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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Fehlerüberwachungsverfahren
für einen Roboter oder andere Arbeitsmaschinen, worin ein
Servomotor als Antriebsquelle verwendet wird.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Servomotoren
sind eine Art von Steuermotor, und sie sind dadurch gekennzeichnet,
dass sie eine außergewöhnliche Drehzahlregelung
und Positionsregelung haben. Servomotoren werden in einer Vielzahl
von Arbeitsmaschinen installiert, und insbesondere werden sie weithin
als Antriebsquellen für Roboter verwendet.
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Servomotoren
sind in der Lage, eine Last direkt anzutreiben. Jedoch wird die
Last oft über einen Untersetzer oder einen anderen Kraftübertragungsmechanismus
angetrieben. Dies liegt daran, dass das Ausgangsdrehmoment von dem
Servomotor merklich erhöht werden kann, wenn die Last über
einen Untersetzer angetrieben wird. Wenn darüber hinaus
der Untersetzer aus einem Riemen, einer Kette oder einer Antriebswelle
aufgebaut ist, erhält man einen Vorteil darin, dass die
Bewegung zu einem Ort übertragen werden kann, der von dem
Servomotor entfernt ist.
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Die
Tatsache, dass in Servomotoren und Kraftübertragungsmechanismen
in einer Arbeitsmaschine Fehler auftreten, muss berücksichtigt
werden.
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Fehler,
die in Arbeitsmaschinen auftreten, reichen von ernsthaften Fehlern,
die kritisch genug sind, um eine Notabschaltung der Maschine zu
erfordern; kleinere Fehler, die keine Störung verursachen, selbst
wenn der Betrieb fortgesetzt wird, bis zum Zeitpunkt der nächsten
Reparatur; und moderate Fehler, die im Hinblick auf die Ernsthaftigkeit
zwischen den haften Fehlern und den kleineren Fehlern liegen.
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Das
Vorhandensein von Fehlern in dem Servomotor selbst kann durch Erfassung
von Anomalien bestimmt werden, durch Überwachung elektrischer Stromwerte
oder Durchführung einer anderen elektrischen Überwachung.
Andererseits sind Anomalien schwierig zu erfassen, wenn der Servomotor
normal arbeitet, aber in dem Kraftübertragungsmechanismus
ein Fehler aufgetreten ist. Es ist eine Erfassungstechnik erforderlich
geworden, wie sie etwa in der
JP-5-346812 A und der
JP-11-129186 A offenbart ist.
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In
der in
JP-5-346812
A offenbarten Anomalieerfassungsvorrichtung wird ein Nach-Rückkopplungsbefehlssignal
integriert, wenn der Servomotor von einer Regelungsvorrichtung rückkoppelnd
geregelt wird. Es wird die Zeit überwacht, die erforderlich ist,
dass der resultierende Integrationswert eine Sättigung
erreicht. Zum Beispiel treibt der Servomotor über einen
Riemen einen Arm als Last an. Wenn jedoch der Riemen bricht, ändert
sich die Last plötzlich, und der Integrationswert ändert
sich merklich. Insbesondere nimmt die Last ab, wodurch Fluktuationen
in der Last weniger ausgeprägt werden und die Höhe des
Nach-Rückkopplungsbefehlssignals abnimmt. Wenn dies der
Fall ist, wird die Zeit länger, die erforderlich ist, dass
der Integrationswert die Sättigung erreicht (Sättigungszeit).
Wenn eine Konfiguration verwendet wird, in der eine Anomalie bestimmt
wird, wenn die Sättigungszeit eine Referenzzeit überschreitet,
kann ein Bruch eines Riemens oder eine andere Anomalie erkannt werden.
Jedoch kann eine Anomalie nicht erkannt werden, wenn die Änderung in
der Lastfluktuation gering ist. In anderen Worten, die in der
JP-5-346812 A offenbarte
Anomalieerfassungsvorrichtung dient zum Entdecken ernsthafter Fehler,
wie etwa dem Bruch eines Riemens, und ist nicht in der Lage, kleinere
Fehler zu erkennen.
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In
dem in der
JP-11-129186
A offenbarten Arbeitsroboter wird die Arbeitsrate W1 an
der Antriebsseite einer Antriebswelle auf der Basis eines Antriebsstroms
Ii und eines Istwinkels θi eines Servomotors berechnet.
Eine Arbeitsrate WO an der Lastseite der Antriebswellen wird zusätzlich
auf der Basis des Istwinkels θi und einer Bewegungsgleichung
errechnet, die sich auf das Teilmodell eines Robotermechanismusteils
bezieht. Die Differenz oder das Verhältnis zwischen der
resultierenden Arbeitsrate W1 und der Arbeitsrate WO wird mit einem
aufgestellten Kriterium verglichen. Wenn ein Zahnrad oder dgl. aufgrund
zeitlicher Änderung verschlissen ist, wird während
Beschleunigung die Arbeitsrate W1 allgemein größer
als die Arbeitsrate WO. Die Differenz oder das Verhältnis
zu diesem Zeitpunkt wird progressiv stärker ausgeprägt,
wenn der Verschleiß an dem Zahnrad oder anderen Komponenten
zunimmt. In anderen Worten, eine erfassbare Differenz oder ein erfassbares
Verhältnis wird im Falle von geringfügigem Verschleiß nicht
erzeugt. Dieser Ansatz ist für ernsthafte Fehler geeignet,
worin eine Differenz zwischen den Arbeitsraten auftritt, ist aber
ungeeignet zur Überwachung kleinerer Fehler, worin eine
Differenz zwischen den Arbeitsraten wahrscheinlich nicht auftritt.
