專利名稱：伺服電機(jī)的健康預(yù)警裝置及其計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種伺服電機(jī)的健康預(yù)警裝置及其計(jì)算方法，提供震動(dòng)信號(hào)時(shí)頻域轉(zhuǎn)換的伺服電機(jī)的健康預(yù)警裝置及其計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著高效率、高質(zhì)量生產(chǎn)技術(shù)的提升，因此，全面性的將機(jī)械設(shè)備朝向大型化、快速化、系統(tǒng)化、復(fù)雜化和自動(dòng)化方向發(fā)展。也因工廠中設(shè)備規(guī)模越來(lái)越大，各系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性也越來(lái)越密切，設(shè)備本身也越來(lái)越復(fù)雜。所以若無(wú)法早期預(yù)知可能的故障發(fā)生，對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修保養(yǎng)，一旦發(fā)生故障，所引發(fā)經(jīng)濟(jì)損失將非?？捎^。以計(jì)算機(jī)數(shù)值控制工具機(jī)的操作為例，上位機(jī)以位置命令傳給多軸伺服驅(qū)動(dòng)器， 用以驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)(如導(dǎo)螺管、滑軌等等)的動(dòng)作，使得平臺(tái)可以移動(dòng)。 然而，長(zhǎng)時(shí)間的操作，機(jī)械耗損、潤(rùn)滑條件、對(duì)心走位等問(wèn)題會(huì)影響機(jī)臺(tái)運(yùn)作的流暢度。也因此，機(jī)臺(tái)產(chǎn)生不規(guī)則震動(dòng)及能量耗損，是無(wú)法避免的。在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，若有不正常的震動(dòng)長(zhǎng)期存在于設(shè)備中，不立即進(jìn)行改善，短時(shí)間雖然仍可以維持正常動(dòng)作，但是長(zhǎng)期一定會(huì)造成設(shè)備的損害，影響其工作效能。對(duì)于系統(tǒng)化運(yùn)算來(lái)進(jìn)行整體伺服電機(jī)健康指數(shù)估算而言，以PC-based的計(jì)算器來(lái)收集驅(qū)動(dòng)器的電壓、電流、虛耗損以及從機(jī)臺(tái)上的加速規(guī)所傳的震動(dòng)值。這些時(shí)域數(shù)據(jù)可以通過(guò)快速傅立葉轉(zhuǎn)換(Fast Fourier transform，F(xiàn)FT)或小波轉(zhuǎn)換(Wavelet Transform, WT)換成頻域或時(shí)頻域。但是這些時(shí)頻域轉(zhuǎn)換技術(shù)，雖利用統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)及模式學(xué)習(xí)可以得到目前健康狀態(tài)指標(biāo)值。然而，因?yàn)橛?jì)算量大，所以需要獨(dú)立的計(jì)算器來(lái)執(zhí)行，如此，將增加裝設(shè)該些計(jì)算器的成本與空間。同時(shí)受限于不同廠牌的驅(qū)動(dòng)器功能的差異，可擷取的信號(hào)來(lái)源以及實(shí)時(shí)性將受到限制。旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的研究發(fā)展了很多年，到目前為止，檢測(cè)震動(dòng)信號(hào)的方法有很多種，對(duì)于信號(hào)處理與數(shù)據(jù)分析，快速傅立葉轉(zhuǎn)換(FFT)是為目前最普遍使用的方法， 而且是頻域分析法中最有代表性的一種。傳統(tǒng)的傅立葉頻譜分析(Fourier spectral analysis)能提供便捷的方法來(lái)分析數(shù)據(jù)在頻域(frequency domain)的能量分布，其原理是基于信號(hào)的組成由不同頻率、振幅以及相位的正弦或余弦函數(shù)作線性迭加組合， 使得在時(shí)域里難以表現(xiàn)的信號(hào)特征，可以在頻域里清楚的顯示出來(lái)。