DE102007048602A1

DE102007048602A1 - Verfahren zum Diagnostizieren von Anomalitäten und Vorrichtung hierfür

Info

Publication number: DE102007048602A1
Application number: DE102007048602A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Ueno
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2006-10-12
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2008-09-11
Also published as: ITMI20071923A1; CN101162394A; US20080091383A1; CN101162394B; US7574324B2; JP2008097363A

Abstract

Eine Vorrichtung zur Anomalitätsdiagnose wählt einen zuvor gespeicherten Diagnosemessorbit (S110) aus und sorgt dafür, dass eine Maschine einen vorbestimmten Betrieb zur Diagnose durchführt, um dadurc120) zu messen. In S140 vergleicht die Vorrichtung zur Anomalitätsdiagnose den gemessenen Antriebsleistungswert und einen Antriebsleistungswert zum Zeitpunkt des normalen Betriebs, und extrahiert einen nicht entsprechenden Teil als einen Kennpunkt, basierend auf vorab eingestellten Entscheidungskriterien. Wird die Extrahierung des Kennpunkts in S170 bestätigt, so vergleicht die Vorrichtung zur Anomalitätsdiagnose den extrahierten Kennpunkt mit einem vorhergesagten Kennpunkt, der in einem Antriebsleistungswert zum Zeitpunkt des Auftretens einer Anomalie in einem Mechanismuselement auftreten soll, und berechnet aus dem Übereinstimmungsgrad der beiden eine Bewertungsstellmarke. Ist die Bewertungsstellmarke größer oder gleich einem Schwellwert in S180, so schätzt die Vorrichtung zur Anomalitätsdiagnose ab, dass ein Mechanismuselement in S190 eine Anomalität aufweist.

Description

Hintergrund der Erfindung:
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Diagnostizieren von Anomalitäten, um Anomalitäten in einer Werkzeugmaschine zu diagnostizieren, welche ein Stellglied aufweist, sowie Erfassungsmittel zum Erfassen der Betriebsdaten des Stellglieds, sowie eine Vorrichtung hierfür.
Beschreibung des Stands der Technik:
Ein Antriebszustand einer Werkzeugmaschine mit einem Stellglied ist üblicherweise durch das Erfassen eines anomalen Zustands diagnostiziert worden, oder des Messens eines Betriebszustands einer Maschine sowie Analysieren der gemessenen Ergebnisse. Der anomale Zustand wird mittels eines anomalen Anhaltens oder anomaler Geräusche einer Maschine oder einer anomalen Last eines Stellglieds ermittelt, welche gemessen wurden. Das Messen des Betriebszustands der Maschine wird durch eine Messvorrichtung durchgeführt.
Bei dem oben genannten Verfahren kann sich zum Zeitpunkt der Diagnose der Anomalität aufgrund eines anomalen Anhaltens oder anomaler Geräusche ein anomaler Zustand bereits vor einem gefährlichen Zustand einstellen. Wird die Anomalität durch Überwachen einer anomalen Last des Stellglieds diagnostiziert, ist es weiterhin schwierig, ein Bewertungskriterium für einen Schwellwert einzustellen, da eine Last in einem normalen Zustand abhängig vom Betriebszustand einer Maschine variiert. Wird die Anomalität durch Verwendung eines gemessenen Werts durch eine Messvorrichtung diagnostiziert, so gilt weiterhin, dass es Zeit und Arbeit bedarf, und eine weitere Fabrikation sollte unterbrochen werden. Somit kann die Diagnose nicht häufig durchgeführt werden und die Anomalität kann nicht innerhalb einer kurzen Zeitspanne, nach der die Anomalität auftritt, offen gelegt werden. Da diese Verfahren eine Vorgehensweise notwendig machen, bei der ein Ort, wo eine Anomalität auftritt, vor einer Reparatur festgelegt wird, gilt weiterhin, dass eine größere Notendigkeit für Messungen und Analysen bestehen, und dass dadurch Stillstandszeiten einer Maschine verlängert werden.
Auf der anderen Seite offenbart das Patentdokument 1 das nachfolgende Verfahren anstelle der oben beschriebenen Verfahren, d. h. das Verfahren umfasst einen Schritt des Vorabspeicherns einer normalen Betriebszeit und eines Antriebsleistungswerts eines Stellglieds in Speichermitteln, einen Schritt des Vergleichens erfasster Betriebszeit oder eines Antriebsleistungswerts mit der normalen Betriebszeit oder eines Antriebsleistungswerts, einen Schritt des Erfassens, ob eine Störung ernsthafter Natur oder weniger ernst ist, basierend auf dem Unterschied zwischen diesen beiden Werten und einem Schritt des Anzeigens einer Warnung.

