Устройство для диагностирования механизма линейного перемещения манипулятора

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для оценки технического состояния механизмов линейного перемещения манипуляторов. Целью изобретения является повышение достоверности и увеличение глубины диагностирования. Для этого устройство содержит установленные на одной из опор качения ползуна манипулятора вибропреобразователь и датчик частоты вращения, а также датчики углового положения и момента, связанные с валом двигателя ползуна манипулятора. Вибропреобразователь и датчики соответствующим образом связаны с блоком преобразования и памяти и с блоком обработки и управления, которые также связаны между собой непосредственно и через управляемый анализатор спектра. По сигналам датчиков и вибропреобразователя устройство определяет различные дефекты подшипниковых опор механизма перемещения манипулятора и осуществляет их диагностику. Соответствующая диагностическая информация выдается из микроЭВМ на блок регистрации. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

i, (fЩЩ;.:t

ОПИСАНИЕ И3ОБ Е 1=ЕНИ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЫ:ТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬ!ТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4348425/31-08 (22) 23.12.87 (46) 07.09.90. Бюл. № 33 (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (72) А. Ю. Заозерский, И. Н. Лукьяненко, В. П. Миронович и К. Н. Явленский (53) 62.229.72 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 696330, кл. G 01 М 13/04, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ МЕХАНИЗМА ЛИНЕЙНОГО IIEРЕМЕЩЕНИЯ МАНИПУЛЯТОРА (57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для оценки технического состояния механизмов линейного перемещения манипуляторов. Целью изобретения является повышение достоверности и увеличение глубины диагностиИзобретение o THoc итс я к маши ностроению и может быть использовано для оценки технического состояния механизмов линейного перемещения манипуляторов.

Целью изобретения является повышение достоверности и увеличение глубины диагностированияя.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг. I; на фиг. 3 — схема датчика частоты вращения; на фиг. 4 — схема блока ввода информации; на фиг. 5 схема блока вывода информации.

Устройство предназначено для диагностирования механизма линейного перемещения манипулятора (фиг. 1), состоящего из ползуна 1, установленного на двух поясах опор

2, включающих ролик 3, закрепленный в подшипниках 4, наружные кольца которых соединены с основанием 5. Ролики 3 контактируют с дорожками 6 качения ползуна I, кинематически связанного через передачу, „„Я0„„1590378 А 1 (51)5 B 25 J 19/00, G Ol М 13/04

2 рования. Для этого устройство содержит установленные на одной из опор качения ползуна манипулятора вибропреобразователь и датчик частоты вращения, а также датчики углового положения и момента, связанные с BàëoM двигателя ползуна манипулятора. Вибропреобразователь и датчики соответствующим образом связаны с блоком преобразования и памяти и с блоком обработки и управления, которые также связаны между собой непосредственно и через управляемый анализатор спектра. По сигналам датчиков и вибропреобразователя устройство определяет различные дефекты подшипниковых опор механизма перемещения манипулятора и осуществляет их диагностик у. Соответствующая диагностическая информация выдается из микроЭВМ на блок ðñ гистрации. 5 ил. состоящую из винта 7 и гайки 8, с валом дв ига тел я 9.

Устройство для диагностирования механизма линейного перемещения манипулятора (фиг. 1) содержит последовательно соединенные вибропреобразователь !О, установленный на одном из подшипников 4 опоры 2, и усилитель 11, последовательно соединенные запоминающее устройство (ЗУ) 12. частотный детектор 13, блок 14 перестройки частот, блок 15 фильтров и блок 16 детекторов, последовательно соединенцые датчик 17 частоты вращения, оптически связанный с тем же подшипником 4 опоры 2, первый llppобразователь 18 частота — код и блок !9 ввода информации, последовательно соединенные блок 20 вывода информации и блок

2l управления двигателем, выход которого соединен с двигателем 9, вал которого связан с датчиком 22 углового положенпя и через датчик 23 момента с винтом 7. Выход датчика 22 положения через второй

1590378

15 реобразователь 24 частота — код соединен с торым входом блока 19 ввода информации.

