SU1590378A1 - Устройство дл диагностировани механизма линейного перемещени манипул тора - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к машиностроению и может быть использовано дл  оценки технического состо ни  механизмов линейного перемещени  манипул торов. Целью изобретени   вл етс  повышение достоверности и увеличение глубины диагностировани . Дл  этого устройство содержит установленные на одной из опор качени  ползуна манипул тора вибропреобразователь и датчик частоты вращени , а также датчики углового положени  и момента, св занные с валом двигател  ползуна манипул тора. Вибропреобразователь и датчики соответствующим образом св заны с блоком преобразовани  и пам ти и с блоком обработки и управлени , которые также св заны между собой непосредственно и через управл емый анализатор спектра. По сигналам датчиков и вибропреобразовател  устройство определ ет различные дефекты подшипниковых опор механизма перемещени  манипул тора и осуществл ет их диагностику. Соответствующа  диагностическа  информаци  выдаетс  из микроЭВМ на блок регистрации. 5 ил.

Description

(Л

с

Изобретение относитс  к машиностроению и может быть использовано дл  оценки технического состо ни  механизмов пи- неиного перемещени  манипул торов

Целью изобретени   вл етс  повышение ировТ ° глубины диагносНа фиг. 1 представлена структурна  схема устройства; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; па фиг. 3 - схема датчика частоты вращени ; на фиг. 4 - схема блока ввода информации; на фиг 5 - схема блока вывода информации

оов нТ ° предназначено дл  диагностировани  механизма линейного перемещени  манипул тора (фиг. 1), состо щего из на 1, установленного на двух по сах опор 2 включающих ролик 3, закрепленный в под ГИРЯ ,е кольца которых соединены с основанием 5. Ролики 3 контактируют с дорожками 6 качени  ползуна I кинематически св занного через передачу

. « -Устройство дл  диагностировани  механизма линейного перемещени  манипул тора (фиг. 1) содержит последовательно соединенные вибропреобразователь 10. установ1ен- ныи на одном из подшипников 4 опоры 2 и усилитель 11. последовательно сое-ц неш ьГе запоминающее устройство (ЗУ) 19 аётот ньш детектор 13. блок 14 перестройки частот , блок 15 фильтров и б.юк 16 детекторов последовательно соединенные датчик 17 час тоты вращени , оптически св занный с тем же подшипником 4 опоры 2. первый преобразователь 18 частота - код и блок ввода информации, последовательно соединенные блок 20 вывода информации и б.ок cieSeT двигателем, выход которого соединен с двигателем 9, вал которого св зан с датчиком 22 углового положени  и через датчик 23 момента с винтом 7 Вы ход датчика 22 положени  через второй

ел

;о о со

vj

00

реобразователь 24 частота-код соединен с (торым входом блока 19 ввода информации. Устройство содержит также аналого-цифровой преобразователь 25, подключенный (ХОДОМ к датчику 23 момента и св зан йый двусторонней св зью с блоком 19 (звода информации, блок 26 регистрации, который соединен двусторонней св зью с микроэвм 27, ксггора  в свою очередь св  зана двусторонними св з ми с блоком 9 вода информации и блоком 20 вывода информации , второй выход которого подключен к вторым входам первого 18 и второго 24 преобразователей частота - код, а третий выход - к первому входу ЗУ 12. Кроме того, устройство содержит преобразователь 28 частота - напр жение, входом 1подключенный к выходу датчика 17 частоты вращени , а выходом - к второму входу 13У 12 третий вход которого соединен с выходо м усилител  11. При этом второй вход блока 15 фильтров соединен с вторым выходам ЗУ 12, выход блока 16 детектр ров подключен к третьему входу блока 1У ввода информации.

I Датчик 17 частоты вращени  (фиг. 3) со- держит излучатель 29, оптически св занный I со свеговодом 30, торец которого закреплен в фиксаторе 31, установленном напротив : шариков подшипника 4, а также световод 32, один конец которого закреплен в фик- сатор е 31, а другой подключен к входу фотоприемника 33, выход которого соединен с усилителем-ограничителем 34.

