JP6110525B1

JP6110525B1 - センサー

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Publication number: JP6110525B1
Application number: JP2016013463A
Authority: JP
Inventors: 黄逸羣; 余思緯; 呉旻修
Original assignee: Hiwin Technologies Corp
Current assignee: Hiwin Technologies Corp
Priority date: 2015-12-30
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2036-01-27
Also published as: US10006487B2; TW201723330A; TWI585312B; CN106959132A; US20170241845A1; JP2017133919A; CN106959132B

Abstract

【課題】直線伝動装置自体の数値を精確に測定可能であり、物理性質を測定する測定装置は、一つだけで複数の種類の物理性質を測定可能であり、レイアウトに制限がないセンサーを提供する。【解決手段】直線伝動装置に組み付けられているセンサーにおいて、装置空間を有する台座と、台座に設けられており、一端が台座の装置空間に延び込み、他端が台座に露出する電気接続ポートと、台座に設けられており、電気接続ポートと電気的に接続し、少なくとも二種類の物理量センサーと、整合回路基板と、を含み、各物理量センサーは整合回路基板と電気的に接続し信号を整合するセンシングユニットと、環境的な干渉を無くすことが可能であり、台座の一端に設けられている感触ポートと、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、センサーに関し、特に、モニター装置とそのモニター方法に関するものである。

伝動装置及びガイド装置は、自動化プロセスを完成するために不可欠なものである。伝動の精確度を確保するために、伝動の過程中に各種類の物理数値は要求に確実に合うことが必要であり、且つ稼動の前に直線伝動装置の静止物理数値（例えばバックラッシュ、与圧力及び構造安定性）を確保することが必要であり、更に、稼動の過程中に、稼動によるダイナミックな物理性質（例えば振動、温度上昇及び潤滑性）を厳しくコントロールすることが必要である。
静止物理数値は、稼動の前に測定し、且つ稼動の後、又は次回の稼動の前に校正をすることが一般的である。なお、ダイナミックな物理性質は、ワークがダイナミックであり、測定が難しいため、直線伝動装置が組み付けられている周辺のプラットフォームで振動値または温度上昇値を測定し、別の測定装置によって潤滑性を測定することが一般的である。

このため、直線伝動装置の稼動の精確度を維持するために、事前に測定し、稼動中に周辺を測定し、事後に校正することが必要なため、工数がかなり掛かる。しかしながら、上記のように行っても、稼動の前に直線伝動装置の静止物理数値を測定するため、稼動の過程中に、偏差または異常が発生すると、制御できないパラメータが存在する。そして稼動の過程中に、周辺のプラットフォームで測定をする方式によれば、直線伝動装置自体の数値を精確に測定できない。
物理性質を測定する測定装置は、一種類だけの物理性質を測定可能なため、複数の種類の物理性質を測定する場合には、複数の測定装置を利用することが必要なため、レイアウトに制限がある。

本発明の主な目的は、直線伝動装置自体の数値を精確に測定可能であり、物理性質を測定する測定装置は、一つだけで複数の種類の物理性質を測定可能であり、レイアウトに制限がないセンサーを提供することにある。

本発明のセンサーは、直線伝動装置に組み付けられているセンサーにおいて、装置空間を有する台座と、台座に設けられており、一端が台座の装置空間に延び込み、他端が台座に露出する電気接続ポートと、台座に設けられており、電気接続ポートと電気的に接続し、少なくとも二種類の物理量センサーと、整合回路基板と、を含み、各物理量センサーは整合回路基板と電気的に接続し信号を整合するセンシングユニットと、環境的な干渉を無くすことが可能であり、台座の一端に設けられている感触ポートと、を含むことを特徴とする。

本発明のセンサーは、感触ポートの一側に嵌め溝が設けられており、嵌め溝が温度センサーに向くように台座に設けられており、嵌め溝が温度センサーを覆い、感触ポートは、電気絶縁機構であり、締結部材により台座に締結されていることを特徴とする。

