DE4217067A1

DE4217067A1 - Test method for quality control and defect classification of electromagnetically actuated switching device - evaluating digitised acoustic signals associated with switching impact according to various criteria

Info

Publication number: DE4217067A1
Application number: DE19924217067
Authority: DE
Inventors: Ernst-Ludwig Dipl Phys Noe
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-05-22
Filing date: 1992-05-22
Publication date: 1993-11-25

Abstract

The test method involves vibration and/or acoustic analysis during a period in which the magnet armature is at rest. The acoustic signals caused by switching impact are detected and digitised. The digitised signals are evaluated in a computer according to different criteria. A contactless sensor may be used to detect sound in air or a sensor in contact with the switching device to detect the structure-borne sound. USE/ADVANTAGE - Esp. for switches or relays operated with AC voltages. More objective fault detection and esp. classification.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Prüfverfahren zur Qualitätskontrolle und zur Klassifikation von Fehlern in elektromagnetisch betätigten Schaltgeräten, insbesondere von mit Wechselspannung betriebenen Schützen oder Relais, bei denen durch Aktivierung eines Magnetankers Stromkon takte geschlossen werden, wobei die Prüfung mittels einer Vibrations- und/oder Schallanalyse während der Betätigung des Schaltgerätes erfolgt.The invention relates to a test method for Quality control and classification of errors in electromagnetically operated switching devices, in particular of contactors or relays operated with AC voltage, where by activating a magnet armature current con clocks are closed, the test using a Vibration and / or sound analysis during operation of the switching device.

Es wurde bereits vorgeschlagen, Funktionsprüfungen und die Qualitätskontrolle von Schaltgeräten mittels einer Schwingungsanalyse beim Schalten durchzuführen. Aus der JP-A-01-80876 ist ein Verfahren speziell zur Bestimmung der Kontaktkraft bekannt, bei dem die beim Kontakt- und Ankerschließen erzeugten Vibrationssignale ausgewertet werden. Weiterhin ist aus der SU-A-1 272 374 eine Anord nung zur Qualitätskontrolle bei gekapselten Reed-Kontakten bekannt, bei dem die Spule für die elektromagnetisch be tätigten Kontakte erregt und die beim Betätigen des Relais erzeugten Schwingungen im offenen und geschlossenen Zu stand des Relais erfaßt und ausgewertet werden. Damit ergibt sich bereits eine Verbesserung der Qualitätskon trolle im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren.It has already been suggested functional testing and the quality control of switchgear using a Perform vibration analysis when switching. From the JP-A-01-80876 is a method specially for determination the contact force known, in which the contact and Anchor closings generated vibration signals evaluated will. There is also an arrangement from SU-A-1 272 374 Quality control for encapsulated reed contacts known in which the coil for the electromagnetic be made contacts excited and that when the relay is actuated generated vibrations in the open and closed closed status of the relay can be detected and evaluated. In order to there is already an improvement in quality con trolls compared to conventional processes.

Speziell elektrische Schaltgeräte, die mit Wechselspannung betätigt werden, können unter anderem als charakteristi sche Fehler das sogenannte Brummen oder das sogenannte Schnarren aufweisen. Beide Fehler beeinträchtigen die Funktion und äußern sich als lästige Geräusche.Specially electrical switchgear with AC voltage can be operated as characteristics the so-called hum or the so-called Have a rattle. Both errors affect the Function and express themselves as annoying noises.

