CN116797198A - 线性传动装置维护方法及*** - Google Patents

线性传动装置维护方法及*** Download PDF

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林育新
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Abstract

一种线性传动装置维护方法及***，所述线性传动装置维护方法适用于运算线性传动装置的寿命值，并包含以下步骤：接收安装于所述线性传动装置与驱动装置的传感单元所回馈的多个电气信号，根据所述电气信号运算至少4种修正因子，且根据所述电气信号与所述修正因子运算所述寿命值。借此，由于是根据实际的使用情况进行运算，因此，可以提高所述寿命值的估算准确度，能供设备商能更准确地根据机台的实际状况而安排维修或零件更换行程。

Description

线性传动装置维护方法及***
技术领域
本发明涉及一种装置维护方法及***，特别是涉及一种线性传动装置维护方法及应用所述方法的线性传动装置维护***。
背景技术
线性传动装置在长时间的使用后，其回流管道的出入口容易产生疲劳剥蚀，而当剥蚀到达一定程度时，则需维修更换元件以确保加工质量。
目前，机台保养多是依赖岁修或定期保养，或是进一步地，使用运作累计时间或是运作累计周期数来判断是否需要进行维修或更换元件。然而，由于机台在每一次运作时的加工对象不同，导致负荷不同，进一步造成每一次运作时所损耗的寿命不同，也就是说，即便是有同样的运作累计时间或运作累计周期数，在不同负荷的使用状态下，会导致不同的寿命损耗，是以，若是仅以预先设定的运作累计时间或运作累计周期数估算剩余寿命，则会导致寿命估算不准确的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具较高寿命估算准确度的线性传动装置维护方法。
本发明的线性传动装置维护方法，运用于信号连接驱动装置的控制单元，所述驱动装置用于驱动线性传动装置，所述线性传动装置维护方法适用于运算所述线性传动装置的寿命值，并包含以下步骤：
接收安装于所述线性传动装置与所述驱动装置的传感单元所回馈的多个电气信号，根据所述电气信号运算至少4种修正因子，且根据所述电气信号与所述修正因子运算所述寿命值。
本发明的线性传动装置维护方法，至少2种修正因子与其对应的所述电气信号为非线性关系，所述电气信号相关于应力、行程、速度、温度及加速度其中至少4种。
本发明的线性传动装置维护方法，分别根据所述电气信号中的应力、行程、速度、温度与加速度的信息运算5种修正因子，所述5种修正因子分别为负荷修正因子、行程修正因子、速度修正因子、温度修正因子与冲击修正因子。
本发明的线性传动装置维护方法，根据所述电气信号与所述修正因子运算实际工作当量，并根据所述实际工作当量运算所述寿命值。
本发明的线性传动装置维护方法，根据所述电气信号与所述修正因子依下列公式运算所述实际工作当量Fact，并根据所述实际工作当量Fact运算所述寿命值：
其中，At为所述温度修正因子，As为所述行程修正因子，Ai为所述冲击修正因子，Af为所述负荷修正因子，Ar为所述速度修正因子，Fiavg为区间平均负荷，Niavg为区间平均转速，Navg为周期平均转速，ti为区间时间，tcycle为周期时间，n为周期内的区间数量。
本发明的线性传动装置维护方法，于Pmax＞2.0GPa时，根据下列公式运算所述负荷修正因子Af，若否，使Af＝1：
Af＝af×Pmax 3；
其中，Pmax为根据所述电气信号所得的最大应力值，af为负荷系数。
本发明的线性传动装置维护方法，于所述电气信号所对应的温度介于80～200℃时，根据下列公式运算所述温度修正因子At，若否，使At＝1：
At＝at1×T3+at2×T2+at3×T+at4；
其中，T为温度，at1、at2、at3、at4为四温度系数。
本发明的线性传动装置维护方法，还根据以下公式运算相关于油量损耗的油耗变数f：