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Ein
erstes Problem entsteht darin, dass eine Überwachungstechnik,
die kleineren Fehlern entspricht, in der
JP-5-346812 A und
JP-11-129186 A nicht
aufgezeigt wird.
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Es
ist auch möglich, dass z. B. ein Drehteller und ein Roboter
einen einzigen Arbeitsbereich belegen. Der Drehteller, worin ein
Servomotor als Antriebsquelle verwendet wird, würde durch
die in
JP-5-346812
A offenbarte Anomalieerfassungsvorrichtung überwacht,
und der Roboter würde durch den in
JP-11-129186 A offenbarten
Anomaliesensor des Arbeitsroboters überwacht. Fehler werden
in dem Drehteller und dem Roboter mittels unterschiedlichen Fehlerüberwachungssystemen
erfasst.
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In
anderen Worten, wenn mehrere Typen von Arbeitsmaschinen, die von
verschiedenen Herstellern stammen, vorhanden sind, besteht die Tendenz,
dass die Fehlerüberwachungssysteme, die an den Servomotoren
zum Antriebs der Antriebsmaschinen angebracht sind, verschiedene
Funktionen haben. In diesen Fällen müssen unterschiedliche Fehlerüberwachungssysteme
in dem Arbeitsbereich angeordnet werden (dem Produktionsort oder
dem umgebenden Bereich), ist wesentlicher Aufwand erforderlich,
um die Steuerung über die Systeme zu halten, und es ist
mehr Platz zur Aufnahme der Systeme erforderlich.
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In
anderen Worten, das zweite Problem entsteht aus der Tatsache, dass
keine Technik bereitgestellt worden ist, um eine zentrale Steuerung
einer Vielzahl von Servomotoren zu erlauben, wenn eine Vielzahl
von Arbeitsmaschinen vorhanden sind.
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Dementsprechend
kam Bedarf nach einer Technik auf, wodurch eine Überwachungstechnik,
die kleineren Fehlern entspricht, durchgeführt werden kann
und eine Vielzahl von Servomotoren zentral angesteuert werden können.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird ein Fehlerüberwachungsverfahren
für einen Roboter oder eine andere Arbeitsmaschine angegeben,
worin die Ausgabe von einem Servomotor über einen Untersetzer
oder einen anderen Kraftübertragungsmechanismus übertragen
und eine Last angetrieben wird, wobei das Verfahren die Schritte
umfasst: Erfassen erster Drehmomentdaten, die aus dem Servomotor
erzeugt werden, in Einheiten, deren jede beginnt, wenn der Motor
zu arbeiten beginnt, und endet, wenn der Motor zu arbeiten aufhört;
Auswählen eines maximalen ersten Drehmomentfluktuationsbereichs, der
durch eine Differenz zwischen einem maximalen Drehmoment und einem
minimalen Drehmoment für jede aus den erfassten ersten
Drehmomentdaten erhaltene Einheit angegeben ist; Sammeln maximaler Fluktuationsbereiche
des ersten Drehmoments für eine Mehrzahl von Zyklen und
Erhalten eines ersten Durchschnittswerts; Auswählen eines
Fluktuationsbereichsteuerungswerts durch Multiplizieren des ersten
Durchschnittswerts mit einem Faktor größer als 1,0;
Erfassen zweiter Drehmomentdaten, die von dem Servomotor erzeugt
werden, in Einheiten, deren jede beginnt, wenn der Motor zu arbeiten
beginnt, und endet, wenn der Motor zu arbeiten aufhört,
nachdem der Fluktuationsbereichsteuerwert gewählt worden
ist; Auswählen eines maximalen zweiten Drehmomentfluktuationsbereichs,
der durch eine Differenz zwischen einem maximalen Drehmoment und einem
minimalen Drehmoment unter den von den erfassten zweiten Drehmomentdaten
erhaltenen Einheiten angegeben ist; Sammeln eines zweiten maximalen
Fluktuationsbereichs für eine Mehrzahl von Zyklen und Erhalt
eines zweiten Durchschnittswerts; Durchführen eines Vergleichs
zur Bestimmung, ob der zweite Durchschnittswert den Fluktuationsbereichsteuerwert überschreitet;
und Bestimmen, dass ein Fehler aufgetreten ist, wenn bei dem Vergleich der
zweite Durchschnittswert den Steuerwert für den Fluktuationsbereich überschreitet.
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Der
Durchschnittswert des maximalen Fluktuationsbereichs des Drehmoments
wird als Ansteuerungswert und Überwachungswert verwendet.
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Die
Differenz zwischen dem maximalen Drehmoment und dem minimalen Drehmoment
pro Einheit ist der Fluktuationsbereich. Wenn sich die Temperatur
oder ein anderer externer Faktor ändert und das maximale
Drehmoment zunimmt, nimmt auch das minimale Drehmoment zu. In anderen
Worten, der Fluktuationsbereich wird dauerhaft bleiben, ohne sich
merklich zu verändern, selbst wenn sich die Temperatur
oder ein anderer externer Faktor ändert. Die Verwendung
des Drehmomentfluktuationsbereichs ist aus diesem Grund günstig.
