TWI789167B

TWI789167B - 檢測進給系統之動態特性偏差的方法及系統

Info

Publication number: TWI789167B
Application number: TW110147137A
Authority: TW
Inventors: 陳賢佑; 邱昱阩; 鄭志鈞; 程文男; 劉濟銘
Original assignee: 上銀科技股份有限公司
Priority date: 2021-12-16
Filing date: 2021-12-16
Publication date: 2023-01-01
Also published as: TW202326470A

Abstract

一種檢測進給系統之動態特性偏差的方法，包含：在監控模式下，激振該進給系統，並偵測該進給系統的待檢測部件的子部件的振動，以產生監控激振訊號；以模態分析法，計算該監控激振訊號的一組監控特徵值和一組監控特徵向量；以模態驗證法，判斷該組監控特徵值和該組監控特徵向量分別與一數位孿生模型的一組標準特徵值和一組標準特徵向量的相似度；當判斷出該組監控特徵值和該組監控特徵向量分別不相似該組標準特徵值和該組標準特徵向量時，判定該子部件的動態特性發生偏差。藉此可遠端且確切地檢測出該進給系統中動態特性出現偏差的子部件。

Description

檢測進給系統之動態特性偏差的方法及系統

本發明涉及一種狀態偵測系統，特別是指一種檢測進給系統之動態特性偏差的方法和系統。

在精密機械製造上，對於生產機台的優化尤為重要，因此例如公開專利WO2020053083A1提供一種利用機台的數位孿生模型調控機台控制器的內部數據，以優化此機台的技術。然而，此技術僅能讀取設備加工相關數據，而無法診斷設備元件是否異常。

公開專利CN112446104A提供一種鑑定自動化設備與其數位孿生之間的偏差的方法，此方法是利用架設在加工材料體上的感測器監控如溫度、速度、加速度等參數，然後將感測結果與事先模擬出的數位孿生資料進行比較，當感測器結果與模擬數值出現差異時，則可識別出此工件在自動化設備中出現異常的站別。然而，此方法無法掌握異常發生的原因及傳動元件系統動態特性是否劣化。

公開專利US20210123830提供一種工具機健康狀態監測方法，此方法是在激振生產設備的同時，利用感測器蒐集到的資料來建立健康特徵群集(包括位移傳遞率、自然頻率等)，並以此群集做為機台健康狀態判斷依據。然而，此方法仍是無法準確得知是機台上的哪一個部件發生異常，且有靈敏度不佳的問題。

由於無法即時監控機台上各元件的狀態變化，因此通常是在成品尺寸不良或機台發出異常噪音時才發覺機台異常，然後才能利用操作模態分析（Operational Modal Analysis，OMA）技術實驗出機台上的哪一個部件發生異常。不僅相當耗時費力，且實驗數據也無法通用。

為此，本發明的其中一目的在於提供一種檢測進給系統之動態特性偏差的方法和系統，可讓監控者遠端地監控進給系統中各關鍵組件(即子部件)的動態特性變化。

本發明的另一目的在於提供一種檢測進給系統之動態特性偏差的方法和系統，可讓監控者即時地知曉各關鍵組件的動態特性是否偏差或異常，從而可即時地對異常的關鍵組件進行適當的處置。

本發明的再一目的在於提供一種檢測進給系統之動態特性偏差的方法和系統，可快速地檢測出異常的關鍵組件，從而能縮短排除使生產線停滯工作之障礙的時間。

本發明的再一目的在於提供一種檢測進給系統之動態特性偏差的方法和系統，可讓對應待檢測部件的標準數位孿生模型能通用於不同規格的進給系統。

為達到上述或其他目的，本發明根據一實施例所提供的一種檢測進給系統之動態特性偏差的方法，該進給系統包含至少一待檢測部件，各該待檢測部件包含至少一子部件，該檢測進給系統之動態特性偏差的方法由一處理器執行且包含以下步驟：(A)於該子部件上設置一偵測器，該偵測器與該處理器通訊；(B)在一監控模式下，激振該進給系統，並透過該偵測器來偵測對應的該子部件的振動並產生一監控激振訊號；(C)以一模態分析法，計算該監控激振訊號的一組監控特徵值和一組監控特徵向量；(D)以一模態驗證法，判斷該偵測器對應的該組監控特徵值和該組監控特徵向量分別與一組標準特徵值和一組標準特徵向量的相似度，該組標準特徵值和該組標準特徵向量是一數位孿生模型的標準動態特性，該數位孿生模型是針對該至少一待檢測部件建立；以及(E)當判斷出該偵測器對應的該組監控特徵值和該組監控特徵向量分別不相似於該組標準特徵值和該組標準特徵向量時，判定該偵測器對應的該子部件的動態特性發生偏差。