本発明のセンサーは、台座は、円筒状を呈する構造であり、中空であり、装置空間に形成され、一端が完全に開放し、他端が端面を有し、端面の中心に開放口が設けられており、台座の両端の間には、更に、貫通孔が設けられており、貫通孔は装置空間と連通し、センシングユニットの物理量センサーのうちの一種類が温度センサーであり、温度センサーは、温度センシングヘッドと、温度センシングヘッドと電気的に接続する複数の端子と、から構成され、温度センサーの端子は、台座の開放口を経由して装置空間に延び込んで、整合回路基板と電気的に接続し、温度センサーの温度センシングヘッドは、台座の端面の一側に位置し、感触ポートの嵌め溝に向き、感触ポートは、台座の端面に押し付けるように設けられており、封止蓋は台座の完全に開放する一端に固定されていることを特徴とする。

本発明のセンサーは、感触ポートの他側に環状溝が設けられており、環状溝の内部には、環状溝の形状と同じ磁石が設けられており、磁石による吸引力が台座を吸引することにより、感触ポートが台座に位置決められており、台座の外面には、更に、複数のノッチが設けられており、ノッチに結合穴が設けられており、結合穴が端面を貫通し、台座が矩形を呈し、装置空間の輪郭が円柱形を呈し、感触ポートは台座に一体成形され、感触ポートの嵌め溝は装置空間と連通し、センシングユニットは、距離を置いて互いに平行するように配列されている複数の整合回路基板を含み、複数の導電部材により、これらの整合回路基板が電気的に接続し、センシングユニットは、二種類の物理量センサーを含み、これらは温度センサー及び振動センサーであり、温度センサーは複数の整合回路基板のうちの一つに設けられており、振動センサーは別の整合回路基板に設けられており、センシングユニットは、装置空間に収容され、温度センサーが感触ポートの嵌め溝に向き、封止蓋はＬ字形の断面形状を有するプレートであり、封止蓋に貫通孔が設けられており、電気接続ポートは、封止蓋に設けられている貫通孔を経由して装置空間に延び込むことを特徴とする。

本発明のセンサーは、感触ポートは直線伝動装置に押し付け、直線伝動装置は、ボールねじ、リニアガイドウェー、又は軸受であり、直線伝動装置がボールねじである場合には、センサーがボールねじのナットに組み付けられており、ナットに循環エレメントが複数設けられており、ナットの中心を円心とし、循環エレメントの円心から最も遠い点から円心までの繋ぎ線が信号源半径であり、信号源半径の周りは信号敏感区を有し、信号敏感区は、円心を中心とし信号敏感半径を半径として描かれる円形であり、信号敏感半径は信号源半径より大きく、信号敏感半径と信号源半径の差は１０ｍｍより小さいことを特徴とする。

本発明のセンサーは、直線伝動装置自体の数値を精確に測定可能であり、物理性質を測定する測定装置は、一つだけで複数の種類の物理性質を測定可能であり、レイアウトに制限がないという効果を有する。

本発明に係るセンサーの構造を示す分解斜視図である。本発明に係るセンサーの構造を示す斜視図である。本発明に係るセンサーを示す断面図である。本発明の別の実施形態に係るセンサーの構造を示す斜視図である。図４におけるセンサーの構造を示す分解斜視図である。図４におけるセンサーを示す断面図である。本発明に係るセンサーをボールねじ形態の直線伝動装置に組み付けようとする状態を示す図である。本発明に係るセンサーがボールねじ形態の直線伝動装置に組み付けられた状態を示す図である。本発明に係るセンサーをリニアガイドウェー形態の直線伝動装置に組み付けようとする状態を示す図である。本発明に係るセンサーがリニアガイドウェー形態の直線伝動装置に組み付けられた状態を示す図である。本発明に係るセンサーを軸受形態の直線伝動装置に組み付けようとする状態を示す図である。本発明に係るセンサーが軸受形態の直線伝動装置に組み付けられた状態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１から図６を参照する。本実施形態に係るセンサーＡは、台座１０と、電気接続ポート２０と、センシングユニット３０と、感触ポート４０と、封止蓋５０と、を含む。

