TW202117298A - 動不平衡檢測模組與使用此檢測模組的動不平衡檢測裝置 - Google Patents

Abstract

本發明描述了一種動不平衡檢測模組，其結構上包含有一彈性金屬片與至少一個應變片。其中彈性金屬片具有相對設置的一第一固定端部與一第二固定端部，第一固定端部係可被固定不動，第二固定端部用以固定並支撐旋轉機構，彈性金屬片可受旋轉機構的水平擺盪而彈性變形。應變片是設於彈性金屬片的一側面並可偵測彈性金屬片的形變量。通過上述動不平衡檢測的結構設計，可搭配一旋轉機構使用並有效測量設於旋轉機構上的待測物的動不平衡量。

Description

動不平衡檢測模組與使用此檢測模組的動不平衡檢測裝置

本發明係與有關於一種動不平衡檢測模組與使用此檢測模組的動不平衡檢測裝置，能偵測待測物的動不平衡量。

多數能被驅動而轉動的機械元件(例如刀桿、皮帶輪、齒輪等)機械元件，其結構設計需要考慮到轉動時的動不平衡量，通過適度的補償與校正，能有效降低機械元件轉動時所產生的不必要的震動或異音。

為了有效測量機械元件的動不平衡量，以便於後續對機械元件進行校正與補償，傳統上，是使用動平衡機來進行動不平衡量的檢測。然而，傳統的動平衡機的動不平衡檢測模組是採用力規(壓電石英晶體)或加速規來進行檢測，眾所周知，力規的售價相當昂貴，導致整體動平衡機的售價居高不下，造成傳統的動平衡機在市場上較不具有價格上的競爭優勢。

有鑑於此，本發明的其中一個目的乃在於針對現有技術的缺失而進行改良，進而提出一種動不平衡檢測模組，其能幫助檢測出待測物的動不平衡量，並且價格上具有競爭優勢。

緣是，依據以下實施例所提供的一種動不平衡檢測模組，其可搭配一旋轉機構使用並用於測量設於旋轉機構上的一待測物的一動不平衡量，上述動不平衡檢測模組包含有一彈性金屬片與至少一個應變片。其中彈性金屬片具有相對設置的一第一固定端部與一第二固定端部，第一固定端部係可被固定不動，第二固定端部用以固定並支撐旋轉機構，彈性金屬片可受旋轉機構的水平擺盪而彈性變形。應變片是設於彈性金屬片的一側面並可偵測彈性金屬片的形變量。

通過上述動不平衡檢測模組的結構設計，當使用者通過旋轉機構來轉動待測物以檢測待測物的動不平衡量時，若然在轉動待測物的過程中，待測物因其本身動不平衡量而造成旋轉機構的水平擺盪，旋轉機構的水平擺盪的作用力將傳遞到彈性金屬片，由於第一固定端部是固定不動的，上述作用力將造成彈性金屬片的彈性變形，如此應變片即能檢測到彈性金屬片的形變量，此一形變量經由校準，並配合旋轉機構實際的旋轉角度，即可計算出待測物的動不平衡量。上述動不平衡檢測模組使用相對較低單價的彈性金屬片與應變片，無需使用昂貴的力規或加速規，其整體售價較為低廉，具有價格上的競爭優勢。

在其中一個方面，彈性金屬片在結構上係呈矩形而具有一中心線，第一固定端部與第二固定端部是分別位於中心線的二側，由於彈性定位片在中心線的位置的形變量最大，將應變片設於中心線上，可更有效地檢測彈性金屬片的形變量。

在另一個方面，應變片的設置數量也可以為二個，並且該二應變片可分別設置於彈性金屬片的相對二側面，如此可更準確地偵測彈性金屬片的形變量。

在另一個方面，也可選擇在彈性應變片的中心線上以例如鑽孔的方式形成多個鏤空孔，藉以增加彈性金屬片於中心線上的形變量。在其中一種情況上，可選擇形成二個鏤空孔，並將應變片設在二個鏤空孔之間。

在另一個方面，可使用鎖附或黏附的方式而將應變片固定於彈性金屬片，然本發明並不以此為限。

在另一個方面，以下實施例也說明了一種動不平衡檢測裝置，其用以偵測一待測物的一動不平衡量，此動不平衡檢測裝置包含有：一機座、一旋轉機構與一動不平衡檢測模組。其中，旋轉機構包含有一轉動件與一固定件，固定件係呈中空狀，轉動件是可被驅動而可轉動地設於固定件內，轉動件的中央設有一固定座以固定待測物。動不平衡檢測裝置包含有一彈性金屬片與至少一個應變片，彈性金屬片具有相對設置的一第一固定端部與一第二固定端部，第一固定端部係固設於機座，第二固定端部固設於旋轉機構的固定件並支撐旋轉機構。彈性金屬片可受旋轉機構的水平擺盪而彈性變形，上述至少一應變片是設於彈性金屬片的一側面以偵測彈性金屬片的形變量。

