產生該受光面積42的總面積(total area)，其中第一象限、第二象限、第三象限與第四象限四者的該受光面積42彼此相同，皆為該受光面積42的四分之一面積，以共同構成該受光面積42；此時，若該受光面積42落在該象限感測器4對稱中心的該座標原點41，則該光電感測器44四個象限輸出的光電流(photoelectric current)信號峰值(peak value)完全相等，該受光面積42偏移量為零。若該受光面積42中心與該象限感測器4對稱中心發生位移(displacement)，該象限感測器4四個象限因光輻射量輸出峰值不同的光電流信號。由於光電流很小，要對四個象限的該光電感測器44的輸出信號以該反向放大器17進行放大處理。

由圖3A列舉說明，本發明第一實施例就是利用A、B二個象限(或二個區域)的該光電感測器44的該受光面積42搭配使用該標準棒6於該象限感測器4形成有該陰影面積61來定義該刀具檢測器於該測量空間22與該複向量空間32的該基準座標23與該位置座標33，以取得該基準座標23與該位置座標33的X軸、Y軸以及Z軸作為量測的該基準點。次，該未加工刀具7於該測量空間22或該複向量空間32進行量測於A、B二個象限的該光電感測器44的該受光面積42形成該有效橫斷面積71，該受光面積42同時發生一面積縮小(reduction of area)的變化時，其後該自動控制器5對該標準值與該初始值進行一誤差分析、或以一校正曲線、或以一數值計算(numerical calculation)進行計算被改變的A、B二個象限的各該光電感測器44的各該受光面積42被該有效橫斷面積71而使該受光面積42減少，即可得到A、B二個象限的各該光電感測器44形成電壓變化(change of voltage)的一相對差。

由圖3B列舉說明，本發明第二實施例就是利用 A、B、C、D四個象限中的A、B、D三個象限(或三個區域)的該光電感測器44的該受光面積42搭配使用該標準棒6於該象限感測器4形成有該陰影面積61來定義該刀具檢測器於該測量空間22與該複向量空間32的該基準座標23與該位置座標33，以取得該基準座標23與該位置座標33的X軸、Y軸以及Z軸作為量測的該基準點。次，該未加工刀具7於該測量空間22或該複向量空間32進行量測於A、B、D三個象限的該光電感測器44中的任一光電感測器44、或任二光電感測器44、或任三光電感測器44的該受光面積42形成該有效橫斷面積71，該受光面積42同時發生一面積縮小的變化時，其後該自動控制器5對該標準值與該初始值進行一誤差分析、或以一校正曲線、或以一數值計算進行計算被改變的A、B、D三個象限的各該光電感測器44的各該受光面積42被該有效橫斷面積71而使該受光面積42減少，即可得到A、B、D三個象限的各該光電感測器44形成電壓變化的一相對差。

