TWI754409B - 監控射出成型機曲手軸承保養潤滑之方法 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種監控射出成型機曲手軸承保養潤滑之系統及方法，該系統包含：一振動傳感器偵測曲手軸承之振動變化，該振動傳感器根據所偵測到的該振動變化，輸出一振動訊號；一智慧機上盒接收該振動訊號，並轉換為數位振動訊號輸出；一控制單元接收該數位振動訊號，並將該振動變化與一振動標準值進行比對，於超出該振動標準值時，輸出一潤滑指令；一注油單元接收該潤滑指令，對於該曲手軸承施予一注油動作。該方法則配合該系統共同實施。藉以能找出曲手軸承需要注油的最佳時間點。

Description

監控射出成型機曲手軸承保養潤滑之方法

本發明係有關於一種用於塑膠射出成型機肘節機構之曲手軸承的潤滑狀態監視系統和方法。

塑膠是世界上使用最廣泛的材料之一。如今，塑膠零件的使用已在汽車、包裝、家用電器和醫療等最終用戶行業中占主導地位。該等塑膠零件的很大一部分是通過塑膠射出成型技術所生產。塑膠射出成型的普及源於其在短時間內可生產大量，具有不同幾何複雜度的塑膠零件，且通常不需要二次加工。塑膠射出成型被定義為將熔融的塑膠材料注射到成型模具中，冷卻及固化的過程。到2025年底，全球塑膠射出成型市場規模估計將超過4700億美元。

射出成型機是由注射單元，模具組裝單元和鎖模單元三個主要部分組成。在塑膠射出成型行業中，通常使用兩種鎖模單元，分別是柱塞式和肘節式。柱塞式用於生產精密零件，而肘節式用於高速塑膠射出成型。肘節式通常比柱塞式更節能。當通過肘節鎖模單元關閉成型模具時，塑膠射出成型過程開始。閉合模具後，將熔融的塑膠材料注入並填充到模具型腔中。然後，塑膠材料經歷冷卻過程，導致形成固體零件。在最後的步驟中，肘節鎖模單元打開成型模具，使成品易於彈出。考慮到射出成型過程的性質，在生產過程中，肘節鎖模單元將需要經歷多次重覆的開合循環是無法避免。肘節鎖模單元之軸承(俗稱曲手軸承)的潤滑狀況，會隨著循環次數的增加而惡化，而且重複的開關模過程，會使得潤滑油品漸漸劣化，進而使得潤滑效果變差，導致磨損增加。迄今為止，許多研究針對射出成型機所使用之油品本身，進行大量的改善工作，以及嘗試去改善肘節 鎖模單元的潤滑油路系統。但幾乎沒有關於針對肘節鎖模單元的曲手軸承之保養潤滑狀況，進行實時監測的系統或方法。因此，為了避免肘節鎖模單元的潤滑失效，現行的做法是機器操作員，依靠本身的操作經驗，或是依據簡單的經驗公式，來估算再注油於曲手軸承的潤滑週期。此種方法缺乏客觀的科學根據，並且經常由於過早潤滑而浪費潤滑劑。

雖然有中華民國107年12月21日所公告之發明第I644782號「機具連動機構之潤滑檢測暨施作之方法」專利案，主要係揭露：該機具包括有一模具以及一鎖模裝置；該鎖模裝置包含有一連動機構以及一鎖模馬達，該連動機構受該鎖模馬達控制位移，藉以帶動該模具於開啟位置與閉合位置之間移動。首先，設定一預設扭力值，並偵測該鎖模馬達作動時的輸出扭力值；接著，判斷測得之該輸出扭力值是否大於該預設扭力值，在該輸出扭力值大於該預設扭力值時，產生一警示信息，並對該連動機構施以潤滑作業。藉此，根據鎖模馬達輸出的扭力變化適時地給予潤滑，以獲得提升機具運作效率及降低潤滑成本之效果。

上述專利前案主要係監控扭力值，然後才對於連動機構進行潤滑，惟其並非針對肘節鎖模單元的曲手軸承進行潤滑，因此與本發明的技術特徵及達成功效完全不同。

又有中華民國109年4月1日所公告之新型第M592816號「射出機移動滑板預知保養系統」專利案，主要係揭露：包括有一射出機與一警示單元，該射出機具有一基座與一移動模壁，該移動模壁底部固設有至少一滑板，該移動模壁以該滑板坐落於該基座上，該警示單元設於該射出機，該警示單元用於得到一測距值，該測距值會隨該滑板的磨耗而變化，因此當該滑板的磨耗到達允許量時，該測距值也會到達一預定值，進而該警示單元會發出警示，以提醒技術人員維修保養該滑板。