台座１０は、中空であり、装置空間１１を有する。

電気接続ポート２０は、台座１０に設けられており、一端が台座１０の装置空間１１に延び込み、他端が台座１０に露出する。

センシングユニット３０は、台座１０に設けられており、電気接続ポート２０と電気的に接続し、少なくとも二種類の物理量センサーと、整合回路基板３３と、を含む。前記物理量センサーは、温度センサー、振動センサー、フラックスセンサー、又は距離センサーである。
本実施形態に係るセンシングユニット３０は、二種類の物理量センサーを同時に有する。これらは、温度センサー３１及び振動センサー３２である。温度センサー３１及び振動センサー３２は、整合回路基板３３と電気的に接続し信号を整合する。

感触ポート４０は、環境的な干渉を無くすことが可能である。感触ポート４０は、一側に嵌め溝４１が設けられており、他側に環状溝４２が設けられている。感触ポート４０は、嵌め溝４１が温度センサー３１に向くように台座１０の一端に設けられている。感触ポート４０の嵌め溝４１は温度センサー３１を覆う。本実施形態では、感触ポート４０は電気絶縁機構である。

封止蓋５０は、台座１０に固定されている。

本実施形態に係る台座１０は、図１から図３に示すように、円筒状を呈する構造であり、装置空間１１に形成され、一端が完全に開放し、他端が端面１２を有する。
端面１２の中心に開放口１２１が設けられている。台座１０の両端の間には、更に、貫通孔１３が設けられている。貫通孔１３は装置空間１１と連通する。感触ポート４０は、台座１０の端面１２に押し付けるように設けられている。複数の締結部材Ｓによって感触ポート４０と端面１２を締結することにより、感触ポート４０が台座１０の端面１２に位置決められている。もちろん、本発明に係る台座１０の形態は、これらに限定されず、感触ポート４０と台座１０の位置決め方式は、これらに限定されない。
環状溝４２の内部には、環状溝４２の形状と同じ磁石６０が設けられており、磁石６０による吸引力が台座１０の端面１２を吸引することにより、感触ポート４０が台座１０に位置決められていてもよい。本実施形態では、台座１０の外面には、更に、複数のノッチ１４が設けられている。ノッチ１４に結合穴１４１が設けられている。結合穴１４１は端面１２を貫通する。

本実施形態では、センシングユニット３０の振動センサー３２は、整合回路基板３３と電気的に接続し、整合回路基板３３に固定されている。整合回路基板３３は装置空間１１内に収容される。温度センサー３１は、温度センシングヘッド３１１と、温度センシングヘッド３１１と電気的に接続する複数の端子３１２と、から構成される。温度センサー３１の端子３１２は、台座１０の開放口１２１を経由して装置空間１１に延び込んで、整合回路基板３３と電気的に接続する。温度センサー３１の温度センシングヘッド３１１は、台座１０の端面１２の一側に位置し、感触ポート４０の嵌め溝４１に向く。

本発明に係る台座１０は、図４から図６に示すように、矩形を呈し、装置空間１１の輪郭が円柱形を呈してもよい。本実施形態では、感触ポート４０が台座１０に一体成形され、感触ポート４０の嵌め溝４１は装置空間１１と連通する。一方、センシングユニット３０は、距離を置いて互いに平行するように配列されている三つの整合回路基板３３を含み、複数の導電部材３４により、これらの整合回路基板３３が電気的に接続する。
温度センサー３１は三つの整合回路基板３３のうちの一つに設けられており、振動センサー３２は別の整合回路基板３３に設けられている。センシングユニット３０は、装置空間１１に収容され、温度センサー３１が感触ポート４０の嵌め溝４１に向く。
本実施形態では、封止蓋５０がＬ字形の断面形状を有するプレートである。封止蓋５０に貫通孔１３が設けられている。電気接続ポート２０は、封止蓋５０に設けられている貫通孔１３を経由して装置空間１１に延び込む。

