CN101373495A - 使用寿命终点判定及当前历史使用寿命估计的方法和系统 - Google Patents

使用寿命终点判定及当前历史使用寿命估计的方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN101373495A
CN101373495A CNA2007101468216A CN200710146821A CN101373495A CN 101373495 A CN101373495 A CN 101373495A CN A2007101468216 A CNA2007101468216 A CN A2007101468216A CN 200710146821 A CN200710146821 A CN 200710146821A CN 101373495 A CN101373495 A CN 101373495A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gear train
serviceable life
current
historical
waveform
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2007101468216A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101373495B (zh
Inventor
时文刚
刑建辉
胡喜
王青岗
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to CN2007101468216A priority Critical patent/CN101373495B/zh
Priority to PCT/EP2008/060789 priority patent/WO2009027255A2/en
Publication of CN101373495A publication Critical patent/CN101373495A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101373495B publication Critical patent/CN101373495B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/01—Monitoring wear or stress of gearing elements, e.g. for triggering maintenance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/01—Monitoring wear or stress of gearing elements, e.g. for triggering maintenance
    • F16H2057/012—Monitoring wear or stress of gearing elements, e.g. for triggering maintenance of gearings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了使用寿命终点判定及当前历史使用寿命估计的方法和系统。其中，当前历史使用寿命估计的方法包括：根据传动机构的负载信息及运动位置信息，生成驱动器负载波形；根据所述驱动器负载波形得到传动机构的当前历史使用寿命加权系数，利用加权系数对传动机构的当前初始历史使用寿命进行加权计算，得到传动机构的当前历史使用寿命。在传动机构的使用寿命终点判定方法中，预先设置前次累加历史使用寿命的初始值；将当前历史使用寿命与前次累加历史使用寿命相加，再与设定估计的传动机构的预期使用寿命相比较，判断该传动机构是否达到使用寿命终点。本发明中的技术方案，能够提高估计传动机构历史使用寿命的准确性。

Description

使用寿命终点判定及当前历史使用寿命估计的方法和系统
技术领域
本发明涉及机械领域，尤其涉及一种传动机构的使用寿命终点判定方法及系统、传动机构的当前历史使用寿命估计方法及系统。
背景技术
在机械加工过程中，巨大的工作负载被施加在传动机构上，因此传动机构的磨损失效将直接减少它的使用寿命，而当传动机构达到其使用寿命期限时需要立即对其进行更换，否则便可能影响加工质量的稳定性，并且有可能损坏与其连接的其它组件。为此，需要预先对传动机构的期望使用寿命进行设定，并实时计算传动机构的历史使用寿命，即已消耗的使用寿命，当传动机构的历史使用寿命达到期望使用寿命时，表示传动机构需要及时更换。
以滚珠丝杠为例，在机床领域中，通常使用疲劳寿命来描述滚珠丝杠的使用寿命，并将疲劳寿命用总转数、总时长和总行程等来表示。
然而，在滚珠丝杠的各种应用中，一方面，轴向负载或进给速率通常会随时间变化，另一方面，滚珠丝杠的非规范安装、滚珠丝杠的不合格润滑以及污染等问题都会导致滚珠丝杠的过早疲劳，并加快滚珠丝杠使用寿命的缩短，因此，基于滚珠丝杠各种各样的应用条件，单纯计算滚珠丝杠的转数、时长或行程很难准确估计滚珠丝杠是否达到其期望使用寿命。
目前，对机床中滚珠丝杠的历史疲劳寿命估计主要是基于施加在滚珠丝杠上的动态负载级别、轴向负载以及转速等来实现的。在美国专利“US6332355”中公开了一种电子注塑机中滚珠丝杠的估计方法，该方法中，将单位时间内滚珠丝杠的运行速度乘以运行电流或扭矩，得到该单位时间内施加到滚珠丝杠上的能量，其中运行电流或扭矩的大小为负载大小的一种具体表现形式，之后对每个单位时间施加到滚珠丝杠上的能量进行累加，得到施加在滚珠丝杠上的历史总能量，当历史总能量值达到滚珠丝杠的预期使用寿命对应的能量时，确定滚珠丝杠达到使用寿命终点。
此外，与滚珠丝杠类似，美国专利“US6615203”中公开了一种轴承历史使用寿命的估计方法，该方法中每隔10秒从数字控制器中得到负载和转速，并将得到的负载和转速进行累计，得到轴承的累积磨损度，将累积磨损度与预期使用寿命对应的磨损度进行比较，以确定轴承是否达到预期使用寿命终点。
然而，由于现有技术中的历史使用寿命估计只考虑到负载和转速等施加在传动机构的外在因素，而未考虑到传动机构本身的局部缺陷(如个别啮合齿磨损、腐蚀或开裂等)所导致的对传动机构整个历史使用寿命的折损；又由于传动机构本身的局部缺陷通常无法体现在外在负载以及转速等因素上，甚至可能会使外在负载或转速等较正常情况下低，从而影响历史使用寿命的估计。因此单纯依靠负载和转速等施加在传动机构的外在因素，很难准确估计传动机构的历史使用寿命。
发明内容
本发明中一方面提供了一种传动机构的使用寿命终点判定方法，另一方面提供了一种传动机构的使用寿命终点判定系统，以便提高估计历史使用寿命终点的准确性。
此外，本发明还提供了一种传动机构的当前历史使用寿命估计方法及系统，以便提高单次历史使用寿命估计的准确性。
本发明中公开的传动机构的使用寿命终点判定方法，包括：
A、预先设置前次累加历史使用寿命的初始值；
B、达到预设时间间隔时，根据传动机构的负载信息及运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形；根据所述驱动器负载波形得到传动机构的当前历史使用寿命加权系数，利用所述加权系数对当前初始历史使用寿命进行加权计算，得到传动机构的当前历史使用寿命；
C、将前次累加历史使用寿命与当前历史使用寿命相加，得到当前累加历史使用寿命；
D、判断所述当前累加历史使用寿命是否达到预先设定的传动机构的预期使用寿命，如果达到，则判定传动机构达到使用寿命终点；否则，将所述当前累加历史使用寿命作为下次历史使用寿命估计时的前次累加历史使用寿命，返回执行步骤B。
其中，所述根据所述驱动器负载波形得到传动机构的当前历史使用寿命加权系数为：从所述传动机构驱动器的负载波形中分离出与传动机构相关的分量，生成传动机构负载波形分量；对所述传动机构负载波形分量进行分形维数计算，得到与传动机构磨损相关的当前波形特征参数；根据所述当前波形特征参数生成传动机构的当前历史使用寿命加权系数。