在一些實施例中，該數位孿生模型對應有一組第一初始特徵值和一組第一初始特徵向量，該組第一初始特徵值和該組第一初始特徵向量是針對未被安裝至該進給系統之該至少一待檢測部件建立該數位孿生模型時所產生，並且該數位孿生模型的該組標準特徵值和該組標準特徵向量是由以下步驟產生：(F)在一初始模式下，激振該進給系統，並透過該偵測器來偵測對應的該子部件的振動並產生一初始激振訊號，該初始模式是指剛出廠的該至少一待檢測部件被組裝於進入該監控模式之前的該進給系統的階段；(G)以該模態分析法，計算該初始激振訊號的一組第二初始特徵值和一組第二初始特徵向量；以及(H)透過一最佳化方法，根據該偵測器對應的該組第一初始特徵值、該組第一初始特徵向量、該組第二初始特徵值和該組第二初始特徵向量，推估出該偵測器對應的該組標準特徵值和該組標準特徵向量。

在一些實施例中，該步驟(H)是透過以下公式執行：

其中，

為該組第一初始特徵值中的第n個第一初始特徵值；

為該組第二初始特徵值中的第n個第二初始特徵值；

是以一模態可靠度準則(Modal Assurance Criterion，MAC)，計算出該組第一初始特徵向量中的第n個第一初始特徵向量和該組第二初始特徵向量中的第n個第二初始特徵值的相似度，n為正整數。

在一些實施例中，該檢測進給系統之動態特性偏差的方法更包含以下步驟：(I)判斷該組監控特徵值是否小於一監控門檻值；及(J)當該組監控特徵值小於該監控門檻值時，判定該偵測器對應的該子部件發生異常。

在一些實施例中，當判斷出該組監控特徵值和該組監控特徵向量分別不相似於該組標準特徵值和該組標準特徵向量時，該檢測進給系統之動態特性偏差的方法更包含以下步驟：(K)以一最佳化方法，根據該組監控特徵值和該組監控特徵向量更新該組標準特徵值和該組標準特徵向量，並定義更新的該組標準特徵值和該組標準特徵向量為該數位孿生模型的更新動態特性。

在一些實施例中，該模態分析法為實驗模態分析法或操作模態分析法。

在一些實施例中，以敲擊或馬達驅動的方式激振該進給系統。

在一些實施例中，該子部件的該動態特性包括質量、阻尼或剛性。

在一些實施例中，該待檢測部件為線性滑軌或滾珠螺桿，當該待檢測部件為該線性滑軌時，該子部件為滑軌或滑塊，或當該待檢測部件為該滾珠螺桿時，該子部件為螺桿或螺帽。

本發明根據一實施例更提供一種檢測進給系統之動態特性偏差的系統，該系統包含一處理器，該處理器被配置來執行上述的檢測進給系統之動態特性偏差的方法。

在下面的詳細描述中，闡述了許多具體細節以便提供對本發明的透徹理解。但是，本領域普通技術人員將理解，可以在沒有這些具體細節的情況下實踐本發明。在其他情況下，沒有詳細描述眾所周知的方法，過程和/或元件，以免使本發明不清楚。

請參考圖1至圖5所示，本發明根據一實施例所提供的一種檢測進給系統之動態特性偏差的系統1(以下簡稱系統1)可被應用來執行一種檢測一進給系統2的動態特性偏差的方法。此進給系統2包含至少一線性模組21，各線性模組21包含多個部件，例如但不限於包含一工作平台22和至少一線性傳動裝置。圖4所示的實施例中，線性傳動裝置的數量為3個，分別為一滾珠螺桿23及二線性滑軌24；滾珠螺桿23包含多個子部件，分別為螺桿231和螺帽232；並且，各線性滑軌24包含多個子部件，分別為一滑軌241和安裝於工作平台22且可活動地套設於滑軌241的二滑塊242。各部件均有其動態特性，例如但不限於質量、阻尼和剛性。在本實施例中，將以兩線性滑軌24作為待檢測部件來確認四個滑塊242的剛性偏差的例子來說明。

