CN110030230A - 用于致动器的故障检测系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于致动器(18)的故障检测系统(10)，包含：控制器(12)，输出用于控制致动器(18)的控制信号；方向切换阀(16)，基于从控制器(12)输出的控制信号，将压力流体选择性地供应到致动器(18)的一端(26)或者另一端(28)，以使致动器(18)的可移动构件(32)在一端(26)和另一端(28)之间位移；第一传感器(20)，第二传感器(22)；故障检测装置(14)，基于第一传感器(20)和第二传感器(22)的检测结果来检测致动器(18)的故障，故障检测装置(14)将致动器(18)中的故障的检测结果输出到控制器(12)，控制器(12)将控制信号供应给方向切换阀(16)，并基于故障的检测结果，停止供应控制信号。

Description

用于致动器的故障检测系统
本申请为下述申请的分案申请：
原申请的申请日：2014年07月03日
原申请的申请号：201410314711.6
原申请的发明名称：用于致动器的故障检测系统
技术领域
本发明涉及一种用于基于致动器中的可移动构件的移动时间，来检测致动器的异常的故障检测系统。
背景技术
利用在供应压力流体(例如，加压气体)时可移动构件被位移的致动器，当使用的频率或者操作的次数(操作时间，使用的持续时间)达到给定的实验确定的水平时，在故障发生之前典型地进行维护。
但是，常规地，即使利用目前没有遭受劣化的正常致动器，在日常维护的情况下，可能不必要地进行了致动器的替换，从而导致成本的增加。此外，在市场上，已经试图提高使用致动器的设备的生产率，并且通过缩短冲程时间(间歇(tack))从而增加可移动致动器的间歇时间，来降低由这种设备制造的产品成本。出于这样的目的，期望的是，维护间隔不是基于操作者的判断被设置的，而是自动并数值地管理致动器。
此外，一般而言，人们认为由于施加于致动器的负载状态，或者包括致动器的诸如气动装置等等的流体压力装置的基于时间的变化，即，老化，而会出现使用压力流体的致动器的劣化。此外，假如致动器中的故障的出现能够在由于由间歇时间的改变所产生的劣化而导致的致动器的失灵(failure)之前被检测到，则流体压力装置能够继续被使用，直到正好它的寿命周期的结束之前，从而使设备能够以最高效率被操作。
因此，代替基于使用的频率或者操作的次数(操作时间，使用的持续时间)来进行维护操作，已经提出各种类型的故障检测系统，其被配备有用于自动并数值地检测致动器的故障或异常的失灵预测功能。
例如，图9图解故障检测系统100，在该故障检测系统100中，致动器的故障通过测量压力流体的流速和压力的变化被检测出来。在这种故障检测系统100种，压力流体从流体压力源102通过方向切换阀104被选择性地供应给致动器106。在包含气缸的致动器106的内部中，连接有活塞杆108的活塞110在致动器的一端116和另一端118之间，在图9的左右方向上位移。
方向切换阀104包含具有螺线管112和弹簧114的4路5端口的单动式螺线管阀。更具体地，当螺线管112通过供应外部控制信号(操作命令)而被启动时，方向切换阀104将压力流体通过端口120从流体压力源102供应到致动器106的一端116，而在致动器106的另一端118处的流体(压力流体)通过端口122被排出到外部。因此，活塞110从一端116被位移到另一端118。
另一方面，当停止供应控制信号时，在弹簧114的操作下，方向切换阀104将压力流体通过端口122从流体压力源102供应到另一端118，而一端116处的压力流体通过端口120被排出到外部。因此，活塞110从另一端118被位移到一端116。
此外，在用以连接方向切换阀104和端口120、122的管123、125的中间位置处，分别布置接头124、126，该接头124、126由并联连接的节流阀和止回阀组成。
在这种情况下，如图9中的虚线箭头所示，有可能压力流体从故障检测系统100的各个部分泄漏。更具体地，压力流体的外部泄漏会从以下发生：(1)从布置在流体压力源102、方向切换阀104和致动器106之间的各个管123、125、127，(2)从方向切换阀104，(3)从活塞杆108和从设置在气缸和活塞杆108之间的未图示的包装(packing)，以及(4)从接头124、126。此外，同样在致动器106的内部中，压力流体有可能经由活塞110以及在气缸和活塞110之间设置的未图示的包装而在一端116和另一端118之间泄漏。
因此，在故障检测系统100中，未图示的流量计和压力计被布置在每个管123、125、127中，从而通过各个流量计测量压力流体的流速，并且通过各个压力计测量压力流体的压力。因此，由于能够测量压力流体的流速和压力的变化，所以能够检测出压力流体泄漏的位置处的故障，并且能够进行在其失灵之前的受影响的部件的替换。
另一方面，图10的故障检测系统130基于活塞110的冲程时间检测致动器106的异常。除了上述故障检测系统100的各个组成元件之外，故障检测系统130进一步包括控制器132，布置在致动器106的一端116上的第一传感器134，和布置在致动器106的另一端118上的第二传感器136，其中控制器132例如是PLC(可编程逻辑控制器)等等，用于从输出部132a向螺线管112供应控制信号。上面所述的接头124、126(见图9)未被设置在故障检测系统130中。此外，在故障检测系统130中，消声器138被布置在排出通道中，该排出通道用于使压力流体从致动器106的一端116和另一端118被排出。
第一传感器134在活塞110位移到一端116时检测活塞110。第二传感器136在活塞110位移到另一端118时检测活塞110。指示通过第一传感器134和第二传感器136的活塞110的检测结果的检测信号被输入到控制器132的输入部132b。因此，在控制器132中，测量从控制信号被输出到方向切换阀104的输出时间直到检测信号被输入的输入时间(即，完成活塞110的位移的时间)的时间(活塞110的冲程时间)，并且基于测量的冲程时间，来检测致动器106的异常。
此外，类似于图10的故障检测系统130，在日本特开第10-281113号专利公报(以下简称专利文献1)和日本特开第2002-174358号专利公报(以下简称专利文献2)中公开了用于通过使用致动器的可移动构件的冲程时间来检测致动器的异常的技术。
如专利文献1中所公开的，测量从致动器和被驱动体的操作命令开始的速度和冲程时间。被测量的速度和冲程时间与正常操作期间的参考速度和冲程时间相比较，并且对于致动器和被驱动体是否正常运行进行判断。
如专利文献2所公开的，从激励螺线管阀直到双动式气缸的活塞到达冲程终点的时间被测量作为冲程时间，并且如果测量的冲程时间变为等于或者大于预定阈值，则发出警告。
发明内容
但是，利用图9所示的故障检测系统100，必须在包括致动器106作为一个整体的设备被暂时停止的状态下检测到诸如劣化等等的故障。换句话说，在设备的正在进行的操作期间不能检测致动器106的异常。因此，利用故障检测系统100，涉及到由于在其上进行的维护操作而使得设备的生产率将减少。
此外，利用图10所示的故障检测系统130，通过结合控制器132、第一传感器134和第二传感器136，测量致动器106的响应性(活塞110的冲程时间或者行进时间)。因此，在操作设备期间可以检测到致动器106的故障。在这种情况下，响应的准确度依赖于控制器132的处理速度。出于这样的原因，如果以高速操作的小型致动器106的故障将被检测到，必须构造包括具有高处理速度的控制器132的测量系统，这会增加系统的成本。此外，由于PLC被用于控制器132，因此对于用户(操作者)必须构造故障检测系统130，而且创建PLC所使用的控制器程序，从而增加操作者的负担。
