TWI585312B - 感測器結構 - Google Patents

Description

感測器結構

本發明提供一種感測器結構，其是與監測裝置及其監測方法有關。

按，隨著自動化產業的發展，自動化產業的周邊設備之需求也隨之產生，而各種傳動、導引裝置為完備自動化流程不可或缺的要素之一，其中，具有速度及精度需求的傳動就必須仰賴線性導引裝置進行傳動。

而為確保傳動的精準度，傳動過程中的各種物理數值必須確實符合要求，且必須在運轉前即確保線性傳動裝置的靜止物理數值(如背隙、預壓力或結構穩定性)，甚或運轉過程中嚴格掌控運轉產生的動態物理性質(如震動、溫昇及潤滑性)，其中，靜止物理數值通常在運轉前測量，並在運轉後或下一次運轉前再進行調校，而動態的物理性質則因動態物件有測量上的難度，因此通常選擇在裝配線性傳動裝置的周邊平台上量測震動值或溫昇值，至於潤滑性則必須透過另外的量測裝置進行量測；

由此可見，為了維持線性傳動裝置的運轉精準度，必須在事前量測，事中周邊量測，並在事後進行調校，極為費時費力，然而，即使如上述在運轉的前、中、後進行量測及調校，但由於線性傳動裝置的靜止物理數值只有在運轉前測量，運轉過程中若發生偏差或異常將無法得知因而有無法掌控的變素存在；且運轉過程中僅在周邊平台上的量測方式則無法精準測量出線性傳動裝置本身的數值，因而仍有精準度改良的空間；甚至，一般用以量測物理性質的量測器都僅具有單一量測功能，因此當要量測多種數值時就必須裝配多種量測器，如此將會造成空間配置上的限制；綜上可知，一般為了保持線性傳動裝置的運轉精度仍有諸多不便或缺失待改善，有鑑於此，本發明人潛心研究並更深入構思，歷經多次研發試作後，終於發明出一種感測器結構。

本發明提供一種感測器結構，其主要目的是改善一般感測器僅具單一感測功能因而有性能不足之缺失。

為達前述目的，本發明提供一種感測器結構，係裝設於一線性傳動裝置上，該感測器結構包含：

一基座，具有一裝置空間；

一電性連結埠，設置於該基座上且一端伸入該基座的裝置空間，另一端外露於該基座；

一感測單元，包含至少兩種物理量感測器以及一整合電路板，各該物理量感測器與該整合電路板電性連結以整合訊號，該感測單元設置於該基座上並與該電性連接埠電性連結；以及

一感觸埠，為一抗環境干擾機構且設置於該基座之一端。

本發明透過感測器結構的感測單元整合了至少兩種物理量感測器，因此能同時透過整合後的訊號計算出與線性傳動裝置運作相關的主要物理量(包含背隙、衝擊異常、熱變位及潤滑)，不須分別獨立裝配多種感測器，因此具有裝配便利、空間利用自由度高之優點。

本發明實施例提供一種感測器結構，請配合參閱圖1至圖6所示，其中，該感測器結構A包含：一基座10，空心結構並具有一裝置空間11；一電性連結埠20，設置於該基座10上且一端伸入該基座10的裝置空間11，另一端外露於該基座10；一感測單元30，包含至少兩種物理量感測器以及一整合電路板33，該物理量感測器為溫度感測器、一振動感測器、磁通感測器或距離感測器。而本實施例之感測單元30係同時設置兩種物理量感測器，包含一溫度感測器31 及一振動感測器32，該溫度感測器31及該振動感測器32與該整合電路板33電性連結以整合訊號，該感測單元30設置於該基座10上並與該電性連接埠20電性連結；一感觸埠40，為抗環境干擾機構，且該感觸埠40的一側設置一套槽41，另一側設置一環槽42，該感觸埠40以該套槽41面對該溫度感測器31的方向設置於該基座10的一端，並使該感觸埠40的套槽41套覆於該溫度感測器31外，而本實施例之感觸埠40為一種電氣絕緣機構；以及一封蓋50，固定結合於該基座10。

