压电感测模块、压电感测模块检测的方法及其压电感应检测系统技术方案

一种压电感测模块、压电感测模块检测的方法及其压电感应检测系统。压电感测模块设置于工具机的作动工具上。压电感测模块包括压电感测薄膜，压电感测薄膜上至少设置包括第一电极、第二电极、第三电极、第四电极、第五电极以及第六电极，其中第一电极位于第三电极及第四电极之间，第二电极位于第五电极及第六电极之间；其中第一电极及第二电极之间、第三电极及第五电极之间与第四电极及第六电极之间皆相隔特定距离，且第一电极及第二电极之间、第三电极及第五电极之间与第四电极及第六电极之间于作动工具上具有90度的夹角。

The detection method of piezoinductive module, piezoinductive module and piezoinductive detection system

【技术实现步骤摘要】
压电感测模块、压电感测模块检测的方法及其压电感应检测系统
本专利技术关于一种压电感测模块、压电感测模块检测的方法及其压电感应检测系统，特别是一种可以量测多种工具机受力状态的压电感测模块、压电感测模块检测的方法及其压电感应检测系统。
技术介绍
随着时代的进步，现今有许多关于工具机切削力量测的研究，藉此可以获得大量的切削量测资料，以进一步改进切削方式以增进精度及效率或监测切削状况，避免刀具受损或加工失败等。工具机切削力的量测是近年来发展智能型工具机的重点。而于先前技术当中，是将测力计(dynamometer)置于工具机的工件端，间接量测其受力情况。但测力计的精确性及系统昂贵，且易受损等缺点，是先前技术中较难克服的问题。另外，以铣削(millingprocess)为例，若使用一般33型极化、d31方向负载的PVDF压电薄膜传感器来测量刀具表面形变时，至少需要使用三组六具传感器并贴附于刀具上，再经复杂的演算才能测量。且其中之三具传感器需与切削方向呈某一适当的角度才能得到正确的数值，在在都增加了测量的难度。因此，有必要专利技术一种新的压电感测模块、压电感测模块检测的方法及其压电感应检测系统，以解决先前技术的缺失。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种压电感测模块，其具有可以量测多种工具机受力状态的效果。本专利技术的另一主要目的在于提供一种制成上述压电感测模块的压电感测模块检测的方法本专利技术的另一主要目的在于提供一种具有上述压电感测模块的压电感应检测系统。为达成上述的目的，本专利技术的压电感测模块设置于工具机的作动工具上。压电感测模块包括压电感测薄膜，压电感测薄膜上至少设置包括第一电极、第二电极、第三电极、第四电极、第五电极以及第六电极，其中第一电极位于第三电极及第四电极之间，第二电极位于第五电极及第六电极之间；其中第一电极及第二电极之间、第三电极及第五电极之间与第四电极及第六电极之间皆相隔特定距离，且当压电感测薄膜贴附于作动工具上时，第一电极及第二电极之间、第三电极及第五电极之间与第四电极及第六电极之间于作动工具上具有90度的夹角。本专利技术的压电感测模块极化的方法包括以下步骤：提供压电感测薄膜，该压电感测薄膜上至少设置包括第一电极、第二电极、第三电极、第四电极、第五电极及第六电极；贴附压电感测薄膜于刀具单元上，以使第一电极及第二电极之间、第三电极及该五电极之间与第四电极及第六电极之间于作动工具上具有90度的夹角。本专利技术的压电感应检测系统用于工具机。工具机具有作动工具。压电感应检测系统包括压电感测模块及信号处理模块。压电感测模块设置于作动工具上，当作动工具工作时，压电感测模块感应得到压电感测信号。压电感测模块包括压电感测薄膜，压电感测薄膜上至少设置包括第一电极、第二电极、第三电极、第四电极、第五电极以及第六电极，其中第一电极位于第三电极及第四电极之间，第二电极位于第五电极及第六电极之间；其中第一电极及第二电极之间、第三电极及第五电极之间与第四电极及第六电极之间皆相隔特定距离，且当压电感测薄膜贴附于作动工具上时，第一电极及第二电极之间、第三电极及第五电极之间与第四电极及第六电极之间于作动工具上具有90度的夹角。信号处理模块电性连接压电感测模块，用以根据压电感测信号得知该作动工具的受力状况。附图说明图1为本专利技术的压电感应检测系统的架构示意图。图2为本专利技术的压电感测模块的极化的示意图。图3A为本专利技术的压电感测模块贴于刀具单元的侧视图。图3B为本专利技术的压电感测模块贴于刀具单元的剖视图。图4为本专利技术的压电感测模块极化的方法的步骤流程图。图5为本专利技术的各电极与作动工具之间的关系的示意图。图6A为本专利技术的压电感应检测模块设置于铣削工具的示意图。图6B为本专利技术的压电感应检测模块设置于铣削工具的剖视图。图7A为本专利技术的压电感应检测系统具有的天线模块于水平方向的辐射场型图。