另外，在多个致动器被用于一整套设备的情况下，用户必须创建用于测量所有致动器的冲程时间的控制器程序，并且在PLC中设置这种程序，这是耗费时间的。此外，由于需要具有高级程序设计能力的大容量存储器和PLC用于存储控制器程序和测量结果，因此故障检测系统130的构造趋于是昂贵的。
而且，在专利文献1和专利文献2中所公开的技术中，与图10的故障检测系统130的问题类似的问题被提出。
本发明寻求解决上述问题，并且具有提供用于致动器的故障检测系统的目的，其中通过容易检测致动器的故障而无需停止设备，能够增强故障检测系统的可维护性。
根据本发明的用于致动器的故障检测系统能够基于致动器的可移动构件的冲程时间来检测致动器的故障。故障检测系统包括以下第一至第九特征。
更具体地，根据第一特征，故障检测系统被配备有第一传感器、第二传感器和故障检测装置。第一传感器沿着可移动构件的位移方向被设置在致动器的一端上，并且在可移动构件位移到该一端时检测该可移动构件。第二传感器沿着位移方向被设置在致动器的另一端上，并且在可移动构件位移到另一端时检测该可移动构件。
故障检测装置基于第一传感器和第二传感器的检测结果来检测致动器的故障。
更具体地，故障检测装置进一步包括冲程时间计算器，统计计算处理单元和处理部件故障检测器。冲程时间计算器基于每个检测结果，计算可移动构件在一端与另一端之间行进所需要的冲程时间。统计计算处理单元对于计算的冲程时间执行预定统计计算。故障检测器基于统计计算处理单元的处理结果，检测致动器的故障是否已经出现。
根据上述第一特征，对于可移动构件的冲程时间进行统计计算，并且基于处理结果来检测致动器的故障是否已经出现。因此，即使在操作包括致动器的设备期间，致动器的故障也能够被检测到而无需停止该设备。因此，维持这种设备的生产率，并且在设备保持联机的同时，能够实时检测致动器的故障。
此外，迄今为止已经基于操作者的判断被设定(定义)的维护周期能够被自动地并数值地管理。更具体地，即使维护操作并不是通过操作者有规则地进行，故障检测系统也能够在操作设备期间自动进行维护，并且基于用作来自致动器的响应信息的冲程时间，容易地确定致动器的异常的出现。另外，利用故障检测系统，基于对于可移动构件的冲程时间进行的统计计算的处理结果，能够数值地判断(管理)致动器的异常是否已经出现。
因此，根据本发明，维护所需要的处理步骤的数量能够被减少，施加于操作者的负担能够被显著地减轻，并且包括致动器的设备的可维护性能够被提高。此外，通过数值地被管理，便于负责这种维护的操作者的培训和训练。
此外，由于基于第一传感器和第二传感器的检测结果计算可移动构件的冲程时间，因此能够使用现存的传感器而无需修改。更具体地，仅仅通过相对于常规的现存的传感器来增加故障检测装置就能够构造故障检测系统。因此，利用本发明，能够容易地并且以低成本检测致动器的故障。
在本发明的第二特征中，故障检测装置进一步包括在其中存储冲程时间的第一存储单元，和在其中存储处理结果的第二存储单元。在这种情况下，较佳地，故障检测器至少读取存储在第二存储单元中的处理结果，并且基于读取的处理结果检测致动器的故障是否已经出现。
根据第二特征，由于冲程时间被存储(积累)在第一存储单元中，因此即使在可移动构件在一端和另一端之间行进(往复移动)的情况下，统计计算处理单元也能够从第一存储单元相继地读取冲程时间，并且对于其进行统计计算。此外，由于处理结果被存储(积累)在第二存储单元中，因此故障检测器能够从第二存储单元适当地读取处理结果，并且对于其进行检测处理。
在本发明的第三特征中，可移动构件的正常冲程时间较佳地作为正常值被预先存储在第一存储单元中。在这种情况下，统计计算处理单元至少计算由冲程时间计算器计算的冲程时间与正常值之间的偏差，并且将该计算的偏差作为统计计算的值存储在第二存储单元中。此外，故障检测器从第二存储单元读取统计计算的值，并且基于读取的统计计算的值来判断致动器的故障是否已经出现。
根据第三特征，基于预先设定的正常值与实际计算的冲程时间之间的比较，由于它能够确定致动器的故障是否已经出现，因此能够准确地判断致动器的故障的出现。更具体地，如果致动器变得劣化，则每当基于第一传感器和第二传感器的各个检测结果计算冲程时间时，上述偏差的变化率变得越大。因此，例如，如果偏差变成大于预定阈值，则能够容易地判断致动器的故障已经出现。
而且，可移动构件的正常冲程时间被定义为在致动器的诸如劣化或者失灵的异常未出现的状态下(例如，紧接在致动器的安装或者替换之后的初始操作状态)，可移动构件在一端与另一端之间的冲程时间。正常冲程时间可以被操作者预先设定，或者可以在制造故障检测装置时被存储在第一存储单元中。
此外，代替第三特征，故障检测装置能够被配置成包括发明的第四特征，如下所述。
更具体地，根据第四特征，在每当可移动构件在位移方向上移动时、第一传感器和第二传感器检测可移动构件的情况下，每当输入来自第一传感器和第二传感器的各个检测结果时，冲程时间计算器计算冲程时间并将冲程时间存储在第一存储单元中。
在这种情况下，每当冲程时间计算器计算冲程时间并将冲程时间存储在第一存储单元中时，统计计算处理单元读取存储在第一存储单元中的所有冲程时间的数据，计算读取的数据的平均值、标准偏差或者方差，并且将该平均值、标准偏差或者方差作为统计计算的值存储在第二存储单元中。
另外，较佳的是可移动构件的正常冲程时间的平均值、标准偏差或者方差作为正常值被存储在第二存储单元中。
因此，每当统计计算处理单元将统计计算的值存储在第二存储单元中时，故障检测器从第二存储单元读取统计计算的值和正常值，并且能够基于统计计算的值与正常值之间的比较来检测致动器的故障是否已经出现。
因此，根据第四特征，在操作致动器期间(即，在可移动构件沿着位移方向来回往复移动的时间期间)，能够容易地并且实时检测致动器的故障是否已经出现。更具体地，使用实际计算的冲程时间的数据，统计计算处理部单元相继地计算数据的平均值、标准偏差或者方差，并且将这些作为统计计算的值存储在第二存储单元中。此外，基于存储在第二存储单元中的统计计算的值与正常值之间的比较，故障检测器能够相继地判断致动器的故障是否已经出现。
此外，如果致动器变得劣化，则每当基于第一传感器和第二传感器的各个检测结果计算冲程时间时，上述平均值、标准偏差或者方差的变化率变得更大。因此，例如，如果平均值、标准偏差或者方差变成大于预定阈值，则能够容易地判断致动器的故障已经出现。
第五特征更详细地指定第四特征的某些结构部件。更具体地，在第五特征中，在可移动构件从致动器的操作的初始状态开始的固定的时间周期沿着位移方向往复移动的情况下，每当输入来自第一传感器和第二传感器的各个检测结果时，冲程时间计算器计算可移动构件的冲程时间并且将计算的冲程时间存储在第一存储单元中。
在这种情况下，统计计算处理单元读取存储在第一存储单元中的所有冲程时间的数据，计算读取的数据的平均值、标准偏差或者方差，并且将该平均值、标准偏差或者方差作为正常值存储在第二存储单元中。
根据第五特征，在紧接在安装或者替换设备中的致动器之后的操作的初始状态下，自动计算正常值，并且该正常值被存储在第二存储单元中。因此，正常值的设定能够以高效率被执行。
第六特征更详细地指定本发明的第二至第五特征。
更具体地，在第六特征中，故障检测系统进一步包含方向切换阀，该方向切换阀基于供应到其的外部控制信号，将压力流体选择性的供应到致动器的一端或另一端。在这种情况下，根据选择性供应压力流体，可移动构件在位移方向上被位移到致动器的一端或另一端。
另外，冲程时间计算器计算第一检测时间和第二检测时间之间的时间差作为所述可移动构件的冲程时间，第一检测时间是从开始向所述方向切换阀供应所述控制信号直到所述可移动构件不能再被所述第一传感器和所述第二传感器中的一个检测到为止，所述第二检测时间是从开始供应直到通过所述第一传感器和所述第二传感器中的另一个开始检测所述可移动构件为止。
根据第六特征，通过计算作为冲程时间的、第一检测时间与第二检测时间之间的时间差，能够容易且可靠地计算冲程时间。