[Patentdokument 1] Nicht geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2000-250625

Zusammenfassung der Erfindung:
Das im Patentdokument 1 offenbarte Verfahren ist nützlich, wenn ein Betriebssystem ein einzelnes Mechanismuselement aufweist. Hat ein Betriebssystem jedoch eine Vielzahl von Mechanismuselementen, so kann das Verfahren nicht ermitteln, welches Mechanismuselement eine Anomalität aufweist, und somit muss eine zusätzliche Diagnose durchgeführt werden. Insbesondere gilt, dass wenn ein Diagnoseobjekt eine Parallelmechanismus-Werkzeugmaschine ist, bei der ein Mechanismus eine geschlossene Schleife festlegt, dass das Auftreten einer Anomalität bei einem bestimmten Mechanismuselement die anderen Mechanismuselemente wie z. B. eine Antriebsspindel beeinflussen kann. Somit kann nicht immer festgestellt werden, dass eine Anomalität in einem Mechanismuselement auftritt, welches sich von dem normalen Zustand unterscheidet.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Anomalität bereitzustellen, welches in der Lage ist, das Vorhandensein einer Anomalität zu ermitteln, wobei ein Mechanismuselement festgelegt wird und eine genaue einer Anomalitätsdiagnose zu einem frühen Stadium selbst dann durchgeführt wird, wenn eine Maschine ein Mechanismuselement mit einer Vielzahl von Betriebssystemen umfasst. Ein anderes Ziel ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, offenbart die vorliegende Erfindung in einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Anomalitätsdiagnose zum Diagnostizieren einer Anomalität, welches dafür sorgt, dass eine Maschine vorab festgelegten Diagnosebetrieb durchführt. Dabei umfasst die Maschine ein Stellglied und Erfassungsmittel, um die Betriebsdaten des Stellglieds zu erfassen und das Verfahren umfasst vier Schritte. Der Schritt besteht darin, Sorge dafür zu trage, dass eine Maschine einen Diagnosebetrieb zum Zeitpunkt einer Diagnose durchführt, Betriebsdaten, die durch Erfassungsmittel erhalten werden, mit Betriebsdaten zum Zeitpunkt des normalen Betriebs vergleicht, der bei einem vorhergehenden Diagnosebetrieb zum Zeitpunkt eines normalen Betriebs auftrat, und einen nicht korrespondierenden Bereich als charakteristischen Punkts extrahiert. Der zweite Schritt besteht darin, das Vorliegen einer Anomalität der Maschine basierend auf dem Vorliegen des im ersten Schritt extrahierten charakteristischen Punkts zu ermittel. Der dritte Schritt besteht darin, den im ersten Schritt extrahierten Kennpunkt mit einem Kennpunkt zu vergleichen, für den vorhergesagt worden ist, dass er in den Betriebsdaten zum Zeitpunkt des Auftretens einer Anomalität in einem Maschinenelement auftritt, welches ein Betriebssystem der Maschine darstellt, und Ermitteln eines entsprechenden Grades der beiden, wenn im zweiten Schritt festgestellt wird, dass in der Maschine eine Anomalität vorliegt. Der vierte Schritt besteht darin, abzuschätzen, in welchem ein Maschinenelement die Anomalität auftritt, und zwar basierend auf dem entsprechenden Grad, der im dritten Schritt ermittelt worden ist.
Weiterhin offenbart die vorliegende Erfindung in einem zweiten Aspekt eine Vorrichtung zur Durchführung einer Anomalitätsdiagnose zum Diagnostizieren einer Anomalität, welche dafür sorgt, dass eine Maschine einen vorab eingestellten Diagnosebetrieb durchführt, wobei die Maschine ein Stellglied umfasst und Erfassungsmittel zum Erfassen von Betriebsdaten des Stellglieds.
Die Vorrichtung umfasst Mittel zum Extrahieren eines Kennpunkts zum Vergleichen der Betriebsdaten zum Zeitpunkt des normalen Antreibens der Maschine, wobei die Betriebsdaten erhalten werden durch die Erfassungsmittel zum Zeitpunkt des Diagnostizierens der Maschine, und Extrahieren eines nichts entsprechenden Teils als Kennpunkt. Die Betriebsdaten werden zum Zeitpunkt des normalen Antriebs durch die Erfassungsmittel erhalten, wenn die Maschine dazu gebracht wird, einen Diagnosebetrieb zum Zeitpunkt des normalen Antriebs durchzuführen. Weiterhin umfasst die Maschine Zustandsdiagnosemittel zum Ermitteln, ob eine Anomalität der Maschine abhängig vom Vorliegen des in den Mitteln zum Extrahieren eines Kennpunkts ermittelten Kennpunkts vorliegt. Weiterhin umfasst die Vorrichtung zum Diagnostizieren von Anomalitäten Mittel zum Speichern eines Kennpunkts zu anomalen Zeitpunkten zum Speichern eines Kennpunkts, für den in den Betriebsdaten zum Zeitpunkt des Auftretens einer Anomalität, die in einem Mechanismuselement erwartet wird, die ein Betriebssystem der Maschine aufbaut, erwartet werden; und Mittel zum Schätzen eines anomalen Bereichs zum Vergleichen des durch die Mittel zum Extrahieren eines Kennpunkts extrahierten Kennpunkts mit den Kennpunkten, die gespeichert sind durch die Mittel zum Speichern von Kennpunkten zu anomalen Zeitpunkten, und Abschätzen, ob ein Mechanismuselement eine Anomalität aufweist, basierend auf dem Grad der Übereinstimmung der beiden.
In einem dritten Aspekt offenbart die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Diagnose einer Anomalität, wobei die Mittel zum Extrahieren eines Kennpunkts gemäß dem zweiten Aspekt, dazu dienen, eine Differenzwellenform zu messen zwischen den Betriebsdaten zum Zeitpunkt des normalen Betriebs und den Betriebsdaten zum Zeitpunkt der Diagnose, und Extrahieren eines die zuvor festgelegte Bedingung erfüllenden Teils, als eine Stellmarke für einen anomalen Zustand in der gemessenen Wellenform als Kennpunkt.
In einem vierten Aspekt offenbart die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Diagnose einer Anomalitä, wobei die Mittel zum Speichern von Kennpunkten zu anomalen Zeitpunkten dazu dienen, den Kennpunkt zu speichern, der aus den zum Zeitpunkt des tatsächlichen Auftretens einer Anomalität in einem jeden Mechanismuselement gemessenen Betriebsdaten extrahiert wird.
