TWI665436B - 防振腳座健康狀態監測裝置及其方法 - Google Patents

防振腳座健康狀態監測裝置及其方法 Download PDF

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程文男
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莊鎭瑋
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邱昱阩
Ren Zh Lu
呂仁智
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Abstract

一種防振腳座健康狀態監測裝置，其可包含複數個振動偵測器、訊號擷取器及訊號處理器。該些振動偵測器可偵測機械裝置之振動訊號；機械裝置可包含複數個防振腳座。訊號擷取器可擷取該些振動偵測器之振動訊號。訊號處理器可執行模態頻率分析程序以分析該些振動偵測器之振動訊號，並可計算該些防振腳座之目前狀態之自然頻率所對應之模態以做為測試模態，再將測試模態與該些防振腳座在最佳化狀態之自然頻率對應之參考模態比對以判斷該些防振腳座之健康狀態。

Description

防振腳座健康狀態監測裝置及其方法
本發明係有關於一種機器效能改良技術，特別是一種防振腳座健康狀態監測裝置。本發明還涉及此裝置之防振腳座健康狀態監測方法。
隨著機械產業蓬勃的發展，對於機械裝置的精度要求也越來越高。一個機械裝置，如工具機等，通常具有多個防振腳座，其主要安裝於地面上用以支撐機械裝置的底部；機械裝置之製造商會依據客戶的需求提供不同結構之防振腳座，用以隔絕機械裝置跟地面之間振動傳遞及調整機械裝置的水平度。
一般而言，當進行機械裝置的水平度調整時，使用者需將水平儀安裝於機械裝置上的工作床台上；接著，使用者可移動工作床台，並藉由調整防振腳座的高低來校正機械裝置之水平度，使其符合水平度標準值。
然而，雖然使用者已將機械裝置之水平度調整至符合水平度標準值，但使用者並無法判定防振腳座與地面間之接觸剛性是否足夠；而若機械裝置之任一個防振腳座與地面間之接觸剛性不足，則機械裝置將容易在加工過程中產生異常振動，如此則會降低到加工成品之精度。
因此，如何提出一種防振腳座健康狀態監測技術，能夠有效改善機械裝置之防振腳座與地面間之潛在的接觸剛性不足的情況已成為一個刻不容緩的問題。
有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之其中一目的就是在提供一種防振腳座健康狀態監測裝置及其方法，以解決機械裝置之防振腳座與地面間之潛在的接觸剛性不足的問題。
根據本發明之其中一目的，提出一種防振腳座健康狀態監測裝置，其可包含複數個振動偵測器、訊號擷取器及訊號處理器。該些振動偵測器可偵測機械裝置之振動訊號，機械裝置可含複數個防振腳座。訊號擷取器可擷取該些振動偵測器之振動訊號。訊號處理器可執行模態頻率分析程序以分析該些振動偵測器之振動訊號，並可計算該些防振腳座之目前狀態之自然頻率所對應之模態以做為測試模態，再將測試模態與該些防振腳座在最佳化狀態之自然頻率對應之參考模態比對以判斷該些防振腳座之健康狀態。
在一較佳的實施例中，該些防振腳座之健康狀態可表示該些防振腳座與地面之間之接觸剛性。
在一較佳的實施例中，該些振動偵測器可偵測機械裝置在激振後產生之振動訊號。
在一較佳的實施例中，該些振動偵測器可為加速規。
在一較佳的實施例中，訊號處理器可執行位移傳遞率計算程序以計算該些振動偵測器之位移傳遞率。
在一較佳的實施例中，訊號處理器可根據該些振動偵測器之振動訊號計算該些振動偵測器之位移傳遞率。
在一較佳的實施例中，訊號處理器可執行功率頻譜密度函數分析以計算該些振動偵測器之振動訊號之比值以獲得該些振動偵測器之位移傳遞率。
在一較佳的實施例中，訊號處理器可執行奇異值分解程序以計算該些振動偵測器之位移傳遞率所組成之位移傳遞率矩陣之奇異值，並可根據奇異值計算該些防振腳座之目前狀態之自然頻率。
在一較佳的實施例中，訊號處理器可執行狀態診斷程序以計算參考模態與測試模態之間之模態可信度。
在一較佳的實施例中，當模態可信度大於門檻值，訊號處理器可判斷該些防振腳座處於最佳化狀態。
在一較佳的實施例中，當模態可信度小於門檻值，訊號處理器可判斷該些防振腳座不處於最佳化狀態。
