TWM578426U - Tool machine oil control system - Google Patents

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TWM578426U
TWM578426U TW108200716U TW108200716U TWM578426U TW M578426 U TWM578426 U TW M578426U TW 108200716 U TW108200716 U TW 108200716U TW 108200716 U TW108200716 U TW 108200716U TW M578426 U TWM578426 U TW M578426U
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vibration
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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

一種工具機注油控制系統，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，該工具機注油控制系統包含一感測器、一信號處理單元，及一控制單元。該感測器用以輸出一相關於該構件之位移的振動信號。該信號處理單元將該振動信號分為一低頻振動信號及一高頻振動信號。該控制單元根據該低頻振動信號運算一累積里程數，並根據該高頻振動信號運算一振動變化值，於該累積里程數大於一預定里程數或於該振動變化值大於一預定振動變化值時，輸出該注油信號。藉此，可依據該振動變化值與該預定里程數進行構件損傷狀態診斷，能提供雙重偵測防護，提高該工具機之運作安全性。

Description

工具機注油控制系統
本新型是有關於一種控制系統，特別是指一種工具機注油控制系統。
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。
目前偵測診斷構件損傷技術為量測構件的振動訊號，並將相關於構件例行直線或旋轉運動的低頻部分濾除，或是透過選用特定的帶通濾波器(band pass filter)直接將所欲偵測的高頻頻段濾出，以避免不需要的低頻頻段影響後續結果，接著對取出的高頻部分進行分析而得出振動值，當振動值大於預定值時，則進行給油潤滑或是更換構件。
然而，構件運行是否平穩順暢尚有諸多因素需要考量，因此，如何增進工具機運作安全性即為研究重要目標之一。
因此，本新型之目的，即在提供一種可提升工具機運作安全性的工具機注油控制系統。
於是，本新型工具機注油控制系統，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，該工具機注油控制系統包含至少一感測器、一信號處理單元，及一控制單元。
該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相關於該構件之位移的振動信號。
該信號處理單元信號連接該至少一感測器，接收該振動信號並進行信號分頻，將該振動信號至少分為一低頻振動信號及一高頻振動信號。
該控制單元電連接該信號處理單元，接收該低頻振動信號及該高頻振動信號，根據該低頻振動信號運算一累積里程數，並根據該高頻振動信號運算一振動變化值，於該累積里程數大於一預定里程數或於該振動變化值大於一預定振動變化值時，輸出該注油信號。
本新型之功效在於：藉由設置該信號處理單元將該振動信號分為該低頻振動信號及該高頻振動信號，並搭配該控制單元根據該低頻振動信號運算該累積里程數、根據該高頻振動信號運算該振動變化值，再於該累積里程數大於該預定里程數或於該振動變化值大於該預定振動變化值時，輸出該注油信號使該注油裝置對該構件進行注油潤滑，如此，可依據該振動變化值與該預定里程數進行構件損傷狀態診斷，能提供雙重偵測防護，提高該工具機之運作安全性。
參閱圖1，本新型工具機注油控制系統之一實施例，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，該工具機注油控制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，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之運動以輸出一相關於該構件92之位移的振動信號。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)或可量測位置的光學尺等。