Die vorliegende Erfindung ist in der Lage, das Vorliegen einer Anormalität in einer Maschine festzustellen und für ein Mechanismuselement abzuschätzen, ob eine Anormalität vorliegt und zwar dadurch, dass die Maschine dazu gebracht wird, einen Diagnosebetrieb mit willkürlichen Zeitmarken durchzuführen. Somit kann die vorliegende Erfindung genau und zuverlässig eine Anomalitätsdiagnose eines zu diagnostizierenden Objekts durchführen, welche einen Mechanismus aufweist, der eine geschlossene Schleife darstellt, z. B. eine Parallelmechanismuswerkzeugmaschine in einem frühen Stadium.
Kurze Figurenbeschreibung:
1 ist eine perspektivische Darstellung einer Parallelmechanismuswerkzeugmaschine, auf die eine Vorrichtung zur Anomalitätsdiagnose aufgesetzt ist;
2 ist eine schematische Aufbauansicht einer Vorrichtung zur Durchführung einer Anomalitätsdiagnose;
3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Durchführung einer Anomalitätsdiagnose;
4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Durchführung einer Anomalitätsdiagnose; und
5 umfasst die folgenden vier Diagramme: 5(a) veranschaulicht ein Beispiel eines vorhergesagten Kennpunkts in Beispielen; 5(b) veranschaulicht ein Beispiel einer Wellenform eines Antriebsleistungswerts in einem Normalbetrieb in Beispielen; 5(c) veranschaulicht ein Beispiel einer Wellenform eines Antriebsleistungswerts bei anomalen Betrieb in Beispielen; und 5(d) veranschaulicht ein Beispiel für das Extrahieren eines Kennpunkts aus den Wellenformdifferenzen in Beispielen.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen:
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine perspektivische Darstellung, um ein Beispiel einer Parallelmechanismusmaschine zu veranschaulichen, auf welcher eine Vorrichtung zur Anomalitätsdiagnose gemäß der vorliegenden Erfindung aufgesetzt ist, wobei ein Teil der Maschine in Durchsicht dargestellt ist, um somit auf einfache Weise das Innere der Maschine verständlich zu machen. Die Parallelmechanismusmaschine ist eine Parallelmechanismuswerkzeugmaschine vom Stewart-Plattform-Typ mit 6 Freiheitsgraden. Ein Rahmen 1 hat drei Stellmotoren 3a bis 3f als Stellglieder, welche einen Codierer aufweisen, der über sechs Gelenkkupplungen 2a bis 2f wirkt. Die Stellmotoren 3a bis 3f haben jeweils Kugelgewinde 4a bis 4f, und an den unteren Enden der Kugelgewinde 4a bis 4f ist einen Endausführungsteil 6 mit einem Schneiden-Anpassungsteil und einem Schneiden-Drehmechanismus über die sechs zweiten Gelenkkupplungen 5a bis 5f befestigt. Ein Tisch 7 ist für ein zu bearbeitendes Werkstück bereitgestellt.
2 ist ein Blockdiagramm, welches eine Zusammenfassung der Vorrichtung zur Anomalitätsdiagnose darstellt. Eine Vorrichtung 10 zur Anomalitätsdiagnose umfasst einen Aufbauteil, der bei einem Betriebssystem 11 der Parallelmechanismuswerkzeugmaschine bereitgestellt ist, und einen Strukturteil, der an einer NC-Maschine 12 bereitgestellt ist. Das Betriebssystem 11 umfasst die Stellmotorsteuerung 13, um einen Laststrom auf die Stellmotoren 3a bis 3f zu geben, basierend auf einem Zuführbefehl, der von einem Berechnungssteuerungsteil 15 der NC-Maschine 12 ausgegeben wird. Der Laststromwert wird als Antriebsleistungswert durch einen Lastsensor 14 erfasst, und in Lastüberwachungsmitteln 16 der NC-Maschine 12 gespeichert. Die Lastüberwachungsmittel 16 benötigen Antriebsleistungswerte der Stellmotoren 3a bis 3f aus dem Lastsensor 14 und speichern die Werte als Zeitreihendaten.
In der NC-Maschine 12 sammelt der Berechnungssteuerungsteil 15 Orbitaldaten zum Messen aus Speichermitteln 17 zum diagnostischen Messen eines Orbits, berechnet Instruktionen zum Betreiben der Kugelgewinde 4a bis 4f, übersendet die Instruktionen auf die Servosteuerung 13 und sorgt dafür, dass eine Maschine einen vorbestimmten Ablauf für Diagnosezwecke durchführt. Die Speichermittel 17 zum diagnostischen Messen eines Orbits sind Speichermittel zum diagnostischen Betrieb und speichern vorab bestimmte Daten zum diagnostischen Messen eines Orbits und übermitteln die Daten auf einen diagnostischen Orbit zum Messen gemäß der Anweisung aus einem Berechnungssteuerungsteil 15.
Weiterhin werden Lastdaten im normalen Betrieb in Normalzeitantriebsleistungswertspeichermitteln 18 für jeden Datensatz des diagnostischen Orbits gespeichert, der in den Speichermitteln 17 zum diagnostischen Messen des Orbits gespeichert ist. Andererseits wird eine Verteilung eines charakteristischen Punkts (eines vorhergesagten charakteristischen Punkts) von Lastdaten in Speichermitteln 19 für Kennpunkte zu anomalen Zeiten gespeichert. Für das Auftreten des Kennpunkts der Lastdaten wird ein bestimmter Zeitpunkt für eine Anomalität in einem Mechanismuselement wie z. B. einem Kugelgewinde vorhergesagt.
Die Mittel 20 zum Extrahieren von Kennpunkten messen den Unterschied zwischen Lastdaten in dem diagnostischen Orbit, die durch die Lastüberwachungsmittel 16 gespeichert werden, und speichern Daten für den Normalbetrieb im diagnostischen Orbit, die in den Speichermitteln 18 für Antriebsleistungswerte zur Normalzeit gespeichert werden, und Extrahieren einen Kennpunkt, der einen anomalen Zustand eines Antriebleistungswerts anzeigt. Mittel 21 zur Diagnose von Zuständen überwachen die extrahierte Anzahl von erfassten Kennpunkten, die in jedem Messorbit durch die Mittel 20 zum Extrahieren eines Kennpunkts extrahiert worden sind. Ist die extrahierte Anzahl von Kennpunkten zu einer bestimmten Zeit beim Fertigstellen der Messung gleich Null, so stellen die Mittel 21 für die Zustandsdiagnose fest, dass der Maschinenzustand normal ist, und beenden die diagnostische Vorgehensweise.
