TWM578425U - Tool machine life detection system - Google Patents

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TWM578425U
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何依霖
江洵甫
湯嘉輝
張錦鋒
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達佛羅企業有限公司
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Abstract

一種工具機壽命偵測系統，適用於輸出一注油信號至一具有一注油裝置及一構件的工具機，以使該注油裝置對該構件進行注油潤滑，該工具機壽命偵測系統包含至少一感測器及一控制單元。該感測器用以感測該構件之運動以輸出一振動信號。該控制單元根據該振動信號運算一振動值，且紀錄輸出該注油信號後之該振動值及對應時間，以運算一關於該振動值對應時間之變化的振動值斜率，並根據該振動值斜率及一預設之第一振動極限值運算一第一壽命時間，且於該第一壽命時間小於一預定之第一警示時間時，輸出一第一警示信號。藉此，可以預估該構件之使用壽命，以便於控管何時須更換新構件並進行備料，協助維持該工具機之運作正常。

Description

工具機壽命偵測系統
本新型是有關於一種偵測系統，特別是指一種工具機壽命偵測系統。
在製造業中，工具機為重要的設備之一，因此，維護工具機的主要構件(如軸承與線性滑軌等)之運行平穩順暢即為重要的關注項目。
工具機的構件會隨著使用時間而在運行軌道上逐漸產生損傷(例如刮痕或凹洞)，導致軸承或線性滑軌在運行時產生額外的高頻振動，不僅會降低產品的良率，嚴重甚可導致該工具機損壞、操作人員受傷，因此，當構件損傷到達一定程度時，需進行給油潤滑或是更換新構件以維持產品良率及運作安全，而如何預估何時須更換新構件以便於控管構件備料，即為發展重要目標之一。
因此，本新型之目的，即在提供一種可預估構件壽命以便於控管構件備料的工具機壽命偵測系統。
於是，本新型工具機壽命偵測系統，適用於輸出一注油信號至一具有一注油裝置及一構件的工具機，以使該注油裝置對該構件進行注油潤滑，並適用於偵測該構件的使用壽命，該工具機壽命偵測系統包含至少一感測器及一控制單元。
該感測器對應該構件設置於該工具機，用以感測該構件之運動以輸出一振動信號。
該控制單元信號連接該至少一感測器，接收該振動信號，並根據該振動信號運算一振動值，且紀錄輸出該注油信號後之該振動值及對應時間，以運算一關於該振動值對應時間之變化的振動值斜率，並根據該振動值斜率及一預設之第一振動極限值運算一第一壽命時間，且於該第一壽命時間小於一預定之第一警示時間時，輸出一第一警示信號。
本新型之功效在於：藉由設置該感測器感測該振動信號，並搭配該控制單元運算該振動值斜率與該第一壽命時間，並於該第一壽命時間小於該第一警示時間時，輸出該第一警示信號，可以預估該構件之使用壽命，以便於控管何時須更換新構件並進行備料，協助維持該工具機之運作正常。
參閱圖1及圖2，本新型工具機壽命偵測系統之一實施例，適用於輸出一注油信號至一具有一注油裝置91及一構件92的工具機9，以使該注油裝置91對該構件92進行注油潤滑，並適用偵測該構件92的使用壽命，且適用於信號連接至一企業資源規劃單元8(Enterprise Resource Planning，縮寫為ERP)，該工具機壽命偵測系統包含至少一感測器2、一信號處理單元3及一控制單元4。
其中，該工具機9較佳為一數值控制(Numerical control，縮寫為NC)工具機9，且還具有一數值控制裝置93，該數值控制裝置93用以控制該構件92進行運作，並接收該注油信號，且根據該注油信號控制該注油裝置91對該構件92進行注油潤滑。
於本實施例中，該構件92是以一線性滑軌作為說明，但該工具機9注油控制系統亦可應用於軸承或其他工具機9之構件92。
該至少一感測器2對應該構件92設置於該工具機9，用以感測該構件92之運動以輸出一振動信號。其中，由於在信號處理過程中，加速度、速度與位移(振動)都具有相互可轉換性，因此，該感測器2可以選用能量測加速度、速度或位移(振動)之合適裝置，例如選用可量測加速度之加速度計(accelerometer)。