本發明不同於習知該刀具檢測器僅只有一側，無法量測到與雷射光平行的軸向資訊，該刀具檢測器有射出該主光線21與產生該反射線31兩側之該測量空間22與該複向量空間32。在設定時，如圖1、圖5、圖9至圖24所示，需分別設定該主光線21作為量測基準的該基準座標23、與該反射線31作為量測基準上的該位置座標33，其定義方式如下：步驟11，該主光線21其X軸基準點定義：如圖9與圖10所示，該數控工具機8為手動控制(manual control)或自動控制(automatic control)夾持該標準棒6，使得該標準棒6的底邊(bottom edge)沿著多維度方向中的縱軸方向(longitudinal direction)以一漸進運動(progressive motion)和該主光線21的跨距中心(center of span)相對移動，使該象限感測器4的該受光面積42被該標準棒6遮蔽(masking)與產生觸發事件而縮小面積(reduction of area)而形成有一陰影面積61，且該陰影面積61的整體所占的面積等於該受光面積42的整體所占面積的二分之一，以定義該標準棒6以該基準線64遮蔽該主光線21的該點線段的位置設定為該基準座標23的一X軸基準點(X axis datum point)(或X軸中心點(X axis centre point))，同時該象限感測器4輸出該X軸基準點的觸發電壓(trigger voltage)同步撰寫於該自動控制器5與該控制裝置81。其中，該陰影面積61的整體所占的面積等於該受光面積42的整體所占面積的二分之一，係為B象限的該光電感測器44的該受光面積42變化為二分之一、加A象限的該光電感測器44的該受光面積42變化為零、再加D象限的該光電感測器44的該受光面積42變化為二分之一的總和；步驟12，該主光線21其Y軸基準點定義；如圖11至圖13所示，為該數控工具機8自動控制並夾持該標準棒6，使得該標準棒6的左邊(left edge)與右邊(right edge)沿著多維度方向中的橫軸方向(transverse direction)以一漸進運動移至該主光線21的該X軸基準點其一左側相對位置(left relative position)與一右側相對位置(right relative position)，使該象限感測器4的該受光面積42被該標準棒6遮蔽與產生觸發事件而縮小面積而形成有一左側陰影面積612與一右側陰影面積613，且該左側陰影面積612與該右側陰影面積613的整體所占的面積等於該受光面積42的整體所占面積的二分之一，以定義該左側陰影面積612與該右側陰影面積613遮蔽該主光線21的該點線段的位置設定為該基準座標23的一Y軸基準點(Y axis datum point)(或Y軸中心點(Y axis centre point))，同時該象限感測器4輸出該Y軸基準點的觸發電壓同步撰寫於該自動控制器5與該控制裝置81。其中，該左側陰影面積612的整體所占的面積等於該受光面積42的整體所占面積的二分之一，係為A象限的該光電感測器44的該受光面積42變化為二分之一、加D象限的該光電感測器44的該受光面積42變化為零、再加C象限的該光電感測器44的該受光面積42變化為二分之一的總和。該右側陰影面積613的整體所占的面積等於該受光面積42的整體所占面積的二分之一，係為A象限的該光電感測器44的該受光面積42變化為二分之一、加B象限的該光電感測器44的該受光面積42變化為零、再加C象限的該光電感測器44的該受光面積 42變化為二分之一的總和；步驟13，該主光線21其Z軸基準點定義：如圖14與圖15所示，為該數控工具機8自動控制並夾持該標準棒6，使得該標準棒6的底邊沿著多維度方向中的縱軸方向以一漸進運動移至該主光線21的該X軸基準點其一上側相對位置(upper relative position)進行垂直位移(vertical displacement)至該X軸基準點，使該象限感測器4的該受光面積42被該標準棒6遮蔽與產生觸發事件而縮小面積而形成有一上側陰影面積614，且該上側陰影面積614的整體所占的面積等於該受光面積42的整體所占面積的二分之一，以定義該上側陰影面積614遮蔽該主光線21的該點線段的位置設定為該基準座標23的一Z軸基準點(Z axis datum point)(或Z軸中心點(Z axis centre point))，同時該象限感測器4輸出該Z軸基準點的觸發電壓同步撰寫於該自動控制器5與該控制裝置81；其中，該上側陰影面積614的整體所占的面積等於該陰影面積61；使該自動控制器5與該控制裝置81設定完成該基準座標23的X軸、Y軸以及Z軸的該基準點；步驟14，該反射線31其Y軸基準點定義：如圖16與圖17所示，其量測方式同步驟11，該數控工具機8為手動控制或自動控制夾持該標準棒6，使得該標準棒6的底邊沿著多維度方向中的縱軸方向以一漸進運動移至該複向量空間32的該反射線31(或該反射線31的跨距中心)，使該象限感測器4的該受光面積42被該標準棒6遮蔽與產生觸發事件而縮小面積而形成有一陰影面積61，且該陰影面積61的整體所占的面積等於該受光面積42的整體所占面積的二分之一，以定義該標準棒6以一基準線64遮蔽該反射線31的該點線段的位置設定為該位置座標33的一Y軸基準點(或Y軸中心點)，同時該象限感測器4輸出該Y軸基準點的觸發電壓同步撰寫於該自動控制器5與該控制裝置81；步驟15，該反射線31其X軸基準點定義：如圖18至圖20所示，其量測方式同步驟12，為該數控工具機8自動控制並夾持該標準棒6，使得該標準棒6的左邊與右邊沿著多維度方向中的橫軸方向以一漸進運動移至該反射線31的該Y軸基準點其一左側相對位置與一右側相對位置進行水平位移至該Y軸基準點，使該象限感測器4的該受光面積42被該標準棒6遮蔽與產生觸發事件而縮小面積而形成有一左側陰影面積612與一右側陰影面積613，且該左側陰影面積612與該右側陰影面積613的整體所占的面積等於該受光面積42的整體所占面積的二分之一，以定義該左側陰影面積612與該右側陰影面積613遮蔽該反射線31的該點線段的位置設定為該位置座標33的一X軸基準點(或X軸中心點)，同時該象限感測器4輸出該X軸基準點的觸發電壓同步撰寫於該自動控制器5與該控制裝置81；步驟16，該反射線31其Z軸基準點定義：如圖21與圖22所示，其量測方式同步驟13，為該數控工具機8自動控制並夾持該標準棒6，使得該標準棒6的底邊沿著多維度方向中的縱軸方向以一漸進運動移至該反射線31的該X軸基準點其一上側相對位置進行垂直位移至該X軸基準點，使該象限感測器4的該受光面積42被該標準棒6遮蔽與產生觸發事件而縮小面積而形成有一上側陰影面積614，且該上側陰影面積614的整體所占的面積等於該受光面積42的整體所占面積的二分之一，以定義該上側陰影面積614遮蔽該反射線31的該點線段的位置設定為該位置座標33的一Z軸基準點(或Z軸中心點)，同時該象限感測器4輸出該Z軸基準點的觸發電壓同步撰寫於該自動控制器5與該控制裝置81；使該自動控制器5與該控制裝置81設定完成該位置座標33的X軸、Y軸以及Z軸的該基準點；步驟17，該熱變量其基準點(或該相交零點)定義：如圖23與圖24所示，該自動控制器5各以一垂直線(vertical line)正交於該主光線21的該基準座標23與該反射線31的該位置座標33，且各垂直線將該基準座標23與該位置座標33相互正交投影於該直角三角座1的斜邊構成轉換為該相交零點的該立體座標14，並以該立體座標14的作為該數控工具機8的熱變量量測基準點。