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Jedoch
gibt es Fälle, in denen ein Rauschsignal in das Signalsystem
eingemischt wird oder ein anderes Ereignis auftritt und der Fluktuationsbereich momentan
einer plötzlichen Änderung unterliegt. In diesen
Fällen wird der Durchschnittswert als Ansteuerungswert
verwendet. Als Ergebnis können die Effekte der momentanen
Fluktuation reduziert werden.
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Momentane Änderungen
werden daher ignoriert. Daher ist diese Konfiguration günstig
bei der Überwachung kleinerer Fehler, die sich nur allmählich
verschlimmern, und es kann eine Technik, die die Feststellung kleinerer
Fehler erlaubt, für einen Roboter oder eine andere Arbeitsmaschine
bereitgestellt werden, worin ein Servomotor als Antriebsquelle benutzt
wird.
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Bevorzugt
ist eine Mehrzahl von Servomotoren vorgesehen, wobei ein Fluktuationsbereichsteuerwert
für jeden der Servomotoren gesetzt wird und die Servomotoren
von einer einzigen Prüfeinheit gemeinsam angesteuert werden.
In anderen Worten, es wird eine Ansteuerung unter Verwendung von
drehmoment vorgesehen, welches ein Verknüpfungsindex ist,
das unterschiedliche Typen von Servomotoren charakterisiert. Als
Ergebnis können die Servomotoren von einer einzigen Prüfeinheit
zentral angesteuert werden. Wenn eine gleichmäßige
Ansteuerung vorgesehen ist, werden die Motoren leichter anzusteuern
sein, wobei nur ein Fehlerüberwachungssystem genügt
und der Installationsraum für das System reduziert werden
kann.
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Gewünschtenfalls
werden die ersten Drehmomentdaten und die zweiten Drehmomentdaten von
einem Motortreiber oder Controller zum Ansteuern des Servomotors
erfasst. Es braucht kein Drehmomentsensor neuerlich bereitgestellt
und installiert werden. Daher kann die vorliegende Erfindung leicht auf
vorhandene Arbeitsmaschinen angewendet werden, und die Installationskosten
können auch in neuen Arbeitsmaschinen reduziert werden.
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Bevorzugt
werden die erfassten Drehmomentdaten durch einen Datenwandler umgewandelt und
dann zu der Prüfeinheit geschickt. Das Konsolidieren der
Daten durch den Datenwandler erlaubt, dass eine Mehrzahl von Drehmomentdatensätzen
effizient bearbeitet und zu einer Eingabeeinheit geschickt werden.
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In
einer bevorzugten Form wird von einer Alarmeinheit ein Wanrsignal
erzeugt, wenn während eines Fehlerbestimmungsschritts das
Vorhandensein eines Fehlers festgestellt wird. Wenn eine Lampe aufleuchtet,
ein Alarm ertönt oder eine andere Aktion auf der Basis
des Warnsignals durchgeführt wird, kann ein Arbeiter aufmerksam
gemacht werden und können ernsthafte Unfälle vermieden
werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung
nur als Beispiel in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
im näheren Detail beschrieben, worin:
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1 ist
ein Blockdiagramm, das eine Arbeitsmaschine zeigt, in der ein Fehlerüberwachungsverfahren
gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert
ist;
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2 ist
ein Blockdiagramm, das einen Motortreiber zeigt, der in der Arbeitsmaschine
von 1 verwendet wird;
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3A und 3B sind
Graphen, die eine Drehzahl und ein zugeordnetes Drehmoment des Motortreibers
zeigen;
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4 ist
ein Graph, der im vergrößerten Maßstab
einen maximalen Fluktuationsbereich des Drehmoments zeigt;
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5 ist
eine Ansicht eines ersten Durchschnittswerts maximaler Fluktuationsbereiche;
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6 ist
ein Flussdiagramm, das die Schritte einer Basisdatenerfassungsphase
zeigt;
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7 ist
ein Flussdiagramm, das die Schritte zeigt, nachdem ein Fluktuationsbereichsteuerungswert
gewählt ist;
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8 ist
ein Wellenverlaufsdiagramm eines Dauerdrehmoments während
Normalbetrieb;
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9 ist
ein Graph, der den Test auf einen Fehler beschreibt;
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10 ist
ein Blockdiagramm einer Fehlerüberwachungsvorrichtung,
worin das Fehlerüberwachungsverfahren gemäß der
vorliegenden Erfindung implementiert ist.
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BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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In 1 sind
ein Roboter 10 und ein Drehteller 30 als spezifische
Beispiele von Arbeitsmaschinen gezeigt.
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Der
als Arbeitsmaschine verwendete Roboter 10 ist ein Gelenkroboter,
zusammengesetzt aus einem ersten Element 13, das an einer
Basis 11 über eine erste Welle 12 drehbar
gelagert ist; einem zweiten Element 15, das in vertikaler
Richtung an dem ersten Element 13 über eine zweite
Welle 14 schwenkbar gelagert ist; einem dritten Element 17, das
in vertikaler Richtung an dem zweiten Element 15 über
eine dritte Welle 16 schwenkbar gelagert ist; und einem
vierten Element 19, das an dem dritten Element 17 über
eine vierte Welle 18 drehbar gelagert ist. Der Roboter 10 wird
Schweißroboter genannt, wenn das vierte Element 19 eine
Schweißpistole ist; und wird Lackierroboter genannt, wenn
das vierte Element 19 eine Spritzpistole ist.