Блок 19 ввода информации (фиг. 4) содержит четыре одинаковые устройства 35-38 параллельного обмена, подклю- ченные к общей шине, соединенной с мик- роЭВМ 27. Вход каждого устройства 35-38 представл ет собой шестнадцать входных линий дл  ввода данных из внешних блоков. Эти линии образуют первый, второй и третий входы блока 19 и двустороннюю св зь с аналого-цифровым преобразователем 25. Блок 20 вывода информации (фиг. 5) содержит устройство 39 параллельного обмена, соединенное двусторонней .св зью с общей шиной микроэвм 27, при этом первый выход блока 20 образован первой, второй и третьей лини ми регистра состо ни  устройства 39 параллельного обмена, второй выход блока 20  вл етс  четвертой линией регистра , а третий выход образован п той и шестой лини ми.

Микроэвм 27, преобразователи 18, 24 и 25 и блоки 19-21 и 26 функционально представл ют собой блок 40 обработки и управлени . Усилитель И, ЗУ 12 и преобразователь 28 составл ют блок 41 преобразовани  и пам ти.

Частотный детектор 13 и блоки 14-1Ь вход т в состав управл емого анализатора 42 спектра.

Устройство работает следующим образом.

По сигналу на включение двигател  9

с микроэвм 27 поступает по двусторонней

св зи код на блок 20 вывода информации,

5 откуда с первого выхода код управлени  поступает-на блок 21 управлени  двигателем . При этом двигатель 9 через датчик 23 момента вращает винт 7 и ползун 1 начинает перемещение из начального положени . Датчик 23 вырабатывает аналоговый сигнал,

° пропорциональный крут щему моменту, передаваемому с двигател  9 на винт 7 и завис щий от сопротивлени  вращению подшипников 4. Этот сигнал преобразуетс  в аналого-цифровом преобразователе 25 в дво15 ичный параллельный код и поступает по двусторонней св зи на блок 19 ввода информации .

Дл  устранени  погрещностей, св заных с колебани ми крут щего момента в фазах раз- 20 гона и торможени  двигател  9, предусмотрено измерение только на участке равномерного движени , который выдел етс  в устройстве следующим образом.

При вращении двигател  9 датчик 22 вырабатывает последовательность импуль- сов число которых соответствует угловому положению винта 7, а частота их следовани  определ етс  по формуле

РдеД/ число импульсов (дискретов) на 3Qодин оборот вала датчика 22;

ig .,частота вращени  винта 7. последовательность поступает на второй преобразователь 24 частота-код, где преобразуетс  в двоичный код, несущий информацию о частоте вращени  винта 7, ко- 35 торый поступает на второй вход блока 19 ввода информации в устройство 37 парал лельного обмена. По запросу микроЭВМ 27 код частоты вращени  поступает из устройства 37 по общей шине в пам ть микро- ЭВМ 27. Синхронизаци  ввода кода частоты вращени  из устройства 37 в микроЭВМ 27 осуществл етс  тактовыми импульсами самой микроэвм 27, которые через блок 20 вывода информации с его второго выхода поступают на второй вход первого преоб- 45 разовател  24 частота-код и  вл ютс  импульсами разрешени  приема данных в устройство 37 параллельного обмена.

В микроэвм 27 происходит вычисление производной от сигнала частоты вращени  df/di, котора  сравниваетс  с допусковым 50 уровнем Л/, близким к нулю.

После прохождени  ползуном участка разгона наступает фаза равномерного движени , при которой винт 7 вращаетс  с квазистационарной частотой f const, df/dt O. Зафиксировав сигнал df/dt в течение т так- 55 тов в допусковой зоне с уровнем Af, мик- роЭВМ 27 вырабатывает код разрешени  на измерение крут щего момента. Начина  с этого момента времени величина крут щего

момента по тактовым импульсам поступает из блока 19 ввода информации, а именно из устройства 35 параллельного обмена по общей шине в микроЭВМ 27, где запоминаетс  в ее оперативной пам ти.