只要信號(hào)是穩(wěn)態(tài) (stationary)分布且線性的(linear)時(shí)間序列，即能有效地通過(guò)頻譜轉(zhuǎn)換呈現(xiàn)信號(hào)的特性。不過(guò)，對(duì)于非線性(nonlinear)與非穩(wěn)態(tài)(nonstationary)的數(shù)據(jù)而言，傅立葉分析主要會(huì)造成下列的缺點(diǎn)1、在積分的過(guò)程中很容易將一些信息抹除，并且還可能因?yàn)榉e分而產(chǎn)生將能量散布到高頻的部分造成波譜假象，讓正確的頻率模糊化，造成判讀上的錯(cuò)誤。2、當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻域時(shí)，時(shí)間域的信息便會(huì)消失，也就是說(shuō)，無(wú)法在頻域中確定特定頻率所發(fā)生的時(shí)間，增加分析信號(hào)上的不便。對(duì)于小波轉(zhuǎn)換(WT)而言，可以分析信號(hào)在能量-頻率-時(shí)間的三維空間的分布，它能將不同頻率組成的混合信號(hào)分解成不同頻率成份的信號(hào)，可有效地分離信號(hào)與噪音。 但是，由于小波轉(zhuǎn)換是由傅立葉轉(zhuǎn)換修正而來(lái)，仍存在能量分散，頻寬增加的缺點(diǎn)，而且缺乏可適應(yīng)性。并且，在分解信號(hào)前必須先選擇合適的小波基函數(shù)，而這個(gè)基函數(shù)一旦被選擇，就必須用它去分析所有的數(shù)據(jù)，因而限制了可應(yīng)用的范圍。因此，如何設(shè)計(jì)出一種伺服電機(jī)的健康預(yù)警裝置及其計(jì)算方法，能以減少外加傳感器的裝設(shè)與配線，并對(duì)于非線性與非穩(wěn)態(tài)的震動(dòng)特性提供較佳的解析，乃為本申請(qǐng)所欲克服并加以解決的一大課題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種伺服電機(jī)的健康預(yù)警裝置，應(yīng)用于計(jì)算機(jī)數(shù)值控制工具機(jī)的震動(dòng)狀況估測(cè)。伺服電機(jī)的健康預(yù)警裝置包含伺服電機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)器。伺服電機(jī)內(nèi)置至少一震動(dòng)感測(cè)單元，以感測(cè)出伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)，并產(chǎn)生震動(dòng)信號(hào)。伺服驅(qū)動(dòng)器連接伺服電機(jī)，并包含微處理器。微處理器包含時(shí)頻域轉(zhuǎn)換單元、解析單元、惡化指數(shù)計(jì)算單元以及健康指數(shù)計(jì)算單元。時(shí)頻域轉(zhuǎn)換單元接收震動(dòng)信號(hào)，并提供震動(dòng)信號(hào)于時(shí)間域與頻率域之間的轉(zhuǎn)換。解析單元連接時(shí)頻域轉(zhuǎn)換單元，以接收震動(dòng)信號(hào)并分解震動(dòng)信號(hào)為多個(gè)分解信號(hào)。惡化指數(shù)計(jì)算單元連接解析單元，根據(jù)所選擇的分解信號(hào)與評(píng)鑒曲線比較，以計(jì)算出惡化指數(shù)。健康指數(shù)計(jì)算單元連接惡化指數(shù)計(jì)算單元，根據(jù)惡化指數(shù)計(jì)算出健康指數(shù)。藉此，利用內(nèi)置的震動(dòng)感測(cè)單元，能省去額外加裝傳感器的裝設(shè)與配線，并且，根據(jù)健康指數(shù)大小，以估測(cè)伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)于計(jì)算機(jī)數(shù)值控制工具機(jī)上的震動(dòng)狀況，而對(duì)于非線性與非穩(wěn)態(tài)的震動(dòng)特性提供較佳的解析。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種伺服電機(jī)的健康預(yù)警計(jì)算方法，應(yīng)用于計(jì)算機(jī)數(shù)值控制工具機(jī)的震動(dòng)狀況估測(cè)。