较佳地，该方法进一步包括：传动机构初始工作时，在预设工作条件下，根据传动机构的负载信息及运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形；从所述传动机构驱动器的负载波形中分离出与传动机构相关的分量，生成传动机构负载波形分量；对所述传动机构负载波形分量进行分形维数计算，得到与传动机构磨损相关的初始波形特征参数；
步骤B中所述根据传动机构的负载信息及运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形为：在与传动机构初始工作时相同的预设工作条件下，根据传动机构的负载及运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形；
步骤B中所述根据所述当前波形特征参数生成传动机构的当前历史使用寿命加权系数为：根据所述当前波形特征参数相对于所述初始波形特征参数的变化生成传动机构的当前历史使用寿命加权系数。
其中，所述从所述传动机构驱动器的负载波形中分离出与传动机构相关的分量为：利用小波变换或经验模式分解或滤波方法对所述传动机构驱动器的负载波形进行分解，从中分离出与传动机构相关的分量。
其中，所述分形维数为：分形盒维数或分形关联维数或豪斯道夫维数或信息维数或多重分形维数。
其中，所述判断所述当前累加历史使用寿命是否达到预先设定的传动机构的预期使用寿命为：判断所述传动机构的当前累加历史使用寿命是否大于或等于所述预期使用寿命，如果是，则判定传动机构到达使用寿命终点；
或者为：利用所述预期使用寿命减去所述传动机构的当前累加历史使用寿命，得到当前剩余使用寿命，判断所述当前剩余使用寿命是否小于或等于零，如果是，则判定传动机构到达使用寿命终点。
较佳地，预先设置小于所述预期使用寿命的累加历史使用寿命预警门限；所述判断所述当前累加历史使用寿命是否达到预先设定的传动机构的预期使用寿命为：判断所述传动机构的当前累加历史使用寿命是否大于或等于所述累加历史使用寿命预警门限，如果是，则判定传动机构达到使用寿命终点；否则，判定传动机构的使用寿命未达到终点；
或者，预先设置大于零的剩余使用寿命预警门限；所述判断所述当前累加历史使用寿命是否达到预先设定的传动机构的预期使用寿命为：利用所述预期使用寿命减去所述传动机构的当前累加历史使用寿命，得到当前剩余使用寿命，判断所述当前剩余使用寿命是否小于等于所述剩余使用寿命预警门限，如果是，则判定传动机构达到使用寿命终点；否则，判定传动机构的使用寿命未达到终点。
其中，传动机构的使用寿命用使用寿命参数表示；
所述当前初始历史使用寿命为：根据传动机构不同的工作状态分别设置加权系数，记录传动机构在不同工作状态下的使用寿命参数，利用所述不同工作状态的加权系数，对相应工作状态下记录的使用寿命参数进行加权计算，将各状态下的加权计算结果进行累加，得到所述当前初始历史使用寿命。
其中，所述使用寿命参数包括：转数、时长和行程。
其中，所述工作状态为：恒速进给工作状态或加速进给工作状态或加加速进给工作状态。
其中，所述传动机构的负载信息为：传动机构驱动器的运行电流或扭矩。
本发明中公开的传动机构的当前历史使用寿命估计方法，包括：
根据传动机构的负载信息及运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形；
根据所述驱动器负载波形得到传动机构的当前历史使用寿命加权系数；
利用所述加权系数对传动机构的当前初始历史使用寿命进行加权计算，得到传动机构的当前历史使用寿命。
其中，所述根据所述驱动器负载波形得到传动机构的当前历史使用寿命加权系数为：
从所述传动机构驱动器的负载波形中分离出与传动机构相关的分量，生成传动机构负载波形分量；
对所述传动机构负载波形分量进行分形维数计算，得到与传动机构磨损相关的当前波形特征参数；
根据所述当前波形特征参数生成传动机构的当前历史使用寿命加权系数。
较佳地，该方法进一步包括：传动机构初始工作时，在预设工作条件下，根据传动机构的负载信息及运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形；从所述传动机构驱动器的负载波形中分离出与传动机构相关的分量，生成传动机构负载波形分量；对所述传动机构负载波形分量进行分形维数计算，得到与传动机构磨损相关的初始波形特征参数；
所述根据传动机构的负载信息及运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形为：在与传动机构初始工作时相同的预设工作条件下，根据传动机构的负载波形及运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形；
所述根据所述当前波形特征参数生成传动机构的当前历史使用寿命加权系数为：根据所述当前波形特征参数相对于所述初始波形特征参数的变化生成传动机构的当前历史使用寿命加权系数。
其中，所述根据当前波形特征参数相对于所述初始波形特征参数的变化生成传动机构的当前历史使用寿命加权系数为：
预先确定所述初始波形特征参数与所述当前波形特征参数的传递函数，将所述得到的当前波形特征参数与所述初始波形特征参数代入传递函数中，得到传递函数取值，将所述传递函数取值作为传动机构的当前历史使用寿命加权系数。
其中，所述从所述传动机构驱动器的负载波形中分离出与传动机构相关的分量为：利用小波变换或经验模式分解或滤波方法对所述传动机构驱动器的负载波形进行分解，从中分离出与传动机构相关的分量。
其中，若所述传动机构为丝杠，所述与传动机构相关的分量包括：所述负载波形的趋势分量、与丝杠回转频率相关的负载波形分量、与丝母中滚珠通过丝杠上一点的通过频率相关的负载波形分量以丝杠杆支撑轴承频率相关的负载波形分量中的任意一个或任意组合；
或者，若所述传功机构为齿轮，所述与传动机构相关的分量包括：与各齿轮啮合频率相关的分量和齿轮传动机构中各旋转轴的转动频率相关的负载波形分量中的二者之一或二者组合。
其中，所述分形维数为：分形盒维数或分形关联维数或豪斯道夫维数或信息维数或多重分形维数。
其中，传动机构的使用寿命用使用寿命参数表示；
所述当前初始历史使用寿命为：根据传动机构不同的工作状态分别设置加权系数，记录传动机构在不同工作状态下的使用寿命参数，利用所述不同工作状态的加权系数，对相应工作状态下记录的使用寿命参数进行加权计算，将各状态下的加权计算结果进行累加，得到所述当前初始历史使用寿命。
其中，所述使用寿命参数包括：转数、时长和行程。
其中，所述工作状态为：恒速进给工作状态或加速进给工作状态或加加速进给工作状态。
其中，所述传动机构为：丝杠或导轨或轴承或齿轮。
本发明中公开的传动机构的使用寿命终点判定系统，包括：
过程监测模块，用于监测传动机构的运行过程，将计算当前初始历史使用寿命所需的参数提供给当前初始历史使用寿命计算模块；
当前初始历史使用寿命计算模块，用于根据所述过程监测模块提供的所述参数计算当前初始历史使用寿命；
其中，该系统还包括：波形记录模块、加权系数计算模块、当前累加历史使用寿命计算模块、当前累加历史使用寿命计算模块和使用寿命终点判断模块；
其中，所述过程监测模块进一步将监测到的传动机构负载信息，以及传动机构的运动位置信息提供给波形记录模块；
所述波形记录模块根据来自过程监测模块的传动机构负载信息及运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形；
所述加权系数计算模块根据所述波形记录模块生成的负载波形得到传动机构的当前历史使用寿命加权系数；
所述当前历史使用寿命计算模块利用来自加权系数计算模块的所述当前历史使用寿命加权系数，对来自当前初始历史使用寿命计算模块的当前初始历史使用寿命进行加权计算，得到传动机构的当前历史使用寿命；
所述当前累加历史使用寿命计算模块用于将存储的前次累加历史使用寿命与所述当前历史使用寿命计算模块计算的当前历史使用寿命相加，得到当前累加历史使用寿命，将所述当前累加历史使用寿命进行存储，作为下次历史使用寿命估计时的前次累加历史使用寿命；其中，前次累加历史使用寿命的初始值为预先设置的一个值；
使用寿命终点判断模块判断当前累加历史使用寿命计算模块得到的传动机构的当前累加历史使用寿命是否达到预先设定的传动机构的预期使用寿命，如果达到，则判定传动机构达到使用寿命终点，否则，通知过程监测模块继续监测。
