CN101322084B - 用于确定机器元件维护间隔期的方法和控制装置 - Google Patents

用于确定机器元件维护间隔期的方法和控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于确定机器的机器元件(6)的维护间隔期(T)的方法，所述方法包括下列处理步骤：借助用于待分析的制造过程的过程量(a，r)和位置量(x)来确定所述机器元件(6)的位置相关负荷曲线(BK)；对每个待分析的制造过程的负荷曲线(BK)都进行存储；将存储负荷曲线(BK)相加来确定总和曲线(SK)；以及根据预定极限量(GK)与总和曲线(SK)之间的间距(A)确定所述机器元件(6)的维护间隔期(T)。此外，本发明还涉及一种用于所述机器的相应控制装置(12)。通过本发明可确定机器的机器元件(6)的维护间隔期(T)。

Description

用于确定机器元件维护间隔期的方法和控制装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定机器的机器元件的维护间隔期的方法。此外，本发明还涉及一种用于所述机器的相应控制装置。
背景技术
目前，大多根据固定的维护计划对机器(例如机床、专用机床和/或机器人)进行维护，因为一般情况下都是根据经验对机器的待维护机器元件的使用寿命进行估算。维护计划对具体机器元件的具体工作时间(工作小时数)予以确定。机器的单个机器元件在加工过程中实际受到的负荷并不被考虑在内，因为以目前的技术根本无法或者只能对其进行不够充分的分析。有时候，固定的维护计划可能会使机器元件得到过早的翻新，或者出现维护间隔期过短的情况。
根据固定的维护计划所进行的维护一般不会对机器元件的负荷进行位置相关检测及分析。但很多机器元件的磨损正是与位置有关。举例而言，工件夹持装置通常是由旋转式丝杠(例如滚珠丝杠)传动。在制造过程中，由工件夹持工具带动的待加工工件通常总是在相同位置上或确定的工作空间内往复运动，从而导致这个位置周围区域内的丝杠螺旋磨损特别厉害，而丝杠的其他区域则几乎不受磨损。如果像批量生产中所常见的那样以极高的频率加工相同的工件，即总是重复同一个制造过程，当丝杠的其他部位还崭新如初时，相关位置周围区域内的丝杠部分就已经受到了很大程度的磨损。
EP 1 136 201 B1中公开过一种用于通知机器操作员实施预防性维护的装置和方法。
EP 1 153 706 B1中公开过一种机床，这种机床具有用于检测寿命末期的构件。
发明内容
本发明的目的是对机器的机器元件的维护间隔期进行确定。
这个目的通过一种用于确定机器的机器元件的维护间隔期的方法而达成，所述方法包括下列处理步骤：
-借助用于待分析的制造过程的过程量和位置量来确定机器元件的位置相关负荷曲线，
-对每个待分析的制造过程的负荷曲线都进行存储，
-将存储负荷曲线相加来确定总和曲线，以及
-根据预定极限量与总和曲线之间的间距确定机器元件的维护间隔期，其中，所述间距为极限量与总和曲线的最大值的差值。
此外，上述目的还通过一种用于机器的控制装置而达成，所述控制装置具有：
-用于确定机器元件的位置相关负荷曲线的构件，所述构件借助用于待分析的制造过程的过程量和位置量来确定机器元件的位置相关负荷曲线，
-用于存储每个待分析的制造过程的负荷曲线的存储器，
-用于确定总和曲线的构件，所述构件通过将存储负荷曲线相加来确定总和曲线，以及
-用于确定机器元件的维护间隔期的构件，所述构件根据预定极限量与总和曲线之间的间距确定机器元件的维护间隔期，其中，所述间距为极限量与总和曲线的最大值的差值。
所述方法的有利建构方案类似于所述控制装置的有利建构方案，反之亦然。
事实证明，根据预定极限量与总和曲线之间的间距确定机器元件的维护间隔期是有利的，其方法是确定在总和曲线超过极限量之前，还能在总和曲线上加多少次最后存储的负荷曲线。在未来还需多次重复实施最后一个制造过程的情况下，借此可特别精确地确定机器元件的维护间隔期。