Weiterhin vergleichen die Mittel 22 zum Schätzen eines anomalen Teiles einen erfassten Kennpunkt, der durch die Mittel 21 zur Zustandsdiagnose extrahiert worden ist, und einen vorhergesagten Kennpunkt, der zu einer Anomalität korrespondiert, und zwar für ein jedes Mechanismuselement, welches durch die Speichermittel 19 für die Kennpunkte zu anomalen Zeiten gespeichert ist und schätzen ab, welches anomale Mechanismuselement zu einem erfassten Kennpunkt korrespondiert.
Zusätzlich wird ein einzelner oder eine Vielzahl von diagnostischen Messorbitalen vorab in den Speichermitteln 17 für diagnostische Messorbitalen eingestellt. Die NC-Maschine 12, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, bewertet für ein jedes Mechanismuselement die gesamten Diagnoseorbitale durch die oben erläuterten Mittel und zeigt eine Warnung für Maschinenelemente an, die als Kandidaten für eine mögliche Verursachung einer Anomalität gelten, durch die Informationsmittel 23 an.
Ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Anomalitätsdiagnose durch die Vorrichtung 10 zur Durchführung einer Anomalitätsdiagnose wie oben beschrieben wird im folgenden unter Bezugnahme auf die 3 und 4 erläutert.
3 veranschaulicht einen Flussablauf von der Durchführung der Messung für eine Diagnose bis zum Abschätzen eines anomalen Teils. 4 veranschaulicht das Extrahieren eines Kennpunkts aus einer gemessenen Wellenform und dem Überprüfen der Übereinstimmung zwischen dem Kennpunkt mit einem vorhergesagten Kennpunkt im Flussdiagramm in 3.
Zunächst führt in 3 die Vorrichtung 10 zur Anomalitätsdiagnose eine Schleife 1 durch von den Schritten (im Folgenden nur noch mit „S" bezeichnet) 100 bis 160 durch die Anzahl der voreingestellten diagnostischen Messorbitale (der Anzahl der Messzustände). In S110 nimmt die Vorrichtung 10 zur Abnomalitätsdiagnose einen Messzustand ein. In S111 ermittelt die Vorrichtung 10 zur Anomalitätsdiagnose einen Messzustand. Das heißt, die Vorrichtung 10 zur Anomalitätsdiagnose wählt Messorbitdaten aus aus den Speichermitteln 17 für diagnostische Messorbitale. Dann bedient in S120 die Vorrichtung 10 zur Anomalitätsdiagnose eine Parallelmechanismuswerkzeugmaschine, basierend auf den ausgesuchten diagnostischen Orbitaldaten, erhält Antriebsleistungswerte der Stellmotoren 3a bis 3f aus dem Lastsensor 14 und speichert sie in den Lastüberwachungsmitteln 16.
Dann führt die Vorrichtung 10 zur Anomalitätsdiagnose von S130 bis S150 nur aufgrund der Anzahl der Stellmotoren 3a bis 3f eine Schleife 2 durch. In der Schleife 2 vergleicht die Vorrichtung 10 zur Anomalitätsdiagnose die Antriebsleistungswerte eines jeden Stellmotors 3a bis 3f in den Messorbitalen mit Antriebsleistungswerten in denselben Orbitalen, die vorab zum Zeitpunkt des normalen Betriebs einer Maschine gemessen werden und in den Speichermitteln 18 für Antriebsleistungswerte zur Normalzeit gespeichert werden, und führt eine Verarbeitung zur Anomalitätsdiagnose durch, welche einen Kennpunkt extrahiert und einen Vergleich durchführt. Eine ausführliche Beschreibung der Verarbeitung zur Anomalitätsdiagnose ist in 4 veranschaulicht.
Die Vorrichtung 10 zur Anomalitätsdiagnose liest die Antriebsleistungswerte der Stellmotoren 3a bis 3f, die in S120 gemessen worden sind sowie die Antriebsleistungswerte im Normalbetriebszustand ein, die zuvor gespeichert wurden (S300 und S310). Die Mittel 20 zum Extrahieren eines Kennpunkts messen die Differenzwellenform zwischen den beiden (S320). Dann berechnet die Vorrichtung 10 zur Anomalitätsdiagnose einen Parameter der Differenzwellenform, welcher zuvor als Ermittlungsmarke eines anomalen Zustands ermittelt worden ist, und extrahiert einen Teil, der einen höheren Wert als ein Kriteriumswert hat, als Kennpunkt. Somit gilt, dass obwohl der als Ermittlungsmarke festgelegte Parameter von einem Anomalitätszustand eines prognostizierten Mechanismuselements abhängt, die Vorrichtung 10 zur Anomalitätsdiagnose einen Extremwert der Differenzwellenform als Kennpunkt bei der vorliegenden Ausführungsform extrahiert. Dementsprechend misst die Vorrichtung 10 zur Anomalitätsdiagnose einen Extremwert der Differenzwellenform und extrahiert einen Teil, der größer ist als ein Schwellwert, als einen Kennpunkt (S330).
Wird das Extrahieren eines Kennpunkts nicht durch eine Entscheidung in S340 bestätigt, so ermitteln die Mittel 21 zur Zustandsdiagnose, dass eine Anomalität in der Antriebsleistungswertwellenform eines jeden der Stellmotoren 3a bis 3f beim Messen der Orbitalen nicht vorliegt und überspringen die Bearbeitung des Anpassens von Kennpunkten, um so eine Anomalitätsdiagnose zu beenden.
Wird der Kennpunkt extrahiert, so führen die Mittel 22 zum Abschätzen eines anomalen Bereichs eine Schleife 3 von S350 bis S390 für die Anzahl der Mechanismuselemente bei der Anomalitätsmessung durch.
Zunächst wird in S330 für einen jeden der Stellmotoren 3a bis 3f beim Messen der Orbitale durch die Vorrichtung 10 zur Anomalitätsdiagnose eine Verteilung von vorhergesagten Kennpunkten des Mechanismuselements aus den Mitteln 10 zum Speichern von Kennpunkten zu anomalen Zeitpunkten eingelesen. Dann vergleicht in S370 die Vorrichtung 10 zur Anomalitätsdiagnose die in S360 eingelesene Verteilung der Kennpunkte mit dem in S330 ermittelten extrahierten Kennpunkt. Wird festgestellt, dass beide miteinander übereinstimmen, berechnet die Vorrichtung 10 zur Anomalitätsdiagnose abermals einen entsprechenden Bewertungsgradindex des Mechanismuselements in S380.
Nach Durchführen der Schleifen 1 bis 3 anhand der vorgegebenen Anzahl ermittelt die Vorrichtung 10 zur Anomalitätsdiagnose, dass ein Maschinenzustand normal ist, wenn der Kennpunkt beim Extrahieren der Verarbeitung eines erfassten Kennpunkts nicht in allen Diagnostikorbitalen ermittelt wird, und die Maschinendiagnose wird beendet (S170 und S210).
