[發(fā)明專利]伺服電機(jī)的健康預(yù)警裝置及其計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010188164.3
• 申請(qǐng)日: 2010-06-01
• 公開（公告）號(hào): CN102270829A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡清雄;林孟璋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司
• 主分類號(hào): H02H7/08
• 分類號(hào): H02H7/08;H02K11/00;G01H17/00
• 代理公司: 北京律誠(chéng)同業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;祁建國(guó)

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，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)模越來越大，各系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性也越來越密切，設(shè)備本身也越來越復(fù)雜。所以若無法早期預(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)損失將非常可觀。

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，是無法避免的。在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，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。只要信號(hào)是穩(wěn)態(tài)(stationary)分布且線性的(linear)時(shí)間序列，即能有效地通過頻譜轉(zhuǎn)換呈現(xiàn)信號(hào)的特性。不過，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，無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，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。