CN110849616A - 操作装置和用于识别操作装置动力传动系机械故障的方法 - Google Patents

操作装置和用于识别操作装置动力传动系机械故障的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于操作物品的操作装置，其中，该操作装置(8)的呈接收和/或承接头(E)形式的端部件能够通过至少一个动力传动系(9)运动，设有至少一个传感器(S)，用于检测所述接收和/或承接头(E)的速度和/或加速度和/或位置的实际参量，和/或设有至少一个传感器(S)，用于检测动力传动系的至少一个运动部件(A)的速度和/或加速度和/或位置的实际参量，设有警告装置(10)，所述警告装置构造用于求取由传感器(S)确定的实际参量与理论参量的偏差并在存在大于可预先给定的阈值的偏差时发出警告信号，该发出的警告信号表示动力传动系(9)的机械故障。本发明还涉及一种用于识别操作装置的动力传动系的机械故障的方法。

Description

操作装置和用于识别操作装置动力传动系机械故障的方法
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1前序部分的特征的操作装置和一种具有权利要求12前序部分的特征的方法。
背景技术
由现有技术已知的操作装置用于操作(接收、放下和运输)物品。这种待操作的物品的例子是工件、构件或者诸如此类。在此，操作装置的呈接收和/或承接头形式实施的端部件可以构造用于操作物品。在此，经常使用的实施例例如是夹具、所谓的抽吸元件或者诸如此类，它们固定在接收和/或承接头上。接收和/或承接头在此通常借助于动力传动系运动，所述动力传动系由驱动单元驱动。在此，通过动力传动系，由驱动单元引起的运动被传递到接收和/或承接头上，或者该接收和/或承接头通过驱动马达的这种运动而运动。
因为由现有技术已知的这种操作装置通常用在制造业中，所以越来越希望实现尽可能快地操作物品，以便最小化生产时间和增加件数。因此，作用到操作装置上的加速度越来越大，并且周期时间也越来越短。为了可以控制或监控操作装置，这种操作装置通常配备有传感器，所述传感器测量接收和/或承接头的和/或动力传动系的运动部件的速度和/或加速度和/或位置的实际参量。在此在大多数情况下，通过传感器测量这些值的特征参量，并根据模型、关系和/或公式推导出当前实际参量。
就这方面来说，对操作装置的这种控制和/或监控是重要的，因为操作装置在使用中常常与协作机器相关联。因此，通常发生如下情况：物品由操作装置从第一机器取出并且供应给另一机器以便进行进一步加工。在此，两个机器的周期时间协调成使得操作装置正好有时间从第一机器取出部件并将其供应给第二机器。这里也越来越多地注意缩短这些时间，以提高生产率。一般安全规定通常要求，在操作装置工作期间，限制亦或甚至阻止操作者进入这种操作装置的工作区域。在大多数情况下，当操作装置停止运转，更准确地说在静止状态中时，才允许操作者进入。因此，通过监控该操作装置，可以限制进入。此外，可能需要控制或监控该操作装置以相应地控制操作装置的协作的机器，使得在运行期间不发生机器或操作装置的碰撞和与之相伴随的损坏。
为了对操作装置进行这种监控或控制，通常使用传感器，所述传感器固定在驱动单元上并提供驱动单元的位置、速度或加速度的特征信号。然后，通过该特征信号可以根据预定义的关系推导出接收和/或承接头和/或动力传动系的运动部件的位置、加速度或速度。通过这样的方法，可以将经确定的实际值与理论值进行比较。该方法通常也称为跟踪错误确定。然后，可以将所确定的偏差用于控制操作装置。
关于所谓的质量识别，由现有技术已知，通过在接收/放下待操作的物品时能量需求的变化来推断物品的质量。因此，通过估计的质量的突然变化(在放下/接收期间除外)可推断出功能失效。该功能失效可能是驱动单元中的故障和/或待操作物品的损失。
但是现有技术(例如EP 3017920 B1)的缺点是，仅基于在驱动装置上(而不是在运动的物体上)的传感器不能寻常地推断出动力传动系的技术故障，所述动力传动系使接收和/或承接头运动。通过驱动单元上的传感器只能猜测存在技术缺陷。因此，在动力传动系存在技术缺陷的情况下，可能出现驱动单元上的负载减小或者作用在驱动单元上的负载的突然变化。然而，在现有技术中已知的操作装置中，在接收或放下物品时，同样出现作用在驱动单元上的负载突然变化。