該專利前案同樣並非針對肘節鎖模單元的曲手軸承進行潤滑，因此與本發明的技術特徵及達成功效完全不同。

爰此，有鑑於目前習知的射出成型機的曲手軸承於保養潤滑具有上述的缺點。故本發明提供一種監控射出成型機曲手軸承保養潤滑之系統，包含有：至少一振動傳感器，係安裝於一射出成型機之一曲手軸承上，藉以偵測該曲手軸承之振動變化，該振動傳感器根據所偵測到的該振動變化，輸出一振動訊號；一智慧機上盒，係訊號連接至該振動傳感器，以接收該振動訊號，並將該振動訊號轉換為一數位振動訊號，然後將該數位振動訊號輸出；一控制單元，係訊號連接至該智慧機上盒，藉以接收該數位振動訊號，據以建立一潤滑失效指標，並於該潤滑失效指標變動過大時，輸出一潤滑指令；一注油單元，係訊號連接至該控制單元，藉以接收該潤滑指令，而對於該曲手軸承施予一注油動作。

上述振動傳感器係為一加速度規。

進一步設有一外接顯示裝置，藉以顯示該潤滑失效指標。

本發明亦為一種監控射出成型機曲手軸承保養潤滑之方法，係包含有下列步驟：一振動傳感器偵測一射出成型機之一曲手軸承的振動變化，並持續輸出一振動訊號；一智慧機上盒接收該振動訊號，並轉換為一數位振動訊號輸出；一控制單元接收該數位振動訊號，並根據該振動變化建立一潤滑失效指標，並於該潤滑失效指標的變動過大時，則輸出一潤滑指令；一注油單元接收該潤滑指令，對於該曲手軸承施予一注油動作。

於上述曲手軸承之位置處安裝有該振動傳感器，該振動傳感器係隨時偵測該曲手軸承之該振動變化。

上述智慧機上盒將該振動訊號儲存後，利用各種時頻分析方法對該振動訊號處理，進行濾波、輪廓之資料擷取，以及傅立葉轉換之簡單的數據分析，將該振動訊號轉換為該數位振動訊號後輸出。

上述控制單元接收到該數位振動訊號後，係將該振動變化的該數位振動訊號運用衝擊響應頻譜分析每次開關模循環擷取該振動訊號之間的差異，找出前一次注油之後的該衝擊響應頻譜之訊號差異，並分析注油前後的該衝擊響應頻譜的訊號規律性，用以來建立需要重新注油的潤滑失效指標，並於該潤滑失效指標的變動過大時，該控制單元則會輸出該潤滑指令，對於該曲手軸承施予該注油動作，後再進行下一個開關模循環的該振動訊號之擷取，該潤滑失效指標的變動未過大時，則直接進行下一個開關模循環的該振動訊號之擷取。

上述潤滑失效指標之變動，係以一外接顯示裝置予以顯示，以利於直接的目視判斷，做為手動注油之依據。

上述潤滑失效指標的變動是否過大的判斷，係包含下列步驟：a.擷取該振動訊號在開關模過程的衝擊響應頻譜指標；b.自開始後的第N點開關模循環開始時，以前N-1點開關模循環的衝擊響應頻譜數值來估計第N點的瞬時變化率，N係為正整數；c.對所有後面的開關模循環均重複步驟b；d.自第M點開關模循環開始使用格拉布斯檢驗法進行離群值測試，以確定瞬時變化率的z值是否超過分佈的95%信心區間，如果z值大於95%信心區間，則判斷該潤滑失效指標的變動過大，需要潤滑，如果小於95%信心區間，則判斷該潤滑失效指標的變動未過大，則無需潤滑。

上述N=8，M=71。

上述技術特徵具有下列之優點：

1.經由射出成型機之肘節鎖模單元開啟和關閉的移動過程中，擷取曲手軸承所產生的振動訊號，建立一潤滑失效指標，藉以設定出保養潤滑的最佳 時間點，且監控系統及方法可以在具有肘節鎖模單元的任何類型之射出成型機上實施。

2.透過肘節鎖模單元的曲手軸承所擷取的振動訊號進行訊號分析，運用各種時頻分析方法對振動訊號進行處理，再利用衝擊響應頻譜的方法於所擷取的振動訊號中，找出可以判斷曲手軸承需要注油最佳時間點的潤滑失效指標。