此系統1可例如但不限於包含一伺服器10、至少一個偵測器11和一激振裝置12。伺服器10包含一處理器13和電性連接處理器13的一儲存器14。

伺服器10安裝有複數個軟體，因此處理器13和儲存器14在軟體的運作中可被配置成包含一控制單元131、一模態分析單元132、一標準建立單元133、一相似度判斷單元134、一異常判斷單元135、一模型更新單元136及一資料庫141。控制單元131可與模態分析單元132通訊，模態分析單元132可與標準建立單元133通訊，相似度判斷單元134可與異常判斷單元135通訊，異常判斷單元135可與模型更新單元136通訊，而這些單元可與資料庫141通訊，以進行資料庫141的存取。控制單元131也與偵測器11和激振裝置12通訊，以控制偵測器11和激振裝置12的運作。

資料庫141可儲存例如但不限於演算法、閥值以及關於各種對應關係的資料。各種對應關係可例如但不限於是剛性值與自然頻率的對應關係、材質與密度的對應關係、材質與楊氏係數的對應關係及偵測器11與其所在之待檢測物件的子部件的對應關係。資料庫141也可儲存各部件的相關資料，例如但不限於部件的尺寸資料、材質資料、位置資料、預設剛性值及其對應關係等。尺寸資料可例如但不限於是透過安裝於系統1的繪圖軟體(例如但不限於AutoCAD)在繪製部件的一三維部件影像時建立或設定。位置資料可例如但不限於是以有限元素法(Finite Element Method，FEM)或連續體法(Continuum Mechanics)，由三維部件影像取樣像素座標而得。位置資料也關聯於此部件在進給系統2中與其他部件的相對位置。

在本實施例中，為了檢測滑塊242A~242D的剛性偏差，偵測器11的數量可設為4個，即偵測器11A~11D，且分別設置在工作平台22的頂面上的滑塊242A~242D，如圖4所示。然而，本發明並不限於此實施態樣。偵測器11被配置來偵測工作平台22的振動，可例如但不限於是加速規。激振裝置12被配置來激振進給系統2，使工作平台22受外力而振動。激振裝置12可例如但不限於是以敲擊或馬達驅動的方式激振進給系統2。

以下舉例說明檢測兩線性滑軌24的剛性偏差的方法。在此檢測方法中，處理器13首先進入一初始模式，以確立虛擬動態特性的標準，然後再進入一監控模式，以根據此標準來定期或不定期地監控開始工作後之滑塊242A~242D的動態特性是否偏差或異常。初始模式是指剛出廠的二線性滑軌24(即待檢測部件)被組裝於進入監控模式之前的進給系統2的階段。監控模式是指已組裝完成的進給系統2已開始工作並需要被監控的階段。

請一併參考圖1和2所示，在初始模式下，確立虛擬動態特性的標準的方法可例如但不限於包含以下步驟。

首先，在步驟S11中，由於兩線性滑軌24的滑塊242A~242D是被固定在工作平台22的底面，而滑塊預壓對進給結構(兩線性滑軌24連同工作平台22)的振動模態有不同程度的影響，因此模態分析單元132可選擇分佈有滑塊242A~242D的工作平台22作為建立數位孿生模型的參考目標，並且由資料庫141取得工作平台22的尺寸資料(例如但不限於長度、寬度和高度)、材質資料和位置資料以及取得滑塊242的剛性值範圍，並根據這些資料，透過儲存在儲存器14內的軟體(例如但不限於是電腦輔助工程(Computer Aided Engineering，CAE)軟體(例如但不限於ANSYS推出的分析軟體))，針對尚未被安裝至進給系統2之兩線性滑軌24，建立工作平台22的一數位孿生模型，並計算出一組第一初始特徵值和一組第一初始特徵向量，作為此數位孿生模型的初始動態特性。第一初始特徵值為數位孿生模型的初始自然頻率，而第一初始特徵向量則為數位孿生模型的初始模態。此時的數位孿生模型為尚未經校準的初始數位孿生模型，因此其初始動態特性會與已被安裝至進給系統2的兩線性滑軌24的真實動態特性些微不同。初始數位孿生模型及其初始動態特性都將被儲存至資料庫141，以供後續查找使用。