其中，所述加权系数计算模块包括：
波形分量提取子模块，用于从所述波形记录模块生成的传动机构驱动器的负载波形中分离出与传动机构相关的分量，生成传动机构负载波形分量；
分形维数计算子模块，用于对所述波形分量提取子模块生成的传动机构负载波形分量进行分形维数计算，得到与传动机构磨损相关的当前波形特征参数；
加权系数计算子模块，用于根据所述分形维数计算子模块得到的当前波形特征参数，生成传动机构的当前历史使用寿命加权系数。
其中，所述使用寿命终点判断模块包括：
当前剩余使用寿命计算模块，用于将预先设定的传动机构的预期使用寿命减去所述当前累加历史使用寿命计算模块中得到的所述传动机构的当前累加历史使用寿命，得到当前剩余使用寿命；
寿命终点判断模块，用于判断所述当前剩余使用寿命计算模块得到的当前剩余使用寿命是否小于或等于零，小于或等于零则判定传动机构达到使用寿命终点。
其中，所述使用寿命终点判断模块包括：当前剩余使用寿命计算模块，用于将预先设定的传动机构的预期使用寿命减去所述当前累加历史使用寿命计算模块中得到的所述传动机构的当前累加历史使用寿命，得到当前剩余使用寿命；
预警模块，用于判断所述当前剩余使用寿命计算模块得到的当前剩余使用寿命是否小于等于预先设置的大于零的剩余使用寿命预警门限，达到则判定传动机构达到使用寿命终点。
此外，本发明中公开的传动机构的当前历史使用寿命估计系统，包括：
过程监测模块，用于监测传动机构的运行过程，将计算当前初始历史使用寿命所需的参数提供给当前初始历史使用寿命计算模块；
当前初始历史使用寿命计算模块，用于根据所述过程监测模块提供的所述参数计算当前初始历史使用寿命；
其特征在于，该系统还包括：波形记录模块、加权系数计算模块和当前历史使用寿命计算模块；
其中，所述过程监测模块进一步将监测到的传动机构驱动器的运行电流或扭矩，以及传动机构的运动位置信息提供给波形记录模块；
所述波形记录模块根据来自过程监测模块的传动机构驱动器的运行电流或扭矩及传动机构的运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形；
所述加权系数计算模块根据所述波形记录模块生成的负载波形得到传动机构的当前历史使用寿命加权系数；
所述当前历史使用寿命计算模块利用来自加权系数计算模块的所述当前历史使用寿命加权系数，对来自当前初始历史使用寿命计算模块的当前初始历史使用寿命进行加权计算，得到传动机构的当前历史使用寿命。
其中，所述加权系数计算模块包括：
波形分量提取子模块，用于从所述波形记录模块生成的传动机构驱动器的负载波形中分离出与传动机构相关的分量，生成传动机构负载波形分量；
分形维数计算子模块，用于对所述波形分量提取子模块生成的传动机构负载波形分量进行分形维数计算，得到与传动机构磨损相关的当前波形特征参数；
加权系数计算子模块，用于根据所述分形维数计算子模块得到的当前波形特征参数，生成传动机构的当前历史使用寿命加权系数。
从上述方案可以看出，本发明实施例中通过生成传动机构驱动器的负载波形来描述传动机构的自身磨损状况，并从传动机构驱动器的负载波形中分离出传动机构负载波形分量，根据传动机构负载波形分量得到与传动机构磨损相关的当前波形特征参数，利用当前波形特征参数生成传动机构的当前历史使用寿命加权系数，对传动机构的当前初始历史使用寿命进行加权计算，得到传动机构的当前历史使用寿命，从而使得当前历史使用寿命的估计更加准确，进而使得总历史使用寿命的估计更加准确，提高了估计传动机构使用寿命终点的准确性。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其他特征和优点，附图中：
图1(a)为滚珠丝杠健康状态下的驱动器负载波形；
图1(b)为滚珠丝杠较严重磨损状态下的驱动器负载波形图；
图2为本发明实施例一中传动机构的使用寿命终点判定方法的示例性流程图；
图3为本发明实施例一中传动机构的使用寿命终点判定系统的示例性结构图；
图4为图3所示系统中的加权系数计算模块的内部结构图；
图5(a)为图3所示系统中的使用寿命终点判断模块的一种内部结构图；
图5(b)为图3所示系统中的使用寿命终点判断模块的又一种内部结构图；
图6为本发明实施例二中滚珠丝杠健康状况下的驱动器负载波形图；
图7为本发明实施例二中滚珠丝杠健康状况下的负载波形分量图；
图8为本发明实施例二中滚珠丝杠健康状况下的初始波形特征参数计算示意图；
图9为本发明实施例二中滚珠丝杠的历史使用寿命终点判定方法的流程图；
图10为本发明实施例二中滚珠丝杠运行一段时间后的驱动器负载波形图；
图11为本发明实施例二中滚珠丝杠运行一段时间后的负载波形分量图；
图12为发明实施例二中滚珠丝杠运行一段时间后的当前波形特征参数计算示意图。
具体实施方式
考虑到传动机构的使用寿命估计通常是按照预设时间间隔进行的，并通过对各时间间隔内计算得到的已消耗的使用寿命进行累加，得到总的历史使用寿命，当总的历史使用寿命达到预先设定的预期使用寿命时，判定传动机构达到使用寿命终点。其中，预设的时间间隔可以是相同的时间间隔，也可以是不全相同的时间间隔。因此，本文中为描述方便，将应用本发明方案在当前时间间隔内计算得到的消耗的使用寿命称为当前历史使用寿命，相应地，将当前时间间隔内利用常规方法估计的传动机构已消耗的使用寿命称为当前初始历史使用寿命。进一步地，将当前时间间隔之前的各时间间隔内估计得到的当前历史使用寿命进行累加后的历史使用寿命称为前次累加历史使用寿命，将前次累加历史使用寿命加上当前历史使用寿命得到消耗的总的使用寿命称为当前累加历史使用寿命。
此外，考虑到判断传动机构使用寿命是否达到终点的方法还可以是：利用预期使用寿命减去累加的历史使用寿命，得到剩余使用寿命，当剩余使用寿命接近或小于或等于零时，判定传动机构达到使用寿命终点。因此，本文中为描述方便，将利用预期使用寿命减去当前累加历史使用寿命得到的剩余使用寿命称为当前剩余使用寿命，同理，将利用预期使用寿命减去前次累加历史使用寿命得到的剩余使用寿命称为前次剩余使用寿命。
本发明实施例中，通过试验发现传动机构本身的缺陷可体现在传动机构驱动器的负载波形上，当出现缺陷时，该负载波形会出现异常波动，变得复杂和不规律，且缺陷程度不同，负载波形的复杂度和不规律性也不同。如图1(a)和图1(b)所示，图中以滚珠丝杠为例，图1(a)示出了滚珠丝杠健康状态下的驱动器负载波形，图1(b)示出了滚珠丝杠较严重磨损状态下的驱动器负载波形图。其中，负载波形图由驱动器的扭矩和传动机构的运动位置信息生成。其中，传动机构的运动位置信息既可以是电机编码器对应的位置信息，也可以是传动机构中记录的直接位置信息，如工作台上安装的光栅尺记录的位置信息等。负载波形图记录了传动机构在不同位置处的驱动器扭矩值。通过对图1(a)和图1(b)进行比较可知，图1(b)所对应的驱动器负载波形描述出滚珠丝杠出现了较大磨损。因此，可利用传动机构驱动器的负载波形来描述传动机构本身的缺陷，并进一步利用分形维数来描述该负载波形的复杂度和非规律性，利用复杂度和非规律性的变化对传动机构的当前初始历史使用寿命进行加权计算，得到当前历史使用寿命。
其中，驱动器的负载波形可通过传动机构的负载信息及运动位置信息得到，之后根据驱动器负载波形的复杂度及非规律性的变化对传动机构的当前初始历史使用寿命进行加权计算的过程可以有多种，可直接根据驱动器负载波形的复杂度及非规律性变化通过试验及经验值计算出当前历史使用寿命加权系数，也可以是从驱动器的负载波形中分离出与传动机构相关的分量，生成传动机构负载波形分量，对传动机构负载波形分量进行分形维数计算，得到与传动机构磨损相关的当前波形特征参数，根据当前波形特征参数生成传动机构的当前历史使用寿命加权系数等。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
实施例一：
图2为本发明实施例一中传动机构的使用寿命终点判定方法的示例性流程图。如图2所示，该流程包括如下步骤：
步骤201，监测传动机构运行过程中的参数，在达到预设时间间隔时，根据监测到的参数中的传动机构驱动器的运行电流或扭矩，以及传动机构的运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形。
