CN105277306A - 滚珠螺杆预压力的监测系统及其监测方法 - Google Patents

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Abstract

一种滚珠螺杆预压力的监测系统，包括一滚珠螺杆、一侦测装置、一捕获设备及一处理装置。滚珠螺杆具有一预压力。侦测装置侦测滚珠螺杆的运转讯号。运转讯号包括滚珠螺杆的转速及状态。状态是滚珠螺杆运转产生的振动或声音。捕获设备连接侦测装置，且接收运转讯号。处理装置连接捕获设备，且具有一门限值。处理装置将运转讯号处理成一球通讯号，并在球通讯号超过门限值时判断滚珠螺杆的预压力消失。如此，监测系统可确实地判断滚珠螺杆的预压力状态。

Description

滚珠螺杆预压力的监测系统及其监测方法
技术领域
本发明与判断滚珠螺杆的可使用寿命有关，特别是指一种滚珠螺杆预压力的监测系统及其监测方法。
背景技术
随着工具机产业的发展，对于工具机的定位精度的要求也越来越高。其中，滚珠螺杆是常见的传动组件，其具有高精度、寿命长及高速正逆向的传动等优点。
通常，滚珠螺杆在出厂前，制造商会依据顾客需求而对滚珠螺杆施压一预压力，来消除滚珠螺杆的轴向背隙，并提升滚珠螺杆的定位精度及刚性。然而，滚珠螺杆在长时间运转下，螺杆、滚珠及螺帽之间会有磨耗，致使滚珠螺杆的轴向背隙产生，而让滚珠螺杆的预压力逐渐减少，表示，滚珠螺杆的定位精度及刚性都会随之降低。
由上述说明可知，滚珠螺杆的预压力是存在于滚珠螺杆的内部，所以无法由仪器直接量测取得预压力。目前量测预压力大多利用扭力计、拉力计或位移计来进行。中国台湾第I400438号专利揭示一种传动组件的检测装置，其判断有无预压力的方式是利用滚珠在单位时间内通过霍尔IC的频率(即滚珠的球通频率)，并通过判读装置比较球通频率与默认之球通频率值，来判断滚珠螺杆是否还存在预压力。
此外，中国台湾第I407026号专利揭示一种滚珠导螺杆预压力失效诊断方法及装置，是利用希尔伯特黄转换(Hilbert-HuangTransform)产生多尺度熵复杂度模式(MultiscaleEntropyComplexitymodel)来诊断滚珠导螺杆的预压力。
发明内容
本发明的目的是提供一种滚珠螺杆预压力的监测系统及其监测方法，由侦测滚珠螺杆的滚珠振动或声音等条件来判断滚珠螺杆的预压力是否消失，来提高判断预压力是否消失的准确性。
为实现上述目的，本发明提供的滚珠螺杆预压力的监测系统，其包括一滚珠螺杆、一侦测装置、一捕获设备及一处理装置。滚珠螺杆具有一预压力。侦测装置侦测滚珠螺杆的运转讯号。运转讯号包括滚珠螺杆转速及状态。状态是滚珠螺杆运转产生的振动或声音。捕获设备连接侦测装置，且接收运转讯号。处理装置连接捕获设备，且具有一门限值。处理装置将运转讯号处理成一球通讯号，在球通讯号超过门限值时判断滚珠螺杆的预压力消失。
本发明提供的滚珠螺杆预压力的监测方法，包括下列步骤：首先，一侦测装置侦测运转中的一滚珠螺杆的一运转讯号。运转讯号包括滚珠螺杆的转速及状态。状态是滚珠螺杆运转产生的振动或声音。滚珠螺杆包括多个滚珠及至少一回流管，该些滚珠通过回流管；接着，一捕获设备接收运转讯号；随后，一处理装置接收运转讯号，且有一门限值；跟着，处理装置执行一阶次追踪程序，分析运转讯号，以追踪一球通频率阶次。球通频率阶次与滚珠螺杆的滚珠公转速度有关。然后，处理装置执行一球通分析程序，依据球通频率阶次找出对应的一球通讯号；最后，处理装置在球通讯号超过门限值时判断滚珠螺杆的预压力消失，及在处理装置在球通讯号未超过门限值时判断滚珠螺杆的预压力未消失。
如此，本发明的滚珠螺杆预压力的监测系统及其监测方法可较公知技术更为准确判断滚珠螺杆的预压力。
附图说明
图1是本发明的滚珠螺杆预压力的监测系统的方块图。
图2是本发明的滚珠螺杆预压力的监测方法的步骤流程图。
图3是利用图1及图2中的监测系统及监测方法而获得的监测结果图。
图4是图2中阶次追踪程序的详细流程图。
附图中主要组件符号说明
10监测系统，11滚珠螺杆，12侦测装置，13捕获设备，14处理装置，S20-S28、S241-S243步骤。
具体实施方式
有关本发明所提供的滚珠螺杆预压力的监测系统及其监测方法的组成、运作方式及特点，将于后续的实施方式详细说明中予以描述。然而，在本发明领域中具有通常知识者应能了解，该些详细说明以及实施本发明所列举的特定实施例，仅是用于说明本发明，并非用以限制本发明的专利申请范围。
以下，配合各附图列举对应的较佳实施例来对本发明的滚珠螺杆预压力的监测系统及其监测方法的组成、量测结果及达成功效来作说明。然各附图中滚珠螺杆预压力的监测系统及其监测方法的组成及量测结果仅用来说明本发明的技术特征，而非对本发明构成限制。