Mit den bekannten Verfahren konnten im Prinzip nur Fehler an sich erkannt, nicht aber diskriminiert werden. Eine derartige Fehlerdiskriminierung erfolgt bisher rein sub jektiv, wobei durch Abhören und/oder Fühlen der Versuch gemacht wird, periodische Anteile im Schall zu erkennen. Hierzu ist eine große Erfahrung notwendig.In principle, only known errors were possible with the known methods recognized as such, but not discriminated against. A Such error discrimination has so far been done purely sub jective, by listening and / or feeling the attempt is made to recognize periodic portions in the sound. This requires a great deal of experience.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, das Prüfverfahren der eingangs genannten Art im Sinne einer Objektivierung der Fehlererkennung und insbesondere Fehlerklassifizierung zu verbessern.The object of the invention is therefore the test method of type mentioned in the sense of an objectification of the Error detection and in particular error classification improve.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schallanalyse zur Fehlererkennung in dem Zeitintervall durchgeführt wird, in dem bei Gutteilen der magnetische Anker in Ruhe ist. Vorzugsweise wird dafür mittels eines Sensors der bei Betätigung des Schaltgerätes abgegebene Schall erfaßt sowie digitalisiert und die digitalisierten Daten in einem Rechner hinsichtlich unterschiedlicher Kriterien ausgewertet. Insbesondere durch die Digitalisie rung der Schallsignale lassen sich spezifische Auswerte methoden anwenden und speziell zur Fehlerdiskriminierung heranziehen.The object is achieved in that the Sound analysis for error detection in the time interval is carried out in which the magnetic Anchor is at rest. For this purpose, a Sensor the given when the switching device is actuated Sound recorded and digitized and the digitized Data in one computer regarding different Criteria evaluated. In particular through digitization The sound signals can be evaluated specifically apply methods and specifically for error discrimination draw in.

Bei der Erfindung wird vorzugsweise mittels eines berüh rungslos angebrachten Sensors der Luftschall erfaßt. Durch Digitalauswertung läßt sich in einfacher Form aus derarti gen Schallsignalen die sogenannte Cepstrum-Funktion be rechnen, die zum Erkennen des "Brummens" im Schaltgerät herangezogen wird. Das "Schnarren" im Schaltgerät läßt sich dagegen ebenfalls im Rahmen einer Digitalauswertung aus dem Effektivwert der Signalamplitude ableiten. Für beide Methoden werden die errechneten Werte mit vorgegebe nen Sollwerten verglichen und daraus Aussagen über die Qualität bzw. Art der Fehler im Schaltgerät abgeleitet.In the invention is preferably by means of a touch sensor attached to the airborne sound. By Digital evaluation can be done in a simple form from suchi against sound signals the so-called cepstrum function calculate to detect the "hum" in the switching device is used. The "buzzing" in the switchgear leaves on the other hand also within the scope of a digital evaluation derive from the RMS value of the signal amplitude. For Both methods are given with the calculated values nominal values and from this statements about the Quality or type of errors in the switchgear derived.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh rungsbeispiels, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigenFurther details and advantages of the invention emerge from the following description of an execution Example, with reference to the drawing becomes. Show it

Fig. 1 ein sogenanntes Sonagramm für wechselstrombetätigte Schütze guter und schlechter Qualität, FIG. 1 is a so-called sonogram for AC operated contactors good and bad quality,

Fig. 2 die aus dem ersten Teil der Fig. 1 abgeleitete Cepstrum-Funktion für ein Schütz guter Qualität und Fig. 2 shows the cepstrum function derived from the first part of Fig. 1 for a contactor of good quality and

Fig. 3 die aus dem zweiten Teil von Fig. 1 abgeleitete Cepstrum-Funktion für ein Schütz schlechter Quali tät. Fig. 3 is the cepstrum function derived from the second part of Fig. 1 for a contactor of poor quality.

Im Rahmen einer integrierten Produktion von Schützen und/oder Relais sind Prüfstationen zur Überprüfung einzelner Komponenten und Funktionseigenschaften notwendig. Inner halb einer Prüfstation wird der von dem durch das Relais oder das Schütz realisierten Prüfling abgestrahlte Luft schall, der sich bei Betätigung der Kontakte und/oder des Magnetankers ergibt, berührungslos mit einem Mikrophon erfaßt. Alternativ ist auch die Erfassung von Körperschall mit einem Schwingungsaufnehmer als berührenden Sensor mög lich.As part of an integrated production of shooters and / or Relays are test stations for checking individual ones Components and functional properties necessary. Inner Half of a test station is the one by the relay or the contactor realized test piece emitted air sound that when the contacts and / or the Magnetic armature results, contactless with a microphone detected. An alternative is the detection of structure-borne noise possible with a vibration sensor as a touching sensor Lich.

Die erfaßten Signale werden zwecks Auswertung in einem Rechner (PC) mittels eines A/D-Wandlers digitalisiert und temporär gespeichert. Im Rechner wird derjenige Signalaus schnitt ausgewertet, in dem bei "guten Prüflingen" der Anker schon zur Ruhe gekommen ist und demzufolge kein Schall abgestrahlt wird.The detected signals are used in one for evaluation Computer (PC) digitized using an A / D converter and saved temporarily. In the computer that signal is switched off cut evaluated, in the case of "good test objects" the Anker has already come to rest and therefore none Sound is emitted.

