TW201538949A - 走行車輪的劣化檢測方法與檢測系統，及走行台車 - Google Patents

Abstract

不使用特殊的感測器等來檢測走行車輪的劣化。檢測藉由因走行電動機而旋轉之走行車輪來走行之走行台車的，走行車輪的劣化。將由走行車輪的旋轉數求出的速度、與走行台車的對地速度之差，求出成為滑移速度，依據走行電動機的扭矩與滑移速度於以扭矩及滑移速度為成分之空間當中通過了規定之異常區域，來檢測走行車輪的劣化。

Description

走行車輪的劣化檢測方法與檢測系統，及走行台車

本發明係有關對於走行台車的走行車輪之劣化檢測。

申請人開發並製造在無塵室等的天花板空間走行之空中走行車。這樣的空中走行車的走行台車部之構造，例如揭示於專利文獻1(JP2002-308404A)。空中走行車當中，在前後一對台車單元設有從動輪與導引滾輪(guide roller)，而驅動輪單元設置成跨架前後一對台車單元。又在驅動輪單元設有走行電動機與走行車輪(走行驅動輪)，走行車輪受到彈推以便以規定的接觸壓力接觸走行軌道。此外走行車輪為實心，例如為胺甲酸乙酯(urethane)橡膠製。

若合成樹脂的走行車輪反覆走行，則表面會因磨耗而起毛。如果置之不理，那麼走行車輪的表面會剝離而發生爆胎等故障，而必須使空中走行車停止來更換走行車輪。不過，走行車輪的劣化並不平均。因此，會有下述二擇一之情況，即，在引發問題程度的劣化發生之前足 夠早地更換，或是冒著太晚更換而發生走行車輪爆胎等，造成空中走行車因停止而無法通過走行路徑之危險。

專利文獻2(JP3509330B)揭示，針對4輪的汽車，對於輪胎的減壓，是由伴隨其之輪胎直徑縮小而檢測出來。專利文獻2中，由驅動輪與從動輪之旋轉數比來檢測驅動輪的滑移率(slip rate)。然後，描繪對於驅動輪之扭矩與滑移率，則扭矩為0時的滑移率便會反映出減壓所造成之直徑縮小。然而，此手法對於走行車輪表面的磨耗等造成之劣化並不有效。發明者已經實驗證實了這一點。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]JP2002-308404A

[專利文獻2]JP3509330B

本發明之課題，在於不使用特殊的感測器等來檢測走行車輪的劣化。

本發明，係藉由因走行電動機而旋轉之走行車輪來走行之走行台車的，走行車輪的劣化檢測方法，其 特徵為，執行：將由走行車輪的旋轉數求出的速度、與走行台車的對地速度之差，求出成為滑移速度之步驟；依據走行電動機的扭矩與前述滑移速度於以扭矩及滑移速度為成分之空間當中通過了規定之異常區域，來檢測走行車輪的劣化之步驟。

本發明，還係藉由因走行電動機而旋轉之走行車輪來走行之走行台車的，走行車輪的劣化檢測系統，其特徵為，執行：用來將由走行車輪的旋轉數求出的速度、與走行台車的對地速度之差，求出成為滑移速度之手段；用來依據走行電動機的扭矩與前述滑移速度於以扭矩及滑移速度為成分之空間當中通過了規定之異常區域，來檢測走行車輪的劣化之手段。

本發明，還係藉由因走行電動機而旋轉之走行車輪來走行，且具備收集走行車輪的劣化檢測用資料的功能之走行台車，其特徵為，具備：用來將由走行車輪的旋轉數求出的速度、與走行台車的對地速度之差，求出成為滑移速度之手段；用來檢測並記憶走行電動機的扭矩與前述滑移速度於以扭矩及滑移速度為成分之空間當中通過了規定之異常區域之手段。

發明者發現，如圖3(正常)，圖4(異常)所示，走行車輪的劣化，能夠藉由以滑移速度及扭矩為成 分之至少二維空間中的軌跡來檢測。亦即，若走行車輪劣化，則軌跡會通過圖3的A，B，C等異常區域，故由此能檢測出走行車輪的劣化。相對於此，由滑移率與扭矩之軌跡(圖9)，無法找出有意義的特徵。

前述異常區域，例如是相對於滑移速度之扭矩的斜率為基準值以下之區域，尤佳是於減速時相對於滑移速度之扭矩的斜率為基準值以下之區域。若走行車輪劣化，則相對於圖3，圖4中的滑移速度而言扭矩的斜率會減少，尤其是於走行台車減速時的斜率降低相當顯著。