另一方面，在步驟S12中，可將偵測器11A~11D分別安裝在滑塊242A~242D上，如圖4和圖5所示。

接著，在步驟13中，在初始模式下，控制單元131控制激振裝置12來激振靜止的進給系統2，使滑塊242A~242D振動。同時，控制單元131也控制四個偵測器11偵測滑塊242A~242D的振動，這四個偵測器11會對應產生四個初始激振訊號，並回傳至控制單元131。

然後，在步驟S14中，控制單元131提供這四個初始激振訊號給模態分析單元132，而模態分析單元132透過儲存在儲存器14內的軟體(例如但不限於是CAE軟體)，以一模態分析法，將各初始激振訊號經由快速傅利葉轉換(Fast Fourier Transform，FFT)由時域訊號轉成頻域訊號，以計算出各初始激振訊號的一組第二初始特徵值和一組第二初始特徵向量。第二初始特徵值和第二初始特徵向量分別為已被安裝於進給系統2的工作平台22的實際自然頻率和實際模態。模態分析法可例如但不限於是實驗模態分析法或操作模態分析法。

最後，在步驟S15中，標準建立單元133由模態分析單元132取得各偵測器11的初始激振訊號的該組第二初始特徵值和該組第二初始特徵向量，以及由資料庫141取得該組第一初始特徵值和該組第一初始特徵向量，然後透過儲存在儲存器14內的軟體(例如但不限於是CAE軟體)，以一最佳化方法，根據該組第一初始特徵值、該組第一初始特徵向量及各偵測器11對應的該組第二初始特徵值和該組第二初始特徵向量，推估出對應各偵測器11的一組標準特徵值和一組標準特徵向量，以作為數位孿生模型的標準動態特性。此時的數位孿生模型是已校準的標準數位孿生模型，其標準動態特性符合已被安裝至進給系統2的兩線性滑軌24的真實動態特性。此標準數位孿生模型及其標準動態特性將被標準建立單元133記錄於資料庫141中，並且標準動態特性與四個偵測器11的對應關係也將被標準建立單元133記錄於資料庫141中，以供後續查找使用。

上述的最佳化方法可例如但不限於透過以下公式進行，其中

為一組第一初始特徵值中的第n個第一初始特徵值；

為一組第二初始特徵值中的第n個第二初始特徵值；

是以一模態可靠度準則，計算出該組第一初始特徵向量中的第n個第一初始特徵向量和該組第二初始特徵向量中的第n個第二初始特徵值的相似度，n為正整數。

在確立數位孿生模型的標準動態特性後，處理器13便可進入監控模式，以進一步地監控滑塊242A~242D的動態特性偏差和異常。如圖1和圖3所示，在監控模式下，監控滑塊242A~242D的動態特性偏差和異常的方法可例如但不限於包含以下步驟。

首先，在步驟S21中，控制單元131在監控模式下，控制激振裝置12來激振靜止的進給系統2，使滑塊242A~242D振動。同時，控制單元131也控制四個偵測器11偵測滑塊242A~242D的振動，這四個偵測器11會對應產生四個監控激振訊號，並回傳至控制單元131。

接著，在步驟S22中，控制單元131可提供這四個監控激振訊號給模態分析單元132，模態分析單元132可透過儲存在儲存器14內的軟體(例如但不限於是CAE軟體)，以模態分析法，將各偵測器11對應的監控激振訊號經由快速傅利葉轉換由時域訊號轉成頻域訊號，以計算出各偵測器11的監控激振訊號的一組監控特徵值和一組監控特徵向量。並且，模態分析單元132可將進一步將各偵測器11對應的該組監控特徵值和該組監控特徵向量記錄至資料庫141。模態分析法可例如但不限於是實驗模態分析法或操作模態分析法。

然後，在步驟S23中，相似度判斷單元134可由資料庫141取得數位孿生模型的標準動態特性(即各偵測器11對應的該組監控特徵值和該組監控特徵向量)，以及由資料庫141取得步驟S22計算獲得的各偵測器11對應的該組監控特徵值和該組監控特徵向量。並且，相似度判斷單元134可進一步透過儲存在儲存器14內的軟體(例如但不限於是CAE軟體)，以一模態驗證法，判斷對應同一個偵測器11的該組標準特徵向量與該組監控特徵向量的相似度，以及判斷對應同一個偵測器11的該組標準特徵值與該組監控特徵值。模態驗證法可例如但不限於是模態可靠度準則。