图7B为本专利技术的压电感应检测系统具有的天线模块于垂直方向的辐射场型图。图8为本专利技术的压电感应检测模块设置于车削刀具的示意图。其中附图标记为：方向1、2压电感应检测系统10压电感测模块20压电感测薄膜21信号处理模块31轴承套件32天线模块33工具机40作动工具41、41’切割端42，42’工件50第一电极A第二电极B第三电极C1第四电极C2第五电极D1第六电极D2电极宽w电极长z作动工具直径D0作动工具长度l到切割端距离L、l1、l2相距Δl到延伸线距离Δw1、Δw2初始角度作动工具扭曲角γ轴X、Y、Z受力Fx、Fv、Fz切向力Ft长度Hx、Hy、Hz角度θ具体实施方式为能让贵审查委员能更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举较佳具体实施例说明如下。以下请先参考图1为本专利技术的压电感应检测系统的架构示意图。本专利技术的压电感应检测系统10用以检测一机具或物品所承受的应力，于本专利技术的一实施例中，本专利技术的压电感应检测系统10系用于一工具机40，但本专利技术并不限于此。工具机40具有作动工具41，用以对一工件50(如图6A所示)进行加工。于本实施例中作动工具41系为一铣削刀具，以对工件50进行铣削加工，但本专利技术压电感应检测系统10并不限于仅能用于此类型的加工工具。压电感应检测系统10可包括压电感测模块20及信号处理模块31。压电感测模块20为设置于该作动工具41上未接触该工件50之处。当该作动工具41以对该工件50加工时，压电感测模块20为因为作动工具41的受力表面变形而可以感应得到一压电感测信号。压电感测模块20经由无线方式以电性连接至信号处理模块31，以将量测得到的压电感测信号传输至信号处理模块31。信号处理模块31电性连接该压电感测模块20，用以根据该压电感测信号计算得知该作动工具41的一受力状况，即一进给力(feedforce)、一横向力(transverseforce)或一切向力(tangentialforce)。上述信号处理模块31除可配置为硬件装置、软件程序、韧体或其组合外，亦可藉电路回路或其他适当型式配置；并且，各个模块除可以单独的型式配置外，亦可以结合的型式配置。此外，本实施方式仅例示本专利技术的较佳实施例，为避免赘述，并未详加记载所有可能的变化组合。而关于压电感测模块20的技术请参考图2，图2为本专利技术的压电感测模块的极化示意图。于本专利技术的一实施方式中压电感测模块20包括压电感测薄膜21，压电感测薄膜21上设有第一电极A、第二电极B、第三电极C1、第四电极C2、第五电极D1及第六电极D2。压电感测薄膜21为一聚偏二氟乙烯(PolyvinylideneDifluoride，PVDF)，但本专利技术的压电感测薄膜21并不仅限于利用此种材质制成，亦不论是用d13或d33型电极制成者皆在本专利技术的保护范围内。于图2中可以得知压电感测薄膜21的方向1及方向2，而方向3为垂直于压电感测薄膜21，于图2中并未标示。由于压电感测薄膜21的制程已经为本专利技术所属
中具通常知识者所熟知，故在此不再赘述其原理。压电感测薄膜21具有四个边角，第三电极C1、第四电极C2、第五电极D1及第六电极D2贴附于靠近压电感测薄膜21的四个边角之处，该第一电极A位于该第三电极C1及该第四电极C2之间，该第二电极B位于该第五电极D1及该第六电极D2之间。且其中该第一电极A及该第二电极B之间、该第三电极C1及该第五电极D1之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电感测模块，设置于一工具机的一作动工具上，其特征在于，包括：一压电感测薄膜，该压电感测薄膜上至少设置包括：一第一电极；一第二电极；一第三电极；一第四电极；一第五电极；以及一第六电极，其中该第一电极位于该第三电极及该第四电极之间，该第二电极位于该第五电极及该第六电极之间；其中该第一电极及该第二电极之间、该第三电极及该第五电极之间与该第四电极及该第六电极之间皆相隔一特定距离，且当该压电感测薄膜贴附于该作动工具上时，该第一电极及该第二电极之间、该第三电极及该第五电极之间与该第四电极及该第六电极之间于该作动工具上具有90度的夹角。

【技术特征摘要】
