TWI816431B - 線性滑軌檢測設備 - Google Patents
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Abstract
本發明係揭露一種線性滑軌檢測設備，其包括檢測機台、線性驅動機構、負荷施加單元、機械性能參考物理量感測模組及訊號處理單元。檢測機台安裝待測線性滑軌。線性驅動機構用以驅動待測線性滑軌的滑塊與滑軌相對移動。負荷施加單元用以施予滑軌與滑塊之間的預負荷力。機械性能物理訊號感測模組包括摩擦力感測模組及平面上下偏位感測模組，用以分別檢測滑軌與滑塊相對移動時所產生之摩擦力感測訊號及滑塊所產生之上下偏位感測訊號。訊號處理單元將摩擦力感測訊號及上下偏位感測訊號處理及運算後轉換為機械性能參考物理量，而供作為該待測線性滑軌之機械性能的參考依據。
Description
本發明係有關一種線性滑軌檢測設備，尤指一種可以得到更為全面與精確之線性滑軌機械性能檢測參考資訊的技術。
按習知線性滑軌主要是藉由鋼珠或滾柱在滑塊與滑軌之間的循環滾動，讓滑塊得以沿著滑軌進行高精度的線性運動。然而在高速的線性運動過程中，由於鋼珠或滾柱與滑軌之間的摩擦與碰撞，使得線性滑軌很容易產生振動，以致容易造成加工品質及使用壽命降低的情事產生，所以須對線性滑軌做檢測以符合品質要求。習知線性滑軌的檢測方式，第一種方式係驅動軌道相對滑塊做移動，用以長時間操作後測試線性滑軌的壽命，或是藉由感測元件感測出軌道相對滑塊移動時所產生的物理訊號，利用所感測的物理訊號來分析線性滑軌的機械性能。第二種方式則是反過來，即是驅動滑塊相對軌道做移動，用以長時間操作後測試線性滑軌的壽命，或是藉由感測元件感測出滑塊相對軌道移動時所產生的物理訊號，利用所感測的物理訊號來分析線性滑軌的機械性能。無論上述哪一種方式，都各自有優缺點。
上述第一種檢測方式的專利如本國發明第I510771號『線性滑軌壽命檢測方法及其檢測裝置』及第I596329號『線性滑軌之動摩擦係數量測結構及其量測方法』等專利所示。第I510771號專利案係包括檢測機台、
滾輪及驅動模組。檢測機台用以固定滑塊，使滑軌可滑動地設置於滑塊上。滾輪設置於檢測機台上方，滾輪向下頂抵滑軌，且滾輪承載預定荷重而通過滾輪以施加於滑軌上。驅動模組機械連接滑軌，使滑軌於滑塊與滾輪間，進行簡諧運動。藉由滾輪向下頂抵滑軌，使滾輪承載預定荷重，且通過滾輪以施加於滑軌上，該專利雖然可大幅縮小機台長度，只要將滑塊固定於檢治具上，再將滑軌前端固定於傳動機構上就能開始測試，即可達到快速更換檢測物及快速完成線性滑軌壽命檢測作業的功效；惟，該專利並無摩擦介面性能判斷的機能設置，以致無法得到更為全面與精確的滑動摩擦介面性能檢測資訊，而且於檢測時，係將滑塊固定而滑軌卻是做往復線性運動，於此確實與實際運作方式相反，致使較無法得到更精確的線性滑軌壽命檢測數據。而第I596329號專利案，係包括機座、複數滑塊限制構件、軌道拉引機構、定點配置式傳感器及感測連動構件。待測物裝設座設於機座的工作台上，包括受動部及可位移軌道座供線性滑軌的軌道鎖設。複數滑塊限制構件設於待測物裝設座以限制滑塊。軌道拉引機構設於工作台上且包括拉引部及驅動裝置。定點配置式傳感器設於待測物裝設座。感測連動構件用以連結滑塊與定點配置式傳感器的感測部。該專利技術主要是滑塊固定在機台上呈不動狀態，並在滑塊上固定可拆換負載塊以模擬負載，再藉由軌道拉引機構驅動線性滑軌相對滑塊運動，再以定點配置式傳感器量測滑塊與軌道之間的動摩擦係數。該專利案雖可改善滑塊移動的缺失，然而卻又產生了無法確實模疑實際加工機台是滑塊在移動的真實動態狀況，而且該專利案的模擬滑塊負載的方式，是在滑塊上固定可拆換負載塊，要變更預負荷力時，須做負載塊的拆換，不僅不便且浪費工時，而且不同預負荷力，便須各有一個負載塊，過多負載塊，佔空間，造成儲放的負擔。
