具高度方向运动感测件精准定位装置的振动量测组件

文档序号:1796737 发布日期:2021-11-05 浏览:38次 >En<

阅读说明:本技术 具高度方向运动感测件精准定位装置的振动量测组件 (Vibration measuring assembly with accurate positioning device of height direction movement sensing piece ) 是由 郑瑞煌 王荣升 于 2020-05-04 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种具高度方向运动感测件精准定位装置的振动量测组件,包括:本体,具有基准面和正交于基准面的正交设置面,正交设置面具有复数彼此远离的插入埠,且插入埠间的间距恰对应上述高度方向运动感测件外廓尺寸;电性焊固上述高度方向运动感测件的电路板;定位装置,包括:复数形状分别与插入埠互补且尺寸不小于上述对应的插入端口的固定单元,供迫紧结合至对应的插入埠;和一延伸出固定单元的迫紧基体,具有接近本体的对接面和相反于抵接面的背面,对接面上具有抵接部,供将电路板连同上述高度方向运动感测件抵接固持于迫紧基体和本体间。(The invention discloses a vibration measuring assembly with a height direction movement sensing part accurate positioning device, which comprises: a body having a reference surface and an orthogonal arrangement surface orthogonal to the reference surface, the orthogonal arrangement surface having a plurality of insertion ports spaced apart from each other, and a distance between the insertion ports corresponding to an overall dimension of the height direction motion sensing element; electrically welding the circuit board of the height direction motion sensing piece; a positioning device, comprising: a plurality of fixing units, each of which has a shape complementary to the insertion ports and a size not smaller than the corresponding insertion port, for being forcibly coupled to the corresponding insertion port; and a tightening base body extending out of the fixing unit and having a butting face close to the body and a back face opposite to the butting face, wherein the butting face is provided with a butting part for butting and fixing the circuit board and the height direction motion sensing piece between the tightening base body and the body.)

具高度方向运动感测件精准定位装置的振动量测组件

技术领域

本发明涉及一种振动量测组件,尤其是一种具高度方向运动感测件精准定位装置的振动量测组件。

背景技术

任何绕着某中心旋转之设备都可称为转动设备,小自工厂中常见的包括风扇、马达、泵浦、及压缩机等大至风力发电机转轴以及高速运转的捷运列车的车轴。因为任何转动设备都不可能是完美之真圆状况,在运转时会有程度不一的偏心转动而产生一些往复形式作用力而导致转动设备产生振动,因此可借由监测上述动作所产生的振动行为来判别上述转动设备的状况。以轨道车辆应用来说,最小1mG的振动即需加以定期监测,曾有轨道车辆发生传动轴断裂,以往如传动轴或变速箱等组件装置老化门坎大约限定于振动达30至50mG,超过此限即必须以在上述设备发生故障或损坏之前事先加以更换,而避免衍生财务损失或人员伤亡。

飞机的飞行能力是来自于在一临界飞航速度以上时,借由气流流经机翼的下表面和上表面的速度不同而引起的压力差,来提供大于飞机重量的上升浮力使飞机得以起飞,然而,自然环境中的气流多属紊流因此气流的速度分布非常不均匀故上述压力差会时时变化,因此对机翼提供的上升浮力也是时时变化导致机翼会时时振动,此种振动直接对于机翼的使用寿命造成影响,因此对机翼的振动时时监测以提早发现机翼劣化问题而事先进行维修,以避免重大空难带来的人命和财物损失,就是飞航安全最重要的一课题。

此外,桥梁提供交通的便捷性加速了人与人的交流而促进文明的发展,因为桥梁的结构并非完美刚体故设计上除了赋予一定的荷重限度之外,还必须能够承受人车经过以及各种天灾人祸造成的振动,但是桥梁的建造材料有其寿命年限结构会逐年劣化而引起交通安全的疑虑,因此也有必要对桥梁进行实时的振动监测,以提早发现结构问题而加以维修或评估拆除重建,而避免桥梁坍塌造成的人命及财务损失。

当前的振动监测主要是经时地将振动感测件设置在要监测的主体上,然后接收振动感测件回传的振动讯号并加以滤波及运算处理监测数据,再提供专业技术人士进行判断。而感测件的量测能力主要是由其量测数据的精密度和准确度来定义,不同等级精密度和准确度的振动感测件的价格差异非常大,而随着科技日新月异各种新式器械不断被研发制造,市场上对于振动组件的精密度和准确度的要求越来越高,市场上对高精密度和高准确度的振动感测件的需求也日益增加。

