TWI633312B - Method and system for measuring channel precision of crossed roller bearing - Google Patents

Abstract

一種量測交叉滾子軸承溝道精度的方法及系統，其係以伺服電機單元驅動交叉滾子軸承旋轉。並以電流輸入模組於時間軸擷取伺服電機單元的電流訊號。再以運算控制單元讀取電流訊號，並將電流訊號記錄為電流時域訊號；並以快速傅立葉轉換模組將電流時域訊號轉換為頻域訊號，再由頻域訊號之特徵判斷出交叉滾子軸承的檢測品質資訊，其中，檢測品質資訊係選自交叉滾子軸承的溝道真圓度、滾子直徑大小變異率、溝道粗糙度以及組配精度等資訊，俾能藉由與伺服電機單元之摩擦阻力對應的電機電流採集來獲得交叉滾子軸承的檢測品質資訊。

Description

量測交叉滾子軸承溝道精度的方法及系統

本發明係有關一種量測交叉滾子軸承溝道精度的方法及系統，尤指一種藉由與摩擦阻力對應之電機電流採集技術來獲得交叉滾子軸承之檢測品質資訊的軸承量測技術。

按，習知的軸承技術領域中，由於交叉滾子軸承係為具有高度旋轉精度的滾子軸承，而且會以正交的方式安排圓形滾子，故可承受各個方向的負荷，也因如此，交叉滾子軸承確實已經廣泛地受到相關產業的重視與青睞。至於軸承的檢驗大多是以接觸式方式接觸軸承外環來進行振動檢測，藉此來檢測出軸承的具體檢測數據為何？具體來說，一般軸承廠商使用的軸承檢驗設備之探針係採接觸式接觸於軸承外環上；或是以振動感測器來感測軸承的振動狀態，以抓取其振動訊號(即時間域)，並藉由頻譜分析設備再透過快速傅立葉轉換(FFT)方式將振動訊號由時間域訊號換為頻域訊號；其中，以軸承內環缺陷所產生之振動為例，當滾動體接觸到缺陷時，則會產生連續性短暫的脈衝(pulses)，此微弱脈衝(pulses)信號會激發在不同的頻帶上，此類頻帶可以從幾百Hz到幾百kHz之間。這些脈衝(pulses)信號經過低通濾波器，並利用包絡法分析與快速傅立葉轉換(FFT)，即可檢視出軸承缺陷的頻率分佈為何？上述習知檢測技術雖然可藉由已為習知技術之頻域訊號特徵分析檢測技術(即以頻率分佈特徵對照軸承溝道真圓度、 滾子外徑精度、溝道粗糙度等之檢測數據判斷技術)來判斷軸承的品質檢測數據；惟，由於該習知技術係採探針接觸方式來檢測軸承的振動狀態，因而會有探針接觸操作難度較高及浪費工時等缺失產生，因而造成檢測上的不便與困擾情事產生。

除此之外，一般軸承廠商亦會使用如下所示的軸承檢驗設備來檢測軸承各種檢測項目的品質優劣：

1.軸承內外徑檢測，係透過軸承內外徑檢測儀來檢測交叉滾子軸承的內外徑數據，以判斷軸承製品是否有內外徑尺寸的誤差。

2.軸承徑向壓力測試，係透過大型軸承壓力測試機來檢測交叉滾子軸承的徑向壓力數據，以判斷軸承製品的徑向壓力是否達到預設壓力值。

3.軸承鹽霧測試，係透過大型軸承鹽霧測試機來檢測交叉滾子軸承的抗鹽霧數據，以判斷軸承製品的抗鹽霧能力是否達到預設標準值以內。

4.軸承真圓度測試，係透過大型軸承真圓度測試機來檢測交叉滾子軸承的真圓度數據，以判斷軸承製品的真圓度數據是否在標準值以內。

5.軸承遊隙測試，係透過軸承遊隙測試儀來檢測交叉滾子軸承的軸承遊隙數據，以判斷軸承製品的遊隙數據是否在標準值以內。

6.軸承金相/硬度測試，係透過大型軸承金相/硬度測試機來 檢測交叉滾子軸承的金相/硬度數據，以判斷軸承製品的金相/硬度數據是否在標準值以內。

7.軸承壽命測試，係透過大型軸承壽命測試機來檢測交叉滾子軸承的使用壽命數據，以判斷軸承製品的使用壽命是否在標準值以內。

由上述得知，習知交叉滾子軸承檢測技術在每進行一項檢測項目時，則必須使用專屬檢測項目用途的檢測設備，於此，方能檢測出專屬檢測項目的檢測數據，該習知檢測技術雖然可以檢測出專屬檢測項目的檢測數據；惟，每一專屬檢測項目的檢測設備的造價並不便宜，以致造成檢測成本的爆增，而且還會增加檢測的工時以及人力成本的支出，因此，該習知檢測技術確實未臻完善，仍有再改善的必要性。