Andererseits gilt, dass wenn der Kennpunkt erfasst wird, dass die Vorrichtung 10 zur Anomalitätsdiagnose feststellt, dass einige Anomalitäten auftreten, und schätzt ein Anomalitätselement ab unter Verwendung eines Kennpunkts, der für ein jedes Mechanismuselement einen Gradbewertungsindex entspricht. Wenn der Gradindex eines jeden Mechanismuselements nicht einen vorab eingestellten Schwellwert überschreitet, so stellt die Vorrichtung 10 zur Anomalitätsdiagnose fest, dass zur Abschätzung eines anomalen Teils verwendete Information geringfügig ist, ein anomaler Bereich wird nicht abgeschätzt, und es wird eine Warnung angezeigt, dass nur ein einziges Anomalitätsereignis Is aufgetreten ist (S180 und S200). Wenn jedoch der Bewertungsindex einer der Mechanismuselemente den Schwellwert überschreitet, so zeigt die Vorrichtung 10 zur Anomalitätsdiagnose eine Warnung an, dass das Auftreten einer Anomalität vorzuliegen scheint für Mechanismuselemente, die Werte aufweisen, die den Schwellwert (S190) überschreiten.
Zusätzlich kann ein Verfahren zur Berechnung des Abschätzungsindex willkürlich eingestellt werden. Wird vorhergesagt, dass ein Unterschied auftritt zwischen der hohen Wahrscheinlichkeit des Auftretens des Einflusses einer Antriebsleistung aufgrund der Anomalität eines Mechanismuselements gemäß den Arten der Messorbitale, so kann der Bewertungsindex gewichtet werden, um mit diesem Unterschied fertig zu werden. Eine Anomalitätsdiagnose durch die Vorrichtung 10 zur Anomalitätsdiagnose wird unten unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben.
Tritt eine Anomalität bei einer Drehspindel bei einer der ersten Gelenkkupplungen 2a bis 2f auf, was eine Drehreibung merklich vergrößert, so wird der Betrieb des Endausführungsteils 10 vorübergehend zum Zeitpunkt des Drehens der Drehspindel in umgekehrter Richtung gehemmt, und somit vergrößert sich die Last eines jeden der Stellmotoren 3a bis 3f. Zu diesem Zeitpunkt wird die Last eines jeden der Stellmotoren 3a bis 3f vorhergesagt, welcher eine vorhergesagte Wellenform aufweist mit Extremwerten nahe der Drehspindel, die sich zu Zeiten t1, t2 wie in 5(a) veranschaulicht, umdreht. Somit speichern die Speichermittel 19 für Kennpunkte zu anomalen Zeiten die Zeiten t1 und t2 als vorhergesagte Kennpunkte.
Die oben genannte Vorgehensweise wird an einem jeden Mechanismuselement gemäß einem vorhergesagten anomalen Fall durchgeführt. Zusätzlich darf diese Vorgehensweise nicht nur zum Zeitpunkt des Einstellens des Diagnosemessorbits durchgeführt werden und es ist nicht notwendig, sie zu jedem Messzeitpunkt einzustellen.
Wird eine Diagnose durchgeführt, so wird ein Kennpunkt in einer Wellenform eines gemessenen Antriebsleistungswerts wie folgt extrahiert.
Die Wellenform eines Antriebsleistungswerts zum Zeitpunkt des normalen Betriebs im Messorbit i und dem Stellmotor j ist in 5(b) veranschaulicht und eine Wellenform des Antriebsleistungswerts zum Zeitpunkt der Diagnose einer Maschine im selben Messorbit ist in 5(C) gezeigt. In diesem Falle ist die Differenzwellenform der Antriebsleistungswerte zum Zeitpunkt des Normalbetriebs und der Diagnose der Maschine in 5(D) veranschaulicht. Die Mittel 20 zum Extrahieren von Kennpunkten extrahieren einen Kennpunkt aus der Differenzwellenform in 5(D). Zu diesem Zeitpunkt gilt, da der gemessene Antriebsleistungswert aufgrund des Einflusses von Geräuschen Hochfrequenzelemente umfasst, dass es wünschenswert ist, Elemente höherer Ordnung vorab durch Verwendung eines Tiefpassfilters zu eliminieren.
Dementsprechend wird die Differenzwellenform so berechnet, dass man eine erste Ableitung und eine zweite Ableitung enthält und Zeiten t1' bis t3', zu denen der Differenzantriebsleistungswert die Extremwerte erreicht, werden extrahiert.
In diesem Falle kann ein Schwellwert aus den extrahierten Extremwerten bestimmt werden, um den Einfluss einer Störung zu eliminieren.
Weiterhin vergleichen die Mittel 22 zum Schätzen eines anomalen Teils die erhaltenen Zeiten t1' bis t3' mit einem vorhergesagten Kennpunkt und enthalten eine entsprechende Anzahl. Bei der vorliegenden Ausführungsform vergleichen die Mittel 22 zum Schätzen des anomalen Teils die Zeitinformation des vorhergesagten Kennpunkts im Antriebsleistungswert für einen jeden Messorbit mit den für den erfassten Kennpunkt und ermittelt, ob die Kennpunkte einander entsprechen, wenn ein Zeitunterschied von beiden sich innerhalb des voreingestellten Schwellwerts befindet. Ist die Anzahl eines vorhergesagten Kennpunkts durch ein Mechanismuselement k im Messorbit i und des Servomonitors j = n_eijk und die Anzahl der entsprechenden Kennpunkte = n_dijk, so kann der entsprechende Gradbewertungsindex V_ijk durch die folgende Gleichung 1 definiert werden.
[Gleichung 1]
Liegt V_ijk nahe bei 1, d. h. gibt es viele erfasste Kennpunkte, die mit den vorhergesagten Kennpunkten übereinstimmen, so wird eine gemessene Wellenform eines Antriebsleistungswerts im Messorbit i und Servomotor j merklich durch die Anomalität des Mechanismuselements k beeinflusst. Das heißt, dass für alle Mechanismuselemente k die erhaltenen Differenzen der Wellenform so berechnet werden, dass man einen Einflussgrad für jedes Mechanismuselement in der gemessenen Wellenform des Antriebsleistungswerts erhalten kann.
Das oben genannte Verfahren wurde bezüglich angemessener Antriebsleistungswerte durchgeführt und dann wurden Mittelwerte aller Messorbitale und aller gemessener Antriebsleistungswerte gemäß der nachfolgenden Gleichung 2 enthalten. Da ein Element mit V_k nahe bei 1 als eine Ursache einer Anomalität abgeschätzt wird, gilt in der vorliegenden Ausführungsform, dass vor höhere Elemente gewarnt wird als Kandidaten, die eine Anomalität in den Informationsmitteln 23 verursachen. [Gleichung 2]

