CN104732052B - 判断线性传动元件注油时机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种判断线性传动元件注油时机的方法，包含：信号提取步骤：取一感测器设在线性传动元件上，以提取该线性传动元件在作动中的物理信号；信号转换步骤：藉由演算法将各该物理信号转换成特征值；特征值建立储存步骤：在特征值为纵轴、时间为横轴的座标上建立并储存各该特征值与时间的关系，以形成一特征值变化曲线，且将该座标上的横轴区分成复数个时间区段；特征值计算步骤：取每相邻时间所对应的特征值计算出一斜率值，并计算出每一该时间区段内的各该斜率值的总和；注油判断步骤：判断各该时间区段内的斜率值总和是否小于设定值，当该时间区段内的斜率值总和小于该设定值时，表示油膜不足，否则表示油膜充足。

Description

判断线性传动元件注油时机的方法

技术领域

本发明涉及线性传动元件，特别是指一种判断线性传动元件注油时机的方法。

背景技术

线性传动元件中的滚珠螺杆主要由一螺帽透过自由滚动的滚珠与螺杆轴螺合所组成，并利用自由滚动的滚珠使螺帽与螺杆轴相对滑移，由于其具有绝佳的顺畅性与精准度，故被广泛的运用于各种需要精密移动的机具上，因此滚珠螺杆内部的螺旋轨道的润滑显得格外的重要。如果滚珠螺杆长时间缺乏润滑，可能造成螺帽和螺杆间的摩擦加大而加速滚珠螺杆的磨耗，因此，判断滚珠螺杆注油的时机更为重要。为此，以下列举可进行判断注油时机的专利前案。

参阅日本专利JPA_2004-347401所示，是用以判断轴承的润滑是否足够，其主要利用加速规感知轴承的震动信号，并转换成频谱信号后，藉由已经界定好的门槛值来判定轴承的润滑是否足够，以便控制注油装置自动对轴承进行注油动作，然而，该专利前案必须预先建置一资料库来定义门槛值，且必须同时对频谱信号进行分析再与该资料库所建置的门槛值进行比对，凸显出在判断注油时机的成本过高的缺陷，且该专利前案是针对轴承进行注油时机的判断，并无法直接套用在线性传动元件上，特别是滚珠螺杆或滚珠花键。

参阅日本专利JPA_1998-318261所示，是用以判断轴承的润滑是否足够，其主要是利用感测器所感测后的信号震幅大小及周期来判断轴承的润滑是否足够，以便控制注油装置自动对轴承进行注油动作，然而，该专利前案并无规范出超过该信号震幅大小及周期长短，使得在实现上有困难，且该专利前案是针对轴承进行注油时机的判断，并无法直接套用在线性传动元件上，特别是滚珠螺杆或滚珠花键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种判断线性传动元件注油时机的方法，其不须预先建置资料库进行比对，即可准确判断线性传动元件的注油时机，藉以降低实施成本及便于实现判断线性传动元件的注油时机。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种判断线性传动元件注油时机的方法，其在该线性传动元件变转速时仍可进行注油时机的判断。

为解决上述问题，本发明提供一种判断线性传动元件注油时机的方法，包含：信号撷取步骤：取一感测器设在线性传动元件上，以撷取该线性传动元件在作动中的物理信号；信号转换步骤：藉由演算法将各该物理信号转换成特征值；特征值建立储存步骤：在特征值为纵轴、时间为横轴的座标上建立并储存各该特征值与时间的关系，以形成一特征值变化曲线，且将该座标上的横轴区分成复数个时间区段；特征值计算步骤：取每相邻时间所对应的特征值计算出一斜率值，并计算出每一该时间区段内的各该斜率值的总和；注油判断步骤：判断各该时间区段内的斜率值总和是否小于设定值，当该时间区段内的斜率值总和小于该设定值时，表示油膜不足，当该时间区段内的斜率值总和大于该设定值时，表示油膜充足。

较佳地，在该信号撷取步骤与信号转换步骤之间更包含一信号处理步骤，其用以处理该信号撷取步骤中所得的物理信号，以降低各该物理信号中所含有的杂讯値，并输出处理后的物理信号，以供该信号转换步骤将各该物理信号转换成特征值。