根據本發明之其中一目的，再提出一種防振腳座健康狀態監測方法，其可包含下列步驟：以複數個振動偵測器偵測包含複數個防振腳座之機械裝置之振動訊號；擷取該些振動偵測器之振動訊號；執行模態頻率分析程序以分析該些振動偵測器之振動訊號，並計算該些防振腳座之目前狀態之自然頻率所對應之模態以做為測試模態；以及將測試模態與該些防振腳座在最佳化狀態之自然頻率對應之參考模態比對以判斷該些防振腳座之健康狀態。
在一較佳的實施例中，該些防振腳座之健康狀態可表示每一個防振腳座與地面之間之接觸剛性。
在一較佳的實施例中，以複數個振動偵測器偵測機械裝置之振動訊號之步驟更可包含下列步驟：激振機械裝置。
在一較佳的實施例中，執行模態頻率分析程序以分析該些振動偵測器之振動訊號，並計算該些防振腳座之目前狀態之自然頻率所對應之模態以做為測試模態之步驟更包含下列步驟：執行位移傳遞率計算程序以根據該些振動偵測器之振動訊號計算該些振動偵測器之位移傳遞率。
在一較佳的實施例中，執行位移傳遞率計算程序以計算該些振動偵測器之位移傳遞率之步驟更包含下列步驟：執行功率頻譜密度函數分析以計算該些振動偵測器之振動訊號之比值以獲得該些振動偵測器之位移傳遞率。
在一較佳的實施例中，執行模態頻率分析程序以分析該些振動偵測器之振動訊號，並計算該些防振腳座之目前狀態之自然頻率所對應之模態以做為測試模態之步驟更包含下列步驟：執行奇異值分解程序以計算該些振動偵測器之位移傳遞率所組成之位移傳遞率矩陣之奇異值，以根據奇異值計算該些防振腳座之目前狀態之自然頻率。
在一較佳的實施例中，將測試模態與該些防振腳座在最佳化狀態之自然頻率對應之參考模態比對以判斷該些防振腳座之健康狀態之步驟更包含下列步驟：執行一狀態診斷程序以計算參考模態與測試模態之間之模態可信度。
在一較佳的實施例中，將測試模態與該些防振腳座在最佳化狀態之自然頻率對應之參考模態比對以判斷該些防振腳座之健康狀態之步驟更包含下列步驟：當模態可信度大於門檻值，判斷該些防振腳座處於最佳化狀態。
在一較佳的實施例中，將測試模態與該些防振腳座在最佳化狀態之自然頻率對應之參考模態比對以判斷該些防振腳座之健康狀態之步驟更包含下列步驟：當模態可信度小於門檻值，判斷該些防振腳座不處於最佳化狀態。
承上所述，依本發明之防振腳座健康狀態監測裝置及其方法，其可具有一或多個下述優點：
(1)本發明之一實施例中，防振腳座健康狀態監測裝置執行模態頻率分析程序以判斷防振腳座之健康狀態，因此可以有效地監測各個防振腳座與 地面間之接觸剛性是否足夠，故可有效地防止機械裝置在加工過程中產生異常振動，使機械裝置的精度大幅提升。
(2)本發明之一實施例中，防振腳座健康狀態監測裝置可偵測機械裝置在激振後產生之振動訊號，因此可獲得更為正確的振動訊號，以精確估測防振腳座之模態變化，使防振腳座健康狀態監測裝置之精確度可大幅提升。
(3)本發明之一實施例中，防振腳座健康狀態監測裝置可快速判斷防振腳座之健康狀態，故使用者可以更有效率地調整或更換機械裝置之防振腳座，使用上更為方便。
(4)本發明之一實施例中，防振腳座健康狀態監測裝置不但可用於監測機械裝置之防振腳座之健康狀態，更可用於監測其它所有機械裝置之防振腳座之健康狀態，因此應用上極為廣泛。
(5)本發明之一實施例中，防振腳座健康狀態監測裝置可直接與機械裝置整合，使機械裝置可具備健康狀態監測的功能，因此可提升機械裝置的商業價值。
1、2‧‧‧防振腳座健康狀態監測裝置
11‧‧‧振動偵測器
12‧‧‧訊號擷取器
13‧‧‧訊號處理器
S‧‧‧振動訊號
21‧‧‧加速規
23‧‧‧電腦
3‧‧‧工具機
31‧‧‧馬達
32‧‧‧床台
33‧‧‧床身
34‧‧‧防振腳座
ML1~ML6‧‧‧第1模態~第6模態
S21~S24、S101~S112‧‧‧步驟流程
第1圖 係為本發明之防振腳座健康狀態監測裝置之第一實施例之方塊圖。
第2圖 係為本發明之第一實施例之流程圖。
第3圖 係為本發明之防振腳座健康狀態監測裝置之第二實施例之第一示意圖。
第4圖 係為本發明之防振腳座健康狀態監測裝置之第二實施例之第二示意圖。
第5圖 係為本發明之防振腳座健康狀態監測裝置之第二實施例之第三 示意圖。
第6圖 係為本發明之防振腳座健康狀態監測裝置之第二實施例之第四示意圖。
第7圖 係為本發明之防振腳座健康狀態監測裝置之第二實施例之第五示意圖。