在第七特征中，冲程时间计算器将第一检测时间、第二检测时间和冲程时间存储在第一存储单元中。此外，统计计算处理单元对于第一检测时间执行预定的统计计算，并且将统计计算的处理结果存储在第二存储单元中。因此，故障检测器读取存储在第二存储单元中的对于第一检测时间的处理结果，并且基于该读取的处理结果，能够检测在方向切换阀和致动器之间的位置处是否已经出现故障。
以这种方式，根据第七特征，除了检测致动器的故障之外，还能够检测出现在方向切换阀和致动器之间的故障。对于第一检测时间执行的统计计算可以是与对于冲程时间执行的统计计算相同的处理(计算平均值、标准偏差或者方差)。
在发明的第八特征中，故障检测系统进一步包含控制器，该控制器向方向切换阀供应控制信号。在这种情况下，故障检测装置进一步包括输出处理器，该输出处理器从控制器向方向切换阀供应控制信号，并且将故障检测器的检测结果输出到控制器。
根据第八特征，由PLC等等制成的控制器通过故障检测装置向方向切换阀供应控制信号，然而控制器从故障检测装置接收检测结果。因此，控制器能够掌握(检测)联机状态下的致动器的故障，并且基于检测结果，能够采取适当的动作，例如停止供应控制信号。
此外，在故障检测装置中，检测致动器的故障，并且检测结果被单独输出到控制器。因此，对于操作者没有必要为了检测致动器的故障而创建控制器所使用的程序。因此，能够减少施加于操作者构造故障检测系统的负担。
在发明的第九特征中，故障检测系统进一步包括显示装置，该显示装置显示存储在第一存储单元中的冲程时间，存储在第二存储单元中的处理结果，和故障检测器的检测结果。
根据第九特征，通过视觉上确认显示装置上显示的内容，操作者能够掌握致动器的故障的出现，并且能够快速进行适当的动作，例如停止操作设备、替换致动器等等。
本发明的上述及其他目的、特征和优点通过以下描述以及附图将变得更加明显，其中本发明的最优实施例通过说明性的实例来展示。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的用于致动器的故障检测系统的示意图；
图2是显示图1的故障检测系统的部分变化的示意图；
图3是图1和图2所示的失灵检测装置的方框图；
图4是显示关于图1和图2所示的致动器，正常部件与出现故障的部件之间的差异的图表；
图5是显示图1和图2的故障检测系统的操作的时间图；
图6是显示图1的故障检测系统的部分变化的示意图；
图7是显示图2的故障检测系统的部分变化的示意图；
图8是显示图1、2、6和7的故障检测系统被应用于专利文献2的系统的情况的时间图；
图9是根据一个常规技术的用于致动器的故障检测系统的示意图；和
图10是根据另一种常规技术的用于致动器的故障检测系统的示意图。
具体实施方式
下面参照附图将详细描述根据本发明的用于致动器的故障检测系统的较佳实施例。
[故障检测系统的整体构造]
如图1所示，根据本实施例的用于致动器的故障检测系统10(以下简称为根据实施例的故障检测系统10)被配备有诸如PLC等的控制器12，失灵检测装置14(故障检测装置)，包含4路5端口的双动式螺线管阀的方向切换阀16，诸如流体压力缸等的致动器18，以及第一传感器20(第一传感器)和第二传感器22(第二传感器)，其中第一传感器20和第二传感器22被布置在致动器18的外圆周表面上。
故障检测系统10被结合在未图示的设备中，以组成配备有故障预测功能的系统，在无需停止设备的情况下，在设备的操作期间(即，在产品的制造期间)，该故障预测功能能够自动检测故障，例如致动器18的劣化或者失灵等等。
控制器12包括输出单元12a、输入单元12b和检测结果输入单元12c。输出单元12a通过失灵检测装置14向方向切换阀16的螺线管16a、16b供应控制信号(控制命令)。指示第一传感器20和第二传感器22产生的检测结果的检测信号通过失灵检测装置14被输入到输入单元12b。指示基于失灵检测装置14中的各个检测信号而判断的致动器18的故障的出现或者未出现(检测结果)的检测信号，被输入到检测结果输入单元12c。
方向切换阀16，借助于通过失灵检测装置14从控制器12向螺线管16a、16b供应的控制信号，选择性地输出或者供应压力流体，该压力流体从流体压力源24被供应到致动器18的一端26或者另一端28。更具体地，如果控制信号被供应给螺线管16a，则在图1中为方向切换阀16所显示的两个方框之中，方向切换阀16处于选择上侧方框的状态。此外，如果控制信号被供应给螺线管16b，则方向切换阀16处于选择下侧方框的状态。
如之前所述，致动器18包含流体压力缸，在该流体压力缸中，通过供应来自方向切换阀16的压力流体，活塞杆30被连接到其的活塞32(可移动构件)在图1的左右方向(位移方向)上位移。
如上所述，当控制信号被供应给螺线管16a，从而激励螺线管16a时，方向切换阀16处于选择上侧方框的状态。因此，来自流体压力源24的压力流体通过方向切换阀16、管33和端口36被供应到致动器18的一端26，并且另一端28中的压力流体从另一端28通过端口38、管35和方向切换阀16被排出到外部。因此，活塞32和活塞杆30一致地从一端26位移到另一端28。
此外，当控制信号被供应给螺线管16b，从而激励螺线管16b时，方向切换阀16处于选择下侧方框的状态。因此，来自流体压力源24的压力流体通过方向切换阀16、管35和端口38被供应到致动器18的另一端28，并且一端26中的压力流体从一端26通过端口36、管33和方向切换阀16被排出到外部。因此，活塞32和活塞杆30一致地从另一端28位移到一端26。
因此，通过从控制器12经过失灵检测装置14向螺线管16a和螺线管16b交替地供应控制信号，活塞32和活塞杆30能够在图1的左右方向上在一端26和另一端28之间往复移动。
消声器34被设置在从一端26或者另一端28延伸的用于压力流体的排出通道的末端上。
第一传感器20被设置在组成致动器18的流体压力缸的一端26侧上的外圆周表面上，而第二传感器22被设置在流体压力缸的另一端28侧上的外圆周表面上。第一传感器20和第二传感器22由限制开关或者电磁开关构成，当活塞32位移到面对第一传感器20和第二传感器22的位置时，第一传感器20和第二传感器22检测活塞32，并且将检测结果作为检测信号输出到失灵检测装置14。此外，通过位移活塞32，当活塞32不是位于与第一传感器20和第二传感器22面对的关系时，停止从第一传感器20和第二传感器22输出检测信号。
如之后将描述的，使用来自第一传感器20和第二传感器22的检测信号，在活塞32在一端26与另一端28之间行进时，失灵检测装置14计算活塞32的冲程时间，并且基于计算的冲程时间，失灵检测装置14检测致动器18的诸如劣化或者失灵等的故障的出现或者未出现。另外，失灵检测装置14将检测结果作为检测信号输出到检测结果输入单元12c，该检测结果指示致动器18中的故障的出现。更具体地，失灵检测装置实时监控从控制器12供应的控制信号，以及从第一传感器20和第二传感器22输出的各个检测信号，从而在操作设备期间，能够持续进行用于检测致动器18的故障等的检测处理。
图1显示控制器12包括输出单元12a、输入单元12b和检测结果输入单元12c，以在控制器12和失灵检测装置14之间，通过并行通信的方式发送和接收各种信号的方式的情形。但是，故障检测系统10并不局限于图1所示的构造。如图2所示，通信单元39可以被设置在控制器12中，并且通过现场总线等在通信单元39和失灵检测装置14之间可以进行串联连接，从而通过串行通信的方式可以发送和接收各种信号。
[失灵检测装置的构造]
如图3所示，失灵检测装置14包括传感器输入单元40、输出信号输入单元42、检测时间计算器44(冲程时间计算器)、内部计时器46、数据存储处理器48、第一数据存储单元50(第一存储单元)、统计处理器52(统计计算处理单元)、第二数据存储单元54(第二存储单元)、故障响应检测器56(故障检测器)、显示处理器58、显示装置60、输出处理器62和操作输入单元64。