事实证明，根据预定极限量与总和曲线之间的间距确定机器元件的维护间隔期是有利的，其方法是确定在总和曲线超过极限量之前，还能在总和曲线上加多少次负荷平均曲线，通过求多个存储负荷曲线的平均曲线可确定所述负荷平均曲线。通过这种分析方法可以平均负荷为前提来确定机器元件的维护间隔期。当需要在机器上实施不同的制造过程(通常而言，即在机器上生产不同的零件)时，这种分析方法特别有利。
事实证明，在总和曲线超过极限量时产生报警信号，是有利的。这个报警信号可提醒使用者，机器元件需要进行维护。
事实证明，借助多个过程量和/或多个位置量来确定机器元件的位置相关负荷曲线，是有利的。在存在有多个机器元件的情况下，机器元件会同时受到多个过程量所产生的负荷，也就是说，机器元件的磨损和磨损分布会受到多个过程量的影响。通过这一措施可特别有效地确定维护间隔期。
事实证明，如果过程量以速度、加速度、加速度率、力、转矩或温度的形式存在，是有利的。速度、加速度、加速度率、力、转矩、温度是决定磨损程度的主要过程量。
事实证明，将所述机器建构为机床、专用机床和/或机器人是有利的，因为这些机器的机器元件维护成本很高，也可复杂。当然，本发明也适用于其他任何类型的机器。
事实证明，将(例如)闪存卡、磁盘或CD形式的计算机程序产品用于本发明的控制装置，是有利的，其中，所述计算机程序产品包含有代码段，通过这些代码段可实施本发明的方法。
附图说明
下面对附图所示的本发明的实施例进行详细说明，其中：
图1为机器的驱动装置；
图2为机器的控制装置；
图3为负荷曲线；以及
图4为总和曲线和极限量。
具体实施方式
图1显示的是(例如)机床的普通驱动装置的示意图。其中，在本实施例范围内形式为丝杠6的机器元件在电动机5的驱动下发生转动。通过丝杠6的转动可使工件夹持装置7沿双向箭头9所示的方向做往复运动。工件夹持装置7中夹持有工件8，由电动机11驱动的旋转式铣刀10对工件8进行加工。
用于说明工件夹持装置7沿丝杠6所处位置的位置量在本实施例范围内以位置x的形式出现，由测量装置加以确定，为清楚起见，附图并未对所述测量装置进行图示。
在制造过程中，工件夹持装置7特别频繁地在用S标示的沿丝杠6区域内移动，因此，这个区域内的磨损程度特别大，当每加工一个新的待加工工件都需要实施相同的制造过程时，情况尤甚。
此处需要指出的是，在本发明范围内，“制造过程”既指单个加工过程，例如铣削范围内的单个加工过程，也指较为复杂的生产领域内的整个制造过程，即用于控制机器的工件生产程序的完整运行。
图2显示的是控制装置12的示意图，控制装置12的形式例如是用于控制机器的数控装置，其中，为清楚起见，附图仅对说明本发明所需的控制装置元件进行了图示。
控制装置12具有用于确定机器元件的位置相关负荷曲线BK的构件，所述构件借助用于待分析的制造过程的过程量和位置量来确定机器元件的位置相关负荷曲线BK，其中，所述构件在本实施例范围内建构为负荷曲线计算单元1。在本实施例范围内，图1所示的工件夹持装置7的加速度率r和加速度a这两个过程量以及工件夹持装置7的位置x被传输给负荷曲线计算单元1。根据时间和位置x进行两次推导，可确定加速度a，根据时间和位置x进行三次推导，可确定加速度率r。作为替代方案，也可通过图1用虚线表示的加速度传感器13对(例如)加速度a进行检测。如上文所述，负荷曲线计算单元1借助用于待分析的制造过程的这两个过程量加速度a和加速度率r以及位置x确定位置相关负荷曲线GK。