伺服電機(jī)的健康預(yù)警計(jì)算方法的步驟包含首先，通過(guò)震動(dòng)感測(cè)單元產(chǎn)生震動(dòng)信號(hào)；然后，依序傳送震動(dòng)信號(hào)至數(shù)據(jù)緩沖器；然后，通過(guò)時(shí)頻域轉(zhuǎn)換單元對(duì)震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻域轉(zhuǎn)換；最后，通過(guò)惡化指數(shù)計(jì)算單元計(jì)算惡化指數(shù)，并利用健康指數(shù)計(jì)算單元求得健康指數(shù)。為了能更進(jìn)一步了解本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)、手段及功效，請(qǐng)參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明與附圖，相信本發(fā)明的目的、特征與特點(diǎn)，當(dāng)可由此得一深入且具體的了解，然而附圖僅提供參考與說(shuō)明用，并非用來(lái)對(duì)本發(fā)明加以限制。


圖IA為本發(fā)明一伺服電機(jī)與一伺服驅(qū)動(dòng)器連接的示意圖；圖IB為本發(fā)明該伺服電機(jī)應(yīng)用于一計(jì)算機(jī)數(shù)值控制工具機(jī)的立體圖；圖2為本發(fā)明該伺服電機(jī)與該伺服驅(qū)動(dòng)器的方塊圖；圖3為本發(fā)明一伺服電機(jī)的健康預(yù)警計(jì)算方法的流程圖；圖4為本發(fā)明健康預(yù)警計(jì)算方法的時(shí)頻域轉(zhuǎn)換步驟的流程圖；圖5A為本發(fā)明一原始時(shí)域震動(dòng)信號(hào)與多個(gè)時(shí)域分解信號(hào)的波形圖5B為本發(fā)明該些時(shí)域分解信號(hào)的振幅-頻率-時(shí)間三維分布圖；及圖6為本發(fā)明該些時(shí)域分解信號(hào)與一評(píng)鑒曲線比較的示意圖。其中，附圖標(biāo)記10伺服電機(jī)102震動(dòng)感測(cè)單元20伺服驅(qū)動(dòng)器202高速串行通信接口204數(shù)據(jù)緩沖器206微處理器2062時(shí)頻域轉(zhuǎn)換單元2064解析單元2066惡化指數(shù)計(jì)算單元2068健康指數(shù)計(jì)算單元S100 S400 步驟S310 S340 步驟Sv時(shí)域震動(dòng)信號(hào)Stl M9 時(shí)域分解信號(hào)A gl A g9 強(qiáng)度差
具體實(shí)施例方式有關(guān)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及詳細(xì)說(shuō)明，配合

如下請(qǐng)參見圖1A及圖1B，分別為本發(fā)明一伺服電機(jī)與一伺服驅(qū)動(dòng)器連接的示意圖及 該伺服電機(jī)應(yīng)用于一計(jì)算機(jī)數(shù)值控制工具機(jī)的立體圖。以計(jì)算機(jī)數(shù)值控制工具機(jī)的機(jī)臺(tái)應(yīng) 用為例，在需要角度定位的場(chǎng)合，馬達(dá)需要有編碼器來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子角度，進(jìn)而估算角速度及角 加速度值。在實(shí)際操作上，有時(shí)以馬達(dá)轉(zhuǎn)子直接傳動(dòng)，有時(shí)以聯(lián)軸器來(lái)傳動(dòng)。而聯(lián)軸器在轉(zhuǎn) 子軸心方向(Z方向)比較有彈性應(yīng)對(duì)前后的移動(dòng)或震動(dòng)，而與軸心方向垂直的X-Y平面的 震動(dòng)會(huì)大部分從機(jī)構(gòu)的發(fā)生點(diǎn)傳到編碼器。因此，在該伺服電機(jī)10的編碼器內(nèi)裝設(shè)一震動(dòng) 感測(cè)單元102，其中，該震動(dòng)感測(cè)單元102可為一加速度傳感器(G-sensor)。該震動(dòng)感測(cè)單 元102會(huì)檢測(cè)該伺服電機(jī)10、螺桿、滑軌、工作臺(tái)運(yùn)作的震動(dòng)及噪音。此外，在該伺服電機(jī)10 的定子槽內(nèi)固裝另一震動(dòng)感測(cè)單元102，由于該伺服電機(jī)10以螺絲鎖付在機(jī)構(gòu)上，因此，所 有平臺(tái)的震動(dòng)可以詳實(shí)地被該震動(dòng)感測(cè)單元102所檢測(cè)。