l:: Messorbitalzahl.
m:: Servomotorzahl
V₁:: Kennzahl, die dem Mechanismuselement K entspricht.

Gemäß dem Verfahren zur Anomalitätsdiagnose der vorliegenden Ausführungsform und der Vorrichtung derselben können die Anomalität der Maschine und ein Mechanismuselement, welches eine Anomalität aufweist, dadurch abgeschätzt werden, dass man dafür sorgt, dass die Maschine einen Diagnosebetrieb zu willkürlichen Zeitpunkten durchführt. Gemäß dem Verfahren kann dementsprechend eine Anomalitätsdiagnose in einem frühen Zustand genau durchgeführt werden für ein Diagnoseobjekt, welches ein Mechanismuselement umfasst, welches eine geschlossene Schleife darstellt, zum Beispiel eine Parallelmechanismuswerkzeugmaschine.
Zusätzlich kann in einer Reihe zum Abschätzen eines anomalen Teils ein Kennpunkt für ein jedes Mechanismuselement sich in einem Einzelmessorbit überlappen. Somit kann eine Diagnose effektiv mit einer Vielzahl von Orbitalen durchgeführt werden, da es eine Möglichkeit gibt, die Genauigkeit zum Abschätzen eines anomalen Teils zu verringern.
Weiterhin wird ein Antriebsleistungswert eines Stellmotors als Betriebsdaten in der o. g. Ausführungsform erfasst. Da jedoch die Daten nicht auf den Antriebsleistungswert beschränkt sind, kann eine Diagnose basierend auf einer Abweichung (einem Positionsabweichungswert) zwischen einer vorbestimmten Position in einem jeden Stellglied und einer durch einen Positionssensor erfassten Positionswert durchgeführt werden. Das heißt, dass eine Anomalitätsdiagnose durch ein ähnliches Verfahren durchgeführt werden kann wie bei der oben genannten Ausführungsform durch Vorabspeichern eines Positionsabweichungswerts, der zum Zeitpunkt des Betriebs einer Diagnose erfasst wird, wenn eine Maschine normal betrieben wird, und Vergleichen des gespeicherten Abweichungswerts mit einem Positionsabweichungswert, der zum Zeitpunkt der Diagnose gemessen wird, um so einen Kennpunkt zu extrahieren.
Weiterhin können Speichermittel für Kennpunkte zu anomalen Zeitpunkten einen Kennpunkt speichern, der aus Betriebsdaten, wie z. B. ein Antriebsleistungswert oder einen Positionsabweichungswert, extrahiert wird, der zum Zeitpunkt des tatsächlichen Auftretens einer Anomalität in einem Mechanismuselement gemessen wird, zusätzlich zu einem Kennpunkt, bei dem vorhergesagt wird, dass er in den Betriebsdaten zum Zeitpunkt des Auftretens der Anomalität in einem jeden Mechanismuselement in einer Maschine auftritt.
Weiterhin wird eine Parallelmechanismuswerkzeugmaschine als ein Beispiel für ein Diagnoseobjekt in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht beschränkt auf die Parallelmechanismuswerkzeugmaschine, sondern kann auf ein allgemeines Betriebssystem angewendet werden, welches durch ein Stellglied mit Erfassungsmitteln für Betriebsdaten angetrieben wird, wie z. B. einen Antriebsleistungswert oder einen Positionsabweichungswert.