Устройство содержит также аналого-цифовой преобразователь 25, подключенный ходом к датчику 23 момента и связанный двусторонней связью с блоком 19 ввода информации, блок 26 регистрации, который соединен двусторонней связью с микроЭВМ 27, которая в свою очередь связана двусторонними связями с блоком !9 вода информации и блоком 20 вывода инормации, второй выход которого подключен к вторым входам первого 18 и второго

4 преобразователей частота — код, а треий выход — к первому входу ЗУ !2.

Кроме того, устройство содержит преобра зователь 28 частота — напряжение, входом ,подключенный к выходу датчика 17 частоты вращения, а выходом — к второму входу

ЗУ 12, третий вход которого соединен с выходом усилителя 11. При этом второй вход блока 15 фильтров соединен с вторым выходом ЗУ 12, выход блока 16 детекторов подключен к третьему входу блока 19 ,ввода информации.

Датчик 17 частоты вращения (фиг. 3) со. держит излучатель 29, оптически связанный, со световодом 30, торец которого закреплен в фиксаторе 31, установленном напротив шариков подшипника 4, а также световод

32, один конец которого закреплен в фиксаторе 31, а другой подключен к входу фотоприемника 33, выход которого соединен с усилителем-ограничителем 34.

Блок 19 ввода информации (фиг. 4) содержит четыре одинаков ые устройства

35 — 38 параллельного обмена, подключенные к общей шине, соединенной с микроЭВМ 27. Вход каждого устройства 35 — 38 представляет собой шестнадцать входных линий для ввода данных из внешних блоков.

Эти линии образуют первый, второй и третий входы блока 19 и двустороннюю связь с аналого-цифровым преобразователем 25.

Блок 20 вывода информации (фиг. 5) содержит устройство 39 параллельного обмена, соединенное двусторонней, связью с общей шиной микроЭВМ 27, при этом первый выход блока 20 образован первой, второй и третьей линиями регистра состояния устройства 39 параллельного обмена, второй выход блока 20 является четвертой линией регистра, а третий выход образован пятой и шестой линиями.

МикроЭВМ 27, преобразователи 18, 24 и 25 и блоки 19 — 21 и 26 функционально представляют собой блок 40 обработки и управления. Усилитель 11, ЗУ !2 и преобразователь 28 составляют блок 41 преобразования и памяти.

Частотный детектор 13 и блоки 14 — 16 входят в состав управляемого анализатора

42 спектра.

Устройство работает следующим образом.

По сигналу на вклинение двигателя 9 с микроЭВМ 27 поступает по двусторонней связи код на блок 20 вывода информации, откуда с первого выхода код управления поступает на блок 21 управления двигателем. При этом двигатель 9 через датчик

23 момента вращает винт 7 и ползун 1 начинает перемещение из начального положения.

Датчик 23 вырабатывает аналоговый сигнал, пропорциональныи крутящему моменту, передаваемому с двигателя 9 на винт 7 и зависящий от сопротивления вращению подшипников 4. Этот сигнал преобразуется в аналого-цифровом преобразователе 25 в двоичный параллельный код и поступает по двусторонней связи на блок 19 ввода информации.

Для устранения погрешностей, связаных с колебаниями крутящего момента в фазах разгона и торможения двигателя 9, предусмотрено измерение только на участке равномерного движения, который выделяется в устройстве следующим образом.

При вращении двигателя 9 датчик 22 вырабатывает последовательность импульсов, число которых соответствует угловому положению винта 7, а частота их следования определяется по формуле где N — число импульсов (дискретов) на один оборот вала датчика 22;

@у —,-частота вращения винта 7.

Эга последовательность поступает на второй преобразователь 24 частота — код, где преобразуется в двоичный код, несущий информацию о частоте вращения винта 7, который поступает на второй вход блока 19 ввода информации в устройство 37 параллельного обмена. По запросу микроЭВМ 27 код частоты вращения поступает из устройства 37 по общей шине в память микроЭВМ 27. Синхронизация ввода кода частоты вращения из устройства 37 в микроЭВМ 27 осуществляется тактовыми импульсами самой микроЭВМ 27, которые через блок 20 вывода информации с его второго выхода поступают на второй вход первого преобразователя 24 частота — код и являются импульсами разрешения приема данных в устройство 37 параллельного обмена.

В микроЭВМ 27 происходит вычисление производной от сигнала частоты вращения

df/Ж, которая сравнивается с допусковым уровнем Af, близким к нулю.