本步骤中，传动机构运行过程中的负载信息可体现在传动机构驱动器的运行电流或扭矩上等，而传动机构的运动位置信息可由传动机构的位置测量系统反馈得到，根据得到的传动机构驱动器的运行电流或扭矩，以及传动机构的运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形。
步骤202，从传动机构驱动器的负载波形中分离出与传动机构相关的分量，生成传动机构负载波形分量。
由于传动机构驱动器的负载波形中包括整个传动系统中各组件的波形分量，因此为了准确估计传动机构的历史使用寿命，需要从传动机构驱动器的负载波形中分离出与传动机构相关的分量。具体实现时，可利用小波变换或经验模式分解(EMD)或其他滤波方法等对传动机构驱动器的负载波形进行分解，得到多个分解量，进而从中分离出与传动机构相关的分量。其中，与传动机构相关的分量可通过试验得到，也可以根据经验得到。例如，对于齿轮传动机构，可以通过上述方法提取出与各齿轮啮合频率以及齿轮传动机构中各旋转轴的转动频率相关的负载波形分量，或者只提取与各齿轮啮合频率相关的分量，或者只提取齿轮传动机构中各旋转轴的转动频率相关的负载波形分量；对于滚珠丝杠，可以提取负载波形的趋势(即低频)分量、与丝杠回转频率相关的负载波形分量、与丝母中滚珠通过丝杠上一点的通过频率相关的负载波形分量，以及丝杠杆支撑轴承频率相关的负载波形分量中的任意一个或任意组合。
步骤203，对传动机构负载波形分量进行分形维数计算，得到与传动机构磨损相关的当前波形特征参数。
具体实现时，分形维数可以是分形盒维数，也可以是分形关联维数，还可以是豪斯道夫(Hausdorff)维数，信息维数，多重分形维数等其他形式的分形维数。
由于分形维数计算是为了描述波形的复杂程度及非规律性等特性的变化，因此可预先对传动机构初始运行时的波形进行测试，即对初始运行时的传动机构，根据传动机构驱动器的运行电流或扭矩，以及传动机构的运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形；从传动机构驱动器的负载波形中分离出与传动机构相关的分量，生成传动机构负载波形分量；对传动机构负载波形分量进行分形维数计算，得到健康状况下的传动机构的与磨损相关的初始波形特征参数，作为比较的基准。并且进一步地，为了建立一个统一的估计标准，最好是在相同的条件下，监测传动机构并生成初始运行时传动机构驱动器的负载波形以及运行过程中传动机构驱动器的负载波形。该波形可以是该段时间间隔内的一段时间产生的波形，例如在该段时间间隔内的最后一段时间，或者是在该段时间间隔内监测传动机构的运行时，当传动机构的运行条件与测试健康状况下传动机构的波形时的条件相同的一段时间。其中，该相同的条件可以是相同负载和相同运行速度等。
步骤204，根据当前波形特征参数生成传动机构的当前历史使用寿命加权系数，利用该加权系数对传动机构的当前初始历史使用寿命进行加权计算，得到传动机构的当前历史使用寿命。
其中，传动机构的当前初始历史使用寿命为上次历史使用寿命估计之后传动机构所消耗的使用寿命，该当前初始历史使用寿命的计算可以按照现有技术中已有的任何一种方法实现。如可将传动机构的运行速度乘以运行电流或扭矩，计算该段时间内施加到传动机构上的能量，得到当前初始历史使用寿命等。
或者，传动机构的当前初始历史使用寿命也可按如下方法实现：根据传动机构不同的工作状态分别设置加权系数，并记录该段时间内传动机构在不同工作状态下的转数/时长/行程，利用不同工作状态的加权系数，对相应工作状态下记录的转数/时长/行程进行加权计算，将各状态下的加权计算结果进行累加，得到当前初始历史使用寿命。
其中，不同的工作状态可以指各类性能参数下的状态，例如温度、电流、压力、进给速度等因素各自的状态，或部分因素的综合状态等。例如进给因素下的状态可包括恒速进给、加速进给或加加速进给等状态。
根据当前波形特征参数生成传动机构的当前历史使用寿命加权系数时，可利用步骤203中所描述的健康状态下的传动机构的与磨损相关的初始波形特征参数与当前传动机构的与磨损相关的当前波形特征参数，利用所确定的传递函数进行运算，得到当前历史使用寿命的加权系数，之后利用该加权系数对当前初始历史使用寿命进行加权计算，得到传动机构的当前历史使用寿命。
至此，本次时间间隔内的历史使用寿命计算完毕。
步骤205，将前次累加历史使用寿命与当前历史使用寿命相加，得到当前累加历史使用寿命。
其中，前次累加历史使用寿命为本次时间间隔内的历史使用寿命计算之前的所有时间间隔内计算的历史使用寿命的累加，并且每个时间间隔内的历史使用寿命都按照步骤201至步骤204的流程进行计算得到，或者在传动机构初始运行时的健康状况下，可只计算当前初始历史使用寿命，并用当前初始历史使用寿命进行累加，此时相当于当前历史使用寿命的加权系数为1。其中，前次累加历史使用寿命可预先设置为零，或者预先设置一个安全系数，则前次累加历史使用寿命可预先设置一个余量，或者根据其它标准预先设置前次累加历史使用寿命的初始值。
至此，当前的累加历史使用寿命计算完毕，即传动机构已消耗的使用寿命。
步骤206，根据预先设定的传动机构的预期使用寿命和所计算的传动机构的当前累加历史使用寿命，判断传动机构的使用寿命是否达到终点，若未达到终点，则将当前累加历史使用寿命作为下次历史使用寿命估计时的前次累加历史使用寿命，并返回执行步骤201；若达到终点，则结束。
具体判断过程可以为：当传动机构的当前累加历史使用寿命大于或等于预期使用寿命时，判定传动机构达到使用寿命终点；否则，未达到使用寿命终点。此外，还可以预先设置小于预期使用寿命的累加历史使用寿命预警门限，并且当传动机构的当前累加历史使用寿命大于或等于所设置的累加历史使用寿命预警门限时，警告传动机构的使用寿命接近终点，据此，用户需及时准备替换该传动机构，即传动机构达到使用寿命终点。
或者具体判断过程也可以为：利用预期使用寿命减去所计算的传动机构的当前累加历史使用寿命，得到当前剩余使用寿命，当当前剩余使用寿命小于或等于零时，判定传动机构达到使用寿命终点；否则，未达到使用寿命终点。同样，也可预先设置大于零的剩余使用寿命预警门限，并且当当前剩余使用寿命小于等于所设置的剩余使用寿命预警门限时，警告传动机构的使用寿命接近终点，据此，用户需及时准备替换该传动机构，即传动机构达到使用寿命终点。
以上对本发明实施例中传动机构的使用寿命终点判定方法进行了详细描述，下面再对本发明实施例中传动机构的使用寿命终点判定系统进行详细描述。
图3为本发明实施例一中传动机构的使用寿命终点判定系统的示例性结构图。如图3所示，该系统包括：过程监测模块310、当前初始历史使用寿命计算模块320、波形记录模块330、加权系数计算模块340、当前历史使用寿命计算模块350、当前累加历史使用寿命计算模块360和使用寿命终点判断模块370。
其中，过程监测模块310，用于监测传动机构的运行过程，将计算当前初始历史使用寿命所需的参数提供给当前初始历史使用寿命计算模块320。
当前初始历史使用寿命计算模块320，用于根据过程监测模块提供的参数计算当前初始历史使用寿命。
其中，计算当前初始历史使用寿命所需的参数可以是传动机构的运行速度、工作电流或扭矩；也可以是转数、时长或行程等。具体计算过程可采用现有技术中的各种方法进行。例如，可与图2所示方法流程中的描述一致。
此外，过程监测模块310进一步将监测到的传动机构驱动器的运行电流或扭矩，以及传动机构的运动位置信息提供给波形记录模块330。
波形记录模块330用于根据来自过程监测模块的传动机构驱动器的运行电流或扭矩及传动机构的运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形。
加权系数计算模块340用于根据所述波形记录模块330生成的负载波形得到传动机构的当前历史使用寿命加权系数。
当前历史使用寿命计算模块350利用来自加权系数计算模块340的当前历史使用寿命加权系数，对来自当前初始历史使用寿命计算模块320的当前初始历史使用寿命进行加权计算，得到传动机构的当前历史使用寿命。