鑒於上述習知交叉滾子軸承檢測技術及該專利所致的缺失，有鑑於此，本發明創作人乃經不斷的努力研發之下，終於研發出一套有別於上述習知技術的本發明。

本發明主要目的在於提供一種量測交叉滾子軸承溝道精度的方法及系統，主要是藉由電機電流採集的機能設置，並利用交叉滾子軸承滾子與溝道為負游隙組配的特性，故可藉由與伺服電機單元之摩擦阻力對應的電機電流採集技術來獲得交叉滾子軸承的多種檢測品質資訊。達成本發明主要目的之技術手段，係以伺服電機單元驅動交叉滾子軸承旋轉。並以電流輸入模組於時間軸擷取伺服電機單元的電流訊號。再以運算控制單元讀取電流訊號，並將電流訊號記錄為電流時域訊號；並以快速傅立葉 轉換模組將電流時域訊號轉換為頻域訊號，再由頻域訊號之特徵判斷出交叉滾子軸承的檢測品質資訊，其中，檢測品質資訊係選自交叉滾子軸承的溝道真圓度、滾子直徑大小變異率、溝道粗糙度以及組配精度中之至少其中一種資訊。

1‧‧‧交叉滾子軸承

10‧‧‧伺服電機單元

20‧‧‧電流輸入模組

30‧‧‧運算控制單元

11‧‧‧馬達驅動器

12‧‧‧伺服馬達

120‧‧‧輸出軸

31‧‧‧機電控制器

32‧‧‧訊號傳輸模組

33‧‧‧電腦裝置

40‧‧‧電源供應器

50‧‧‧驅動介面

圖1係本發明具體架構的功能方塊實施示意圖。

圖2係本發明具體電路架構的實施示意圖。

為讓 貴審查委員能進一步瞭解本發明整體的技術特徵與達成本發明目的之技術手段，玆以具體實施例並配合圖式加以詳細說明：請配合參看圖1~2所示，為達成本發明主要目的之實施例，係包括一伺服電機單元10、一電流輸入模組20及一運算控制單元30等技術特徵。本發明主要是於運算控制單元30內建有一快速傅立葉轉換模組(FFT；及具備執行快速傅立葉轉換法的軟體)。接著，是以伺服電機單元10來驅動交叉滾子軸承1旋轉；並以電流輸入模組20於一時間軸(約20秒~15分鐘)擷取伺服電機單元10的電流訊號；再以運算控制單元30讀取電流訊號，並將電流訊號記錄為對應該時間軸的曲線，於此，即可獲得該曲線的電流時域訊號；緊接著，以上述快速傅立葉轉換模組(FFT)將電流時域訊號轉換為頻域訊號，再由已為習知之一軸承分析檢測技術所建立的一已知軸承精度頻域訊號特徵(即與頻率分佈特徵對照出溝道真圓度、滾子外徑精度、溝道粗糙度等之檢測數據判斷技術)來判斷出交叉滾子軸承1的檢測品質資訊是否符合標準(可以是與否的資訊來表示)，此檢測品質資訊可以是指 交叉滾子軸承1的溝道真圓度是否符合標準、滾子的直徑大小變異率是否符合標準是否符合標準、溝道粗糙度以及組配精度是否符合標準中的其中一種資訊而言。

此外，必須說明的是，由於上述頻域訊號特徵分析檢測技術，確實已為各大軸承廠商所廣為熟知的檢測技術，故不再對頻域訊號特徵分析檢測技術做詳細的內容贅述。

請配合參看圖1~2所示的一種具體的實施例中，伺服電機單元10係包含一馬達驅動器11及一伺服馬達12。交叉滾子軸承1係裝設在伺服馬達12的輸出軸120上(但不以此為限)，馬達驅動器11可受運算控制單元30的控制而驅動伺服馬達12及交叉滾子軸承1旋轉。具體而言，上述電流訊號係擷取自伺服電機單元10之伺服馬達12的輸入電流及輸出電流。