较佳地，该信号撷取步骤中的物理信号是为该线性传动元件在转动中所产生的震动信号，且在该信号转换步骤与该特征值建立储存步骤之间更包含一正规化步骤，其用以排除该线性传动元件转速的不同所造成震动信号的差异。

较佳地，该信号撷取步骤中的物理信号是为该线性传动元件在作动中所产生的压力波信号或电阻信号。

较佳地，该信号转换步骤中的特征值为均方根(RMS, Root Mean Square)、包络线均方根(Envelopment RMS)、小波分析(Wavelet)、傅立叶频谱转换(FFT, Fast FourierTransform)。

较佳地，该信号撷取步骤中，该线性传动元件为滚珠螺杆，该感测器设在该滚珠螺杆的螺帽上或设在该滚珠螺杆的螺杆上。

较佳地，该信号撷取步骤中的物理信号是为该线性传动元件在转动中所产生的震动信号，且在该特征值建立储存步骤与特征值计算步骤之间更包含一正规化步骤，其用以排除该线性传动元件转速的不同所造成震动信号的差异。

附图说明

图1 是本发明第一实施例的流程图。

图2 是本发明第一实施例的侧视图，显示信号撷取步骤中将感测器设在滚珠螺杆的螺帽上的状态。

图3 是本发明第一实施例的示意图，显示信号撷取步骤中所撷取物理信号为滚珠螺杆转动中所产生的震动信号的状态。

图4 是本发明第一实施例的示意图，显示特征值建立储存步骤中在座标上建立特征值变化曲线的状态。

图5 是本发明第一实施例的示意图，显示注油判断步骤中判断各时间区段是否需进行进行注油作业的状态。

图6 是本发明第二实施例的流程图。

图7 是本发明第三实施例的流程图。

图8 是本发明第三实施例的示意图，显示信号撷取步骤中所撷取物理信号为滚珠螺杆转动中所产生的震动信号的状态。

图9 是本发明第三实施例的示意图，显示特征值建立储存步骤中在座标上建立特征值变化曲线的状态。

图10 是本发明第四实施例的流程图。

图11 是本发明第四实施例的示意图，显示信号撷取步骤中所撷取物理信号为滚珠螺杆转动中所产生的震动信号的状态。

图12 是本发明第四实施例的示意图，显示特征值建立储存步骤中在座标上建立特征值变化曲线的状态。

图13 是本发明第四实施例的示意图，显示正规化步骤中使该座标上形成一正规化后的特征值变化曲线的状态、及判断各时间区段是否需进行进行注油作业的状态。

附图标记说明

11是信号撷取步骤12是信号转换步骤

13是特征值建立储存步骤

14是特征值计算步骤

15是注油判断步骤

16是信号处理步骤

17是正规化步骤

21是感测器

22是滚珠螺杆

221是螺帽

222是螺杆

23是物理信号

30是座标

31是第一时间区段

32是第二时间区段

33是第三时间区段

34是第四时间区段

40、41、42、43、44、45是特征值变化曲线。

具体实施方式

需先说明的是，以下各实施立中，该线性传动元件是举滚珠螺杆为例，当然亦可为滚珠花键，但不以此为限。

参阅图1所示，本发明第一实施例所提供的一种判断线性传动元件注油时机的方法，其主要是由一信号撷取步骤11、一信号转换步骤12、一特征值建立储存步骤13、一特征值计算步骤14、及一注油判断步骤15所组成，其中：

参阅图2、3所示，该信号撷取步骤11：取一感测器21设在滚珠螺杆22上，以连续撷取该滚珠螺杆22在作动中的物理信号23；本实施例中，该感测器21是设在该滚珠螺杆22的螺帽221上，当然亦可设在该滚珠螺杆22的螺杆222上，该物理信号23为该滚珠螺杆22在转速为每分钟3000转(rpm)转动中所产生的震动信号，当然亦可为该滚珠螺杆22作动中所产生的压力波信号或电阻信号。