其中，由於該至少一感測器2是用以感測該構件92之運動，因此，該工具機壽命偵測系統可包含任意數量的感測器2，並依需求而將該等感測器2設置於該構件92需要被監控的對應位置，其設置數量及位置依實際需求而定，不以此為限，以下敘述將以一個感測器2作為說明。
該信號處理單元3信號連接該感測器2，接收該振動信號並由該振動信號分出一高頻振動信號。該信號處理單元3包括一放大電路31、一信號還原器32，及一信號分頻器33。
該放大電路31信號連接該感測器2，接收該振動信號並將該振動信號放大以供後續處理。
該信號還原器32信號連接該放大電路31，接收放大後之該振動信號，並根據一預設之系統頻率響應運算還原該振動信號之信號振幅。此是由於該工具機9在運作過程中，會對各個頻率的信號產生不同的頻率響應，而導致該感測器2所感測的該振動信號之信號振幅與原始信號之信號振幅具有差異，因此，需使用預設的系統頻率響應以將該振動信號之信號振幅反推還原，如此，以提高後續信號處理之精確度。其中，由於每一工具機9所造成之系統頻率響應不同，實務上，可預先使用衝擊槌敲擊該構件92的欲測量位置，並以加速度計取得信號後，再將取得之信號進行分析處理以得出該預設之系統頻率響應，由於運算分析該預設之系統頻率響應的方法為此業界所熟悉的內容，在此不贅述。
該信號分頻器33信號連接該信號還原器32，並使用一高通濾波器(high pass filter)或一帶通濾波器(band pass filter)濾出所需之該高頻振動信號。
其中，該信號還原器32與該信號分頻器33的信號連接位置可以互換，亦即，其設置順序可以更動為該放大電路31、該信號分頻器33與該信號還原器32，將放大後之該振動信號先經由分頻，接著再進行信號還原，其順序改變並不影響後續運算結果。
該控制單元4包括一運算器41及一具有一顯示器421的警示模組42。該運算器41電連接該信號處理單元3，接收該高頻振動信號，並根據該高頻振動信號運算一振動值Vc ，且紀錄輸出該注油信號後之該振動值Vc及對應時間，以運算一關於該振動值Vc 對應時間之變化的振動值斜率S。其中，該振動值斜率S為最近兩次輸出該注油信號後之該振動值Vc 的差值除以對應時間差之值，其公式為S=(Vc2-Vc1)/ΔT，其中，Vc2為最近一次輸出該注油信號後之該振動值，Vc1為再往前一次輸出該注油信號後之該振動值，ΔT為此兩次輸出該注油信號之時間差。
如圖2所示，每一個圓圈所在位置即為該運算器41輸出該注油信號的時間點，舉例說明，於時間點t2時，其對應之最近一次輸出該注油信號後的該振動值Vc2為V2，往前一次輸出該注油信號後之該振動值Vc1為V1，因此，於時間點t2至下一次輸出該注油信號前之該振動值斜率S即為(V2-V1)/(t2-t1)之值，於圖2中，以虛線表示時間點t2前之該振動值斜率S曲線，以假想線表示時間點t2後之該振動值斜率S曲線。
該運算器41根據該振動值斜率S及一預設之第一振動極限值Vp1運算一第一壽命時間T1，根據該振動值斜率S及一預設之第二振動極限值Vp2運算一第二壽命時間T2，且於該第一壽命時間T1小於一預定之第一警示時間Tp1時控制該警示模組42輸出一第一警示信號，於該第二壽命時間T2小於一預定之第二警示時間Tp2時控制該警示模組42輸出一第二警示信號及一採購信號。該第二振動極限值Vp2大於該第一振動極限值Vp1。
其中，該運算器41運算該第一壽命時間T1之公式為T1=(Vp1-Vc)/S，運算該第二壽命時間T2之公式為T2=(Vp2-Vc)/S，以時間點t2作為說明，目前之該振動值Vc即為V2，因此，於時間點t2之該第一壽命時間T1為(Vp1-V2)/S，該第二壽命時間T2為(Vp2-V2)/S。
其中，該第一警示信號與該第二警示信號可以由該警示模組42直接發出亮光、聲響或於該顯示器421顯示文字訊息以告知使用者，或是發送至該數值控制裝置93，再由該數值控制裝置93發出亮光、聲響或顯示文字訊息警示使用者，或亦可發送至其他警示裝置再進行警示，其實施樣態並不限於此。
