滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明有關(guān)于一種滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法，特別是指一種能夠?qū)L珠螺 桿運(yùn)行順暢度予以量化的診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于滾珠螺桿具有定位精度高、使用壽命長、摩擦系數(shù)低以及可進(jìn)行高速正逆向 傳動(dòng)與變化傳動(dòng)等特性，因此廣泛地應(yīng)用于精密機(jī)械等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的定位以及測量系統(tǒng)上。
[0003] 為了達(dá)到高定位精度，滾珠螺桿運(yùn)行時(shí)的順暢與否就變得極為重要。進(jìn)一步而言， 就質(zhì)量保證的觀點(diǎn)來看，針對新制得的滾珠螺桿運(yùn)行時(shí)的順暢程度進(jìn)行診斷，就能夠避免 售出不良品，而就應(yīng)用的觀點(diǎn)來看，診斷滾珠螺桿運(yùn)行時(shí)的順暢度，能有助于判定滾珠螺桿 是否出現(xiàn)異常以利實(shí)時(shí)替換。
[0004] 公知用于判定滾珠螺桿是否異常的方法有：例如中國臺灣專利第1400438號（以 下簡稱公知技術(shù)1)揭示利用霍爾IC組件偵測滾珠螺桿的球通頻率，并將其與理論值做比 較，當(dāng)量測所得的球通頻率低于理論值時(shí)，判定該滾珠螺桿發(fā)生異常(亦即有磨耗產(chǎn)生）；日 本專利公開第JP2004347401號（以下簡稱公知技術(shù)2)揭示利用加速規(guī)感知軸承的振動(dòng)訊 號，再將該振動(dòng)訊號轉(zhuǎn)換成頻譜訊號，由已經(jīng)設(shè)定好的門坎值來判定軸承是否產(chǎn)生異常；美 國專利第US7680565B2號（以下簡稱公知技術(shù)3)揭示連續(xù)地?cái)X取時(shí)域訊號并將其接續(xù)地轉(zhuǎn) 換成頻譜，再將前次頻譜與下次頻譜進(jìn)行比較，來決定滾珠螺桿的健康狀態(tài)。
[0005] 由于滾珠螺桿的裝配與制造上的關(guān)系，球通頻率的量測值實(shí)際上為變動(dòng)量，且該 值本身就會比理論值低，因此實(shí)際上難以用公知技術(shù)1的方法來判斷滾珠螺桿的磨耗情 形；而公知技術(shù)2必須先建置數(shù)據(jù)庫來定義出門坎值，且其系統(tǒng)必須具有頻譜分析功能方 能執(zhí)行其診斷方法，導(dǎo)致成本較高；而公知技術(shù)3是基于「系統(tǒng)一開始就是正常」的假設(shè)狀 態(tài)下來執(zhí)行，因而無法應(yīng)付「系統(tǒng)一開始就是不正常」的狀態(tài)，使其實(shí)際應(yīng)用上受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種能夠解決前述問題的滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方 法。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法，其包括有：
[0008] (a)擷取滾珠螺桿所產(chǎn)生的物理訊號數(shù)據(jù)；
[0009] (b)依據(jù)該滾珠螺桿的幾何尺寸信息以及操作條件信息，將該物理訊號數(shù)據(jù)進(jìn)行 分割（division),以產(chǎn)生復(fù)數(shù)已分割數(shù)據(jù)；
[0010] (c)依據(jù)該滾珠螺桿運(yùn)行時(shí)的可量化動(dòng)態(tài)特性，經(jīng)由淬?。╡xtraction)該已分割 數(shù)據(jù)里的峰值訊號來產(chǎn)生一峰值特征數(shù)據(jù)子序列；
[0011] (d)利用復(fù)數(shù)峰值特征評價(jià)模型與該峰值特征數(shù)據(jù)子序列，計(jì)算出復(fù)數(shù)峰值特征 數(shù)據(jù)母序列；以及
[0012] (e)依據(jù)各該峰值特征數(shù)據(jù)母序列中的數(shù)據(jù)的變異性與分布狀態(tài)，產(chǎn)生復(fù)數(shù)順暢 度值，由該些順暢度值的變化來診斷該滾珠螺桿運(yùn)行的順暢度等步驟。