图3显示的是负荷曲线BK的示例。此处涉及的是位置相关负荷曲线，即所述负荷曲线的横坐标是位置x。在本实施例范围内，为了确定位置相关负荷曲线BK，需要在制造过程中就工件夹持装置7的每个测得位置将在这个位置上测得的最大加速度amax与在这个位置上测得的最大加速度率rmax相加，从而确定以位置x为横坐标的位置相关负荷曲线BK。作为替代方案，也可将在所述位置上测得的加速度a与在所述位置上测得的加速度率r相加，从而确定以位置x为横坐标的位置相关负荷曲线BK。图3显示的是在图1所示的位置x1上确定负荷曲线BK的值BK1的方法。当然也可通过单独一个过程量或远多于一个的过程量来确定负荷曲线BK，其中，当加速度在磨损方面对相关机器元件的影响特别大，而运动过程中所产生的加速度率在磨损方面对相关机器元件的影响相对较小时，也可在将这些过程量相加之前为各过程量加权。此外，当负荷曲线与多个位置量相关，而这些位置量描述的是不同方向(X方向、Y方向、Z方向)上的位置时，负荷曲线也可以是多维的。在此情况下，负荷曲线也可以平面、三维体或三维以上的多维体形式存在。
进行上文所述的加权时，还可将相应的过程量在相关位置上对机器元件产生影响的时间作为考虑因素。
随后将每个待分析的制造过程的以上述方式确定的位置相关负荷曲线BK都存储在存储器2中(参见图2)，每个待分析的制造过程指的是确定机器元件维护间隔期所需用到的每个制造过程。因此，实施所述方法时并非须将所有制造过程都考虑在内。
在此之后，借助用于确定总和曲线SK的构件，通过将存储在存储器2中的负荷曲线BK相加来确定总和曲线BK。在本实施例范围内，用于确定总和曲线SK的构件建构为如图2所示的加法单元3。当待观测机器元件被更换成新的机器元件时，加法单元3复位，即总和曲线的值归零，此时就会产生如图4所示的总和曲线SK。
随后将以上述方式确定的总和曲线SK作为输入值传输给用于确定机器元件维护间隔期T的构件，所述构件在本实施例范围内建构为分析单元4(参见图2)。分析单元4根据预定极限量GK与总和曲线SK之间的间距A确定机器元件的维护间隔期T，所述机器元件即本实施例中的丝杠6。图4对间距A、总和曲线SK和极限量GK进行了图示。在本实施例范围内，极限量GK建构为不受位置影响的恒定极限值。极限量GK也可建构为位置相关极限曲线。在本实施例范围内，极限量GK与总和曲线SK的最大值P的差值即是间距A。
存在有多种用于确定间隔期T的分析方法，其中，这些分析方法既可在分析单元4中交替实施，也可在分析单元4中并行实施。
一方面可根据预定极限量GK与总和曲线SK之间的间距A确定机器元件的维护间隔期T，其方法是确定在总和曲线SK超过极限量GK之前，还能在总和曲线SK上加多少次最后存储的负荷曲线。借助以上述方式确定的、在总和曲线SK超过极限量GK之前还能实施的待分析的制造过程的数量N，通过获知每个待分析的制造过程的持续时间D(例如根据执行生产程序所需的持续时间)，可简单地通过将这两个值相乘来确定极限量GK被超过的间隔期T(即在最简单的情况下，如果所有待实施制造过程的持续时间D都相同，则T＝N*D)，当极限量GK被超过时，就需要对机器元件进行必要的维护。其中，针对相应的待观测机器元件确定极限量GK。
另一种分析方法是根据预定量与总和曲线之间的间距确定机器元件6的维护间隔期T，其方法是确定在总和曲线超过极限量之前，还能在总和曲线上加多少次负荷平均曲线，通过求多个存储负荷曲线BK的平均曲线可确定所述负荷平均曲线。如果需要在一台机器上实施不同的制造过程来生产不同的工件，并且各制造过程会使待观测机器元件受到不同程度的负荷，就特别适合使用这种分析方法。分析单元4在待实施制造过程的平均持续时间D′的基础上为使用者输出机器元件的维护间隔期T。举例而言，通过求不同制造过程的多个存储持续时间D的平均值，可得出平均持续时间D′。
此外，当总和曲线超过极限量，需要立即对机器元件进行维护时，分析单元4还会发出报警信号W。
此处还需指出的是，例如可以速度、加速度、加速度率、力、转矩、温度或其他任意类型的值等形式存在的过程量或者在控制装置内进行确定，或者通过传感机构对其进行检测。