3.潤滑週期具有理論根據，不需借重操作者不一定正確的操作經驗來訂定潤滑週期，因此具有極佳的準確度。

4.每一部射出成型機隨著開關模的每一模次、機器使用折舊，以及射出模具大小、重量、體積的不同，其潤滑失效指標均會有所變動，現有習知技術完全無法反應配合，本發明則可以根據潤滑失效指標的變動，而調整適當的潤滑週期，達到最佳化的潤滑預知保養功能。

1:振動傳感器

2:智慧機上盒

3:控制單元

4:注油單元

5:外接顯示裝置

G:射出成型機

G1:肘節鎖模單元

G2:曲手軸承

[第一圖]係為本發明第一實施例之使用示意圖。

[第二圖]係為本發明第一實施例之配置方塊圖。

[第三圖]係為本發明第二實施例之方法流程圖。

[第四圖]係為本發明第二實施例之操作流程圖。

[第五圖]係為本發明第一次實驗測試之潤滑失效指標與潤滑週期的關係圖。

[第六圖]係為本發明第二次實驗測試之潤滑失效指標與潤滑週期的關係圖。

[第七圖]係為本發明實驗測試之衝擊響應頻譜(SRS)指標與開關模循環次數之擷取分段的關係圖。

[第八圖]係為本發明實驗測試之衝擊響應頻譜(SRS)指標與開關模循環次數之關係圖。

[第九圖]係為本發明實驗測試之開關模循環之第8點的瞬時變化率之關係圖。

[第十圖]係為本發明實驗測試之開關模循環與瞬時變化率的Z值之關係圖。

請參閱第一圖及第二圖所示，本發明第一實施例為一種監控射出成型機曲手軸承保養潤滑之系統，係包含有：振動傳感器1、智慧機上盒2、控制單元3及注油單元4，其中：至少一振動傳感器1，係可供安裝於一射出成型機G之一肘節鎖模單元G1上，裝設的位置以安裝在該肘節鎖模單元G1之一曲手軸承C2上為最佳。藉由偵測該肘節鎖模單元G1之該曲手軸承G2因磨損，造成該肘節鎖模單元G1所產生之振動變化，該振動傳感器1根據所偵測到的該振動變化，而輸出一振動訊號。該振動傳感器1係為一加速度規。

智慧機上盒(SMB，Smart Machine Box)2，係訊號連接至該振動傳感器1，藉以接收從該振動傳感器1所傳來的該振動訊號，並將該振動訊號轉換為一數位振動訊號，以及進行資料擷取與簡單的數據分析，然後將該數位振動訊號輸出。

控制單元3，係訊號連接至該智慧機上盒2，藉以接收該數位振動訊號，並根據該振動變化運用衝擊響應頻譜(SRS，Shock Response Spectrum)建立一潤滑失效指標，並於該潤滑失效指標變動過大時，輸出一潤滑指令。

注油單元4，係訊號連接至該控制單元3，藉以接收該潤滑指令，而對於該曲手軸承G2施予一注油動作。

本發明第二實施例為一種監控射出成型機曲手軸承保養潤滑之方法，如第三圖及第四圖所示，係配合上述監控射出成型機曲手軸承保養潤滑之系統〔如第一圖所示〕共同實施。係包含有下列步驟：

A.一振動傳感器偵測一射出成型機之一曲手軸承的振動變化，並持續輸出一振動訊號。係可以於該肘節鎖模單元G1上的各個該曲手軸承G2之位置處皆安裝有該振動傳感器1，當該肘節鎖模單元G1關閉和開啟的移動過程中，透過該等振動傳感器1隨時偵測該曲手軸承G2之該振動變化的該振動頻率，藉以將振動發出的機械運動或能量轉換為電信號的該振動訊號，並持續的將該振動訊號輸出。

B.一智慧機上盒接收該振動訊號，並轉換為一數位振動訊號輸出。該振動傳感器1並且將所偵測到包含該振動頻率之該振動訊號，係透過有線或無線的方式，將該振動訊號傳輸至該智慧機上盒2。該智慧機上盒2將該振動訊號儲存後，利用各種時頻分析方法對該振動訊號處理，進行濾波、輪廓之資料擷取，以及傅立葉轉換之簡單的數據分析，並將該振動訊號轉換為數位振動訊號，然後將該數位振動訊號輸出。該數位振動訊號係包含該振動頻率。