也就是說(shuō)，固定在編碼器上的該 震動(dòng)感測(cè)單元102用以檢測(cè)傳動(dòng)系統(tǒng)的震動(dòng)波；而固定在定子槽內(nèi)的該震動(dòng)感測(cè)單元102 用以檢測(cè)上下平臺(tái)上的震動(dòng)波。請(qǐng)參見圖2，為本發(fā)明該伺服電機(jī)與該伺服驅(qū)動(dòng)器的方塊圖。該計(jì)算機(jī)數(shù)值控制 工具機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包含一伺服電機(jī)10和一伺服驅(qū)動(dòng)器20。該伺服電機(jī)10主要 包含一轉(zhuǎn)子(圖中未示)、一定子(圖中未示)、裝設(shè)在該轉(zhuǎn)子上的一編碼器(圖中未示)， 以及至少一震動(dòng)感測(cè)單元102。其中，該震動(dòng)感測(cè)單元102可裝設(shè)在該伺服電機(jī)10的該編 碼器內(nèi)，以估測(cè)該計(jì)算機(jī)數(shù)值控制工具機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)震動(dòng)狀況；或者，可裝設(shè)在該伺服電機(jī) 10的該定子槽內(nèi)，以估測(cè)該計(jì)算機(jī)數(shù)值控制工具機(jī)的機(jī)臺(tái)震動(dòng)狀況。
在實(shí)際操作上，伺服電機(jī)10可同時(shí)內(nèi)置多個(gè)該震動(dòng)感測(cè)單元102于編碼器內(nèi)與定子槽內(nèi)，用以分別檢測(cè)工具機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)臺(tái)在X、Y、Z方向的震動(dòng)狀況。然而，為了方便說(shuō)明，在本實(shí)施例中，以一個(gè)震動(dòng)感測(cè)單元102舉例說(shuō)明。該震動(dòng)感測(cè)單元102以感測(cè)出該伺服電機(jī)10的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)，并產(chǎn)生一震動(dòng)信號(hào)Sv。該伺服驅(qū)動(dòng)器20連接該伺服電機(jī)10。 并且，該伺服驅(qū)動(dòng)器20包含一高速串行通信接口 202、一數(shù)據(jù)緩沖器204以及一微處理器 206。該數(shù)據(jù)緩沖器204連接該高速串行通信接口 202，用以接收并儲(chǔ)存該震動(dòng)感測(cè)單元102 所產(chǎn)生的該震動(dòng)信號(hào)Sv，其中，該數(shù)據(jù)緩沖器204為一隊(duì)列緩沖器(queuebuffer)。該微處理器206連接該數(shù)據(jù)緩沖器204。該微處理器206包含一時(shí)頻域轉(zhuǎn)換單元 2062、一解析單元2064、一惡化指數(shù)計(jì)算單元2066以及一健康指數(shù)計(jì)算單元2068。該時(shí)頻域轉(zhuǎn)換單元2062接收該數(shù)據(jù)緩沖器204所輸出的該震動(dòng)信號(hào)Sv，并提供該震動(dòng)信號(hào)Sv于時(shí)間域與頻率域之間的轉(zhuǎn)換。該解析單元2064連接該時(shí)頻域轉(zhuǎn)換單元2062，以接收該震動(dòng)信號(hào)Sv并分解該震動(dòng)信號(hào)Sv為多個(gè)分解信號(hào)Stl St9 (參見圖5A)。該惡化指數(shù)計(jì)算單元2066連接該解析單元2064，根據(jù)所選擇的該些分解信號(hào)Stl St9與一評(píng)鑒曲線比較， 以計(jì)算出一惡化指數(shù)。其中，該評(píng)鑒曲線可由實(shí)務(wù)操作的經(jīng)驗(yàn)法則得到。該健康指數(shù)計(jì)算單元2068連接該惡化指數(shù)計(jì)算單元2066，根據(jù)該惡化指數(shù)計(jì)算出一健康指數(shù)。至于該惡化指數(shù)與該健康指數(shù)的計(jì)算，詳述如后。藉此，根據(jù)該健康指數(shù)大小，以估測(cè)該伺服電機(jī)10運(yùn)轉(zhuǎn)于計(jì)算機(jī)數(shù)值控制工具機(jī)上的震動(dòng)狀況。請(qǐng)參見圖3，為本發(fā)明一伺服電機(jī)的健康預(yù)警計(jì)算方法的流程圖。