センサーＡを直線伝動装置Ｂに組付ける際の組付け方式は、図７から図１２に示すように、センサーＡが感触ポート４０を直線伝動装置Ｂに押し付ける。図７及び図８に示すように、直線伝動装置ＢがボールねじＢ１である場合には、センサーＡが感触ポート４０をボールねじＢ１のナットＢ１１に押し付ける。図９及び図１０に示すように、直線伝動装置ＢがリニアガイドウェーＢ２である場合には、センサーＡが感触ポート４０をリニアガイドウェーＢ２のブロックＢ２１に押し付ける。図１１及び図１２に示すように、直線伝動装置Ｂが軸受Ｂ３である場合には、センサーＡが感触ポート４０を軸受Ｂ３に押し付ける。

センサーが組み付けられている直線伝動装置は、直線伝動装置ＢにセンサーＡを直接に組付けるため、直線伝動装置Ｂ自体の稼動による物理量の変化を直接かつ精確に測定可能である。
本実施形態では、更に、計算ユニットＣが組み付けられている。計算ユニットＣが電気接続ポート２０と電気的に接続するため、センシングユニット３０でセンシングするデータが電気接続ポート２０にキャプチャされて、計算ユニットＣがそれを計算すると、モニター値を得ることができる。計算した後、数値が異常である場合には、警告を即時に発する。

本実施形態に係るセンサーＡのセンシングユニット３０は、温度センサー３１及び振動センサー３２の整合回路を含むため、直線伝動装置Ｂに関連する複数の稼動数値をセンシングして算出可能である。これらの稼動数値は下記に説明する。

計算ユニットＣにより、センシングユニット３０の振動センサー３２の振動信号を持続にキャプチャして、特徴オーダートラッキング法により、直線伝動装置Ｂの即時のバックラッシュ量の変化を求めることが可能である。これにより、稼動中に、直線伝動装置Ｂのバックラッシュ量を即時に測定可能であり、バックラッシュ量が異常になると、警告を即時に発し、バックラッシュ量を即時に調整可能である。このため、精確にモニターすることが可能となる。

計算ユニットＣにより、センシングユニット３０の振動信号を持続にキャプチャして、極限値分析により振動量を即時に測定する。これにより、稼動中に、直線伝動装置Ｂの振動量を即時に測定可能であり、振動量が異常になると、警告を即時に発し、異常を即時に排除可能である。このため、精確にモニターすることが可能となる。

計算ユニットＣにより、固定の時間区間において、センシングユニット３０の温度センサー３１の温度信号をキャプチャして、計算法により熱変位を算出する。これにより、稼動中に、直線伝動装置Ｂの温度上昇量を即時に測定可能であり、温度上昇量が異常になると、警告を即時に発し、異常を即時に排除可能である。このため、精確にモニターすることが可能となる。

計算ユニットＣにより、センシングユニット３０の振動センサー３２の振動信号を持続的にキャプチャして、計算法により振動エネルギーによって油量が充分であるかどうかを計算して判断する。これにより、稼動中に、直線伝動装置Ｂの油量が充分であるかどうかを即時にモニターすることが可能であり、油量が不足になると、即時に注油する。このため、潤滑を確保することが可能であり、直線伝動装置Ｂを正常に稼動可能である。

本実施形態では、直線伝動装置ＢにセンサーＡを直接組付けるため、直線伝動装置Ｂ自体の稼動による各種類の物理量の変化を直接で精確に測定可能である。これにより、最も直接で精確なデータをセンシング可能であり、最も精確で即時なモニターをすることが可能である。このため、加工または伝送の精確度を確保可能である。