因此在上述质量识别中，在操作装置的动力传动系存在机械故障的情况下，这种机械故障已经对待操作物品的质量的估计产生影响。这种估计通常可以以任何形式基于求平均值/滤波，因此质量变化的探测遭受一定的延迟时间。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作装置和一种方法，通过该操作装置和方法可以比现有技术更好地识别操作装置的动力传动系的机械故障。
该目的通过一种具有权利要求1特征的操作装置和一种具有权利要求12特征的、用于识别操作装置的动力传动系的机械故障的方法来实现。在从属权利要求中限定了本发明的有利的实施方式。
根据本发明设有警告装置，所述警告装置配置用于求取接收和/或承接头和/或所述至少一个动力传动系的运动部件的速度和/或加速度和/或位置的由至少一个传感器检测到的实际参量与该接收和/或承接头和/或所述至少一个动力传动系的运动部件的理论参量的偏差并且在偏差大于可预先给定的阈值时发出警告信号，其中，该发出的警告信号表示所述至少一个动力传动系的机械故障。
通过根据本发明的这种构型，可以检测接收和/或承接头和/或所述至少一个动力传动系的运动部件的实际存在的参量(速度和/或加速度和/或位置)并将该实际存在的参量与理论参量比较。在这里，不是间接地推导出实际参量，而是直接通过测量确定实际参量。
警告装置例如可以设计成使得该警告装置根据操作装置上的控制命令基于模型地确定理论参量，所述理论参量然后用于确定实际参量的偏差。
在此可以规定，所述至少一个传感器实施为用于检测接收和/或承接头的加速度的加速度传感器。然而也可以规定，所述至少一个传感器构造为用于检测接收和/或承接头的位置和/或速度的增量传感器。也完全可以考虑，至少一个传感器构造为用于检测接收和/或承接头的位置的光栅。替代地或附加地，也完全可以考虑所述至少一个传感器的测量，其中，传感器基于飞行时间方法(英语：time of flight、TOF、也可写成ToF)测量。这种传感器的例子是TOF相机亦或3D相机系统。
通过警告信号，可以将开环控制或闭环控制装置和/或中央设备控制装置置于报警状态和/或报警运行模式中。
优选地，可以设有至少一个驱动单元(驱动单元优选实施为伺服马达)，其中，所述至少一个动力传动系可由所述至少一个驱动单元驱动。此外，在此可以设有至少一个另外的传感器，其中，所述至少一个另外的传感器构造用于检测在驱动单元上存在的扭矩的特征信号。因此可以规定，传感器直接在驱动单元上检测信号，并且通过该传感器检测接收和/或承接头和/或动力传动系的运动部件的速度和/或加速度和/或位置。因此，例如在驱动单元上的负载变化时可以检测到接收和/或承接头和/或动力传动系的运动部件的另外的测量参量，并且通过接收和/或承接头和/或动力传动系的运动部件的该测量参量检查，驱动单元上的负载变化是否由于动力传动系的机械故障发生。
特别优选地规定，警告装置被配置为，
——在驱动单元上作用的扭矩的特征信号与可预先给定的范围存在偏差时，并且
——在实际参量与理论参量的偏差大于可预先给定的阈值时，发出警告信号。
在根据本发明的一个实施例中，所述至少一个动力传动系可以具有带驱动装置。然而完全也可以考虑，所述至少一个动力传动系具有传动装置、优选齿轮传动装置和/或齿条。
警告装置可以构造为操作装置的开环控制或闭环控制单元的一部分或者集成到操作装置的开环控制或闭环控制单元中。然而，也完全可以考虑，警告装置作为独立的构件存在，该构件优选与操作装置的开环控制或闭环控制单元处于信号传导连接中。
优选地规定，设有用于操作装置的开环控制或闭环控制装置，其中，所述至少一个开环控制或闭环控制装置被配置用于，根据开环控制或闭环控制命令求取接收和/或承接头的理论参量并且为警告装置提供该理论参量。
此外要求保护一种用于识别操作装置的动力传动系的机械故障的方法，其中，所述操作装置的呈接收和/或承接头形式的端部件通过至少一个动力传动系运动，其中，检测接收和/或承接头的速度和/或加速度和/或位置的实际参量和/或检测所述至少一个动力传动系的至少一个部件的速度和/或加速度和/或位置的实际参量，其中，求取检测到的实际参量与理论参量的偏差并且在偏差大于可预先给定的阈值时发出警告信号，其中，该发出的警告信号表示所述至少一个动力传动系的机械故障。