例如，該第一警示信號可以是在該顯示器421顯示相關於該構件92壽命短於預定時間之訊息，以告知使用者該構件92的使用壽命較短，須保持注意，該第二警示信號則為在該顯示器421顯示相關於需更換元件之訊息，以告知使用者該構件92已需更換，請更換該構件92並預先準備該構件92之備品。該採購信號具有相關於需採購元件之訊息，並輸出至該企業資源規劃單元8，以通知該企業資源規劃單元8採購該構件92，該採購信號可為符合網路協定之通訊資料或文字檔案，例如*.txt檔案。
其中，該控制單元4於輸出該第二警示信號後且未收到一回饋信號前，每隔一預定提醒時間輸出一更換提醒信號。亦即，當該警示模組42輸出該第二警示信號後，若使用者已更換該構件92，需輸入該回饋信號(例如，按按鈕或操作觸控螢幕等方式)至該控制單元4，若未輸入該回饋信號，則該控制單元4判定仍未更換該構件92，會持續每隔該預定提醒時間(例如8小時)輸出該更換提醒信號以提醒使用者須更換該構件92，其中，該更換提醒信號同樣可為亮光、聲響或顯示文字訊息。
值得一提的是，該控制單元4與該企業資源規劃單元8間可建立回饋機制，例如，當該控制單元4輸出該採購信號至該企業資源規劃單元8以通知需採購該構件92時，該企業資源規劃單元8於採購該構件92後，輸出一採購確認信號回該控制單元4，若該控制單元4未接收到該採購確認信號，則會持續每隔一採購提醒時間(例如1天)輸出一採購提醒信號以提醒該企業資源規劃單元8須採購該構件92。
參閱圖1、圖2及圖3，實際應用時，如步驟51所示，該運算器41紀錄輸出該注油信號後之該振動值Vc及對應時間，於步驟52，該運算器41運算振動值斜率S，於步驟53，該運算器41運算第一壽命時間T1與該第二壽命時間T2，於步驟54，該運算器41判斷目前之該振動值Vc是否大於一預設之第三振動極限值Vp3，其中，該第三振動極限值Vp3大於該第二振動極限值Vp2，若步驟54判斷為是，則表示該工具機9振動過大，須立刻停止運轉，以避免人員傷亡及該工具機9損壞。
若步驟54判斷為否，則進入步驟55，該運算器41判斷該第二壽命時間T2是否小於該第二警示時間Tp2，若是，則表示該構件92之老化程度已即將到達不可繼續使用的狀態，需進行更換，此時，如步驟56所示，該控制單元4輸出該第二警示信號，提醒使用者需更換構件92及準備構件92備品，並輸出該採購信號至該企業資源規劃單元8，提醒需採購構件92，若步驟55中判斷為否，進入步驟57，該運算器41判斷該第一壽命時間T1是否小於該第一警示時間Tp1，若是，則表示該構件92雖仍可使用，但使用壽命已較短，進入步驟58，該控制單元4輸出該第一警示信號，提醒使用者該構件92使用壽命較短，須注意該構件92之使用狀況。若步驟57中判斷為否，則結束此次流程。
參閱圖1、圖3及圖4，當於步驟55中判斷為是並執行步驟56後，啟動步驟61、62之流程，該控制單元4每隔該預定提醒時間確認是否已更換該構件92，並於未接收到相關於更換該構件92之該回饋信號時，進入步驟63，輸出該更換提醒信號提醒使用者尚未更換該構件92，若於步驟62中，確認已接到該回饋信號，判斷為是時，則結束此次流程。
參閱圖1、圖3及圖5，當於步驟55中判斷為是並執行步驟56後，還啟動步驟71、72之流程，該控制單元4每隔該採購提醒時間確認是否已採購該構件92，並於未接收到相關於採購該構件92之該採購確認信號時，進入步驟73，輸出該採購提醒信號提醒該企業資源規劃單元8尚未採購該構件92，若於步驟72中，確認已接到該採購確認信號，判斷為是時，則結束此次流程。
經由以上的說明，可將本實施例的優點歸納如下：
一、藉由設置該感測器2感測該振動信號，並搭配該控制單元4運算該振動值斜率S與該第一壽命時間T1，並於該第一壽命時間T1小於該第一警示時間Tp1時，輸出該第一警示信號，可以預估該構件92之使用壽命，以便於控管何時須更換新構件92並進行備料，協助維持該工具機9之運作正常。
二、藉由該控制單元4運算該第二壽命時間T2，且於該第二壽命時間T2小於該第二警示時間Tp2時，輸出該第二警示信號，並搭配設計該第二振動極限值Vp2大於該第一振動極限值Vp1，可以依該構件92的老化程度進行分級提醒，而能根據不同老化程度進行不同的處置。
三、藉由該控制單元4輸出具有相關於需採購元件之訊息的該採購信號至該企業資源規劃單元8，可以搭配該企業資源規劃單元8進行該構件92之採購儲備作業，以得到更佳的控管效果。