以模態可靠度準則判斷一組標準特徵向量與一組監控特徵向量的相似度的例子來說，可由以下公式來計算，其中

代表相似度；

代表該組監控特徵向量的矩陣；

代表該組標準特徵向量的矩陣；

是代表該組監控特徵向量的轉置矩陣；

是代表該組標準特徵向量的轉置矩陣。

接著在步驟S24中，相似度判斷單元134進一步將步驟S23中計算獲得的相似度與一相似度門檻值(例如但不限於0.8)比較，以判斷對應同一個偵測器11的該組監控特徵值和該組監控特徵向量是否分別相似於對應同一個偵測器11的該組標準特徵值和該組標準特徵向量。

在步驟S24中，當對應同一個偵測器11的該組監控特徵值與該組標準特徵值的相似度大於或等於相似度門檻值時，相似度判斷單元134判定該組監控特徵值相似於該組標準特徵值。同樣的，在步驟S24中，當對應同一個偵測器11的該組該組監控特徵向量與該組標準特徵向量的相似度大於或等於相似度門檻值時，相似度判斷單元134判定該組監控特徵向量相似於該組標準特徵向量。由於資料庫141記錄有各偵測器11與各滑塊242的對應關係，因此相似度判斷單元134可進一步在步驟S25中根據步驟S24的判斷結果，判定相似於該組標準特徵向量的該組監控特徵向量對應的偵測器11所對應的滑塊242的當前剛性值無偏差，並將此結果記錄於資料庫141。

反之，在步驟S24中，當對應同一個偵測器11的該組監控特徵值與該組標準特徵值的相似度小於相似度門檻值時，相似度判斷單元134判定該組監控特徵值與該組標準特徵值不相似。同樣的，在步驟S24中，當對應同一個偵測器11的該組監控特徵向量與該組標準特徵向量的相似度小於相似度門檻值時，相似度判斷單元134判定該組監控特徵向量與該組標準特徵向量不相似。此時，異常判斷單元135可進一步地在步驟S26中由資料庫141取得一監控門檻值M，並判斷與該組標準特徵值不相似的該組監控特徵值是否小於監控門檻值M。

在步驟S26中，若否，表示該組監控特徵值對應的偵測器11所對應的滑塊242的當前動態特性只是偏離標準，但偏離程度仍在可容許範圍內，因此異常判斷單元135將在步驟S27中判定此滑塊242的當前剛性值發生偏差，並將判定結果記錄於資料庫141。然後，在步驟S28，模型更新單元136會透過儲存在儲存器14內的軟體(例如但不限於是CAE軟體)，以最佳化方法，根據該組監控特徵值和該組監控特徵向量，更新記錄在資料庫141中之數位孿生模型及其虛擬動態特性(即各組標準特徵值和各組標準特徵向量)，並定義更新的各組標準特徵值和各組標準特徵向量為數位孿生模型的更新動態特性。

相反地，在步驟S26中，若是，則表示該組監控特徵值對應的偵測器11所對應的滑塊242的當前剛性值不僅偏離標準，偏離程度更是超出可容許範圍，因此異常判斷單元135將在步驟S29中判定此滑塊242的當前剛性值已發生異常，並對應產生一異常訊號以及將判定結果記錄於資料庫141。

以下列舉偵測器11A~11D的例子來說，由於工作一段時間後之兩線性滑軌24的滑塊242A~242D的磨損不盡相同，因此在步驟S24中判斷各偵測器11對應的該組監控特徵值是否相似於對應的該組標準特徵值，可初步判斷出這滑塊242A~242D中有至少一個滑塊242的剛性值出現偏差，而在步驟S24中判斷各偵測器11對應的該組監控特徵向量是否相似於對應的該組標準特徵向量，可更確切地判斷出滑塊242A~242D中哪一個滑塊222的剛性值已經偏差。如圖6所示之自然頻率對滑塊剛性值的關係曲線，其中縱軸代表工作平台22的不同自然頻率，橫軸代表不同的滑塊剛性值，每個自然頻率對應有一個剛性值，自然頻率F1所對應的剛性值R1為剛出廠之高預壓的滑塊的剛性值，自然頻率F2(即監控門檻值M)對應的剛性值R2為預壓消失的滑塊的剛性值，自然頻率與滑塊剛性值的對應關係是預先被儲存於資料庫141中。