В определенный момент времени двигатель 9 отключаетс  по. сигналу микро- ЭВМ 27 и начинаетс  фаза торможени  ползуна 1, при этом возникает скачок сигнала производной частоты вращени  dj/dt и происходит превыщение допускового уровн . Микроэвм 27 фиксирует этот момент и вырабатывает код запрета, прекраща  тем самым ввод величины крут щего момента из устройства 35 параллельного обмена в оперативную пам ть.

Таким образом, после перемещени  ползуна 1 из начального положени  в конечное в микроэвм 27 будет записана реализаци  крут щего момента М,, на фазе равномерного движени .

Затем микроэвм 27 начинает сравнение записанной величины М,, с допусковым значением крут щего момента MQ. предварительно введенным в пам ть. При этом в результате сравнени  могут быть три случа , соответствующие различным техническим состо ни м механизма перемещени . При неправильной регулировке опор 2 происходит смещение продольной оси OZ ползуна 1 относительно оси O Z винта 7 при сохранении их параллельности. Из-за этого сила реакции в подщипниках 4 опор 2 превышает номинальное значение и возникает повышенное трение при вращении роликов 3. Это приводит к возрастанию крут щего момента и превышению его допускового уровн  MQ. При таком дефекте механизма значение измеренного крут щего момента поч ти не зависит от величины / перемещени  ползуна. Микроэвм 27 при каждом такте вычисл ет величину разности Я измеренного М. и допускового М крут щих моментов и сравнивает ее с нулем.

В случае посто нного превышени  величины D нулевого уровн  микроЭВМ 27 выводит на блок 26 регистрации диагноз «Повышенный нат г опор.

При неверной регулировке по сов опор 2 возможен также другой вид дефекта, при котором будет непараллельность оси ползуна OZ и оси O Z винта 7. При этом при выдвижении ползуна 1 сила, действующа  на гайку 8 со стороны ползуна 1, будет монотонно возрастать. Это приведет к повышению трени  при движении гайки 8 вдоль винта 7, а зависимость измеренного крут щего момента будет монотонно возрастать. Микроэвм 27 по программе производит вычисление разности D допускового и измеренного моментов и определ ет монотонность изменени  разности от величины перемещени  /. В случае совместного присутстви  этих признаков вырабатываетс  диагноз «Перекос опор, который выводитс  в

10

коде на блок 26 регистрации. В том случае, когда при выдвижении на всю длину / ползуна не будет зафиксировано превышение допускового уровн  крут щего момента 5 , микроэвм 27 вырабатывает диагноз «Регулировка опор в норме, который фиксируетс  в блоке 26 регистрации. Затем микроэвм 27 формирует код управлени  на возврат ползуна I в начальное положение. Этот код поступает на блок 20 вывода информации, на первом выходе которого образуетс  код, соответствующий включению блока 21 управлени  двигателем на обратное вращение двигател  9. Блок 21 вырабатывает обратную пол рность питающего 15 напр жени  и ползун 1 возвращаетс  в начальное положение. Затем микроЭВМ 27 переходит в режим диагностировани  по кинематическим параметрам и вырабатывает сигнал «Пуск. Ползун 1 вновь начинает переме- 2 щение.

При вращении подшипника 4 датчик 17 частоты вращени  формирует импульсы при каждом прохождении шарика перед датчиком 17. Излучатель 29 посылает световой поток в световод 30, который, пройд  све- 25 товод 30 и отразившись от поверхности ша- ри ка, попадает на торец световода 32, с выхода которого поток попадает в фотоприемник 33. На выходе фотоприемника 33 будет сигнал высокого уровн , а в мо- мент отсутстви  шарика - сигнал низкого 0 уровн . Это напр жение поступает в усилитель-ограничитель 34, который формирует пр моугольные импульсы в моменты прохождени  шариков перед торцами световодов 30 и 32.

