ITMI20131004A1 - Sistema e metodo elettronico per verificare il corretto funzionamento di dispositivi di frenatura - Google Patents

Description

SISTEMA E METODO ELETTRONICO PER VERIFICARE IL CORRETTO FUNZIONAMENTO DI DISPOSITIVI DI FRENATURA.

La presente invenzione si riferisce ad un sistema e metodo elettronico per verificare il corretto funzionamento di dispositivi di frenatura. In particolare, la presente invenzione à ̈ applicabile a dispositivi di frenatura, ad esempio idraulici che sono atti a testare il corretto funzionamento di avvitatori industriali.

Tali avvitatori sono testati su banchi di test, come quello illustrato in figura 1, che comprendono una pluralità di freni idraulici F, ai quali l’avvitatore viene associato, opportunamente comandati da un convenzionale circuito idraulico comprendente al,meno una pompa P, almeno una valvola regolatrice di pressione VP. Ciascun freno à ̈ provvisto di trasduttori di misura esterni, collegati ad un elaboratore elettronico U e che vengono pilotati da un adeguato programma memorizzato su esso.

Ogni freno à ̈ caratterizzato da una sua capacità massima frenante legata alle caratteristiche fisiche del freno. Normalmente i freni in un banco sono differenti tra loro, al fine di poter testare avvitatori differenti tra loro nello stesso banco.

Il programma SW, una volta scelto dall’operatore il freno da usare per testare l’avvitatore, à ̈ in grado di incrementare progressivamente la capacità frenante fino ad arrivare al completo arresto dell’avvitatore elettronico.

Il test di un avvitatore à ̈ una procedura che prevede l’esecuzione di una sequenza di serraggi per i quali vengono misurati coppia e angolo.

Tali valori sono usati per computare delle metriche su cui applicare poi delle regole per validare la bontà dell’avvitatore intesa come precisione e ripetibilità. Chiaramente la bontà del test oltre che dall’avvitatore stesso dipende dall’affidabilità del freno usato.

Un freno à ̈ ritenuto affidabile se, durante l’esecuzione dello stesso test, simula lo stesso giunto fisico ad ogni serraggio. Anche per i freni deve quindi essere previsto un test di affidabilità.

La Richiedente si à ̈ quindi posta il problema di come realizzare tali test ai freni, senza aggiungere ulteriori componenti al banco di misura che testa gli avvitatori.

Per riconoscere eventuali anomalie nell’acquisizione delle misure di coppia e angolo relative ad un avvitatore elettronico, si à ̈ scelto di implementare un meccanismo di autodiagnostica per i freni che permette di segnalare all’operatore l’anomalia identificata e, se necessario, mettere fuori servizio il freno.

Un aspetto della presente invenzione riguarda un sistema elettronico per verificare il corretto funzionamento di dispositivi di frenatura avente le caratteristiche della allegata rivendicazione 1.

Un ulteriore aspetto della presente invenzione riguarda un metodo elettronico per verificare il corretto funzionamento di dispositivi di frenatura avente le caratteristiche della allegata rivendicazione.

Le caratteristiche ed i vantaggi del sistema e del metodo secondo la presente invenzione saranno meglio chiari ed evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, di una forma di realizzazione fatta con riferimento alle figure allegate che illustrano rispettivamente:

• la figura 1 presenta uno schema di massima di un banco di test per la verifica di avvitatori industriali;

• la figura 2 indica un algoritmo di flusso relativo al metodo secondo la presente invenzione;

• la figura 3 à ̈ un grafico relativo all’andatura nel tempo della coppia acquisita dai trasduttori durante un serraggio in cui à ̈ evidenziata la parte frenante a “vuoto†usata per l’analisi dinamica dello zero

• la figura 4 à ̈ un grafico relativo alla dinamica nel tempo della coppia acquisita dai trasduttori del freno durante un serraggio in cui à ̈ presente il fenomeno denominato “SuperPeak†.

Con riferimento alle citate figure il banco o il sistema di verifica secondo la presente invenzione comprende una pluralità di freni idraulici F, ai quali l’avvitatore viene associato, opportunamente comandati da un convenzionale circuito idraulico comprendente almeno una pompa P, almeno una valvola regolatrice di pressione VP.

Ciascun freno à ̈ provvisto di trasduttori di misura esterni TR, collegati ad una scheda elettronica di pilotaggio SP. Un elaboratore elettronico U che comunica con tale scheda comprende un adeguato programma di pilotaggio memorizzato su esso.

Il programma di pilotaggio, una volta scelto dall’operatore il freno da usare per testare l’avvitatore, à ̈ in grado di incrementare progressivamente la capacità frenante fino ad arrivare al completo arresto dell’avvitatore elettronico.

