CN108296879A - 综合加工机的回转体预兆诊断方法 - Google Patents

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潘奕吕
黄浩维
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Abstract

一种综合加工机的回转体预兆诊断方法，其利用监测温度与振动的感测单元、撷取单元、电脑与控制器系统以达成预知回转体异常征兆的诊断方法；撷取单元能够撷取综合加工机的回转体运转的状态、温度与振动信号作为诊断依据，再通过电脑运算分析出回转体状态指标；藉此，本发明综合加工机的回转体预兆诊断方法，使综合加工机的回转体的状态更容易掌握，有效提升综合加工机的使用稼动率。

Description

综合加工机的回转体预兆诊断方法
技术领域
本发明有关于一种综合加工机的回转体预兆诊断方法，特别指一种能够撷取综合加工机的运转数据与物理信号，进而得出回转体劣化特征的预兆诊断方法；根据信号分析及统计理论基础完成预兆诊断动作，以达到检测综合加工机的回转体劣化特征的高可靠性预兆诊断方法。
背景技术
近几年来，综合加工机产业持续往高转速、高精密的领域研发，期望带给客户能有更高、更佳的生产效能；但是只要发生机台停机事件，所产生的经济与时间的成本损失也会相当地大，过往产业界的目前因应对策多是做定期保养清洁、观察主轴或进给轴马达负载变化，或是安装感测器做随时监测来防止异常停机的发生。然而，一旦发生异常状况(如温度过高、异音)而停机再进行调查问题发生的原因，不论是停机后下载机台运作资料做判断，或是通过振动感测器做能量门槛或傅立叶转换来判断，同样都需要耗费不少停机维修的时间，而此损失的成本更是难以估计。因此如何在机台发生故障前，进行综合加工机异常信号的撷取，一直以来皆是综合加工机产业研究与客户关切的议题。
发明内容
本发明主要目的，在提供一种综合加工机的回转体预兆诊断方法，其通过监测温度与振动的感测单元、撷取单元、电脑与控制器系统的诊断方法；可依综合加工机开电后执行暖机程序的运作信号，将此信号再通过电脑运算分析出回转体状态指标并推算未来异常演变；藉此预兆诊断方法，使回转体运作状态更轻易掌握，以缩短客户加工不良品的产生及停机时间，增进综合加工机的使用稼动率。
依上述目的，本发明综合加工机的回转体预兆诊断方法的实施内容为：主要利用电脑作为诊断数据运算器，通过电脑将综合加工机的温度与振动的物理信号运用快速傅立叶转换找出回转体损坏频率的能量增长变化及振动时域能量做常态分布情况的工具来解析出回转体异常程度并用量化表现，接着把过去与现在异常程度用非线性回归推算出未来异常演变；所以只要当综合加工机执行暖机程序时，电脑端就会检测到暖机信号，接着依序做撷取信号、运算分析信号、辨识回转体异常程度，最后是估算未来趋势。
本发明综合加工机的回转体预兆诊断方法所达成的效果，在预兆诊断功能方面，是根据信号分析及统计理论基础完成预兆诊断动作，将每次撷取到的信号通过电脑作运算分析及统计的回归估测，此方法可改善已知诊断技术中，是将振动信号可通过能量门槛设定或傅立叶转换来判断当下回转机械状态是否有异常，而未能将每次诊断出的状态做逐一记录进而无法推算未来劣化程度，因此会造成客户无从得知回转机械该何时保养清洁或淘汰换新的缺点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明预兆诊断装置的方块示意图。
图2为本发明预兆诊断方法各项步骤的执行示意图。
图3为本发明预兆诊断方法各项步骤的判断及执行程序示意图。
附图标号：
10 综合加工机
101 回转体
1 电脑
2 感测单元
21 温度感测器
22 振动感测器
3 撷取单元
(a)高速撷取温度与振动信号
(b)时域与频域信号复合运算分析
(c)判断异常所在并程度数值化
(d)非线性回归统计估测劣化趋势
(e)发布回转体状态信息
具体实施方式
本发明综合加工机的回转体预兆诊断方法，为一种以撷取综合加工机的运转数据与物理信号作信号分析，及统计理论为基础的高可靠预兆诊断技术，并施予具有可靠的诊断动作，进而提供应用在综合加工机。参阅图1所示，其较佳的具体实施例包含一连接在综合加工机10的电脑1、一感测单元2及一撷取单元3作为执行回转体预兆诊断技术的硬件装置，其中：
该电脑1设置在该综合加工机10的工业电脑，并连接于一撷取单元3与综合加工机10的控制器之间做数据汇整桥梁，进而执行综合加工机10的回转体101(例如主轴)的运作监测、物理信号(温度与振动)运算分析、回转体状态程度划分及未来估测劣化等动作，通过该电脑1可对综合加工机10的回转体101所产生热能与振动通过感测单元2(温度感测器、振动感测器)及撷取单元3进行监控，并通过电脑1运算分析该回转体101的异常程度；
该感测单元2较佳的包含一温度感测器21与一振动感测器22，分别用于对综合加工机10进行监测温度/振动的动作，该温度感测器21与该振动感测器22具体的装设于综合加工机10的回转体101的热量发生位置与振动发生位置或其他选定位置，例如主轴轴承与主轴马达的位置，用以测量该综合加工机10的回转体10温度与振动，并能将所测得的温度与振动信号回馈给下述的撷取单元3进行读取；
该撷取单元3为一种感测器的信号撷取装置，其与上述温度感测器21与振动感测器22构成连接，用以撷取温度感测器21与振动感测器22所得的温度信号与振动信号，并与前述的该电脑1连结；该撷取单元3较佳的包含有一进行处理及运算的单芯片，用来做高速采样、数字转换及过滤噪音干扰，以获得正确的温度与振动数据；另外，该撷取单元3还有配置储存装置(例如SD卡)可作即时异常的温度与振动的储存。
通过上述该电脑1、感测单元2(温度感测器21与振动感测器22)及撷取单元3等装置与综合加工机10的配置，并参阅图2所示，其整体预兆诊断技术执行的方式为：
由该感测单元2(温度感测器21与振动感测器22)监测该综合加工机10的回转体101的温度信号与振动，将监测信号回馈至该撷取单元3，并由该撷取单元3转换为电脑可读取信号传送至该电脑1中；而该电脑1内所自行撰写的演算程序单元会以该综合加工机10在暖机程序运作中所撷取到回转体101的温度与振动信号，进行快速傅立叶转换找出回转体101损坏频率的能量增长变化及振动时域能量，做常态分布情况的工具来解析出回转体异常程度，并用量化表现，接着把过去与现在异常程度用非线性回归推算出未来异常演变，以克服不定时停机维修时间，使得综合加工机的使用稼动率有效提升。
再参阅图3所示，本发明实施回转体预兆诊断的技术方法，利用该电脑1内所自行撰写的演算程序单元执行以下步骤：
(a)高速撷取温度与振动信号：上述该温度感测器21与振动感测器22监测该综合加工机10的回转体101的温度信号与振动信号，将监测信号回馈至该撷取单元3，并由该撷取单元3转换为电脑可读取信号传送至该电脑1中进行读取；
(b)时域与频域信号复合运算分析：把上述该综合加工机10在暖机程序运作中所撷取到回转体101的温度信号与振动信号，将其信号转换成几何平均数值，将几何平均数值使用常态分布的统计公式找出平均数与标准差来取得组界范围，那组界范围即代表此回转体的振动状态，以组界范围定义出健康、注意、不稳定及损坏状态的四个等级，而后同机种的回转体的组界范围就可与定义好的各状态等级组界范围做比较；
(c)判断异常所在并程度数值化：同时并入考量快速傅立叶转换找出该回转体101损坏频率的能量增长变化，即可得知目前该回转体101的振动状态是属于何种等级；
(d)非线性回归统计估测劣化趋势：接着把过去与现在异常程度代入线性回归模型(Y＝a0+a1*X+a2*X2)求出a0，a1，a2，进而推算出未来该回转体101异常演变。
(e)发布回转体状态信息。
本发明综合加工机的回转体预兆诊断方法所达成的效果，在预兆诊断功能方面，是根据信号分析及统计理论基础完成预兆诊断动作，将每次撷取到的信号通过电脑作运算分析及统计的回归估测，此方法可改善已知诊断技术中，是将振动信号可通过能量门槛设定或傅立叶转换来判断当下回转机械状态是否有异常，而未能将每次诊断出的状态做逐一记录进而无法推算未来劣化程度，因此会造成客户无从得知回转机械该何时保养清洁或淘汰换新。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (4)

