TWI881362B - 線性致動器智能化機械性能監測系統 - Google Patents

Abstract

本發明係揭露一種線性致動器智能化機械性能監測系統，其包括線性致動器、驅動模組、摩擦力感測模組、角度感測模組及資訊處理模組。驅動模組用以驅動線性致動器的傳動部件旋轉，以傳動部件驅使載台做線性往復移動。摩擦力感測模組用以產生摩擦感測訊號。角度感測模組用以感測末達端旋轉感測訊號。資訊處理模組用以依序將摩擦感測訊號及末達端旋轉感測訊號轉換處理為摩擦力值及末達端旋轉角度值，並將末達端旋轉角度值與傳動部件之起始端旋轉角度值進行比對，以獲得傳動部件二端旋轉角度之間的偏差角度值，再依據摩擦力值與偏差角度值之間的對照關係而獲得線性致動器運作時的機械性能狀態資訊，俾能藉由摩擦力與傳動部件二端角度差值的感測機能設置，以檢測出線性致動器運作時是否產生失步狀態，藉以改善習知線性致動器因無法有效檢測出摩擦力變化或失步狀態所致運轉穩定性不足的缺失產生。

Description

線性致動器智能化機械性能監測系統

本發明係有關一種線性致動器智能化機械性能監測系統，尤指一種可以藉由摩擦力與傳動部件二端角度偏差值作為線性致動器運作時失步與否判斷依據的線性致動器機械性能監測技術。

按，線性致動器又名電動螺桿；或是電動缸；或是電動推桿，是一種以電動來取代傳統油壓和汽缸的直線運動裝置，其可藉由控制器之控制來供應電源而產生直線的往復推拉動作。其中，線性致動器最常應用於機械加工領域的就是導螺桿，一般導螺桿又分為閉合螺帽導螺桿及滾珠導螺桿等二種。閉合螺帽導螺桿係使用於一般傳統的車床，做為人工車削螺紋用；或是用於傳統機械的自動進給機構。至於滾珠導螺桿則是使用於數值控制機械(CNC控制機械)；或是用於機械手臂等，滾珠導螺桿主要是用來驅動滑台沿著機台上的導軌做出直線的往復移動。

再者，隨著科技大幅進步之賜，使得目前工具機技術朝向高速度與高精度的方向發展，而工具機最重要的線性傳動機構即為滾珠導螺桿。其中，習知滾珠導螺桿技術的代表性專利如發明公告第I476334號『簡易型滾珠導螺桿』專利所示，該專利係包含螺桿、螺帽與滾珠等構件，滾珠導螺桿可以藉由螺桿與螺帽間的螺合接觸以取得直線性的往復驅動力，但是在高速度與高精度等二種需求情況下，若欲達到較高的速度，勢必會 使馬達動力輸出機構、聯軸器、螺桿以及螺帽之間產生較大的摩擦力，進而導致摩擦熱的產生，而且摩擦熱會導致螺桿膨脹而變形，使定位精度產生變化而無法達到高精度之目的；不僅如此，該專利還會使由馬達動力輸出機構、聯軸器及螺桿組成傳動部件之起始端與末達端產生旋轉角度的偏移(即失步現象)，由於該專利與習知滾珠導螺桿技術並無摩擦力與傳動部件二端角度差異的感測機能設置，以致無法有效檢測出摩擦力變化或失步狀態所致的運轉穩定性不足的缺失產生，因而造成使用上的不便與困擾的情事產生，因此，如何開發出一種可以檢測出滾珠導螺桿摩擦力變化或失步狀態的線性致動器機械性能監測技術，確實已成為相關產學業者所亟欲解決與挑戰的技術課題。

有鑑於此，上述滾珠導螺桿技術以及前述專利確實於摩擦力變化及失步狀態檢測上皆未臻完善，仍有再改善的必要性，而且基於相關產業的迫切需求之下，本發明人等乃經不斷的努力研發之下，終於研發出一套有別於上述習知技術與前揭專利的本發明。