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In
diesem Beispiel ist ein zweiter Untersetzer 21 mit der
zweiten Welle 14 als Kraftübertragungselement
verbunden, und ein zweiter Servomotor 22 ist mit dem zweiten
Untersetzer 21 verbunden. Die Drehzahl und andere Aspekte
des zweiten Servomotors 22 werden durch einen zweiten Motortreiber 23 geregelt.
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Ein
dritter Untersetzer 24 ist mit der dritten Welle 16 als
Kraftübertragungselement in ähnlicher Weise verbunden,
und ein dritter Servomotor 25 ist mit dem dritten Untersetzer 24 verbunden.
Die Drehzahl und andere Aspekte des dritten Servomotors 25 werden
durch einen dritten Motortreiber 26 geregelt.
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Die
erste Welle 12 und die vierte Welle 18 sind in ähnlicher
Weise konfiguriert; jedoch sind das Kraftübertragungselement,
der Servomotor und der Motortreiber weggelassen.
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Die
Motortreiber 23, 26 und andere Motortreiber in
dem Roboter sind zusammen in einer Robotersteuertafel 28 zusammen
mit einem Controller 27 aufgenommen.
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In
dem Drehteller 30, der als Arbeitsmaschine verwendet wird,
ist ein Schwenkelement 33 an einem festen Element 31 über
eine Schwenkwelle 32 angebracht; ist eine untere Platte 34 an
dem Schwenkelement 33 befestigt; und ist eine Drehplatte 36 an
der untere Platte 34 über eine Drehwelle 35 drehbar
angebracht. Ein Werkstück 37, das auf der Drehplatte 36 angebracht
ist, wird um die Schwenkwelle 32 herum geneigt und dreht
sich um die Drehwelle 35. Im Ergebnis kann die Orientierung
des Werkstücks 37 frei verändert werden.
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Ein
Schwenkuntersetzer 38 ist mit der Schwenkwelle 32 als
Kraftübertragungselement verbunden, und ein Schwenkservomotor 39 ist
mit dem Schwenkuntersetzer 38 verbunden. Die Schwenkgeschwindigkeit
und andere Aspekte des Schwenkservomotors 39 werden durch
einen Schwenkmotortreiber 41 geregelt.
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Die
Drehwelle 35 ist in ähnlicher Weise konfiguriert,
aber das Kraftübertragungselement, der Servomotor und der
Motortreiber sind weggelassen.
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Der
Motortreiber 39 und andere Motortreiber in dem Drehteller
sind zusammen mit einem Controller 42 in einer Drehtellersteuertafel 43 aufgenommen.
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Bevorzugt
ist ein Fehlerüberwachungsvorrichtung 50 in der
Nähe des Roboters 10 und des Drehtellers 30 angeordnet,
und Signalkabel 51, 52 sind mit der Robotersteuertafel 28 und
der Drehtellersteuertafel 43 verbunden. Die Drehmomentdaten werden
von dem Controller 27 und dem Motortreiber 41 über
diese Drähte in diese Fehlerüberwachungsverfahren 50 eingegeben.
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Der
zweite Motortreiber 23, der dritte Motortreiber 26 und
der Schwenkmotortreiber 41 werden nachfolgend im Detail
beschrieben.
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Der
zweite Motortreiber 23 hat einen Positionscontroller 54,
einen Geschwindigkeitscontroller 55, einen elektrischen
Stromverstärker 56, einen Geschwindigkeitswandler 57 und
drei Addierer 58, 59, 61, wie in 2 gezeigt.
Die Drehzahl des zweiten Servomotors 22 wird durch einen
Drehcodierer 62 überwacht, zum Addierer 58 in
der Form eines Positionsrückkopplungssignals Xf rückgekoppelt
und zur Positionsregelung verwendet.
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Wenn
ein Befehl Xs von dem übergeordneten Controller dem zweiten
Motortreiber 23 zugeführt wird, wird das Positionsrückkopplungssignal
Xf durch den Addierer 58 addiert. Der Positionscontroller 54, der
das resultierende Signal erhalten hat, erzeugt einen Geschwindigkeitsbefehl
Vs.
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Die
Drehzahl des zweiten Servomotors 22 wird durch den Geschwindigkeitswandler 57 in
ein Geschwindigkeitsrückkopplungssignal Vf umgewandelt
und dann zum Addierer 59 rückgekoppelt und zur Positionsregelung
verwendet. In anderen Worten, das Geschwindigkeitsrückkopplungssignal
Vf wird durch den Addierer 59 zum Geschwindigkeitsbefehl Vs
addiert. Der Geschwindigkeitscontroller 55, der das resultierende
Signal erhalten hat, erzeugt einen Drehmomentbefehlt Ts.
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Ein
Drehmomentsignal Tf wird dann durch den Addierer 61 zu
dem Drehmomentbefehl addiert. Der elektrische Stromverstärker 56,
der das resultierende Signal erhalten hat, gibt einen Treiberstrom aus
und treibt den zweiten Servomotor 22 an.
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Das
Drehmomentbefehlssignal Ts des elektrischen Stromverstärkers 56 und
das Rückkopplungssignal Tf, das zu dem Drehmomentsignal
Ts rückgekoppelt wurde, sind beide elektrische Stromwerte.