請配合參看圖1~2所示的一種具體實施例中，上述運算控制單元30係包含一機電控制器31、一訊號傳輸模組32(如網際網路；或乙太網路與數據機；或路由器的組合)及一電腦裝置33。機電控制器31分別與伺服電機單元10之馬達驅動器11及電流輸入模組20電性連接，用以接收自電流輸入模組20所傳輸的電流訊號，並控制馬達驅動器11的運作。另一方面，電腦裝置33係透過訊號傳輸模組32接收自機電控制器31所傳輸的電流訊號，以記錄電流訊號為電流時域訊號。至於快速傅立葉轉換模組(FFT)則是內建於電腦裝置33內，以將電流時域訊號轉換為頻域訊號。

具體的，如圖2所示的實施例中，本發明機電控制器31可以是一種Compact RIO控制器，並以一台型號PS-15的電源供應器40來供應Compact RIO控制器所需的電源，而電流輸入模組20可以是一台型號NI-9227的資料擷取器，伺服馬達12可以是一台型號AKM13C的無刷伺服 馬達12，至於馬達驅動器11可以是一種AKD馬達驅動器11，AKD馬達驅動器11與Compact RIO控制器之間電性連接一台驅動介面50，此驅動介面50可以是一種型號NI-9514的驅動介面卡運動模組，於此，即可構成本發明電路的具體實施架構。

在本發明的一種具體檢測的實施例中，係將交叉滾子軸承1置於伺服馬達12的輸出軸120上；接著，以電流輸入模組20來擷取伺服馬達12的電流訊號(即輸入電流或是輸出電流；或是同時擷取輸入電流與輸出電流)；再以運算控制單元30讀取電流訊號，並將電流訊號記錄為對應時間軸的曲線，於此，即可獲得該曲線的電流時域訊號；接著，以快速傅立葉轉換模組(FFT)將電流時域訊號轉換為頻域訊號，再由頻域訊號之特徵判斷出交叉滾子軸承1的檢測品質資訊為何？

具體的，當交叉滾子軸承1內環有缺陷且其滾動體接觸到缺陷時，則會產生連續性短暫的振動，此一微弱振動會引起交叉滾子軸承1的磨擦力增加，一旦交叉滾子軸承1的磨擦力增加，伺服馬達12的輸出電流訊號則會同步跟隨變小，而負載變大，因而使得輸出電流訊號輸出為類似習知技術之振動脈衝信號的電流脈衝訊號，這些電流脈衝訊號經過低通濾波器後，可以利用上述快速傅立葉轉換模組(FFT)將電流脈衝訊號(時域)轉為頻域訊號，由於在轉為頻域訊號後，電流脈衝訊號會激發在不同的頻帶上，所以使得頻帶可以從幾百Hz到幾百kHz之間，於此，即可藉由已為習知技術之頻域訊號特徵分析檢測技術(即以頻率分佈特徵對照溝道真圓度、滾子外徑精度、溝道粗糙度等之檢測數據的判斷技術)來判斷軸承的品質檢測數據為何？亦即，溝道真圓度、滾子外徑精度、溝道粗糙度等諸多的檢測品質資訊。

因此，藉由上述具體實施例的說明，本發明確實可藉由電機 電流採集的機能設置，並利用交叉滾子軸承滾子與溝道為負游隙組配的特性，以藉由軸承摩擦阻力大小即電機電流採集數據來判斷交叉滾子軸承的多種精度等級資訊，例如軸承的溝道真圓度、滾子直徑大小變異率、溝道粗糙度以及組配精度等檢測品質資訊。

以上所述，僅為本發明之可行實施例，並非用以限定本發明之專利範圍，凡舉依據下列請求項所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本發明之專利範圍內。本發明所具體界定於請求項之結構特徵，未見於同類物品，且具實用性與進步性，已符合發明專利要件，爰依法具文提出申請，謹請 鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。

Claims (9)