该信号转换步骤12：藉由演算法将各该物理信号23转换成特征值；本实施例中，该特征值为均方根(RMS, Root Mean Square)，当然亦可为包络线均方根(EnvelopmentRMS)、小波分析(Wavelet)、或傅立叶频谱转换(FFT, Fast Fourier Transform)，该转换方程式为:

其中n为每笔撷取资料个数、x为每个资料点所对应的物理量、i =1～n。

参阅图4所示，该特征值建立储存步骤13：在特征值为纵轴、时间为横轴的座标30上建立并储存各该特征值与时间的关系，以形成一特征值变化曲线40，且将该座标30上的横轴区分成复数个时间区段；本实施例中将该座标30的横轴以15分钟为一单位而区分成第一时间区段31、第二时间区段32、第三时间区段33、及第四时间区段34。

该特征值计算步骤14：取每相邻时间所对应的特征值计算出一斜率值，并计算出第一至第四时间区段31、32、33、34内的各该斜率值的总和；例如将第二时间区段32以一分钟为一单位，因此该第二时间区段32具有第一至第十五个单位，而取每相邻时间所对应的特征值所计算出的斜率值是指以第一单位所对应的特征值及第二单位所对应的特征值之间的斜率值、第二单位所对应的特征值及第三单位所对应的特征值之间的斜率值、第三单位所对应的特征值及第四单位所对应的特征值之间的斜率值…第十四单位所对应的特征值及第十五单位所对应的特征值之间的斜率值。

该注油判断步骤15：判断各该时间区段内的斜率值总和是否小于设定值，当该时间区段内的斜率值总和小于该设定值时，表示油膜不足，当该时间区段内的斜率值总和大于该设定值时，表示油膜充足；其中该设定值可视需求而设定，参阅第5图所示，令该第一时间区段31内的斜率值总和(例如：10)大于设定值(例如：0)、该第二时间区段32内的斜率值总和(例如：5)也大于设定值(例如：0)，此时表示该滚珠螺杆内的油膜充足，而不需进行注油作业；令该第三时间区段33内的斜率值总和(例如：1)虽然大于该设定值(例如：0)，但是该斜率值总和接近该设定值的状态，表示该滚珠螺杆内的油膜充足，而不需进行注油作业，但为油膜衰退的状态；令该第四时间区段34内的斜率值总和(例如：－1)小于设定值(例如：0)，此时表示该滚珠螺杆内的油膜不足，而需进行注油作业，且注油最佳的时间点可设定在该第三时间区段33与第四时间区段34的相接处。

值得一提的是，在该注油判断步骤15中，当润滑逐渐不足时该特征值变化曲线40的变化斜率会渐缓，而该斜率渐缓除了前段所述之外，更可为设定阀值或斜率变化量或斜率由正转负，皆可作为判断依据。

以上所述即为本发明第一实施例各主要步骤说明。至于本发明的功效作以下说明。

由于本发明在进行注油时机的判断时，不须预先建置一资料库来定义门槛值，及与该资料库所建置的门槛值进行比对，而仅需判断各时间区段内的斜率值总和与单一设定值进行比对即可判断出在特定的时间区段内为油膜充足、油膜衰退、或油膜不足，进而决定出最佳的注油时机，因此，本发明不须预先建置资料库进行比对，即可准确判断滚珠螺杆的注油时机，藉以降低实施成本及便于实现判断滚珠螺杆的注油时机。

参阅图6所示，本发明第二实施例所提供的一种判断线性传动元件注油时机的方法，其同样是由信号撷取步骤11、信号转换步骤12、特征值建立储存步骤13、特征值计算步骤14、及注油判断步骤15所组成，由于其步骤及功效同于第一实施例，故不再赘述，第二实施例不同之处在于：

在该信号撷取步骤11与信号转换步骤12之间更包含一信号处理步骤16，其用以处理该信号撷取步骤11中所得的物理信号，以降低各该物理信号中所含有的杂讯値，并输出处理后的物理信号，以供该信号转换步骤将各该物理信号转换成特征值。

