DE102007029336A1

DE102007029336A1 - Verfahren zur Messung von Schwingungen bei einem Gerät

Info

Publication number: DE102007029336A1
Application number: DE102007029336A
Authority: DE
Inventors: Lincoln Davidson
Original assignee: Sauer Danfoss Inc
Current assignee: Danfoss Power Solutions Inc
Priority date: 2006-06-28
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2008-02-07
Also published as: US7578193B2; US20080000301A1; JP2008008902A; JP4719188B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Schwingungen bei einem in Betrieb befindlichen Gerät. Dabei beinhaltet das Verfahren das Bereitstellen eines in Betrieb stehenden Geräts mit einer Steuereinheit und einem Schwingungssensor, der aus einem dreiachsigen Beschleunigungsaufnehmer, einem digitalen Signalprozessor und einem Kommunikationstransceiver besteht. Der digitale Signalprozessor übernimmt die Schwingungs-Rohdaten für jede Achse des dreiachsigen Beschleunigungsaufnehmers und legt eine Gewichtungsfunktion an die Schwingungsdaten für jede einzelne Achse. Dann werden dem Fahrzeugbediener zugeordnete Belastungspegeldaten zur Berechnung der momentanen Anteile der gefilterten Daten an den Belastungspegeldaten des Bedieners bestimmt, um momentane Belastungspegeldaten zu bestimmen, die sich über ein festes Zeitintervall hinweg akkumuliert haben. Nach dem festen Zeitintervall berechnet der digitale Signalprozessor einen Anstieg des Belastungspegels des Bedieners während des Zeitintervalls, um dadurch Belastungsdaten zu erzeugen, welche dann über einen Kommunikationstransceiver zur Anzeige übertragen werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Schwingungen. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein Verfahren zur Messung von Schwingungen bei einem in Betrieb befindlichen Gerät unter Verwendung eines Schwingungssensors mit einem dreiachsigen Beschleunigungsaufnehmer.
Schwingungen tragen zum Ermüden eines Bedieners bei und können zu arbeitsbedingten Verletzungen und gesundheitlichen Problemen führen oder zumindest daran beteiligt sein. Üblicherweise werden Schwingungssensoren an einem Fahrzeug angebracht, um die Belastungen zu bestimmen, denen ein Bediener bzw. Fahrer während des Betriebs eines Fahrzeugs oder einer Schwermaschine ausgesetzt ist. Für die Schwingungsmessung ist eine bestimmte Messung der Verschiebung, der Geschwindigkeit oder der Beschleunigung erforderlich. Bei einer hochfrequenten Schwingung erweist sich eine Beschleunigungsmessung als weitaus empfindlicher als eine Messung der Verschiebung oder der Geschwindigkeit und eignet sich daher besser zur Schwingungsmessung bei einem Fahrzeug oder einer Maschine. Von der ISO wurden auch Regeln zur Schwingungsmessung bei Fahrzeugen aufgestellt, denen zufolge eine Messung der Translationsbeschleunigung durchzuführen ist. Üblicherweise erfolgt diese Beschleunigungsmessung unter Verwendung eines Beschleunigungsaufnehmers, der in Verbindung mit der Steuereinheit des Geräts arbeitet.
Aktuelle Schwingungssensoren erweisen sich zur Messung der tatsächlichen Auswirkungen, die Schwingungen auf den Bediener eines Fahrzeugs haben, als wirkungslos. Im herkömmlichen Fall gilt: Je empfindlicher der Schwingungssensor, desto größer ist üblicherweise die Bandbreite der ausgegebenen Informationen, wodurch sich Gerätegröße wie auch Kosten erhöhen.
Somit besteht die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Schwingungsmessung bei einem in Betrieb befindlichen Gerät bereitzustellen, mit dem sich die Genauigkeit der ermittelten Schwingungen und Belastungspegel erhöhen lässt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Schwingungssensor anzugeben, mit dem sowohl Größe als auch Kosten der zur Erfassung von Schwingungs- und Belastungspegeldaten verwendeten Geräte verringert werden können.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale oder Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Ansprüchen.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das Verfahren zur Messung von Schwingungen bei einem im Betrieb befindlichen Gerät schließt das Bereitstellen eines in Betrieb befindlichen Geräts mit einer Steuereinheit ein, welche mit einem Schwingungssensor in Verbindung steht, der wiederum aus einem dreiachsigen Beschleunigungsaufnehmer, einem digitalen Signalprozessor und einem Kommunikationstransceiver besteht. Das Verfahren umfasst weiterhin das Bestimmen von Schwingungsdaten mit dem dreiachsigen Beschleunigungsaufnehmer und das Filtern dieser Schwingungsdaten mit einer Gewichtungsfunktion im digitalen Signalprozessor. Unter Berücksichtigung der Belastungspegeldaten eines Bedieners werden Belastungsdaten in drei getrennten Blöcken berechnet. Diese Belastungsdateninformationen werden dann über den Kommunikationstransceiver übermittelt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine seitliche Aufsicht auf ein in Betrieb befindliches Gerät, bei dem ein Schwingungssensor verwendet wird;
2 ein schematisches Blockdiagramm eines Schwingungssensors.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1 zeigt ein in Betrieb befindliches Gerät 10 mit einer Steuereinheit 12 und einem Schwingungssensor 14. Bei dieser Figur ist das in Betrieb befindliche Gerät als Gabelstapler oder Fahrzeug dargestellt, bei einer anderen Ausführungsform jedoch handelt es sich um eine schwere Maschine. Ferner ist in dieser Figur der Schwingungssensor 14 an einer Sitzvorrichtung 16 für einen Bediener 18 dargestellt; bei einer weiteren Ausführungsform kann er jedoch an das Bedienungsfeld 20 oder an eine Lenkvorrichtung 22 angeschlossen sein. Insbesondere ist der Sensor 14 an jedwedem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeug oder der Maschine 10 und dem Bediener 18 angebracht, um eine vom Bediener 18 erfasste Schwingung zu überwachen. Ist der Sensor 14 an der Sitzvorrichtung 16 oder an einer Plattform, auf der der Bediener 18 steht, angebracht, dann misst der Sensor 14 die Schwingungen des gesamten Körper des Bedieners. Bei einer weiteren Ausführungsform misst der Sensor 14 bei Anbringung an einem hand- oder fußbetriebenen Steuerelement die Schwingungen an den Händen oder Füßen eines Bedieners. Insbesondere misst der Schwingungssensor 14 dabei die Intensität der momentanen Erschütterungen sowie die vom Bediener über die Zeit hinweg absorbierte durchschnittliche Schwingungsenergie und berechnet dann auf der Grundlage dieser Messungen einen Ermüdungspegel für den Bediener. Somit ist bei einer Ausführungsform der Sensor 14 in der Lage, diese Messungen an eine Anzeigevorrichtung 24 zu senden, so dass der Bediener 18 des Fahrzeugs die Anzeige beobachten und entsprechende Schritte unternehmen kann, wenn der Ermüdungspegel eine Regelschwelle erreicht.