После прохождения ползуном участка разгона наступает фаза равномерного движения, при которой винт 7 вращается с квазистационарной частотой f=const, df/dt=Î.

Зафиксировав сигнал df/dt в течение m тактов в допусковой зоне с уровнем Af, микроЭВМ 27 вырабатывает код разрешения на измерение крутящего момента. Начиная с этого момента времени величина крутящего

1590378 момента по тактовым импульсам поступает из блока 19 ввода информации, а именно из устройства 35 параллельного обмена по общей шине в микроЭВМ 27, где запоминается в ее оперативной памяти.

В определенный момент времени двигатель 9 отключается по. сигналу микроЭВМ 27 и начинается фаза торможения ползуна 1, при этом возникает скачок сигнала производной частоты вращения д//dl и происходит превышение допускового уровня. МикроЭВМ 27 фиксирует этот момент и вырабатывает код запрета, прекращая тем самым ввод величины крутящего момента из устройства 35 параллельного обмена в оперативную память.

Таким образом, после перемещения ползуна 1 из начального положения в конечное в микроЭВМ 27 будет записана реализация крутящего момента M„> на фазе равномерного движения.

Затем микроЭВМ 27 начинает сравнение записанной величины М,@ с допусковым значением крутящего момента Мо, предварительно введенным в память. При этом в результате сравнения могут быть три случая, ссютветствующие различным техническим состояниям механизма перемещения. При неправильной регулировке опор 2 происходит смещение продольной оси OZ ползуна I относительно оси .0 Z винта 7 при сохранении их параллельности. Из-за этого сила реакции в подшипниках 4 опор 2 превышает номинальное значение и возникает повышенное трение при вращении роликов 3. Это приводит к возрастанию крутящего момента

Мь и превышению его допускового уровня

М . При таком дефекте механизма значение измеренного крутящего момента М„, поч ти не зависит от величины l перемещения ползуна. МикроЭВМ 27 при каждом такте вычисляет величину разности О. измеренного М„ь и допускового Мо крутящих моментов и сравнивает ее с нулем.

В случае постоянного превышения величины D нулевого уровня микроЭВМ 27 выводит на блок 26 регистрации диагноз

«Повышенный натяг опор».

При неверной регулировке поясов опор 2 возможен также другой вид дефекта, при котором будет непараллельность оси ползуна 0Z и оси О Z винта 7. При этом при выдвижении ползуна 1 сила, действующая на гайку 8 со стороны ползуна 1, будет монотонно возрастать. Это приведет к ловышению трения при движении гайки 8 вдоль винта 7, а зависимость измеренного крутящего момента будет монотонно возрастать.

МикроЭВМ 27 по программе производит вычисление разности D допускового и измеренного моментов и определяет монотонность изменения разности от величины перемещения l. В случае совместного присутствия этих признаков вырабатывается диагноз «Перекос опор», который выводится в

Частота следования импульсов с выхода датчика 17 частоты вращения будет

z D .C.

2 R R(DL Щ где fS — частота вращения двигателя 9

А и винта 7;

К вЂ” коэффициент преобразования передачи винт . 7 — гайка 8;

z — число шариков в подшипнике 4;

@ диаметры желоба внутреннего кольца и шарика подшипника;

45 Я . радиус ролика 3.

Первый преобразователь 18 частота код преобразует поступающую на его первый вход последовательность импульсов с частотой f в двоичный код частоты f следования шариков, подшипника 4, который по50 ступает на первый вход блока !9 ввода информации. При этом на его второй вход поступает код частоты fg g от датчика 22 углового положения. В микроЭВМ

27 из устройств 36 и 37 napaëëåëüíéão обмена блока 19 ввода информации будут поступать коды частот вращения винта 7 и частоты следования шариков подшипника 4. Синхронизация ввода этих величин осуществляется тактовыми импульсами мик5 !0

30 коде на блок 26 регистрации. В том случае, когда при выдвижении на всю длину l ползуна не будет зафиксировано превышение допускового уровня крутящего момента

D(0, микроЭВМ 27 вырабатывает диагноз

«Регулировка опор в норме», который фиксируется в блоке 26 регистрации. Затем микроЭВМ 27 формирует код управления на возврат ползуна I в начальное положение.