Die Sonagramm-Darstellung gemäß Fig. 1 beinhaltet jeweils für einzelne Schalterbetätigungen die FFT-Spektren (fast fourier transformation) als Funktion der Zeit. Es sind drei Schaltvorgänge 11 bis 13 für ein Schütz guter Quali tät und drei Schaltvorgänge 17 bis 19 für ein Schütz schlechter Qualität dargestellt, wobei jeweils der Ein schaltvorgang mit E und der Ausschaltvorgang mit A be zeichnet ist.The spectrogram representation of FIG. 1 includes each individual switch operations, the FFT spectra (fast fourier transformation) as a function of time. There are three switching operations 11 to 13 for a contactor of good quality and three switching operations 17 to 19 for a contactor of poor quality, each of which is marked with a switch-on process with E and the switch-off process with A be.

Bei der Sonagramm-Darstellung wird im allgemeinen die Intensität des bei den unterschiedlichen Fourier-Frequen zen auftretenden Schalls durch unterschiedliche Farben wiedergegeben, die als Amplituden senkrecht zur Papier ebene vorstellbar sind. Letzteres ist aber bei vorlie gender Auswertung nicht von Bedeutung. Wichtig ist viel mehr, daß bei einem Schaltintervall von etwa einer halben Sekunde bei Gutteilen nach etwa 200 ms kein Schall mehr auftritt. Speziell dieses Zeitintervall wird nunmehr aus gewertet, wobei die Auswerteintervalle 2 und 3 gemäß Fig. 2 und 3 jeweils eine Periodendauer von 20 ms haben.In the sonagram representation, the intensity of the sound occurring at the different Fourier frequencies is generally represented by different colors which can be imagined as amplitudes perpendicular to the plane of the paper. However, the latter is not important in the case of existing evaluation. It is much more important that after a switching interval of about half a second no sound occurs after about 200 ms for good parts. This time interval in particular is now evaluated, the evaluation intervals 2 and 3 according to FIGS. 2 and 3 each having a period of 20 ms.

Wenn in dem Zeitintervall, in dem bei Gutteilen kein Si gnalspektrum vorhanden ist, Signale auftreten, können diese entweder dem Brummen, bei dem ein periodisches Spek trum vorliegt, oder dem Schnarren, bei dem ein nicht periodisches Spektrum vorliegt, zugeordnet werden. Mit einer digitalen Signalauswertung kann letzteres in einfa cher Weise erkannt werden.If in the time interval in which no Si signal spectrum is present, signals can occur this either the hum, where a periodic spec strum, or the buzzing, where a not periodic spectrum is available. With a digital signal evaluation can simplify the latter be recognized.

Zur Erkennung des Brummens wird aus der Zeitreihe des digitalisierten Schallsignals die Cepstrum-Funktion ge bildet. Das Cepstrum ergibt sich aus der inversen Fouriertransformierten des logarithmierten Leistungsspek trums. Der Zahlenwert, der bei der Periodendauer der Netz frequenz liegt, ist ein Maß für die Stärke des Brummens. Die Cepstrum-Funktion ist in den Fig. 2 und 3 mit 20 und 30 angegeben. Bei Gutteilen entsprechend Fig. 2 liegt die Cepstrum-Funktion 20 in der Streubreite der jeweils benachbarten Werte. Bei brummenden Schützen liegt dagegen die Cepstrum-Funktion 30 gemäß Fig. 3 deutlich über der Streubreite der benachbarten Werte. Der Vergleich der Maximalwerte der Kurven 20 bzw. 30 mit einem vorgegebenen Grenzwert, beispielsweise den Schwellen 25 bzw. 35 in Fig. 2 und Fig. 3, liefert die Aussage, ob ein fehlerhaftes Schütz mit brummender Charakteristik vorliegt.To detect the hum, the cepstrum function is formed from the time series of the digitized sound signal. The cepstrum results from the inverse Fourier transform of the logarithmic power spectrum. The numerical value, which is the period of the network frequency, is a measure of the strength of the hum. The cepstrum function is indicated in FIGS. 2 and 3 with 20 and 30. In the case of good parts according to FIG. 2, the cepstrum function 20 lies in the spread of the neighboring values. In the case of buzzing shooters, on the other hand, the cepstrum function 30 according to FIG. 3 is clearly above the spread of the neighboring values. The comparison of the maximum values of the curves 20 and 30 with a predetermined limit, for example, the sleepers 25 and 35 in Fig. 2 and Fig. 3, provides the information whether a faulty contactor is present with humming characteristic.