在此範例下的步驟S24中，若偵測器11A~11D的每一個偵測器11對應的該組監控特徵值和該組監控特徵向量皆不相似於該偵測器11對應的該組標準特徵值和該組標準特徵向量時，表示各偵測器11對應的該組監控特徵值皆小於自然頻率F1，而偵測器11A~11D對應的滑塊242A~242D的剛性值也都已下降且低於剛性值R1。

在此範例下的步驟S26中，若只有偵測器11D對應的該組監控特徵值小於自然頻率F2時，表示偵測器11A~11C對應的滑塊242A~242C的剛性值雖然下降但仍大於或等於剛性值R2，而偵測器11D對應的滑塊242D的剛性值則已下降至低於剛性值R2，其下降幅度已超出可容許範圍，滑塊242D已處於異常狀態。此時，異常判斷單元135將發出對應此滑塊242D的異常訊號。藉此，可快速地找出異常的元件。

另一方面，若各個時間點取得的監控資訊(即每次獲得的各組監控特徵值和各組監控特徵向量以及其檢測結果)可被呈現於與處理器13通訊的一使用者介面(未繪示)時，監控者便可即時掌控滑塊242A~242D在該時間點的狀態，從而可在有一滑塊242(例如滑塊242D)發生異常時，即時替換此異常的滑塊242D。此外，藉由上述步驟S24~S27和S29，不僅可讓監控者知曉被安裝於工作平台22的滑塊242A~242D有至少其中一個滑塊242已損壞需要被替換，更可讓監控者準確地知曉哪一個滑塊242需要被替換。此使用者介面可被顯示於電性連接伺服器10的顯示器和遠端連線至伺服器10的一計算機裝置的顯示器。藉此，可達到近端和遠端監控的目的。

雖然上述各實施例是以兩個線性滑軌24作為待檢測部件，然而本發明並不限於此。在其他實施例中，滾珠螺桿23也可作為待檢測部件；在步驟S11選擇螺桿231作為建立數位孿生模型的參考目標，以及利用預先儲存在資料庫141的螺帽232(即子部件)的剛性值範圍、螺桿尺寸、螺桿材質和螺桿位置資料，建立一數位孿生模型及計算出此數位孿生模型的一組第一初始特徵值和一組第一初始特徵向量；然後透過步驟S12~S15和步驟S21~28即可即時監控螺帽232的剛性值的變化，其中偵測器11安裝在螺帽232。

此外，上述建立的各數位孿生模型也可適用於不同規格的進給系統，並且本發明提供的檢測進給系統之動態特性偏差的方法也可適用於不同規格的進給系統。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然而這些實施例並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動、潤飾與各實施態樣的組合，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

1:檢測進給系統之動態特性偏差的系統 10:伺服器 11,11A,11B,11C,11D:偵測器 12:激振裝置 13:處理器 131:控制單元 132:模態分析單元 133:標準建立單元 134:相似度判斷單元 135:異常判斷單元 136:模型更新單元 14:儲存器 141:資料庫 2:進給系統 21:線性模組 22:工作平台 23:滾珠螺桿 231:螺桿 232:螺帽 24:線性滑軌 241:滑軌 242,242A,242B,242C,242D:滑塊 M:監控門檻值 F1,F2:自然頻率 R1,R2:剛性值

在結合以下附圖研究了詳細描述之後，將發現本發明的其他方面及其優點：圖1為根據本發明一實施例之檢測進給系統之動態特性偏差的系統的功能方塊圖；圖2為根據本發明一實施例在初始模式下，確立數位孿生模型之標準動態特性的方法的流程圖；圖3為根據本發明一實施例在監控模式下，監控動態特性偏差和異常的方法的流程圖；圖4為根據本發明一實施例之在進給系統安裝偵測器於一視角的示意圖；圖5為根據本發明一實施例之在進給系統安裝偵測器於另一視角的示意圖；及圖6為根據本發明一實施例工作平台的自然頻率對滑塊剛性值的關係曲線圖。