如图7所示,以三轴振动感测件9而言,一般是在一电路板92上配置一X轴感测芯片94以感测X轴方向的振动分量,以及在同一平面上配置Y轴感测芯片95以感测Y轴方向的振动分量,然后在X轴感测芯片94和Y轴感测芯片95上设置一平坦化层96,再于平坦化层96上设置Z轴感测芯片97以感测Z轴方向的振动分量。然而,一般例如智能型手机中的三维振动感测,一方面要节约占用高度,另方面要节约成本,甚至会将Z轴方向的感测芯片单纯堆栈于X轴感测芯片94和Y轴感测芯片95上方。如此,会因为高度公差而不易做到完全水平,因此Z轴感测芯片97容易发生倾斜故通常Z轴方向的量测的准确度不佳,所幸,智能型手机对于三维之间的精密度要求不高,因此也不致发生如上述问题,但类似结构芯片组若设置于上述环境,将无可避免带来相当大的风险。

另外如Vibrasens公司制造的三轴向振动传感器其输出讯号的准确范围可达100mV/G。以上说明了振动感测件的精密度是由其中所采用的感测模块的感测性能所决定,而准确度就是将感测模块组装成为振动感测件的组装机构和制程质量来决定,即使采用高精密度的感测模块来制造振动感测件,但若机构设计不当、或制造过程中在感测模块上装设感测芯片时发生垂直和水平方向的偏斜,还是会导致高度轴方向量测数据和水平轴方向量测数据的分量偏差而失去准确度,同时也造成量测数据可信的数字位数减少而降低了精密度。

依照当前技术水准,一般机构件的精密加工,已经可以精准到例如一条(0.01mm),让直立的Z方向结构和X-Y平面间良好垂直,但是在将安装有Z轴方向振动传感器的电路板连接至Z轴方向基座结构的过程中,即使只是螺丝旋转稍微偏斜,或者是焊锡量多寡不均,都会造成Z轴方向的振动传感器倾斜、偏斜或高度偏差,此种情况的误差往往更甚于精密机械加工的误差。也就是,即使采用高精密度的Z轴的振动传感器,并且在制造基座时采用高精度加工,但在实际量测Z轴方向的振动时,也无法达成预定的效果,徒有高精密度组件,却输在更大量级的准确度不佳。

此外,在监测一大型主体的振动时通常需要同时使用多个振动感测件,上述的机构设计以及组装制造问题会导致每一个振动感测件的准确度和精密度不一致,通常使用者必须对每一个振动感测件进行繁琐的校正程序,多个振动感测件测得的振动数据也必须取最少有效位数才能进行运算处理以及后续的分析,又再次削减了振动感测件的准确度和精密度。

因此,如何借由完善且简便的机构设计来降低制造组装偏移的影响以提高振动感测件的准确度,就是本发明所要达到的目的。尤其此种结构设计也不能造成成本暴增,并且不能影响组装的良率和效率。

发明内容

针对现有技术的上述不足,根据本发明的实施例,希望提供一种具高度方向运动感测件精准定位装置的振动量测组件,旨在实现如下发明目的:(1)能够提供在高度方向精准定位,以减少制造组装过程中发生偏差,借此提升对振动量测组件量测的准确度;(2)由于准确度提升,借此确保振动感测件的精密度可以展现威力,让振动量测数值更敏锐及可信赖;(3)借由简便的组装设计,让产出良率提升。

根据实施例,本发明提供的一种具高度方向运动感测件精准定位装置的振动量测组件,包括一本体,具有至少一基准面和一正交于上述基准面的正交设置面,上述正交设置面形成有复数彼此远离的插入埠,且前述插入埠间形成有恰对应上述高度方向运动感测件外廓尺寸的间距;至少一个电性焊固有上述高度方向运动感测件的电路板;及一定位装置,包括:复数形状分别与上述插入埠互补、且尺寸不小于上述对应的插入端口的固定单元,供分别对应上述插入埠且迫紧结合至上述对应的插入埠;以及一延伸出上述固定单元的迫紧基体,具有一接近上述本体的对接面和一相反于抵接面的背面,前述对接面上形成有至少一抵接部,使得上述固定单元分别迫紧结合至上述对应的插入埠时,上述抵接部是将上述电路板连同上述高度方向运动感测件抵接固持于上述迫紧基体和上述本体间。