[0013] 在本發(fā)明所提供的滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法中，步驟（a)的該物理訊號數(shù) 據(jù)可為位移、速度、加速度、壓力、電壓或前述的組合；而步驟（b)的該幾何尺寸信息可為外 徑、牙長、總長、導(dǎo)程以及珠徑卷數(shù)，以及該操作條件信息可為行程、轉(zhuǎn)速、循環(huán)周期、速度曲 線以及負(fù)載曲線。
[0014] 在本發(fā)明所提供的滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法中，該已分割數(shù)據(jù)系為將該物 理訊號數(shù)據(jù)在時(shí)間域上面進(jìn)行分割所產(chǎn)生者，此外，各該已分割數(shù)據(jù)所包含的時(shí)間長度系 與轉(zhuǎn)速有關(guān)，以及各該已分割數(shù)據(jù)的數(shù)量系與導(dǎo)程以及行程有關(guān)。
[0015] 在本發(fā)明所提供的滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法中，步驟（C)的該可量化動(dòng)態(tài) 特性可為該滾珠螺桿中的滾動(dòng)組件周期性地撞擊該滾珠螺桿中的其他組件所產(chǎn)生的特征 頻率。
[0016] 在本發(fā)明所提供的滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法中，步驟（C)的該峰值特征數(shù) 據(jù)子序列的數(shù)據(jù)總數(shù)不超過該已分割數(shù)據(jù)的分割數(shù)，且由各該峰值特征數(shù)據(jù)子序列所組成 的一數(shù)據(jù)空間與由各該已分割數(shù)據(jù)所組成的一數(shù)據(jù)空間互為映像關(guān)系。
[0017] 在本發(fā)明所提供的滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法中，步驟（C)的該峰值特征是 指該峰值特征數(shù)據(jù)子序列中局部最大（local maximum)的峰值起算，各自下降0.5倍能量 范圍內(nèi)（振幅下降0. 707倍）所包含的峰值能量總和。
[0018] 在本發(fā)明所提供的滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法中，步驟（d)的該些峰值 特征評價(jià)模型可為以該峰值特征數(shù)據(jù)子序列作為樣本空間來定義其最大值、方均根值、 L2-Norm、中位數(shù)以及變異數(shù)的統(tǒng)計(jì)變化量相關(guān)量測模型，或者是可為以該峰值特征數(shù)據(jù) 子序列作為樣本空間來定義其誤差項(xiàng)平方和（sum of squares due to error, SSE)、回歸 項(xiàng)平方和（sum of squares due to regression, SSR)以及總平方和（sum of squares total，SST)的回歸分析相關(guān)模型，或者是可為以該峰值特征數(shù)據(jù)子序列作為樣本空間來定 義其機(jī)率密度函數(shù)的相關(guān)模型。此外，步驟（d)的各該峰值特征數(shù)據(jù)母序列的數(shù)據(jù)總數(shù)不 超過該已分割數(shù)據(jù)的分割數(shù)。
[0019] 在本發(fā)明所提供的滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法中，該些峰值特征數(shù)據(jù)母序列 是以該峰值特征數(shù)據(jù)子序列作為數(shù)據(jù)空間，基于統(tǒng)計(jì)變化量相關(guān)量測模型、回歸分析相關(guān) 模型或機(jī)率密度函數(shù)相關(guān)模型的計(jì)算結(jié)果所形成的數(shù)據(jù)集合。
[0020] 在本發(fā)明所提供的滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法中，在螺桿運(yùn)行為順暢的情況 下，步驟（e)的該些順暢度值不會超過1.4。
[0021] 有關(guān)本發(fā)明所提供的滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法的步驟與特征，以下將列舉 實(shí)施例并配合附圖作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0022] 圖1為范例1的滾珠螺桿的振動(dòng)訊號圖。