在另一個方面，旋轉機構還包含有一馬達與一皮帶，馬達具有一動力輸出軸與一第一皮帶輪，第一皮帶輪是設於動力輸出軸。轉動件還具有一轉軸，轉軸上套設有一第二皮帶輪，皮帶連接第一與第二皮帶輪，讓馬達能通過皮帶而驅動轉動件旋轉。

為了能幫助量測三維方向上的動不平衡量，可選擇使用二個彈性金屬片與二個應變片，並讓上述二個應變片是分別設於上述二個彈性金屬片。上述二個彈性金屬片都是固設於機座與固定件之間，並且上述二個彈性金屬片係上下間隔地排列且位於同一個虛擬的平面。

在另一個方面，為了計算出待測物的動不平衡量，可選擇在旋轉機構的固定件上設置一角度偵測器，並使角度偵測器對應於轉動件以偵測轉動件的轉動角度。角度偵測器可為一編碼器，其亦可採用遮斷式開關或光電開關來量測轉動件的轉動角度，但本發明並不以此為限。

在另一個方面，機座係呈中空狀，並且旋轉機構是位於機座內，彈性金屬片的第一固定端部是固定於機座的內壁。在其中一種情況，檢測裝置還包含有至少二彈簧模組，該至少二彈簧模組是等角度地設於機座的內壁並且凸向旋轉機構，藉以限制旋轉機構的最大水平擺盪的範圍。

以下藉由所列舉的若干實施例配合圖式，詳細說明本發明的技術內容及特徵，本說明書內容所提及的“上”、“下”、“內”、“外”、“頂”、“底”等方向性形容用語，只是以正常使用方向為基準的例示描述用語，並非作為限制主張範圍的用意。

為了詳細說明本發明的技術特點所在，茲舉以下的實施例並配合圖式說明如後，其中：

如圖1與圖2所示，實施例所提供的一種動不平衡檢測裝置1，其用以偵測一待測物(圖未繪示)的一動不平衡量，動不平衡檢測裝置1包含有一機座10、一旋轉機構20與二動不平衡檢測模組30A,30B。

如圖1至圖3所示，機座10在結構上係概呈中空狀的方柱形，機座10具有相對設置的第一牆體11與第二牆體12以及連接第一牆體11與第二牆體12的一第三牆體13。第一牆體11與第二牆體12分別設置有二組彈簧模組50A,50B以及二組彈簧模組50C,50D，彈簧模組50A,50B是固定於第一牆體11的內壁，彈簧模組50C,50D是固定於第二牆體12的內壁，彈簧模組50A,50B與彈簧模組50C,50D是等角度地設置，彈簧模組50A-50D都是凸向機座10內並指向旋轉機構20，藉以限制旋轉機構20的最大水平擺盪範圍。第三牆體13的內壁還設有一組金屬片夾持座14，金屬片夾持座14具有一第一夾持件141與第二夾持件142，第一與第二夾持件141,142可通過螺絲S的鎖附的方式而彼此相互靠近或遠離。

請參考圖2與圖4。旋轉機構20包含有一轉動件21與一固定件22，固定件22係呈中空狀的圓筒結構，其外周面也設有一組金屬片夾持座23，金屬片夾持座23的結構與金屬片夾持座14相同，並同樣具有一第一夾持件231與第二夾持件232，使得第一與第二夾持件231,232可通過螺絲S的鎖附的方式而彼此相互靠近或遠離。轉動件21是可被驅動而可轉動地且同軸地設於固定件22內，轉動件21的頂面的中央設有一固定座212以固定待測物。為了驅動轉動件21轉動，於本實施例中，旋轉機構20還包含有一馬達24與一皮帶25(如圖4所示)，馬達24具有一動力輸出軸241與一第一皮帶輪242，第一皮帶輪242是套接於動力輸出軸241。轉動件21還具有一轉軸211，轉軸211向下凸出於固定件22之外(固定件22設有孔以供轉軸211通過)，並且轉軸211上套設有一第二皮帶輪213，皮帶25連接第一與第二皮帶輪242,213，使得馬達24運作時，馬達24可通過皮帶25而驅動轉動件21轉動。