其中，不仅可像本实施例那样在控制装置12内实现分析过程，还可通过外部计算机读取存储在存储器2中的负荷曲线，并在外部计算机上实施分析过程来确定机器元件的维护间隔期T。
除间隔期T外，还可输出产生最大负荷(即总和曲线达到其最大值P)的位置p1。据此，使用者可将尚未实施的制造过程转移到丝杠6上的其他位置，从而延长机器元件(即丝杠6)的维护间隔期T，以及使丝杠受到的磨损均匀地分布在丝杠的整个长度范围内。其中，制造过程的转移也可由机器自动实施。
此处需要指出的是，“位置相关”这一概念不仅指线性方向，也指旋转方向。就这一点而言，负荷曲线的位置也可与(例如)齿轮或旋转电动机的旋转角有关。

Claims (8)

1.一种用于确定机器的机器元件(6)的维护间隔期(T)的方法，所述方法包括下列处理步骤：
借助用于待分析的制造过程的过程量(a，r)和位置量(x)来确定所述机器元件(6)的位置相关负荷曲线(BK)，
对每个待分析的制造过程的负荷曲线(BK)都进行存储，
将存储的负荷曲线(BK)相加来确定总和曲线(SK)，以及
根据预定极限量(GK)与总和曲线(SK)之间的间距(A)确定所述机器元件(6)的维护间隔期(T)，
其中，所述间距(A)为极限量(GK)与总和曲线(SK)的最大值(P)的差值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
根据预定极限量(GK)与所述总和曲线(SK)之间的间距(A)确定所述机器元件的维护间隔期(T)，其方法是确定在所述总和曲线(SK)超过所述极限量(GK)之前，还能在所述总和曲线(SK)上加多少次最后存储的负荷曲线。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
根据预定极限量(GK)与所述总和曲线(SK)之间的间距(A)确定所述机器元件(6)的维护间隔期(T)，其方法是确定在所述总和曲线(SK)超过所述极限量(GK)之前，还能在所述总和曲线(SK)上加多少次负荷平均曲线，通过求多个存储负荷曲线的平均曲线可确定所述负荷平均曲线。
4.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，
当所述总和曲线(SK)超过所述极限量(GK)时，产生报警信号(W)。
5.根据上述权利要求1到3中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，
借助多个过程量和/或多个位置量来确定所述机器元件的位置相关负荷曲线(BK)。
6.根据上述权利要求1到3中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，
所述过程量以速度、加速度、加速度率、力、转矩或温度的形式存在。
7.根据上述权利要求1到3中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，
所述机器建构为机床和/或机器人。
8.一种用于机器的控制装置，其中，所述控制装置(12)具有：
用于确定机器元件(6)的位置相关负荷曲线(BK)的构件(1)，所述构件借助用于待分析的制造过程的过程量(a，r)和位置量(x)来确定所述机器元件(6)的位置相关负荷曲线(BK)，
用于存储每个待分析的制造过程的负荷曲线(BK)的存储器(2)，
用于确定总和曲线(SK)的构件(3)，所述构件通过将存储负荷曲线(BK)相加来确定所述总和曲线(SK)，以及
用于确定所述机器元件(6)的维护间隔期(T)的构件(4)，所述构件根据预定极限量(GK)与所述总和曲线(SK)之间的间距(A)确定所述机器元件(6)的维护间隔期(T)，其中，所述间距(A)为极限量(GK)与总和曲线(SK)的最大值(P)的差值。
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