CN106959132A - 传感器结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种传感器结构，传感器结构的感测单元整合至少两种物理量传感器，因此能同时通过感测的至少两种物理量讯号计算出与线性传动装置运作相关的主要物理量(包含背隙、冲击异常、热变位及润滑)，不须分别独立装配多种传感器，因此具有装配便利、空间利用自由度高的优点；而再通过将传感器结构直接装设于线性传动装置上，据以使传感器结构能直接感测线性传动装置于运作过程中的各种物理量变化，因此能感测到最直接最精准的数据，而能做最精准最实时的监控，确保加工或传送的精准度。

Description

传感器结构

技术领域

本发明涉及监测装置，尤其是涉及一种与监测装置及其监测方法有关的传感器结构。

背景技术

随着自动化产业的发展，自动化产业的接口设备的需求也随之产生，而各种传动、导引装置是完备自动化流程不可或缺的要素，其中，具有速度及精度需求的传动就必须仰赖线性导引装置进行传动。

而为确保传动的精准度，传动过程中的各种物理数值必须确实符合要求，且必须在运转前即确保线性传动装置的静止物理数值(如背隙、预压力或结构稳定性)，甚或运转过程中严格掌控运转产生的动态物理性质(如震动、温升及润滑性)，其中，静止物理数值通常在运转前测量，并在运转后或下一次运转前再进行调校，而动态的物理性质则因动态对象有测量上的难度，因此通常选择在装配线性传动装置的周边平台上量测震动值或温升值，至于润滑性则必须透过另外的量测装置进行量测；

由此可见，为了维持线性传动装置的运转精准度，必须在事前量测，事中周边量测，并在事后进行调校，极为费时费力，然而，即使如上述在运转的前、中、后进行量测及调校，但由于线性传动装置的静止物理数值只有在运转前测量，运转过程中若发生偏差或异常将无法得知因而有无法掌控的变素存在；且运转过程中仅在周边平台上的量测方式则无法精准测量出线性传动装置本身的数值，因而仍有精准度改良的空间；甚至，一般用以量测物理性质的量测器都仅具有单一量测功能，因此当要量测多种数值时就必须装配多种量测器，如此将会造成空间配置上的限制；综上可知，一般为了保持线性传动装置的运转精度仍有诸多不便或缺失待改善，有鉴于此，本发明人潜心研究并更深入构思，历经多次研发试作后，终于发明出一种传感器结构。

发明内容

本发明提供一种传感器结构，其主要目的是改善一般传感器仅具单一感测功能因而有性能不足的缺陷。

为达前述目的，本发明提供一种传感器结构，装设于线性传动装置上，该传感器结构包含：

基座，具有装置空间；

电性连结埠，设置于基座上且一端伸入基座的装置空间，另一端外露于基座；

感测单元，包含至少两种物理量传感器以及整合电路板，各物理量传感器与整合电路板电性链接以整合讯号，感测单元设置于基座上并与电性端口电性连结；以及

感触埠，为抗环境干扰机构且设置于基座的一端。

本发明通过传感器结构的感测单元整合了至少两种物理量传感器，因此能同时通过整合后的讯号计算出与线性传动装置运作相关的主要物理量(包含背隙、冲击异常、热变位及润滑)，不须分别独立装配多种传感器，因此具有装配便利、空间利用自由度高之优点。