参阅图7所示，本发明第三实施例所提供的一种判断线性传动元件注油时机的方法，其同样是由信号撷取步骤11、信号转换步骤12、特征值建立储存步骤13、特征值计算步骤14、及注油判断步骤15所组成，由于其步骤及功效同于第一实施例，故不再赘述，第三实施例不同之处在于：

当该信号撷取步骤11中的物理信号是为该滚珠螺杆在转动中所产生的震动信号，且该滚珠螺杆在转动中产生转速改变时，在该信号转换步骤12与该特征值建立储存步骤13之间更包含一正规化步骤17，其用以排除该滚珠螺杆转速的不同所造成震动信号的差异。更详而言之：

该信号撷取步骤11：该感测器是设在该滚珠螺杆的螺帽上，以连续撷取该滚珠螺杆在作动中的物理信号；参阅图8所示，本实施例中，该物理信号23为该滚珠螺杆在转速为每分钟1000、2000、3000转(rpm)转动中所产生的震动信号，且令该滚珠螺杆在第一时间区段31以每分钟1000转(rpm)转动、在第二时间区段32以每分钟2000转(rpm)转动、在第三时间区段33以每分钟3000转(rpm)转动。

该信号转换步骤12：藉由演算法将各该物理信号23转换成特征值；本实施例中，该特征值为均方根(RMS, Root Mean Square)，该物理信号23转换成特征值的方式与第一实施例相同，故不再赘述。

该正规化步骤17，其用以排除该滚珠螺杆转速的不同所造成震动信号的差异，也就是当转速产生变化且不重复时，给予该信号转换步骤12将各该物理信号23转换成的特征值一转速修正因子，该转速修正因子为NRMS＝(RMSn－RMS0)／RMS0；其中RMSn为为螺杆当下特征值 (例如：螺杆运转15分钟后的RMS值)、RMS0为为螺杆初始特征值。

举例：RMS0=0.9 (螺杆在注油后量测到的振动信号经转换所得的RMS值)；RMSn=1.8 (螺杆运行一阵子后，量测到的振动信号经转换所得的RMS值)；所以，Nrms=(1.8-0.9)/0.9=1，达到正规化的功效。

参阅图9所示，该特征值建立储存步骤13：在特征值为纵轴、时间为横轴的座标30上建立并储存各该正规化步骤17后的特征值与时间的关系，以形成一特征值变化曲线41。

该特征值计算步骤14及该注油判断步骤15与第一实施例相同，故不再赘述。

据此，本发明第三实施例中除了不须预先建置资料库进行比对，即可准确判断滚珠螺杆的注油时机，藉以降低实施成本及便于实现判断滚珠螺杆的注油时机之外，更在该滚珠螺杆变转速时仍可进行注油时机的判断。

参阅图10所示，本发明第四实施例所提供的一种判断线性传动元件注油时机的方法，其同样是由信号撷取步骤11、信号转换步骤12、特征值建立储存步骤13、特征值计算步骤14、及注油判断步骤15所组成，由于其步骤及功效同于第一实施例，故不再赘述，第四实施例不同之处在于：

当该信号撷取步骤11中的物理信号是为该滚珠螺杆在转动中所产生的震动信号，且该滚珠螺杆在转动中产生转速改变时，在该特征值建立储存步骤13与特征值计算步骤14之间更包含一正规化步骤17，其用以排除该滚珠螺杆转速的不同所造成震动信号的差异。更详而言之：

该信号撷取步骤11：该感测器是设在该滚珠螺杆的螺帽上，以连续撷取该滚珠螺杆在作动中的物理信号；参阅图11所示，本实施例中，该物理信号23为该滚珠螺杆在转速为每分钟1000、2000、3000转(rpm)转动中所产生的震动信号，且令该滚珠螺杆在第一、二时间区段31、32以每分钟1000转(rpm)转动、在第三时间区段33以每分钟2000转(rpm)转动、在第四时间区段34以每分钟3000转(rpm)转动。

该信号转换步骤12：藉由演算法将各该物理信号23转换成特征值；本实施例中，该特征值为均方根(RMS, Root Mean Square)，该物理信号23转换成特征值的方式与第一实施例相同，故不再赘述。