本実施形態では、センサーＡのセンシングユニット３０は、温度センサー３１及び振動センサー３２を整合するため、温度信号及び振動信号により、直線伝動装置Ｂの稼動時の関連の物理量（バックラッシュ、衝撃異常、熱変位及び潤滑）を算出可能である、よって、複数の種類のセンサーをそれぞれ組付ける必要がないため、組付け作業が便利となり、スペースの利用の自由度が増加する。もちろん、物理量センサーの種類及び数量を変更すると、測定される結果が変更されて、異なる場合に運用可能である。このため、本発明の物理量センサーの種類及び数量は、これらに限定されない。

本実施形態に係るセンサーＡが回路を整合することにより、稼動中に、直線伝動装置Ｂを持続にモニターすることが可能であるため、装置を停止してテストすることが必要なくなり、直線伝動装置Ｂの稼動率を増加可能である。

本実施形態に係るセンサーＡは、台座１０に感触ポート４０を設け、且つセンシングユニット３０の温度センサー３１の位置が感触ポート４０の位置に対応するため、センサーＡを組付けるときには、センサーＡが感触ポート４０で直線伝動装置Ｂに直接に押し付け可能である。これにより、温度の変化を直接にセンシングすることが可能であり、測定される温度の誤差を降下できるため、組付け作業が簡単となり、測定の結果が精確となり、使用が便利となる。

センサーＡの取付を便利にするために、台座１０の外面に各ノッチ１４を設け、ノッチ１４に、端面１２まで貫通する結合穴１４１を設けることにより、台座１０外の結合穴１４１に締結部材Ｓを挿通し、締結部材Ｓにより直線伝動装置Ｂに台座１０を締結可能である。このため、センサーＡの取付が便利となる。

本実施形態に係るセンサーＡのセンシング精確度を増加し、センサーＡを取り付ける位置を更に限定可能とするために、図７及び図８に示すように、ボールねじＢ１のナットＢ１１にセンサーＡを組付けるとき、ナットＢ１１に循環エレメントＢ１２が複数設けられており、ボールねじＢ１の玉が循環エレメントＢ１２内に循環して転がるため、循環エレメントＢ１２は温度信号及び振動信号の信号源である。
ボールねじＢ１のナットＢ１１の中心を円心Ｏとし、循環エレメントＢ１２の円心Ｏから最も遠い点から円心Ｏまでの繋ぎ線が信号源半径ｒであり、信号源半径ｒの周りは信号敏感区Ｍを有する。信号敏感区Ｍは、円心Ｏを中心とし信号敏感半径Ｒを半径として描かれる円形である。信号敏感半径Ｒは信号源半径ｒより大きく、且つ信号敏感半径Ｒと信号源半径ｒの差は１０ｍｍより小さい。信号敏感区Ｍ内にセンサーＡを組付けると、最も精確な信号源を得ることが可能であり、精確にモニターすることが可能である。

本発明は、センサーに適用することができる。

１０台座
１１装置空間
１２端面
１３貫通孔
１４ノッチ
２０電気接続ポート
３０センシングユニット
３１温度センサー
３２振動センサー
３３整合回路基板
３４導電部材
４０感触ポート
４１嵌め溝
４２環状溝
５０封止蓋
６０磁石
１２１開放口
１４１結合穴
３１１温度センシングヘッド
３１２端子
Ａセンサー
Ｂ直線伝動装置
Ｂ１ボールねじ
Ｂ３軸受
Ｂ１２循環エレメント
Ｂ１１ナット
Ｂ２１ブロック
Ｃ計算ユニット
Ｍ信号敏感区
Ｏ円心
ｒ信号源半径
Ｒ信号敏感半径
Ｓ締結部材