Durante tale operazione il sistema secondo la presente invenzione effettua la diagnosi del freno attivato secondo le seguenti modalità.

Le grandezze monitorate da trasduttori sono la coppia frenante e l’angolo di rotazione dal quale possono essere ricavate la velocità ed il numero dei giri effettuati dall’avvitatore.

Per riconoscere eventuali anomalie nell’acquisizione delle misure di coppia e angolo relative ad un avvitatore elettronico si à ̈ scelto di implementare un meccanismo di autodiagnostica che permette di segnalare all’operatore l’anomalia identificata e, se necessario, mettere fuori servizio il freno.

L’autodiagnostica si compone di 3 categorie di controllo:

• controlli statistici;

• controlli statici;

• controlli dinamici.

I controlli statistici sono delle verifiche effettuate su grandezze concernenti l’utilizzo dei freni quali, il numero di serraggi e il numero di giri effettuati dall’albero durante i test.

Per ognuna delle grandezze sono configurate una soglia di allarme e una di controllo.

Superata la “soglia di allarme†il banco informa l’operatore che à ̈ necessario eseguire l’assistenza sul relativo freno, pur mantenendo l’operatività normale. Superata invece la “soglia di controllo†il freno non à ̈ più utilizzabile dall’operatore perché disabilitato dal banco.

Le soglie di allarme e di controllo sono impostate con dei valori di riferimento specifici per ogni tipologia di freno risultanti da una analisi dell’evidenza storica maturata. Suddette soglie possono in seguito essere modificate per ciascun freno per particolari esigenze.

Numeri esemplificativi per le soglie di allarme possono essere 200.000 serraggi e 2.000.0000 giri e 400.000 serraggi e 4.000.000 giri per le soglie di controllo. I controlli statici sono verifiche che vengono effettuate sui freni misurando la coppia a “vuoto†(Tcurrent), cioà ̈ senza che nessun avvitatore applichi coppia o che semplicemente sia appoggiato al freno. Il valore letto viene utilizzato insieme ad un valore di riferimento (Tref), impostato all’inizializzazione di fabbrica del sistema, secondo la seguente formula:

Tref − T current <∆max

T ref

La soglia massima accettabile(∆max) à ̈ preferibilmente fissata ad un valore pari a 1% , al di sopra della quale viene impedita l’esecuzione del test.

I controlli dinamici si dividono in 3 tipologie e sono eseguiti durante le diverse fasi di un serraggio.

Le tipologie sono:

• controllo dello “Zero dinamicoâ€

• controllo dei “SuperPeakâ€

• controllo del “Overâ€

Il controllo dello zero dinamico si esegue durante la prima fase dell’avvitatura acquisendo un numero prefissato (1500) di dati coppia/angolo alla frequenza di campionamento configurata (4000 Hz), come visibile nel grafico di figura 3 (la freccia F indica la zona di acquisizione). Tali valori sono acquisiti solo quando il freno ha raggiunto una coppia di frenata prefissata (prossima allo zero), l’avvitatore ruota con una velocità superiore a 4 giri al minuto e la velocità à ̈ “stabile†cioà ̈ ha un escursione tra 2 diverse misurazioni inferiore al 25%.

Su questi campioni di coppia viene calcolato il minimo (Tmin), il massimo (Tmax) e la media (T ).

La condizione di superamento del test à ̈ data dalla seguente formula

max(Tmax−T,T − T min )

< ∆

T<max>

brake*f ( Vmedia)

dove Tbrakeà ̈ la capacità del freno espressa in punti mentre ∆maxà ̈ la variazione massima ammessa (ad esempio 2%). La funzione f (Vmedia) à ̈ un coefficiente correttivo introdotto per gestire avvitatori veloci.

Solo quando la suddetta disuguaglianza non à ̈ verificata, un errore à ̈ segnalato all’operatore e la misura effettuata à ̈ annullata. Il programma conteggia tali fallimenti e, superato un numero prefissato (ad esempio 10), il freno in oggetto à ̈ messo fuori servizio.

Il fattore correttivo per avvitatori veloci à ̈ stato introdotto perché l’alta velocità di rotazione dell’avvitatore genera oscillazioni sull’albero del freno, soprattutto se il serraggio non à ̈ effettuato in modo corretto (ad esempio, tenendo l’avvitatore non ortogonalmente al freno o non usando la barra di reazione).

Inoltre, l’impatto di tale fenomeno à ̈ tanto più evidente quanto più il freno ha una capacità nominale bassa. Freni con coppia nominale ridotta (ad esempio, 2 Nm), infatti, sono caratterizzati da una massa più piccola rispetto ai freni con coppia nominale superiore e sono quindi più soggetti alle trasmissioni della quantità di moto da parte dell’avvitatore.