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，該工具機注油控制系統可包括任意數量的感測器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，接收該振動信號並進行信號分頻，將該振動信號至少分為一低頻振動信號及一高頻振動信號。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。
參閱圖1~圖4，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(如圖2之示意圖)，而導致該感測器2所感測的該振動信號之信號振幅(如圖3之示意圖)與原始信號之信號振幅(如圖4之示意圖)具有差異，因此，需使用如圖2所示之預設的系統頻率響應以將圖3所示之該振動信號之信號振幅反推還原至如圖4所示，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。
參閱圖1、圖4~9，該信號分頻器33信號連接該信號還原器32，並將還原之該振動信號至少分為該低頻振動信號及該高頻振動信號，較佳是分為該低頻振動信號、一中頻振動信號、一感測器諧振信號、一結構體共振頻率信號及該高頻振動信號。其中，該等信號之頻帶可以是互不重疊，也可以是如圖4所示為相互重疊，其頻段區分可依實際需求而定，並不限於此。
該信號分頻器33可具有一低通濾波器(low pass filter)(圖未示)、一高通濾波器(high pass filter)(圖未示)或複數帶通濾波器(band pass filter)(圖未示)，以分頻出上述頻帶，其設置濾波器之數量及濾波之頻寬同樣依實際需求而定，其實現方法可以是類比電路或數位運算，並不限於此。
其中，該信號分頻器33可依照每一工具機9的線軌損傷特性來定義所需分頻的數量及每一分頻的頻帶寬度。例如，該低頻振動信號是關於該構件92的工作移動頻率，一般定義為0.001Hz~100Hz，該感測器諧振信號可視所設置之感測器2的特性而調整，一般設計為中心頻率為18k Hz或23k Hz，該結構體共振頻率信號之頻帶可以定義為20~500Hz，或是根據該工具機9之結構體特性設計為複數較短的頻帶，例如，設計為中心頻率各自為25Hz、88Hz、200Hz、230Hz等之頻段；該高頻振動信號之頻帶可介於5k Hz~50k Hz間，該中頻振動信號可以依據所需偵測的線軌老化特性調整設計，例如設計為複數個子頻帶或是包括該低頻振動信號與該高頻振動信號間之頻帶，或是設計為補足該結構體共振頻率信號所未涵蓋之頻帶區間。上述各分頻的中心頻率、頻帶數量及頻帶寬度皆可依實際所需偵測的線軌老化特性進行調整設計，並不限於此。
值得一提的是，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、一警示模組42、一資料庫43，及一顯示器44。其中，於實際架構上，該控制單元4可以是獨立於該數值控制裝置93外之裝置，但亦可以合併於該數值控制裝置93中，可視所應用之該工具機9架構是否方便整合而定。
該運算器41電連接該信號處理單元3，接收該低頻振動信號、該中頻振動信號、該感測器諧振信號、該結構體共振頻率信號與該高頻振動信號，根據該低頻振動信號運算一累積里程數，並根據該高頻振動信號運算一振動變化值，於該累積里程數大於一預定里程數或於該振動變化值大於一預定振動變化值時，輸出該注油信號。其中，該運算器41是先根據該高頻振動信號運算一振動值，並根據該振動值及一初始振動值運算該振動變化值。
該運算器41於該振動值大於一第一極限振動值或一第二極限振動值時，控制該警示模組42發出一第一警示信號或第二警示信號。
值得一提的是，該運算器41同樣分別根據該中頻振動信號、該感測器諧振信號與該結構體共振頻率信號運算其各自的一振動變化值，且於各自對應的振動變化值大於各自對應的一預定振動變化值時，輸出該注油信號。由於該運算器41對於該中頻振動信號、該感測器諧振信號與該結構體共振頻率信號之處理相同於該高頻振動信號，因此，以下敘述僅以該高頻振動信號作為說明。
該運算器41具有一加速度雙積分模組411，該加速度雙積分模組411使用加速度物理量雙積分技術由該低頻振動信號之加速度資訊運算出一位移量，該運算器41根據該位移量運算該累積里程數。其中，該加速度雙積分模組411是先將該低頻振動信號之加速度資訊經積分運算得到一速度資訊，再將該速度資訊經積分運算為該位移量。
該運算器41於該位移量大於一預定位移量時，輸出一相關於該構件92為運動狀態的回饋信號至該數值控制裝置93。其中，該預定位移量為大於零之數值，此是為了消除雜訊及有限運算誤差所造成之誤判。
該運算器41於每次輸出該注油信號後之一累積時間大於一預定時間值時，輸出該注油信號。
該資料庫43可用以儲存該累積里程數、該位移量、該振動值、該振動變化值、該第一警示信號、第二警示信號與時間等歷史資訊，以供後續分析使用。