Этот код поступает на блок 20 вывода информации, на первом выходе которого образуется код, соответствующий включению блока 21 управления двигателем на обратное вращение двигателя 9. Блок 21 вырабатывает обратную полярность питающего напряжения и ползун 1 возвращается в начальное положение. Затем микроЭВМ 27 переходит в режим диагностирования по кинематическим параметрам и вырабатывает сигнал

«Пуск». Ползун 1 вновь начинает перемещение.

При вращении подшипника 4 датчик 17 частоты вращения формирует импульсы при каждом прохождении шарика перед датчиком 17. Излучатель 29 посылает световой поток в световод 30, который, пройдя световод 30 и отразившись от поверхности шарика, попадает на торец световода 32, с выхода которого поток попадает в фотоприемник 33. На выходе фотоприемника

33 будет сигнал высокого уровня, а в момент отсутствия шарика — сигнал низкого уровня. Это напряжение поступает в усилитель-ограничитель 34, который формирует прямоугольные импульсы в моменты прохождения шариков перед торцами световодов 30 и 32.

1590378

55 роЭВМ 27, которые, пройдя по двусторонн и связи, поступят с второго выхода блок 20 вывода информации на вторые вход первого 18 и второго 24 преобразователе и ч а ст от а — код.

МикроЭВМ 27 по программе вычисляет значение диагностического параметра Л=

=-".f!f<,S при каждом такте, причем последов ател ьность значений пара метра Л запис вается в память микроЭВМ 27 при перемещении ползуна 1 из начального положен я в конечное.

Измеренная зависимость величины Л о перемещения l сравнивается с эталонн м значением кинематического параметра ! т 2 ° К К(В„g„+0, !

В случае неправильной регулировки одн и из опор 2 или дефекта дорожки 6 к чения ползуна типа вмятины будет о .сутствовать контакт ролика 3 и ползуна !. При этом в моменты отрыва ролика

3 от дорожки 6 качения происходит пос епенное уменьшение частоты вращения рол ка 3, так как происходит его вращение и инерции. Измеренное значение величин Л будет меньше эталонного Л . В эпом случае микроЭВМ 27 вырабатывает диагноз «Нет контактирования». Одновременно с этим микроЭВМ, 27 осуществляет подсчет числа и импульсов датчика положен ) я до точки отсутствия контактирования по формуле

L=n т, где т — шаг (величина) перемещения полз !на 1, соответствующий одному импульсу датчика 22 углового положения. Определяется место отсутствия контакта. На блок 26 регистрации выводится диагноз «Впадина на ползуне 1 на расстоянии L».

В случае полного отсутствия контакта между роликом 3 и ползуном 1 (например, при неверной регулировке положения оси ролика 3) ролик 3 вообще не будет вращаться и измеренное значение L будет равно нулю. В этом случае выводится диагноз «Неверная регулировка опоры».

В случае совпадения измеренного Л и эталонного Л значений диагностического параметра на всем протяжении перемещения l на блок 26 регистрации выводитсг-«из микроЭВМ 27 диагноз «Полное контактирование».

Затем по программе микроЭВМ 27 вырабатывается код обратного вращения двигателя 9, который поступит с первого выхода блока 20 вывода информации на блок 21 управления двигателем, что привсдит к обратному вращению двигателя 9, и ползун 1 возвращается в начальное полсжение. Далее по сигналу управления микроЭВМ 27 вновь включается двигатель 9 и устройство переходит в режим вибродиагностики подшипников 4 опор 2.

5 I0

Поскольку в фазах разгона и торможения ползуна 1 подшипники 4 вращаются с непостоянной частотой, необходимо выделение фазы равномерного движения ползуна l.