使用該標準棒6於該測量空間22得到的該基準座標23，再於該複向量空間32得到該位置座標33後；可執行下列步驟：步驟21，該標準棒6的一標準值建立：如圖25、圖27至圖29所示，該自動控制器5先自行設定該標準棒6的一標準徑向量63與該中心點65，其後，使該自動控制器5驅動該標準棒6的該中心點65以一漸進運動移至該直角三角座1的該基準座標23(或該位置座標33)其一上側相對位置進行垂直位移觸發與一圓周運動(circular motion)觸發，並藉由該陰影面積61的左側、右側以及底側觸發該座標原點41以產生一標準軸向量62(X軸斷面寬度(section width)與Y軸斷面寬度)與一標準徑向量63(Z軸斷面高度(section height))，其後該自動控制器5輸入該標準軸向量62與該標準徑向量63相對於該基準座標23(或該位置座標33)建立一校準曲線，將該標準軸向量62、該標準徑向量63以及該校準曲線儲存在該保存型公用變數51以作為往後量測與比較依據的一標準值；步驟22，該未加工刀具7的一初始值建立：如圖26、圖30至圖32所示，該自動控制器5先自行設定一未加工刀具7的一原點座標74與一工作座標75，其後，使該自動控制器5驅動該未加工刀具7的該工作座標75以一漸進運動移至該直角三角座1的該基準座標23(或該位置座標33)其一上側相對位置進行垂直位移觸發(如圖27所示)與該圓周運動觸發(如圖29與圖30所示)，並藉由該有效橫斷面積71的左側、右側以及底側觸發該座標原點41以產生一刀具軸向量72(X軸斷面寬度與Y軸斷面寬度)與一刀具徑向量73(Z軸斷面高度，其後該自動控制器5輸入該刀具軸向量72與該刀具徑向量73相對於該基準座標23(或該位置座標33)建立一截面曲線，將該刀具軸向量72、該刀具徑向量73、該原點座標74、該工作座標75以及該截面曲線儲存在該保存型公用變數51以作為往後量測與比較依據的一初始值，該自動控制器5對該標準值與該初始值進行一誤差分析即可得到一相對差，因該標準棒6的標準軸向量62和該標準徑向量63為已知固定值，亦即使該刀具軸向量72和該刀具徑向量73再與該標準軸向量62和該標準徑向量63比較，比較後得到的該相對差可推算量測該未加工刀具7的一刀長與一刀徑，並將該刀長與該刀徑的資訊更新於該保存型公用變數51中；步驟23，該加工刀具9的一測量值建立：如圖33至圖36所示，當一加工刀具9開始加工一段時間後會形成刀具磨耗或形成刀具損壞，因該加工刀具9與該未加工刀具7為相同一把刀具，當該控制裝置81於加工過程中定時(timing)驅動該加工刀具9以一工作座標75對準該基準座標23與/或該位置座標33並於該象限感測器4形成一有效面積91，其後，使該自動控制器5輸入該有效面積91則各自測得變動後的一磨耗軸向量92與/或一磨耗徑向量93以建立一磨耗曲線，將該磨耗軸向量92、該磨耗徑向量93以及該磨耗曲線儲存在該保存型公用變數51以作為一測量值，該自動控制器5對該初始值與該測量值進行一誤差分析即可得到一長寬比、一長寬比與/或一偏移比，該長寬比或該偏移比即得到該加工刀具9的一刀長與/或一刀徑的一差分，該差分包含一軸向差分94與/或一徑向差分95，該差分由該校正裝置52傳輸至該控制裝置81重新設定該加工刀具9的該工作座標75以進行刀具補償(cutter compensation)與/或一刀具半徑補償或偏移。該加工刀具9的容許值可以是依照使用者自己加工需求的，設定一刀具斷折的斷面縮減率(percentage reduction of area)、一刀具磨耗(tool wear)的容許值，以及一刀具偏擺的徑向偏轉(radial deflection)、偏搖(yawing)、負偏(negatively skewed)、高低偏差(deviation of the vertical)、徑向偏差(radial deviation)、瞬間偏差(transient deviation)的容許值；若該校正裝置52檢測到該軸向差分94或該徑向差分95超過使用者所設定的容許值，該自動控制器5會顯示異警訊息，提醒使用者此加工刀具9有斷折或偏擺過大之現象發生，避免使用者再使用該加工刀具9進行加工造成加工精度不佳。