相对于现有技术,本发明借由定位装置和本体上的插入埠迫紧结合,而将高度方向运动感测件在各维度方向都能精准定位,借由机构件在各维度方向的微小可控制误差,构成精准配置的Z轴方向振动量测组件,减少制造组装过程中发生偏差;让Z轴方向振动量测能够完全忠实反应实际振动情况,充分呈现出组件原始规格书中所提供的高精密度。当然,熟悉本技术领域人士可以轻易理解,本发明并不是仅局限于Z轴方向的结构设计,而是因为一般量测都是以X-Y方向的平面作为结构物的基准面,X轴或Y轴方向的振动量测组件装设相对容易,但本发明并未排除同时具有X-轴,Y-轴和Z-轴的三维振动量测组件或任何二维量测组件。

此外,本发明借由固定单元和本体上的插入埠迫紧结合,而将高度方向运动感测件被机构式地精准定位而构成振动量测组件,一方面组合结构简单,操作难度低,使得产出良率提升,并能够提供在高度方向精准定位,以减少因制造组装过程中发生偏差,从而降低振动量测组件量测准确度,不仅可以充分展现出振动感测件原始的精密度效果,并且可以实现多个振动量测组件同时使用,而不会降低整体的准确度。

附图说明

图1为本发明具高度方向运动感测件精准定位装置的振动量测组件之第一较佳实施例的立体示意图。

图2为本发明具高度方向运动感测件精准定位装置的振动量测组件之第一较佳实施例本体的示意图。

图3为本发明具高度方向运动感测件精准定位装置的振动量测组件之第一较佳实施例于高速铁路列车安装应用的侧视示意图。

图4为本发明具高度方向运动感测件精准定位装置的振动量测组件之第一较佳实施例中,沿着图1中的A-A剖面线而产生的剖面爆炸示意图。

图5为本发明具高度方向运动感测件精准定位装置的振动量测组件之第二较佳实施例的爆炸立体图示意图。

图6为本发明具高度方向运动感测件精准定位装置的振动量测组件之第二较佳实施例的组立侧视示意图。

图7为先前技术三轴振动感测件的示意图。

其中:1为振动量测组件;10、10’为本体;12、12’为基准面;14、14’为正交设置面;142为正交补偿定位埠;1422为正交补偿面;16、16’为插入埠;2、2’为高度方向运动感测件;22、22’、92为电路板;3、3’为定位装置;32、32’为固定单元;34、34’为迫紧基体;342为对接面;344为背面;346、346’为抵接部;347’为等高凸点;36’为容置空间;4为高速铁路列车;42为车轴;5为正交辅助单元;54为正交安装面;52为嵌入面;56为穿孔;9为三轴振动感测组件;94为X轴感测芯片;95为Y轴感测芯片;96为平坦化层;97为Z轴感测芯片;A-A为剖面线;S为间距;θ1为斜角;θ2为余角。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例,进一步阐述本发明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等效变化和修改同样落入本发明权利要求所限定的范围。

第一较佳实施例

如图1至图2所示,本发明第一较佳实施例提供的一种具高度方向运动感测件精准定位装置的振动量测组件中,具高度方向运动感测件2精准定位装置的振动量测组件1中,高度方向运动感测件2例如是微机电系统重力感测集成电路,振动量测组件1包括:例示为一体成形铝合金壳体的本体10、高度方向运动感测件2、以焊锡电性焊接上述高度方向运动感测件2的电路板22例如是根据本体10内部空间而设计订制的软性电路板、以及例释为以插销插入而和本体10迫紧结合,以将高度方向运动感测件2精准定位装置在本体10上的定位装置3。图1中的A-A剖面线是供后续产生剖面图以进一步说明定位装置3如何将高度方向运动感测件2精准定位装置在本体10上。

借由精密机械加工,本体10具有例如平行于水平面的基准面12,和例如是垂直于基准面12的垂直壁面的正交设置面14,正交设置面14上形成有例释为两个大小不一、互不对称,且隔着上述具高度方向运动感测件2而彼此远离的凹陷部的插入埠16,其中,在本实施例中的两个插入埠16之间形成的间距S,恰好对应高度方向运动感测件2的外廓尺寸间距。

请参阅图3,上述振动量测组件1还包括一组设置在基准面上、且正交于高度方向运动感测件的横方向运动感测组件(图未示),以及一组设置在基准面上、且正交于高度方向运动感测件和上述横方向运动感测件的纵方向运动感测件(图未示),以对一高速铁路列车4的车轴42进行振动监测。因此,三个独立的振动感测组件分别量测三维振动,并且提供至例如后续的分析装置,借此感测例如传动轴、减速器等的多重振动。当然,熟悉本技术领域人士可以轻易理解,在高速铁路车厢等情境下,亦可设置多组振动量测组件,并不限于一组。