其中，ao、bo为两个油耗系数，FMAX为允许最高负荷，Fop为根据所述电气信号所得的实际最高负荷，DNMAX为允许最高DN值，DNop为根据所述电气信号所得的实际最高DN值，DN值为所述线性传动装置的长轴的外径与转速的乘积。
本发明的目的在于提供一种具较高寿命估算准确度的线性传动装置维护***。
本发明的线性传动装置维护***，包含线性运动单元、传感单元，及控制单元。
所述线性运动单元包括线性传动装置，及用于驱动所述线性传动装置的驱动装置。
所述传感单元设置于所述线性运动单元，用于传感所述线性运动单元的运作而输出多个电气信号。
所述控制单元信号连接所述线性运动单元与所述传感单元，用于控制所述线性运动单元运作，并根据所述电气信号运算至少4种修正因子，且根据所述电气信号与所述修正因子运算所述线性传动装置的寿命值。
本发明的线性传动装置维护***，所述线性传动装置具有长轴、设置于所述长轴上且界定至少一个回流道的移动件，及多个滚动件，所述滚动件于所述长轴与所述移动件间、及所述至少一个回流道中滚动，定义所述滚动件进出所述至少一个回流道的其中一个出入口为回流点，所述传感单元包括设置于所述移动件的传感器，所述传感器与所述回流点于所述长轴延伸方向上的距离小于3倍的所述滚动件的直径。
本发明的有益效果在于：通过安装于所述线性运动单元的所述传感单元所回馈的多个电气信号运算所述寿命值，由于是根据实际的使用情况进行运算，因此，可以提高所述寿命值的估算准确度，能供设备商能更准确地根据机台的实际状况而安排维修或零件更换行程，减少机台忽然故障停机所产生的损失。
附图说明
图1是本发明线性传动装置维护***的实施例的方块示意图；
图2是所述实施例的不完整的分解示意图；
图3是所述实施例的不完整的俯视示意图；及
图4是本发明线性传动装置维护方法的实施例的应用流程图。
具体实施方式
在本发明被详细描述前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。
参阅图1、图2及图3，本发明线性传动装置维护***的一个实施例，包含一个线性运动单元2、一个传感单元3，及一个控制单元4，并可选择地还包含一个显示单元5。
所述线性运动单元2包括一个线性传动装置20，及一个用于驱动所述线性传动装置20的驱动装置24。
所述线性传动装置20包括一个长轴21、一个设置于所述长轴21上的移动件22，及多个滚动件23。
所述线性传动装置20能如本实施例所示为滚珠螺杆，所述长轴21、所述移动件22、所述滚动件23分别为螺杆、螺帽、滚珠。所述线性传动装置20也能为线性滑轨(图未示)，所述长轴21、所述移动件22、所述滚动件23则分别为滑轨、滑块、滚珠，或能依实际需求而为其他能线性移动的传动装置。
所述移动件22包括一个本体221，及两个设置于所述本体221的回流组件222，每一个回流组件222界定一个回流道223，而使所述滚动件23于所述长轴21与所述移动件22间、及所述回流道223中循环滚动。定义所述滚动件23进出所述回流道223的其中一个出入口为一个回流点224，于图3中，是以定义最左侧的出入口为所述回流点224作为说明。其中，所述回流组件222的数量能依实际需求而定，也能为一个或三个以上。
所述驱动装置24用于驱动所述长轴21与所述移动件22相对线性移动，并具有一个驱动电路241及一个马达242。
由于本领域中具有通常知识者根据以上说明可以推知所述线性运动单元2的扩充细节，因此不再赘述。
所述传感单元3设置于所述线性传动装置20与所述驱动装置24，用于传感所述线性传动装置20与所述驱动装置24的运作而输出多个电气信号。所述传感单元3包括多个传感器31。