当前累加历史使用寿命计算模块360用于将存储的前次累加历史使用寿命与当前历史使用寿命计算模块350计算的当前历史使用寿命相加，得到当前累加历史使用寿命，将当前累加历史使用寿命进行存储，作为下次历史使用寿命估计时的前次累加历史使用寿命；其中，前次累加历史使用寿命为预先设置的一个初始值。且预先设置的初始值可以为零，也可以为预先设置的安全系数。
使用寿命终点判断模块370用于根据当前累加历史使用寿命计算模块360得到的传动机构的当前累加历史使用寿命，以及预先设定的传动机构的预期使用寿命，判断传动机构的使用寿命是否达到终点。若未达到终点，则可通知过程监测模块310继续执行监测，各模块重复上述各功能；否则，通知更换传动机构。
其中，加权系数计算模块340在具体实现时，其中一种具体实现形式可如图4所示，图4示出了加权系数计算模块的内部结构图。包括：波形分量提取子模块341、分形维数计算子模块342以及加权系数计算子模块343。
其中，波形分量提取子模块341用于从波形记录模块生成的传动机构驱动器的负载波形中分离出与传动机构相关的分量，生成传动机构负载波形分量。
分形维数计算子模块342用于对波形分量提取子模块生成的传动机构负载波形分量进行分形维数计算，得到与传动机构磨损相关的当前波形特征参数。
加权系数计算子模块343，用于根据所述分形维数计算子模块342得到的当前波形特征参数，生成传动机构的当前历史使用寿命加权系数。
其中，使用寿命终点判断模块370的具体判断过程可以与图2所示方法流程中的描述一致。例如，图5(a)示出了使用寿命终点判断模块370的一种内部机构图。如图5(a)所示，使用寿命终点判断模块370可包括：当前剩余使用寿命计算模块371，用于将预先设定的传动机构的预期使用寿命减去当前累加历史使用寿命计算模块得到的所述传动机构的当前累加历史使用寿命，得到当前剩余使用寿命；寿命终点判断模块372，用于判断当前剩余使用寿命计算模块得到的当前剩余使用寿命是否小于或等于零，小于或等于零则判断传动机构达到使用寿命终点，否则未达到使用寿命终点。
图5(b)示出了使用寿命终点判断模块370的又一种内部机构图。如图5(b)所示，使用寿命终点判断模块370可包括：当前剩余使用寿命计算模块371，用于将预先设定的传动机构的预期使用寿命减去当前累加历史使用寿命计算模块得到的所述传动机构的当前累加历史使用寿命，得到当前剩余使用寿命；预警模块373，用于判断当前剩余使用寿命计算模块得到的当前剩余使用寿命是否小于等于预先设置的大于零的剩余使用寿命预警门限，小于等于，则发出传动机构的使用寿命接近终点的警告，据此，用户需及时准备替换该传动机构，即传动机构达到使用寿命终点。
实际应用中，过程监测模块310、当前初始历史使用寿命计算模块320、波形记录模块330、波形分量提取子模块341、分形维数计算子模块342以及当前历史使用寿命计算模块350可独立构成传动机构的单次历史使用寿命估计系统，用于计算每个时间间隔内的历史使用寿命。
上述各模块的具体实现过程均可与图2所示方法流程中的相应描述一致，此处不再一一赘述。
实施例二：
本实施例中通过一个具体应用的情况对上述描述的方法及系统进行详细描述。
本实施例中以数控机床中的滚珠丝杠为例，并且预先在滚珠丝杠初始运行时的健康状况下，保持机床空载和预设的进给速度，通过监测驱动器的扭矩，以及滚珠丝杠位置测量系统反馈的滚珠丝杠运动位置信息，生成健康状态下的滚珠丝杠的驱动器负载波形，如图6所示，图6为本实施例中滚珠丝杠健康状况下的驱动器负载波形图，该负载波形图由驱动器的扭矩和滚珠丝杠的位置信息生成。由于此时机床空载是刚刚投入使用，因此该测试期间可不考虑滚珠丝杠的使用寿命折损，即该段测试时间可不累加到前次累加历史使用寿命中。否则，若在数控机床后续使用过程中进行测试，则需要记录测试时长，将所记录的测试时长考虑到前次累加历史使用寿命估算中。
之后，利用小波变换从滚珠丝杠驱动器的负载波形中分离出与滚珠丝杠相关的分量，生成滚珠丝杠负载波形分量，如图7所示，图7为本实施例中滚珠丝杠健康状况下的负载波形分量图。其中，与传动机构相关的分量可通过试验得到，也可以根据经验得到。
对上述滚珠丝杠负载波形分量进行分形盒维数计算，得到与滚珠丝杠磨损相关的初始波形特征参数，如图8所示，图8为本实施例中滚珠丝杠健康状况下的初始波形特征参数计算示意图，该示意图由盒子数量对数值(log2N)与盒子边长的倒数对数值(log2(1/δ))的比率得到。其中，所计算的初始波形特征参数为1.73，即该曲线的拟合斜率为1.73。
图9为本发明实施例二中滚珠丝杠的历史使用寿命终点判定方法的流程图。如图9所示，该流程包括如下步骤：
步骤901，数控单元监测滚珠丝杠运行过程中的参数，如：驱动器的运行电流或扭矩、滚珠丝杠的位置信息、进给速度等。
其中，滚珠丝杠的位置信息可由滚珠丝杠位置测量系统反馈得到。该进给可包括恒速进给、加速进给以及加加速进给等。
步骤902，在达到预设时间间隔时，保持机床空载和预设的进给速度，通过当前监测到的驱动器的扭矩，以及滚珠丝杠的运动位置信息，生成当前的滚珠丝杠的驱动器负载波形。
为了使估计标准统一，本实施例中测量滚珠丝杠当前的驱动器负载波形和测量滚珠丝杠健康状态下的驱动器负载波形时，均在机床空载和预设的进给速度情况下进行。该测试期间可考虑滚珠丝杠的使用寿命折损，记录测试时长并累加到当前初始历史使用寿命中。
图10示出了本实施例中滚珠丝杠当前的驱动器负载波形图。该负载波形图由驱动器的扭矩和滚珠丝杠的位置信息生成。
步骤903，利用小波变换从滚珠丝杠驱动器的负载波形中分离出与滚珠丝杠相关的分量，生成滚珠丝杠负载波形分量。
图11示出了本实施例中滚珠丝杠当前的负载波形分量图。其中，与滚珠丝杠相关的分量可通过试验得到，也可以根据经验得到。例如，可以提取负载波形的趋势(即低频)分量以及与丝杠回转频率和丝母中滚珠通过丝杠上一点的通过频率相关的负载波形分量。
步骤904，对滚珠丝杠负载波形分量进行分形盒维数计算，得到与滚珠丝杠磨损相关的当前波形特征参数。
图12示出了本实施例中滚珠丝杠当前的初始波形特征参数计算示意图，该示意图由盒子数量对数值(log2N)与盒子边长的倒数对数值(log2(1/δ))的比率得到。其中，所计算的初始波形特征参数为1.68，即该曲线的拟合斜率为1.68。
步骤905，根据当前波形特征参数生成滚珠丝杠的当前历史使用寿命加权系数，利用所生成的加权系数对计算得到的滚珠丝杠的当前初始历史使用寿命进行加权计算，得到滚珠丝杠的当前历史使用寿命。
本实施例中的当前初始历史使用寿命可按照如下方法实现：
根据滚珠丝杠不同的工作状态分别设置加权系数，假设本实施例中滚珠丝杠的工作状态主要涉及恒速进给、加速进给以及加加速进给状态，则分别设置三个加权系数：α1、α2和α3。其中，α1、α2和α3的取值可根据试验获得，也可根据经验获得。例如，通过试验测量滚珠丝杠在恒速进给、加速进给以及加加速进给三种进给状态下滚珠丝杠所承受的轴向载荷，根据三种进给状态下轴向载荷最大峰值确定α1、α2和α3的数值。即，令α，＝1，若加速进给时轴向载荷最大峰值增大为恒速进给时的1.2倍，则取α2＝1.23＝1.728，同理，若加加速进给时轴向载荷最大峰值增大为恒速进给时的2倍，则取α3＝23＝8。
记录从上次估计历史使用寿命之后到现在滚珠丝杠在不同工作状态下的工作时长，假设在恒速进给状态下工作时长为T1，在加速进给状态下工作时长为T2，在加加速进给状态下工作时长为T3，当前初始历史使用寿命为Lin。
计算当前初始历史使用寿命Lin＝α1T1+α2T2+α3T3。
根据当前波形特征参数生成滚珠丝杠的当前历史使用寿命加权系数时，可根据滚珠丝杠健康状况下得到的初始波形特征参数和本次计算的当前波形特征参数生成传递函数f(D，Di)，该传递函数可根据经验或试验的方法确定。例如，可以通过对比滚珠丝杠初始状态与当前负载波形的分形盒维数的差异定义传递函数 f ( D , D i ) = 10 | D - D i | 1 4 , 之后将根据该传递函数f(D，Di)的值作为当前历史使用寿命的加权系数。其中，D为滚珠丝杠健康状况下得到的初始波形特征参数；Di为本次计算的当前波形特征参数。如图8与图12所示，若滚珠丝杠初始负载波形特征参数为1.73，本次计算的当前波形特征参数为1.68，则可由上式计算得到传递函数的数值 f ( D , D i ) = 10 | 1.73 - 1.68 | 1 4 = 2.97 .