Jedoch bezeichnen im vorliegenden Beispiel beide die Höhe
des Drehmoments des zweiten Servomotors 22 und entsprechen
daher "Drehmoment".
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Der
zweite so konfigurierte Motortreiber 23 kann als allgemein
verfügbares Produkt erhalten werden und umfasst einen Geschwindigkeitsanschluss 63 zum
Extrahieren eines Geschwindigkeitssignals, und einen Drehmomentanschluss 64 zum Extrahieren
von Drehmomentdaten (nachfolgend "Drehmomentsignal").
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Der
dritte Motortreiber 26, der Schwenkmotortreiber 41 und
andere Motortreiber, die in 1 gezeigt
sind, haben die gleiche Konfiguration wie der zweite Motortreiber 23,
und eine Beschreibung davon wird dementsprechend weggelassen.
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Das
von dem Geschwindigkeitsanschluss 63 von 2 extrahierte
Geschwindigkeitssignal wird in 3A beschrieben.
Wie in 3A gezeigt, werden Drehzahländerungen
als Kurvenlinie in einem Graph aufgezeichnet, worin die horizontale
Achse die Zeit angibt und die vertikale Achse das Geschwindigkeitssignal
Vf der Drehzahl angibt. In 3A beginnt
die Bewegung am Punkt P1, wird eine Steuergeschwindigkeit am Punkt
P2 erreicht, beginnt die Verzögerung am Punkt P3 und der
Motor stoppt am Punkt P4. Die Periode/Dauer, die mit dem Start der
Bewegung beginnt und mit dem Ende der Bewegung endet, wird "Einheit"
genannt. In 3A sind zwei Einheiten vorhanden.
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Das
von dem Drehmomentanschluss 64 von 2 extrahierte
Drehmoment wird in 3B beschrieben. Punkte, die
den in 3A gezeigten Punkten P1 bis
P4 entsprechen, sind in 3B mit den
Punkten P11 bis P14 bezeichnet.
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In 3B wird
eine Drehmomentänderung über eine Kurvenlinie
in einem Graph aufgezeichnet, worin die horizontale Achse die Zeit
angibt und die vertikale Achse das Drehmomentsignal Tf angibt. In 3B nimmt
das Drehmoment, beginnend am Punkt P11, plötzlich ab. Wenn
eine Steuergeschwindigkeit erreicht ist, nimmt das Drehmoment allmählich
ab und bewegt sich am Punkt P12 zu einem Minimum hin. Vom Punkt
P13 ausgehend wird ein Rückwärtsdrehmoment erzeugt,
und es wird eine Bremsung durchgeführt. Am Punkt 14 wird
die Drehzahl des Motors null und das Drehmoment erreicht null.
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Allgemein
wird das Drehmoment direkt nach dem Punkt P11 Anlaufdrehmoment genannt,
wird das Drehmoment nach dem Punkt 12 Normaldrehmoment
genannt und wird das Drehmoment direkt nach dem Punkt 13 Bremsdrehmoment
genannt. Da das Anlaufdrehmoment und das Bremsdrehmoment in der
Höhe zunehmen, wird das Ansprechverhalten verbessert, und
die Position und die Geschwindigkeit können sehr präzise
geregelt werden.
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Unteressen
wird der Bereich L1, worin die Effekte des Anlaufdrehmoments und
des Bremsdrehmoments nicht auftreten, als stabiler Bereich für
normales Drehmoment angesehen.
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Ein
Bereich, der einen solchen Bereich L1 enthält, entspricht
der in 3A gezeigten "Einheit". Wenn
die Steuerung wiederholt wird, erscheint der nächste Bereich 12.
Nachfolgend wird eine vergrößerte Ansicht des
Bereichs L1 beschrieben.
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Der
Bereich L1 ist die Kurvenlinie eines Wellenverlaufs, wie er in 4 gezeigt
ist. Der Bereich L1 der ersten Drehmomentdaten enthält
ein maximales Drehmoment und ein minimales Drehmoment. Das maximale
Drehmoment sei T1 max genannt, und das minimale Drehmoment sei T1
min genannt. Maximales Drehmoment T1 max – minimales Drehmoment
T1 min wird als maximaler Fluktuationsbereich ΔT1 im Bereich
L1 der ersten Drehmomentdaten definiert. Der maximale Fluktuationsbereich
(ΔT2) wird aus dem Bereich 12 (siehe 3) des ersten Drehmoments auf ähnliche
Weise erhalten. Maximale Fluktuationsbereiche (ΔT3 bis ΔTm)
des ersten Drehmoments werden aus den verbleibenden Bereichen (L3
bis Lm) der ersten Drehmomentdaten erhalten.
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Ein
erster Durchschnittswert ist in 5 gezeigt.
In 5 bezeichnet die horizontale Achse die Häufigkeit(n)
und die vertikale Achse bezeichnet den maximalen Fluktuationsbereich.
In dem Graph sind die maximalen Fluktuationsbereiche ΔT1
bis ΔTm der ersten Drehmomentdaten aufgetragen, und haben
Datenpunkte, die in der vertikalen Richtung variieren. Die horizontale
Linie ist ein erster Durchschnittswert, der durch Aufmittlung der
maximalen Fluktuationsbereich ΔT1 bis ΔTm der
ersten Drehmomentdaten erhalten sind.