来自第一传感器20和第二传感器22(见图1和图2)的检测信号被输入到传感器输入单元40。当来自或者第一传感器20或者第二传感器22的检测信号被输入到传感器输入单元40时(即，当检测信号的信号电平从低电平切换到高电平时)，传感器输入单元40检测该检测信号的上升沿，并且将它的检测结果输出到检测时间计算器44。此外，当来自或者第一传感器20或者第二传感器22的检测信号的输入停止时(即，当检测信号的信号电平从高电平切换到低电平时)，传感器输入单元40检测该检测信号的下降沿，并且将它的检测结果输出到检测时间计算器44。
从控制器12的输出单元12a输出的控制信号被输入到输出信号输入单元42。输出信号输入单元42将已经输入到其的控制信号输出到检测时间计算器44和输出处理器62。输出处理器62将已经输入到其的控制信号输出到螺线管16a或者螺线管16b。
检测时间计算器44，利用内部计时器46的计时功能，计算从输入控制信号的时间直到输入下降沿的检测结果的时间的第一时间T1(第一检测时间)。此外，检测时间计算器44计算从输入控制信号的时间直到输入上升沿的检测结果的时间的第二时间T2(第二检测时间)。另外，检测时间计算器44计算第一时间T1和第二时间T2的时间差(T2-T1)，作为活塞32在一端26和另一端28之间的冲程时间T3。
第一时间T1、第二时间T2和冲程时间T3，响应于活塞32在一端26和另一端28之间的位移方向，以如下所述的方式被定义。
在处于一端26的一侧的位置处的活塞32由于控制信号从输出处理器62被供应给螺线管16a而朝着另一端28位移的情况下，第一传感器20在从供应控制信号到螺线管16a开始过去预定时间之后，最后变成不能检测活塞32，于是终止输出检测信号。因此，传感器输入单元40能够检测来自第一传感器20的检测信号的下降沿。
因此，假如在控制器12和螺线管16a之间供应控制信号所需要的时间延迟小，则当活塞32从一端26朝着另一端28位移时的第一时间T1能够被认为是从控制信号开始从控制器12被供应的时间直到第一传感器20不再能检测活塞32的时间的时间周期。
此外，在活塞32和第二传感器22通过活塞32移动到另一端28而变成面对彼此的关系时，第二传感器22检测活塞32，并且开始输出检测信号。因此，传感器输入单元40能够检测来自第二传感器22的检测信号的上升沿。因此，当活塞32从一端26朝着另一端28位移时的第二时间T2可以被认为是从控制信号开始从控制器12被供应的时间直到第二传感器22开始检测活塞32的时间的时间周期。
出于这样的原因，当活塞32朝着另一端28从一端26位移时的活塞32的冲程时间T3变成来自第一传感器20的检测信号的下降沿的时间到来自第二传感器22的检测信号的上升沿的时间之间的时间周期。
另一方面，在目前位于另一端28一侧上的活塞32由于控制信号从输出处理器62被供应给螺线管16b而朝着一端26位移的情况下，第二传感器22在从控制信号供应到螺线管16b开始过去预定时间之后，最后变成不能检测活塞32，于是终止输出检测信号。因此，传感器输入单元40能够检测来自第二传感器22的检测信号的下降沿。
因此，假如在控制器12和螺线管16b之间供应控制信号所需要的时间延迟小，则当活塞32从另一端28朝着一端26位移时的第一时间T1能够被认为是从控制信号开始从控制器12被供应的时间直到第二传感器22不再能检测活塞32的时间的时间周期。
此外，在活塞32和第一传感器20通过活塞32移动到一端26而变成面对彼此的关系时，第一传感器20检测活塞32，并且开始输出检测信号。因此，传感器输入单元40能够检测来自第一传感器20的检测信号的上升沿。因此，当活塞32从另一端28朝着一端26位移时的第二时间T2可以被认为是从控制信号开始从控制器12被供应的时间直到第一传感器20开始检测活塞32的时间的时间周期。
出于这样的原因，当活塞32朝着一端26从另一端28位移时的活塞32的冲程时间T3变成来自第二传感器22的检测信号的下降沿的时间到来自第一传感器20的检测信号的上升沿的时间之间的时间周期。
以上述方式计算的第一时间T1、第二时间T2和冲程时间T3从检测时间计算器44被输出到数据存储处理器48。数据存储处理器48将关于第一时间T1、第二时间T2和冲程时间T3的数据存储(积累)在第一数据存储单元50中。
如上所述，故障检测系统10被结合在设备(未显示)的组件中。在这种情况下，通过从控制器12且经过失灵检测装置14向螺线管16a、16b交替地供应控制信号，方向开关阀16被操作为选择性地将压力流体供应到致动器18的一端26和另一端28。因此，活塞32在致动器18的内部中，在图1和图2的左右方向上往复移动。
因此，在实际使用的情况下，第一传感器20和第二传感器22分别检测活塞32，并且指示来自其检测结果的检测信号被输出到传感器输入单元40。传感器输入单元40检测每个检测信号的下降沿和上升沿，并且将检测结果输出到检测时间计算器44。因此，每当控制信号被交替供应到螺线管16a、16b时，检测时间计算器44计算第一时间T1、第二时间T2和冲程时间T3，并且数据存储处理器48将已经计算出的第一时间T1、第二时间T2和冲程时间T3相继地存储在第一数据存储单元50中。
统计处理器52通过数据存储处理器48读取关于存储在第一数据存储单元50中的第一时间T1和冲程时间T3的所有数据，并且对于已经读取的第一时间T1和冲程时间T3的数据进行预定统计计算处理。统计计算处理的结果作为统计计算的值被存储在第二数据存储单元54中。故障响应检测器56至少读取存储在第二数据存储单元54中的统计计算的值，并且如果读取的统计计算的值超过预定阈值，则判断已经出现了致动器的故障等。故障响应检测器56的判断结果被输出到显示处理器58和输出处理器62。显示处理器58对于判断结果执行预定的显示相关的处理，并且在显示装置60上显示判断结果。另一方面，输出处理器62将被输入到其的判断结果作为检测信号输出到控制器12。
接下来，将给出与在统计处理器52中进行的统计计算处理和在故障响应检测器56中进行的判断处理有关的两个详细实例(第一详细实例，第二详细实例)的描述。
[第一详细实例]
在第一详细实例中，通过统计处理器52执行的统计计算处理利用预定值和第一时间T1或者冲程时间T3被进行，并且通过故障响应检测器56执行的判断处理利用已经通过统计计算处理获得的统计计算的值被进行。
在第一详细实例中，预定值被定义为用于活塞32的正常冲程时间T3n和正常第一时间T1n(正常值)。在这种情况下，正常冲程时间T3n被定义为在致动器18的诸如劣化或者失灵的异常未出现的状态(例如，紧接在致动器18的安装或者替换之后的致动器1的初始操作状态)下，活塞32在一端26与另一端28之间的冲程时间T3。此外，正常第一时间T1n被定义为在致动器18的诸如劣化或者失灵的异常未出现的情况下的第一时间T1。
更具体地，如图4所示，在诸如劣化或者失灵的异常未出现的正常致动器18(由实线显示的通过术语“正常产品”表示)的情况下，不管活塞32被操作的次数，冲程时间T3(在图4中由术语“冲程时间”表示的)实质上是恒定的。另一方面，在出现故障的致动器18的情况下(由虚线显示的由术语“有故障产品1”表示，和由单点划线显示的由术语“有故障产品2”表示)，如果活塞32被操作的次数超过预定数量，则冲程时间T3与正常产品的冲程时间T3相比变得更长。
换句话说，在有故障产品1和有故障产品2的情况下，与正常产品相比，当活塞32被操作的次数增加时，冲程时间T3的变化率变得更大。因此，正常产品的冲程时间T3与有故障产品1和有故障产品2的冲程时间T3之间的偏差随着操作的数量增加而变得更大。此外，关于有故障产品1和有故障产品2的冲程时间T3的平均值、标准偏差和方差，随着操作的数量增加，期望相对于正常产品的冲程时间T3的平均值、标准偏差和方差的变化率也将变得更大。
因此，在本实施例中，在预先已知正常冲程时间T3n和正常第一时间T1n的情况下，正常冲程时间T3n和正常第一时间T1n能够通过使用操作输入单元64由操作者被预先设定，其中操作输入单元64由数字键盘等构成。以上述方式设定的正常冲程时间T3n和正常第一时间T1n作为正常值被存储在第一数据存储单元中50。此外，正常冲程时间T3n和正常第一时间T1n通过显示处理器58被显示在显示装置60上，而且通过输出处理器62被输出到控制器12。