2

3a bis 3f: Stellmotoren
13: Servosteuerung
14: Lastsensor
15: Berechnungssteuerungsteil
16: Lastüberwachungsmittel
17: Mittel zum Speichern eines Diagnosemessorbits
18: Speichermittel für die Antriebsleistung zu Normalzeitpunkten
19: Speichermittel für Kennpunkte zu anomalen Zeitpunkten
20: Mittel zum Extrahieren von Kennpunkten
21: Zustandsdiagnosemittel
22: Schätzmittel für den anomalen Bereich
23: Informationsmittel

3

: (oben nach unten)
: Start
S100: Schleife 1, Messen der Zustandszahl
S110: Messzustand ermitteln
S120: Antriebsleistungswert messen
S130: Schleife 2, Stellgliedzahl
S140: Verarbeiten der Anomalitätsdiagnose
S150: Schleife 2
S160: Schleife 1
S170: Ist der Kennpunkt extrahiert?
: (nach S170 nach unten): ja
S180: Ist der Bewertungsindex größer oder gleich dem Schwellwert?
: (nach S180 nach unten): ja
S190: Auflisten des als anomal abgeschätzten Mechanismuselements
S220: Ende
: (nach S170 nach rechts): ja
S210: Normalzustand
: (nach S180 nach rechts): nein
S200: Erfassen der Anomalität (bestätigt nicht das Mechanismuselement)