[0023] 圖2為范例2的滾珠螺桿的振動(dòng)訊號圖。
[0024] 圖3為范例1的峰值特征數(shù)據(jù)母序列柱狀圖。
[0025] 圖4為范例2的峰值特征數(shù)據(jù)母序列柱狀圖。
[0026] 圖5為范例1的順暢度值的線圖。
[0027] 圖6為范例2的順暢度值的線圖。
[0028] 圖7為本發(fā)明的診斷方法的流程圖。
[0029] 附圖中符號說明：
[0030] Sl ~S5 步驟。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 首先，如圖7所示，依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所為的滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法， 主要包括有下述步驟。
[0032] 首先，于步驟Sl中，擷取一滾珠螺桿所產(chǎn)生的一物理訊號數(shù)據(jù)；之后于步驟S2中， 依據(jù)該滾珠螺桿的幾何尺寸信息以及操作條件信息，將該物理訊號數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，以產(chǎn)生 復(fù)數(shù)已分割數(shù)據(jù)；于步驟S3中，依據(jù)該滾珠螺桿運(yùn)行時(shí)的可量化動(dòng)態(tài)特性，經(jīng)由淬取該已 分割數(shù)據(jù)里的峰值訊號來產(chǎn)生一峰值特征數(shù)據(jù)子序列；于步驟S4中，利用復(fù)數(shù)峰值特征評 價(jià)模型與該峰值特征數(shù)據(jù)子序列，計(jì)算出復(fù)數(shù)峰值特征數(shù)據(jù)母序列；以及于步驟S5中，依 據(jù)各該峰值特征數(shù)據(jù)母序列中的數(shù)據(jù)的變異性與分布狀態(tài)，產(chǎn)生復(fù)數(shù)順暢度值，由該些順 暢度值的變化來診斷該滾珠螺桿運(yùn)行時(shí)的順暢度。
[0033] 在步驟（a)中，利用加速規(guī)擷取滾珠螺桿于特定行程內(nèi)的振動(dòng)訊號。
[0034] 在步驟（b)中，依行程對應(yīng)的牙長來定義量測訊號的分割段數(shù)N與每段訊號的時(shí) 間長度T。根據(jù)轉(zhuǎn)速η (單位：rpm)、行程S (單位：mm)以及導(dǎo)程L (單位：mm)得知螺帽每轉(zhuǎn) 一圈所需的時(shí)間T以及總行程中所轉(zhuǎn)總?cè)?shù)N。前述總?cè)?shù)N亦為量測訊號所需的分割段 數(shù)，而螺帽每轉(zhuǎn)一圈所需的時(shí)間T亦為每段訊號的時(shí)間長度，N與T的關(guān)系可由下列式（1) 予以表示。
[0035] [式 1]N = S/L; T = I/(n/60)
[0036] 在步驟（c)中，根據(jù)球通頻率Fe來決定每個(gè)分割段數(shù)N中所要擷取的訊號峰值數(shù) Np。利用公知技術(shù)或?qū)W術(shù)文獻(xiàn)所提供的下列式（2)即可計(jì)算出球通頻率Fe,而每個(gè)分割段 數(shù)中所要擷取的訊號峰值數(shù)Np可由下列式（3)予以表示。
[0037] [式 2]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法，包含有下列步驟： (a)揃取一滾珠螺桿所產(chǎn)生的一物理訊號數(shù)據(jù)； 化）依據(jù)該滾珠螺桿的幾何尺寸信息W及操作條件信息，將該物理訊號數(shù)據(jù)進(jìn)行分割， W產(chǎn)生復(fù)數(shù)已分割數(shù)據(jù)； (C)依據(jù)該滾珠螺桿運(yùn)行時(shí)的可量化動(dòng)態(tài)特性，經(jīng)由渾取該已分割數(shù)據(jù)里的峰值訊號 來產(chǎn)生一峰值特征數(shù)據(jù)子序列； (d) 利用復(fù)數(shù)峰值特征評價(jià)模型與該峰值特征數(shù)據(jù)子序列，計(jì)算出復(fù)數(shù)峰值特征數(shù)據(jù) 母序列；W及 (e) 依據(jù)各該峰值特征數(shù)據(jù)母序列中的數(shù)據(jù)的變異性與分布狀態(tài)，產(chǎn)生復(fù)數(shù)順暢度值， 