本發明第一目的，在於提供一種線性致動器智能化機械性能監測系統，主要是可以藉由摩擦力與傳動部件二端角度差值的感測機能設置，以檢測出線性致動器運作時是否產生失步的狀態，藉以改善習知線性致動器因無法有效檢測出摩擦力變化或失步狀態所致運轉穩定性不足的缺失產生。達成前述第一目的之技術手段，係包括線性致動器、驅動模組、摩擦力感測模組、角度感測模組及資訊處理模組。驅動模組用以驅動線性致動器的傳動部件旋轉，以該傳動部件驅使載台做線性往復移動。摩擦力感測模組用以產生摩擦感測訊號。角度感測模組用以感測末達端旋轉 感測訊號。資訊處理模組用以依序將摩擦感測訊號及末達端旋轉感測訊號轉換處理為摩擦力值及末達端旋轉角度值，並將末達端旋轉角度值與傳動部件之起始端旋轉角度值進行比對，以獲得傳動部件二端旋轉角度之間的偏差角度值，再依據摩擦力值與偏差角度值之間的對照關係而獲得線性致動器運作時的機械性能狀態資訊。

本發明第二目的，在於提供一種可由選擇所需的負荷重心點位與負荷狀態來模擬線性致動器實際載重運行狀態以提升運轉穩定性的線性致動器智能化機械性能監測系統。達成前述第二目的之技術手段，係包括線性致動器、驅動模組、摩擦力感測模組、角度感測模組及資訊處理模組。驅動模組用以驅動線性致動器的傳動部件旋轉，以該傳動部件驅使載台做線性往復移動。摩擦力感測模組用以產生摩擦感測訊號。角度感測模組用以感測末達端旋轉感測訊號。資訊處理模組用以依序將摩擦感測訊號及末達端旋轉感測訊號轉換處理為摩擦力值及末達端旋轉角度值，並將末達端旋轉角度值與傳動部件之起始端旋轉角度值進行比對，以獲得傳動部件二端旋轉角度之間的偏差角度值，再依據摩擦力值與偏差角度值之間的對照關係而獲得線性致動器運作時的機械性能狀態資訊。其中，更包含一負荷施加裝置，該載台頂部的一承載面劃分設有複數負荷區域，該負荷施加裝置用以分別對該載台的該複數負荷區域逐次地施予負荷力，以模擬該載台相對該測試平台做往復移動時，依序在每一該負荷區域負載施予該負荷力的狀況下，以依序獲得各該負荷區域之該線性致動器的該機械性能狀態資訊。

10:線性致動器

11:傳動部件

12:馬達

120:動力輸出機構

1:線性螺桿

13:聯軸器

14:線性螺桿

15:旋轉角度回授模組

20:驅動模組

30:摩擦力感測模組

40:角度感測模組

50:資訊處理模組

51:可視化圖表顯示模組

60:載台

61:測試平台

62:滑軌組件

63:螺帽

70:顯示裝置

71:可視化即時監控圖表

80:負荷施加裝置

81:負荷位置調整機構

82:加壓頭

83:移載機構

A1~A5:負荷區域

O1~O5:中心點

圖1係本發明具體實施架構的外觀示意圖。

圖2係本發明具體實施架構的前視示意圖。

圖3係本發明另一具體實施架構的剖視示意圖。

圖4係本發明於載台劃分負荷區域的實施示意圖。

圖5係本發明於各負荷區域所施加負荷強度對照基準機械性能狀態數據的示意圖。

圖6係本發明具體實施架構的功能方塊實施示意圖。

圖7係本發明可視化即時監控圖表的具體實施示意圖。

為讓 貴審查委員能進一步瞭解本發明整體的技術特徵與達成本發明目的之技術手段，玆以具體實施例並配合圖式加以詳細說明：

請配合參看圖1~2及圖6所示，為達成本發明第一目的之第一具體實施例，係包括一線性致動器10、一驅動模組20(如控制器；或是控制器與驅動電路的組合；但不以此為限)、一摩擦力感測模組30、一角度感測模組40及一資訊處理模組50。該驅動模組20用以驅動線性致動器10的傳動部件11旋轉，並以傳動部件11驅使載台60做線性往復移動。該摩擦力感測模組30用以感測傳動部件11的旋轉狀態而產生摩擦感測訊號。該角度感測模組40用以感測傳動部件11之末達端的旋轉角度狀態而產生末達端旋轉感測訊號。該資訊處理模組50依序將摩擦感測訊號及末達端旋轉感測訊號轉換處理為相應的摩擦力值及末達端旋轉角度值，並將末達端旋轉角度值與傳動部件11之起始端旋轉角度值進行比對，以獲得傳動部件11二端旋轉角度之間的偏差角度值，再依據摩擦力值與偏差角度值之間的對照關係，摩擦力值 及偏差角度值與預設的經驗閥值比對，進而獲得線性致動器10運作時的機械性能狀態資訊，預設的經驗閥值包括預設摩擦力閥值與預設偏差角度閥值。其中，於具體的運作時，當摩擦力值超過預設摩擦力閥值及該偏差角度值超過預設角度閥值時，該資訊處理模組50則判定該線性致動器10運作時的機械性能狀態資訊為失步的異常狀態資訊；當摩擦力值低於預設摩擦力閥值及偏差角度值低於該預設角度閥值時，該資訊處理模組50則判定線性致動器10運作時的機械性能狀態資訊為正常狀態資訊。