作為檢測對象之走行車輪，例如為實心之合成樹脂製，本發明中例如是以走行車輪的磨耗造成之表面粗糙化或起毛來當作劣化而檢測之。

另，較佳是不要通過一次異常區域便立即視為異常，而是依據通過異常區域的次數等來判定。此外，較佳是除了通過異常區域的次數以外，還考量圖4的線L1、L2的斜率。又，較佳是考量通過異常區域的次數的變遷、或再加上線L1、L2的斜率的變遷，來判定走行車輪的劣化程度。例如可以走行車輪為全新時的扭矩與滑移速度之軌跡作為基準，將脫離其之區域訂為異常區域。這便是將初始的軌跡視為正常軌跡，隨著走行車輪的使用，扭矩與滑移速度之軌跡從初始軌跡偏離了多少程度，藉此判定劣化的程度。

2‧‧‧空中走行車

4‧‧‧軌道

6‧‧‧台車單元

8‧‧‧驅動輪單元

10‧‧‧本體部

12‧‧‧走行車輪

14‧‧‧走行電動機

16‧‧‧彈推部

20‧‧‧從動輪

22，24‧‧‧導引滾輪

28‧‧‧受電單元

30‧‧‧交叉滾柱軸承

32‧‧‧線性感測器

34‧‧‧橫向單元

36‧‧‧θ單元

38‧‧‧起重機

40‧‧‧臂

41‧‧‧夾頭

50，51‧‧‧踏面

52‧‧‧絞合線承座

60‧‧‧走行車輪的劣化檢測系統

61‧‧‧差分部

62‧‧‧抽出部

64‧‧‧暫存記憶體

66‧‧‧記憶部

68‧‧‧輸出入

70‧‧‧自我診斷部

80‧‧‧個人電腦

81‧‧‧監視器

82‧‧‧統計處理部

84‧‧‧診斷部

[圖1]實施例之空中走行車，與截斷之軌道示意側面圖

[圖2]走行車輪的劣化檢測系統方塊圖

[圖3]正常的走行車輪中，滑移速度與扭矩之軌跡示意圖

[圖4]劣化的走行車輪中，滑移速度與扭矩之軌跡示意圖

[圖5]改變接觸壓力時，滑移速度與扭矩之軌跡示意圖

[圖6]劣化檢測的初始設定演算法示意流程圖

[圖7]劣化的檢測演算法示意流程圖

[圖8]編碼器訊號、與線性感測器的訊號、滑移率、及扭矩之波形圖

[圖9]扭矩與滑移率之對(pair)的軌跡示意圖

以下揭示用以實施本發明之最佳實施例。本發明之範圍，應依據申請專利範圍之記載，並參酌說明書之記載與本領域中的周知技術，遵照所屬技術領域者之理解來規範。

[實施例]

圖1~圖7揭示實施例。2為空中走行車，亦 可為堆高式起重機、無人搬運車等走行台車，較佳是以1輪或複數輪的實心且合成樹脂製之走行車輪而走行者，作為走行車輪的劣化檢測對象。4為軌道，例如設於無塵室的空中走行車。在軌道4內，空中走行車2具備前後一對台車單元6、6，在台車單元6、6間配置有驅動輪單元8。10為空中走行車2的本體部。

驅動輪單元8，具備驅動輪亦即走行車輪12及走行電動機14，前後兩端以繞著鉛直軸旋動自如的方式被支撐於台車單元6、6，走行車輪12藉由彈推部16受到加壓而以規定的接觸壓力接觸軌道4的踏面(tread)50。走行車輪12為實心的胺甲酸乙酯橡膠車輪，藉由與踏面50之摩擦力，使空中走行車2走行。台車單元6，6具備從動輪20、與切換分歧和直進用的導引滾輪22、24，從動輪20與踏面51相接。此外，台車單元6、6具備受電單元28，藉由交叉滾柱軸承(cross roller bearing)30、30而支撐本體部10。另，走行車輪，亦可為底部而非上部與軌道相接。

空中走行車2具備線性感測器32，其讀取設置於軌道4之磁標記(magnetic mark)，來檢測空中走行車2的絕對位置。此外，藉由走行電動機14的未圖示之編碼器，來檢測走行車輪12的旋轉數。又，藉由未圖示之通訊單元，與地上側控制器通訊。本體部10具備橫向(lateral)單元34，使θ單元36與起重機38在水平面內與走行方向直角地橫向移動，θ單元36使起重機(hoist) 38繞著鉛直軸旋動，起重機38使具備夾頭41之臂40升降。軌道4具備踏面50、51，藉由絞合線(Litz wire)承座52、52支撐絞合線，對受電單元28以非接觸方式供電。