無論如何，該專利案仍然無法完整地檢測出線性滑塊運行時的狀態。
上述第二種檢測方式如本發明人之前所申請的中華民國發明第I711813號『線軌滑動介面性能檢測方法及系統』及他人所申請第I390198號『線性摩擦阻力量測裝置』等專利所示。第I711813號專利係包括待測線性滑軌、負荷施加單元、訊號感測模組、致動單元及訊號處理單元。以負荷施加單元施予線性滑軌之滑軌與滑塊之間的預負荷力。再以致動單元致動滑塊與滑軌相對移動。以訊號感測模組檢測滑軌與滑塊間介面性能判斷所需之感測訊號。以訊號處理單元處理感測訊號換算為介面性能判斷所需參數，以供使用者判斷滑軌與滑塊之間介面性能資訊，該專利雖然可藉由多方向預負荷力的施力及各式的感測訊號而測得更為全面與精確的滑動介面性能檢測資訊；惟，其並非為專屬用來檢測線性滑軌性能的檢測機台結構設置，以致必須以包括有電螺桿機構及線性滑軌的整組設置機構進行檢測，致使無法針對尚未組裝為成品的線性滑軌零件進行檢測，因而造成檢測上的不便與困擾的情事產生。第I390198號專利案係包括線性馬達、線性裝置及含有推拉力計之聯接桿。線性馬達提供驅動力使滑塊於滑軌上滑動，並將滑軌與滑塊位移量的變化等信息轉換成電信號輸出，推拉力計量測以獲得滑軌與滑塊的摩擦阻力之分佈狀態。無論如何，該專利案仍然無法完整地檢測出線性滑塊運行時的狀態。
有鑑於此，上述習知線性滑軌檢測技術技術以及前述該等專利確實皆未臻完善，仍有再改善的必要性，而且基於相關產業的迫切需求之下，本發明人等乃經不斷的努力研發之下，終於研發出一套有別於上述習知技術與前揭專利的本發明。
本發明之目的，在於提供一種線性滑軌檢測設備，主要是可以得到更為全面與精確要求的滑動摩擦介面性能檢測資訊，除了可以有效提升滑軌與滑塊之間的滑移精度之外，並可提升工件的加工質量及穩定性。達成本發明目的之技術手段，係包括檢測機台、線性驅動機構、負荷施加單元、機械性能參考物理量感測模組及訊號處理單元。檢測機台安裝待測線性滑軌。線性驅動機構用以驅動待測線性滑軌的滑塊與滑軌相對移動。負荷施加單元用以施予滑軌與滑塊之間的預負荷力。機械性能物理訊號感測模組包括摩擦力感測模組及平面上下偏位感測模組，用以分別檢測滑軌與滑塊相對移動時所產生之摩擦力感測訊號及滑塊所產生之上下偏位感測訊號。訊號處理單元將摩擦力感測訊號及上下偏位感測訊號處理及運算後轉換為機械性能參考物理量，而供作為該待測線性滑軌之機械性能的參考依據。
10:檢測機台
11:滑道
12:滑架
20:待測線性滑軌
21:滑軌
22:滑塊
220:承載平面
30:線性驅動機構
31:軌道
310:排齒
32:滑動座
320:嵌槽
33:傳動齒輪
34:馬達
35:驅動桿
36:支撐座
40:負荷施加單元
41:負荷位置調整機構
42:加壓頭
43:壓輪
430:輪軸
50:機械性能物理訊號感測模組
500:摩擦力感測模組