在第一详细实例中，根据活塞32在图1和图2的左右方向上的往复移动，通过检测时间计算器44相继地计算第一时间T1和冲程时间T3。每当如上所述计算的第一时间T1和冲程时间T3被存储在第一数据存储单元50中时，统计处理器52从第一数据存储单元50读取当前存储的第一时间T1和冲程时间T3，以及已经预先存储的正常第一时间T1n和正常冲程时间T3n。
接下来，统计处理器52计算第一时间T1和正常第一时间T1n之间的偏差的绝对值εT1(＝|T1-T1n|)，并且计算冲程时间T3和正常冲程时间T3n之间的偏差的绝对值εT3(＝|T3-T3n|)。计算的绝对值εT1、εT3作为统计计算的值被分别存储在第二数据存储单元54中。
接下来，故障响应检测器56读取存储在第二数据存储单元54中的每个绝对值εT1、εT3，并将读取的绝对值εT1、εT3分别与阈值TH1、TH3进行比较。
在这种情况下，如果绝对值εT3位于阈值TH3(εT3≤TH3)之内，则由于冲程时间T3指示正常响应信息，因此故障响应检测器56判断致动器18正常运行。另一方面，如果绝对值εT3超过阈值TH3(εT3>TH3)，则由于冲程时间T3指示异常响应信息，因此故障响应检测器56判断致动器18正遭受故障。
此外，如果绝对值εT1位于阈值TH1之内(εT1≤THl)，则由于第一时间T1指示正常响应信息，因此故障响应检测器56判断在方向切换阀16和致动器18之间的管33、35表现正常。另一方面，如果绝对值εT1超过阈值TH1(εT1>TH1)，则由于第一时间T1指示异常响应信息，因此故障响应检测器56判断故障已经在方向切换阀16和致动器18之间的管33、35中出现。
由于来自故障响应检测器56的上述判断结果通过显示处理器58被显示在显示装置60上，因此能够掌握致动器18的故障的出现或者未出现，或者方向切换阀16和致动器18之间的管33、35中的故障的出现或未出现。如上所述，第一时间T1、T1n，第二时间T2和冲程时间T3、T3n被存储在第一数据存储单元50中，并且绝对值εT1、εT3被存储在第二数据存储单元54中。因此，连同来自故障响应检测器56的判断结果一起，第一时间T1、T1n，第二时间T2，冲程时间T3、T3n，绝对值εT1、εT3，和阈值TH1、TH3也可以显示在显示装置60上。
此外，来自故障响应检测器56的上述判断结果作为检测信号通过输出处理器62被输出到控制器12。因此，如果有指示致动器18的故障、或者指示方向切换阀16和致动器18之间的管33、35的故障的判断结果，则控制器12停止向螺线管16a、16b供应控制信号。在这种情况下，与检测信号一起，输出处理器62可以将与第一时间T1、T1n，第二时间T2，冲程时间T3、T3n，绝对值εT1、εT3和阈值TH1、TH3有关的各种信息输出到控制器12。
[第二详细实例]
如图4所示，随着活塞32被操作的次数增加，与正常产品相比，有故障产品1和有故障产品2的冲程时间T3的变化率变得更大。因此，关于有故障产品1和有故障产品2的冲程时间T3的平均值、标准偏差和方差，随着操作的数量增加，期望对于正常产品的冲程时间T3的平均值、标准偏差和方差的变化率也将变得更大。
因此，在第二详细实例中，由统计处理器52进行相对于第一时间T1和冲程时间T3的统计计算处理。故障响应检测器56将通过统计计算处理获得的统计计算的值与已经通过统计计算处理预先获得的正常值相比较，从而作出关于致动器18的故障的出现或者未出现的判断。
更具体地，在第二详细实例中，通过相对于第一时间T1和冲程时间T3的统计计算处理获得的统计计算的值，由第一时间T1平均值AVE1、标准偏差σ1或者方差σ12，以及冲程时间T3的平均值AVE3、标准偏差σ3或者方差σ32来定义。
此外，通过统计计算处理预先获得的正常值，由通过相对于在给定校准时间内获得的第一时间T1和冲程时间T3的统计计算处理所计算的平均值AVE1n、AVE3n，标准偏差σ1n、σ3n，或者方差σ1n2、σ3n2来定义，其中校准时间被认为是与正常致动器18有关的从初始操作状态开始的固定周期。因此，第二详细实例中的正常值由与图4的正常产品的第一时间T1和冲程时间T3相对应的平均值、标准偏差或者方差来定义。这种正常值被存储在第二数据存储单元54中。
另外，在第二详细实例中，根据活塞32在图1和图2的左右方向上的往复移动，由检测时间计算器44相继地计算第一时间T1和冲程时间T3。每当如上所述计算的第一时间T1和冲程时间T3被存储在第一数据存储单元50中时，统计处理器52读取存储在第一数据存储单元50中的所有的第一时间T1和冲程时间T3的数据。
接下来，利用读取的所有的第一时间T1的数据，统计处理器52计算平均值AVE1、标准偏差σ1或者方差σ12，并且利用所有的冲程时间T3的数据，统计处理器52计算平均值AVE3、标准偏差σ3或者方差σ32。计算的平均值AVE1、AVE3，标准偏差σ1、σ3，或者方差σ12、σ32作为统计计算的值被分别暂时地存储在第二数据存储单元54中。
接下来，统计处理器52从第二数据存储单元54读取平均值AVEln、AVE3n，标准偏差σ1n、σ3n，或者方差σ1n2、σ3n2。
接下来，统计处理器52计算平均值AVE1、AVE3与平均值AVEln、AVE3n之间的偏差的绝对值εAVE1(＝|AVE1-AVE1n|)、εAVE3(＝|AVE3-AVE3n|)，或者计算标准偏差σ1、σ3与标准偏差σ1n、σ3n之间的偏差的绝对值εσ1(＝|σ1-σ1n|)、εσ3(＝|σ3-σ3n|)，或者计算方差σ12、σ32与方差σ1n2、σ3n2之间的偏差的绝对值εσ12(＝|σ12-σ1n2|)，εσ32(＝|σ32-σ3n2|)。
计算的绝对值εAVE1、εAVE3，绝对值εσ1、εσ3，或者绝对值εσ12、εσ32作为统计计算的值被分别存储在第二数据存储单元54中。
故障响应检测器56将存储在第二数据存储单元54中的各个绝对值εAVE1、εAVE3，各个绝对值εσ1、εσ3，或者各个绝对值εσ12、εσ32与预定的阈值THAVE1、THAVE3，阈值THσ1、THσ3，或者阈值THσ12、THσ32进行比较。
在这种情况下，如果绝对值εAVE3、εσ3或者εσ32位于阈值THAVE3、THσ3或者THσ32之内(εAVE3≤THAVE3，εσ3≤THσ3或者εσ32≤THσ32)，则由于冲程时间T3指示正常响应信息，因此故障响应检测器56判断致动器18正在正常运行。另一方面，如果绝对值εAVE3、εσ3或者εσ32超过阈值THAVE3、THσ3或者THσ32(εAVE3>THAVE3，εσ3>THσ3或者εσ32>THσ32)，则由于冲程时间T3指示异常响应信息，因此故障响应检测器56判断致动器18正遭受故障。
此外，如果绝对值εAVE1、εσ1或者εσ12位于阈值THAVE1、THσ1或者THσ12之内(εAVE1≤THAVE1，εσ1≤THσ1或者εσ12≤THσ12)，则由于第一时间T1指示正常响应信息，因此故障响应检测器56判断方向切换阀16和致动器18之间的管33和管35正在正常运行。另一方面，如果绝对值εAVE1、εσ1或者εσ12超过阈值THAVE1、THσ1或者THσ12(εAVE1>THAVE1，εσ1>THσ1或者εσ12>THσ12)，则由于第一时间T1指示异常响应信息，因此故障响应检测器56判断方向切换阀16和致动器18之间的管33和管35正遭受故障。
此外，同样在第二详细实例中，由于来自故障响应检测器56的上述判断结果通过显示处理器58被显示在显示装置60上，因此操作者能够掌握致动器18的故障的出现或者未出现，或者方向切换阀16和致动器18之间的管33、35中的故障的出现或未出现。此外，同样的第二详细实例中，连同来自故障响应检测器56的判断结果一起，显示设备60还可以显示第一时间T1、第二时间T2和冲程时间T3，以及上述统计计算的值和阈值。