如图1所示，本发明的滚珠螺杆预压力的监测系统10包括一滚珠螺杆11、一侦测装置12、一捕获设备13及一处理装置14。其中，滚珠螺杆11已广泛被应用，其结构、运作及运转也是本领域具有通常知识者熟知的部分，但滚珠螺杆11无论是外循环式、内循环式或端盖循环式滚珠螺杆都具有一螺杆、一螺帽、多个滚珠及至少一回流管。当滚珠螺杆11在运行时，该些滚珠系分别会在螺杆与螺帽之间移动并通过回流管，然这些也都是公知技术，故于此不对其结构多作叙述。
侦测装置12是侦测滚珠螺杆11的一运转讯号。运转讯号包括滚珠螺杆11的转速及状态，状态是滚珠螺杆11运转产生的振动或声音。
捕获设备13连接侦测装置12，且接收运转讯号。
处理装置14连接捕获设备13，且具有一门限值，并将运转讯号处理成一球通讯号，在球通讯号超过门限值时判断滚珠螺杆的预压力消失。
以上，说明本发明的滚珠螺杆预压力的监测系统10的组成及每一装置的功能，且监测系统10可以有效地监测滚珠螺杆11的预压力。随后，详细说明本发明的滚珠螺杆预压力的监测方法。
如图2所示，本发明的滚珠螺杆预压力的监测方法包括下列步骤：
步骤S20，侦测装置侦测运转中的滚珠螺杆的运转讯号；
步骤S21，捕获设备接收运转讯号；
步骤S22，处理装置接收运转讯号；
步骤S23，处理装置执行一阶次追踪程序，分析运转讯号，以追踪一球通频率阶次，球通频率阶次与滚珠螺杆的滚珠公转速度有关；
步骤S24，处理装置执行一球通分析程序，依据球通频率阶次找出对应的一球通讯号；
步骤S25，处理装置提供门限值；
步骤S26，处理装置依门限值判断滚珠螺杆的预压力是否消失；
步骤S27，在球通讯号超过门限值时判断滚珠螺杆的预压力消失；
步骤S28，在球通讯号未超过门限值时判断滚珠螺杆的预压力未消失。
如此，本发明的监测方法可以在滚珠螺杆运转的过程中，直接由侦测装置来侦测运转讯号，且捕获设备也可以在接收到运转讯号后传送至处理装置，以让处理装置作处理、分析及判断(即步骤S22-S28)。
滚珠螺杆在运转一段时间或者一段距离的过程中，侦测装置是持续地运作步骤S20，相同地捕获设备也持续运作步骤S21，处理装置也持续运作步骤S22-S28，所以，由本发明的滚珠螺杆预压力的监测系统及其监测方法系可得到图3的结果，图中横轴表是滚珠螺杆的运行里程，单位是公里(Km)，纵轴表示滚珠螺杆的振动量。从图中可发现滚珠螺杆在运行超过630公里后球通振动量开始快速增加，这就表示滚珠螺杆的螺杆、滚珠及螺帽之间的磨耗，致使滚珠螺杆产生轴向背隙，导致滚珠螺杆的预压力有明显下降，但未达滚珠螺杆不敷使用的程度，因为球通讯号还没超过门限值(如图中虚线)，于此实施例中，门限值的设定是0.1m/s2，但实际上，门限值的设定是依据滚珠螺杆的不同而有差异，因此，门限值的设定不以0.1m/s2为限。
但随着滚珠螺杆继续运行超过680公里后，球通讯号已超过门限值，也就表示，处理装置会判断滚珠螺杆的预压力已经消失。虽然滚珠螺杆被判断预压力已消失，但并不表示滚珠螺杆的预压力已经完全没有，而是说滚珠螺杆本身的残存预压力已使其不敷使用，而应进行汰换。
如图4所示，阶次追踪程序(步骤S23)还包括下列步骤：
处理装置建立一追踪阶次(步骤S231)，及过滤追踪阶次的一噪声(步骤S232)，以获得球通频率阶次(步骤S233)。追踪阶次是在处理装置内建立一结构方程式及一数据方程式，而过滤噪声则利用结构方程式及数据方程式来分离出追踪阶次的噪声。最后，处理装置内还建立一数学优化方法(例如最小平方法)，其功用是将噪声滤除，而使球通讯号更接近滚珠螺杆本身的振动或声音，也就是说，处理装置可由讯号处理滤除滚珠振动或声音以外的噪声，来提高监控预压力的准确性。
由前述说明已知，球通频率阶次与滚珠公转速度有关，球通讯号则是与滚珠发生撞击产生的振动或声音有关，而噪声是指非滚珠螺杆的滚珠本身产生的振动或声音，也就是说，球通讯号与滚珠有关，噪声则是滚珠以外的组件(例如螺杆及螺帽等)产生的振动或声音。
特别地，虽然在前述的较佳实施例中，运转讯号是考虑滚珠螺杆的转速及实际运转状态(即振动，但实际上，运转讯号也可以将滚珠螺杆运转中产生的声音纳入观察，如此，将可提高滚珠螺杆预压力判断的准确性。
综合上述，本发明的滚珠螺杆预压力的监测系统及其监测方法相较于公知技术中的方式，排除其他振动或声音源产生的干扰，通过直接观察运转中的滚珠螺杆的实际滚珠球通振动或声音情况，可作出较准确的预压力判断。
最后，再次强调，本发明于前述实施例中所揭示的构成组件，仅为举例说明，并非用来限制本发明的范围，其他等效组件的替代或变化，亦应为本发明申请的权利要求范围所涵盖。