Das sogenannte Schnarren kann mit letzterer Auswertung nicht erkannt werden. Das Schnarren wird durch das mehr fache Aufschlagen des Ankers auf den Magnetkern verur sacht und es äußert sich in einer starken Erhöhung der Signalamplitude, beispielsweise um das 10fache. Dieser Fehler kann daher bereits allein durch die Berechnung des Effektivwertes der Signalamplitude mit anschließendem Grenzwertvergleich erkannt werden.The so-called snarling can with the latter evaluation cannot be recognized. The buzzing becomes more cause the armature to strike the magnetic core gently and it manifests itself in a sharp increase in Signal amplitude, for example 10 times. This Errors can therefore be calculated simply by calculating the RMS values of the signal amplitude followed by Limit comparison can be recognized.

Während also bei der Funktionsprüfung von mit Wechselspan nung betätigten Schützen oder Relais das Schnarren des Magnetankers als Fehler sich durch die hohe Schallintensi tät äußert, kann letztere beim Brummen des Magnetankers gering sein. Dadurch ist dieser Fehler mit herkömmlichen Methoden nicht ohne weiteres erkennbar. Hier eröffnet die Cepstrumauswertung, die bisher zur Sprachanalyse einge setzt wurde, eine verbesserte Fehlerdiskriminierung. So while in the functional test of with alternating chip operated snipers or relays Magnet armature as an error due to the high sound intensity expresses the latter when the magnet armature hum be small. This makes this mistake with conventional ones Methods not easily recognizable. Here opens the Cepstrum evaluation, previously used for speech analysis improved error discrimination.

Das beschriebene Prüfverfahren kommt mit einem üblicher weise in der Prüfstation bereits vorhandenen PC aus. Das Verfahren kann insbesondere innerhalb einer normalen Mon tagelinie eingesetzt werden, da es unempfindlich gegen Störschall ist. Die Prüfung kann im Takt der Fertigungs linie erfolgen. Gleichzeitig mit der beschriebenen akusti schen Prüfung können weitere elektrische oder mechanische Prüfungen durchgeführt werden.The test procedure described comes with a common one identify existing PC in the test station. The The procedure can be carried out within a normal month can be used as it is insensitive to Is noise. The test can be carried out in time with the manufacturing process line. Simultaneously with the described acousti other electrical or mechanical tests Tests are carried out.

Langzeiterprobungen haben gezeigt, daß das beschriebene Verfahren konsistente Ergebnisse liefert.Long-term trials have shown that the described Procedure provides consistent results.

Claims

1.Test procedure for quality control and for classi fication of faults in electromagnetically operated switchgear, in particular in the case of contactors or relays operated with alternating voltage, in which current contacts are closed by activating a magnetic armature, with a test using a vibration and / or sound analysis the switching device is actuated, characterized in that the sound analysis is carried out in the time range in which the magnetic armature is at rest in the case of good parts.

2. The method according to claim 1, characterized ge indicates that by means of a sensor sound emitted when the switching device is actuated as well as being digitized and that the digitized data in one computer with regard to different criteria be evaluated.

3. The method according to claim 2, characterized ge indicates that by means of a touch detached sensor the airborne sound is detected.

4. The method according to claim 2, characterized ge indicates that by means of a switching device-touching sensor the structure-borne noise is detected.

5. The method according to claim 2, characterized ge indicates that to recognize so-called tem hum in the switchgear from the detected sound signals the so-called cepstrum function is calculated.

6. The method according to claim 2, characterized ge indicates that to recognize so-called buzzing in the switchgear from the sound signals of the Effective value of the signal amplitude is calculated.

7. The method according to claim 6 or claim 7, because characterized by that he calculated values are compared with specified target values and statements about the quality or the type the fault in the switchgear can be derived.