其中一个所述传感器31螺锁设置于所述移动件22的所述本体221外表面上的一个凹槽225，且所述传感器31的一个传感端311可以是嵌设入所述本体221中，以通过稳定的设置而达到较佳的量测效果。所述传感器31是对应于所述回流点224设置，其于周向上尽量靠近于所述回流点224，而于轴向上，所述传感器31与所述回流点224于所述长轴21延伸方向上的距离小于一个预定距离D，也就是，所述传感器31基本上与所述回流点224于相同(或靠近)的径向上，而所述移动件22的所述凹槽225与所述回流点224于所述长轴21延伸方向上的距离小于所述预定距离D，此处的距离以物件的中心点位置进行计算。所述预定距离D能依实际需求而设定为3倍的滚珠(所述滚动件23)的直径或3倍的螺杆(所述长轴21)的导程。如此，通过将所述传感器31设置于邻靠所述回流点224处，能使所述传感器31能更好地传感对应所述回流点224处的温度与加速度(冲击力)。所述传感器31能使用例如感温晶片与加速规(accelerometer)实施。另外，为图示清楚起见，图3中的所述本体221、所述传感器31及一个连接至所述控制单元4的传输线9等皆以点链线绘制。
其它的所述传感器31用于传感应力、行程、速度以输出对应的所述电气信号。所述应力例如为所述线性传动装置20所受到的应力，例如，所述滚动件23与所述长轴21、所述回流组件222的接触面所受的应力，能使用例如力传感器(例如，压电晶片、位移计、应变规等)进行传感；所述行程例如为所述移动件22相对于所述长轴21线性移动的距离，所述速度例如为所述移动件22相对于所述长轴21线性移动的速度，或是所述长轴21(螺杆)的转速，能使用例如光学尺量测距离并计算速度，或以旋转编码器、霍尔传感器(hall sensor)等量测所述马达242的转动圈数，以估算所述移动件22相对移动的距离及速度，或估算所述长轴21(螺杆)的转速。
所述控制单元4信号连接所述线性运动单元2、所述传感单元3与所述显示单元5，用于控制所述线性运动单元2运作，并根据所述电气信号运算至少4种修正因子，且其中至少2种修正因子与其对应的所述电气信号为非线性关系，所述控制单元4根据所述电气信号与所述修正因子运算所述线性传动装置20的一个寿命值。
所述显示单元5为显示屏幕，受所述控制单元4控制而显示所述寿命值，以供使用者得知所述线性传动装置20的目前使用寿命情况。
本发明线性传动装置维护方法，适用于运用于上述的所述控制单元4，且适用于运算所述线性传动装置20的所述寿命值，所述线性传动装置维护方法包含以下步骤：
接收安装于所述线性运动单元2的所述传感单元3所回馈的多个电气信号，根据所述电气信号运算至少4种修正因子，且其中至少2种修正因子与其对应的所述电气信号为非线性关系，根据所述电气信号与所述修正因子运算所述寿命值。
其中，所述电气信号例如相关于应力(负荷)、行程、速度、温度、及加速度(冲击力)等，所述修正因子例如为一个负荷修正因子、一个行程修正因子、一个速度修正因子、一个温度修正因子与一个冲击修正因子，使用者能依实际需求，选取其中至少4种所述电气信号运算对应的所述修正因子。
其中，所述控制单元4根据下列公式运算所述寿命值Lleft。于本实施例中，所述寿命值Lleft指尚存的寿命百分比(％)，例如，所述寿命值Lleft为80％，即表示目前尚有80％的寿命，但实际运用时，所述寿命值也可以是设计为损耗寿命值，例如，当损耗寿命值为20％时，表示目前尚有80％的寿命。
其中，CY为累计的工作周期数量；Lact为实际寿命值，指在实际条件下，所运算出的所述线性传动装置20的使用寿命，例如，经运算得出，在实际条件下能运作的周期(cycle)的数量；Lbasic为理论寿命值，指在理论条件(或基准条件)下，所述线性传动装置20的使用寿命，例如，在理论条件下，能运作的周期的数量；Xl为损耗寿命当量，为理论寿命值Lbasic与实际寿命值Lact的比值，因此，的值即为实际条件下，每个周期所损耗的寿命比例；Fact为一个实际工作当量；Fbasic为一个理论工作当量，是根据所述线性传动装置20的规格所得出的数值；Ageneral为***安全系数，为所述线性传动装置20的规格，例如，在等级1(平滑，smoothness)、等级2(一般，normal)、等级3(冲击震动，impact vibration)时，其值分别设定为1.1、1.3、2。