Claims

一種檢測進給系統之動態特性偏差的方法，該進給系統包含至少一待檢測部件，各該待檢測部件包含至少一子部件，該檢測進給系統之動態特性偏差的方法由一處理器執行且包含以下步驟：(A)於該子部件上設置一偵測器，該偵測器與該處理器通訊；(B)在一監控模式下，激振該進給系統，並透過該偵測器來偵測對應的該子部件的振動並產生一監控激振訊號；(C)以一模態分析法，將該偵測器的該監控激振訊號經由快速傅立葉轉換由時域訊號轉成頻域訊號，以計算該監控激振訊號的一組監控特徵值和一組監控特徵向量；(D)以一模態驗證法，判斷該偵測器對應的該組監控特徵值和該組監控特徵向量分別與一組標準特徵值和一組標準特徵向量的相似度，該組標準特徵值和該組標準特徵向量是一數位孿生模型的標準動態特性，該數位孿生模型是針對該至少一待檢測部件建立；以及(E)當判斷出該偵測器對應的該組監控特徵值和該組監控特徵向量分別不相似於該組標準特徵值和該組標準特徵向量時，判定該偵測器對應的該子部件的動態特性發生偏差。
根據請求項1所述的檢測進給系統之動態特性偏差的方法，其中該數位孿生模型對應有一組第一初始特徵值和一組第一初始特徵向量，該組第一初始特徵值和該組第一初始特徵向量是針對未被安裝至該進給系統之該至少一待檢測部件建立該數位孿生模型時所產生，並且該數位孿生模型的該組標準特徵值和該組標準特徵向量是由以下步驟產生：(F)在一初始模式下，激振該進給系統，並透過該偵測器來偵測對應的該子部件的振動並產生一初始激振訊號，該初始模式是指剛出廠的該至少一待檢測部件被組裝於進入該監控模式之前的該進給系統的階段；(G)以該模態分析法，計算該初始激振訊號的一組第二初始特徵值和一組第二初始特徵向量；以及(H)透過一最佳化方法，根據該偵測器對應的該組第一初始特徵值、該組第一初始特徵向量、該組第二初始特徵值和該組第二初始特徵向量，推估出該偵測器對應的該組標準特徵值和該組標準特徵向量。
根據請求項2所述的檢測進給系統之動態特性偏差的方法，其中該步驟(H)是透過以下公式執行：
其中，
為該組第一初始特徵值中的第n個第一初始特徵值；ω _n為該組第二初始特徵值中的第n個第二初始特徵值；ΔMAC _n是以一模態可靠度準則，計算出該組第一初始特徵向量中的第n個第一初始特徵向量和該組第二初始特徵向量中的第n個第二初始特徵值的相似度，n為正整數。
根據請求項1所述的檢測進給系統之動態特性偏差的方法，更包含以下步驟：(I)判斷該組監控特徵值是否小於一監控門檻值；及 (J)當該組監控特徵值小於該監控門檻值時，判定該偵測器對應的該子部件發生異常。
根據請求項1所述的檢測進給系統之動態特性偏差的方法，其中當判斷出該組監控特徵值和該組監控特徵向量分別不相似於該組標準特徵值和該組標準特徵向量時，該檢測進給系統之動態特性偏差的方法更包含以下步驟：(K)以一最佳化方法，根據該組監控特徵值和該組監控特徵向量更新該組標準特徵值和該組標準特徵向量，並定義更新的該組標準特徵值和該組標準特徵向量為該數位孿生模型的更新動態特性。
根據請求項1所述的檢測進給系統之動態特性偏差的方法，其中該模態分析法為實驗模態分析法或操作模態分析法。
根據請求項1所述的檢測進給系統之動態特性偏差的方法，其中以敲擊或馬達驅動的方式激振該進給系統。
根據請求項1所述的檢測進給系統之動態特性偏差的方法，其中該子部件的該動態特性包括質量、阻尼或剛性。
根據請求項1所述的檢測進給系統之動態特性偏差的方法，其中該待檢測部件為線性滑軌或滾珠螺桿，當該待檢測部件為該線性滑軌時，該子部件為滑軌或滑塊，當該待檢測部件為該滾珠螺桿時，該子部件為螺桿或螺帽。
一種檢測進給系統之動態特性偏差的系統，包含一處理器，該處理器被配置來執行如請求項1所述的檢測進給系統之動態特性偏差的方法。