Claims

直線伝動装置に組み付けられているセンサーにおいて、
装置空間を有する台座と、
前記台座に設けられており、一端が前記台座の前記装置空間に延び込み、他端が前記台座に露出する電気接続ポートと、
前記台座に設けられており、前記電気接続ポートと電気的に接続し、少なくとも二種類の物理量センサーと、整合回路基板と、を含み、前記各物理量センサーは前記整合回路基板と電気的に接続し信号を整合するセンシングユニットと、
環境的な干渉を無くすことが可能であり、前記台座の一端に設けられている感触ポートと、を含み、
前記感触ポートの一側に嵌め溝が設けられており、前記嵌め溝が温度センサーに向くように前記台座に設けられており、前記嵌め溝が前記温度センサーを覆い、
前記感触ポートは、電気絶縁機構であり、締結部材により前記台座に締結されていることを特徴とする、
センサー。
前記台座は、円筒状を呈する構造であり、中空であり、前記台座には、前記装置空間が形成されており、一端が完全に開放し、他端が端面を有し、前記端面の中心に開放口が設けられており、前記台座の両端の間には、更に、貫通孔が設けられており、前記貫通孔は前記装置空間と連通し、前記センシングユニットの前記物理量センサーのうちの一種類が温度センサーであり、前記温度センサーは、温度センシングヘッドと、前記温度センシングヘッドと電気的に接続する複数の端子と、から構成され、前記温度センサーの前記端子は、前記台座の前記開放口を経由して前記装置空間に延び込んで、前記整合回路基板と電気的に接続し、前記温度センサーの前記温度センシングヘッドは、前記台座の前記端面の一側に位置し、前記感触ポートの前記嵌め溝に向き、前記感触ポートは、前記台座の前記端面に押し付けるように設けられており、封止蓋は前記台座の完全に開放する一端に固定されていることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
前記感触ポートの他側に環状溝が設けられており、前記環状溝の内部には、前記環状溝の形状と同じ磁石が設けられており、前記磁石による吸引力が前記台座を吸引することにより、前記感触ポートが前記台座に位置決められており、前記台座の外面には、更に、複数のノッチが設けられており、前記ノッチに結合穴が設けられており、前記結合穴が前記台座の端面を貫通し、前記台座が矩形を呈し、前記装置空間の輪郭が円柱形を呈し、前記感触ポートは前記台座に一体成形され、前記感触ポートの前記嵌め溝は前記装置空間と連通し、前記センシングユニットは、距離を置いて互いに平行するように配列されている複数の整合回路基板を含み、複数の導電部材により、これらの前記整合回路基板が電気的に接続し、前記センシングユニットは、二種類の物理量センサーを含み、これらは温度センサー及び振動センサーであり、前記温度センサーは複数の前記整合回路基板のうちの一つに設けられており、前記振動センサーは別の前記整合回路基板に設けられており、前記センシングユニットは、前記装置空間に収容され、前記温度センサーが前記感触ポートの前記嵌め溝に向き、封止蓋はＬ字形の断面形状を有するプレートであり、前記封止蓋に貫通孔が設けられており、前記電気接続ポートは、前記封止蓋に設けられている前記貫通孔を経由して前記装置空間に延び込むことを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
前記感触ポートは前記直線伝動装置に押し付け、前記直線伝動装置は、ボールねじ、リニアガイドウェー、又は軸受であり、前記直線伝動装置がボールねじである場合には、前記センサーがボールねじのナットに組み付けられており、前記ナットに循環エレメントが複数設けられており、前記ナットの中心を円心とし、前記循環エレメントの前記円心から最も遠い点から前記円心までの繋ぎ線が信号源半径であり、前記信号源半径の周りは信号敏感区を有し、前記信号敏感区は、前記円心を中心とし信号敏感半径を半径として描かれる円形であり、前記信号敏感半径は前記信号源半径より大きく、前記信号敏感半径と前記信号源半径の差は１０ｍｍより小さいことを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。