Claims (5)

1.一种滚珠螺杆预压力的监测系统，包括：
一滚珠螺杆，具有一预压力；
一侦测装置，侦测滚珠螺杆的一运转讯号，该运转讯号包括该滚珠螺杆的转速及状态，该状态是该滚珠螺杆运转产生的振动或声音；
一捕获设备，连接该侦测装置，且接收该运转讯号；及
一处理装置，连接该捕获设备，且具有一门限值，并将该运转讯号处理成一球通讯号，在该球通讯号超过该门限值时判断该滚珠螺杆的预压力消失。
2.根据权利要求1所述滚珠螺杆预压力的监测系统，其中，该滚珠螺杆包括多个滚珠及至少一回流管，该些滚珠通过该回流管，该处理装置分析该运转讯号，以追踪一球通频率阶次，并依据该球通频率阶次找出对应的该球通讯号与该门限值比较，该球通频率阶次与该滚珠螺杆的滚珠公转速度有关。
3.根据权利要求2所述滚珠螺杆预压力的监测系统，其中，该处理装置建立一追踪阶次，及过滤该追踪阶次的一噪声以获得该球通频率阶次，该噪声是指非该滚珠螺杆的滚珠本身产生的振动或声音。
4.一种滚珠螺杆预压力的监测方法，包括：
一侦测装置侦测运转中的一滚珠螺杆的一运转讯号，该运转讯号包括该滚珠螺杆的转速及状态，该状态是该滚珠螺杆运转产生的振动或声音，该滚珠螺杆包括多个滚珠及至少一回流管，该些滚珠通过该回流管；
一捕获设备接收该运转讯号；
一处理装置接收该运转讯号，且有一门限值；
该处理装置执行一阶次追踪程序，分析该运转讯号，以追踪一球通频率阶次，该球通频率阶次与该滚珠螺杆的滚珠公转速度有关；
该处理装置执行一球通分析程序，依据该球通频率阶次找出对应的一球通讯号；及
该处理装置在该球通讯号超过该门限值时判断滚珠螺杆的预压力消失，及该处理装置在该球通讯号未超过该门限值时判断滚珠螺杆的预压力未消失。
5.根据权利要求4所述滚珠螺杆预压力的监测方法，其中，该处理装置执行该球通分析程序包括建立一追踪阶次，及过滤该追踪阶次的一噪声，以获得该球通频率阶次，该噪声是指非滚珠螺杆的滚珠本身产生的振动或声音。
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