而本發明實施例之基座10的形態不限，可如圖1至圖3所示之基座10為空心圓筒形結構並形成該裝置空間11，該基座10的一端完全開放，另一端則具有一端面12，且該端面12上於中心位置開設一開放口121，該基座10的兩端之間更設置一穿口13，該穿口13與該裝置空間11連通，而該感觸埠40是貼抵於該基座10的端面12設置，透過複數螺鎖件S鎖結該感觸埠40與該端面12使該感觸埠40定位於該基座10的該端面12；而使該感觸埠40與該基座10定位的方式並不以此為限，也能透過於一與該環槽42形狀相同的磁鐵60設置於該環槽42內，藉該磁鐵60的磁吸力磁吸該基座10的該端面12以使該感觸埠40定位於該基座10上；且本例之該基座10的外表面更設置複數開槽14，並由該開槽14開設一結合孔141，該結合孔141貫穿該端面12；於此例中，該感測單元30的振動感測器32電性連結並固定於該整合電路板33上，而該整合電路板33容置於該裝置空間11內，該溫度感測器31則由一溫度感測頭311銜接複數引腳312所構成，該溫度感測器31的引腳312由該基座10的開放口121伸入該裝置空間11與該整合電路板33電性連結，而該溫度感測 器31的溫度感測頭311則位於該基座10的端面12一側並面對該感觸埠40的套槽41。

本發明之基座10亦可如圖4至圖6所示，該基座10的外觀為矩形而裝置空間11的輪廓則為一圓柱形輪廓，於此例中，該感觸埠40係一體成形於該基座10，且該感觸埠40的套槽41連通該裝置空間11，此外，該感測單元30係包含三整合電路板33平行間隔排列並以複數導電件34導電連結，而該溫度感測器31設置於其中一個該整合電路板33的一面，而該振動感測器32再設置於該整合電路板33的另一面上完成整合，該感測單元30容置於該裝置空間11內並以該溫度感測器31面對該感觸埠40的套槽41；另外，此例中該封蓋50為L形的板片結構，且該穿口13設置於該封蓋50上，而該電性連結埠20穿過該封蓋50上的穿口13伸入該裝置空間11內。

以上為本發明之感測器結構A的結構組態及特徵，而該感測器結構A裝配於線性傳動裝置B成為具有感測器的線性傳動裝置如圖7至圖12所示，其裝配的方式是將該感測器結構A以該感觸埠40貼抵於線性傳動裝置B的方位設置，如圖7、8所示之線性傳動裝置B為滾珠螺桿B1，且該感測器結構A以感觸埠40貼抵於滾珠螺桿B1的螺帽B11上之實施態樣；如圖9、10所示之線性傳動裝置B為線性滑軌B2，且是將該感測器結構A以感觸埠40貼抵於線性滑軌B2的滑塊B21之實施態樣；如圖11、12所示之線性傳動裝置B為軸承B3，且是將該感測器結構A以感觸埠40貼抵於軸承B3的實施態樣。

而本發明實施例之具有感測器的線性傳動裝置運作時，本發明實施例透過將感測器結構A直接設置於線性傳動裝置B上，據以直接感測線性傳動裝置B本身於運作過程中的物理量變化，而能即時測量得到最精準的物理量，在 本發明實施例的基礎下只要再搭配一運算單元C，該運算單元C與該電性連結埠20電性連接而能透過該電性連結埠20擷取該感測單元30感測之數據並能進行計算，計算後能針對異常數值進行即時警示，透過該運算單元C存取感測數值並經過運算就能得到所需監測值。

而由於本發明實施例之感測器結構A的感測單元30係包含溫度感測器31以及振動感測器32的整合電路，因此能感測計算出以下幾種線性傳動裝置A相關的主要運作數值，包含：透過該運算單元C持續擷取感測單元30的振動感測器32之振動訊號，並透過特徵階次追蹤法即能求得該線性傳動裝置B的即時背隙量之變化，據以達到在線性傳動裝置B運作過程中即時偵測背隙量，並在背隙量異常時即時警示而能即時調整背隙量，精準監控之目的；透過該運算單元C持續擷取感測單元30之振動訊號，並透過極限值分析而能即時偵測振動量，據以達到在線性傳動裝置B運作過程中即時偵測振動量，並在振動異常時即時警示而能即時排除異常、精準監控之目的；透過該運算單元C在固定的時間區間擷取感測單元30之溫度感測器31之溫度訊號，並透過演算法計算出熱變位，據以達到在線性傳動裝置B運作過程中即時偵測溫升值，並在溫升異常時即時警示而能即時排除異常、精準監控之目的；透過該運算單元C持續擷取感測單元30之振動感測器32之振動訊號，並透過演算法以振動能量計算判斷油量是否充足，據以達到在線性傳動裝置B運作過程中即時監測潤滑油量是否充足，而能在潤滑油量不足時即時啟動注油機而能確保潤滑性及運作正常之目的；綜上可知，本發明實施例主要是將感測器結構A直接設置於線性傳動裝置B上，因此本發明實施例之感測器結構A能直接感測到線性傳動裝置B於運作過程中的各種物理量變化，因此能感測到最直接最精準的數據，而能做最精準最即時的監控，確保加工或傳送的精準度。