第8圖 係為本發明之防振腳座健康狀態監測裝置之第二實施例之第六示意圖。
第9圖 係為本發明之防振腳座健康狀態監測裝置之第二實施例之第七示意圖。
第10A圖 係為本發明之第二實施例之第一流程圖。
第10B圖 係為本發明之第二實施例之第二流程圖。
以下將參照相關圖式，說明依本發明之防振腳座健康狀態監測裝置及其方法之實施例，為了清楚與方便圖式說明之故，圖式中的各部件在尺寸與比例上可能會被誇大或縮小地呈現。在以下描述及/或申請專利範圍中，當提及元件「連接」或「耦合」至另一元件時，其可直接連接或耦合至該另一元件或可存在介入元件；而當提及元件「直接連接」或「直接耦合」至另一元件時，不存在介入元件，用於描述元件或層之間之關係之其他字詞應以相同方式解釋。為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。
請參閱第1圖，其係為本發明之防振腳座健康狀態監測裝置之第一實施例之方塊圖。如圖所示，防振腳座健康狀態監測裝置1可包含複數個振動偵測器11、訊號擷取器12及訊號處理器13。
該些振動偵測器11可偵測一機械裝置在激振後產生之振動訊號S，機 械裝置可含複數個防振腳座；在較佳的實施例中，振動偵測器11可為加速規或其它類似的元件；而機械裝置則可為工具機或其它任何具有防振腳座之機械。
訊號擷取器12可擷取該些振動偵測器11之振動訊號S；在較佳的實施例中，訊號擷取器12可為訊號擷取卡或其它類似的元件。
訊號處理器13可執行模態頻率分析程序以分析該些振動偵測器11之振動訊號；模態頻率分析程序可包含位移傳遞率計算程序，奇異值分解程序、模態判定程序及狀態診斷程序；在較佳的實施例中，訊號處理器13可為中央處理器(CPU)或其它類似的元件。
首先，訊號處理器13可執行位移傳遞率計算程序以針對執行該些振動偵測器11之振動訊號進行功率頻譜密度函數(Power spectrum density function)分析；藉此訊號處理器13可計算該些振動偵測器11之振動訊號之比值以獲得該些振動偵測器11之位移傳遞率。
接著，訊號處理器13可執行奇異值分解程序訊以計算該些振動偵測器11之位移傳遞率所組成之位移傳遞率矩陣之奇異值，並可根據奇異值計算機械裝置之該些防振腳座之目前狀態之自然頻率。
然後，訊號處理器13可以執行模態判定程序以判定機械裝置之該些防振腳座之目前狀態之自然頻率所對應之模態以做為測試模態(Test mode)；最後，訊號處理器13可以執行狀態診斷程序以計算測試模態與參考模態(Reference mode)之間之模態可信度(Modal assurance criterion，MAC)以判斷機械裝置之該些防振腳座之健康狀態；上述參考模態指的是機械裝置之該些防振腳座在最佳化狀態之自然頻率所對應的模態；若模態可信度大於門檻值，訊號處理器13判斷機械裝置之該些防振腳座處於最佳化狀態；相反的，若模態可信度小於門檻值，訊號處理器13判斷機械裝置之該些防振腳 座不處於最佳化狀態；在較佳的實施例中，機械裝置之該些防振腳座之健康狀態可被視為各個防振腳座與地面之間之接觸剛性(Joint stiffness)是否足夠。
上述門檻值可依實際需求進行調整；模態可信度介於0~1之間，而上述門檻值則可為0.6~0.8之間；例如，上述門檻值可定義為模態可信度等於0.7；若模態可信度大於0.7，訊號處理器13判斷機械裝置之該些防振腳座處於最佳化狀態；相反的，若模態可信度小於0.7，訊號處理器13判斷機械裝置之該些防振腳座不處於最佳化狀態。
由於在完成水平度調整後，機械裝置之水平度雖已符合水平度標準值後，但機械裝置之防振腳座可能仍有一部份與地面間之接觸剛性不足；此外，在經過一段時間後，機械裝置之防振腳座也可能因為碰撞或其它因素導致機械裝置之防振腳座與地面間之接觸剛性改變，如此則會導致這些防振腳座無法有效地支撐機械裝置，因此機械裝置在加工過程中則會產生異常振動，進而影響機械裝置的精度。
而在本實施例中，防振腳座健康狀態監測裝置1可偵測機械裝置在激振後產生之振動訊號S，並可執行模態頻率分析程序以分析振動訊號S；而由於當防振腳座與地面間之接觸剛性改變時將會影響其振動模態，上述振動模態可包含自然頻率(natural frequency)、模態剛性(modal stiffness)、模態阻尼(modal damping)與模態振型(mode shape)等參數；因此透過模態頻率分析程序可有效地判斷機械裝置之防振腳座之健康狀態，因此可以有效地監測各個防振腳座與地面間之接觸剛性是否足夠，故可有效地防止機械裝置在加工過程中產生異常振動，使機械裝置的精度大幅提升。