501:扭力計
502:平面上下偏位感測模組
503:雷射測距模組
504:雷射測距光源組
51:六軸位移感測器
52:三軸位移感測器
53:溫度感測器
54:警示模組
60:訊號處理單元
圖1係本發明第一應用實施的示意圖。
圖2係本發明第二應用實施的第一動作實施示意圖。
圖3係本發明第二應用實施的第二動作實施示意圖。
圖4係本發明第三應用實施的動作實施示意圖。
圖5係本發明具體架構的功能方塊示意圖。
圖6係本發明又一種較佳具體實施例示意圖。
為讓 貴審查委員能進一步瞭解本發明整體的技術特徵與達成本發明目的之技術手段，玆以具體實施例並配合圖式加以詳細說明：
請配合參看圖1~3及圖5所示，為達成本發明目的之一種具體實施例，係包括一檢測機台10、一線性驅動機構30、一負荷施加單元40、一機械性能參考物理量感測模組50及一訊號處理單元60。檢測機台10供安裝一待測線性滑軌20。該待測線性滑軌20包含可重覆性拆卸地設於檢測機台10上的至少一滑軌21及套設於至少一滑軌21的滑塊22。該線性驅動機構30設於檢測機台10上，用以驅動使該滑塊與該至少一滑軌產生線性的相對移動，滑塊22沿著至少一滑軌21相對移動，或是至少一滑軌21相對滑塊22移動。負荷施加單元40用以施予至少一滑軌21與滑塊22之間相對應的預負荷力。該機械性能參考物理量感測模組50用以檢測出該至少一滑軌21與該滑塊22之間被施予該預負荷力下在做線性相對移動時所產生之機械性能物理訊號。該訊號處理單元60用以將該機械性能物理訊號處理及運算後轉換為機械性能參考物理量，以該機械性能參考物理量供作為該待測線性滑軌20之機械性能的參考依據。本發明的特徵在於，該機械性能物理訊號感測模組50為一複合式機械性能參考物理量感測模組，其包括有一摩擦力感測模組500及一平面上下偏位感測模組502；該摩擦力感測模組500用以檢測該至少一滑軌21與該滑塊22之間被施予該預負荷力下在做線性相對移動時所產生之摩擦力形成的摩擦力感測訊號；該平面上下偏位感測模組502用以檢測該至少一滑軌21與該滑塊22之間被施予該預負荷力下在做線性相對移動時該滑塊22所產生之上下偏位感測訊號；該訊號處理單元60將該摩擦力感測訊號及該上下偏位感測訊號作為該機械性能物理訊號，並將該該摩擦力感測訊號及該上下偏位感測訊號處理及運算後轉換為該機械性能參考物理量，而供作為該待測線性滑軌20之機械性能的參考依據。
現有的習知技術或在先技術也都有檢測滑軌與滑塊相對移動時的摩擦力計算方式。本發明的一種具體實施例中，該訊號處理單元60將摩擦力感測訊號處理轉換為摩擦數據，並將摩擦數據代入一滑動摩擦力計算公式，以求得摩擦介面性能參數，再以摩擦介面性能參數作為滑軌21與滑塊22之間的摩擦介面性能的判斷依據，該滑動摩擦力計算公式表示為：F=μ FN，其中，F係作為摩擦介面性能參數的滑動摩擦力，μ係作為摩擦數據的動摩擦係數，FN係為已知正向力的預負荷力。