此外，本發明實施例之感測器結構A的感測單元30整合了溫度感測器31及振動感測器32，因此能同時透過溫度訊號及振動訊號計算出與線性傳動裝置B運作相關的主要物理量(包含背隙、衝擊異常、熱變位及潤滑)，不須分別獨立裝配多種感測器，因此具有裝配便利、空間利用自由度高之優點；當然，改變物理量感測器的種類及數量也就能對應改變所偵測之結果而能做不同之運用，因此物理量感測器的種類及數量不應侷限於本發明實施例所揭示。

而同樣地由於本發明之感測器結構A透過電路整合而能在運轉過程中持續監測所需監控數據，不須停機測試，因此能降低停機測試所需占用的時間，提高該線性傳動裝置之產值；

此外，本發明實施例的感測器結構A特別於基座10上設置該感觸埠40，且該感測單元30的溫度感測器31之位置對應設置於該感觸埠40的位置，因此在裝配該感測器結構A時，該感測器結構A能以該感觸埠40直接貼抵於線性傳動裝置B，據以感測最直接的溫度變化，降低溫度感測的誤差值，本發明實施例透過該感觸埠40的配置而能以最簡便的方式安裝並得到最精準的感測結果，使用上極為便利；

再者，本發明為更便於安裝該感測器結構A，因此特別於該基座10的外表面設置各該開槽14，並於該開槽14開設貫穿至該端面12的結合孔141，如此，即能於該基座10外的結合孔141內穿設螺鎖件S，透過螺鎖件S將該基座10鎖設於線性傳動裝置B上，安裝極為便利；

還有，為更提高本發明實施例之感測器結構A的感測精準度，裝配該感測器結構A的位置能被進一步地限定，如圖7、8例來說，將該感測器結構A裝配於滾珠螺桿B1的螺帽B11時，該螺帽B11上配置有複數循環元件B12，由於滾珠螺桿B1的滾珠會於該循環元件B12內循環滾動，因此該循環元件B12可謂產出溫度、振動訊號的訊號源，以該滾珠螺桿B1的螺帽B11的中心點為圓心O，該循環元件B12距離該圓心O最遠的一點至圓心O之間的連線為一訊號源半徑r，而該訊號源半徑r周圍具有一訊號敏感區M，該訊號敏感區M為由該圓心O以一訊號敏感半徑R劃一圓形所界定出，而該訊號敏感半徑R大於該訊號源半徑r，且該訊號敏感半徑R與該訊號源半徑r的差值小於10mm。在將該感測器結構A裝配於該訊號敏感區M中即能得到最精準的訊號源，而得以做最精準的監測。