請參考圖2、圖5與圖6。本實施例採用了二組動不平衡檢測模組30A,30B，每一組動不平衡檢測模組30A,30B都包含有一彈性金屬片31與一應變片32，並且上述二組動不平衡檢測模組30A,30B是彼此上下間隔地排列且位於同的且虛擬的一平面，亦即上述二組動不平衡檢測模組30A,30B的彈性金屬片31是呈線性排列。由於上述二組動不平衡檢測模組30A,30B的結構是相同的，以下將僅說明其中一組動不平衡檢測模組30A的結構設計，另一組動不平衡檢測模組30B則可依此類推。

如圖5與圖6所示，彈性金屬片31係呈矩形薄片狀而具有一中心線C，以及相對地設置中心線C二側的一第一固定端部311與一第二固定端部312，第一固定端部311與第二固定端部312都設有若干個定位孔313(本實施例為二個定位孔313，定位孔313的數量可視實際情況而加以調整)，並且中心線C上還設有上下間隔設置的二個鏤空孔314。彈性金屬片31的第一固定端部311被金屬片夾持座14所夾持(見圖2)，並且彈性金屬片31的一側是通過金屬片夾持座14而固設於機座10的第三牆體13的內壁。第二固定端部312被金屬片夾持座23所夾持，並且彈性金屬片31的另一側是通過金屬片夾持座23而固設於旋轉機構20的固定件22。因此如同圖4所示，整個旋轉機構20是通過上述二組動不平衡檢測模組30A,30B而支撐於機座10的第三牆體13。請回到圖5，應變片32是黏附於彈性金屬片31的側面上，應變片32在位置上是位於中心線C上並位於上述二個鏤空孔314之間。應變片32設有若干的導線321以作為訊號的輸入與輸出。當彈性金屬片31受到旋轉機構20的水平擺盪而彈性變形時，應變片32可產生電阻值的變化，藉以偵測彈性金屬片31微小的形變量。

為了幫助後續計算待測物的動不平衡量，本實施例還使用了一角度偵測器40，角度偵測器40於本實施例中為一編碼器(encoder)，其設於固定件22並對應轉動件21的轉軸211，藉以偵測轉動件21的轉速與轉動角度。

經由上述動不平衡檢測裝置1的設計，當使用者想要測量待測物的動不平衡量時，使用者可將待測物固定於轉動件21的固定座212上，啟動馬達24以驅動轉動件21進行轉動，定義轉動件21的絕對零點位置，並通過角度偵測器40來偵測轉動件21的轉速與轉動角度。在轉動件21的轉動過程中，若然待測物的結構設計上具有動不平衡量，此一動不平衡量將導致旋轉機構20的水平擺盪，旋轉機構20的水平擺盪的作用力將傳遞到彈性金屬片31並造成彈性金屬片31的彈性變形。此時應變片32即能檢測到彈性金屬片31的形變量而產生電阻值的變化，後續便可匹配惠斯頓電橋電路、放大器電路、類比/數位轉換電路、鎖相迴路電路，並進一步地對訊號進行正規化、濾波與分析流程，進而搭配角度偵測器40所獲得的旋轉角度，計算出待測物的動不平衡量，以供使用者後續對待測物的動不平衡量進行補償。

綜上所述，上述實施例的動不平衡檢測裝置1確實可使用相對較低單價的檢測模組30A,30B，無需使用昂貴的力規或加速規，但同樣能有效地幫助偵測待測物的動不平衡量。動不平衡檢測裝置1的整體成本可望降低，使其具有價格上的競爭優勢，以上皆為本發明的特點所在。

上揭段落所列舉之實施例係用以闡明本實施例的可行實施態樣，本發明不限定於上述所舉例之實施態樣，凡在本發明所揭示之思想範圍內，對其作些許潤飾與變化仍應屬與本發明之範圍。

1:檢測裝置 10:機座 11:第一牆體 12:第二牆體 13:第三牆體 14:金屬片夾持座 141:第一夾持件 142:第二夾持件 20:旋轉機構 21:轉動件 211:轉軸 212:固定座 213:第二皮帶輪 22:固定件 23:金屬片夾持座 231:第一夾持件 232:第二夾持件 24:馬達 241:動力輸出軸 242:第一皮帶輪 25:皮帶 30A,30B:檢測模組 31:彈性金屬片 311:第一固定端部 312:第二固定端部 313:定位孔 314:鏤空孔 32:應變片 321:導線 40:角度偵測器 50A-50D:彈簧模組 C:中心線 S:螺絲