附图说明

图1为本发明的传感器结构的立体结构分解图。

图2为本发明的传感器结构的立体结构外观图。

图3为本发明的传感器结构的剖视图。

图4为本发明的传感器结构的另一实施例的立体结构分解图。

图5为图4例的立体结构外观图。

图6为图4例的剖视图。

图7为本发明的传感器结构装配于滚珠螺杆型态的线性传动装置的示意图。

图8为本发明的传感器结构装配于滚珠螺杆型态的线性传动装置的组合图。

图9为本发明的传感器结构装配于线性滑轨型态的线性传动装置的示意图。

图10为本发明的传感器结构装配于线性滑轨型态的线性传动装置的组图。

图11为本发明的传感器结构装配于轴承型态的线性传动装置的示意图。

图12为本发明的传感器结构装配于轴承型态的线性传动装置的组合图。

附图中符号标记说明：

A为传感器结构；10为基座；11为装置空间；12为端面；121为开放口；13为穿口；14为开槽；141为结合孔；20为电性连结埠；30为感测单元；31为温度传感器；311为温度感测头；312为引脚；32为振动传感器；33为整合电路板；34为导电件；40为感触埠；41为套槽；42为环槽；50为封盖；60为磁铁；S为螺锁件；B为线性传动装置；B1为滚珠螺杆；B11为螺帽；B12为循环组件；B21为滑块；B3为轴承；C为运算单元；O为圆心；r为讯号源半径；M为讯号敏感区；R为讯号敏感半径。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种传感器结构，请配合参阅图1至图6所示，其中，该传感器结构A包含：

基座10，空心结构并具有装置空间11；

电性连结埠20，设置于基座10上且一端伸入基座10的装置空间11，另一端外露于基座10；

感测单元30，包含至少两种物理量传感器以及整合电路板33，物理量传感器为温度传感器、振动传感器、磁通传感器或距离传感器。而本实施例的感测单元30是同时设置两种物理量传感器，包含温度传感器31及振动传感器32，温度传感器31及振动传感器32与整合电路板33电性链接以整合讯号，感测单元30设置于基座10上并与电性端口20电性连结；

感触埠40，为抗环境干扰机构，且感触埠40的一侧设置套槽41，另一侧设置环槽42，感触埠40以套槽41面对温度传感器31的方向设置于基座10的一端，并使感触埠40的套槽41套覆于温度传感器31外，而本实施例的感触埠40为一种电气绝缘机构；以及

封盖50，固定结合于基座10。

而本发明实施例的基座10的形态不限，可如图1至图3所示的基座10为空心圆筒形结构并形成装置空间11，基座10的一端完全开放，另一端则具有端面12，且端面12上于中心位置开设开放口121，基座10的两端之间还设置穿口13，穿口13与装置空间11连通，而感触埠40是贴抵于基座10的端面12设置，通过复数螺锁件S锁结感触埠40与端面12使感触埠40定位于基座10的端面12；而使感触埠40与基座10定位的方式并不以此为限，也能通过与环槽42形状相同的磁铁60设置于环槽42内，通过磁铁60的磁吸力磁吸基座10的端面12以使感触埠40定位于基座10上；且本例的基座10的外表面还设置复数开槽14，并由开槽14开设结合孔141，结合孔141贯穿端面12；

于此例中，感测单元30的振动传感器32电性连结并固定于整合电路板33上，而整合电路板33容置于装置空间11内，温度传感器31则由温度感测头311衔接复数引脚312所构成，温度传感器31的引脚312由基座10的开放口121伸入装置空间11与整合电路板33电性链接，而温度传感器31的温度感测头311则位于基座10的端面12一侧并面对感触埠40的套槽41。

本发明的基座10亦可如图4至图6所示，基座10的外观为矩形而装置空间11的轮廓则为圆柱形轮廓，于此例中，感触埠40是一体成形于基座10，且感触埠40的套槽41连通装置空间11，此外，感测单元30是包含三个整合电路板33平行间隔排列并以复数导电件34导电链接，而温度传感器31设置于其中一个整合电路板33，而振动传感器32再设置于另一个整合电路板33上完成整合，感测单元30容置于装置空间11内并以温度传感器31面对感触埠40的套槽41；另外，此例中封盖50为L形的板片结构，且穿口13设置于封盖50上，而电性连结埠20穿过封盖50上的穿口13伸入装置空间11内。

以上为本发明的传感器结构A的结构组态及特征，而传感器结构A装配于线性传动装置B成为具有传感器的线性传动装置如图7至图12所示，其装配的方式是将传感器结构A以感触端口40贴抵于线性传动装置B的方位设置，如图7、8所示的线性传动装置B为滚珠螺杆B1，且传感器结构A以感触端口40贴抵于滚珠螺杆B1的螺帽B11上的实施态样；如图9、10所示的线性传动装置B为线性滑轨B2，且是将传感器结构A以感触端口40贴抵于线性滑轨B2的滑块B21的实施态样；如图11、12所示的线性传动装置B为轴承B3，且是将传感器结构A以感触端口40贴抵于轴承B3的实施态样。