請參閱第2圖，其係為本發明之第一實施例之流程圖。本實施例之防振腳座健康狀態監測裝置1所採用之防振腳座健康狀態監測方法可包含下 列步驟：
步驟S21：以複數個振動偵測器偵測包含複數個防振腳座之機械裝置之振動訊號。
步驟S22：擷取該些振動偵測器之振動訊號。
步驟S23：執行模態頻率分析程序以分析該些振動偵測器之振動訊號，並計算該些防振腳座之目前狀態之自然頻率所對應之模態以做為測試模態。
步驟S24：將測試模態與該些防振腳座在最佳化狀態之自然頻率對應之參考模態比對以判斷該些防振腳座之健康狀態。
當然，上述僅為舉例，防振腳座健康狀態監測裝置1之各元件、功能及方法之步驟流程均可依實際需求變化，本發明並不以此為限。
請參閱第3圖，其係為本發明之防振腳座健康狀態監測裝置之第二實施例之第一示意圖。如圖所示，防振腳座健康狀態監測裝置2可包含複數個加速規21及電腦23，而電腦23可包含訊號擷取卡(未繪於圖中)；電腦23可預先儲存該些防振腳座34在最佳化狀態(即該些防振腳座34與地面之間之接觸剛性均已經調整到符合標準值的狀態)之自然頻率對應模態以做為參考模態。防振腳座健康狀態監測裝置2可與工具機3連接；工具機3可包含馬達31、床台32、床身33及複數個防振腳座34，而該些加速規21則可設置於床身33，並與電腦23之訊號擷取卡連接。
該些加速規21可偵測工具機3在激振後產生之振動訊號，訊號擷取卡可擷取該些加速規21之振動訊號，再透過電腦23可執行模態頻率分析程序以分析該些加速規21；模態頻率分析程序可包含位移傳遞率計算程序，奇異值分解程序、模態判定程序及狀態診斷程序等。
首先，電腦23可執行位移傳遞率計算程序以針對執行該些加速規21 之振動訊號進行功率頻譜密度函數分析；藉此電腦23可計算該些加速規21之振動訊號之比值以獲得該些加速規21之位移傳遞率。
位移傳遞率Tij(s)可由下式(1)表示：
其中，i及j分別表示安裝於不同位置的加速規21；Gjj(s)表示為由位置j的加速規21所量測到的振動訊號之自功率頻譜密度函數；Gij(s)為分別由位置i及j的加速規21所量測到的振動訊號之交叉功率頻譜密度函數。針對一具有N自由度之系統，式(1)中之Tij(s)可由下式(2)表示：
其中，k表示不同的外力激振；F表示輸入的外力；H表示系統之轉移函數(即頻率響應函數)，H之定義可由下式(3)表示：
其中，Φ表示模態向量；L表示模態參與量；λ表示系統的極點(Poles)；當iω接近系統之極點時將發生共振，故式(2)可表示為下式(4)：
式(4)說明當共振發生時位移傳遞率與模態比值之間的關係。
接著，電腦23可執行奇異值分解程序訊以計算該些加速規21之位移傳遞率所組成之位移傳遞率矩陣之奇異值，並可根據奇異值計算機械裝置之該些防振腳座之目前狀態之自然頻率。
式(1)中之位移傳遞率Tij可組合為向量形式φ(s)如下式(5)所示：
然後，電腦23可將φ(s)於各頻率下分別執行正規化(normalization)以獲得各頻率所對應之疑似模態向量ψ(s)；當共振發生時(s趨近λr)，由式(4)可得知疑似模態向量即為自然模態向量。將不同外力輸出下所得之Tij(s)組合，可得一位移傳遞率矩陣T，如下式(6)所示：
電腦23可將式(6)進行奇異值分解，如下式(7)所示：T(s)=U(s)Σ(s)VT(s).............................................................(7)
其中，U及V為單位正交矩陣；Σ為斜對角矩陣，可表示如下式(8)：
其中，斜對角元素即為移傳遞率矩陣T之奇異值；對式(8)中之σ2取倒數，其所得曲線之峰值所對應之頻率即為自然頻率。
接下來，電腦23可以執行模態判定程序以判定工具機3之該些防振腳座34之上述自然頻率所對應之模態以做為測試模態。
最後，電腦23可以執行狀態診斷程序以計算測試模態與參考模態之間之模態可信度(Modal assurance criterion，MAC)以判斷機械裝置之該些防振腳座之健康狀態；模態可信度可由下式(9)表示：
其中，θr表示參考模態；θt表示測試模態；M表示模態可信度，其介 於0~1之間，如下式(10)所示：