C.一控制單元接收該數位振動訊號，並根據該振動變化建立一潤滑失效指標，並於該潤滑失效指標的變動過大時，則輸出一潤滑指令。該控制單元3於接收到該數位振動訊號後，則將該振動變化的該數位振動訊號運用衝擊響應頻譜(SRS，Shock Response Spectrum)分析每次開關模循環擷取該振動訊號之間的差異，找出前一次注油之後的衝擊響應頻譜之訊號差異，並分析注油前後的衝擊響應頻譜的訊號規律性，用以來建立需要重新注油的該潤滑失效指標。當該潤滑失效指標的變動過大時，便需要重新注油，該控制單元3則會輸出該潤滑指令。若該潤滑失效指標的變動未超過時，則表示無須再注油潤滑，直接進行下一個開關模循環的該振動訊號之擷取，如此重覆的持續偵測並輸出該振動訊號，即 能根據該潤滑失效指標的變動，而自動調整潤滑週期。進一步該潤滑失效指標之變化，可以用一個外接顯示裝置5，藉以顯示該潤滑失效指標之變化，以利於操作人員直接的目視判斷，做為手動注油之依據。

D.一注油單元接收該潤滑指令，對於該曲手軸承施予一注油動作。該注油單元4於接收到該潤滑指令後，則會自動對於該曲手軸承進行注油潤滑，然後再持續進行下一個開關模循環的該振動訊號之擷取。

本發明經由二次實驗測試，在同一台射出成型機之曲手軸承上安裝加速度規，並實機進行開關模的循環測試，在連續的開關模的過程中擷取振動訊號，並進行線上的潤滑週期分析，找出需要注油的時間點，建立該潤滑失效指標，據以自動進行注油潤滑。於注完油之後，持續進行該振動訊號的即時分析，並觀察潤滑狀況變化的情形，持續進行訊號異常時的注油，藉以確認本發明分析方法的有效性。實驗測試需在射出成型機的哥林柱(Tie Bar)安裝應變計，再在曲手軸承上四個位置安裝加速規，進行測試確認在固定端軸銷的加速規訊號結果最適合用於分析。進行實機開關模瞬間的振動與應變訊號資料進行萃取，針對振動訊號進行分析，對於每一模次進行即時(Real time)分析。找出需注油潤滑的時間點，進行注油並觀察訊號變化。即時分析注油後到下次需注油時間點之間的訊號變化，確認方法之有效性與可重複性。並定義潤滑失效指標，作為將來應用於實機時的一項潤滑狀況的指標參數。

二次實驗測試的結果如第五圖及第六圖所示，二次的實機即時測試均是剛開始時將新潤滑油脂注入曲手軸承中，測試過程中也即時計算其潤滑失效指標，並觀察其潤滑失效指標隨著開關模循環次數與注油與否之間的變化的情形。當新油脂注入開始測試後，潤滑失效指標的健康指數較低，較低的潤滑失效指標，表示潤滑狀態越好。當開關模循環次數逐漸增加時，潤滑失效指標的健康指數明顯升高與震盪，在第150次潤滑週期時注入新油脂〔如第五圖所示〕， 潤滑失效指標的健康指數的健康指數很快的降下來，回到跟剛開始時相同的水準。但隨著開關模循環次數的增加，潤滑失效指標再次的上升，當在第330、530、710、880〔如第五圖所示〕模次時，再次注入新油脂後，可以看到潤滑失效指標再次下降。第二次實驗測試時則發生在第120、270、410及540模次〔如第六圖所示〕，注入新油脂後，則潤滑失效指標再次下降。

上述第五圖及第六圖中的滑潤次數、每一次潤滑週期及累積潤滑週期次數係分別如下列表一及表二所示。

經由上述的實驗測試，係顯示運用衝擊響應頻譜(SRS)方法對於準確評估曲手軸承潤滑狀態確實具有明顯的效果。

如第七圖所示，是對使用運用衝擊響應頻譜(SRS)指標監控肘節鎖模系統的潤滑狀況時，獲得的結果進行分段(第七圖中由左至右包含第一分段至第五分段)和分類。從第七圖中可以看出，數據分佈通常遵循浴盆曲線(bathtub curve)。將潤滑油添加到系統後，運用衝擊響應頻譜(SRS)指標會迅速降低(每一分段的曲線呈現「降低故障率」的向下趨勢)。下降之後，運用衝擊響應頻譜(SRS)指標會穩定一段時間(每一分段的曲線呈現「故障率低」的持平趨勢)，這個時期被稱為正常壽命操作。在正常壽命操作時期的最後階段，磨損率(或可稱為失效率)迅速增加(每一分段的曲線呈現「故障率上昇」的向上趨勢)，導致運用衝擊響應頻譜(SRS)指標數值上升，造成該潤滑失效指標的變動過大，此時潤滑狀態從「低故障率」轉變為「故障率漸增」，潤滑狀態監視系統便觸發警報，提醒操作者須進行注油。