2 zeigt einen Schwingungssensor 14. Dabei umfasst der Schwingungssensor 14 einen dreiachsigen Beschleunigungsaufnehmer 26, einen digitalen Signalprozessor (DSP) 28, und einen Kommunikationstransceiver 30. Der dreiachsige Beschleunigungsaufnehmer 26 reagiert auf Beschleunigung auf drei jeweils senkrecht zueinander verlaufenden Achsen und sendet Messungen in digitaler Form an den digitalen Signalprozessor. Nur als Beispiel ist eine Version des dreiach sigen Beschleunigungsaufnehmers 26 in der US-Patentanmeldung Nr. 10/983,445 , beschrieben und der darin beschriebene Beschleunigungsaufnehmer soll ausdrücklich Bestandteil dieser Schrift sein.
Der DSP 28 empfängt eingehende Daten 32 vom dreiachsigen Beschleunigungsaufnehmer 26 und verarbeitet diese Informationen zur Bereitstellung eines ausgehenden Signals 34 zur Übertragung an den Kommunikationstransceiver. Im DSP 28 werden die Schwingungsdaten für jede Achse im eingehenden Signal 32 in eine Vielzahl von Datenströmen 35 aufgeteilt, die für jede der drei Achsen des dreiachsigen Beschleunigungsaufnehmers 26 mit einer der menschlichen Empfindlichkeit entsprechenden Gewichtungsfunktion 36 gefiltert werden. Der DSP 28 nimmt dann die gefilterten Schwingungsdaten, oder gefilterten Daten, und berechnet den momentanen Anteil der gefilterten Daten 38 am Belastungspegel des Bedieners 18, um eine Belastungsberechnung 40 auf jeder Achse sowie momentane Belastungspegeldaten 42 zu bestimmen. Die momentanen Belastungspegeldaten 42 akkumulieren sich dann über ein festes Zeitintervall 44 hinweg. Auf der Grundlage dieser akkumulierten momentanen Belastungspegeldaten 42 berechnet der DSP 28 für dieses Zeitintervall den Anstieg auf den Belastungspegel des Bedieners zur Bereitstellung akkumulierter Daten, oder Belastungsdaten 46, die dann über das ausgegebene Signal 34 an den Kommunikationstransceiver 30 übertragen werden. Der Kommunikationstransceiver sendet dann die akkumulierten Daten an ein anderes Gerät zur Weiterverarbeitung, Speicherung oder Anzeige.
Im Betrieb umfasst das Verfahren zur Messung von Schwingungen eines in Betrieb befindlichen Geräts 10 die Schritte des Bereitstellens eines in Betrieb stehenden Geräts 10 mit einer Steuereinheit 12 in Verbindung mit einem Schwingungssensor 14. Dabei besteht der Schwingungssensor 14 aus einem dreiachsigen Beschleunigungsaufnehmer 26, einem digitalen Signalprozessor 28 und einem Kommunikationstransceiver 30. Beim nächsten Schritt werden dann Schwingungsdaten für jede Achse innerhalb des dreiachsigen Beschleunigungsaufnehmers 26 bestimmt und diese Schwingungsdaten in einem Eingangssignal 32 implementiert. Im nächsten Schritt ist ein Filtern der Schwingungsdaten in einem Eingangssignal 32 für jede Achse mit einer Gewichtungsfunktion 36 zur Erzeugung gefilterter Daten 38 erforderlich. Während dieser Zeit werden Belastungspegeldaten für den Bediener bestimmt, und der DSP 28 berechnet die momentanen Anteile der gefilterten Daten 38 an den Belastungspegeldaten des Bedieners 18 zur Bestimmung momentaner Belastungspegeldaten 42. Dann werden bei dem Verfahren die momentanen Belastungspegeldaten über ein festes Zeitintervall 44 hinweg akkumuliert und ein Anstieg des Belastungspegels des Bedieners 18 während des Zeitintervalls zur Erzeugung von Belastungsdaten 46 für jede Achse berechnet. Somit werden die Belastungsdaten in drei Serien sich nicht überschneidender Blöcke aufgeteilt, die ein einziges Ausgangssignal 34 bilden, das an den Kommunikationstransceiver 30 gesendet wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Belastungsdaten 46 innerhalb eines jeden Blocks nur durch eine Zahl dargestellt, wodurch die ausgehende Bandbreite des Ausgangssignals 34 minimiert wird. Beim letzten Schritt des Verfahrens werden die Belastungsdaten 46 über den Kommunikationstransceiver 32 an ein anderes Gerät übertragen, wo sie verarbeitet, gespeichert, angezeigt oder dergleichen werden.
Somit wird ein Verfahren angegeben, bei dem Schwingungs-Rohdaten von einem dreiachsigen Beschleunigungsaufnehmer in drei kontinuierliche Datenströme 35 aufgeteilt werden, die die momentane Belastung des Bedieners für jede der drei Achsen darstellen. Durch Akkumulierung der momentanen Belastungspegeldaten über ein festes Zeitintervall hinweg wird die zur Übertragung der sich ergebenden Belastungsdaten an den Kommunikationstransceiver erforderliche Bandbreite verringert. Dies wird dadurch erzielt, dass man die kontinuierlichen Ströme von Belastungsdaten 46 in drei Reihen sich nicht überschneidender Blöcke aufteilt. Die Daten in jedem Block werden zu einer einzigen Zahl akkumuliert, die dann an ein Empfangsgerät übertragen wird. Mit zunehmendem Zeitintervall für jeden Block verringert sich die Geschwindigkeit, mit der die akkumulierten Daten gesendet werden. Ein Zeitbereichsintervall im Bereich zwischen 0,1 und 10 Sekunden wäre typisch und erfordert nur geringe Bandbreite zum Senden. Somit sind allermindestens alle der genannten Aufgaben erfüllt.
Für den Fachmann auf dem Gebiet ist klar, dass diverse andere Modifikationen an der Vorrichtung möglich sind, ohne vom Gedanken und Umfang dieser Erfindung abzuweichen. Alle derartigen Modifikationen und Änderungen fallen in den Umfang der Ansprüche und sollen durch diese abgedeckt sein.

