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DC 欄位 | 值 | 語言 |
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dc.contributor.advisor | 馬劍清 | |
dc.contributor.author | Tung-Jen Hsu | en |
dc.contributor.author | 許詠荏 | zh_TW |
dc.date.accessioned | 2021-06-15T13:00:41Z | - |
dc.date.available | 2016-07-25 | |
dc.date.copyright | 2016-07-25 | |
dc.date.issued | 2016 | |
dc.date.submitted | 2016-07-11 | |
dc.identifier.citation | [1] Hill, K. O., Fujii, Y., Johnson, D. C., & Kawasaki, B. S. (1978). Photosensitivity in optical fiber waveguides: Application to reflection filter fabrication. Applied Physics Letters, vol. 32, 647-649.
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dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/50826 | - |
dc.description.abstract | 近年來以布拉格光纖光柵(Fiber Bragg Grating, FBG)作為感測器之研究領域 快速發展,因其具有徑細質輕、高靈敏度以及不受電磁波干擾等優勢,且應用範圍 極為廣泛,若搭配能量調變法可進行動態訊號之量測、搭配分波多工器可進行多點 量測,亦可搭配波長調解器與共振波長飄移理論做定量之量測,許多學者皆致力於 相關領域之研究。而本實驗室過去投入許多精力於光纖光柵相關量測技術之研究 與開發,而本文將應用實驗室已開發完成之光纖光柵量測技術量測高速內藏式主 軸以及超精密平面磨床之轉速,溫升以及熱應變,將光纖光柵感測器應用於實際工 業界相關問題之量測。
本論文主要利用光纖光柵靈敏且精密的感測能力,量測高速內藏式主軸與高 精度磨床之切削與磨削訊號。高速內藏式主軸運轉時振動小且加工精度高,但因排 熱不易,易造成熱變形而影響加工精度,因此量測溫度訊號也極為重要。本文使用 光纖光柵感測系統對運轉中之高速內藏式主軸進行量測,文中提出將裸光纖與套 管光纖黏貼在主軸表面,透過共振波長飄移理論計算將溫度及熱變形訊號解耦合, 直接獲得高速主軸在運轉過程中的溫升及熱變形歷程,最後透過頻域分析量測主 軸轉速,以監測長時間主軸作動訊號、加工過程及健康狀態。而光纖光柵徑細質輕, 將其埋入在主軸內部監測主軸做動狀況,並分別對主軸之內部以及外部進行量測。 最後則針對高速內藏式主軸的特性,利用超光二極體 (Superluminescentdiode,SLD) 當寬頻光源客制化設計出一價格低廉、體積小之光路及量測系統,進行不同轉速作 動之測試並配合埋入主軸內部之光纖進行量測,以達到將光纖光柵感測器埋於主 軸內部並長期監測主軸內部溫升及熱變形之目的。另外,針對實際磨削中之高精度 磨床進行量測,詳細分析真實磨削中的主軸與加工工件之振動,溫升及熱變形。最 後則同時使用套管光纖、裸光纖以及熱電耦,詳細了解磨削訊號的型態與變化,以 達到監測工具機運轉及磨削的目的。 | zh_TW |
dc.description.abstract | Recently, the optical fiber sensors, especially the fiber Bragg grating (FBG) sensors, have been rapidly developed due to the advantages such as excellent mechanical properties, thin geometries, high sensitivity and electromagnetics immunity. It can be applied to static analysis by demodulating the FBG central wavelength or dynamic measurement by power modulated system, and both of them can measure multiple points in the same time with wavelength division multiplexer. FBG sensors measuring systems were developed in our laboratory and this thesis is going to use these techniques to measure industrial machine tools.
The main object of this research is focused on the application of FBG on measuring signals of built-in high-speed spindle and high-presicion surface grinding machine. In the beginning, we used FBG to measure the surface of the spindle, to analyze its vibration signal, and obtained its rotating speed by frequency domain. Then, we tried different methods, such as using thermal grease and Teflon tube, in order to ensure that FBG only measured temperature changes. Further, we used a nude FBG and a tube FBG to measure the spindle simultaneously and developed a method to decouple the signals of vibration, temperature change and thermal deformation. Also, we embedded FBG inside the spindle since the diameter of the fiber grating is small, so that we can use FBG to monitor the inside message of the spindle. In addition, we designed a customized system by using SLD broadband light source, light coupler and CWDM for the spindle measurement to make the FBG measuring system become a commercial product with low price and small size. We also measured the high-presicion surface grinding machine, including including the circumstances in which the spindle was not cutting, and in which the spindle is cutting the workpiece. By measuring the dynamic signals of spindle and the workpiece, we obtained complete information about patterns and changes in cutting period, also achieve he purpose of monitoring the operation of the machine tool and cutting. | en |
dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2021-06-15T13:00:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ntu-105-R03522513-1.pdf: 34417907 bytes, checksum: e772a9a7bf3d700b89e6f02e0a560597 (MD5) Previous issue date: 2016 | en |
dc.description.tableofcontents | 目錄 V
表目錄 IX 圖目錄 XI 第一章 緒論 1 1.1. 研究動機 1 1.2. 文獻回顧 3 1.2.1 光纖光柵參考文獻 3 1.3. 論文內容簡介 6 第二章 光纖光柵基本理論與製作方法 9 2.1. 基本光纖光學 9 2.2. 光纖光柵基本原理 12 2.3. 光彈效應與熱光效應 13 2.3.1 光彈效應 13 2.3.2 熱光效應 16 2.4. 共振波長飄移理論 16 2.4.1 共振波長飄移原理 16 2.4.2 承受平面應力 18 2.4.3 承受單軸向應力 19 2.4.4 承受溫度影響 20 2.5. 光纖光柵之種類 21 2.5.1 短週期光纖光柵(Short Period Fiber Grating) 21 2.5.2 長週期光纖光柵(Long Period Fiber Grating) 22 2.5.3 本文所使用的光纖光柵 22 2.6. 光纖光柵之製作方法 23 2.6.1 光纖光感性 23 2.6.2 內部寫入法 23 2.6.3 橫向全像法 24 2.6.4 相位光罩法 24 第三章 實驗量測系統與儀器設備 33 3.1. 光纖光柵量測系統 33 3.1.1 光纖光柵搭配光譜分析儀量測系統 33 3.1.2 能量調變型光纖光柵動態量測系統 33 3.1.3 光纖光柵配合波長解調器(I-MON 256 USB)量測系統 35 3.1.4 多段布拉格光纖光柵量測系統 36 3.1.5 針對高速內藏式主軸所設計之光纖光柵量測系統 38 3.2. 配合光纖光柵量測系統之相關儀器 39 3.2.1 寬頻光源(適用於能量調變法) 39 3.2.2 ASE可調式光源(配合I-MON專用) 39 3.2.3 超光二極體光源 39 3.2.4 濾波器 40 3.2.5 光隔離器與光循環器 40 3.2.6 光電二極體(光電轉換器) 40 3.2.7 光譜分析儀 40 3.2.8 波長解調器(I-MON 256 USB) 41 3.2.9 光耦合器 42 第四章 高速內藏式主軸動態與變形量測方法與實驗架構 57 4.1. 高速內藏式主軸 57 4.1.1 原理及特性 57 4.1.2 主軸與控制器規格 58 4.2. 高速主軸置物平台之量測 58 4.2.1 應力波波速與材料參數量測 58 4.2.2 平台共振頻率量測 59 4.2.3 平台與主軸之共振頻率量測 60 4.3. 主軸之振動量測 62 4.3.1 短時間之振動訊號與頻率量測 (能量調變法) 62 4.3.2 主軸即時轉速量測(I-MON) 63 4.3.3 短時間之振動訊號與頻率量測 (I-MON) 64 4.4. 主軸溫度與熱變形量測 65 4.4.1 以光纖光柵與熱電偶量測主軸 66 4.4.2 以散熱膏黏貼光纖光柵之量測燒杯水溫變化 67 4.4.3 以不銹鋼套管包覆光纖光柵之量測燒杯水溫變化 68 4.4.4 以裸光纖與不銹鋼套管光纖量測主軸訊號 70 4.4.5 量測主軸且檢驗套管光纖之振動訊號 71 4.4.6 主軸之熱變形量測 72 4.5. 高速內藏式主軸動態與變形量測分析小結 73 第五章 高速內藏式主軸之動態溫升與變形量測 129 5.1. 高速內藏式主軸外部之量測與分析 129 5.1.1 主軸以不同轉速作動之量測 129 5.1.2 短時間內不同轉速之量測 132 5.2. 高速內藏式主軸內部之量測與分析 133 5.2.1 主軸掀蓋並以不同轉速作動之長時間量測與分析 133 5.2.2 高速內藏式主軸封裝後內部之量測與分析 136 5.3. 針對主軸之SLD作為光源光纖光柵量測系統 138 5.3.1 SLD光纖光柵量測系統之開發、架設與測試 139 5.3.2 SLD系統之多點量測與主軸外部不同轉速之量測 142 5.3.3 主軸內部不同轉速之量測 144 5.4. 小結 145 第六章 超精密平面磨床及試件磨削加工之訊號量測 221 6.1. 主軸空轉時之量測 221 6.1.1 實驗架設 221 6.1.2 實驗結果 222 6.2. 加工塊材之特性量測 224 6.3. 磨床加工不銹鋼塊材之量測第一部份 224 6.3.1 實驗架設 225 6.3.2 實驗結果 225 6.4. 磨床加工不銹鋼塊材之量測第二部份 229 6.4.1 實驗架設 229 6.4.2 實驗結果 229 第七章 結論與未來展望 283 7.1. 結論 283 7.2. 未來展望 284 參考文獻 287 | |
dc.language.iso | zh-TW | |
dc.title | 布拉格光纖光柵感測器於高速內藏式主軸及超精密平面磨床動態特性、溫升及變形之精密量測 | zh_TW |
dc.title | Application of Fiber Bragg Grating Sensors to Measuring the Dynamic Characteristics of Built-in High-speed Spindle and Precision Surface Grinding Machine | en |
dc.type | Thesis | |
dc.date.schoolyear | 104-2 | |
dc.description.degree | 碩士 | |
dc.contributor.oralexamcommittee | 廖運炫,楊哲化,陳亮嘉,李貫銘 | |
dc.subject.keyword | 布拉格光纖光柵,感測器,應變,溫度,熱變形,工具機,高速內藏式 主軸,超精密平面磨床,超光二極體光源, | zh_TW |
dc.subject.keyword | Fiber Bragg Grating,strain,temperature,thermal deformation,sensor,built- in high-speed spindle,high-presicion surface grinding machine, | en |
dc.relation.page | 290 | |
dc.identifier.doi | 10.6342/NTU201600826 | |
dc.rights.note | 有償授權 | |
dc.date.accepted | 2016-07-12 | |
dc.contributor.author-college | 工學院 | zh_TW |
dc.contributor.author-dept | 機械工程學研究所 | zh_TW |
顯示於系所單位: | 機械工程學系 |
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