假设当前历史使用寿命为Li，则可根据公式Li＝f(D，Di)·(α1T1+α2T2+α3T)，得到滚珠丝杠的当前历史使用寿命。
步骤906，将前次累加历史使用寿命与当前历史使用寿命相加，得到当前累加历史使用寿命。
其中，当前累加历史使用寿命Lact可表示为： L act = Σ i = 1 N f ( D , D i ) · ( α 1 T 1 i + α 2 T 2 i + α 3 T 3 i ) . 其中，i表示在滚珠丝杠的整个工作期间，各次历史使用寿命估计的序号。T1i为第i次历史使用寿命估计和第i-1次历史使用寿命估计之间，即第i个时间间隔内测得的恒速进给状态下滚珠丝杠的工作时长；T2i为第i个时间间隔内测得的加速进给状态下滚珠丝杠的工作时长；T3i为第i个时间间隔内测得的加加速进给状态下滚珠丝杠的工作时长。N为总的历史使用寿命估计次数。
步骤907，利用预先设定的滚珠丝杠的预期使用寿命减去滚珠丝杠的当前累加历史使用寿命，得到滚珠丝杠的当前剩余使用寿命。
其中，滚珠丝杠的预期使用寿命Lmax可通过公式 L max = ( C a F m · f w ) 3 × 1 60 N m × 10 6 计算得到。其中，Ca为基本额定动态载荷，单位为牛顿(N)；Fm为平均有效载荷，单位为N；Nm为平均转速，单位为1/分钟(min-1)；fw为载荷系数。
则当前剩余使用寿命Lrem为：Lrem＝Lmax-Lact。
步骤908，判断滚珠丝杠的当前剩余使用寿命是否达到预先设置的剩余使用寿命预警门限，如果达到，则警告滚珠丝杠的使用寿命接近终点，提醒尽快更换；否则返回执行步骤901。
本实施例中滚珠丝杠的历史使用寿命终点判定系统与图3所示系统中描述的系统一致，只是各模块的具体操作过程同图9所示滚珠丝杠的历史使用寿命终点判定方法中的相应步骤一致，此处不再一一赘述。
上述传动机构以滚珠丝杠为例进行了详细描述，对于其它传动机构，如滚柱丝杠、导轨、轴承、齿轮等传动机构同样适用。
从上述各实施例可见，本发明技术方案能够准确估计传动机构的使用寿命。一方面，本发明技术方案考虑了传动机构本身的磨损缺陷对使用寿命的影响。因为传动机构本身的磨损缺陷通常出现在传动机构的局部位置，体现在负载波形上便是瞬时波动或小的干扰，因此通过对负载波形进行分析，可以尽早的发行传动机构本身的磨损缺陷以及其对传动机构剩余使用寿命的影响。另一方面，本发明技术方案中还考虑了传动机构在各种不同状态下的工作对使用寿命的影响，通过对不同工作状态下的传动机构的历史使用寿命分别进行估计，可以更准确地估计传动机构的使用寿命。
因此，可以理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (29)

1.一种传动机构的使用寿命终点判定方法，其特征在于，该方法包括：
A、预先设置前次累加历史使用寿命的初始值；
B、达到预设时间间隔时，根据传动机构的负载信息及运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形；根据所述驱动器负载波形得到传动机构的当前历史使用寿命加权系数，利用所述加权系数对当前初始历史使用寿命进行加权计算，得到传动机构的当前历史使用寿命；
C、将前次累加历史使用寿命与当前历史使用寿命相加，得到当前累加历史使用寿命；
D、判断所述当前累加历史使用寿命是否达到预先设定的传动机构的预期使用寿命，如果达到，则判定传动机构达到使用寿命终点；否则，将所述当前累加历史使用寿命作为下次历史使用寿命估计时的前次累加历史使用寿命，返回执行步骤B。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述驱动器负载波形得到传动机构的当前历史使用寿命加权系数为：从所述传动机构驱动器的负载波形中分离出与传动机构相关的分量，生成传动机构负载波形分量；对所述传动机构负载波形分量进行分形维数计算，得到与传动机构磨损相关的当前波形特征参数；根据所述当前波形特征参数生成传动机构的当前历史使用寿命加权系数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：传动机构初始工作时，在预设工作条件下，根据传动机构的负载信息及运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形；从所述传动机构驱动器的负载波形中分离出与传动机构相关的分量，生成传动机构负载波形分量；对所述传动机构负载波形分量进行分形维数计算，得到与传动机构磨损相关的初始波形特征参数；
步骤B中所述根据传动机构的负载信息及运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形为：在与传动机构初始工作时相同的预设工作条件下，根据传动机构的负载及运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形；
步骤B中所述根据所述当前波形特征参数生成传动机构的当前历史使用寿命加权系数为：根据所述当前波形特征参数相对于所述初始波形特征参数的变化生成传动机构的当前历史使用寿命加权系数。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述从所述传动机构驱动器的负载波形中分离出与传动机构相关的分量为：利用小波变换或经验模式分解或滤波方法对所述传动机构驱动器的负载波形进行分解，从分解后的分量中分离出与传动机构相关的分量。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分形维数为：分形盒维数或分形关联维数或豪斯道夫维数或信息维数或多重分形维数。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述当前累加历史使用寿命是否达到预先设定的传动机构的预期使用寿命为：判断所述传动机构的当前累加历史使用寿命是否大于或等于所述预期使用寿命，如果是，则判定传动机构到达使用寿命终点；
或者为：利用所述预期使用寿命减去所述传动机构的当前累加历史使用寿命，得到当前剩余使用寿命，判断所述当前剩余使用寿命是否小于或等于零，如果是，则判定传动机构到达使用寿命终点。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，预先设置小于所述预期使用寿命的累加历史使用寿命预警门限；所述判断所述当前累加历史使用寿命是否达到预先设定的传动机构的预期使用寿命为：判断所述传动机构的当前累加历史使用寿命是否大于或等于所述累加历史使用寿命预警门限，如果是，则判定传动机构达到使用寿命终点；否则，判定传动机构的使用寿命未达到终点；
或者，预先设置大于零的剩余使用寿命预警门限；所述判断所述当前累加历史使用寿命是否达到预先设定的传动机构的预期使用寿命为：利用所述预期使用寿命减去所述传动机构的当前累加历史使用寿命，得到当前剩余使用寿命，判断所述当前剩余使用寿命是否小于或等于所述剩余使用寿命预警门限，如果是，则判定传动机构达到使用寿命终点；否则，判定传动机构的使用寿命未达到终点。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当前初始历史使用寿命的计算方法为：根据传动机构不同的工作状态分别设置加权系数，记录传动机构在不同工作状态下的使用寿命，利用所述不同工作状态的加权系数，对相应工作状态下记录的使用寿命进行加权计算，将各状态下的加权计算结果进行累加，得到所述当前初始历史使用寿命。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，传动机构的使用寿命采用使用寿命参数表示；所述使用寿命参数包括：转数、时长和行程。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述工作状态为：恒速进给工作状态或加速进给工作状态或加加速进给工作状态。
11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述传动机构的负载信息包括：传动机构驱动器的运行电流和扭矩。
12.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述传动机构的位置信息包括：电机编码器对应的位置信息，以及传动机构中记录的位置信息。
13.一种传动机构的当前历史使用寿命估计方法，其特征在于，该方法包括：
根据传动机构的负载信息及运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形；
根据所述驱动器负载波形得到传动机构的当前历史使用寿命加权系数；
利用所述加权系数对传动机构的当前初始历史使用寿命进行加权计算，得到传动机构的当前历史使用寿命。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述根据所述驱动器负载波形得到传动机构的当前历史使用寿命加权系数为：
从所述传动机构驱动器的负载波形中分离出与传动机构相关的分量，生成传动机构负载波形分量；
对所述传动机构负载波形分量进行分形维数计算，得到与传动机构磨损相关的当前波形特征参数；
根据所述当前波形特征参数生成传动机构的当前历史使用寿命加权系数。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：传动机构初始工作时，在预设工作条件下，根据传动机构的负载信息及运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形；从所述传动机构驱动器的负载波形中分离出与传动机构相关的分量，生成传动机构负载波形分量；对所述传动机构负载波形分量进行分形维数计算，得到与传动机构磨损相关的初始波形特征参数；
所述根据传动机构的负载信息及运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形为：在与传动机构初始工作时相同的预设工作条件下，根据传动机构的负载波形及运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形；
所述根据所述当前波形特征参数生成传动机构的当前历史使用寿命加权系数为：根据所述当前波形特征参数相对于所述初始波形特征参数的变化生成传动机构的当前历史使用寿命加权系数。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述根据当前波形特征参数相对于所述初始波形特征参数的变化生成传动机构的当前历史使用寿命加权系数为：
预先确定所述初始波形特征参数与所述当前波形特征参数的传递函数，将所述得到的当前波形特征参数与所述初始波形特征参数代入传递函数中，得到传递函数取值，将所述传递函数取值作为传动机构的当前历史使用寿命加权系数。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述从所述传动机构驱动器的负载波形中分离出与传动机构相关的分量为：利用小波变换或经验模式分解或滤波方法对所述传动机构驱动器的负载波形进行分解，从分解后的分量中分离出与传动机构相关的分量。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述传动机构为丝杠，所述与传动机构相关的分量包括：所述负载波形的趋势分量、与丝杠回转频率相关的负载波形分量、与丝母中滚珠通过丝杠上一点的通过频率相关的负载波形分量以及与丝杠杆支撑轴承频率相关的负载波形分量中的任意一个或任意组合；