具體的，可由摩擦力感測模組500與訊號處理單元60計算出對應的摩擦數據，而摩擦數據是指預負荷力施加於滑塊22後相對滑軌21滑動後所產生的阻力而言，滑動摩擦力的計算公式為：F=μ FN，其中F為滑動摩擦力，μ為動摩擦係數，FN為為已知的正向力，即本發明所施加的預負荷力FN，於是即可求出所需的摩擦係數(即前述之摩擦介面性能參數)。一般而言，當摩擦係數高於預設摩擦係數值時，訊號處理單元60則判斷滑軌21與滑塊22之間的配合餘隙過小之外，並判斷出滑軌21與滑塊22的導引面及導槽等部位的加工精度不佳，因而影響到滑軌21與滑塊22之間的配合精度；反之，摩擦係數低於預設摩擦係數值時，訊號處理單元60則判斷滑軌21與滑塊22之間的配合餘隙正常，而且判斷出滑軌21與滑塊22之間介面性能較佳；亦即，滑軌11與滑塊22之間的介面加工精度極佳。
請參看圖4所示的實施例，該負荷施加單元40更包含一負荷位置調整機構41，該負荷位置調整機構41用以調整負荷施加單元40之加壓頭42抵接於滑塊22的位置。
請參看圖5所示的實施例，本發明更包含一設於滑塊22的
六軸位移感測器51(如陀螺儀)，該六軸位移感測器51用以感測滑塊22相對該滑軌21移動時之多維傾斜角度狀態而產生多維度的傾斜角度感測訊號，該訊號處理單元60將該傾斜角度感測訊號轉換處理為相應的多維度傾斜參數；當該多維度傾斜參數高於預設多維傾斜值，該訊號處理單元60則判定滑塊22相對滑軌21移動的傾斜角度過大而異常，並輸出一傾斜角度異常的警示訊號至一警示模組54，以發出傾斜角度異常的警示資訊。具體的，本實施例主要是用來感測滑塊22的六軸角度偏移狀態，進而產生六軸的角度偏移的傾斜角度感測訊號，於此，即可用來感測滑塊22於移動行程中四個邊角是否因載重或零件故障所致的傾斜；或是邊角翹起所引起的移動行程異常狀況。
請參看圖5所示的實施例，本發明更包含一設於滑塊22的三軸位移感測器52及一設於滑塊22的溫度感測器53，該三軸位移感測器52用以感測滑塊22之振動狀態而產生振動感測訊號，該溫度度感測器53用以感測滑塊22之溫度狀態而產生溫度感測訊號，該訊號處理單元60分別轉換處理振動感測訊號號以及溫度感測訊號，並依序輸出振動數據以及溫度數據，當該振動數據或是溫度數據高於一預設振動值或是預設溫度值時，該訊號處理單元60則輸出一振動異常；或是溫度異常的警示訊號至一警示模組54，以發出振動異常或是溫度異常的警示資訊。
請參看圖2~3所示的實施例，該線性驅動機構30包含二平行並置於檢測機台10的軌道31、一滑動座32、一傳動齒輪33、一設於滑動座32用以驅動傳動齒輪33轉動的馬達34及一驅動桿35，其一軌道31靠近底部的內側延伸設有一與傳動齒輪33嚙合的排齒310，該滑動座32設有二與二軌道31嵌合位移的嵌槽320，該驅動桿35介置於滑塊22與滑動座32之間，當馬
達34驅動傳動齒輪33轉動時，該傳動齒輪33則連動嚙合排齒310，而可藉由滑動座32之二嵌槽320嵌合於二軌道31，以使滑動座32可沿著二軌道31相對位移，進而以驅動桿35來驅動滑塊22相對滑軌21移動。
具體的，該驅動桿35一端固設於滑塊22後端的中心位置，該驅動桿35另一端固設於滑動座32朝向滑塊22方向之前端面的中心位置。
更具體的，請參看圖2~3所示的實施例，該滑動座32頂面朝向滑塊22的方向延伸設有一支撐座36，該支撐座36可供設置負荷施加單元40。
此外，再請參看圖1所示的實施例，該檢測機台10設有二平行並置的滑道11及可供負荷施加單元40設置其上而略呈ㄇ型的滑架12，該滑架二側緣可嵌入滑道11做往復位移，當負荷施加單元40對滑塊22施加預負荷力時，該滑架12則可隨著滑塊22的位移而同步滑動。