Claims

Verfahren zur Messung von Schwingungen bei einem im Betrieb befindlichen Gerät, welches folgendes umfasst: Bereitstellen eines in Betrieb befindlichen Geräts mit einer Steuereinheit in Verbindung mit einem Schwingungssensor, der aus einem dreiachsigen Beschleunigungsaufnehmer, einem digitalen Signalprozessor und einem Kommunikationstransceiver besteht; Bestimmen von Schwingungsdaten für jede Achse des dreiachsigen Beschleunigungsaufnehmers; Filtern der Schwingungsdaten für jede Achse mit einer Gewichtungsfunktion zur Erzeugung gefilterter Daten; Bestimmen von Belastungspegeldaten eines Bedieners; Berechnen momentaner Anteile der gefilterten Daten an den Belastungspegeldaten des Bedieners mit dem digitalen Signalprozessor; Akkumulieren der momentanen Belastungspegeldaten des Bedieners mit dem digitalen Signalprozessor zur Bestimmung von Belastungspegeldaten über ein festes Zeitintervall hinweg; Berechnen eines Anstiegs des Belastungspegels des Bedieners während des Zeitintervalls zur Erzeugung von Belastungsdaten; und Übertragen der Belastungsdaten über den Kommunikationstransceiver.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Gewichtungsfunktion dem Bediener zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Belastungsdaten an ein Verarbeitungsgerät übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Belastungsdaten an ein Speichergerät übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Belastungsdaten an eine Anzeige übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend den Schritt des Aufteilens der Belastungsdaten in drei Reihen sich nicht überschneidender Blöcke.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Belastungsdaten in jedem Block durch eine Zahl dargestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem es sich bei dem in Betrieb befindlichen Gerät um ein Fahrzeug handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem es sich bei dem in Betrieb befindlichen Gerät um eine Schwermaschine handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Zeitintervall weniger als zehn Sekunden beträgt.