特别优选地可以规定，当存在警告信号时，操作装置(特别是驱动单元)被置于静止状态中。
此外或替代地可以规定，在存在警告信号时，至少一个与所述操作装置协作的机器(优选成型机)被置于静止状态中。因此，例如可以规定：——当所述操作装置与成型机协作时，其中，物品通过操作装置被供应给成型机或者被从操作装置中取出——在存在警告信号的情况下，成型机被置于静止状态中，从而可以避免由于操作装置的机械故障造成对成型机的损坏。在此，成型机可以理解为注射成型机、注射压力机、压力机或者诸如此类。
在最简单的情况下，警告信号可以包括给操作者的光学信号或声学信号，由此向操作者通知机械故障。
优选地规定，在存在警告信号时，限制操作者进入。因此，可以规定，在存在指示所述操作装置存在机械故障的警告信号的情况下，限制操作者进入，由此不允许操作者到达操作装置的工作区域中，以便保护操作者不会由于故障而受到伤害。此外，在这里可以规定，限制进入可以由操作者解除，其中，提醒操作者注意存在可能的机械故障，从而操作者在进入操作装置附近时特别注意这个，并且能够避免可能的伤害，因为操作者在存在机械缺陷时迟早都必须接近操作装置以便修理操作装置。
这里在存在一个警告信号或多个警告信号的情况下提供的措施可以在上述报警运行模式的框架中进行。
可以规定，在预先给定的时间点和/或在预先给定的事件时和/或在可预先给定的时间间隔内或连续地检测实际参量。因此，可以规定，在预先给定的时间点检测实际参量，例如(如已经建议的那样)当在操作装置的驱动单元上确定突然的负载变换时。然而还可以规定，在预先给定的事件时检测实际参量，例如在由操作装置接收或放下物品时或者在发送操作者关于进入许可的询问时。还可以规定，在可预先给定的时间间隔内或连续地检测实际参量。
此外可以规定，可以预先给定至少两个阈值，其中，
-在检测到的实际参量与理论参量的偏差大于第一阈值时，发出对于操作者而言可识别的通知，和
-在检测到的实际参量与理论参量的偏差大于第二阈值时，发出警告信号(所述警告信号优选地导致操作装置停止运转)。
相应地，在一个示例性的实施变型方案中可以规定，当检测到的实际参量超过第一阈值时，发出呈声学信号形式的通知。因此，操作者可以注意到机械故障已经存在或是可预期的(视阈值的选择而定)。当尽管有通知但操作者未采取进一步的措施并且实际参量超过第二阈值时，可以规定，该操作装置和所有协作的机器被置入到静止状态中(或者实现设备的紧急停止)，以便保护操作装置亦或协作的机器或整个设备免受由于操作装置的机械故障造成的后续损坏。
附图说明
下面将根据附图描述并参考附图中示出的实施例详细地解释本发明的其他有利实施例和细节。其中：
图1a示出了操作装置的第一实施方案，
图1b示出了图1a的实施方案，其中，动力传动系发生机械故障，
图2a示出了操作装置的第二实施方案，
图2b示出了图2a的实施方案，其中，动力传动系发生机械故障，
图3a-3d示出了动力传动系机械故障的可能变型方案。
具体实施方式
图1a示出了具有完好的动力传动系9的操作装置8的第一实施方案。在此，在该实施方案中，接收和/或承接头E受开环控制或闭环控制地由带驱动装置R运动。带驱动装置R具有伺服马达2，所述伺服马达通过带轮和带移动动力传动系9的部件A并且因此使该部件处于运动qA中。
接收和/或承接头E的运动qA在此是伺服马达运动qM的函数，其中，伺服马达运动qM通过加速或减速转换成加速或减速运动qG。因此，与伺服马达2的伺服马达运动qM的经定义的关系(qA＝f(qM))也适用于接收和/或承接头E的运动qA。
在动力传动系9的部件A的面向接收和/或承接头E的端部上设有传感器S，其中，借助于该传感器S可以确定部件A的速度和/或加速度和/或位置。因为在该实施例中接收和/或承接头E与动力传动系9的部件A运动锁合地连接，所以部件A的速度变化和/或加速度和/或位置变化等于接收和/或承接头E的速度变化和/或加速度和/或位置变化。