以所述线性传动装置20为滚珠螺杆为示例，说明上述公式的原理，所述线性传动装置20的理论寿命值Lbasic与实际寿命值Lact的公式如下：
(单位为周期(cycle)) (公式3)
(单位为周期(cycle)) (公式4)
其中，Lead为所述螺杆的导程，Ca为所述线性传动装置20的额定动负荷，是根据所述线性传动装置20的规格所得出的数值，Strokebasic为理论行程，Strokeact为实际行程。由于一般情况下，Strokebasic≈Strokeact，因此，能将所述损耗寿命当量Xl近似为公式2。
回到所述寿命值Lleft的运算，所述控制单元4根据下列公式运算所述实际工作当量Fact，以下，是以所述线性传动装置20为滚珠螺杆作为说明：
其中，At为所述温度修正因子、As为所述行程修正因子、Ai为所述冲击修正因子、Af为所述负荷修正因子、Ar为所述速度修正因子；tcycle为周期时间、n为一个周期内的区间数量、ti为区间时间，此处每一个周期(cycle)指一组循环重复的工作编程所花费的时间，将所述组工作编程依运算需求或实际工作需求而切分为多个(n个)区间(period)，每一个区间会包括一个至数个工作编程；Fiavg为区间平均负荷、Ni avg为螺杆的区间平均转速，Navg为螺杆的周期平均转速。
于公式5中，能依实际需求，选取其中至少4种所述修正因子进行运算，并将运算值代入公式5中，以进而通过公式1、2、5运算出所述寿命值Lleft，未选取的所述修正因子，则以数值1代入即可。
所述修正因子的运算公式如下，其中，所述负荷修正因子Af、所述行程修正因子As、所述温度修正因子At、所述冲击修正因子Ai与其对应的所述电气信号皆为非线性关系。此处需说明的是，一般在分析数据较少时，会仅以两个分析数据产生一个修正线，如此，所述修正线与修正因子会为线性关系，其估算精确度不高，本案是将至少2种修正因子的估算方式取代为下列的非线性运算方法，以取得较高的估算准确度：
所述负荷修正因子Af：
于Pmax＞2.0GPa(十亿帕斯卡)时，根据下列公式运算所述负荷修正因子Af，若否，使Af＝1。
Af＝af×Pmax 3； (公式6)
其中，Pmax为所述周期中，根据所述电气信号所换算得的滚珠螺杆最大应力值，af为一个负荷系数，根据实际需求而由实验得出，例如，能设定为0.125。
所述行程修正因子As：
于Θ＜TU时，根据下列公式运算所述行程修正因子As，若否，使As＝1。其中，Θ为一个运作的周期所对应的所述螺杆的圈数，TU为基础卷数(turns unit)，指所述回流组件222所横跨的所述螺杆的圈数，TU一般会设置为2～5。
所述速度修正因子Ar：
于DNop＞DNMAX时，根据下列公式运算所述速度修正因子Ar，若否，使Ar＝1。其中，DNMAX为允许最高DN值，DNop为所述周期中，根据所述电气信号所得的实际最高DN值，DN值为所述线性传动装置20的所述长轴21的外径与转速的乘积。
其中，ar为一个速度系数，一般能设定为1.5～2间。ωMAX为所述长轴21的允许最高转速，ωop为所述周期中，根据所述电气信号所的所述长轴21的实际最高转速。
所述温度修正因子At：
于所述电气信号所对应的温度(对应所述回流点224处的温度)介于80～200℃时，根据下列公式运算所述温度修正因子At，若否，使At＝1；
At＝at1×T3+at2×T2+at3×T+at4； (公式9)
其中，T为温度，at1、at2、at3、at4为四温度系数，能依实际需求而设定，例如，能设定为at1＝-1×10-7、at2＝3×10-5、at3＝-0.004、at4＝1.1。
所述冲击修正因子Ai：
于A＞15G(重力加速度)时，使Ai＝0，若否，使Ai＝1。其中，A为所述传感器31所量测的加速度值。
参阅图1及图4，依应用流程进行说明：
步骤61：所述传感单元3传感应力、行程、速度、温度及加速度，并输出对应的所述电气信号，所述控制单元4接收所述电气信号。
