振动力量测量装置的制作方法

cell)感测器作为振动量的传感器，因此可直接测量到待测物运转时的力量变化数据，且具低成本、易取得、与规格完整的优势，尤其是针对10n以下的微量振动力测量范围。
11.本发明的再一目的就是在提供一种振动力量测量装置，其测量平台可由无摩擦力或低摩擦力的抬升装置支撑，因此可阻绝摩擦力干扰，进而可有效提升待测物的振动力量测量的灵敏度。
12.根据本发明的上述目的，提出一种振动力量测量装置，适用于测量具有高速转动元件的待测物。此振动力量测量装置包含测量平台、抬升装置、传感器、振动传输件、以及弹性支撑件。测量平台具有承载面以承载待测物。抬升装置配置成将测量平台抬离抬升装置的上表面。传感器配置成感测待测物运转时所产生的振动量。振动传输件具有相对的第一端与第二端，其中第一端与传感器接合，第二端配置成接收振动量。弹性支撑件连接测量平台与支撑结构，其中振动传输件与弹性支撑件分别位于测量平台的相对二侧。
13.依据本发明的一实施例，上述的测量平台包含夹治具，此夹治具配置成将待测物固定在测量平台上，夹治具包含彼此相对的第一夹持部与第二夹持部。
14.依据本发明的一实施例，上述的抬升装置为气浮轴承，气浮轴承可利用气体将测量平台予以浮离。
15.依据本发明的一实施例，上述的抬升装置包含至少三个滚珠凸设于抬升装置的上表面，这些滚珠配置成将测量平台抬离抬升装置的上表面。
16.依据本发明的一实施例，上述的抬升装置还包含至少一个磁吸元件，磁吸元件配置成对测量平台施加磁吸力。
17.依据本发明的一实施例，上述的振动传输件的第二端还配置成抵住待测物或测量平台。
18.依据本发明的一实施例，上述的传感器接合于支撑结构，支撑结构、传感器、与弹性支撑件所组成的系统的自然频率低于待测物的转动频率。
19.依据本发明的一实施例，上述的弹性支撑件的自然频率小于待测物的转动频率的一半。
20.依据本发明的一实施例，上述的振动传输件包含顶针。
21.依据本发明的一实施例，上述的弹性支撑件包含弹簧。
22.与现有技术相比，本发明的振动力量测量装置具有以下有益效果：
23.在待测物的相对二侧分别设置传感器与振动传输件、以及弹性支撑件，借此可即时感测待测物运转时的振动力量，并可将振动力量数据予以量化分级。因此，振动力量测量装置具备快速全检能力，可解决商业化转子振动检测系统于风扇等具高速转动元件的产品产线中无法全检的问题。
24.架设安装容易，因此可解决商业化转子振动检测系统于风扇等具高速转动元件的产品产线中测量时间过长的问题。
25.测量平台可采用荷重元感测器作为振动量的传感器，因此可直接测量到待测物运转时的力量变化数据，且具低成本、易取得、与规格完整的优势。
26.测量平台可由无摩擦力或低摩擦力的抬升装置支撑，因此可阻绝摩擦力干扰，进而可有效提升待测物的振动力量测量的灵敏度。
附图说明
27.为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：
28.图1是绘示依照本发明的一实施方式的一种振动力量测量装置的侧视示意图；以及
29.图2是绘示依照本发明的另一实施方式的一种振动力量测量装置的侧视示意图。
30.主要附图标记说明：
31.100a-振动力量测量装置，100b-振动力量测量装置，110-测量平台，112-承载面，114-夹治具，114a-第一夹持部，114b-第二夹持部，116-第一侧，118-第二侧，120-抬升装置，122-上表面，124-基座，126-气浮部，130-传感器，140-振动传输件，142-第一端，144-第二端，150-弹性支撑件，152-第一端，154-第二端，160-待测物，170-支撑结构，180-抬升装置，182-基座，184-滚珠，186-磁吸元件，188-上表面，x-坐标轴，y-坐标轴，z-坐标轴。
具体实施方式
32.硬支撑动平衡技术适合测量振动小于其系统的自然频率的转子，因此较适用于较大的转子工件，直接测量离心力。软支撑动平衡技术则适合测量振动大于其系统的自然频率的转子，因此较适用于微小及高速的转子工件，测量振动位移量。本发明在此提出一种振动力量测量装置，其适用待测物的振动频率高于测量装置的支撑系统的自然频率。
33.请参照图1，其是绘示依照本发明的一实施方式的一种振动力量测量装置的侧视示意图。振动力量测量装置100a可用以测量具高速转动元件的待测物160运转时所产生的力量，例如振动力量。在一些例子中，待测物160可为可为马达或风扇，例如薄型散热风扇或薄型马达。待测物160的旋转半径可例如大于待测物160的轴向厚度的3倍以上。一般而言，薄型风扇的离心力较非薄型风扇的离心力大。因此，薄型风扇运转时的晃动力量主要为风扇质心的偏移量在转动时产生的径向离心力。振动力量测量装置100a主要可包含测量平台110、抬升装置120、传感器130、振动传输件140、以及弹性支撑件150。