5 Частота следовани  импульсов с выхода датчика 17 частоты вращени  будет

f.z.D.iH.9. .

Г 2./.A (D.i,+/)«,) /«A«a, частота вращени  двигател  9 0ч винта 7;

К, - коэффициент преобразовани 

передачи винт. 7- гайка 8:

2 - число шариков в подщипнике 4;

-диаметры желоба внутреннего

кольца и шарика подшипника;

5j . -радиус ролика 3.

Первый преобразователь 18 частота - код преобразует поступающую на его первый вход последовательность импульсов с частотой / в двоичный код частоты / следовани  шариков, подшипника 4, который по- 0 ступает на первый вход блока 19 ввода информации . При этом на его второй вход поступает код частоты / f,, ..да. от датчика 22 углового положени . В микроЭВМ 27 из устройств 36 и 37 параллельного g обмена блока 19 ввода информации будут поступать коды частот вращени  винт а 7 и частоты следовани  шариков подшипника 4. Синхронизаци  ввода этих величин осуществл етс  тактовыми импульсами микр|эЭВМ 27, которые, пройд  по двусторонней св зи, поступ т с второго выхода бло- кз 20 вывода информации на вторые вхо- Дз1 первого 18 и второго 24 преобразователей частота - код.

; Микроэвм 27 по программе вычисл ет зйачение диагностического параметра Л ///,.. Р каждом такте, причем после. дЬвательность значений параметра Л запи- с| 1ваетс  в пам ть микроЭВМ 27 при перемещении ползуна 1 из начального положе- н 1  в конечное.

Измеренна  зависимость величины Д О перемещени  / сравниваетс  с эталон- н 1м значением кинематического параметра

А

Z- РмлЛн,

т 2./(-/(D«c.)

I

I В случае неправильной регулировки одной из опор 2 или дефекта дорожки 6 качени  ползуна 1 типа вм тины будет отсутствовать контакт ролика 3 и ползуна При этом в моменты отрыва ролика от дорожки 6 каченги  происходит по- c eпeннoe уменьшение частоты вращени  ролика 3, так как происходит его вращение по инерции. Измеренное значение величи-, ны А будет меньще эталонного А,. . В этом случае микроЭВМ 27 вырабатывает д агноз «Нет контактировани . Одновременна с этим микроэвм 27 осуществл ет под- cijeT числа п импульсов датчика положе- до точки отсутстви  контактировани  п6 формуле

,

где т - шаг (величина) перемещени  пол- 1, соответствующий одному импульсу датчика 22 углового положени . Определ - ет1с  место отсутстви  контакта. На блок 26 регистрации выводитс  диагноз «Впадина на ползуне 1 на рассто нии L.

В случае полного отсутств и  контакта между роликом 3 и ползуном 1 (например , при неверной регулировке положени  оси ролика 3) ролик 3 вообще не будет вращатьс  и измеренное значение L будет равно нулю. В этом случае выводитс  диагноз «Неверна  регулировка опоры.

В случае совпадени  измеренного А и эталонного А значений диагностического параметра на всем прот жении перемещени  / на блок 26 регистрации выводитс  из микроэвм 27 диагноз «Полное кон- тс Ктирование.

Затем по программе микроЭВМ 27 вырабатываетс  код обратного вращени  двигател  9, который поступит с первого выхода блока 20 вывода информации на б/iOK 21 управлени  двигателем, что приводит к обратному вращению двигател  9, и ползун I возвращаетс  в начальное положение . Далее но сигналу управлени  микроЭВМ 27 вновь включаетс  двигатель 9 и устройство переходит в режим вибродиагностики подщипников 4 опор 2.