或者，所述传功机构为齿轮，所述与传动机构相关的分量包括：与各齿轮啮合频率相关的分量和齿轮传动机构中各旋转轴的转动频率相关的负载波形分量中的二者之一或二者组合。
19.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述分形维数为：分形盒维数或分形关联维数或豪斯道夫维数或信息维数或多重分形维数。
20.如权利要求13所述的方法，其特征在于，传动机构的使用寿命用使用寿命参数表示；
所述当前初始历史使用寿命为：根据传动机构不同的工作状态分别设置加权系数，记录传动机构在不同工作状态下的使用寿命参数，利用所述不同工作状态的加权系数，对相应工作状态下记录的使用寿命参数进行加权计算，将各状态下的加权计算结果进行累加，得到所述当前初始历史使用寿命。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述使用寿命参数包括：转数、时长和行程。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述工作状态为：恒速进给工作状态或加速进给工作状态或加加速进给工作状态。
23.如权利要求13至17和19至22中任意一项所述的方法，其特征在于，所述传动机构为：丝杠或导轨或轴承或齿轮。
24.一种传动机构的使用寿命终点判定系统，包括：
过程监测模块(310)，用于监测传动机构的运行过程，将计算当前初始历史使用寿命所需的参数提供给当前初始历史使用寿命计算模块(320)；
当前初始历史使用寿命计算模块(320)，用于根据所述过程监测模块提供的所述参数计算当前初始历史使用寿命；
其特征在于，该系统还包括：波形记录模块(330)、加权系数计算模块(340)、当前历史使用寿命计算模块(350)、当前累加历史使用寿命计算模块(360)和使用寿命终点判断模块(370)；
其中，所述过程监测模块(310)进一步用于将其监测到的传动机构负载信息，以及传动机构的运动位置信息提供给波形记录模块(330)；
所述波形记录模块(330)用于根据来自过程监测模块(310)的传动机构负载信息及运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形；
所述加权系数计算模块(340)用于根据所述波形记录模块(330)生成的负载波形得到传动机构的当前历史使用寿命加权系数；
所述当前历史使用寿命计算模块(350)用于利用来自加权系数计算模块(340)的所述当前历史使用寿命加权系数，对来自当前初始历史使用寿命计算模块(320)的当前初始历史使用寿命进行加权计算，得到传动机构的当前历史使用寿命；
所述当前累加历史使用寿命计算模块(360)用于将存储的前次累加历史使用寿命与所述当前历史使用寿命计算模块(350)计算的当前历史使用寿命相加，得到当前累加历史使用寿命，将所述当前累加历史使用寿命进行存储，作为下次历史使用寿命估计时的前次累加历史使用寿命；其中，前次累加历史使用寿命的初始值为预先设置的一个值；
使用寿命终点判断模块(370)判断当前累加历史使用寿命计算模块得到的传动机构的当前累加历史使用寿命是否达到预先设定的传动机构的预期使用寿命，如果达到，则判定传动机构达到使用寿命终点，否则，通知过程监测模块(310)继续监测。
25.如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述加权系数计算模块(340)包括：
波形分量提取子模块(341)，用于从所述波形记录模块(330)生成的传动机构驱动器的负载波形中分离出与传动机构相关的分量，生成传动机构负载波形分量；
分形维数计算子模块(342)，用于对所述波形分量提取子模块(341)生成的传动机构负载波形分量进行分形维数计算，得到与传动机构磨损相关的当前波形特征参数；
加权系数计算子模块(343)，用于根据所述分形维数计算子模块(342)得到的当前波形特征参数，生成传动机构的当前历史使用寿命加权系数。
26.如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述使用寿命终点判断模块(370)包括：
当前剩余使用寿命计算模块(371)，用于将预先设定的传动机构的预期使用寿命减去所述当前累加历史使用寿命计算模块(360)中得到的所述传动机构的当前累加历史使用寿命，得到当前剩余使用寿命；
寿命终点判断模块(372)，用于判断所述当前剩余使用寿命计算模块(371)得到的当前剩余使用寿命是否小于或等于零，小于或等于零则判定传动机构达到使用寿命终点。
27.如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述使用寿命终点判断模块(370)包括：
当前剩余使用寿命计算模块(371)，用于将预先设定的传动机构的预期使用寿命减去所述当前累加历史使用寿命计算模块(360)中得到的所述传动机构的当前累加历史使用寿命，得到当前剩余使用寿命；
预警模块(373)，用于判断所述当前剩余使用寿命计算模块(371)得到的当前剩余使用寿命是否小于或等于预先设置的大于零的剩余使用寿命预警门限，达到则判定传动机构达到使用寿命终点。
28.一种传动机构的当前历史使用寿命估计系统，包括：
过程监测模块(310)，用于监测传动机构的运行过程，将计算当前初始历史使用寿命所需的参数提供给当前初始历史使用寿命计算模块(320)；
当前初始历史使用寿命计算模块(320)，用于根据所述过程监测模块提供的所述参数计算当前初始历史使用寿命；
其特征在于，该系统还包括：波形记录模块(330)、加权系数计算模块(340)和当前历史使用寿命计算模块(350)；
其中，所述过程监测模块(310)进一步用于将其监测到的传动机构驱动器的运行电流或扭矩，以及传动机构的运动位置信息提供给波形记录模块(330)；
所述波形记录模块(330)用于根据来自过程监测模块(310)的传动机构驱动器的运行电流或扭矩及传动机构的运动位置信息，生成传动机构驱动器的负载波形；
所述加权系数计算模块(340)用于根据所述波形记录模块(330)生成的负载波形得到传动机构的当前历史使用寿命加权系数；
所述当前历史使用寿命计算模块(350)用于利用来自加权系数计算模块(340)的所述当前历史使用寿命加权系数，对来自当前初始历史使用寿命计算模块(320)的当前初始历史使用寿命进行加权计算，得到传动机构的当前历史使用寿命。
29.如权利要求28所述的系统，其特征在于，所述加权系数计算模块(340)包括：
波形分量提取子模块(341)，用于从所述波形记录模块(330)生成的传动机构驱动器的负载波形中分离出与传动机构相关的分量，生成传动机构负载波形分量；
分形维数计算子模块(342)，用于对所述波形分量提取子模块(341)生成的传动机构负载波形分量进行分形维数计算，得到与传动机构磨损相关的当前波形特征参数；
加权系数计算子模块(343)，用于根据所述分形维数计算子模块(342)得到的当前波形特征参数，生成传动机构的当前历史使用寿命加权系数。
CN2007101468216A 2007-08-24 2007-08-24 使用寿命终点判定及当前历史使用寿命估计的方法和系统 Expired - Fee Related CN101373495B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007101468216A CN101373495B (zh) 2007-08-24 2007-08-24 使用寿命终点判定及当前历史使用寿命估计的方法和系统
PCT/EP2008/060789 WO2009027255A2 (en) 2007-08-24 2008-08-18 A method and system that are used to determine the service life endpoint and evaluate the current historical service life

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007101468216A CN101373495B (zh) 2007-08-24 2007-08-24 使用寿命终点判定及当前历史使用寿命估计的方法和系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101373495A true CN101373495A (zh) 2009-02-25
CN101373495B CN101373495B (zh) 2010-09-29

Family

ID=40070990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007101468216A Expired - Fee Related CN101373495B (zh) 2007-08-24 2007-08-24 使用寿命终点判定及当前历史使用寿命估计的方法和系统

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN101373495B (zh)
WO (1) WO2009027255A2 (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101870076A (zh) * 2010-07-02 2010-10-27 西南交通大学 一种基于性能退化模型的数控机床导轨副寿命预测方法
CN101870075A (zh) * 2010-07-02 2010-10-27 西南交通大学 一种基于性能退化模型的数控机床丝杠副寿命预测方法
CN102289563A (zh) * 2011-06-16 2011-12-21 中国海洋大学 一种寒区海洋平台剩余寿命评估方法
CN103419071A (zh) * 2013-08-08 2013-12-04 洛阳理工学院 一种能够提高刀具切削寿命的方法
CN104210976A (zh) * 2014-08-18 2014-12-17 上海中联重科桩工机械有限公司 卷扬钢绳负载行程检测方法和系统以及卷扬控制机构
CN107831010A (zh) * 2017-10-11 2018-03-23 北京精密机电控制设备研究所 一种机电作动器滚珠丝杠故障监测系统
CN110823544A (zh) * 2019-11-20 2020-02-21 中国船舶重工集团海装风电股份有限公司 变桨电机刹车剩余寿命计算方法、装置、设备及介质
CN111308960A (zh) * 2020-01-20 2020-06-19 广西玉柴机器股份有限公司 一种负载监控方法及系统
CN112379198A (zh) * 2020-11-05 2021-02-19 华润电力技术研究院有限公司 一种设备残余寿命评估方法和系统
CN113795871A (zh) * 2019-03-29 2021-12-14 利勃海尔比伯拉赫零部件有限公司 用于确定建筑、材料处理和/或运输机械的实际状态和/或剩余寿命的装置

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5506420B2 (ja) 2010-01-20 2014-05-28 Ｎｔｎ株式会社 ４点接触玉軸受のトルク計算方法・計算装置・および計算プログラム
DE102011119466A1 (de) * 2011-11-25 2013-05-29 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Bestimmung einer Gesamtschädigung wenigstens einer rotierenden Komponente eines Antriebsstrangs