本發明量測裝置的特點為可同時進行該數控工具機8上的三線性軸的該熱變量(熱變形(hot deformation)、熱變位)量測程序，量測時至少一刀具檢測器能設置於該床台的任一象限角(quadrant angle)位置、或任二象限角位置以不相鄰的對角線設置，而本發明規劃會有量測式與觸發式的兩種功能：步驟31，熱變量量測之直接量測式功能：該自動控制器5啟動開發的直接量測式之量測程式後，該數控工具機8會自動換刀換成熱變量量測所用之該標準棒6，並開啟量測模式，如圖37所示，該數控工具機8依序移動該標準棒6以該基準線64進行圓周運動(circular motion)觸發至該主光線21的該基準座標23與該反射線31的該位置座標33，該標準棒6並遮蔽該象限感測器4的該受光面積42，以該基準線64移動直到與該座標原點41重合，此時，該自動控制器5分別記錄下該基準座標23與該位置座標33相互正交投影的該立體座標14的初始植Dx1與Dy1。紀錄完初始值Dx1與Dy1，該數控工具機8上升至該旋轉軸最高處開始旋轉暖機，旋轉第一時間(例如：五分鐘)後，該數控工具機8再次進行量測程序，再開啟量測模式，該數控工具機8依序移至該基準座標23與該位置座標33熱變形(thermal deformation)或熱變動(heat fluctuation)後的一熱變量，暖機後該自動控制器5分別記錄該立體座標14的第一次位移植Dx2與Dy2。Dx1與Dx2差值即為X軸方向第一時間(例如：五分鐘)暖機後的該熱變量；Dy1與Dy2差值即為Y軸方向第一時間(例如：五分鐘)暖機後的該熱變量，再於第二時間(例如：十分鐘)後重復一次上敘暖機與量測的動作，該自動控制器5再次記錄該立體座標14的第二次位移植Dx3與Dy3，Dx1與Dx3差值即為X軸方向第二時間(例如：十分鐘)暖機後的該熱變量；Dy1與Dy3差值即為Y軸方向第二時間(例如：十分鐘)暖機後的該熱變量，後續該數控工具機8的該熱變量依此法繼續量測獲得。本發明的該自動控制器5將會記錄三軸熱變量的量測數值即可得N+1個該立體座標14(熱變數量測(thermal variables measurement))、N+2個該立體座標14、N+3個該立體座標14，並透過一連線(connecting line)(或一網路(network))輸出N+1個該立體座標14、N+2個該立體座標14、N+3個該立體座標14至該控制裝置81，本發明亦將開發對應的軟體紀錄多次該熱變量的數值，提供給該數控工具機8廠商使用。