Ad ogni modo le suddette oscillazioni si traducono in un aumento di coppia nei campioni usati per il calcolo dello zero dinamico e un conseguente aumento dello stesso.

Per compensare questi effetti indesiderati la presente invenzione propone una tabella di coefficienti correttivi in cui i freni sono classificati per fascia. Le fasce sono determinate sulla base della velocità di rotazione compresa in un intervallo.

Fascia Vmedia[giri al minuto] f (Vmedia)

1 <V1f12 V1< v <V2f2

… … …

n >Vnfn

Ad esempio nel caso di tre fasce di freni le velocità V1 V2 e sono rispettivamente 1500 e 2500 g/m determinando tre intervalli: 0÷1500 per la prima fascia 1500÷2500 per la seconda fascia e > 2500 per la terza fascia.

Il controllo denominato “SuperPeak†à ̈ associabile un temporaneo distacco delle spazzole usate per acquisire la coppia durante un serraggio. Tale controllo à ̈ effettuato a valle del serraggio stesso analizzando i valori dell’intera curva della coppia acquisita (esempio in figura 4).

Il test effettuato à ̈ secondo la presente formula

P T T Vref − P v 0

i+1− i <

2

in cui Ti+1- Tià ̈ la differenza tra i due campioni in PVref− Pv 0

valore assoluto e à ̈ il valore di riferimento

2

calcolato nel modo seguente.

PVrefsono i punti letti sul canale di acquisizione quando viene iniettato un valore di riferimento del freno (2mV/V) mentre Pv 0sono i punti letti quando viene forzato 0(mV/V).

Al non verificarsi della suddetta condizione per un numero di volte prefissato, il freno viene dichiarato fuori uso e disabilitato dal banco ed il test à ̈ terminato

Il controllo “dell’over†à ̈ effettuato principalmente in tempo reale durante l’acquisizione della curva per evitare eventuali danneggiamenti del freno. Se il valore letto eccede una soglia di allarme configurata per un numero di campioni, anche non contigui, superiori ad un numero prefissato (ad esempio 80 campioni) il serraggio viene interrotto e viene invalidata la misura e segnalato all’operatore.

Finito il serraggio viene calcolato il massimo valore di coppia acquisita e nel caso superasse la soglia di allarme viene invalidata la misura e segnalato all’operatore l’anomalia esattamente come nel caso real-time.

Se il valore supera anche una seconda soglia detta di controllo, il freno à ̈ messo fuori servizio e non potrà più essere usato fino all’intervento dell’assistenza. Il programma di autodiagnostica opera secondo i seguenti passi:

a) rilevare la coppia a vuoto di un predeterminato freno (Tcurrent),

b) verificare che tale valore misurato non sia inferiore ad un valore di riferimento (Tref) di una certa percentuale predefinita (∆max),

c) eseguire una operazione di serraggio con l’avvitatore su tale freno,

d) verificare che il numero di serraggi effettuati dall’operatore e il numero di giri effettuati dall’albero su tale freno siano inferiori ad una soglia di allarme,

e) rilevare una predeterminata quantità di campioni di coppia frenante in un tempo prefissato,

f) estrarre il minimo (Tmin), il massimo (Tmax) dei campioni e calcolare la media (T ),

g) sulla base di tali valori minimo medio e massimo, verificare che la varianza dei valori sia al di sotto di una variazione massima ammessa (∆max), h) verificare che la differenza di valore di coppia frenante di coppie contigue di campioni sia inferiore ad un valore di riferimento stabilito per tale freno,

i) verificare che nessun valore rilevato di coppia ecceda una soglia di allarme configurata.

Se nella fase b) il valore misurato non à ̈ inferiore al valore di riferimento (Tref) della percentuale predefinita (∆max), il test di corretto funzionamento non prosegue con le successive fasi b)-i).

Se nella fase d) il numero di serraggi effettuati dall’operatore e il numero di giri effettuati dall’albero su tale freno non sono inferiori alla soglia di allarme, ma non superiori ad una soglia di controllo il freno viene dichiarato in assistenza e si passa alla successiva fase e).

Se nella fase d) il numero di serraggi effettuati dall’operatore e il numero di giri effettuati dall’albero su tale freno non sono inferiori alla soglia di controllo il freno viene dichiarato fuori uso e disabilitato dal banco ed il test à ̈ terminato.

Se nella fase g) la varianza dei valori non à ̈ al di sotto della variazione massima ammessa (∆max), viene segnalato un errore all’operatore.

Se nella fase g) la varianza dei valori non à ̈ al di sotto della variazione massima ammessa (∆max), per un numero di volte prefissato il freno viene dichiarato fuori uso e disabilitato dal banco ed il test à ̈ terminato.