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Nachfolgend
werden Schritte einer Basisdatenerfassungsphase gemäß der
vorliegenden Erfindung auf der Basis der obigen Beschreibungen beschrieben.
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Die
Basisdatenerfassungsphase ist wie folgt konfiguriert: Wenn die Arbeitsmaschine
das erste Mal bei der Produktion eingesetzt wird, ist der Punkt,
an dem ein Versuchslauf abgeschlossen ist, vorzugsweise die Basisdatenerfassungsphase.
Wenn der Kraftübertragungsmechanismus der Arbeitsmaschine
repariert wird oder eine Komponente ersetzt wird, ist ein Punkt,
an dem ein normaler Betrieb möglich wird, bevorzugt die
Basisdatenerfassungsphase. In anderen Worten, Basisdaten werden
erfasst, die Arbeitsmaschine, insbesondere der Kraftübertragungsmechanismus,
nicht in einem Zustand fortgeschrittener zeitlicher Alterung ist.
Solange die zeitliche Alterung nicht aufgetreten ist, können
die Basisdaten an jedem Punkt erfasst werden, und die Basisdatenerfassungsphase
braucht daher nicht festgelegt zu werden.
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6 ist
ein Flussdiagramm, das die Schritte der Basisdatenerfassungsphase
zeigt.
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Schritt
(nachfolgend als ST abgekürzt) 01: 1 wird für
n eingegeben.
- ST02: T1 max und T1 min im Bereich L1 (4)
werden aus den ersten Drehmomentdaten erfasst.
- ST03: Der maximale Fluktuationsbereich ΔT1 des ersten
Drehmoments im Bereich L1 (4) wird
berechnet.
- ST04: ΔT1 wird gespeichert.
- ST05: Es wird entschieden, ob n eine vorbestimmte Wiederholungszahl
(Maximalwert) m erreicht hat.
- ST06: Falls nicht; d. h. wenn n < m, dann wird 1 zu n addiert, und der
Prozess kehrt zu Schritt ST02 zurück.
- ST07: Sobald die erforderlichen ΔT1 bis ΔTm
erfasst worden sind, wird ein Durchschnittswert bestimmt, und der
Durchschnittswert wird als erster Durchschnittswert gesetzt. Der
erste Durchschnittswert wird durch das ΔT5 nicht stark
beeinflusst, wie in 5 gezeigt.
- ST08: Der erste Durchschnittswert wird mit K multipliziert (wobei
K ein Wert größer als 1,0 ist), wodurch ein Fluktuationsbereichsteuerungswert
gesetzt wird. K wird unter Berücksichtigung auf den Grad
gesetzt, um den die Maschine in stabiler Weise fortlaufend arbeiten
kann.
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Somit
ist die Vorbereitung für den Normalbetrieb abgeschlossen.
Als Nächstes wird dementsprechend die Fehlerbeobachtung
während Normalbetrieb ("Fehlerüberwachung") beschrieben.
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7 ist
ein Flussdiagramm, das die Schritte zeigt, nachdem der Fluktuationsbereichsteuerwert gewählt
worden ist.
- ST11: Der Fluktuationsbereichsteuerwert (6, ST08)
wird abgefragt.
- ST12: 1 wird als n eingegeben.
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Als
Nächstes wird in Bezug auf 8 ein Wellenverlaufsdiagramm
eines regulären Drehmoments während Normalbetrieb,
d. h. die zweiten Drehmomentdaten, beschrieben. In 8 entspricht AL1
einem Bereich während Normalbetrieb (entsprechend dem in 4 gezeigten
Bereich L1). Der Bereich AL1 der zweiten Drehmomentdaten enthält
ein maximales Drehmoment und ein minimales Drehmoment. Das maximale
Drehmoment sei AT1 max genannt, und das minimale Drehmoment sei
AT1 min genannt. Maximales Drehmoment AT1 max – minimales
Drehmoment AT1 min wird als maximaler Fluktuationsbereich ΔAT1
im Bereich AL1 der zweiten Drehmomentdaten definiert.
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Zurück
zu 7:
- ST13: AT1 max und AT1 min (8)
werden aus den zweiten Drehmomentdaten erfasst:
- ST14: ΔAT1 (8), das der maximale Fluktuationsbereich
für das zweite Drehmoment ist, wird berechnet.
- ST15: ΔAT1 wird gespeichert.
- ST16: Es wird entschieden, ob n eine vorbestimmte Wiederholungszahl
(Maximalwert) M erreicht hat.
- ST17: Falls nicht, d. h. wenn n < M, dann wird 1 zu n addiert, und der
Prozess kehrt zu ST13 zurück.
- ST18: Sobald die erforderlichen ΔAT1 bis ΔATM
erfasst worden sind, wird ein Durchschnittswert bestimmt und als
zweiter Durchschnittswert gesetzt.
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Die
Veränderung im zweiten Durchschnittswert wird unter Bezug
auf 9 beschrieben. Die horizontale Achse bezeichnet
die Zeit, und die vertikale Achse bezeichnet den zweiten Durchschnittswert.
In dem Graph ist der erste Durchschnittswert, der in der Basisdatenerfassungsphase
gesetzt ist, als horizontale Linie enthalten, und ein Fluktuationsbereichsteuerwert,
der das Doppelte des Werts des ersten Durchschnittswerts ist (d.
h. K = 2,0) ist als horizontale Linie enthalten.