2018.04.09 TW 1071121301.一种压电感测模块，设置于一工具机的一作动工具上，其特征在于，包括：一压电感测薄膜，该压电感测薄膜上至少设置包括：一第一电极；一第二电极；一第三电极；一第四电极；一第五电极；以及一第六电极，其中该第一电极位于该第三电极及该第四电极之间，该第二电极位于该第五电极及该第六电极之间；其中该第一电极及该第二电极之间、该第三电极及该第五电极之间与该第四电极及该第六电极之间皆相隔一特定距离，且当该压电感测薄膜贴附于该作动工具上时，该第一电极及该第二电极之间、该第三电极及该第五电极之间与该第四电极及该第六电极之间于该作动工具上具有90度的夹角。2.如权利要求1所述的压电感测模块，其特征在于，该第一电极对该第三电极及该第四电极的方向进行极化，该第五电极及该第六电极对该第二电极的方向进行极化，该第五电极对该第三电极的方向进行极化，该第六电极对该第四电极的方向进行极化。3.如权利要求2所述的压电感测模块，其特征在于，该作动工具为一铣削刀具，该第一电极及该第二电极用以计算该作动工具的一进给力(feedforce)与一横向力(transverseforce)。4.如权利要求3所述的压电感测模块，其特征在于，该进给力及该横向力由：计算而得，且其中Fx为该进给力、Fy为该横向力、θ为旋转角度、Cq为电容量、VA为该第一电极的量测电压、VB为该第二电极的量测电压、Ect为该作动工具的杨氏系数、D0为该作动工具直径、及为该第一电极及该第二电极的压电系数、L为该第一电极及该第二电极到一切割端的距离。5.如权利要求4所述的压电感测模块，其特征在于，该第一电极到该第六电极用以计算该作动工具的一切向力(tangentialforce)。6.如权利要求5所述的压电感测模块，其特征在于，该切向力由Ft＝Fxsin(θ)-Fycos(θ)计算而得，且：进给力横向力其中其中J为极惯性矩、G为刚性模数、ΔVC为该第三电极及该第四电极之间的电压差、ΔVD为该第五电极及该第六电极之间的电压差、EP为该压电感测薄膜的杨氏系数、Δl为该第三电极与第四电极之间及该第五电极与第六电极之间的距离、d13为压电系数、z为任一电极的长度。7.如权利要求2所述的压电感测模块，其特征在于，该作动工具为一气动扳手或一电动板手，该作动工具的一转矩由计算得到，其中J为极惯性矩、G为刚性模数、D0为该作动工具的直径、ΔV为该第三电极及该第四电极的电量差、Cq为电容量、d13为压电系数、EP为该压电感测薄膜的杨氏系数、Δl为该第三电极与第四电极之间的距离、z为任一电极的长度。8.如权利要求2所述的压电感测模块，其特征在于，该作动工具为一车削刀具，该第一电极及该第二电极用以计算该作动工具的一切向力及一进给力。9.如权利要求8所述的压电感测模块，其特征在于，该切向力及该进给力由：计算而得，其中Fy为该切向力、Fz为该进给力、Cq为电容量、VA为该第一电极的量测电压、VB为该第二电极的量测电压、Ect为该作动工具的杨氏系数、EP为该压电感测薄膜的杨氏系数、L为该第一电极及该第二电极到一切割端的距离、及为该第一电极及该第二电极的压电系数、z为电极的长度、w为电极的宽度、Hy及Hz为该作动工具的宽度及高度。10.一种压电感应模块检测的方法，用于一压电感测模块，其特征在于，该压电感测模块以设置于一工具机的一作动工具上，以计算该刀具单元的受力；该方法包括以下步骤：提供一压电感测薄膜；于该压电感测薄膜上至少设置包括一第一电极、一第二电极、一第三电极、一第四电极、一第五电极及一第六电极；以及贴附该压电感测薄膜于该刀具单元上，以使该第一电极及该第二电极之间、该第三电极及该第五电极之间与该第四电极及该第六电极之间于该作动工具上具有90度的夹角。11.如权利要求10所述的压电感应模块检测的方法，其特征在于，更包括以下的步骤：自该第一电极对该第三电极及该第四电极的方向进行极化；自该第五电极及该第六电极对该第二电极的方向进行极化；自该第五电极对该第三电极的方向进行极化；以及自该第六电极对该第四电极的方向进行极化。12.如权利要求11所述的压电感应模块检测的方法，其特征在于，该作动工具为一铣削刀具，该方法更包括利用该第一电极及该第二电极以计算该作动工具的一进给力与一横向力的步骤。13.如权利要求12所述的压电感应模块检测的方法，其特征在于，更包括以下的步骤：其中该进给力及该横向力由：计算而得，且其中Fx为该进给力、Fy为该横向力、θ为旋转角度、Cq为电容量、VA为该第一电极的量测电压、VB为该第二电极的量测电压、Ect为该作动工具的杨氏系数、D0为该作动工具直径、及为该第一电极及该第二电极的压电系数、L为该第一电极及该第二电极到一切割端的距离。14.如权利要求13所述的压电感应模块检测的方法，其中更包括利用该第一电极到该第六电极计算该作动工具的一切向力的步骤。15.如权利要求14所述的压电感应模块检测的方法，其特征在于，更包括以下的步骤：该切向力由Ft＝Fxsinθ-Fycosθ计算而得，且：进给力横向力其中其中J为极惯性矩、G为刚性模数、ΔVC为该第三电极及该第四电极之间的电压差、ΔVD...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁镛，林烜鹏，苏滔，陈新元，周元玉，
申请(专利权)人：中原大学，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71