Se nella fase h) la differenza di valori di coppia frenante di coppie contigue di campioni non à ̈ inferiore al valore di riferimento stabilito per tale freno per un numero di volte prefissato, il freno viene dichiarato fuori uso e disabilitato dal banco ed il test à ̈ terminato.

Se nella fase i) esiste almeno un valore rilevato di coppia che ecceda la soglia di allarme ma non la soglia di controllo configurata viene segnalato un errore all’operatore.

Se nella fase i) esiste almeno un valore rilevato di coppia che ecceda la soglia di allarme e la soglia di controllo configurata il freno viene dichiarato fuori uso e disabilitato dal banco ed il test à ̈ terminato.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo elettronico per verificare il corretto funzionamento di dispositivi di frenatura su un banco di test per avvitatori industriali comprendente le seguenti fasi: a) rilevare la coppia a vuoto di un predeterminato freno (Tcurrent), b) verificare che tale valore misurato non sia inferiore ad un valore di riferimento (Tref) di una certa percentuale predefinita (∆max), c) eseguire una operazione di serraggio con l’avvitatore su tale freno, d) verificare che il numero di serraggi effettuati dall’operatore e il numero di giri effettuati dall’albero su tale freno siano inferiori ad una soglia di allarme, e) rilevare una predeterminata quantità di campioni di coppia frenante in un tempo prefissato, f) estrarre il minimo (Tmin), il massimo (Tmax) dei campioni e calcolare la media (T ), g) sulla base di tali valori minimo medio e massimo, verificare che la varianza dei valori sia al di sotto di una variazione massima ammessa (∆max), h) verificare che la differenza di valore di coppia frenante di coppie contigue di campioni sia inferiore ad un valore di riferimento stabilito per tale freno, i) verificare che nessun valore rilevato di coppia ecceda una soglia di allarme configurata.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui se nella fase b) il valore misurato non à ̈ inferiore al valore di riferimento (Tref) della percentuale predefinita (∆max), il test di corretto funzionamento non prosegue con le successive fasi b)-i).
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui se nella fase d) il numero di serraggi effettuati dall’operatore e il numero di giri effettuati dall’albero su tale freno non sono inferiori alla soglia di allarme, ma non superiori ad una soglia di controllo il freno viene dichiarato in assistenza e si passa alla successiva fase e).
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui se nella fase d) il numero di serraggi effettuati dall’operatore e il numero di giri effettuati dall’albero su tale freno non sono inferiori alla soglia di controllo il freno viene dichiarato fuori uso e disabilitato dal banco ed il test à ̈ terminato.
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui se nella fase g) la varianza dei valori non à ̈ al di sotto della variazione massima ammessa (∆max), viene segnalato un errore all’operatore.
6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui se nella fase g) la varianza dei valori non à ̈ al di sotto della variazione massima ammessa (∆max), per un numero di volte prefissato il freno viene dichiarato fuori uso e disabilitato dal banco ed il test à ̈ terminato.
7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui se nella fase h) la differenza di valori di coppia frenante di coppie contigue di campioni non à ̈ inferiore al valore di riferimento stabilito per tale freno per un numero di volte prefissato, il freno viene dichiarato fuori uso e disabilitato dal banco ed il test à ̈ terminato.
8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui se nella fase i) esiste almeno un valore rilevato di coppia che ecceda la soglia di allarme ma non la soglia di controllo configurata viene segnalato un errore all’operatore.
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui se nella fase i) esiste almeno un valore rilevato di coppia che ecceda la soglia di allarme e la soglia di controllo configurata il freno viene dichiarato fuori uso e disabilitato dal banco ed il test à ̈ terminato.
10. 10. Sistema per verificare il corretto funzionamento di dispositivi di frenatura su un banco di test per avvitatori industriali sul quale viene applicato il metodo secondo la rivendicazione 1, comprendente • una pluralità di freni idraulici (F), ai quali l’avvitatore viene associato, opportunamente comandati da un convenzionale circuito idraulico comprendente almeno una pompa (P), almeno una valvola regolatrice di pressione (VP), • ciascun freno essendo provvisto di trasduttori di misura esterni (TR), collegati ad una scheda elettronica di pilotaggio (SP) • un elaboratore elettronico (U) che comunica con tale scheda e che comanda tale circuito idraulico tale pompa e tale valvola comprendente un adeguato programma di pilotaggio memorizzato su esso, • tale programma, una volta scelto dall’operatore il freno da usare per testare l’avvitatore, incrementa progressivamente la capacità frenante del freno fino ad arrivare al completo arresto dell’avvitatore elettronico.