步骤62：所述控制单元4根据所执行的工作编程，将所述电气信号拆分为多个周期(cycle)，接着，再将每一个周期切分为多个区间(period)。
步骤63：根据所述电气信号及上述运算方法，分别运算所选择的至少4种修正因子与所述实际工作当量Fact。
步骤64：根据所述实际工作当量Fact、预存的所述理论工作当量Fbasic与所述***安全系数Ageneral，以上述公式2运算所述损耗寿命当量Xl。
步骤65：根据所述损耗寿命当量Xl、累计的工作周期数量CY及所述理论寿命值Lbasic运算所述寿命值Lleft，并将所述寿命值Lleft显示于所述显示单元5以告知使用者。
值得说明的是，也能将步骤64、65替换为先根据公式4运算出实际寿命值Lact后，再根据累计的工作周期数量CY及实际寿命值Lact运算所述寿命值Lleft(公式1)。
依实际案例进行说明，以下列表1的螺杆规格参数进行运算，能得出于下列表2～4的操作条件下的行程修正因子As、温度修正因子At、冲击修正因子Ai、负荷修正因子Af、速度修正因子Ar、实际工作当量Fact、损耗寿命当量Xl、寿命耗损比例由表2～4中可见，将表3、4的数值与表2(一般条件)进行比较，于表3的高负荷运作时，其损耗寿命当量Xl大增，会导致寿命耗损比例/>增加，即，每一个运作周期所损耗的寿命会大于其理论上会损耗的寿命，而于表4的短行程低负荷运作时，其损耗寿命当量Xl降低，会导致寿命耗损比例/>下降，即，每一个运作周期所损耗的寿命会小于其理论上会损耗的寿命。
表1
其中，卷数(Turn No.)指基础卷数(turns unit)的数量，以图2中为例，卷数为2，即，具有2个循环单元(两串滚珠)。ωi为时间ti时的转速，以表2为例，此案例中，由阶段1、阶段2的不同负荷与速度构成一个周期运动。在这个周期运动下的实际最高转速ωop为750rpm。
表2
表3
表4
值得一提的是，所述线性传动装置维护方法还能根据以下公式运算一个油耗当量Xo及一个油耗寿命Loil，并能将运算所得的所述油耗当量Xo与所述油耗寿命Loil输出至所述显示单元5供使用者观看。其中，所述油耗当量Xo为理论润滑周期与实际润滑周期的比值。
使用者能根据所述油耗寿命Loil而判断是否要开启注油机(图未示)补充润滑油，或是由所述控制单元4自动根据所述油耗寿命Loil判断是否开启所述注油机。
其中，f为相关于油量损耗的一个油耗变数；ao、bo为两个油耗系数，能依实际需求设定，例如，能设定为ao＝0.8、bo＝0.2；FMAX为允许最高负荷；Fop为所述周期中，根据所述电气信号所得的实际最高负荷。
于根据公式10求出所述油耗当量Xo后，即可根据理论润滑周期CYoil-basic与累计的工作周期数量CY，依下列的公式11计算出目前的油耗寿命Loil，其中，即为实际条件下，每个周期所造成的油耗比例。
相同于上述所述寿命值Lleft的说明，于公式11中，是以剩余的油耗寿命值作为说明，但也能依实际需求而运算并显示损耗的油耗寿命值。
经由以上的说明，本实施例的功效如下：
一、通过根据安装于所述线性运动单元2的所述传感单元3所回馈的多个电气信号，运算至少4种修正因子，且其中至少2种修正因子与其对应的所述电气信号为非线性关系，再根据所述电气信号与所述修正因子运算所述寿命值，由于是根据实际的使用情况进行运算，因此，可以提高所述寿命值的估算准确度，能供设备商能更准确地根据机台的实际状况而安排维修或零件更换行程，减少机台忽然故障停机所产生的损失。
二、通过还根据所述电气信号运算相关于油量损耗的所述油耗变数，还可以得出目前的油耗寿命，供设备人员或所述控制单元4判断是否需要开启注油机补充润滑油，如此，同样可以通过根据机台的实际操作情况适时地调整注油润滑周期，而达到更佳的加工质量，与更高的使用寿命。
三、通过将所述传感器31对应于所述回流点224处设置，能供所述传感器31更好地量测所述回流道223的出入口处的使用状况，而能提供更接近实际状态的量测数据，以进一步得到更准确的寿命值估算结果。