图4是沿着图1中的A-A剖面线而产生的剖面示意图,请参阅图4,定位装置3具有两个分别在同一中心在线与上述两个插入埠16形状互补、且尺寸不小于上述对应的插入端口16的固定单元32,上述两个固定单元32例如是两个大小不一、互不对称且容易加工制造的金属圆柱插销,供分别对应上述两个大小不一、互不对称的插入埠16。定位装置3还具有一延伸出固定单元32的迫紧基体34例如是一耐振不易变形破裂的平面金属板,迫紧基体34可区分为一接近本体10的例释为高平坦度表面的对接面342,和相反于对接面342的背面344,对接面342上形成有至少一例释为高真直度平面的抵接部346。

振动量测组件1还具有例释为铸造金属块的正交辅助单元5,其具有一面向高度方向运动感测件2的正交安装面54,和相反于上述正交安装面54的嵌入面52,嵌入面52具有面对于基准面12的例如是0.1°~0.3°的拔模斜角θ1,以便使用浇铸技术大量制造时容易脱模,然后以CNC铣床将正交安装面54精密加工,使其具有相对于基准面12的高垂直度。而正交设置面14则相对于正交辅助单元5形成有正交补偿定位埠142,其可例释为具有开口朝向远离基准面的一侧、且形状尺寸恰互补于正交辅助单元5的沟槽,正交补偿定位埠142具有一面向上述高度方向运动感测件2的正交补偿面1422,其具有互余于上述斜角θ1的余角θ2,供上述正交辅助单元5嵌入正交设置面14上的正交补偿定位埠142而和上述本体10结合时,维持正交安装面54正交于基准面12。

上述正交辅助单元5另具有两个分别在同一中心在线对应于上述插入端口16和固定单元32的穿孔56,供两个固定单元32分别穿透各自对应的穿孔56而迫紧结合至各自对应的插入埠16。因为本实施例中使用软性电路板,且两个别的定位装置3的尺寸以是从尖端略小于对应的插入埠16和对应的穿孔56的尺寸,随后逐渐增大至略大于对应的插入埠16的尺寸,由于定位装置3最终被嵌卡的外廓大小会等于或稍大于插入埠,故在此定义定位装置3外廓为不小于插入埠16尺寸。

定位装置3可轻易加压而刺穿本实施例的软式的电路板22且采取迫紧结合的方式插入至上述对应的插入埠16,此时抵接部346和高度方向运动感测件2之间,因迫紧结合的压力而产生强大摩擦力,借此将电路板22连同高度方向运动感测件2抵接固持于迫紧基体34和上述本体10间,而将高度方向运动感测件2维持在紧贴抵接于正交于基准面12。

此外,因为两个固定单元32之间的距离,会对应于上述两个插入埠16之间的间距S,也就是恰好对应高度方向运动感测件2的外廓尺寸。因此,定位装置3完成上述结合后,会恰好夹制住高度方向运动感测件2,即使高度方向运动感测件2焊接在电路板22时定位有所偏差,或焊锡焊接造成高度方向运动感测件2位置偏移时,仍可借由定位装置3精准定位高度方向运动感测件2在预定位置,借此提供高准确度的振动量测信息,达成本发明之目的。在发明人的试验中,由于精密机械加工的误差可以被限定于1μm范围,相较于高度方向运动感测件的尺寸,使得安装固定所造成的精度偏差极小,本实施例振动量测组件1在高度方向的振动量测准确度可以达到1mG/V,并且由于高度方向运动感测件2是被定位装置3夹制而大幅提高了其耐振动性能,因此更进一步延长其在高振动的测量环境中的使用寿命与可靠度。

本实施例中,借由上述两个形状分别与插入埠互补、且尺寸不小于对应的插入端口的固定单元,刺穿软性电路板后透过正交辅助单元的穿孔和本体上的插入埠迫紧结合,而将高度方向运动感测件精准定位以构成振动量测组件,能够在高度方向提供精准定位以减少制造组装过程中发生偏差对振动量测组件量测精密度以及准确度。而借由正交辅助单元和正交补偿定位端口的组合,可以减少每个振动量测组件在精密CNC车床或铣床的加工时间,有利于降低加工费用以及提高产能,此外,这样的两件式结构也有利于降低维修替换的成本以及提高良率。

在本实施例中,夹制妥当后,会进一步将电路板22上的电路和外部线路经由打线完成导接或焊接,甚至单纯迫紧抵压,并在图式的五面中空结构内部注胶固化,让所有组件和结构完全被相对固着,一方面维持良好的精准定位效果,另方面可以防止恶劣环境中的灰尘、湿气或酸碱侵蚀。

