DE112006003147T5

DE112006003147T5 - Fehlerüberwachungsverfahren für eine Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE112006003147T5
Application number: DE112006003147T
Authority: DE
Inventors: Eiji Kashio; Yoshinobu Sugita
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2008-10-09
Also published as: US20080133176A1; CN101116042B; GB0713660D0; US7715992B2; CN101116042A; GB2437449A; WO2007072937A1; JP2007172150A

Abstract

Fehlerüberwachungsverfahren für einen Roboter oder eine andere Arbeitsmaschine, 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...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fehlerüberwachungsverfahren für einen Roboter oder andere Arbeitsmaschinen, worin ein Servomotor als Antriebsquelle verwendet wird.
TECHNISCHER HINTERGRUND
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.
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.
Die Tatsache, dass in Servomotoren und Kraftübertragungsmechanismen in einer Arbeitsmaschine Fehler auftreten, muss berücksichtigt werden.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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.
Der Durchschnittswert des maximalen Fluktuationsbereichs des Drehmoments wird als Ansteuerungswert und Überwachungswert verwendet.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung nur als Beispiel in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im näheren Detail beschrieben, worin:
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Arbeitsmaschine zeigt, in der ein Fehlerüberwachungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert ist;
2 ist ein Blockdiagramm, das einen Motortreiber zeigt, der in der Arbeitsmaschine von 1 verwendet wird;
3A und 3B sind Graphen, die eine Drehzahl und ein zugeordnetes Drehmoment des Motortreibers zeigen;
4 ist ein Graph, der im vergrößerten Maßstab einen maximalen Fluktuationsbereich des Drehmoments zeigt;
5 ist eine Ansicht eines ersten Durchschnittswerts maximaler Fluktuationsbereiche;
6 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte einer Basisdatenerfassungsphase zeigt;
7 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte zeigt, nachdem ein Fluktuationsbereichsteuerungswert gewählt ist;
8 ist ein Wellenverlaufsdiagramm eines Dauerdrehmoments während Normalbetrieb;
9 ist ein Graph, der den Test auf einen Fehler beschreibt;
10 ist ein Blockdiagramm einer Fehlerüberwachungsvorrichtung, worin das Fehlerüberwachungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert ist.
BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In 1 sind ein Roboter 10 und ein Drehteller 30 als spezifische Beispiele von Arbeitsmaschinen gezeigt.
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.
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.
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.
Die erste Welle 12 und die vierte Welle 18 sind in ähnlicher Weise konfiguriert; jedoch sind das Kraftübertragungselement, der Servomotor und der Motortreiber weggelassen.
Die Motortreiber 23, 26 und andere Motortreiber in dem Roboter sind zusammen in einer Robotersteuertafel 28 zusammen mit einem Controller 27 aufgenommen.
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.
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.
Die Drehwelle 35 ist in ähnlicher Weise konfiguriert, aber das Kraftübertragungselement, der Servomotor und der Motortreiber sind weggelassen.
Der Motortreiber 39 und andere Motortreiber in dem Drehteller sind zusammen mit einem Controller 42 in einer Drehtellersteuertafel 43 aufgenommen.
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.
Der zweite Motortreiber 23, der dritte Motortreiber 26 und der Schwenkmotortreiber 41 werden nachfolgend im Detail beschrieben.
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.
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.
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.
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.
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".
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").
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.
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.
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.
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.
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.
Unteressen wird der Bereich L1, worin die Effekte des Anlaufdrehmoments und des Bremsdrehmoments nicht auftreten, als stabiler Bereich für normales Drehmoment angesehen.
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.
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.
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.
Nachfolgend werden Schritte einer Basisdatenerfassungsphase gemäß der vorliegenden Erfindung auf der Basis der obigen Beschreibungen beschrieben.
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.
6 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte der Basisdatenerfassungsphase zeigt.
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.

Somit ist die Vorbereitung für den Normalbetrieb abgeschlossen. Als Nächstes wird dementsprechend die Fehlerbeobachtung während Normalbetrieb ("Fehlerüberwachung") beschrieben.
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.

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.
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.

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.
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.
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.
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.
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.

Es kann erwartet werden, dass in Arbeitsmaschinen unterschiedliche Fehler auftreten.
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.
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.
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.
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.
Nachfolgend wird eine Technik zum Bereitstellen einer gleichmäßigen Ansteuerung über mehrere Servomotoren hinweg beschrieben.
Eine Fehlerüberwachungsvorrichtung 50 umfasst einen Datenwandler 65, eine Prüfeinheit 66, einen Speicher 67 für Fluktuationsbereichsteuerwerte sowie eine Warneinheit 68, wie in 10 gezeigt.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung ist zum Überwachen von Fehlern in einer Arbeitsmaschine nützlich, welche einen Servomotor und einen Untersetzer oder einen anderen Kraftübertragungsmechanismus aufweist.
Zusammenfassung
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 5-346812 A [0006, 0007, 0007, 0009, 0010]
- JP 11-129186 A [0006, 0008, 0009, 0010]

Claims

Fehlerüberwachungsverfahren für einen Roboter oder eine andere Arbeitsmaschine, 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.
Verfahren nach Anspruch 1, worin eine Mehrzahl von Servomotoren vorgesehen ist, ein Fluktuationsbereichsteuerwert für jeden der Servomotoren gesetzt wird und die Servomotoren von einer einzigen Prüfeinheit zentral angesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die ersten Drehmomentdaten und die zweiten Drehmomentdaten von einem Motortreiber oder Controller zum Ansteuern des Servomotors erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 2, worin die erfassten Drehmomentdaten durch einen Datenwandler umgewandelt und dann zu der Prüfeinheit geschickt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, worin von einer Alarmeinheit ein Wanrsignal erzeugt wird, wenn in dem Schritt zur Bestimmung des Vorhandenseins eines Fehlers ein Fehler festgestellt wird.