圖2揭示走行車輪的劣化檢測系統60，係從走行電動機14取出輸出扭矩的訊號及編碼器訊號，並以差分部61求出編碼器訊號與線性感測器的訊號之差分，藉此求出滑移速度。另，亦可改變線性感測器的訊號，而使用裝配於從動輪之編碼器的訊號等。此外，扭矩能夠由走行電動機14的驅動電流等來求出。

針對扭矩與滑移速度之成對資料，如圖3所示般定義異常區域，除此以外在正常/異常的判定當中，圖4的線L1、L2的斜率，尤其是線L1的斜率亦為有效。鑑此，抽出部62若檢測出扭矩與滑移速度的成對位於異常區域之異常資料，則會在暫存記憶體64計數其個數。例如，在一次的加速、定速走行、減速、停止之循環當中，只要有一次通過異常區域便將該循環訂為異常，而將每一天的異常循環個數記憶於暫存記憶體64。此外，為了求出圖4的線L1、L2的斜率，會對每個扭矩值記憶滑移速度大小的最大值。將此最大值於例如扭矩為負之區域相連接，便得到和圖4的線L1相對應之斜率及截距，於扭矩為正之區域相連接，便得到和線L2相對應之斜率及截距。記憶部66，例如於每個月，記憶每一天的異常資料(異常循環)個數的最大值、及一個月內的每個扭矩 值之滑移速度大小的最大值。

若發生軌道上附著了潤滑脂等和走行車輪狀態無關連之故障，則扭矩與滑移速度之軌跡會由圖3~圖5所示者顯著變化，成為不同性質的軌跡。鑑此，抽出部64亦可設計成，先檢查一個循環份的軌跡的大概形狀後，再僅針對妥適的大概形狀的軌跡做處理。

不藉由一次的異常資料檢測來判定劣化的理由在於避免干擾(noise)，每一天的異常資料的最大數亦可換成每一週，或一個月中的異常資料個數的總數等。抽出斜率與梯度之資料、或抽出斜率之資料，是為了作為正常/異常判定的參考，如果記憶體66的容量有餘裕，則亦可對異常資料記憶圖4之波形本身。對於正常/異常判定尤其有效的，是減速時的區域A，B，特別是減速時且扭矩的絕對值為軌跡中的最大值的40%以上之區域A。

走行車輪的壽命為數年左右，依使用狀況不同，尤其是彎道走行的次數不同，壽命會變動。因此，例如可每一週~每三個月判定走行車輪的正常/異常，例如當空中走行車到達維護用區域時，從輸出入68讀取記憶部66的資料，並藉由具備統計處理部82或診斷部84之個人電腦80、及監視器81，來檢測走行車輪的異常。另，亦可使用其他電腦來取代個人電腦。

亦可使用統計處理部82，而作業者由監視器81的顯示以視覺方式判定正常/異常。在此情形下，藉由統計處理部82，使監視器81顯示從走行車輪為新品時至 例如目前為止之，每個月的異常資料的最大值的變遷、和線L1，L2相對應之斜率等的變遷。此外，當系統60自行判定正常/異常的情形下，係在診斷部84評估該些資料，來判定正常/異常。除此以外，空中走行車亦可自我診斷走行車輪的正常/異常，例如在空中走行車內設置和診斷部84相同之自我診斷部70，當判定出異常便對地上側控制器報告。

圖3揭示5循環份的正常走行車輪的扭矩與滑移速度之軌跡，圖4揭示劣化的走行車輪的相同軌跡。另，圖3、圖4中走行車輪的接觸壓力預設為相同，軌跡的方向如圖3、圖4的箭頭所示。圖3、圖4的明顯差異在於，相對於滑移速度之扭矩的斜率，會因劣化而變小。另，即使是正常的走行車輪，因接觸壓力不同，也有加速時的滑移速度最大值趨近區域C側之例子。因此，若使用減速時是否通過區域A、B或區域A來做異常檢測，那麼檢測的可靠性會增加。

走行車輪最初為正常，在該時間點會得到許多和圖3類似之軌跡。鑑此，把脫離正常的軌跡分布之區域訂為異常區域，例如能夠使用圖3的區域A、B、C作為異常區域，較佳是使用異常區域A、B，最佳是使用異常區域A。此外，走行軌道的劣化特徵，為線L1、L2的斜率降低，尤其是線L1的斜率降低，故判定時若抽出該些斜率並與初始值比較，便容易判定正常/異常。