綜上所述，本新型工具機壽命偵測系統，確實能達成本新型之目的。
惟以上所述者，僅為本新型之實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。
2‧‧‧感測器 3‧‧‧信號處理單元 31‧‧‧放大電路 32‧‧‧信號還原器 33‧‧‧信號分頻器 4‧‧‧控制單元 41‧‧‧運算器 42‧‧‧警示模組 421‧‧‧顯示器 51~58‧‧‧步驟 61~63‧‧‧步驟 71~73‧‧‧步驟 8‧‧‧企業資源規劃單元 9‧‧‧工具機 91‧‧‧注油裝置 92‧‧‧構件 93‧‧‧數值控制裝置 S‧‧‧振動值斜率 ΔT‧‧‧時間差 T1‧‧‧第一壽命時間 T2‧‧‧第二壽命時間 Tp1‧‧‧第一警示時間 Tp2‧‧‧第二警示時間 Vc‧‧‧振動值 Vc1‧‧‧再往前一次輸出該注油信號後之該振動值 Vc2‧‧‧最近一次輸出該注油信號後之該振動值 Vp1‧‧‧第一振動極限值 Vp2‧‧‧第二振動極限值 Vp3‧‧‧第三振動極限值 t1~t3‧‧‧時間點
本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是本工具機壽命偵測系統的一個實施例的方塊示意圖； 圖2是該實施例之一振動值隨時間變化的示意圖；及 圖3、4、5是該實施例之運作流程圖。

Claims (11)

  1. 一種工具機壽命偵測系統，適用於輸出一注油信號至一具有一注油裝置及一構件的工具機，以使該注油裝置對該構件進行注油潤滑，並適用於偵測該構件的使用壽命，該工具機壽命偵測系統包含： 至少一感測器，對應該構件設置於該工具機，用以感測該構件之運動以輸出一振動信號；及 一控制單元，信號連接該至少一感測器，接收該振動信號，並根據該振動信號運算一振動值，且紀錄輸出該注油信號後之該振動值及對應時間，以運算一關於該振動值對應時間之變化的振動值斜率，並根據該振動值斜率及一預設之第一振動極限值運算一第一壽命時間，且於該第一壽命時間小於一預定之第一警示時間時，輸出一第一警示信號。
  2. 如請求項1所述的工具機壽命偵測系統，其中，該振動值斜率為最近兩次輸出該注油信號後之該振動值的差值除以對應時間差之值。
  3. 如請求項1所述的工具機壽命偵測系統，其中，該控制單元運算該第一壽命時間之公式為T1=(Vp1-Vc)/S，其中，T1為該第一壽命時間，Vp1為該第一振動極限值，Vc為目前的該振動值，S為該振動值斜率。
  4. 如請求項1所述的工具機壽命偵測系統，其中，該控制單元包括一顯示器，且該第一警示信號為在該顯示器顯示相關於該構件壽命短於預定時間之訊息。
  5. 如請求項1所述的工具機壽命偵測系統，其中，該控制單元還根據該振動值斜率及一預設之第二振動極限值運算一第二壽命時間，且於該第二壽命時間小於一預定之第二警示時間時，輸出一第二警示信號，該第二振動極限值大於該第一振動極限值。
  6. 如請求項5所述的工具機壽命偵測系統，其中，該控制單元運算該第二壽命時間之公式為T2=(Vp2-Vc)/S，其中，T2為該第二壽命時間，Vp2為該第二振動極限值，Vc為目前的該振動值，S為該振動值斜率。
  7. 如請求項5所述的工具機壽命偵測系統，其中，該控制單元包括一顯示器，且該第二警示信號為在該顯示器顯示相關於需更換元件之訊息。
  8. 如請求項5所述的工具機壽命偵測系統，其中，該控制單元於該第二壽命時間小於該第二警示時間時，還輸出一採購信號，該採購信號具有相關於需採購元件之訊息。
  9. 如請求項8所述的工具機壽命偵測系統，其中，該採購信號為符合網路協定之通訊資料或文字檔案。
  10. 如請求項5所述的工具機壽命偵測系統，其中，該控制單元於輸出該第二警示信號後且未收到一回饋信號前，每隔一預定提醒時間輸出一更換提醒信號。
  11. 如請求項1所述的工具機壽命偵測系統，還包含一信號處理單元，該信號處理單元信號連接該至少一感測器，接收該振動信號並由該振動信號分出一高頻振動信號，該控制單元電連接該信號處理單元，接收該高頻振動信號，並根據該高頻振動信號運算該振動值。
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