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Ein
Balken der Balkengraphik bezeichnet den zweiten Durchschnittswert
zu einem gegebenen Zeitpunkt. Der Balkten t1 ist der zweite Durchschnittswert
direkt nach Beginn des Normalbetriebs. Dieser zweite Durchschnittswert
hat angenähert die gleiche Höhe wie der "erste
Durchschnittswert", der mit der horizontalen Linie angegeben wird.
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Der
Balken t10 repräsentiert einen zweiten Durchschnittswert,
nachdem seit Beginn des Normalbetriebs eine kurze Zeit abgelaufen
ist (z. b. sechs Monate), und der Wert ist größer
als der Balken t1. In anderen Worten, der Balken t10 gibt an, dass
der Fluktuationsbereich zugenommen hat.
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Der
Balken T100 repräsentiert einen zweiten Durchschnittswert,
nachdem seit dem Beginn des Normalbetriebs eine beträchtliche
Zeit abgelaufen ist (z. B. vierundzwanzig Monate) und ist merklich
größer als der Balken t1. Der Balken t100 gibt
an, dass der Fluktuationsbereichsteuerwert überschritten
worden ist. An dem Punkt, wo der Balken t100 erscheint, wird bestimmt,
dass ein Fehler aufgetreten ist.
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Zurück
zu 7:
- ST19: Es wird entschieden, ob der zweite
Durchschnittswert den Fluktuationsbereichsteuerwert überschritten
hat.
- ST20: Wenn die Antwort in ST19 "NEIN" ist, befindet sich die
Maschine in dem Zustand, der in 9 mit dem
Balken t1 oder t10 angegeben ist und ist daher normal.
- ST21: Wenn die Antwot in Schritt S29 "JA" ist, befindet sich
die Maschine in dem Zustand, der in 9 mit dem
Balken t100 angegeben ist, und daher wird ein Warnsignal erzeugt.
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Es
kann erwartet werden, dass in Arbeitsmaschinen unterschiedliche
Fehler auftreten.
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Zum
Beispiel entwickeln sich in einer Zahnraduntersetzung Verschleiß an
Oberflächen der Zahnradzähne und Verschleiß an
einer Rolloberfläche eines Lagers, das eine rotierende
Welle trägt. Dieses Phänomen wird als Alterung
bezeichnet. Alterung tritt allmählich auf, wie in 9 beschrieben.
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Es
wird eine Überprüfung für die Eignung
eines Fehlerüberwachungsverfahrens durchgeführt, das
ein Beispiel einer herkömmlichen Technik ist, wo das maximale
Drehmoment konstant überwacht wird und bestimmt wird, dass
ein Fehler aufgetreten ist, wenn das Drehmoment einen Schwellenwert überschreitet.
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In
einem Servomotor einer Arbeitsmaschine kann aus unterschiedlichen
Gründen momentan ein hohes Drehmoment auftreten. Wenn bei
der Wahl des Schwellenwerts ein derart hohes Drehmoment berücksichtigt
wird, wird die Fehlererfassung unmöglich (unter Verwendung
der herkömmlichen Technik), wenn der Verschleiß und
andere Parameter nicht in einem fortgeschrittenen Zustand sind.
Kleinere Fehler, worin eine Verschlechterung allmählich
auftritt, können mit den Methoden zur Überwachung
des maximalen Drehmoments mittels eines Schwellenwerts nicht erfasst
werden.
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Aus
diesem Grund wird in der vorliegenden Erfindung für jede
Einheit während des Normalbetriebs ein maximaler Fluktuationsbereich
erhalten. Dieser maximale Fluktuationsbereich wird über
eine gesetzte Zeitdauer hinweg gespeichert (z. B. mehrere Tage oder
eine Woche) und aufgemittelt, um den zweiten Durchschnittswert zu
erhalten. Der zweite Durchschnittswert wird mit dem Fluktuationsbereichsteuerwert
verglichen. Die Verwendung eines Durchschnittswerts für
den Wert des zu überwachenden Objekts wird den durch plötzliche
Fluktuation hervorgerufenen Effekt minimieren. In anderen Worten, plötzliche
Fluktuationen werden nicht berücksichtigt, was erlaubt,
dass kleinere Fehler, die aus allmählicher Verschlechterung
resultieren, effizient erfasst werden.
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Nachfolgend
wird eine Technik zum Bereitstellen einer gleichmäßigen
Ansteuerung über mehrere Servomotoren hinweg beschrieben.
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Eine
Fehlerüberwachungsvorrichtung 50 umfasst einen
Datenwandler 65, eine Prüfeinheit 66, einen
Speicher 67 für Fluktuationsbereichsteuerwerte
sowie eine Warneinheit 68, wie in 10 gezeigt.
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Die
Fehlerüberwachungsvorrichtung 50 überwacht
kollektiv z. B. eine Robotersteuertafel 28A für
einen Roboter (der z. B. Untersetzer 21A, 24A und
Servomotoren 22A, 25A aufweist), hergestellt von
der Firma A, eine Robotersteuertafel 286 für einen
Roboter (der z. B. Untersetzer 21B, 24B und Servomotoren 22B, 25B aufweist),
hergestellt von der Firma B, eine Mehrzweckvorrichtungs-Steuertafel 43C für
eine Mehrzweckvorrichtung (die z. B. einen Untersetzer 38C und
einen Servomotor 39C aufweist), hergestellt von der Firma
C; sowie andere Steuertafeln.