参阅图12所示，该特征值建立储存步骤13：在特征值为纵轴、时间为横轴的座标30上建立并储存各该特征值与时间的关系，以形成一特征值变化曲线，且将该座标的横轴以15分钟为一单位而区分成第一时间区段31、第二时间区段32、第三时间区段33、及第四时间区段34，其中在该第一、二时间区段31、32的特征值变化曲线42为该滚珠螺杆在第0至30分钟是以每分钟1000转(rpm)转动的状态，在该第三时间区段33的特征值变化曲线43为该滚珠螺杆在第30至45分钟是以每分钟2000转(rpm)转动的状态，在该第四时间区段34的特征值变化曲线44为该滚珠螺杆在第45至60分钟是以每分钟3000转(rpm)转动的状态。

该正规化步骤17，其用以排除该滚珠螺杆转速的不同所造成震动信号的差异，也就是当转速产生变化且不重复时，给予该特征值变化曲线一转速修正因子，使该座标30上形成一正规化后的特征值变化曲线45，其状态如图13所示。本实施例中，该正规化步骤17的方式与第三实施例相同，故不再赘述。

该特征值计算步骤14及该注油判断步骤15与第一实施例相同，故不再赘述。

据此，本发明第四实施例中除了不须预先建置资料库进行比对，即可准确判断滚珠螺杆的注油时机，藉以降低实施成本及便于实现判断滚珠螺杆的注油时机之外，更在该滚珠螺杆变转速时仍可进行注油时机的判断。

综上所述，上述各实施例及图示仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以之限定本发明实施之范围，即大凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (6)

1.一种判断线性传动元件注油时机的方法，其特征在于：包含：

信号撷取步骤：取一感测器设在线性传动元件上，以撷取该线性传动元件在作动中的物理信号；

信号转换步骤：藉由演算法将各该物理信号转换成特征值；

特征值建立储存步骤：在特征值为纵轴、时间为横轴的座标上建立并储存各该特征值与时间的关系，以形成一特征值变化曲线，且将该座标上的横轴区分成复数个时间区段；

特征值计算步骤：取每相邻时间所对应的特征值计算出一斜率值，并计算出每一该时间区段内的各该斜率值的总和；

注油判断步骤：判断各该时间区段内的斜率值总和是否小于设定值，当该时间区段内的斜率值总和小于该设定值时，表示油膜不足，当该时间区段内的斜率值总和大于该设定值时，表示油膜充足；

其中所述信号转换步骤中的特征值为均方根、包络线均方根、小波分析、或傅立叶频谱转换。

2.如权利要求1所述的判断线性传动元件注油时机的方法，特征在于：在该信号撷取步骤与信号转换步骤之间更包含一信号处理步骤，其用以处理该信号撷取步骤中所得的物理信号，以降低各该物理信号中所含有的杂讯値，并输出处理后的物理信号，以供该信号转换步骤将各该物理信号转换成特征值。

3.如权利要求1所述的判断线性传动元件注油时机的方法，其特征在于：所述信号撷取步骤中的物理信号是为该线性传动元件在转动中所产生的震动信号，且在该信号转换步骤与该特征值建立储存步骤之间更包含一正规化步骤，其用以排除该线性传动元件转速的不同所造成震动信号的差异。

4.如权利要求1所述的判断线性传动元件注油时机的方法，其特征在于：所述信号撷取步骤中的物理信号是为该线性传动元件在作动中所产生的压力波信号或电阻信号。

5.如权利要求1所述的判断线性传动元件注油时机的方法，其特征在于：所述信号撷取步骤中，该线性传动元件为滚珠螺杆，该感测器设在该滚珠螺杆的螺帽上或设在该滚珠螺杆的螺杆上。

6.如权利要求1所述的判断线性传动元件注油时机的方法，其特征在于：所述信号撷取步骤中的物理信号是为该线性传动元件在转动中所产生的震动信号，且在该特征值建立储存步骤与特征值计算步骤之间更包含一正规化步骤，其用以排除该线性传动元件转速的不同所造成震动信号的差异。