扭矩與滑移速度之軌跡，會因走行車輪的接 觸壓力而變化，若使接觸壓力降低，則軌跡會如圖5般變化。另，圖5中，是於設想實用上之範圍全體內使接觸壓力變化，而車輪劣化進展而得者。鑑此，較佳是當走行車輪為全新時，學習圖3的軌跡，並依據此來定義異常區域A等，同時記憶線L1或其斜率等。

圖6揭示用於正常/異常判定之初始設定，為走行車輪更換時、或將新的空中走行車設置於軌道時之處理(步驟1)。步驟2中，測定扭矩與滑移速度之軌跡，步驟3中定義異常區域A等，並記憶線L1、L2或線L1的初始值，或線L1的斜率等。

圖7揭示走行車輪的劣化檢測(正常/異常判定)，步驟11中檢測通過異常區域之循環，步驟12中抽出每個扭矩之滑移速度大小的最大值，藉此抽出線L1、L2或線L1中斜率成為最小者。步驟13中，求出一天中通過異常區域之軌跡的數量，並記憶其於一個月內的最大值(每一天通過異常區域之軌跡的數量的最大值)。此外，記憶線L1、L2或線L1的斜率於一個月內的最小值。

當空中走行車到達維護用區域時等，讀取記憶部的資料(步驟14)，由前述最大值與前述線的斜率的最小值，判定正常及異常，若為異常則更換走行車輪，執行圖6的手續(步驟15)。該判定，是由通過異常區域之軌跡的數量的變遷、及線L1、L2或線L1的斜率的最小值的變遷，來判定正常及異常。

圖8、圖9揭示劣化的走行車輪中的扭矩與滑移率，圖8揭示它們相對於時間之波形，圖9揭示扭矩與滑移率之軌跡，圖9之軌跡與專利文獻1記載之軌跡完全不同。圖8、圖9中看不出得以判定走行車輪劣化之特徵，此外此處雖未揭示，但即使是正常的走行車輪也會得到和圖9類似之軌跡。專利文獻1中，是設想檢測因減壓而造成前輪與後輪車輪直徑不同之狀況，在該情形下，考量滑移率會變化是合理的。而實施例中，則是研討走行車輪的磨耗所造成之表面粗糙化會對滑移速度有什麼樣的影響，而抽出其與扭矩之關係。接著發現若走行車輪的表面粗糙化，則相對於滑移速度之扭矩的梯度會變小，尤其是於走行台車減速時相對於滑移速度之扭矩的梯度會變小，而得知能夠由此檢測走行車輪的劣化。

Claims (6)

1. 一種走行車輪的劣化檢測方法，係藉由因走行電動機而旋轉之走行車輪來走行之走行台車的，走行車輪的劣化檢測方法，其特徵為，執行：將由走行車輪的旋轉數求出的速度、與走行台車的對地速度之差，求出成為滑移速度之步驟；依據走行電動機的扭矩與前述滑移速度於以扭矩及滑移速度為成分之空間當中通過了規定之異常區域，來檢測走行車輪的劣化之步驟。
2. 如申請專利範圍第1項所述之走行車輪的劣化檢測方法，其中，前述異常區域，是相對於滑移速度之扭矩的斜率為基準值以下之區域。
3. 如申請專利範圍第2項所述之走行車輪的劣化檢測方法，其中，前述異常區域，是前述走行台車的減速時之區域。
4. 如申請專利範圍第1~3項任一項所述之走行車輪的劣化檢測方法，其中，走行車輪為實心之合成樹脂製。
5. 一種走行車輪的劣化檢測系統，係藉由因走行電動機而旋轉之走行車輪來走行之走行台車的，走行車輪的劣化檢測系統，其特徵為，具備：用來將由走行車輪的旋轉數求出的速度、與走行台車的對地速度之差，求出成為滑移速度之手段；用來依據走行電動機的扭矩與前述滑移速度於以扭矩及滑移速度為成分之空間當中通過了規定之異常區域，來 檢測走行車輪的劣化之手段。
6. 一種走行台車，係藉由因走行電動機而旋轉之走行車輪來走行，且具備收集走行車輪的劣化檢測用資料的功能之走行台車，其特徵為，具備：用來將由走行車輪的旋轉數求出的速度、與走行台車的對地速度之差，求出成為滑移速度之手段；用來檢測並記憶走行電動機的扭矩與前述滑移速度於以扭矩及滑移速度為成分之空間當中通過了規定之異常區域之手段。