該伺服電機(jī)的健康預(yù)警計(jì)算方法的步驟包含首先，獲得一原始震動(dòng)信號(hào)S100。接著，該震動(dòng)信號(hào)依序傳送至一數(shù)據(jù)緩沖器S200。接著，對(duì)該震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻域轉(zhuǎn)換S300。其中，該震動(dòng)信號(hào)的時(shí)頻域轉(zhuǎn)換可采用希爾伯特-黃轉(zhuǎn)換(Hilbert-Huang Transform, HHT)、快速傅立葉轉(zhuǎn)換 (Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT)、小波轉(zhuǎn)換(Wavelet Transform，WT)或其它時(shí)頻域轉(zhuǎn)換技術(shù)得到。最后，計(jì)算一惡化指數(shù)，并求得一健康指數(shù)S400。至于，該伺服電機(jī)的健康預(yù)警計(jì)算方法更詳細(xì)的說(shuō)明，請(qǐng)參見后文。請(qǐng)參見圖4，為本發(fā)明健康預(yù)警計(jì)算方法的時(shí)頻域轉(zhuǎn)換步驟的流程圖。以希爾伯特-黃轉(zhuǎn)換(HHT)為例，進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明該步驟S300，亦即對(duì)該震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻域轉(zhuǎn)換S300。該震動(dòng)信號(hào)經(jīng)由該數(shù)據(jù)緩沖器讀出后，進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)分解，以求得多個(gè)本征模態(tài)函數(shù)(Intrinsic Mode Function, IMF)分量S310。接著，選擇主要的該些本征模態(tài)函數(shù)(IMF)分量S320，并對(duì)該些主要的本征模態(tài)函數(shù)(IMF)分量進(jìn)行希爾伯特-黃轉(zhuǎn)換(HHT)變換，以得到多個(gè)瞬時(shí)分解信號(hào)S330。最后， 組合該些瞬時(shí)分解信號(hào)，以得到一希爾伯特時(shí)頻譜(Hilbert Spectrum) S340。其中，該希爾伯特時(shí)頻譜(Hilbert Spectrum)為振幅-頻率-時(shí)間三維分布圖，主要在于描述信號(hào)的頻譜含量在時(shí)間上變化，以便能在時(shí)間和頻譜上同時(shí)表示信號(hào)的能量或強(qiáng)度。配合參見圖5A與圖5B，分別為本發(fā)明一原始時(shí)域震動(dòng)信號(hào)與多個(gè)時(shí)域分解信號(hào)的波形圖與該些時(shí)域分解信號(hào)的振幅-頻率-時(shí)間三維分布圖。如圖5A所示的一原始時(shí)域震動(dòng)信號(hào)Sv，可通過(guò)希爾伯特-黃轉(zhuǎn)換(HHT)得到對(duì)應(yīng)的多個(gè)時(shí)域分解信號(hào)Ml ^9， 以其使復(fù)雜的原始時(shí)域震動(dòng)信號(hào)Sv被分解成為有限多個(gè)不同時(shí)間尺度的信號(hào)解析。也就是說(shuō)，這些主要(關(guān)連性大)的時(shí)域分解信號(hào)Stl St9迭加后，幾乎就可還原為該原始時(shí)域震動(dòng)信號(hào)Sv。配合圖1B，以伺服電機(jī)10震動(dòng)檢測(cè)為例說(shuō)明，并且假設(shè)該伺服電機(jī)10轉(zhuǎn)速為w(t)。該震動(dòng)感測(cè)單元102所傳回的原始時(shí)域震動(dòng)信號(hào)Sv，通過(guò)希爾伯特-黃轉(zhuǎn)換 (HHT)，可得到對(duì)應(yīng)的該些時(shí)域分解信號(hào)Stl 乂9。從下而上(參見圖5A)，該第一時(shí)域分解信號(hào)Ml為200Hz、該第二個(gè)時(shí)域分解信號(hào)M2為100Hz、該第三時(shí)域分解信號(hào)St3為伺服電機(jī)10轉(zhuǎn)速w(t)的二倍頻諧波、該第四個(gè)時(shí)域分解信號(hào)St4為w(t)的一倍頻諧波。