在本實施例中，以模態可信度M為0.7做為門檻值；若模態可信度M大於門檻值，電腦23判斷工具機3之該些防振腳座34處於最佳化狀態；相反的，若模態可信度小於門檻值，電腦23判斷工具機3之該些防振腳座34不處於最佳化狀態。
參考模態及測試模態均可分別包含數個模態；一般而言，將參考模態之前六個模態與測試模態之前六個模態比對即可得到極為精確的結果；在本實施例中，電腦23將參考模態之前四個模態與測試模態之前四個模態比對，並以模態可信度M為0.7做為門檻值；若模態可信度M大於門檻值，電腦23判斷工具機3之該些防振腳座34處於最佳化狀態；即工具機3之該些防振腳座34與地面之接觸剛性均符合標準值；相反的，若模態可信度小於門檻值，電腦23判斷工具機3之該些防振腳座34不處於最佳化狀態；即工具機3之部份防振腳座34與地面之接觸剛性已不符合標準值。
請參閱第4圖、第5圖及第6圖，其係為本發明之防振腳座健康狀態監測裝置之第二實施例之第二示意圖、第三示意圖及第四示意圖。
第4圖表示激振工具機於X方向所激發之參考模態，其可包含第2模態ML2、第4模態ML4及第5模態ML5。
第5圖表示激振工具機於Y方向所激發之參考模態，其可包含第1模態ML1及第6模態ML6。
第6圖表示激振工具機於Z方向所激發之參考模態，其可包含第3模態ML3。
如同前述，在本實施例中，電腦23將參考模態之前四個模態與測試模態之前四個模態比對，並以模態可信度M為0.7做為門檻值；若工具機3 之所有防振腳座34已完成校正，使所有防振腳座34與地面之接觸剛性均符合標準值，參考模態與測試模態之間之模態可信度M應大於0.7，如下表(1)所示：
請參閱第7圖、第8圖及第9圖，其係為本發明之防振腳座健康狀態監測裝置之第二實施例之第五示意圖、第六示意圖及第七示意圖。
第7圖表示激振工具機於X方向所激發之測試模態，其可包含第2模態ML2、第4模態ML4及第5模態ML5。
第8圖表示激振工具機於Y方向所激發之測試模態，其可包含第1模態ML1及第6模態ML6。
第9圖表示激振工具機於Z方向所激發之測試模態，其可包含第3模態ML3。
當工具機3使用過一段時間後，工具機3可能因為碰撞或其它因素導致工具機3之防振腳座34與地面間之接觸剛性改變，因此工具機3之參考模態與測試模態之間之模態可信度也會降低，如下表(2)所示：表(2)
此時，使用者可適當地調整工具機3之防振腳座34，並重複上述步驟以判斷判斷工具機3之防振腳座34之健康狀態。
由上述可知，防振腳座健康狀態監測裝置2確實可以有效地判斷工具機3之防振腳座34之健康狀態，因此可以有效地監測各個之防振腳座34與地面間之接觸剛性是否足夠，故可有效地防止工具機34在加工過程中產生異常振動，使工具機3的精度大幅提升。
值得一提的是，目前並沒有任何有效的方式可以監測機械裝置之防振腳座之健康狀態以有效改善機械裝置之防振腳座與地面間之潛在的接觸剛性不足的問題，因此機械裝置在加工過程中容易產生異常振動，使機械裝置的精度降低。相反的，根據本發明之實施例，防振腳座健康狀態監測裝置執行模態頻率分析程序以判斷防振腳座之健康狀態，因此可以有效地監測各個防振腳座與地面間之接觸剛性是否足夠，故可有效地防止機械裝置在加工過程中產生異常振動，使機械裝置的精度大幅提升。
又，根據本發明之實施例，防振腳座健康狀態監測裝置可偵測機械裝置在激振後產生之振動訊號，因此可獲得更為正確的振動訊號，以精確估測防振腳座之模態變化，使防振腳座健康狀態監測裝置之精確度可大幅提 升。
另外，根據本發明之實施例，防振腳座健康狀態監測裝置可快速判斷防振腳座之健康狀態，故使用者可以更有效率地調整或更換機械裝置之防振腳座，使用上更為方便。
此外，根據本發明之實施例，防振腳座健康狀態監測裝置不但可用於監測機械裝置之防振腳座之健康狀態，更可用於監測其它所有機械裝置之防振腳座之健康狀態，因此應用上極為廣泛。
再者，根據本發明之實施例，防振腳座健康狀態監測裝置可直接與機械裝置整合，使機械裝置可具備健康狀態監測的功能，因此可提升機械裝置的商業價值。由上述可知，本發明實具進步性之專利要件。
請參閱第10A圖及第10B圖，其係為本發明之第二實施例之第一流程圖及第二流程圖。本實施例之防振腳座健康狀態監測裝置2所採用之防振腳座健康狀態監測方法可包含下列步驟：
步驟S101：電腦儲存一參考模態，並進入步驟S102。
步驟S102：激振工具機，並進入步驟S103。