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Der
Datenwandler 65 erfasst mehrere Drehmomentdatensätze
von einem Drehmomentanschluss 64A der Robotersteuertafel 28A,
einem Drehmomentanschluss 64B der Robotersteuertafel 28B,
einem Drehmomentanschluss 64C der Mehrzweckvorrichtung-Steuertafel 43C,
und von Drehmomentanschlüssen anderer Steuertafeln; wandelt
die erfassten Daten nach Bedarf in konsolidierte Daten um, und gibt
die Daten in der genannten Reihenfolge an die Prüfeinheit 66 aus.
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Ein
Fluktuationsbereichsteuerwert für den zweiten Servomotor,
ein Fluktuationsbereichsteuerwert für den dritten Servomotor
und ein Fluktuationsbereichsteuerwert für den Schwenkservomotor
werden in dem Speicher 67 für Fluktuationsbereichsteuerwerte
gespeichert. Diese Fluktuationsbereichsteuerwerte werden über
eine Tastatur oder über ein anderes Eingabemittel 69 eingegeben
oder modifiziert.
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Die
in 7 gezeigte Aktionssequenz wird von einer einzigen
Prüfeinheit 66 parallel für eine Mehrzahl
(in diesem Beispiel drei) Servomotoren 22A, 22B, 39C durchgeführt.
Wenn ein Fehler erfasst wird, erzeugt die Warneinheit 68 ein
Warnsignal, und die Lampe 71 leuchtet auf. Gleichzeitig
kann ein Alarm ertönen. Wenn die Lampe aufleuchtet, ein Alarm
ertönt oder eine andere Aktion auf der Basis des Warnsignals
durchgeführt wird, kann ein Arbeiter gewarnt werden, und
es können ernsthafte Unfälle vermieden werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass Drehmomentdaten
in die Prüfeinheit 66 eingegeben werden Die Drehmomentanschlüsse 64A, 64B, 64C sind
gewöhnlich an den Motortreibern 23, 26, 41 (1),
den Controllern 27, 42 zum Ansteuern der Motortreiber,
oder Steuertafeln 28A, 28B, 43C (10)
zur Aufnahme der Controller vorgesehen. Ein Drehmoment kann in den
verknüpften Einheiten erhalten werden, selbst wenn die Modellnummer
oder Charakteristika der Servomotoren 22A, 22B, 39C unterschiedlich
sind.
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Die
vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Fluktuationsbereichsteuerwert,
der einem Schwellenwert entspricht, für jeden der Servomotoren
der Arbeitsmaschine in der Basisdatenerfassungsphase gesetzt wird,
und eine Mehrzahl von Drehmomentdatensätzen in eine einzige Prüfeinheit 66 eingegeben
wird. Dementsprechend werden Fehler überwacht.
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Im
Ergebnis kann eine Mehrzahl von Servomotoren von einer einzigen
Prüfeinheit zentral angesteuert werden. Wenn die Servomotoren
zentral angesteuert werden, werden die Motoren leichter angesteuert,
und es genügt ein einziges Fehlerüberwachungssystem,
und Platz zum Installieren des Systems kann reduziert werden.
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In
bezug auf den Typ der Arbeitsmaschine, worin die vorliegende Erfindung
angewendet wird, gibt es keine Einschränkungen, vorausgesetzt,
dass die Maschine mit einem Servomotor und einem Kraftübertragungsmechanismus
zur Übertragung der Ausgabe des Servomotors ausgestattet
ist.
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Der
Kraftübertragungsmechanismus kann ein Untersetzer, ein
Riemen, ein Zahnrad, ein Hebel, eine Kette oder eine Antriebswelle
sein, wobei der Typ der Mechanismus keiner Einschränkung
unterliegt.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Die
vorliegende Erfindung ist zum Überwachen von Fehlern in
einer Arbeitsmaschine nützlich, welche einen Servomotor
und einen Untersetzer oder einen anderen Kraftübertragungsmechanismus aufweist.
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Zusammenfassung
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Es
wird ein Fehlerüberwachungsverfahren für einen
Roboter (10) oder eine andere Arbeitsmaschine (30)
offenbart, worin die Periode, die beginnt, wenn die Bewegung des
Roboters oder der Arbeitsmaschine beginnt, und endet, wenn die Bewegung der
Arbeitsmaschine aufhört, als eine Einheit gesetzt wird,
und die Differenz zwischen dem maximalen Drehmoment und dem minimalen
Drehmoment in der Einheit als maximaler Fluktuationsbereich gesetzt wird,
ein Fluktuationsbereichsteuerwert auf der Basis des maximalen Fluktuationsbereichs
gesetzt wird, ein Durchschnitt der maximalen Fluktuationsbereiche an
mehreren Punkten während des Betriebs genommen wird, ein
zweiter Durchschnittswert (t1, t10, t100) bestimmt wird und festgestellt
wird, dass ein Fehler aufgetreten ist, wenn der zweite Durchschnittswert
den Fluktuationsbereichsteuerwert überschreitet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 5-346812
A [0006, 0007, 0007, 0009, 0010]
- - JP 11-129186 A [0006, 0008, 0009, 0010]