該顯示器44可搭配該資料庫43，以繪圖或數據方式顯示該資料庫43內儲存之該累積里程數、該位移量、該振動值、該振動變化值、該第一警示信號、第二警示信號與時間等歷史資訊以供使用者檢視。其中，該顯示器44可以是外部顯示裝置，例如手機、遠端螢幕等，所顯示之資訊亦可為將該資料庫43內所儲存之資料經處理運算後所得之資訊。
參閱圖1及圖10，實際應用時，如步驟51所示，該運算器41先使用加速度物理量雙積分技術，根據該低頻振動信號運算分析該位移量|Δδ|、該累積里程數Lc及一累積總里程數Lt，其中，Lc=Lc’+|Δδ|，Lt=Lt’+|Δδ|，Lc’、Lt’分別為前一個累積里程數與前一個累積總里程數。
接著如步驟52所示，該運算器41於該位移量|Δδ|大於該預定位移量Δδ-set時，判斷對應之該構件92處於運動狀態，並輸出一相關於該構件92為運動狀態的回饋信號至該數值控制裝置93，若否，則輸出相關於該構件92不為運動狀態的該回饋信號，以供該數值控制裝置93判斷該構件92之運作是否正常，例如，若該數值控制裝置93並未控制該構件92運作，卻收到對應該構件92運作中的回饋信號，則可判斷該構件92運作異常，須立刻停止相關運作以避免損壞或導致操作人員受傷。
參閱圖1、圖11~圖15，接著，該控制單元4可進行自動潤滑與診斷，此時，如步驟61~63所示，該運算器41先判斷該累積時間Tc是否大於該預定時間值Tc-set、該累積里程數Lc是否大於該預定里程數Lc-set，與該振動變化值ΔV是否大於該預定振動變化值ΔV-set，並於其中一個判斷為是時，如步驟64所示，重置(reset)該累積時間Tc與該累積里程數Lc為零，並輸出該注油信號至該數值控制裝置93，以供該數值控制裝置93控制該注油裝置91對該構件92進行注油潤滑，該運算器41並分別紀錄潤滑前與潤滑後之該振動值作為該終止振動值Ve與該初始振動值Vi，且將該累積總里程數Lt、潤滑前之該終止振動值Ve與潤滑後之該初始振動值Vi儲存於該資料庫43。
其中，該累積時間Tc為前一次注油潤滑至目前為止的時間，該累積里程數Lc為前一次注油潤滑後至目前為止所累積的里程數，該振動變化值ΔV為目前之振動值Vc與目前之該初始振動值Vi之差值。
以圖12~15所示進行說明，在圖15所示時間點t1~t15之直線段各表示觸發了一次給油潤滑(即該控制單元4輸出該注油信號)，其中，於時間點t1、t4、t5為步驟61之累積時間Tc所觸發，時間點t6、t10~12為步驟62之累積里程數Lc所觸發，時間點t2、t3、t7~t9、t13~t15為步驟63之振動變化值ΔV所觸發。於每一次觸發給油潤滑後，該運算器41即更新該初始振動值Vi並記錄該時間點之該終止振動值Ve與該初始振動值Vi，例如，以時間點t7~t8間之區段為例，於時間點t7時，因該振動變化值ΔV大於該預定振動變化值ΔV-set而觸發給油潤滑，該運算器41紀錄潤滑前之該終止振動值Ve為V2，紀錄並更新潤滑後之該初始振動值Vi為V1，接著，在時間點t8時，該振動變化值ΔV再度大於該預定振動變化值ΔV-set，而再次觸發步驟63輸出該注油信號。
接著，如步驟65~67所示，該運算器41接著判斷目前之振動值Vc是否大於該第二極限振動值Vset2，於判斷大於該第二極限振動值Vset2時，該運算器41控制該警示模組42發出該第二警示信號，以告知使用者該工具機9之狀況已不適合繼續運作，應停機調整或更換元件。
若上述判斷為否，該運算器41接著判斷目前之振動值Vc是否大於該第一極限振動值Vset1，於判斷大於該第一極限振動值Vset1時，該運算器41控制該警示模組42發出該第一警示信號，以告知使用者該工具機9之狀況有問題，目前雖仍可使用，但建議調整加工參數或檢查機器與元件。
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。
經由以上的說明，可將本實施例的優點歸納如下：
一、藉由設置該信號處理單元3將該振動信號分為該低頻振動信號及該高頻振動信號，並搭配該控制單元4根據該低頻振動信號運算該累積里程數、根據該高頻振動信號運算該振動變化值，再於該累積里程數大於該預定里程數或於該振動變化值大於該預定振動變化值時，輸出該注油信號使該注油裝置91對該構件92進行注油潤滑，如此，相較於習知技術，除了可依據振動值進行構件92損傷狀態診斷外，還可根據該預定里程數進行輔助判斷，因此，可以提供雙重偵測防護，提高該工具機9之運作安全性。再者，該工具機注油控制系統亦可作為習知偵測診斷構件損傷技術外的第二組潤滑給油的判斷保護機制，以更提高該工具機9之運作安全性。
二、藉由設置該信號還原器32，可以還原該振動信號的初始振幅，避免該工具機9之系統頻率響應影響該振動信號的振幅，而導致後續信號分析處理時的誤差，因此，可以提高後續構件損傷狀態診斷的精確度。