综上所述，本发明线性传动装置维护方法及***，确实能达成本发明的目的。
以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。

Claims (10)

1.一种线性传动装置维护方法，运用于信号连接驱动装置的控制单元，所述驱动装置用于驱动线性传动装置，所述线性传动装置维护方法适用于运算所述线性传动装置的寿命值，其特征在于：
所述线性传动装置维护方法包含以下步骤：
接收安装于所述线性传动装置与所述驱动装置的传感单元所回馈的多个电气信号，根据所述电气信号运算至少4种修正因子，且根据所述电气信号与所述修正因子运算所述寿命值。
2.根据权利要求1所述的线性传动装置维护方法，其特征在于：至少2种修正因子与其对应的所述电气信号为非线性关系，所述电气信号相关于应力、行程、速度、温度及加速度其中至少4种。
3.根据权利要求2所述的线性传动装置维护方法，其特征在于：分别根据所述电气信号中的应力、行程、速度、温度与加速度的信息运算5种修正因子，所述5种修正因子分别为负荷修正因子、行程修正因子、速度修正因子、温度修正因子与冲击修正因子。
4.根据权利要求3所述的线性传动装置维护方法，其特征在于：根据所述电气信号与所述修正因子运算实际工作当量，并根据所述实际工作当量运算所述寿命值。
5.根据权利要求4所述的线性传动装置维护方法，其特征在于：根据所述电气信号与所述修正因子依下列公式运算所述实际工作当量Fact，并根据所述实际工作当量Fact运算所述寿命值：
其中，At为所述温度修正因子，As为所述行程修正因子，Ai为所述冲击修正因子，Af为所述负荷修正因子，Ar为所述速度修正因子，Fiavg为区间平均负荷，Niavg为区间平均转速，Navg为周期平均转速，ti为区间时间，tcycle为周期时间，n为一个周期内的区间数量。
6.根据权利要求5所述的线性传动装置维护方法，其特征在于：于Pmax＞2.0GPa时，根据下列公式运算所述负荷修正因子Af，若否，使Af＝1：
Af＝af×Pmax 3；
其中，Pmax为根据所述电气信号所得的最大应力值，af为负荷系数。
7.根据权利要求5所述的线性传动装置维护方法，其特征在于：于所述电气信号所对应的温度介于80～200℃时，根据下列公式运算所述温度修正因子At，若否，使At＝1：
At＝at1×T3+at2×T2+at3×T+at4；
其中，T为温度，at1、at2、at3、at4为四温度系数。
8.根据权利要求1所述的线性传动装置维护方法，其特征在于：还根据以下公式运算相关于油量损耗的油耗变数f：
其中，ao、bo皆为油耗系数，FMAX为允许最高负荷，fop为根据所述电气信号所得的实际最高负荷，DNMAX为允许最高DN值，DNop为根据所述电气信号所得的实际最高DN值，DN值为所述线性传动装置的长轴的外径与转速的乘积。
9.一种线性传动装置维护***，包含线性运动单元：
所述线性运动单元包括线性传动装置，及用于驱动所述线性传动装置的驱动装置；
其特征在于：
所述线性传动装置维护***还包含传感单元及控制单元；
所述传感单元设置于所述线性运动单元，用于传感所述线性运动单元的运作而输出多个电气信号；
所述控制单元信号连接所述线性运动单元与所述传感单元，用于控制所述线性运动单元运作，并根据所述电气信号运算至少4种修正因子，且所述控制单元根据所述电气信号与所述修正因子运算所述线性传动装置的寿命值。
10.根据权利要求9所述的线性传动装置维护***，其特征在于：所述线性传动装置具有长轴、设置于所述长轴上且界定至少一个回流道的移动件，及多个滚动件，所述滚动件于所述长轴与所述移动件间、及所述至少一个回流道中滚动，定义所述滚动件进出所述至少一个回流道的其中一个出入口为回流点，所述传感单元包括设置于所述移动件的传感器，所述传感器与所述回流点于所述长轴延伸方向上的距离小于3倍的所述滚动件的直径。
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