34.测量平台110具有承载面112。待测物160可设于承载面112之上，而为测量平台110所承载。承载面112可例如水平延伸。在一些示范例子中，水平面是由坐标轴x与坐标轴y所定义出的xy平面，且进行测量时承载面112则大致上和xy平面平行。坐标轴z垂直xy平面，且坐标轴x、坐标轴y、与坐标轴z互相垂直。测量平台110可选用轻质的板材，以降低对待测物160运转时所产生的振动信号的影响。
35.在一些例子中，测量平台110可包含夹治具114。夹治具114可凸设于测量平台110的承载面112之上。夹治具114可将待测物160夹持固定在测量平台110的承载面112之上。测量平台110可具有彼此相对的第一侧116与第二侧118。在一些示范例子中，夹治具114包含第一夹持部114a与第二夹持部114b。第一夹持部114a与第二夹持部114b分别设于量侧平台110的第一侧116与第二侧118，且第一夹持部114a与第二夹持部114b彼此相对。第一夹持部114a与第二夹持部114b均可例如为类l字型结构，以承托与夹持待测物160。夹治具114不限于上述例子，而可根据待测物160外型与测量需求调整夹治具114的架构。测量平台110亦可利用其他固定元件，例如卡固件、锁固件、磁吸件、或真空吸附件等，来将待测待测物160夹持固定在测量平台110的承载面112之上。
36.测量平台110设于抬升装置120的上表面122的上方。抬升装置120可将测量平台110抬离抬升装置120的上表面122，藉以大幅减少测量平台110与抬升装置120之间的摩擦力。由于抬升装置120的上表面122为xy平面，因此通过减少测量平台110与抬升装置120之间的摩擦力，可避免摩擦力对于待测物160在xy平面振动力量信号的干扰。
37.在此实施方式中，抬升装置120为气浮轴承。在一些例子中，抬升装置120可包含基座124与至少一个气浮部124，例如二个气浮部124，如图1所示。气浮部126可凸设于基座124上。举例而言，气浮部126可嵌设于基座124中，且气浮部126的顶面高于基座124的顶面。在另一些例子中，气浮部126的顶面可与基座124的顶面齐平、或者可低于基座124的顶面。抬升装置120的气浮部126可利用气体浮起测量平台110，以使测量平台110与抬升装置120的上表面122分离。
38.传感器130主要可用以感测待测物160运转时所产生的振动量。如图1所示，传感器130可与测量平台110间接接合。举例而言，传感器130可固定接合于支撑结构170上。此支撑结构170可为一外部结构，或者可为抬升装置120的基座124或基座124的延伸结构。传感器130可例如为荷重元感测器、压电式力传感器、或电容式力传感器。传感器130亦可为位移传感器、加速度传感器等，例如线性差动变压器(lvdt)、电容式位移器、光学尺、磁性尺、与加速规。只要能测量到振动所产生的力量、位移、或加速度等物理量的传感器，均为本发明的传感器的实施范围。在一些示范例子中，传感器130可采荷重元感测器。荷重元感测器可直接测量到力量变化数据，尤其是针对10n以下的微量振动力测量范围，且具有低成本、易取得、与规格完整的优点。
39.振动传输件140具有彼此相对的第一端142与第二端144。在一些例子中，振动传输件140可为杆状结构。举例而言，振动传输件140可包含顶针。振动传输件140的第一端142与传感器130接合。振动传输件140的第二端144配置成接收待测物160运转时所产生的振动量。举例而言，振动传输件140的第二端144可抵靠在待测物160的一侧、或测量平台110的第一侧116。在一些示范例子中，振动传输件140的第二端144抵靠在位于测量平台110的第一侧116的第一夹持部144。借此，待测物160运转时所造成的测量平台110的振动量变化可经由振动传输件140而传递至传感器130。举例而言，振动传输件140可将待测物160在测量平台110上运转时所产生的振动量传递给传感器130。
40.弹性支撑件150与振动传输件140分别位于测量平台110的相对二侧。弹性支撑件150可直接连接待测物160与支撑结构170，亦可连接测量平台110的一侧与支撑结构170。在一些示范例子中，如图1所示，弹性支撑件150可具有彼此相对的第一端152与第二端154。弹性支撑件150的第一端152与夹治具114的第二夹持部114b接合，第二端154则与支撑结构170接合。弹性支撑件150可例如包含弹簧。对弹性支撑件150施加的压缩力与伸张力可分别使得弹性支撑件150在测量平台110的第二侧118与支撑结构170之间进行压缩与拉伸的弹性运动。
41.在一些例子中，由于传感器130与弹性支撑件150均与支撑结构170接合，因此支撑结构170、传感器130、与弹性支撑件150所组成的系统的自然频率要设计成低于待测物160的转动频率。弹性支撑件150可依测量的待测物160的转动频率，而采用不同自然频率的弹性元件。在一些示范例子中，弹性支撑件150的自然频率小于待测物160的转动频率的一半。