此外，由于来自故障响应检测器56的上述判断结果作为检测信号通过输出处理器62被输出到控制器12，所以如果出现指示致动器18的故障、或者方向切换阀16和致动器18之间的管33、35的故障的判断结果，则控制器12能够停止向螺线管16a、16b供应控制信号。在这种情况下，随着检测信号一起，输出处理器62可以将与第一时间T1、第二时间T2、冲程时间T3、以及上述统计计算的值和阈值有关的各种信息输出到控制器12。
此外，在第二详细实例中，统计处理器52仅计算各个平均值AVE1、AVE3，各个标准偏差σ1、σ3或者各个方差σ12、σ32，并且将这种计算作为统计计算的值存储在第二数据存储单元54中。在这种情况下，故障响应检测器56可以从第二数据存储单元54读取各个平均值AVE1、AVE3，各个标准偏差σ1、σ3或者各个方差σ12、σ32，和正常平均值AVE1n、AVE3n，标准偏差σ1n、σ3n或者方差σ1n2、σ3n2，并且可以计算读取的统计计算的值和正常值之间的偏差的绝对值。因此，通过将计算的偏差的绝对值与预定阈值进行比较，能够检测致动器18的故障，或者方向切换阀16和致动器18之间的管33、35的故障。
此外，在第二详细实例中，通过将从正常致动器18的初始操作的状态开始的固定周期假定作为校准时间，然后在校准时间周期内将计算方法应用于上述平均值AVE1n、AVE3n，标准偏差σ1n、σ3n，或者方差σ1n2、σ3n2，能够容易地获得作为正常值存储在第二数据存储单元54中的平均值AVE1n、AVE3n，标准偏差σ1n、σ3n，或者方差σ1n2、σ3n2。
但是，如果在校准时间周期内的所有第一时间T1和冲程时间T3的数据已经存储在第一数据存储单元50中后获取正常值，则统计处理器52可以读取存储在第一数据存储单元50中的所有第一时间T1和冲程时间T3的数据，并且可以计算读取的数据的平均值AVE1n、AVE3n，标准偏差σ1n、σ3n，或者方差σ1n2，σ3n2，并且将这种计算的值存储在第二数据存储单元54中。
此外，尽管在上述第一详细实例中，操作者通过操纵该操作输入单元64来设定正常值，类似于第二详细实例的情况，平均值AVE1、AVE3也可以在校准时间周期期间被获取，并且这种平均值AVE1、AVE3可以在第一数据存储单元50中被设定为正常值。
[故障检测系统的操作]
根据本实施例的故障检测系统10被如上所述地配置。接下来，将参照图5描述故障检测系统10的操作。在提供的这种操作描述中，如有需要也将参照图1至4。
图5是显示活塞32的一次往返形成期间的操作的时间图，其中位于一端26的活塞32被位移到另一端28，然后，活塞32被位移回到一端26。
在这种情况下，标签“螺线管阀A”和“螺线管阀B”表示螺线管16a、16b的操作(激励，未激励)，更具体地，显示供应给螺线管16a、16b的控制信号的波形。此外，标签“压力A”和“压力B”分别表示致动器18在一端26和另一端28处的内部压力。此外，时间周期T1f、T2f、T3f分别表示当活塞32从一端26朝着另一端28位移时的位移的第一时间T1、第二时间T2和冲程时间T3。再进一步，时间周期T1r、T2r、T3r分别表示当活塞32从另一端28朝着一端26位移时的第一时间T1、第二时间T2和冲程时间T3。
在时间t0，当控制信号通过失灵检测装置14从控制器12被发送到螺线管16a时(即，当控制信号的信号电平从低电平改变成高电平时)，方向切换阀16被切换到选择图1和图2所示的上侧方框的状态。因此，压力流体从流体压力源24通过方向切换阀16、管33和端口36被供应到致动器18的一端26，并且压力流体从另一端28通过端口38、管35、方向切换阀16和消声器34被排出到外部。因此，一端26内的压力从时间t1突然上升，其后逐渐增加。另一方面，另一端28内的压力从时间t1快速减少，其后大致变成恒定。
此外，通过从方向切换阀16向一端26供应压力流体，从时间t2开始，位于一端26处的活塞32朝着另一端28被位移。因此，在时间t2，第一传感器20变成不能检测活塞32，并且停止输出检测信号到失灵检测装置14的传感器输入单元40(检测信号的电平从高电平改变成低电平)。
因此，传感器输入单元40检测来自第一传感器20的检测信号的下降沿，并且将检测结果输出到检测时间计算器44。利用内部计时器46的计时功能，检测时间计算器44计算从时间t0到时间t2的时间周期作为第一时间T1f，其中在时间t0，控制信号被供应到螺线管16a，在时间t2，检测到下降沿。计算的第一时间T1f通过数据存储处理器48被存储在第一数据存储单元50中。
其后，当活塞被位移到另一端28时，第二传感器22在时间t3检测活塞32，并且其检测信号被输出到传感器输入单元40(检测信号的电平从低电平改变成高电平)。因此，传感器输入单元40检测来自第二传感器22的检测信号的上升沿，并且将检测结果输出到检测时间计算器44。利用内部计时器46计时功能，检测时间计算器44计算从时间t0到检测到上升沿的时间t3的时间周期作为第二时间T2f，而且计算第一时间T1f和第二时间T2f之间的时间差作为活塞32的冲程时间T3f(＝T2f–T1f)。已经计算的第二时间T2f和冲程时间T3f通过数据存储处理器48被存储在第一数据存储单元50中。
因此，统计处理器52从第一数据存储单元50读取第一时间T1f和冲程时间T3f等，并且相对于已经读取的第一时间T1f和冲程时间T3f等，进行上述第一详细实例或者第二详细实例的预定统计计算处理。在进行计算处理之后，统计计算的值能够被存储在第二数据存储单元54中。
此外，故障响应检测器56从第二数据存储单元54读取统计计算的值，并且将读取的统计计算的值与预定阈值进行比较，从而判断致动器18的故障，或者方向切换阀16和致动器18的端口36之间的管33的故障是否已经出现。更具体地，如果关于冲程时间T3f的统计计算的值超过阈值，则故障响应检测器56判断致动器18正遭受诸如致动器18的劣化或者失灵的故障。此外，如果关于第一时间T1f的统计计算的值超过阈值，则故障响应检测器56判断在方向切换阀16和端口36之间的管33中已经出现故障。此外，来自故障响应检测器56的上述判断结果被显示在显示装置60上，并且作为检测信号从输出处理器62被输出到控制器12。
如图1和图2所示，由于方向切换阀16是双动式螺线管阀，因此即使在时间t4停止向螺线管16a供应控制信号，方向切换阀16的状态也能够被维持。
其后，在时间t5，当通过失灵检测装置14从控制器12向螺线管16b发送控制信号时，方向切换阀16被切换到选择图1所示的下侧方框的状态。因此，压力流体从流体压力源24通过方向切换阀16、管35和端口38被供应到致动器18的另一端28，并且压力流体从一端26通过端口36、管33、方向切换阀16和消声器34被排出到外部。因此，另一端28内的压力从时间t6突然上升，其后稳定在固定值处。另一方面，一端26内的压力从时间t6突然下降，其后逐渐减小。
此外，通过从方向切换阀16向另一端28供应压力流体，从时间t7开始，位于另一端28处的活塞32朝着一端26被位移。因此，在时间t7，第二传感器22变成不能检测活塞32，并且停止相对于失灵检测装置14的传感器输入单元40的检测信号的输出。
因此，传感器输入单元40检测来自第二传感器22的检测信号的下降沿，并且将检测结果输出到检测时间计算器44。利用内部计时器46的计时功能，检测时间计算器44计算从时间t5到时间t7的时间周期作为第一时间T1r，其中在时间t5，控制信号被供应到螺线管16b，在时间t7，检测到下降沿。计算的第一时间T1r通过数据存储处理器48被存储在第一数据存储单元50中。