如果现在动力传动系9发生机械故障，诸如带驱动装置R断裂，那么不再存在在接收和/或承接头E的运动qA和伺服马达2的伺服马达运动qM之间的函数关系(qA≠f(qM))。图1a的动力传动系9的这种机械故障由图1b示出，其中，带驱动装置R断裂。
现在根据本发明可以通过警告装置10确定动力传动系9的机械故障。在图1b的实施方案中，警告装置10利用信号传导连接11与传感器S和伺服马达2连接。
警告装置10由此能够对部件A的速度和/或加速度和/或位置的由传感器S确定的实际值和由警告装置10求得的理论值(所述理论值由该伺服马达运动qM和函数关系qA＝f(qM)得到)进行比较。当警告装置10查明在经确定的实际值与求得的理论值之间的偏差大于可预先给定的阈值时，警告装置10可发出警告信号，其中，该警告信号表示动力传动系9的机械故障(在本实施例中的断裂)。
警告装置10的这样的警告信号可以例如是警告装置的声学信号、在与警告装置10连接的显示器上显示警告信号，或者也可以是控制信号，所述控制信号导致操作装置8停止运转。后者可以例如通过如下方式实施：由警告装置10发出的警告信号直接传送给操作装置8的中央开环控制或闭环控制装置。优选地还可以规定，警告装置10集成在操作装置8的中央开环控制或闭环控制装置中。
图2a示出了操作装置8的第二实施方案。在图2a的该实施方案中，接收和/或承接头E受开环控制或闭环控制地经由齿条Z运动。齿条Z由伺服马达2(在所述伺服马达上设置有齿轮并且该齿轮与齿条Z啮合)驱动并且由此产生运动qA。
接收和/或承接头E的运动qA在此也是伺服马达运动qM的函数，其中，该伺服马达运动qM通过加速或减速转换成加速或减速运动qG。因此，与伺服马达2的伺服马达运动qM的经定义的关系(qA＝f(qM))也适用于接收和/或承接头E的运动qA。
通过图2b，也可看到图2a的机械式动力传动系9的故障(qA≠f(qM))，其中，在这种情况下，固定在伺服马达2上的齿轮与齿条Z的啮合丧失。也可以通过警告装置10对部件A的速度和/或加速度和/或位置的由传感器S确定的实际值和由警告装置10求得的理论值(所述理论值由该伺服马达运动qM和函数关系qA＝f(qM)得到)进行比较。当警告装置10确定在经确定的实际值与求得的理论值之间的偏差大于可预先给定的阈值时，警告装置10可发出警告信号，其中，该警告信号表示动力传动系9的机械故障。如已经提到的那样，该机械故障在该实施例中通过伺服马达2(和与伺服马达连接的齿轮)从齿条Z抬起表示。
图3a至3d示出了已经在驱动单元1上的动力传动系9的机械故障的可能变型方案。
在此为了说明，在图3a中示出了完好的驱动单元1。该驱动单元具有伺服马达2，所述伺服马达通过马达轴4与第一齿轮5运动锁合地连接。伺服马达运动qM由伺服马达2产生并且通过第一齿轮4传递到第二齿轮6上。因此，第一齿轮5和第二齿轮6构成传动装置3，其中，所述伺服马达运动qM通过传动装置3在该实施例中减速和通过驱动轴7作为加速或减速运动qG(更准确地说，作为减速运动qG)进一步传递给动力传动系9的其余部分。
图3b示出了由图3a已知的驱动单元1的机械故障，由于第二齿轮6从第一齿轮5抬起，使得它们不再啮合。
图3c示出了由图3a已知的驱动单元1的机械故障，由于第一齿轮5相对于第二齿轮6移动，使得它们不再啮合。
图3d示出了由图3a已知的驱动单元1的机械故障，由于马达轴4断裂，使得不能通过马达轴4将伺服马达运动qM从伺服马达2传递给第一齿轮5。
附图标记列表
1 驱动单元
2 伺服马达
3 传动装置
4 马达轴
5 第一齿轮
6 第二齿轮
7 驱动轴
8 操作装置
9 动力传动系
10 警告装置
11 信号传导连接
A 动力传动系的部件
E 接收和/或承接头
R 带驱动装置
Z 齿条
S 传感器
qM 伺服马达运动
qG 加速或减速运动
qA 接收和/或承接头的运动

Claims (17)

1.用于操作物品的操作装置，其中，该操作装置(8)的呈接收和/或承接头(E)形式的端部件能够通过至少一个动力传动系(9)运动，其中，
设有至少一个传感器(S)，用于检测所述接收和/或承接头(E)的速度和/或加速度和/或位置的实际参量，和/或
设有至少一个传感器(S)，用于检测所述至少一个动力传动系(9)的至少一个运动部件(A)的速度和/或加速度和/或位置的实际参量，