請參看圖6所示，本發明之一種較佳具體實施例中，該負荷施加單元40包括有一壓輪43，以該壓輪43抵壓該滑塊22的一承載平面220而產生該預負荷力；該機械性能物理訊號感測模組50之該摩擦力感測模組500包括一扭力計501，該扭力計501設置在該壓輪43的輪軸430處，當該至少一滑軌21與該滑塊22做相對移動而產生該摩擦力時，該摩擦力所形成且作用在該滑塊22上的一反作用力作用於該壓輪43而驅轉該壓輪43，使該壓輪43產生一扭力而由該扭力計501測得一扭力訊號，該訊號處理單元60處理該扭力訊號以作為該摩擦力感測訊號。再者，本圖示實施例中，該平面上下偏位感測模組502為一雷射測距模組503，該雷射測距模組503包括至少三個雷射測距光源組504；該至少三個雷射測距光源組504分別投射雷射光在該滑塊22上的一承載平面220上的至少三個點位，用以檢測該至少
一滑軌21與該滑塊22之間被施予該預負荷力下在做線性相對移動時該至少三個點位所分別產生的上下差距訊號；該訊號處理單元60處理該上下差距訊號以作為該上下偏位感測訊號。
因此，經由上述具體實施例的詳細說明后，本發明確實可以得到更為全面與精確的滑動摩擦介面性能檢測資訊，除了可以有效提升滑軌與滑塊之間的滑移精度之外，並可提升工件的加工質量及穩定性。
以上所述，僅為本發明一種較為可行的實施例，並非用以限定本發明之專利範圍，凡舉依據下列請求項所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本發明之專利範圍內。本發明所具體界定於請求項之結構特徵，未見於同類物品，且具實用性與進步性，已符合發明專利要件，爰依法具文提出申請，謹請 鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。
10:檢測機台
11:滑道
12:滑架
20:待測線性滑軌
21:滑軌
22:滑塊
30:線性驅動機構
40:負荷施加單元
42:加壓頭
50:機械性能參考物理量感測模組
500:摩擦力感測模組
Claims (9)
- 一種線性滑軌檢測設備，其包括：一檢測機台，其用以供一待測線性滑軌安裝其上，該待測線性滑軌包含可重覆性拆卸地設於該檢測機台上的至少一滑軌及套設於該滑軌的一滑塊；一線性驅動機構，其設於該檢測機台上，用以驅動使該滑塊與該至少一滑軌產生線性的相對移動；一負荷施加單元，其用以施予該至少一滑軌與該滑塊之間相對應的預負荷力；一機械性能參考物理量感測模組，其用以檢測出該至少一滑軌與該滑塊之間被施予該預負荷力下在做線性相對移動時所產生之機械性能物理訊號；及一訊號處理單元，其用以將該機械性能物理訊號處理及運算後轉換為機械性能參考物理量，以該機械性能參考物理量供作為該待測線性滑軌之機械性能的參考依據，其特徵在於，該機械性能物理訊號感測模組為一複合式機械性能參考物理量感測模組，其包括有一摩擦力感測模組及一平面上下偏位感測模組；該摩擦力感測模組用以檢測該至少一滑軌與該滑塊之間被施予該預負荷力下在做線性相對移動時所產生之摩擦力形成的摩擦力感測訊號；該平面上下偏位感測模組用以檢測該至少一滑軌與該滑塊之間被施予該預負荷力下在做線性相對移動時該滑塊所產生之上下偏位感測訊號；該訊號處理單元將該摩擦力感測訊號及該上下偏位感測訊號作為該機械性能 物理訊號，並將該該摩擦力感測訊號及該上下偏位感測訊號處理及運算後轉換為該機械性能參考物理量，而供作為該待測線性滑軌之機械性能的參考依據；其中，該負荷施加單元包括有一壓輪，以該壓輪抵壓該滑塊而產生該預負荷力；該摩擦力感測模組包括一扭力計，該扭力計設置在該壓輪的輪軸處，當該至少一滑軌與該滑塊做相對移動而產生該摩擦力時，該摩擦力所形成且作用在該滑塊上的一反作用力作用於該壓輪而驅轉該壓輪，使該壓輪產生一扭力而由該扭力計測得一扭力訊號，該訊號處理單元處理該扭力訊號以作為該摩擦力感測訊號。