步驟S103：加速規偵測工具機之振動訊號，並進入步驟S104。
步驟S104：電腦之訊號擷取卡擷取加速規之振動訊號，並進入步驟S105。
步驟S105：電腦執行位移傳遞率計算程序以獲得加速規之位移傳遞率，並進入步驟S106。
步驟S106：電腦執行奇異值分解程序訊以計算工具機之防振腳座之目前狀態之自然頻率，並進入步驟S107。
步驟S107：電腦執行模態判定程序以判定工具機之防振腳座之自然頻率所對應之模態以做為測試模態，並進入步驟S108。
步驟S108：電腦執行狀態診斷程序以計算測試模態與參考模態之間之模態可信度，並進入步驟S109。
步驟S109：電腦判斷測試模態與參考模態之間之模態可信度是否大於0.7？若否，則進入步驟S110；若是，則進入步驟S111。
步驟S110：使用者調整工具機之防振腳座。
步驟S111：電腦判斷工具機之防振腳座處於最佳化狀態。
當然，上述僅為舉例，防振腳座健康狀態監測裝置2之各元件、功能及方法之步驟流程均可依實際需求變化，本發明並不以此為限。
綜上所述，根據本發明之實施例，防振腳座健康狀態監測裝置執行模態頻率分析程序以判斷防振腳座之健康狀態，因此可以有效地監測各個防振腳座與地面間之接觸剛性是否足夠，故可有效地防止機械裝置在加工過程中產生異常振動，使機械裝置的精度大幅提升。
又，根據本發明之實施例，防振腳座健康狀態監測裝置可偵測機械裝置在激振後產生之振動訊號，因此可獲得更為正確的振動訊號，以精確估測防振腳座之模態變化，使防振腳座健康狀態監測裝置之精確度可大幅提升。
另外，根據本發明之實施例，防振腳座健康狀態監測裝置可快速判斷防振腳座之健康狀態，故使用者可以更有效率地調整或更換機械裝置之防振腳座，使用上更為方便。
此外，根據本發明之實施例，防振腳座健康狀態監測裝置不但可用於監測機械裝置之防振腳座之健康狀態，更可用於監測其它所有機械裝置之防振腳座之健康狀態，因此應用上極為廣泛。
再者，根據本發明之實施例，防振腳座健康狀態監測裝置可直接與機械裝置整合，使機械裝置可具備健康狀態監測的功能，因此可提升機械裝 置的商業價值。
可見本發明在突破先前之技術下，確實已達到所欲增進之功效，且也非熟悉該項技藝者所易於思及，其所具之進步性、實用性，顯已符合專利之申請要件，爰依法提出專利申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵創作，至感德便。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。其它任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應該包含於後附之申請專利範圍中。

Claims (18)

  1. 一種防振腳座健康狀態監測裝置，係包含：複數個振動偵測器，係偵測一機械裝置之振動訊號，該機械裝置包含複數個防振腳座；一訊號擷取器，係擷取該些振動偵測器之振動訊號：以及一訊號處理器，係執行一模態頻率分析程序以分析該些振動偵測器之振動訊號，並計算該些防振腳座之目前狀態之自然頻率所對應之模態以做為一測試模態，再將該測試模態與該些防振腳座在最佳化狀態之自然頻率對應之一參考模態比對以判斷該些防振腳座之健康狀態；該些防振腳座之健康狀態表示各個該防振腳座與一地面之間之一接觸剛性。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之防振腳座健康狀態監測裝置，其中該些振動偵測器係偵測該機械裝置在激振後產生之振動訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之防振腳座健康狀態監測裝置，其中該些振動偵測器係為加速規。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之防振腳座健康狀態監測裝置，其中該訊號處理器係執行一位移傳遞率計算程序以計算該些振動偵測器之位移傳遞率。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之防振腳座健康狀態監測裝置，其中該訊號處理器係根據該些振動偵測器之振動訊號計算該些振動偵測器之位移傳遞率。