滚珠导螺杆螺帽预压失效之健康诊断模组 - 台湾智慧自动化与机器人协会.pdf

滾珠導螺桿螺帽預壓失效之 健康診斷模組 黃宜正／彰化師範大學 機電工程學系 教授 本計畫將利用聲紋及振動技術於自動化檢測系統 ，對實機進行量測與訊號分析 ，利用黃愕法 與多尺度熵 ，提出一創新螺帽預壓失效之健康診斷的分析方法暨模組 ，利用經驗模式分解與 黃愕法之時頻分析 ，用以建立滾珠導螺桿在運作過程中的特徵萃取訊號 ，利用多尺度熵來判 定螺帽預壓失效之複雜度與規律性變化關連度 ，藉此提供在自動化生產機臺當中判定滾珠導 螺桿其預壓是否失效的診斷依據 ，建立滾珠導螺桿合於健康操作範圍之認證資料庫依據 ，及 對於滾珠導螺桿螺帽預壓失效提出一的智慧型監控的分析工具 。 關鍵字：自動化檢測技術、螺帽預壓失效、經驗模式分解、黃愕法、多尺度熵、特徵萃取、健康診斷 1. 前言 滾珠導螺桿使用一段時間後因運動磨耗而 一般傳統上是以伺服馬達帶動滾珠導螺桿 剛性減低，或預壓力降低，將造成定位精度下 展 發 術 技 降；在目前沒有一套健康監測模組來了解與提 作為精密進給，其螺帽預壓力的設計係在某一範 早防止預壓力失效，故工廠常以螺桿運作時數 圍；然此預壓力與螺桿預拉會因溫度變化、元件 作為計算，而為避免成品精度降低，超過設定 老化、磨耗或是操作負載條件的變化而造成失 工時的滾珠導螺桿則全面替換，此不符經濟效 效。以背隙與剛性問題來思考，背隙小的確對螺 益；有許多設計被發展出，如台灣專利公開號 帽機械傳動精度較為穩定，增加預壓力能增加機 TW200940852[2]、TW201002963[3]、美國專 械傳動結構剛性；而背隙增加將影響到軸向彈性 利公開號US20070068292[4]等提出可調預壓力 位移，以使定位精度造成較多的誤差，即更影響 的機構，以延長滾珠導螺桿的使用壽命，但仍要 整體進給軸之定位精度與剛性。預壓力的變化會 停機後花費很多的時間校正。 影響到機台的多項特性如圖1所示，即如果提升 為 能 檢 測 出 滾 珠 導 螺 桿 是 否 正 常 ， 日 本 預壓力會造成溫升、靜態剛性、動態剛性、傳動 專利公開號JP2004361247[5]提出在滾珠導 效率、自然頻率與磨耗，也因其影響甚鉅，因此 螺 桿 通 以 振 盪 的 電 壓 ， 以 偵 測 使 用 電 壓 差 以 在精密運動設備中螺帽預壓的健康診斷監測也成 偵 測 滾 珠 導 螺 桿 是 否 損 壞 ； 美 國 專 利 公 開 號 為一個目前工業界極欲解決而學術界顯少研究相 US20090171594[6]揭露位置的差異信號估 當之課題。 測驅動力(driving force)、彈性變形(elastic deformation)等，與預設的數值(set threshold value)比較，藉以診斷機台是否損壞。 由於滾珠導螺桿的預壓力影響定位精度甚