其后，当活塞32被位移到一端26时，第一传感器20在时间t8检测活塞32，并且其检测信号被输出到传感器输入单元40。因此，传感器输入单元40检测来自第一传感器20的检测信号的上升沿，并且将检测结果输出到检测时间计算器44。利用内部计时器46的计时功能，检测时间计算器44计算从时间t5到检测到上升沿的时间t8的时间周期作为第二时间T2r，而且计算第一时间T1r和第二时间T2r之间的时间差作为活塞32的冲程时间T3r(＝T2r–T1r)。已经计算的第二时间T2r和冲程时间T3r通过数据存储处理器48被存储在第一数据存储单元50中。
因此，统计处理器52从第一数据存储单元50读取第一时间T1r和冲程时间T3r等，并且相对于已经读取的第一时间T1r和冲程时间T3r等进行第一详细实例或者第二详细实例的预定统计计算处理。在进行计算处理之后，统计计算的值能够被存储在第二数据存储单元54中。
此外，故障响应检测器56从第二数据存储单元54读取统计计算的值，并且将读取的统计计算的值与预定阈值进行比较，从而判断致动器18的故障，或者方向切换阀16和致动器18的端口38之间的管35的故障是否已经出现。更具体地，如果关于冲程时间T3r的统计计算的值超过阈值，则故障响应检测器56判断致动器18正遭受诸如致动器18的劣化或者失灵的故障。此外，如果关于第一时间T1r的统计计算的值超过阈值，则故障响应检测器56判断在方向切换阀16和端口38之间的管35中已经出现故障。此外，来自故障响应检测器56的上述判断结果被显示在显示装置60上，并且作为检测信号从输出处理器62被输出到控制器12。
以这样的方式，根据活塞32在一端26和另一端28进行一次往返行程，能够进行用于检测致动器18的故障的检测处理，和用于检测方向切换阀16和致动器18的端口36、38之间的管33、35中的故障的检测处理。因此，利用故障检测系统10，即使在操作包括致动器18的设备期间，也能够执行上述故障的检测。
[本实施例的变化例]
图6和图7显示由单动式方向切换阀16代替图1和图2所示的双动式方向切换阀16的构造。此外，螺线管16b被具有图6和图7的构造的弹簧16c代替，当控制信号被供应给螺线管16a时，激励螺线管16a，并且方向切换阀16处于选择上侧方框的状态。另一方面，如果停止向螺线管16a供应控制信号，则螺线管16变成去磁，并且在弹簧16c的作用下，产生选择下侧方框的状态。
图6和图7的构造的操作与图1和图2的构造的操作的不同之处在于，如图5的时间图的单点划线所示，在时间t5停止向螺线管16a供应控制信号，然而，由于没有设置螺线管16b，因此没有控制信号被供应给螺线管16b。更具体地，除螺线管16b被弹簧16c代替的特征之外，图6和图7的构造与图1和图2的构造相同，因此实质上用与图1和图2的构造相同的方式进行操作。
图8是显示故障检测系统10被应用于专利文献2的系统的情况的时间图。图8的时间图将来自第一传感器20和第二传感器22的检测信号添加到专利文献2的图10中所示的时间图。因此，由于在通过引用而结合在本文中的专利文献2中公开了关于活塞32的压力和位移的基于时间的改变的说明，因此在本说明书中将省略这种特征的详细描述。
时间周期T4至T7分别对应于专利文献2中公开的特征“阀门启动延迟”，“充电区域(填充区域)”，“加速区域”和“恒定速度区域”。此外，时间t9对应于图5中的时间t2，时间t10为在从加速区域到恒定速度区域发生改变的时间，并且时间t11为活塞32到达另一端28并且在此停止的时间。
以这种方式，通过将组成故障检测系统10的失灵检测装置14添加到常规系统，致动器18的故障，或者方向切换阀16和致动器18之间的管33、35的故障能够容易且轻易地被检测到，并且能够以低成本构造故障检测系统10。
[本实施例的优点]
如上所述，利用根据本实施例的故障检测系统10，相对于活塞32的冲程时间T3、T3f、T3r进行统计计算处理，并且基于处理结果，检测致动器18的故障是否已经出现。因此，即使在操作包括致动器18的设备期间，在无需停止该设备的情况下，致动器18的故障也能够被检测到。因此，维持这种设备的生产率，并且在设备保持联机的同时，能够实时检测致动器18的故障。
此外，迄今为止已经基于操作者的判断设定(定义)的维护周期能够被自动地并数值地管理。更具体地，即使维护操作并不是被操作者有规则地进行，故障检测系统10也能够在操作设备期间自动进行维护，并且基于用作来自致动器18的响应信息的冲程时间T3、T3f、T3r，确定致动器18的异常的出现。另外，利用故障检测系统10，基于相对于冲程时间T3、T3f、T3r进行的统计计算的处理结果，能够数值地判断(管理)致动器18的异常是否已经出现。
因此，根据本实施例，维护所需要的处理步骤的数量能够被减少，施加于操作者的负担能够被显著地减轻，并且包括致动器18的设备的可维护性能够被提高。此外，通过被数值地管理，便于负责这种维护的操作者的培训和训练。
此外，由于基于第一传感器20和第二传感器22的检测结果计算冲程时间T3、T3f、T3r，能够使用现存的传感器(限制开关、磁性传感器)而无需修改。更具体地，仅仅通过相对于常规的现存的传感器增加故障检测装置14就能够构造故障检测系统10。因此，利用本发明，能够容易地并且以低成本检测致动18器的异常或者故障。
此外，由于冲程时间T3、T3f、T3r被存储(积累)在第一数据存储单元50中，因此即使在活塞32在一端26和另一端28之间往复移动的情况下，统计处理器52也能够从第一数据存储单元50相继地读取冲程时间T3、T3f、T3r，并且对其进行统计计算。此外，由于处理结果被存储(积累)在第二数据存储单元54中，因此故障响应检测器56能够从第二数据存储单元54适当地读取处理结果，并且对其进行检测处理。
此外，在第一详细实例中，基于预先设定的正常值(正常冲程时间T3n)与实际计算的冲程时间T3、T3f、T3r之间的比较，由于它能够确定致动器18的故障是否已经出现，因此能够准确判断致动器18的故障的出现。更具体地，如果致动器18变得恶化，则每当冲程时间T3、T3f、T3r基于第一传感器20和第二传感器22的各个检测信号被计算时，偏差的绝对值εT3的变化率变得更大。因此，例如，如果偏差的绝对值εT3变成大于预定阈值TH3，则能够容易地判断致动器18的故障已经出现。
正常冲程时间T3n被定义为在致动器18的诸如劣化或者失灵的异常未出现的状态下(例如，紧接在致动器18安装或者替换之后致动器18的初始操作状态)，活塞32在一端26与另一端28之间的冲程时间T3。正常冲程时间T3n可以通过操作者被预先设定，或者可以在制造故障检测装置14时被存储在第一存储单元50中。
另一方面，根据第二详细实例，在操作致动器18期间(即，在活塞32的往复移动期间)能够容易且实时检测致动器18的故障是否已经出现。更具体地，利用冲程时间T3、T3f、T3r的实际计算的数据，统计处理器52相继地计算数据的平均值AVE3、标准偏差σ3或者方差σ32，并且将这些作为统计计算的值存储在第二数据存储单元54中。
此外，基于统计计算的值(平均值AVE3、标准偏差σ3或者方差σ32)与存储在第二数据存储单元54中的正常值(平均值AVE3n、标准偏差σ3n或者方差σ3n2)之间的比较，更具体地，通过将统计计算的值和正常值之间的偏差的绝对值εAVE3、εσ3或εσ32与预定阈值THAVE3、THσ3或THσ32进行比较，故障响应检测器56能够相继地判断致动器18的故障是否已经出现。
此外，如果致动器18变得恶化，则每当冲程时间T3基于第一传感器20和第二传感器22的各个检测信号被计算时，平均值AVE3、标准偏差σ3或者方差σ32的变化率变得更大。因此，例如，如果对应于平均值AVE3、标准偏差σ3或者方差σ32的绝对值εAVE3、标准偏差εσ3或者方差εσ32变得大于预定阈值THAVE3、THσ3、THσ32，则能够容易判定致动器18的故障已经出现。
根据第二详细实例，通过紧接在安装或者替换设备中的致动器18之后的操作的初始状态下，将校准时间设定为固定时间周期，来自动地计算正常值，并且该正常值被存储在第二存储单元54中。因此，正常值的设定能够以高效率被执行。