如圖5B所示為時(shí)域分解信號(hào)Stl M9的振幅-頻率-時(shí)間三維分布圖，即為所對(duì)應(yīng)的希爾伯特時(shí)頻譜(HilbertSpectrum)，圖中的高度即表現(xiàn)出該些時(shí)域分解信號(hào)Stl St9的強(qiáng)度 (或能量)。請(qǐng)參見圖6，為本發(fā)明該些時(shí)域分解信號(hào)與一評(píng)鑒曲線比較的示意圖。根據(jù)該時(shí)頻域轉(zhuǎn)換單元2062所產(chǎn)生的該希爾伯特時(shí)頻譜(Hilbert Spectrum)，擷取該些時(shí)域分解信號(hào)Ml St9在某一瞬時(shí)時(shí)間下的強(qiáng)度。以本實(shí)施例為例，有9個(gè)瞬時(shí)強(qiáng)度值被擷取出(如圖上的圓形黑點(diǎn))，并且，該些瞬時(shí)強(qiáng)度值與該評(píng)鑒曲線進(jìn)行比較，以得到相對(duì)數(shù)量的強(qiáng)度差A(yù)gl Δ g9，亦即，該些強(qiáng)度差A(yù)gl Ag9的計(jì)算為所對(duì)應(yīng)頻率下的該些瞬時(shí)強(qiáng)度值減去所對(duì)應(yīng)的該評(píng)鑒曲線。其中，該評(píng)鑒曲線的值可視為衡量該伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)健康狀況的界限。由圖上可明顯地看出，該第一強(qiáng)度差A(yù)gl與該第二強(qiáng)度差Δ g2皆為正值，也反映出該原始震動(dòng)信號(hào)Sv中，在頻率為1，200rps下的該第一時(shí)域分解信號(hào)Ml與頻率為SOOrps 下的該第二時(shí)域分解信號(hào)M2的震動(dòng)強(qiáng)度與該評(píng)鑒曲線的值比較起來(lái)，為惡化(異常)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。此外，其余的該些強(qiáng)度差A(yù)g3 Δ g9皆為負(fù)值，同樣地，也反映出該原始震動(dòng)信號(hào)Sv中該些時(shí)域分解信號(hào)St3 M9的震動(dòng)強(qiáng)度與該評(píng)鑒曲線的值比較起來(lái)，為正常(健康)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。值得一提，關(guān)于該伺服電機(jī)震動(dòng)惡化程度采以一惡化指數(shù)Di來(lái)量化。其中，定義一最大容許值Tm，而該惡化指數(shù)Di的計(jì)算即為該些正值的強(qiáng)度差(在本實(shí)例中為該第一強(qiáng)度差A(yù)gl與該第二強(qiáng)度差A(yù)g2)的和，再與該最大容許值Tm的比值。其中，最大容許值Tm可由實(shí)務(wù)操作的經(jīng)驗(yàn)法則得到。亦即惡化指數(shù)Di =(正值的強(qiáng)度差Δ gl Δ g9) /最大容許值Tm。其中，若該惡化指數(shù)Di超過(guò)1時(shí)，則以1視之。并且，一健康指數(shù)Hi可被定義為健康指數(shù)Hi = 1-惡化指數(shù)Di。如此可直觀地得知，當(dāng)該伺服電機(jī)10震動(dòng)惡化程度較劇，則超過(guò)該評(píng)鑒曲線的值的該些強(qiáng)度差△ gl △ g9總和越大，使得所計(jì)算的該惡化指數(shù)Di較大，相對(duì)地，該健康指數(shù)Hi也較小。綜上所述，本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn)1、利用該內(nèi)置的震動(dòng)感測(cè)單元，能省去額外加裝傳感器的裝設(shè)與配線。2、可在該伺服電機(jī)的定子槽及編碼器分別設(shè)置該震動(dòng)感測(cè)單元(G-sensor)，能夠由所對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)單獨(dú)完成機(jī)臺(tái)震動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)震動(dòng)的估測(cè)。3、該伺服電機(jī)的健康預(yù)警裝置可提供多方向的機(jī)臺(tái)震動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)震的不同健康指標(biāo)。