A‧‧‧感測器結構

10‧‧‧基座

11‧‧‧裝置空間

12‧‧‧端面

121‧‧‧開放口

13‧‧‧穿口

14‧‧‧開槽

141‧‧‧結合孔

20‧‧‧電性連結埠

30‧‧‧感測單元

31‧‧‧溫度感測器

311‧‧‧溫度感測頭

312‧‧‧引腳

32‧‧‧振動感測器

33‧‧‧整合電路板

34‧‧‧導電件

40‧‧‧感觸埠

41‧‧‧套槽

42‧‧‧環槽

50‧‧‧封蓋

60‧‧‧磁鐵

S‧‧‧螺鎖件

B‧‧‧線性傳動裝置

B1‧‧‧滾珠螺桿

B11‧‧‧螺帽

B12‧‧‧循環元件

B21‧‧‧滑塊

B3‧‧‧軸承

C‧‧‧運算單元

O‧‧‧圓心

r‧‧‧訊號源半徑

M‧‧‧訊號敏感區

R‧‧‧訊號敏感半徑

圖1 為本發明感測器結構的立體結構分解圖。

圖2 為本發明感測器結構的立體結構外觀圖。

圖3 為本發明感測器結構的剖視圖。

圖4 為本發明感測器結構的另一實施例之立體結構外觀圖。

圖5 為圖4例的立體結構分解圖。

圖6 為圖4例的剖視圖。

圖7 為本發明感測器結構裝配於滾珠螺桿型態的線性傳動裝置之示意圖。

圖8 為本發明感測器結構裝配於滾珠螺桿型態的線性傳動裝置之組合圖。

圖9 為本發明感測器結構裝配於線性滑軌型態的線性傳動裝置之示意圖。

圖10 為本發明感測器結構裝配於線性滑軌型態的線性傳動裝置之組合圖。

圖11 為本發明感測器結構裝配於軸承型態的線性傳動裝置之示意圖。

圖12 為本發明感測器結構裝配於軸承型態的線性傳動裝置之組合圖。

10‧‧‧基座

11‧‧‧裝置空間

12‧‧‧端面

121‧‧‧開放口

13‧‧‧穿口

14‧‧‧開槽

141‧‧‧結合孔

20‧‧‧電性連結埠

30‧‧‧感測單元

31‧‧‧溫度感測器

311‧‧‧溫度感測頭

312‧‧‧引腳

32‧‧‧振動感測器

33‧‧‧整合電路板

40‧‧‧感觸埠

42‧‧‧環槽

50‧‧‧封蓋

60‧‧‧磁鐵

S‧‧‧螺鎖件

Claims (9)

1. 一種感測器結構，係裝設於一線性傳動裝置上，該感測器結構包含：一基座，具有一裝置空間；一電性連結埠，設置於該基座上且一端伸入該基座的裝置空間，另一端外露於該基座；一感測單元，包含至少兩種物理量感測器以及一整合電路板，各該物理量感測器與該整合電路板電性連結以整合訊號，該感測單元設置於該基座上並與該電性連接埠電性連結；以及一感觸埠，為一抗環境干擾機構且設置於該基座之一端；其中，係以該感觸埠貼抵於該線性傳動裝置，該線性傳動裝置為滾珠螺桿、線性滑軌或軸承，其中該線性傳動裝置為滾珠螺桿，該感測器結構裝配於滾珠螺桿的螺帽，該螺帽上配置有複數循環元件，以該螺帽的中心點為圓心，該循環元件距離該圓心最遠的一點至圓心之間的連線為一訊號源半徑，而該訊號源半徑周圍具有一訊號敏感區，該訊號敏感區為由該圓心以一訊號敏感半徑劃一圓形所界定出，而該訊號敏感半徑大於該訊號源半徑，且該訊號敏感半徑與該訊號源半徑的差值小於10mm。
2. 如申請專利範圍第1項所述的感測器結構，其中，該感觸埠的一側設置一套槽，該感觸埠以該套槽面對該物理量感測器的方向設置於該基座，並使該感觸埠的套槽套覆於該物理量感測器外，其中該感觸埠為電氣絕緣機構。
3. 如申請專利範圍第1項所述的感測器結構，其中，該物理量感測器為溫度感測器、一振動感測器、磁通感測器或距離感測器。
4. 如申請專利範圍第1項所述的感測器結構，其中，該感測單元包含兩種物理量感測器，分別為一溫度感測器與一振動感測器。
5. 如申請專利範圍第2項所述的感測器結構，其中，該基座為空心圓筒形結構並形成該裝置空間，該基座的一端完全開放，另一端則具有一端面，該端面上於中心位置開設一開放口，該基座的兩端之間更設置一穿口，該穿口與該裝置空間連通，而該感測單元的其中一種物理量感測器為一溫度感測器，該溫度感測器由一溫度感測頭銜接複數引腳所構成，該溫度感測器的引腳由該基座的開放口伸入該裝置空間與該整合電路板電性連結，而該溫度感測器的溫度感測頭則位於該基座的端面一側並面對該感觸埠的套槽，而該感觸埠是貼抵於該基座的端面設置，另有一封蓋固定結合於該基座完全開放的一端。
6. 如申請專利範圍第1項所述的感測器結構，其中，該感觸埠以螺鎖件鎖固於該基座。
7. 如申請專利範圍第2項所述的感測器結構，其中，該感觸埠的另一側設置一環槽，該環槽內設置一與該環槽形狀相同的磁鐵，該磁鐵的磁吸力磁吸該基座使該感觸埠定位於該基座上。
8. 如申請專利範圍第2項所述的感測器結構，其中，該基座的外觀為矩形而該裝置空間的輪廓則為一圓柱形輪廓，該感觸埠一體成形於該基座，該感觸埠的套槽連通該裝置空間，且該感測單元係包含複數整合電路板平行間隔排列並以複數導電件導電連結，該感測單元包含兩種物理量感測器，分別為一溫度感測器與一振動感測器，該溫度感測器設置於其中一個該整合電路板的 一面，而該振動感測器再設置於該整合電路板的另一面上完成整合，該感測單元容置於該裝置空間內並以該溫度感測器面對該感觸埠的套槽；另包含一呈L形板片結構的封蓋，該穿口設置於該封蓋上，而該電性連結埠穿過該封蓋上的穿口伸入該裝置空間內。
9. 如申請專利範圍第5項所述的感測器結構，其中，該基座的外表面更設置複數開槽，並由該開槽開設一結合孔，該結合孔貫穿該端面。