- 如請求項1所述之線性滑軌檢測設備，其中，該平面上下偏位感測模組為一雷射測距模組，該雷射測距模組包括至少三個雷射測距光源組；該至少三個雷射測距光源組分別投射雷射光在該滑塊上的一承載平面上的至少三個點位，用以檢測該至少一滑軌與該滑塊之間被施予該預負荷力下在做線性相對移動時該至少三個點位所分別產生的上下差距訊號；該訊號處理單元處理該上下差距訊號以作為該上下偏位感測訊號。
- 如請求項1所述之線性滑軌檢測設備，其中，該滑動摩擦力計算公式表示為：F=μFN，其中，F係作為該摩擦介面性能參數的滑動摩擦力，μ係作為該摩擦數據的動摩擦係數，FN係為已知正向力的該預負荷力。
- 如請求項1所述之線性滑軌檢測設備，其更包含一設於該滑塊的六軸位移感測器，該六軸位移感測器用以感測該滑塊相對該滑軌移動時之多維傾斜角度狀態而產生多維度的傾斜角度感測訊號，該訊號處理單元將該傾斜角度感測訊號轉換處理為相應的多維度傾斜參數；當該多維度傾斜參數高於一預設多維傾斜值，該訊號處理單元則判定該滑塊相對該滑軌移動的傾斜角度過大而異常，並輸出一傾斜角度異常的警示訊號。
- 如請求項1所述之線性滑軌檢測設備，其更包含一設於該滑塊的三軸位移感測器及一設於該滑塊的溫度感測器，該三軸位移感測器用以感測該滑塊之振動狀態而產生振動感測訊號，該溫度度感測器用以感測該滑塊之溫度狀態而產生溫度感測訊號，該訊號處理單元分別轉換處理振動感測訊號號以及溫度感測訊號，並依序輸出振動數據以及溫度數據，當該振動數據或是該溫度數據高於一預設振動值或是預設溫度值時，該訊號處理單元則輸出一振動異常或是溫度異常的警示訊號。
- 如請求項1所述之線性滑軌檢測設備，其中，該線性驅動機構包含二平行並置於該檢測機台的軌道、一滑動座、一傳動齒輪、一設於該滑動座用以驅動該傳動齒輪轉動的馬達及一驅動桿，其一該軌道靠近底部的內側延伸設有一與該傳動齒輪嚙合的排齒，該滑動座設有二與該二軌道嵌合位移的嵌槽，該驅動桿介置於該滑塊與該滑動座之間，當該馬達驅動該傳動齒輪轉動時，該傳動齒輪則連動嚙合該排齒，而可藉由該滑動座之該二嵌槽嵌合於該二軌道，以使該滑動座可沿著該二軌道相對位移，進而以該驅動桿來驅動該滑塊相對該滑軌移動。
- 如請求項6所述之線性滑軌檢測設備，其中，該驅動桿一端固設於該滑塊後端的中心位置，該驅動桿另一端固設於該滑動座朝向該滑塊方向之前端面的中心位置。
- 如請求項6所述之線性滑軌檢測設備，其中，該滑動座頂面朝向該滑塊的方向延伸設有一支撐座，該支撐座可供設置該負荷施加單元。
- 如請求項1所述之線性滑軌檢測設備，其中，該檢測機台設有二平行並置的滑道及可供該負荷施加單元設置其上而略呈ㄇ型的一滑架，該滑架二側底緣可嵌入該滑道做往復位移，當該負荷施加單元對該滑塊施 加該預負荷力時，該滑架則可隨著該滑塊的位移而同步滑動。
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