此外，通过计算第一时间T1和第二时间T2之间的时间差作为冲程时间T3，能够容易且可靠地计算冲程时间T3。
此外，除了致动器18的故障之外，利用故障检测系统10，使用第一时间T1，能够检测方向切换阀16和致动器18之间的管33、35中的故障。相对于第一时间T1执行的统计计算可以是与相对于冲程时间T3、T3f、T3r执行的统计计算相同的处理(平均值、标准偏差或者方差的计算)。
此外，由PLC等组成的控制器12通过失灵检测装置14将控制信号供应到方向切换阀16的螺线管16a、16b，而致动器18中的故障等的检测结果作为检测信号从失灵检测装置14被输入到该控制器12。因此，控制器12能够掌握(检测)联机状态下的致动器18的故障等，并且基于检测结果，能够采取适当的动作，例如停止供应控制信号。
此外，由于失灵检测装置14检测致动器18的故障等，并且将检测信号输出到控制器12，因此为了检测致动器18的故障等，对于操作者没有必要创建用于控制器12所使用的控制程序。因此，能够减少施加于操作者构造故障检测系统10的负担。
此外，通过视觉上确认显示装置60上显示的内容，操作者能够掌握致动器18的故障的出现等，并且能够快速进行适当的动作，例如停止操作设备、替换致动器18等等。根据本发明的故障检测系统10并不局限于如上所述的实施例，而是在不偏离如附加权利要求所述的本发明的范围内可以采用各种修改或者附加的结构。

Claims (6)

1.一种用于致动器(18)的故障检测系统(10)，所述故障检测系统(10)被配置成检测所述致动器(18)的故障，其特征在于，所述故障检测系统(10)包含：
控制器(12)，所述控制器(12)输出用于控制所述致动器(18)的控制信号；
方向切换阀(16)，所述方向切换阀(16)基于从所述控制器(12)输出的所述控制信号，将压力流体选择性地供应到所述致动器(18)的一端(26)或者另一端(28)，以使所述致动器(18)的可移动构件(32)在所述一端(26)和所述另一端(28)之间位移；
第一传感器(20)，所述第一传感器(20)被设置在所述一端(26)上，并且检测所述可移动构件(32)从所述另一端(28)侧位移到所述一端(26)；
第二传感器(22)，所述第二传感器(22)被设置在所述另一端(28)上，并且检测所述可移动构件(32)从所述一端(26)侧位移到所述另一端(28)；
故障检测装置(14)，所述故障检测装置(14)基于所述第一传感器(20)和所述第二传感器(22)的检测结果来检测所述致动器(18)的故障，
其中，
所述控制器(12)和所述故障检测装置(14)是分开的装置，
所述控制器(12)包括通信单元(39)，
通过现场总线在所述通信单元(39)和所述故障检测装置(14)之间进行串联连接，
通过串行通信在所述通信单元(39)和所述故障检测装置(14)之间发送和接收信号，
所述故障检测装置(14)将所述致动器(18)中的故障的检测结果输出到所述控制器(12)，
所述控制器(12)经由所述故障检测装置(14)将所述控制信号供应给所述方向切换阀(16)，并且基于从所述故障检测装置(14)输出的所述故障的所述检测结果，停止供应所述控制信号。
2.如权利要求1所述的故障检测系统(10)，其特征在于，所述故障检测装置(14)包括：
操作输入单元(64)，通过操作者的操作，所述操作输入单元(64)设定所述可移动构件(32)的正常冲程时间，
存储单元(50)，所述存储单元(50)存储所述正常冲程时间，
时间计算器(44)，所述时间计算器(44)基于所述第一传感器(20)和所述第二传感器(22)的检测结果，计算所述可移动构件(32)的实际冲程时间，
统计计算处理单元(52)，所述统计计算处理单元(52)对于所述实际冲程时间进行预定统计计算，
故障检测器(56)，所述故障检测器(56)基于所述正常冲程时间和所述统计计算处理单元(52)的处理结果，检测所述致动器(18)的所述故障是否已经出现。
3.如权利要求2所述的故障检测系统(10)，其特征在于，所述冲程时间是从所述可移动构件(32)不能再被所述第一传感器(20)和所述第二传感器(22)中的一个传感器检测到至所述可移动构件(32)开始被所述第一传感器(20)和所述第二传感器(22)中的另一个传感器检测的时间段。
4.一种故障检测系统(10)，其特征在于，所述故障检测系统(10)检测第一管(33)和第二管(35)中的故障，所述第一管(33)连接致动器(18)的一端(26)和方向切换阀(16)，所述第二管(35)连接所述致动器(18)的另一端(28)和所述方向切换阀(16)，所述故障检测系统(10)包含：
控制器(12)，所述控制器(12)输出用于控制所述致动器(18)的控制信号；
第一传感器(20)，所述第一传感器(20)被设置在所述一端(26)上；
第二传感器(22)，所述第二传感器(22)被设置在所述另一端(28)上；
故障检测装置(14)，所述故障检测装置(14)检测所述第一管(33)和所述第二管(35)中的故障，
其中，
所述方向切换阀(16)基于从所述控制器(12)输出的所述控制信号，经由所述第一管(33)将压力流体供应到所述一端(26)或者经由所述第二管(35)将所述压力流体供应到所述另一端(28)，以使所述致动器(18)的可移动构件(32)在所述一端(26)和所述另一端(28)之间位移；
所述第一传感器(20)检测所述可移动构件(32)从所述另一端(28)侧位移到所述一端(26)，
所述第二传感器(22)检测所述可移动构件(32)从所述一端(26)侧位移到所述另一端(28)，
所述故障检测装置(14)基于所述第一传感器(20)和所述第二传感器(22)的检测结果以及是否供应所述控制信号来检测所述第一管(33)和所述第二管(35)中的所述故障，
所述控制器(12)和所述故障检测装置(14)是分开的装置，
所述控制器(12)包括通信单元(39)，
通过现场总线在所述通信单元(39)和所述故障检测装置(14)之间进行串联连接，
通过串行通信在所述通信单元(39)和所述故障检测装置(14)之间发送和接收信号，
所述故障检测装置(14)将所述第一管(33)和所述第二管(35)中的所述故障的检测结果输出到所述控制器(12)，
所述控制器(12)经由所述故障检测装置(14)将所述控制信号供应给所述方向切换阀(16)，并且基于从所述故障检测装置(14)输出的所述故障的所述检测结果，停止供应所述控制信号。
5.如权利要求4所述的故障检测系统(10)，其特征在于，所述故障检测装置(14)包括：
操作输入单元(64)，通过操作者的操作，所述操作输入单元(64)设定所述可移动构件(32)的关于正常冲程的时间，
存储单元(50)，所述存储单元(50)存储所述关于正常冲程的时间，
时间计算器(44)，所述时间计算器(44)基于所述第一传感器(20)和所述第二传感器(22)的检测结果，计算所述可移动构件(32)的关于实际冲程的时间，
统计计算处理单元(52)，所述统计计算处理单元(52)对于所述关于实际冲程的时间进行预定统计计算，
故障检测器(56)，所述故障检测器(56)基于所述关于正常冲程的时间和所述统计计算处理单元(52)的处理结果，检测所述第一管(33)和所述第二管(35)中的所述故障是否已经出现。
6.如权利要求5所述的故障检测系统(10)，其特征在于，
所述时间是
从开始向所述方向切换阀(16)供应所述控制信号直到由于在所述一端(26)的所述可移动构件(32)已经位移到所述另一端(28)侧而使所述可移动构件(32)不能再被所述第一传感器(20)检测到为止的时间段，或
从开始供应所述控制信号直到由于在所述另一端(28)的所述可移动构件(32)已经位移到所述一端(26)侧而使所述可移动构件(32)不能再被所述第二传感器(22)检测到为止的时间段。
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