1.一种综合加工机的回转体预兆诊断方法，其特征在于，其包含：一连接在综合加工机的电脑、一感测单元及一撷取单元；该电脑连接于该撷取单元与该综合加工机的控制器之间，该电脑内建一演算程序单元；该感测单元装设于该综合加工机的回转体的位置；该撷取单元与该感测单元及该电脑连接；其执行回转体预兆诊断方法的步骤包含利用该电脑的演算程序单元执行以下步骤：
(a)高速撷取温度与振动信号：该感测单元监测该回转体的温度信号与振动，将监测信号回馈至该撷取单元，并由该撷取单元传送至该电脑中进行读取；
(b)时域与频域信号复合运算分析：把该综合加工机在暖机程序运作中所撷取到的该回转体的温度信号与振动信号转换成几何平均数值，将几何平均数值使用常态分布的统计公式找出平均数与标准差来取得组界范围，该组界范围定义出多个状态的等级；
(c)判断异常所在并程度数值化：同时并入考量快速傅立叶转换找出该回转体损坏频率的能量增长变化，得知目前该回转体的振动状态是属于何种等级；
(d)非线性回归统计估测劣化趋势：把过去与现在异常程度代入线性回归模型，进而推算出未来该回转体异常演变。
2.如权利要求1所述综合加工机的回转体预兆诊断方法，其特征在于，更包含该步骤(d)之后执行(e)若发生异常将发布异常信息。
3.如权利要求1所述综合加工机的回转体预兆诊断方法，其特征在于，该感测单元包含温度感测器与振动感测器。
4.如权利要求1所述综合加工机的回转体预兆诊断方法，其特征在于，该组界范围定义出健康、注意、不稳定及损坏状态的四个等级。
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