1. 一種量測交叉滾子軸承溝道精度的方法，其包括：提供一伺服電機單元、一電流輸入模組、一運算控制單元及一交叉滾子軸承；其中，該運算控制單元內建有一快速傅立葉轉換模組(FFT)；以該伺服電機單元驅動該交叉滾子軸承旋轉；以該電流輸入模組於一時間軸擷取該伺服電機單元的電流訊號，其中，該電流訊號係選自擷取該伺服電機單元之一伺服馬達的的輸入電流、輸出電流以及同時擷取該輸入電流與該輸出電流的其中一種；及以該運算控制單元讀取該電流訊號，並將該電流訊號記錄為對應該時間軸的曲線而獲得電流時域訊號；並以該快速傅立葉轉換模組(FFT)將該電流時域訊號轉換為頻域訊號，再將該頻域訊號之特徵與一軸承分析檢測技術所建立的一已知軸承精度頻域訊號特徵比對而判斷出該交叉滾子軸承的檢測品質資訊為是否符合標準的資訊。
2. 如請求項1所述之量測交叉滾子軸承溝道精度的方法，其中，該檢測品質資訊係選自該交叉滾子軸承的溝道真圓度是否符合標準、該交叉滾子軸承之滾子的直徑大小變異率是否符合標準、該交叉滾子軸承的溝道粗糙度是否符合標準以及該交叉滾子軸承的組配精度是否符合標準的資訊中至少其中一種資訊。
3. 如請求項1所述之量測交叉滾子軸承溝道精度的方法，其中，該伺服電機單元包含一馬達驅動器及一伺服馬達；該交叉滾子軸承裝設在該伺服馬達的一輸出軸上；該馬達驅動器可受該運算控制單元控制而驅動該伺服馬達及該交叉滾子軸承旋轉。
4. 如請求項1所述之量測交叉滾子軸承溝道精度的方法，其中，該運算控制單元包含一機電控制器、一訊號傳輸模組及一電腦裝置；該機電控 制器分別與該伺服電機單元之一馬達驅動器及該電流輸入模組電性連接，用以接收自該電流輸入模組所傳輸的該電流訊號，並控制該馬達驅動器的運作；該電腦裝置透過該訊號傳輸模組接收自該機電控制器所傳輸的該電流訊號，以記錄該電流訊號為電流時域訊號；再由該快速傅立葉轉換模組將該電流時域訊號轉換為頻域訊號。
5. 如請求項4所述之量測交叉滾子軸承溝道精度的方法，其中，該快速傅立葉轉換模組(FFT)係內建於該電腦裝置內，以將該電流時域訊號轉換為該頻域訊號。
6. 一種量測交叉滾子軸承溝道精度的系統，其包括：一伺服電機單元，其用以驅動一交叉滾子軸承旋轉；及一電流輸入模組，其係於一時間軸內擷取該伺服電機單元的電流訊號；一運算控制單元，其內建有一快速傅立葉轉換模組(FFT)，該運算控制單元讀取該時間軸的該電流訊號，並將該電流訊號記錄為對應該時間軸的曲線，以獲得電流時域訊號，再以該快速傅立葉轉換模組(FFT)將該電流時域訊號轉換為頻域訊號，再將該頻域訊號之特徵與一軸承分析檢測技術所建立的一已知軸承精度頻域訊號特徵比對而判斷出該交叉滾子軸承的檢測品質資訊為是否符合標準的資訊；其中，該檢測品質資訊係選自該交叉滾子軸承的溝道真圓度是否符合標準的資訊、該交叉滾子軸承之滾子的直徑大小變異率是否符合標準的資訊，該交叉滾子軸承的溝道粗糙度是否符合標準的資訊及該交叉滾子軸承的組配精度是否符合標準的資訊中至少其中一種。
7. 如請求項6所述之量測交叉滾子軸承溝道精度的系統，其中，該伺服電機單元包含一馬達驅動器及一伺服馬達；該交叉滾子軸承裝設在該伺服馬達的一輸出軸上；該馬達驅動器可受該運算控制單元控制而驅動該伺服 馬達及該交叉滾子軸承旋轉。
8. 如請求項7所述之量測交叉滾子軸承溝道精度的系統，其中，該運算控制單元包含一機電控制器、一訊號傳輸模組及一電腦裝置；該機電控制器分別與該伺服電機單元之一馬達驅動器及該電流輸入模組電性連接，用以接收自該電流輸入模組所傳輸的該電流訊號，並控制該馬達驅動器的運作；該電腦裝置透過該訊號傳輸模組接收自該機電控制器所傳輸的該電流訊號，以記錄該電流訊號為電流時域訊號；該快速傅立葉轉換模組(FFT)內建於該電腦裝置，以將該電流時域訊號轉換為頻域訊號。
9. 如請求項8所述之量測交叉滾子軸承溝道精度的系統，其中，該機電控制器係透過一驅動介面與該馬達驅動器電性連接。