步驟32，熱變量量測之觸發式功能：如圖38所示，該自動控制器5啟動開發的觸發式量測程式後，該數控工具機8會自動換刀換成熱變量量測所用之該標準棒6，並開啟量測模式，該數控工具機8依序移動該標準棒6以該基準線64至該主光線21的該基準座標23與該反射線31的該位置座標33，該標準棒6並遮蔽該象限感測器4的該受光面積42，以該基準線64移動直到與該座標原點41重合，該主光線21首先於Z軸方向進行觸發，該自動控制器5紀錄該數控工具機8的Z軸座標Z1，再分別從該主光線21左右兩側進行觸發，兩側觸發位置可以讓該自動控制器5計算得Y軸座標Yc；而在該刀具檢測器該反射線31的量測模式亦同，於該反射線31之Z軸方向觸發後，分別再從該反射線31左右兩側進行觸發兩側，觸發位置可以讓該自動控制器5計算得X軸座標Xc，此時可得到該立體座標14(Xc1,Yc1,Z1)。該數控工具機8上升至該旋轉軸最高處開始旋轉暖機，旋轉第一時間(例如：五分鐘)後，該數控工具機8再於第二時間(例如：十分鐘)進行量測程序，開啟量測模式，重複上述之量測動作，該自動控制器5計算得第二個該立體座標14(Xc2,Yc2,Z2)，Xc1與Xc2之差值、Yc1與Yc2之差值、Z1與Z2之差值分別為第一時間(例如：五分鐘)暖機後的X軸、Y軸、Z軸之該熱變量。持續於第三時間(例如：十五分鐘)重覆此量測動作，該自動控制器5計算得第三個該立體座標14(Xc3,Yc3,Z3)，Xc1與Xc3之差值、Yc1與Yc3之差值、Z1與Z3之差值分別為第二時間(例如：十分鐘)暖機後的X軸、Y軸、Z軸之該熱變量。後續該數控工具機8的該熱變量依此法繼續得到，該數控工具機8可隨時於該標準棒6量測過程中並加上該熱變量的量測，即使該自動控制器5透過該連線(或該網路)輸出至該控制裝置81，使該控制裝置81可隨時補償該數控工具機8當下的該熱變量誤差。

本發明能應用於該數控工具機8的該旋轉軸與立柱傾角(angle of inclination)量測，量測時至少一刀具檢測器能設置於該床台的任一象限角(quadrant angle)位置、或任二象限角位置以不相鄰的對角線設置、或每一象限角位置各設置一刀具檢測器，其量測程式會有以下功能：步驟41，旋轉軸與立柱傾角量測式量測：該自動控制器5啟動量測模式後，該數控工具機8會自動換刀換成該標準棒6，該數控工具機8依序移動該標準棒6以該基準線64至該主光線21的該基準座標23與該反射線31的該位置座標33，該標準棒6並遮蔽該象限感測器4的該受光面積42，以該基準線64移動直到與該座標原點41重合，在該象限感測器4的多個光電感測器44之間的複數個已知角度處使用該自動控制器5來獲取該光訊號同時處理該光訊號以獲得該磨耗曲線，此時該校正裝置52會以該校準曲線使用一非線性迴歸演算法計算出該標準棒6位於該基準座標23與該位置座標33的傾角且形成於該象限感測器4的該磨耗曲線，以獲取該磨耗曲線之角度。如圖39所示，當該旋轉軸頭無傾角誤差(dip error)時，則該自動控制器5會計算出圖39之VB-VD=0並透過網路接頭輸出，當有傾角誤差時則會輸出如圖40之(VB-VD)的磨耗曲線與圖41之(VD-VA)的磨耗曲線的結果。其後該自動控制器5進行該校正曲線與該磨耗曲線的數值計算(numerical calculation)，即可得到A、B、D三個象限的各該光電感測器44形成電壓變化(change of voltage)的一相對差。其中，該自動控制器5進行在進行計算時，如C象限的該光電感測器44有電壓變化，則C象限的該光電感測器44代表量測到切削液。

步驟42，旋轉軸與立柱傾角觸發式量測：觸發式的量測規劃使用於大型龍門五軸數控工具機量測，該自動控制器5啟動量測模式後，該龍門五軸數控工具機會自動換刀換成該標準棒6，該龍門五軸數控工具機依序移動該標準棒6以該基準線64至該主光線21的該基準座標23與該反射線31的該位置座標33，該標準棒6並遮蔽該象限感測器4的該受光面積42，以該基準線64移動直到與該座標原點41重合，在該主光線21的該基準座標23，龍門五軸數控工具機之A軸做角度的工具參照點(TCP)旋轉轉動以進行一位置分析(position analysis)，當該自動控制器5獲取該光訊號同時計算此位置傾角為0度時便停止並記錄此時的位置(position)，從此位置與該基準座標23位置，可以推算出Y軸傾角。該位置座標33同該基準座標23，該標準棒6移動至該反射線31的該位置座標33，A軸做緩慢的擺動(swing)，當該自動控制器5計算此位置傾角為0度時便停止並記錄此時的位置，從此位置與該位置座標33位置，可以推算出X軸傾角。其計算方式如同步驟41。

綜上所述，本案不但在空間型態上確屬創新，並能較習用物品增進上述多項功效，應已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。