請配合參看圖1~2及圖6所示為基於第一具體實施例的第一應用實施例，本實施主要是將線性致動器10的具體實施構造予以界定，該線性致動器10更包含一可受驅動模組20的驅動而旋轉的馬達12(如伺服馬達)、一聯軸器13及一透過聯軸器13與馬達12之動力輸出機構120連動的線性螺桿14，於是，即可使動力輸出機構120、聯軸器13及線性螺桿14共同組成上述的傳動部件11。

具體的，該動力輸出機構120與聯軸器13之間為傳動部件11之起始端，該線性致動器10末端為傳動部件11的末達端。繼而，該傳動部件11之起始端設有一用以感測傳動部件11之起始端旋轉狀態而產生起始端旋轉感測訊號的旋轉角度回授模組15(可以是伺服馬達內建的旋轉回授模組；或是另外增設的旋轉回授模組；但不以此為限)，該資訊處理模組50用以將起始端旋轉感測訊號轉換處理為起始端旋轉角度值。

請配合參看圖2、6所示為基於第一具體實施例的第二應用實施例，本實施主要是將摩擦力感測模組30的具體實施與安裝位置予以界定，該摩擦力感測模組30係為一種扭力感測器。該扭力感測器則是設於傳動部件11上，用以感測傳動部件11的扭力，利用感測扭力的變化來推算出摩 擦力的變化，亦即摩擦力增大時，其傳動部件11承受的扭力變大係因線性螺桿14與螺帽63之間的摩擦力增大。

請配合參看圖1~3所示為基於第一具體實施例的第三應用實施例，本實施主要是將線性致動器10的組裝具體實施態樣予以具體界定，本實施例更包含一供組設線性致動器10的測試平台61，該測試平台61設有一可供載台60滑動線性位移的滑軌組件62，該載台60設有一與線性螺桿螺14合而可相對滑軌組件62位移的螺帽63。

請配合參看圖6、7所示為基於第一具體實施例的第四應用實施例，本實施主要是將可視化圖表顯示技術內容予以具體界定，更包含一可視化圖表顯示模組51，該可視化圖表顯示模組51用以將摩擦力值、末達端旋轉角度值、起始端旋轉角度值及摩擦力值與末達端旋轉角度值之對照關係依序轉換為可於一顯示裝置70顯示的可視化即時監控圖表71。

請配合參看圖3~7所示，為達成本發明第二目的之第二具體實施例，除了包括上述第一具體實施例的整體技術內容之外，更包含一負荷施加裝置80，該載台60頂部的一承載面劃分設有複數負荷區域A1~A5，該負荷施加裝置80用以分別對載台60的複數負荷區域A1~A5之中心點O1~O5逐次地施予負荷力，以模擬載台60相對測試平台61做往復移動時，依序在每一負荷區域A1~A5負載施予負荷力的狀況下，以依序與各機械性能狀態數據比對而獲得各負荷區域A1~A5之線性致動器10的機械性能狀態資訊。

請配合參看圖3~6所示，為基於第二具體實施例的一種應用實施例，該負荷施加裝置80更包含一負荷位置調整機構81，該負荷位置調整機構81用以將負荷施加裝置80之一加壓頭82抵接於載台60的其中 一個負荷區域A1~A5上。更具體的，該負荷施加裝置80設於一移載機構83上，該移載機構83可受驅動模組20的驅動而與載台60同步移動。

因此，經由上述具體實施例的詳細說明后，本發明確實具有下列所述的特點：

1.本發明確實可以藉由摩擦力與傳動部件二端角度差值的感測機能設置，以檢測獲得線性致動器運作時是否產生失步狀態，藉以改善習知線性致動器因無法有效檢測出摩擦力變化或失步狀態所致運轉穩定性不足的缺失產生。

2.本發明確實是一種可由選擇所需的負荷重心點位與負荷狀態來模擬線性致動器實際載重運行狀態，以提升線性致動器的運轉穩定性。

以上所述，僅為本發明一種較為可行的實施例，並非用以限定本發明之專利範圍，凡舉依據下列請求項所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本發明之專利範圍內。本發明所具體界定於請求項之結構特徵，未見於同類物品，且具實用性與進步性，已符合發明專利要件，爰依法具文提出申請，謹請 鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。