其特征在于，设有警告装置(10)，所述警告装置构造用于求取由所述至少一个传感器(S)确定的实际参量与理论参量的偏差并且在存在大于可预先给定的阈值的偏差时发出警告信号，其中，该发出的警告信号表示所述至少一个动力传动系(9)的机械故障。
2.根据权利要求1所述的操作装置，其特征在于，所述至少一个传感器(S)实施为用于检测加速度的加速度传感器。
3.根据上述权利要求中任一项所述的操作装置，其特征在于，所述至少一个传感器(S)构造为用于检测位置和/或速度的增量传感器。
4.根据上述权利要求中任一项所述的操作装置，其特征在于，设有至少一个驱动单元(1)，所述驱动单元优选实施为伺服马达(2)，其中，所述至少一个动力传动系(9)能够由所述至少一个驱动单元(1)驱动。
5.根据权利要求4所述的操作装置，其特征在于，设有至少一个另外的传感器，其中，所述至少一个另外的传感器构造用于检测在所述驱动单元(1)上存在的扭矩的特征信号。
6.根据权利要求5所述的操作装置，其特征在于，所述警告装置(10)配置为，
在所述驱动单元(1)上存在的扭矩的特征信号与可预先给定的范围存在偏差时，并且
在实际参量与理论参量的偏差大于可预先给定的阈值时，发出警告信号。
7.根据上述权利要求中任一项所述的操作装置，其特征在于，所述至少一个动力传动系(9)具有带驱动装置(R)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的操作装置，其特征在于，所述至少一个动力传动系(9)具有传动装置(6)、优选齿轮传动装置和/或齿条(7)。
9.根据上述权利要求中任一项所述的操作装置，其特征在于，所述警告装置(10)构造为所述操作装置(8)的开环控制或闭环控制单元的一部分或者集成到所述操作装置(8)的开环控制或闭环控制单元中。
10.根据上述权利要求中任一项所述的操作装置，其特征在于，设有用于所述操作装置(8)的开环控制或闭环控制装置。
11.根据权利要求10所述的操作装置，其特征在于，至少一个开环控制或闭环控制装置配置成用于根据开环控制或闭环控制命令求取所述接收和/或承接头(E)的理论参量并且为所述警告装置(10)提供该理论参量。
12.用于识别操作装置(8)、优选根据权利要求1至12中至少一项所述的操作装置(8)的动力传动系(9)的机械故障的方法，其中，所述操作装置的呈接收和/或承接头(E)形式的端部件通过至少一个动力传动系(9)运动，
检测所述接收和/或承接头(E)的速度和/或加速度和/或位置的实际参量，和/或
检测所述至少一个动力传动系(9)的至少一个运动部件(A)的速度和/或加速度和/或位置的实际参量，
其特征在于，求取检测到的实际参量与理论参量的偏差并且在存在大于可预先给定的阈值的偏差时发出警告信号，其中，该发出的警告信号表示所述至少一个动力传动系(9)的机械故障。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，当存在所述警告信号时，所述操作装置(8)、尤其是驱动单元(1)被置于静止状态中。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，在存在警告信号时，至少一个与所述操作装置(8)协作的机器、优选成型机被置于静止状态中。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，在存在警告信号时，限制操作者进入。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其特征在于，在预先给定的时间点和/或在预先给定的事件时和/或在可预先给定的时间间隔内或连续地检测实际参量。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的方法，其特征在于，能够预先给定至少两个阈值，其中，
在检测到的实际参量与理论参量的偏差大于第一阈值时，发出对于操作者而言可识别的通知，和
在检测到的实际参量与理论参量的偏差大于第二阈值时，发出警告信号，所述警告信号优选地导致所述操作装置(8)停止运转。
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