而本发明实施例的具有传感器的线性传动装置运作时，本发明实施例通过将传感器结构A直接设置于线性传动装置B上，据以直接感测线性传动装置B本身于运作过程中的物理量变化，而能实时测量得到最精准的物理量，在本发明实施例的基础下只要再搭配运算单元C，运算单元C与电性连结埠20电性连接而能通过电性连结埠20获取感测单元30感测的数据并能进行计算，计算后能针对异常数值进行实时警示，通过运算单元C存取感测数值并经过运算就能得到所需监测值。

而由于本发明实施例的传感器结构A的感测单元30是包含温度传感器31以及振动传感器32的整合电路，因此能感测计算出以下几种线性传动装置A相关的主要运作数值，包含：

通过运算单元C持续获取感测单元30的振动传感器32的振动讯号，并通过特征阶次追踪法即能求得线性传动装置B的实时背隙量的变化，据以达到在线性传动装置B运作过程中实时侦测背隙量，并在背隙量异常时实时警示而能实时调整背隙量，精准监控的目的；

通过运算单元C持续获取感测单元30的振动讯号，并通过极限值分析而能实时侦测振动量，据以达到在线性传动装置B运作过程中实时侦测振动量，并在振动异常时实时警示而能实时排除异常、精准监控的目的；

通过运算单元C在固定的时间区间获取感测单元30的温度传感器31的温度讯号，并通过算法计算出热变位，据以达到在线性传动装置B运作过程中实时侦测温升值，并在温升异常时实时警示而能实时排除异常、精准监控的目的；

通过运算单元C持续获取感测单元30的振动传感器32的振动讯号，并通过算法以振动能量计算判断油量是否充足，据以达到在线性传动装置B运作过程中实时监测润滑油量是否充足，而能在润滑油量不足时实时启动注油机而能确保润滑性及运作正常的目的；

本发明实施例主要是将传感器结构A直接设置于线性传动装置B上，因此本发明实施例的传感器结构A能直接感测到线性传动装置B于运作过程中的各种物理量变化，因此能感测到最直接最精准的数据，而能做最精准最实时的监控，确保加工或传送的精准度。

此外，本发明实施例的传感器结构A的感测单元30整合了温度传感器31及振动传感器32，因此能同时通过温度讯号及振动讯号计算出与线性传动装置B运作相关的主要物理量(包含背隙、冲击异常、热变位及润滑)，不须分别独立装配多种传感器，因此具有装配便利、空间利用自由度高的优点；当然，改变物理量传感器的种类及数量也就能对应改变所侦测的结果而能做不同的运用，因此物理量传感器的种类及数量不应局限于本发明实施例所揭示。

而同样地由于本发明的传感器结构A透过电路整合而能在运转过程中持续监测所需监控数据，不须停机测试，因此能降低停机测试所需占用的时间，提高该线性传动装置的产值；

此外，本发明实施例的传感器结构A特别于基座10上设置感触埠40，且感测单元30的温度传感器31的位置对应设置于该感触端口40的位置，因此在装配传感器结构A时，传感器结构A能以感触埠40直接贴抵于线性传动装置B，据以感测最直接的温度变化，降低温度感测的误差值，本发明实施例通过感触端口40的配置而能以最简便的方式安装并得到最精准的感测结果，使用上极为便利；

再者，本发明为了更便于安装传感器结构A，特别于基座10的外表面设置各开槽14，并于开槽14开设贯穿至端面12的结合孔141，如此，即能于基座10外的结合孔141内穿设螺锁件S，透过螺锁件S将该基座10锁设于线性传动装置B上，安装极为便利；