JP7097268B2 (ja) * 2018-09-07 2022-07-07 株式会社ジャノメ プレス装置、端末装置、ボールねじ推定寿命算出方法およびプログラム
US20230394890A1 (en) * 2022-06-01 2023-12-07 Hiwin Technologies Corp. Method and system for evaluating a maintenance requirement of a linear transmission device
DE102022205592A1 (de) 2022-06-01 2023-12-07 Hiwin Technologies Corp. Verfahren und system zum auswerten eines wartungsbedarfs einer linearübertragungsvorrichtung

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3314181A1 (de) * 1983-04-19 1984-10-25 Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim Verfahren zur ueberwachung der ermuedung von bauteilen, z.b. in kernkraftwerken
FR2714506B1 (fr) * 1993-12-28 1996-02-09 Valeo Electronique Procédé de gestion de la maintenance d'un véhicule, ordinateur de bord et station de diagnostic associés mettant en Óoeuvre le procédé.
US6490543B1 (en) * 1999-07-13 2002-12-03 Scientific Monitoring Inc Lifeometer for measuring and displaying life systems/parts
DE10007308A1 (de) * 2000-02-17 2001-08-23 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der verbleibenden Betriebsdauer eines Produktes
EP1408259B1 (en) * 2002-10-07 2006-08-30 Ford Global Technologies, LLC A method of detecting wear in a motor vehicle transmission and a transmission provided with means to detect such wear
EP1508880A3 (de) * 2003-08-06 2005-11-23 Battenfeld Extrusionstechnik GmbH Verfahren und Einrichtung zum Berechnen der voraussichtlichen Lebensdauer eines Getriebes

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101870076A (zh) * 2010-07-02 2010-10-27 西南交通大学 一种基于性能退化模型的数控机床导轨副寿命预测方法
CN101870075A (zh) * 2010-07-02 2010-10-27 西南交通大学 一种基于性能退化模型的数控机床丝杠副寿命预测方法
CN102289563A (zh) * 2011-06-16 2011-12-21 中国海洋大学 一种寒区海洋平台剩余寿命评估方法
CN103419071A (zh) * 2013-08-08 2013-12-04 洛阳理工学院 一种能够提高刀具切削寿命的方法
CN104210976A (zh) * 2014-08-18 2014-12-17 上海中联重科桩工机械有限公司 卷扬钢绳负载行程检测方法和系统以及卷扬控制机构
CN104210976B (zh) * 2014-08-18 2016-08-17 上海中联重科桩工机械有限公司 卷扬钢绳负载行程检测方法和系统以及卷扬控制机构
CN107831010A (zh) * 2017-10-11 2018-03-23 北京精密机电控制设备研究所 一种机电作动器滚珠丝杠故障监测系统
CN113795871A (zh) * 2019-03-29 2021-12-14 利勃海尔比伯拉赫零部件有限公司 用于确定建筑、材料处理和/或运输机械的实际状态和/或剩余寿命的装置
CN113795871B (zh) * 2019-03-29 2024-09-06 利勃海尔比伯拉赫零部件有限公司 用于确定建筑机械、材料搬运机械和/或运输机械的实际状态和剩余寿命的装置
CN110823544A (zh) * 2019-11-20 2020-02-21 中国船舶重工集团海装风电股份有限公司 变桨电机刹车剩余寿命计算方法、装置、设备及介质
CN111308960A (zh) * 2020-01-20 2020-06-19 广西玉柴机器股份有限公司 一种负载监控方法及系统
CN111308960B (zh) * 2020-01-20 2024-01-12 广西玉柴机器股份有限公司 一种负载监控方法及系统
CN112379198A (zh) * 2020-11-05 2021-02-19 华润电力技术研究院有限公司 一种设备残余寿命评估方法和系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN101373495B (zh) 2010-09-29
WO2009027255A2 (en) 2009-03-05
WO2009027255A3 (en) 2009-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101373495B (zh) 使用寿命终点判定及当前历史使用寿命估计的方法和系统
US7457785B1 (en) Method and apparatus to predict the remaining service life of an operating system
US20150293523A1 (en) Machine tool diagnostic method and system
Mann et al. Statistical‐based or condition‐based preventive maintenance?
EP2698680B1 (en) Method for testing the reliability of complex systems
DE602006000693T2 (de) Prognose- und Diagnosesystem für Druckluftbremsen
US7124057B2 (en) Method and apparatus for diagnosing a cyclic system
US7974822B2 (en) Method and device for determining the life expectancy of components while in operation
US11577394B2 (en) Deterioration diagnosis apparatus for diagnosing deterioration in a mechanical apparatus, deterioration diagnosis method for diagnosing deterioration in a mechanical apparatus performed in a deterioration diagnosis apparatus, and deterioration diagnosis method for diagnosing deterioration in a mechanical apparatus
US20050049835A1 (en) Device and method for the early recognition and prediction of unit damage
CN101894221A (zh) 基于退化量分布非平稳时序分析的加速退化试验产品寿命预测方法
EP2837984B1 (en) Process to optimize the maintenance of technical systems
Li et al. Model-based condition index for tracking gear wear and fatigue damage
Beganovic et al. Remaining lifetime modeling using State-of-Health estimation
US7442291B1 (en) Filter integration for a lubrication analysis system
CN114199583A (zh) 发动机润滑油消耗和条件监测
Montgomery et al. Minor maintenance actions and their impact on diagnostic and prognostic CBM models
US8370083B2 (en) Method for automatically determining the condition of a hydraulic aggregate
Herzog et al. Analysis of the reusability of modules in the final automotive assembly
EP3501745B1 (fr) Procédé de détermination du dommage d'un outil tournant, et dispositif correspondant
RU2610366C1 (ru) Способ диагностики технического состояния машин по косвенным признакам
US20240335894A1 (en) Method of monitoring the condition of a gear cutting machine
JP4836773B2 (ja) 潤滑状態評価装置、潤滑状態評価方法、プログラム及び記録媒体
Kovalev et al. Regarding One Estimation of the Technical Condition of the Selective Headers
CN112771458A (zh) 用于机电接合系统的状态分析的方法和执行该方法的机电接合系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20100929

Termination date: 20170824