10:線性致動器

11:傳動部件

13:聯軸器

14:線性螺桿

40:角度感測模組

63:螺帽

Claims (10)

1. 一種線性致動器智能化機械性能監測系統，其包括：

   一線性致動器；

   一驅動模組，其用以驅動該線性致動器的一傳動部件旋轉，使該傳動部件帶動一載台做線性往復移動；

   一摩擦力感測模組，其用以感測該傳動部件的旋轉狀態而產生摩擦感測訊號；

   一角度感測模組，其用以感測該傳動部件之末達端的旋轉角度狀態而產生末達端旋轉感測訊號；及

   一資訊處理模組，其用以依序將該摩擦感測訊號及該末達端旋轉感測訊號轉換處理為相應的摩擦力值及末達端旋轉角度值，並將該末達端旋轉角度值與該傳動部件之起始端旋轉角度值進行比對，以獲得該傳動部件二端旋轉角度之間的一偏差角度值，再依據該摩擦力值及偏差角度值與預設的經驗閥值比對而獲得該線性致動器運作時的機械性能狀態資訊。
2. 如請求項1所述之線性致動器智能化機械性能監測系統，其中，該預設的經驗閥值包括預設摩擦力閥值及預設角度閥值；當該摩擦力值超過預設摩擦力閥值及該偏差角度值超過預設角度閥值時，該資訊處理模組則判定該線性致動器運作時的機械性能狀態資訊為失步的異常狀態資訊；當該摩擦力值低於該預設摩擦力閥值及該偏差角度值低於該預設角度閥值時，該資訊處理模組則判定該線性致動器運作時的該機械性能狀態資訊為正常狀態資訊。
3. 如請求項1所述之線性致動器智能化機械性能監測系統，其中，該線性致動器更包含一可受該驅動模組的驅動而旋轉的馬達、一聯軸器及一 透過該聯軸器與該馬達之一動力輸出機構連動的線性螺桿，使該動力輸出機構、該聯軸器及該線性螺桿共同組成該傳動部件，該動力輸出機構與該聯軸器之間為該傳動部件之起始端，該線性致動器末端為該傳動部件之末達端。
4. 如請求項3所述之線性致動器智能化機械性能監測系統，其中，該傳動部件之起始端設有一用以感測該傳動部件之該起始端旋轉狀態而產生起始端旋轉感測訊號的旋轉角度回授模組，該資訊處理模組用以將該起始端旋轉感測訊號轉換處理為該起始端旋轉角度值。
5. 如請求項3所述之線性致動器智能化機械性能監測系統，其更包含一供組設該線性致動器的測試平台，該測試平台設有一可供該載台滑動線性位移的滑軌組件，該載台設有一與該線性螺桿螺合而可相對該滑軌組件位移的螺帽。
6. 如請求項5所述之線性致動器智能化機械性能監測系統，其更包含一負荷施加裝置，該載台頂部的一承載面劃分設有複數負荷區域，該負荷施加裝置用以分別對該載台的該複數負荷區域之中心點逐次地施予負荷力，以模擬該載台相對該測試平台做往復移動時，依序在每一該負荷區域負載施予該負荷力的狀況下，以依序與各機械性能狀態數據比對而獲得各該負荷區域之該線性致動器的該機械性能狀態資訊。
7. 如請求項6所述之線性致動器智能化機械性能監測系統，其中，該負荷施加裝置更包含一負荷位置調整機構，該負荷位置調整機構用以將該負荷施加裝置之一加壓頭抵接於該載台的其中一個該負荷區域上。
8. 如請求項7所述之線性致動器智能化機械性能監測系統，其中，該 負荷施加裝置設於一移載機構上，該移載機構可受該驅動模組的驅動而與該載台同步線性移動。
9. 如請求項1所述之線性致動器智能化機械性能監測系統，其中，該摩擦力感測模組係為扭力感測器，該扭力感測器設於該傳動部件上。
10. 如請求項1所述之線性致動器智能化機械性能監測系統，其更包含一可視化圖表顯示模組，該可視化圖表顯示模組用以將該摩擦力值、該末達端旋轉角度值、該起始端旋轉角度值及該摩擦力值與該末達端旋轉角度值之對照關係依序轉換為可於一顯示裝置顯示的可視化即時監控圖表。

Images