还有，为了更提高本发明实施例的传感器结构A的感测精准度，装配传感器结构A的位置能被进一步地限定，如图7、8例来说，将传感器结构A装配于滚珠螺杆B1的螺帽B11时，螺帽B11上配置有复数循环组件B12，由于滚珠螺杆B1的滚珠会于循环组件B12内循环滚动，因此循环组件B12可谓产出温度、振动讯号的讯号源，以滚珠螺杆B1的螺帽B11的中心点为圆心O，循环组件B12距离圆心O最远的一点至圆心O之间的联机为讯号源半径r，而讯号源半径r周围具有讯号敏感区M，讯号敏感区M为由圆心O以讯号敏感半径R划圆形所界定出，而讯号敏感半径R大于讯号源半径r，且讯号敏感半径R与讯号源半径r的差值小于10mm。在将传感器结构A装配于讯号敏感区M中即能得到最精准的讯号源，而得以做最精准的监测。

综上所述，上述各实施例及附图仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，皆应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种传感器结构，装设于线性传动装置上，其特征在于，所述传感器结构包含：

基座，具有装置空间；

电性连结埠，设置于所述基座上且一端伸入所述基座的装置空间，另一端外露于所述基座；

感测单元，包含至少两种物理量传感器以及整合电路板，各所述物理量传感器与所述整合电路板电性链接以整合讯号，所述感测单元设置于所述基座上并与所述电性端口电性连结；以及

感触埠，为抗环境干扰机构且设置于所述基座的一端。

2.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述感触埠的一侧设置套槽，所述感触埠以所述套槽面对所述温度传感器的方向设置于所述基座，并使所述感触埠的套槽套覆于所述温度传感器外，其中所述感触埠为电气绝缘机构。

3.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述物理量传感器为温度传感器、振动传感器、磁通传感器或距离传感器。

4.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述感测单元包含两种物理量传感器，分别为温度传感器与振动传感器。

5.根据权利要求2所述的传感器结构，其特征在于，所述基座为空心圆筒形结构并形成所述装置空间，所述基座的一端完全开放，另一端则具有端面，所述端面上于中心位置开设开放口，所述基座的两端之间更设置穿口，所述穿口与所述装置空间连通，而所述感测单元的其中一种物理量传感器为温度传感器，所述温度传感器由温度感测头衔接复数引脚所构成，所述温度传感器的引脚由所述基座的开放口伸入所述装置空间与所述整合电路板电性链接，而所述温度传感器的温度感测头则位于所述基座的端面一侧并面对所述感触埠的套槽，而所述感触埠是贴抵于所述基座的端面设置，另有封盖固定结合于所述基座完全开放的一端。

6.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述感触埠以螺锁件锁固于所述基座。

7.根据权利要求2所述的传感器结构，其特征在于，所述感触埠的另一侧设置环槽，所述环槽内设置与所述环槽形状相同的磁铁，所述磁铁的磁吸力磁吸所述基座使所述感触埠定位于所述基座上。

8.根据权利要求2所述的传感器结构，其特征在于，所述基座的外观为矩形而所述装置空间的轮廓则为圆柱形轮廓，所述感触埠一体成形于所述基座，所述感触埠的套槽连通所述装置空间，且所述感测单元包含复数整合电路板平行间隔排列并以复数导电件导电链接，所述感测单元包含两种物理量传感器，分别为温度传感器与振动传感器，所述温度传感器设置于其中一个整合电路板，而所述振动传感器再设置于另一个整合电路板上完成整合，所述感测单元容置于所述装置空间内并以所述温度传感器面对所述感触端口的套槽；另包含呈L形板片结构的封盖，所述穿口设置于所述封盖上，而所述电性连结埠穿过所述封盖上的穿口伸入所述装置空间内。

9.根据权利要求5所述的传感器结构，其特征在于，所述基座的外表面更设置复数开槽，并由所述开槽开设结合孔，所述结合孔贯穿所述端面。

10.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，以所述感触端口贴抵于所述线性传动装置，所述线性传动装置为滚珠螺杆、线性滑轨或轴承，其中所述线性传动装置为滚珠螺杆，所述传感器结构装配于滚珠螺杆的螺帽，所述螺帽上配置有复数循环组件，以所述螺帽的中心点为圆心，所述循环组件距离所述圆心最远的一点至圆心之间的联机为讯号源半径，而所述讯号源半径周围具有讯号敏感区，所述讯号敏感区为由所述圆心以讯号敏感半径划圆形所界定出，而所述讯号敏感半径大于所述讯号源半径，且所述讯号敏感半径与所述讯号源半径的差值小于10mm。