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之防振腳座健康狀態監測裝置，其中該訊號處理器係執行一功率頻譜密度函數分析以計算該些振動偵測器之振動訊號之比值以獲得該些振動偵測器之位移傳遞率。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之防振腳座健康狀態監測裝置，其中該訊號處理器係執行一奇異值分解程序以計算該些振動偵測器之位移傳遞率所組成之一位移傳遞率矩陣之一奇異值，以根據該奇異值計算該些防振腳座之目前狀態之自然頻率。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之防振腳座健康狀態監測裝置，其中該訊號處理器係執行一狀態診斷程序計算該參考模態與該測試模態之間之一模態可信度。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之防振腳座健康狀態監測裝置，其中當該模態可信度大於一門檻值，該訊號處理器判斷該些防振腳座處於最佳化狀態。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之防振腳座健康狀態監測裝置，其中當該模態可信度小於該門檻值，該訊號處理器判斷該些防振腳座不處於最佳化狀態。
  11. 一種防振腳座健康狀態監測方法，係包含下列步驟：以複數個振動偵測器偵測包含複數個防振腳座之一機械裝置之振動訊號；擷取該些振動偵測器之振動訊號；執行一模態頻率分析程序以分析該些振動偵測器之振動訊號，並計算該些防振腳座之目前狀態之自然頻率所對應之模態以做為一測試模態；以及將該測試模態與該些防振腳座在最佳化狀態之自然頻率對應之一參考模態比對以判斷該些防振腳座之健康狀態，該些防振腳座之健康狀態表示各個該防振腳座與一地面之間之一接觸剛性。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之防振腳座健康狀態監測方法，其中以複數個振動偵測器偵測該機械裝置之振動訊號之步驟更包含下列步驟：激振該機械裝置。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之防振腳座健康狀態監測方法，其中執行該模態頻率分析程序以分析該些振動偵測器之振動訊號，並計算該些防振腳座之目前狀態之自然頻率所對應之模態以做為該測試模態之步驟更包含下列步驟：執行一位移傳遞率計算程序以根據該些振動偵測器之振動訊號計算該些振動偵測器之位移傳遞率。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之防振腳座健康狀態監測方法，其中執行該位移傳遞率計算程序以計算該些振動偵測器之位移傳遞率之步驟更包含下列步驟：執行一功率頻譜密度函數分析以計算該些振動偵測器之振動訊號之比值以獲得該些振動偵測器之位移傳遞率。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之防振腳座健康狀態監測方法，其中執行該模態頻率分析程序以分析該些振動偵測器之振動訊號，並計算該些防振腳座之目前狀態之自然頻率所對應之模態以做為該測試模態之步驟更包含下列步驟：執行一奇異值分解程序以計算該些振動偵測器之位移傳遞率所組成之一位移傳遞率矩陣之一奇異值，以根據該奇異值計算該些防振腳座之目前狀態之自然頻率。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之防振腳座健康狀態監測方法，其中將該測試模態與該些防振腳座在最佳化狀態之自然頻率對應之該參考模態比對以判斷該些防振腳座之健康狀態之步驟更包含下列步驟：執行一狀態診斷程序以計算該參考模態與該測試模態之間之一模態可信度。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之防振腳座健康狀態監測方法，其中將該測試模態與該些防振腳座在最佳化狀態之自然頻率對應之該參考模態比對以判斷該些防振腳座之健康狀態之步驟更包含下列步驟：當該模態可信度大於一門檻值，判斷該些防振腳座處於最佳化狀態。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之防振腳座健康狀態監測方法，其中將該測試模態與該些防振腳座在最佳化狀態之自然頻率對應之該參考模態比對以判斷該些防振腳座之健康狀態之步驟更包含下列步驟：當該模態可信度小於該門檻值，判斷該些防振腳座不處於最佳化狀態。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020097208A1 (en) * 2018-11-06 2020-05-14 Rui Liu Calibration-based tool condition monitoring system for repetitive machining operations