針對本發明即時狀態監測演算法，據以判斷該潤滑失效指標的變動是否過大的詳細說明如下：

a.擷取射出機曲手軸振動訊號在開關模過程的衝擊響應頻譜(SRS)指標。

b.自開始後的第8點開關模循環(cycle)開始，以前7點開關模循環的衝擊響應頻譜(SRS)數值來估計第8點的瞬時變化率，亦即該點跟前面7點數值的變化率。

c.對所有後面的射出機操作循環均重複上面的步驟b。

d.自第71點開關模循環開始使用格拉布斯檢驗法(Grubbs test)進行離群值測試，以確定瞬時變化率的z值是否超過分佈的95%信心區間。如果z值大於95%信心區間，則需要潤滑。如果小於95%信心區間，則無需潤滑。

運用上述的即時狀態監測演算法於第七圖中的第1分段所得到的結果，如第八至十圖所示，提出的實時狀態監測算法表明z值於第71點開關模循 環時，大於格拉布斯檢驗法之臨界曲線值，顯示第71點開關模循環後需要重新潤滑。此法所估計之再潤滑循環的數值與第七圖的衝擊響應頻譜(SRS)指標的分佈開始增加的點吻合。因此，上述的即時狀態監測演算法適用於射出機曲手軸鎖模系統潤滑狀況的實時狀況監測。

綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。

1:振動傳感器

2:智慧機上盒

3:控制單元

4:注油單元

G:射出成型機

G1:肘節鎖模單元

G2:曲手軸承

Claims (5)

1. 一種監控射出成型機曲手軸承保養潤滑之方法，係包含有下列步驟：一振動傳感器偵測一射出成型機之一曲手軸承的振動變化，並持續輸出一振動訊號；一智慧機上盒接收該振動訊號，並轉換為一數位振動訊號輸出；一控制單元接收該數位振動訊號，並根據該振動變化建立一潤滑失效指標，並於該潤滑失效指標的變動超過大時，則輸出一潤滑指令，該控制單元接收到該數位振動訊號後，係將該振動變化的該數位振動訊號運用衝擊響應頻譜分析每次開關模循環擷取該振動訊號之間的差異，找出前一次注油之後的該衝擊響應頻譜之訊號差異，並分析注油前後的該衝擊響應頻譜的訊號規律性，用以來建立需要重新注油的潤滑失效指標，並於該潤滑失效指標的變動過大時，該控制單元則會輸出該潤滑指令，對於該曲手軸承施予該注油動作，後再進行下一個開關模循環的該振動訊號之擷取，該潤滑失效指標的變動未過大時，則直接進行下一個開關模循環的該振動訊號之擷取，該潤滑失效指標的變動是否過大的判斷，係包含下列步驟：a.擷取該振動訊號在開關模過程的衝擊響應頻譜指標；b.自開始後的第N點開關模循環開始時，以前N-1點開關模循環的衝擊響應頻譜數值來估計第N點的瞬時變化率，N係為正整數；c.對所有後面的開關模循環均重複步驟b；d.自第M點開關模循環開始使用格拉布斯檢驗法進行離群值測試，以確定瞬時變化率的z值是否超過分佈的95%信心區間，如果z值大於95%信心區間，則判斷該潤滑失效指標的變動過大，需要潤滑，如果小於95%信心區間，則判斷該 潤滑失效指標的變動未超過，則無需潤滑；一注油單元接收該潤滑指令，對於該曲手軸承施予一注油動作。
2. 如請求項1之監控射出成型機曲手軸承保養潤滑之方法，其中，係於該曲手軸承之位置處安裝有該振動傳感器，該振動傳感器係隨時偵測該曲手軸承之該振動變化。
3. 如請求項1之監控射出成型機曲手軸承保養潤滑之方法，其中，該智慧機上盒將該振動訊號儲存後，利用各種時頻分析方法對該振動訊號處理，進行濾波、輪廓之資料擷取，以及傅立葉轉換之簡單的數據分析，將該振動訊號轉換為該數位振動訊號後輸出。
4. 如請求項1之監控射出成型機曲手軸承保養潤滑之方法，其中，該潤滑失效指標之變動，係以一外接顯示裝置予以顯示，以利於直接的目視判斷，做為手動注油之依據。
5. 如請求項1之監控射出成型機曲手軸承保養潤滑之方法，其中，N=8，M=71。

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