三、藉由設置該信號分頻器33將該振動信號分為多個頻段進行處理，可以根據每一工具機9進行客製調整，設定所需的頻率進行分頻及後續分析，可以更精確地針對特定的頻段(對應特定的構件92老化或損傷狀況)進行處理，而達到更佳的產品適應度。
四、藉由該控制單元4於該位移量大於該預定位移量時，輸出相關於該構件92為運動狀態的該回饋信號至該數值控制裝置93，可以供該數值控制裝置93判斷該構件92是否運作異常而進行停機等處置，以避免該工具機9損壞或導致操作人員受傷。
五、藉由該控制單元4使用該累積時間做為給油潤滑之判斷標準，可以避免長時間使用導致油脂老化與固化而提高線軌損傷機會的問題，因此，可以再提升工具機運作安全性。
綜上所述，本新型工具機注油控制系統，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 411‧‧‧加速度雙積分模組 42‧‧‧警示模組 43‧‧‧資料庫 44‧‧‧顯示器 51、52‧‧‧步驟 61~67‧‧‧步驟 9‧‧‧工具機 91‧‧‧注油裝置 92‧‧‧構件 93‧‧‧數值控制裝置 Δδ|‧‧‧位移量 Δδ-set‧‧‧預定位移量 Lc‧‧‧累積里程數 Lc’‧‧‧前一個累積里程數 Lc-set‧‧‧預定里程數 Lt‧‧‧累積總里程數 Lt’‧‧‧前一個累積總里程數 Tc‧‧‧累積時間 Tc-set‧‧‧預定時間值 ΔV‧‧‧振動變化值 ΔV-set‧‧‧預定振動變化值 Vi‧‧‧初始振動值 Vc‧‧‧振動值 Ve‧‧‧終止振動值 Vset1‧‧‧第一極限振動值 Vset2‧‧‧第二極限振動值 t1~t15‧‧‧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是本新型工具機注油控制系統的一個實施例的方塊示意圖； 圖2~4是該實施例的示意圖，說明一工具機的頻率響應及信號振幅變化； 圖5~9是該實施例之一信號分頻器的分頻輸出示意圖； 圖10、11是該實施例之運作流程圖；及 圖12~15分別是該實施例之一振動值、一累積時間、一累積里程數及觸發給油潤滑事件於運作時隨時間變化的示意圖。

Claims (10)

  1. 一種工具機注油控制系統，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，該工具機注油控制系統包含： 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相關於該構件之位移的振動信號； 一信號處理單元，信號連接該至少一感測器，接收該振動信號並進行信號分頻，將該振動信號至少分為一低頻振動信號及一高頻振動信號；及 一控制單元，電連接該信號處理單元，接收該低頻振動信號及該高頻振動信號，根據該低頻振動信號運算一累積里程數，並根據該高頻振動信號運算一振動變化值，於該累積里程數大於一預定里程數或於該振動變化值大於一預定振動變化值時，輸出該注油信號。
  2. 如請求項1所述的工具機注油控制系統，其中，該信號處理單元包括一信號還原器，該信號還原器信號連接該至少一感測器，接收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。
  3. 如請求項1所述的工具機注油控制系統，其中，該信號處理單元包括一信號分頻器，該信號分頻器信號連接該至少一感測器，並將該振動信號分為該低頻振動信號、一中頻振動信號、一感測器諧振信號、一結構體共振頻率信號及該高頻振動信號。
  4. 如請求項1所述的工具機注油控制系統，其中，該控制單元根據該高頻振動信號運算一振動值，並根據該振動值及一初始振動值運算該振動變化值。
  5. 如請求項4所述的工具機注油控制系統，其中，該控制單元包括一警示模組，該控制單元於該振動值大於一第一極限振動值時，使該警示模組發出一第一警示信號。
  6. 如請求項1所述的工具機注油控制系統，其中，該至少一感測器感測該構件之加速度以輸出該振動信號，該控制單元包括一加速度雙積分模組，該加速度雙積分模組使用加速度物理量雙積分技術由該低頻振動信號之加速度資訊運算出一位移量，該控制單元根據該位移量運算該累積里程數。
  7. 如請求項6所述的工具機注油控制系統，其中，該控制單元於該位移量大於一預定位移量時，輸出一相關於該構件為運動狀態的回饋信號。
  8. 如請求項1所述的工具機注油控制系統，其中，該控制單元於每次輸出該注油信號後之一累積時間大於一預定時間值時，輸出該注油信號。
  9. 如請求項1所述的工具機注油控制系統，其中，該控制單元包括一用以儲存該累積里程數的資料庫。
  10. 如請求項1所述的工具機注油控制系統，其中，該控制單元包括一用以顯示該累積里程數的顯示器。
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