42.由于多数散热的待测物160的转子型态为旋转直径大于轴向尺寸的3倍～10倍，待
测物160的转子在运转时的不平衡量可视为单平面振动，主要部分为径向振动。因此，本实施方式简化为只测量待测物160在xy平面上的径向振动力量。
43.由于振动传输件140与弹性支撑件150分别位于待测物160的相对二侧，例如分别接合在测量平台110的第一侧116与第二侧，且弹性支撑件150可在测量平台110的第二侧118与支撑结构170之间压缩与伸张。因此，待测物160运转时所产生的径向振动可使得测量平台110在振动传输件140与弹性支撑件150之间往复移动，而使得第一夹持部114a间断地撞击振动传输件140。振动传输件140可将这些撞击量传递至传感器130，借此传感器130可感测到待测物160运转所产生的振动力量。
44.在示范例子中，振动力量测量装置100a采用荷重元感测器作为传感器130。由于荷重元感测器可直接测量到待测物160运转时的力量变化数据，因此振动力量测量装置100a具备即时力量感测、数据量化分级、与快速全检能力。举例而言，可设定待测物160的振动力量的上下边界值，借此可根据测量数据快速检测出待测物160的品质。此外，可将振动感测力量分级，借此可根据测量数据对待测物160的产品品质快速分级。
45.此外，荷重元感测器价格低，可降低振动力量测量装置100a的设备成本。而且，由于测量平台110由无摩擦力的气浮式抬升装置110所支撑，因此振动力量测量装置100a可精准且灵敏的测量到待测物160的真实振动力量。振动力量测量装置100a特别适用于振动力量量级为0.001n～0.1n等级的电子、车用、医疗用等小型精密散热风扇的振动力量的测量。
46.在应用上，可进一步通过频域、时域、或模型来对振动力量测量装置100a所测量得的数据进行特性鉴别分析，以利后续的智慧化管理。
47.本发明的抬升装置不限于上述的气浮式元件，亦可采用低摩擦力元件来作为抬升装置。请参照图2，其系绘示依照本发明的另一实施方式的一种振动力量测量装置的侧视示意图。此实施方式的振动力量测量装置100b的元件与架构大致上与振动力量测量装置100a相同，二者之间的差异在于，振动力量测量装置100b的抬升装置180为包含多个滚珠184的低摩擦力元件。
48.在一些例子中，抬升装置180主要可包含基座182与多个滚珠184。这些滚珠184可滚动地设于基座182中，且滚珠184凸出抬升装置180的上表面188。测量平台110放置在抬升装置180的上表面188之上，而为滚珠184所承托。这些滚珠184可抬升测量平台110，使测量平台110与抬升装置180的上表面188分离。滚珠184的数量可例如等于或大于三个，以利平稳支撑测量平台110。
49.在本实施方式中，利用滚珠184来抬升测量平台110，可减少测量平台110与抬升装置180之间的接触面积，进而可大幅降低测量平台110与抬升装置180之间的摩擦力。借此，可避免测量平台110与抬升装置180之间的摩擦力对于待测物160在xy平面振动力量信号的干扰。
50.在一些示范例子中，如图2所示，抬升装置180更选择性地包含一或多个磁吸元件186。此外，测量平台110可包含铁磁性材料。磁吸元件186可对测量平台110施加磁力，借此可对测量平台110施加朝向抬升装置180的上表面188的预压力。此预压力的施加可避免待测物160运转时所产生的过大晃动力而造成测量平台110的跳离，因此抬升装置180可在测量过程中稳定承托测量平台110。
51.由上述的实施方式可知，本发明的一优点就是因为本发明的振动力量测量装置于
待测物的相对二侧分别设置传感器与振动传输件、以及弹性支撑件，借此可即时感测待测物运转时的振动力量，并可将振动力量数据予以量化分级。因此，振动力量测量装置具备快速全检能力，可解决商业化转子振动检测系统于风扇等具高速转动元件的产品产线中无法全检的问题。
52.由上述的实施方式可知，本发明的另一优点就是因为本发明的振动力量测量装置的架设安装容易，因此可解决商业化转子振动检测系统于风扇等具高速转动元件的产品产线中测量时间过长的问题。
53.由上述的实施方式可知，本发明的又一优点就是因为本发明的振动力量测量装置的测量平台可采用荷重元感测器作为振动量的传感器，因此可直接测量到待测物运转时的力量变化数据，且具低成本、易取得、与规格完整的优势。
54.由上述的实施方式可知，本发明的再一优点就是因为本发明的振动力量测量装置的测量平台可由无摩擦力或低摩擦力的抬升装置支撑，因此可阻绝摩擦力干扰，进而可有效提升待测物的振动力量测量的灵敏度。
55.虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何在此技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。