4

: (von oben)
: Verarbeiten der Anomalitätsdiagnose
S300: Einlesen des gemessenen Antriebsleistungswerts
S310: Einlesen des Leistungswert zur Normalzeit
S320: Differenzwellenform bilden
S330: Kennpunkt aus der Differenzwellenform extrahieren
S340: Wird der Kennpunkt extrahiert?
: (nach S340 nach unten): ja
S350: Schleife 3, Mechanismuselementzahl
S360: Einlesen des vorhergesagten Kennpunktes
S370: Durchführen des Anpassens des Kennpunkts
S380: Berechnen des Bewertungsindex gemäß der Übereinstimmungskennziffer
S390: Schleife 3
: (nach S340 nach rechts): nein
: (ganz unten): Beenden der Anomalitätsdiagnose.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2000-250625 [0004]

Claims

Anomalitätsdiagnoseverfahren zum Diagnostizieren einer Anomalität, welches dafür sorgt, dass eine Maschine vorab festgelegten Diagnosebetrieb durchführt, wobei die Maschine ein Stellglied umfasst und Erfassungsmittel, um die Betriebsdaten des Stellglieds zu erfassen, wobei das Verfahren umfasst: einen ersten Schritt, welcher dafür sorgt, dass die Maschine den Diagnosebetrieb zum Zeitpunkt einer Diagnose durchführt, und Betriebsdaten, die durch Erfassungsmittelerhalten werden, und Betriebsdaten, die zum Zeitpunkt eines normalen Betriebs erhalten werden, zu dem Maschine vorab den Diagnosebetrieb zum Zeitpunkt eines normalen Antriebs durchläuft, miteinander vergleicht, und einen nicht korrespondierenden Bereich als Kennpunkt extrahiert; einen zweiten Schritt, welcher das Vorliegen einer Anomalität der Maschine basierend auf dem Vorliegen des im ersten Schritt extrahierten charakteristischen Punkts ermittelt; einen dritten Schritt, welcher den im ersten Schritt extrahierten Kennpunkt mit einem Kennpunkt vergleicht, für den vorhergesagt worden ist, dass er in den Betriebsdaten zum Zeitpunkt des Auftretens einer Anomalität in einem Maschinenelement auftritt, welches ein Betriebssystem der Maschine darstellt, und Ermitteln eines Grads der Übereinstimmung der beiden, wenn der zweite Schritt feststellt, dass die Anomalität in der Maschine vorliegt; und ein vierter Schritt, in welchem ein Maschinenelement prognostiziert wird, welches die Anomalität hat, basierend auf dem im dritten Schritt ermittletn Grad der Übereinstimmung der beiden.
Vorrichtung zur Durchführung einer Anomalitätsdiagnose zum Diagnostizieren einer Anomalität, welche dafür sorgt, dass eine Maschine einen vorab eingestellten Diagnosebetrieb durchführt, wobei die Maschine ein Stellglied umfasst und Erfassungsmittel zum Erfassen von Betriebsdaten des Stellglieds; wobei die Vorrichtung umfasst: Mittel zum Extrahieren eines Kennpunkts zum Vergleichen der Betriebsdaten zum Zeitpunkt des normalen Antreibens der Maschine, wobei die Betriebsdaten durch die Erfassungsmittel zum Zeitpunkt des Diagnostizierens der Maschine erhalten werden, und Extrahieren eines nichts entsprechenden Teils als Kennpunkt, wobei die Betriebsdaten zum Zeitpunkt des normalen Antriebs durch die Erfassungsmittel erhalten werden, wenn die Maschine dazu gebracht wird, einen Diagnosebetrieb zum Zeitpunkt des normalen Antriebs durchzuführen; Zustandsdiagnosemittel zum Ermitteln, ob eine Anomalität der Maschine abhängig vom Vorliegen des in den Mitteln zum Extrahieren eines Kennpunkts ermittelten Kennpunkts vorliegt; Mittel zum Speichern eines Kennpunkts zu anomalen Zeitpunkten zum Speichern eines Kennpunkts, für den vorhergesagt wird, dass er in den Betriebsdaten zum Zeitpunkt des Auftretens einer in einem ein Betriebssystem der Maschine konstituierenden Mechanismuselement erwarteten Anomalität auftritt, Mittel zum Schätzen eines anomalen Bereichs zum Vergleichen des durch die Mittel zum Extrahieren eines Kennpunkts extrahierten Kennpunkts mit den Kennpunkten, die durch die Mittel zum Speichern von Kennpunkten zu anomalen Zeitpunkten gespeichert werden, und Abschätzen, basierend auf dem Grad der Übereinstimmung der beiden, ob ein Mechanismuselement eine Anomalität aufweist.
Vorrichtung zur Anomalitätsdiagnose nach Anspruch 2, wobei die Mittel zum Extrahieren eines Kennpunkts dazu dienen, eine Differenzwellenform zu messen zwischen den Betriebsdaten zum Zeitpunkt des normalen Betriebs und den Betriebsdaten zum Zeitpunkt der Diagnose, und Extrahieren eines Teils, welcher die zuvor festgelegte Bedingung erfüllt, als eine Stellmarke für einen anomalen Zustand in der gemessenen Wellenform als Kennpunkt.
Vorrichtung zur Anomalitätsdiagnose nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Mittel zum Speichern von Kennpunkten zu anomalen Zeitpunkten dazu dienen, den Kennpunkt zu speichern, der aus den Betriebsdaten extrahiert wird, die zum Zeitpunkt des tatsächlichen Auftretens einer Anomalität in einem jeden Mechanismuselement gemessen worden sind.