CN112507502B (zh) * 2019-08-26 2024-03-12 上海汽车集团股份有限公司 一种轻混发动机48v启停电机支架的优化方法及装置
TWI732324B (zh) * 2019-10-24 2021-07-01 國立中正大學 工具機健康狀態監測方法
EP3929677A1 (de) * 2020-06-24 2021-12-29 Siemens Aktiengesellschaft Schwingungsdämpfungssystem und werkzeugmaschine
CN112798253A (zh) * 2021-01-20 2021-05-14 南京航空航天大学 一种考虑非白环境载荷影响的结构模态参数辨识方法
US11921001B2 (en) * 2022-03-11 2024-03-05 Hiwin Technologies Corp. System for inspecting deviation in dynamic characteristics of linear transmission device of feeding system

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030025255A1 (en) * 2001-07-30 2003-02-06 Delphi Technologies, Inc. Control of magnetorheological engine mount

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6053047A (en) * 1998-09-29 2000-04-25 Allen-Bradley Company, Llc Determining faults in multiple bearings using one vibration sensor
US8049637B2 (en) * 2008-10-07 2011-11-01 General Electric Company Systems and methods for sensor-level machine monitoring
JP5887830B2 (ja) 2010-12-10 2016-03-16 株式会社ニコン 電子機器及び振動方法
EP2629071B1 (en) * 2012-02-16 2014-09-10 GE Energy Power Conversion Technology Limited Condition monitoring of anti-vibration mounts
US10908048B2 (en) * 2015-05-14 2021-02-02 Kcf Technologies, Inc. Machine health monitoring system and method
US10436759B2 (en) * 2017-01-12 2019-10-08 Fisher Controls International Llc Methods and apparatus to monitor a condition of a structure

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030025255A1 (en) * 2001-07-30 2003-02-06 Delphi Technologies, Inc. Control of magnetorheological engine mount

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