由該些順暢度值的變化來診斷該滾珠螺桿運(yùn)行時(shí)的順暢度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法，其中，步驟（a)的該物理訊號 數(shù)據(jù)為位移、速度、加速度、壓力、電壓或前述的組合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法，其中，該已分割數(shù)據(jù)是將該 物理訊號數(shù)據(jù)在時(shí)間域上面進(jìn)行分割所產(chǎn)生的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法，其中，步驟（C)的該可量化動(dòng) 態(tài)特性為該滾珠螺桿中的滾動(dòng)組件周期性地撞擊該滾珠螺桿中的其他組件所產(chǎn)生的特征 頻率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法，其中，步驟（C)的該峰值特征 數(shù)據(jù)子序列的數(shù)據(jù)總數(shù)不超過該已分割數(shù)據(jù)的分割數(shù)，且由各該峰值特征數(shù)據(jù)子序列所組 成的一數(shù)據(jù)空間與由各該已分割數(shù)據(jù)所組成的一數(shù)據(jù)空間互為映像關(guān)系。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法，其中，步驟（d)的該些峰 值特征評價(jià)模型是W該峰值特征數(shù)據(jù)子序列作為樣本空間來定義其最大值、方均根值、 L2-Norm、中位數(shù)W及變異數(shù)的統(tǒng)計(jì)變化量相關(guān)量測模型。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法，其中，步驟（d)的該些峰值特 征評價(jià)模型是W該峰值特征數(shù)據(jù)子序列作為樣本空間來定義其誤差項(xiàng)平方和、回歸項(xiàng)平方 和W及總平方和的回歸分析相關(guān)模型。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法，其中，步驟（d)的該些峰值特 征評價(jià)模型是W該峰值特征數(shù)據(jù)子序列作為樣本空間來定義其機(jī)率密度函數(shù)的相關(guān)模型。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法，其中，步驟（d)的各該峰值特 征數(shù)據(jù)母序列的數(shù)據(jù)總數(shù)不超過該已分割數(shù)據(jù)的分割數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法，其中，在螺桿運(yùn)行為順暢的 情況下，步驟（e)的該些順暢度值不超過1.4。
【專利摘要】一種滾珠螺桿運(yùn)行順暢度的診斷方法，先擷取滾珠螺桿所產(chǎn)生的物理訊號數(shù)據(jù)，之后依據(jù)該滾珠螺桿的幾何尺寸信息以及操作條件信息，將該物理訊號數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，以產(chǎn)生復(fù)數(shù)已分割數(shù)據(jù)，其后，依據(jù)該滾珠螺桿運(yùn)行時(shí)的可量化動(dòng)態(tài)特性，經(jīng)由淬取該已分割數(shù)據(jù)里的峰值訊號來產(chǎn)生一峰值特征數(shù)據(jù)子序列，再利用復(fù)數(shù)峰值特征評價(jià)模型與該峰值特征數(shù)據(jù)子序列，計(jì)算出復(fù)數(shù)峰值特征數(shù)據(jù)母序列，最后依據(jù)各該峰值特征數(shù)據(jù)母序列中的數(shù)據(jù)的變異性與分布狀態(tài)，產(chǎn)生復(fù)數(shù)順暢度值，由該些順暢度值的變化即可診斷該滾珠螺桿運(yùn)行的順暢度。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104636584
【申請?zhí)枴緾N201310574532
【發(fā)明人】許竤智, 李柏霖
【申請人】上銀科技股份有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2013年11月13日