以上所述，僅為本發(fā)明較佳具體實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明與附圖，本發(fā)明的特征并不局限于此，并非用以限制本發(fā)明，本發(fā)明的所有范圍應(yīng)以下述的權(quán)利要求書為準(zhǔn)，凡合于本發(fā)明保護(hù)范圍的精神與其類似變化的實(shí)施例，皆應(yīng)包含于本發(fā)明的范疇中，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的領(lǐng)域內(nèi)，可輕易思及的變化或修改皆可涵蓋在以下本案的專利范圍。
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權(quán)利要求
1.一種伺服電機(jī)的健康預(yù)警裝置，應(yīng)用于一計(jì)算機(jī)數(shù)值控制工具機(jī)的震動(dòng)狀況估測(cè)， 其特征在于，該伺服電機(jī)的健康預(yù)警裝置包含一伺服電機(jī)，內(nèi)置至少一震動(dòng)感測(cè)單元，以感測(cè)出該伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)，并產(chǎn)生一震動(dòng)信號(hào)；及一伺服驅(qū)動(dòng)器，連接該伺服電機(jī)，該伺服驅(qū)動(dòng)器包含一微處理器； 該微處理器包含一時(shí)頻域轉(zhuǎn)換單元，接收該震動(dòng)信號(hào)，并提供該震動(dòng)信號(hào)于時(shí)間域與頻率域之間的轉(zhuǎn)換；一解析單元，連接該時(shí)頻域轉(zhuǎn)換單元，以接收該震動(dòng)信號(hào)并分解該震動(dòng)信號(hào)為多個(gè)分解信號(hào)；一惡化指數(shù)計(jì)算單元，連接該解析單元，根據(jù)所選擇的該分解信號(hào)與一評(píng)鑒曲線比較， 以計(jì)算出一惡化指數(shù)；及一健康指數(shù)計(jì)算單元，連接該惡化指數(shù)計(jì)算單元，根據(jù)該惡化指數(shù)計(jì)算出一健康指數(shù)；藉此，利用該內(nèi)置的震動(dòng)感測(cè)單元，能省去額外加裝傳感器的裝設(shè)與配線，并且，根據(jù)該健康指數(shù)大小，以估測(cè)該伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)于計(jì)算機(jī)數(shù)值控制工具機(jī)上的震動(dòng)狀況，而對(duì)于非線性與非穩(wěn)態(tài)的震動(dòng)特性提供較佳的解析。
2.如權(quán)利要求1所述的伺服電機(jī)的健康預(yù)警裝置，其特征在于，該伺服驅(qū)動(dòng)器還包含一高速串行通信接口，其為供該震動(dòng)信號(hào)傳送的通信接口。
3.如權(quán)利要求1所述的伺服電機(jī)的健康預(yù)警裝置，其特征在于，該伺服驅(qū)動(dòng)器還包含一數(shù)據(jù)緩沖器，分別連接該高速串行通信接口與該微處理器，以接收并儲(chǔ)存該震動(dòng)感測(cè)單元所產(chǎn)生的該震動(dòng)信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的伺服電機(jī)的健康預(yù)警裝置，其特征在于，該震動(dòng)感測(cè)單元裝設(shè)在該伺服電機(jī)的一編碼器內(nèi)，以估測(cè)該計(jì)算機(jī)數(shù)值控制工具機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)震動(dòng)狀況。
5.如權(quán)利要求1所述的伺服電機(jī)的健康預(yù)警裝置，其特征在于，該震動(dòng)感測(cè)單元裝設(shè)在該伺服電機(jī)的一定子槽內(nèi)，以估測(cè)該計(jì)算機(jī)數(shù)值控制工具機(jī)的機(jī)臺(tái)震動(dòng)狀況。
6.如權(quán)利要求1所述的伺服電機(jī)的健康預(yù)警裝置，其特征在于，該數(shù)據(jù)緩沖器為一隊(duì)列緩沖器。
7.如權(quán)利要求1所述的伺服電機(jī)的健康預(yù)警裝置，其特征在于，該震動(dòng)感測(cè)單元為一加速度傳感器。