本实施例中,是由高度方向(Z轴)运动感测件、横方向(X轴)运动感测件和纵方向(Y轴)运动感测件共同组成振动量测组件1,当然,熟知本技术领域之人可以轻易推知,即使没有将三维量测一体化,也可以将高度方向运动感测件独立组装成为高度方向振动量测组件,配合另行配置的横方向运动感测件和纵方向运动感测件构成的二维振动量测组件,组成准定位三维振动量测组件,并无碍于本案的实施。

第二较佳实施例

本发明的第二较佳实施例如下所述,本实施例中与前一较佳实施例相同部分于此不再赘述,相似的组件也使用相似名称与标号,仅就差异部分提出说明。请参阅图5至图6,在本实施例中,本体10’是采用模具浇铸而形成的铝合金壳体,其上的正交设置面14’上具有4个例释为长形沟槽的插入埠16’,且4个插入埠16’互相连接形成环状沟槽,而定位装置3’上对应4个插入埠16’的4个固定单元32’则均是长形墙体,上述4个固定单元32’也组成一环状围墙围起的容置空间36’供容纳高度方向运动感测件2’。固定单元32’的高度是大于高度方向运动感测件2’的厚度,且固定单元32’的高度不大于插入埠16’的深度和高度方向运动感测件2’的厚度的总和。

与前一较佳实施例不同的是,本实施例中的迫紧基体34’是借由4个固定单元32’夹制高度方向运动感测件2’以及电路板22’,直接并分别插入对应的插入埠16’而不需经过正交辅助单元,而将高度方向运动感测件2’维持在正交于基准面12’,因此有结构简单制造容易的额外优点。此外,由于定位装置3’是经由4个固定单元32’全面将高度方向运动感测件2’封闭在容置空间36’内,可以提供更好的保护,而且因为4个固定单元32’之间同样恰好对应高度方向运动感测件2’的外廓尺寸,因此定位装置3’完成上述结合后,会恰好在高度方向运动感测件2’的长度和宽度等方向提供更好的二维夹制力,即使电路板22’定位偏差,或焊锡焊接造成高度方向运动感测件2’位置偏移,仍然可以将高度方向运动感测件2’固定在精准定位的位置,借此提供高准确度的振动量测信息。

因为本实施例中的固定单元32’的尺寸不小于插入埠16’,当4个固定单元32’夹制高度方向运动感测件2’以及电路板22’,并分别插入对应的插入埠16’时,迫紧基体34’的抵接部346’上还具有至少3个等高凸点347’,以将上述电路板22’连同上述高度方向运动感测件2’抵接固持于迫紧基体34’和本体间10’的正交设置面14’之间,使得高度方向运动感测件2’和正交设置面14’同样保持正交于基准面12’,因此定位装置3’完成上述结合后会在高度方向运动感测件2’的厚度方向提供额外的一维夹制力。

本实施例的定位装置分别借由固定单元和插入端口迫紧结合,以及抵接部和高度方向运动感测件的抵接,对高度方向运动感测件提供长度宽度和厚度等三维夹制而将其精准定位在振动量测组件上,而使得本实施例的振动量测组件具有良好的准确度,因此在多个振动量测组件同时组合使用时也不会降低整体的准确度和精密度,达成本发明之另一目的。此外,除了可以进一步节省正交辅助单元的设置成本,还可以对高度方向运动感测件提供更完善的全包覆保护。

综上所述,本发明的定位装置完成和本体的结合后会恰好夹制高度方向运动感测件,即使发生电路板定位偏差或高度方向运动感测件在焊接时造成位置飘移,仍然可以将高度方向运动感测件精准定位,以构成借此提供高准确度的振动量测组件振动量测信息,并且更进一步延长其在高振动的测量环境中的使用寿命。本发明借由复数个形状分别与插入埠互补、且尺寸不小于对应的插入端口的固定单元,和本体上的插入埠迫紧结合,而将高度方向运动感测组件在高度方向精准定位以保持正交于基准面,以减少制造组装过程中发生的偏差对振动量测组件的量测信息精密度以及准确度的影响。

当然,上述各较佳实施例中的固定单元以及相对应的插入埠都可以因应各实施例的需要而互相变换且并非局限,而且抵接部的实施态样也可以视产品的需求而互相变换,均无碍本案实施。

14页详细技术资料下载
上一篇:一种医用注射器针头装配设备
下一篇:一种电涡流传感器探头及电涡流传感器

网友询问留言

已有0条留言

还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!

精彩留言,会给你点赞!