Поскольку в фазах разгона и торможени  ползуна 1 подшипники 4 вращаютс  с непосто нной частотой, необходимо выделение фазы равномерного движени  ползуна 1. g Это осуществл етс  с помощью датчика 22 углового положени , второго преобразовател  24 частота - код, блока 19 ввода информации и микроэвм 27 точно таким же образом, как при измерении крут щего момента . При этом в момент начала фазы

- равномерного движени  микроЭВМ 27 вырабатывает код разрещени , который с третьего выхода блока 20 вывода информации поступает на первый вход ЗУ 12. Этот код разрешает запись в ЗУ 12 сигналов вибра5 ции и частоты вращени . С выхода вибропреобразовател  10 сигнал вибрации через усилитель 11 поступает на третий вход ЗУ 12, где он и записываетс  в первый канал. Одновременно с этим датчик 17 частоты вращени  вырабатывает импульсы с час0 тотой следовани  шариков, пр мо пропорциональной частоте вращени  наружного кольца подшипника 4. Сигнал частоты вращени  преобразуетс  в преобразователе 28 частота - напр жение в аналоговый сиг5 нал, поступает на второй вход ЗУ 12, где записываетс  синхронно с сигналом вибрации во втором канале.

В момент времени, когда двигатель 9 отключаетс , начинаетс  фаза торможени  пол0 зуна 1, возникает скачок сигнала производной частоты вращени , котора  вычисл етс  микроэвм 27, и определ етс  пре- выщение порогового уровн  А/. МикроЭВМ 27 фиксирует этот момент и вырабатывает код запрета, поступающий по двустоg ронней св зи через блок 20 вывода информации на первый вход ЗУ 12, что прекращает запись в него сигналов вибрации и частоты вращени  подщипника 4.

Затем, управл   двигате тем 9, микро- ЭВМ 27 возвращает ползун 1 в началь0 ное положение и вновь начинает движение ползуна 1. Описанным образом в ЗУ 12 записываетс  N реализаций сигналов частоты вращени  и вибрации за yV циклов перемещени  ползуна 1 в фазе равномерного движени . После записи последней реализации микроэвм 27 вырабатывает код считывани , который с выхода блока 20 вывода информации переводит ЗУ 12 в режим считывани . ЗУ 12 воспроизводит записанные сигналы, причем сигнал вибрации постуQ пает на второй вход блока 15 фильтров, а сигнал частоты вращени  - на частотный детектор 13.

Поскольку фильтры настроены на информационные частоты, а частота вращени  5 подщипника может отличатьс  от номинальной , то необходима их перестройка, котора  осуществл етс  частотным детектором 13 и блоком 14 перестройки частот.

5

На частотный детектор 13 поступает сигнал частоты вращени , и при отклонении его от номинальной частотный детектор 13 вырабатывает посто нное напр жение , которое поступает в блок 14 пере- с стройки частот. С его выхода напр жение, пр мо пропорциональное отклонению частоты вращени  от номинальной, поступает через первый вход на регулируемые элементы (например, варикапы) блока 15 фильтров. При этом происходит подстройка информационной частоты каждого фильтра с учетом флуктуации частоты вращени . Тем самым обеспечиваетс  возможность анализа квазистационарного режима работы подщипника 4.,с

На второй вход блока 15 фильтров поступает сигнал вибрации подщипников 4, при этом каждый фильтр (в блоке 15) пропускает сигнал на своей информационной частоте. Эти сигналы поступают на блок 16 детекторов, где происходит их выпр м- 2- ление и усреднение. Сигналы с выходов детекторов блока 16 поступают на устройство 38 параллельного обмена блока 19 ввода информации. При этом, если уровень на выЗначени  весовых коэффициентов пред варительно ввод тс  в оперативную па м ть микроэвм 27 и определ ютс  экспери ментально дл  каждого вида дефекта. Вы численна  дискриминантна  функци  g,,(x) сравниваетс  с эталонным значением фун ёкзт причем рещение принимаетс  сл дующим образом: если ,. то де фект отсутствует, если 0, то де фект присутствует. Результат диагноза под щипника 4 выводитс  на блок 26 регист рации.