8.如權(quán)利要求1所述的伺服電機(jī)的健康預(yù)警裝置，其特征在于，該評(píng)鑒曲線為以經(jīng)驗(yàn)法則得到。
9.如權(quán)利要求1所述的伺服電機(jī)的健康預(yù)警裝置，其特征在于，該惡化指數(shù)該通過(guò)該惡化指數(shù)計(jì)算單元比較該些分解信號(hào)與該評(píng)鑒曲線計(jì)算得到。
10.一種伺服電機(jī)的健康預(yù)警計(jì)算方法，應(yīng)用于一計(jì)算機(jī)數(shù)值控制工具機(jī)的震動(dòng)狀況估測(cè)；該伺服電機(jī)的健康預(yù)警計(jì)算方法的步驟包含(a)通過(guò)一震動(dòng)感測(cè)單元產(chǎn)生一震動(dòng)信號(hào)；(b)依序傳送該震動(dòng)信號(hào)至一數(shù)據(jù)緩沖器；(c)通過(guò)一時(shí)頻域轉(zhuǎn)換單元對(duì)該震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻域轉(zhuǎn)換；及(d)通過(guò)一惡化指數(shù)計(jì)算單元計(jì)算一惡化指數(shù)，并利用一健康指數(shù)計(jì)算單元求得一健康指數(shù)。
11.如權(quán)利要求10所述的健康預(yù)警計(jì)算方法，其特征在于，該步驟(C)還包含 (cl)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，以求得多個(gè)本征模態(tài)函數(shù)分量；(c2)選擇主要的該本征模態(tài)函數(shù)分量；(c3)對(duì)該主要的本征模態(tài)函數(shù)分量進(jìn)行希爾伯特-黃轉(zhuǎn)換，以得到多個(gè)瞬時(shí)分解信號(hào)；及(c4)組合該瞬時(shí)分解信號(hào)，以得到一希爾伯特時(shí)頻譜。
12.如權(quán)利要求10所述的健康預(yù)警計(jì)算方法，其特征在于，該震動(dòng)信號(hào)的時(shí)頻域轉(zhuǎn)換可為一希爾伯特-黃轉(zhuǎn)換。
13.如權(quán)利要求10所述的健康預(yù)警計(jì)算方法，其特征在于，該震動(dòng)信號(hào)的時(shí)頻域轉(zhuǎn)換可為一快速傅立葉轉(zhuǎn)換。
14.如權(quán)利要求10所述的健康預(yù)警計(jì)算方法，其特征在于，該震動(dòng)信號(hào)的時(shí)頻域轉(zhuǎn)換可為一小波轉(zhuǎn)換。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種伺服電機(jī)的健康預(yù)警裝置及其計(jì)算方法，應(yīng)用于一計(jì)算機(jī)數(shù)值控制工具機(jī)的震動(dòng)狀況估測(cè)。首先，通過(guò)一震動(dòng)感測(cè)單元產(chǎn)生一震動(dòng)信號(hào)；接著，依序傳送該震動(dòng)信號(hào)至一數(shù)據(jù)緩沖器；接著，通過(guò)一時(shí)頻域轉(zhuǎn)換單元對(duì)該震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻域轉(zhuǎn)換；最后通過(guò)一惡化指數(shù)計(jì)算單元計(jì)算一惡化指數(shù)，并利用一健康指數(shù)計(jì)算單元求得一健康指數(shù)。藉此，利用該內(nèi)置的震動(dòng)感測(cè)單元，能省去額外加裝傳感器的裝設(shè)與配線，并且，根據(jù)該健康指數(shù)大小，以估測(cè)該伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)于計(jì)算機(jī)數(shù)值控制工具機(jī)上的震動(dòng)狀況，而對(duì)于非線性與非穩(wěn)態(tài)的震動(dòng)特性提供較佳的解析。
文檔編號(hào)H02H7/08GK102270829SQ20101018816
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2010年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月1日
發(fā)明者林孟璋, 蔡清雄 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司