有關動不平衡的檢測模組的詳細構造、特點或使用方式將於以下的實施例予以說明，然而，應能理解的是，以下將說明的實施例以及圖式僅只作為示例性地說明，其不應用來限制本發明的申請專利範圍，其中：

圖1係實施例的動不平衡檢測裝置的立體圖； 圖2係類似於圖1，其省略繪示部分的機座與皮帶； 圖3係圖1的上視圖； 圖4係圖2的側視圖，其省略繪示部分的機座； 圖5係實施例的彈性金屬片的立體圖；以及 圖6係圖5的平面圖。

1:檢測裝置

10:機座

11:第一牆體

12:第二牆體

13:第三牆體

20:旋轉機構

50A-50B:彈簧模組

Claims (12)

1. 一種動不平衡檢測模組，可搭配一旋轉機構使用並用於幫助測量設於該旋轉機構上的一待測物的一動不平衡量，該動不平衡檢測模組包含有： 一彈性金屬片，具有相對設置的一第一固定端部與一第二固定端部，該第一固定端部係可被固定不動，該第二固定端部用以固定並支撐該旋轉機構，該彈性金屬片可受該旋轉機構的水平擺盪而彈性變形； 至少一應變片，設於該彈性金屬片的一側面以偵測該彈性金屬片的形變量。
2. 如請求項1所述的動不平衡檢測模組，其中該彈性金屬片係呈矩形而具有一中心線，該第一固定端部與該第二固定端部是分別位於該中心線的二側，並且該應變片是設於該中心線上。
3. 如請求項1所述的動不平衡檢測模組，其中該至少一應變片為二個應變片，並且該二應變片是分別設於該彈性金屬片的相對二側面。
4. 如請求項1所述的動不平衡檢測模組，其中該中心線上還設有複數個鏤空孔。
5. 如請求項4所述的動不平衡檢測模組，其中該等鏤空孔為二個鏤空孔，該至少一應變片為一個應變片，並且該應變片是設於該二鏤空孔之間。
6. 如請求項1所述的動不平衡檢測模組，其中該至少一應變片是黏附於該彈性金屬片的側面。
7. 一種動不平衡檢測裝置，用以幫助測量一待測物的一動不平衡量，該動不平衡檢測裝置包含有： 一機座； 一旋轉機構，包含有一轉動件與一固定件，該固定件係呈中空狀，該轉動件是可被驅動而可轉動地設於該固定件內，該轉動件的中央設有一固定座以固定該待測物； 一動不平衡檢測模組，包含有一彈性金屬片與至少一應變片，該彈性金屬片具有相對設置的一第一固定端部與一第二固定端部，該第一固定端部係固設於該機座，該第二固定端部固設於該旋轉機構的該固定件並支撐該旋轉機構，該彈性金屬片可受該旋轉機構的水平擺盪而彈性變形，該至少一應變片是設於該彈性金屬片的一側面以偵測該彈性金屬片的形變量。
8. 如請求項7所述的動不平衡檢測裝置，其中該旋轉機構還包含有一馬達與一皮帶，該馬達具有一動力輸出軸與一第一皮帶輪，該第一皮帶輪是設於該動力輸出軸，該轉動件還具有一轉軸，該轉軸上套設有一第二皮帶輪，該皮帶連接該第一皮帶輪與該第二皮帶輪。
9. 如請求項7所述的動不平衡檢測裝置，其中該動不平衡檢測模組是包含有二彈性金屬片與二應變片，該二應變片分別設於該二彈性金屬片，並且該二彈性金屬片都是固設於該機座與該固定件之間，該二彈性金屬片係彼此上下間隔地排列且位於同一虛擬的平面。
10. 如請求項7所述的動不平衡檢測裝置，更包含有一角度偵測器，該角度偵測器設於該固定件或該機座並對應該轉動件以偵測該轉動件的轉動角度，其中該角度偵測器為一編碼器。
11. 如請求項7所述的動不平衡檢測裝置，其中該機座係呈中空狀，並且該旋轉機構是位於該機座內，該彈性金屬片的該第一固定端部是固定於該機座的內壁。
12. 如請求項11所述的動不平衡檢測裝置，更包含有至少二彈簧模組，該至少二彈簧模組是等角度地設於該機座的內壁並且指向該旋轉機構。

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