Описанным образом производитс  ди агностирование всех остальных опор 2.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  диагностировани  ме ханизма линейного перемещени  манипул тора , выполненного в виде ползуна, установленного на опорах качени  и св занного через винтовую передачу с двигателем , содержащее последовательно соединенные вибропреобразователь, установленный на одной из опор качени , блок преобразовани  и пам ти, управл емый анали ,,- 1 1чл1Г1,11ысл о,л anaJJrlходе соответствующего детектора меньще 25 затор спектра и блок обработки и упоавУООВНЯ «.Лог тп п «чит пллСЛПМ 0-7 и . pat uirxn и yiiydu

   уровн  «Лог. 1, ТО В микроэвм 27 будет записана величина напр жени  канала л:,0, а в случае превыщени  уровн  «Лог. 1 бу- дет записано Xi 1. Таким образом, после опроса входов устройства 38 параллельного

   лени , отличающеес  тем, что, с целью по- выщени  достоверности и увеличени  глуби ны диагностировани , в него введены датчик углового положени  и датчик момента, св занные с валом двигател , а также

   -./I - « ««ii/iv-«iijjj4yt V Liyi jcinn он. DdJiuM дь-игател  а также

   пиг чм микроэвм 27 будут за- 30 датчик частоты вращени , установленный на

   ГТИГЯНЫ ПРПНиЫи UT иапгла vi -лиIIД „„....«

   писаны величины напр жений л:, с выхода каждого детектора. Далее осуществл етс  вычисление дискриминантной функции в соответствии с формулой

   упом нутой опоре качени  и подключенный своим выходом к вторым входам соответственно блока преобразовани  и пам ти и блока об работки и управлени , третий и четвертый входы которого подключены соот

   L(uiXi

   + Шл+1,

   весовые коэффициенты информационных частот дл  определени  к-го вида дефекта; количество информационных частот.

   Значени  весовых коэффициентов предварительно ввод тс  в оперативную пам ть микроэвм 27 и определ ютс  экспериментально дл  каждого вида дефекта. Вычисленна  дискриминантна  функци  g,,(x) сравниваетс  с эталонным значением функ- ёкзт причем рещение принимаетс  следующим образом: если ,. то дефект отсутствует, если 0, то дефект присутствует. Результат диагноза подщипника 4 выводитс  на блок 26 регистрации .

   Описанным образом производитс  диагностирование всех остальных опор 2.

   Формула изобретени 

   Устройство дл  диагностировани  механизма линейного перемещени  манипул тора , выполненного в виде ползуна, установленного на опорах качени  и св занного через винтовую передачу с двигателем , содержащее последовательно соединенные вибропреобразователь, установленный на одной из опор качени , блок преобразовани  и пам ти, управл емый анали 1 1чл1Г1,11ысл о,л anaJJrlзатор спектра и блок обработки и упоавзатор спектра и блок обработки и упоав . pat uirxn и yiiydu

   лени , отличающеес  тем, что, с целью по- выщени  достоверности и увеличени  глубины диагностировани , в него введены датчик углового положени  и датчик момента, св занные с валом двигател , а также

   Liyi jcinn он. DdJiuM дь-игател  а также

   датчик частоты вращени , установленный на

   30 датчик частоты вращени , установленный на

   «

   упом нутой опоре качени  и подключенный своим выходом к вторым входам соответственно блока преобразовани  и пам ти и блока об работки и управлени , третий и четвертый входы которого подключены соот5 аетственно к выходам датчика углового положени  и датчика момента, при этом первый выход блока обработки и управлени  св зан с двигателем, а его второй выход соединен с третьим входом блока преобразовани 

   Q и пам ти, второй выход которого св зан с вторым входом управл емого анализатора спектра.

   hj

   i

   Y

   filZ. J

   К ана/1ого - u,uippo6ofiu прео8разо5ат5,Ю 25

   ОШ

   v/уГ пакроЭВ 27

   13

   faz. у

   аг.5