Это осуществляется с помощью датчика 22 углового положения, второго преобразователя 24 частота — код, блока 19 ввода информации и микроЭВМ 27 точно таким же образом, как при измерении крутящего момента. При этом в момент начала фазы равномерного движения микроЭВМ 27 вырабатывает код разрешения, который с третьего выхода блока 20 вывода информации поступает на первый вход ЗУ 12. Этот код разрешает запись в ЗУ 12 сигналов вибрации и частоты вращения. С выхода вибропреобразователя 10 сигнал вибрации через усилитель 11 поступает на третий вход

ЗУ 12, где он и записывается в первый канал. Одновременно с этим датчик 17 частоты вращения вырабатывает импульсы с частотой следования шариков, прямо пропорциональной частоте вращения наружного кольца подшипника 4. Сигнал частоты врашения преобразуется в преобразователе 28 частота — - напряжение в аналоговый сигнал, поступает на второй вход ЗУ 12, где записывается синхронно с сигналом вибрации во втором канале.

В момент времени, когда двигатель 9 отключается, начинается фаза торможения ползуна 1, возникает скачок сигнала производной частоты вращения, которая вычисляется микроЭВМ 27, и определяется превышение порогового уровня Л1. МикроЭВМ

27 фиксирует этот момент и вырабатывает код запрета, поступающий по двусторонней связи через блок 20 вывода информации на первый вход ЗУ !2, что прекращает запись в него сигналов вибрации и частоты вращения подшипника 4.

Затем, управляя двигателем 9, микроЭВМ 27 возвращает ползун 1 в начальное положение и вновь начинает движение ползуна 1. Описанным образом в ЗУ 12 записывается N реализаций сигналов частоты вращения и вибрации за N циклов перемещения ползуна 1 в фазе равномерного движения. После записи последней реализации микроЭВМ 27 вырабатывает код считывания, который с выхода блока 20 вывода информации переводит ЗУ 12 в режим считывания. ЗУ 12 воспроизводит записанные сигналы, причем сигнал вибрации поступает на второй вход блока 15 фильтров, а сигнал частоты вращения — на частотный детектор 13.

Поскольку фильтры настроены на информа ционные частоты, а частота вра щения подшипника может отличаться от номинальной, то необходима их перестройка, которая осушествляется частотным детектором

13 и блоком 14 перестройки частот.

1590378

10

Формула изобретения

25

40

На частотный детектор 13 поступает сигнал частоты вращения, и при отклонении его от номинальной частотный детектор 13 вырабатывает постоянное напряжение, которое поступает в блок 14 перестройки частот. С его выхода напряжение, прямо пропорциональное отклонению частоты вращения от номинальной, поступает через первый вход на регулируемые элементы (например, варикапы) блока 15 фильтров. При этом происходит подстройка информационной частоты каждого фильтра с учетом флуктуаций частоты вращения.

Тем самым обеспечивается возможность анализа квазистационарного режима работы подшипника 4.

На второй вход блока 15 фильтров поступает сигнал вибрации подшипников 4, при этом каждый фильтр (в блоке 15) пропускает сигнал на своей информационной частоте. Эти сигналы поступают на блок

16 детекторов, где происходит их выпрямление и усреднение. Сигналы с выходов детекторов блока 16 поступают на устройство 38 параллельного обмена блока 19 ввода информации. При этом, если уровень на выходее с оот ветств ую щего детектора меньше уровня «Лог. 1», то в микроЭВМ 27 будет записана величина напряжения канала х;=О, а в случае превышения уровня «Лог. 1» будет записано х;=1. Таким образом, после опроса входов устройства 38 параллельного обмена в память микроЭВМ 27 будут записаны величины напряжений х; с выхода каждого детектора. Далее осуществляется вычисление дискриминантной функции в соответствии с формулой и н к

ge= g

6=1 где в,.+, в; — весовые коэффициенты инфорн к мационных частот для определения k-го вида дефекта;

n — количество информационных частот.

Значения весовых коэффициентов предва рительно вводятся в оперативную память микроЭВМ 27 и определяются экспериментально для каждого вида дефекта. Вычисленная дискриминантная функция g>(x) сравнивается с эталонным значением функции g„», причем решение принимается следующим образом: если g> — g<, (О. то дефект отсутствует, если gp — g„„)О, то дефект присутствует. Результат дйагноза подшипника 4 выводится на блок 26 регистрации.

Описанным образом производится диагностирование всех остальных опор 2.

Устройство для диагностирования механизма линейного перемещения манипулятора, выполненного в виде ползуна, установленного на опорах качения и связанного через винтовую передачу с двигателем, содержащее последовательно соединенные вибропреобразователь, установленный на одной из опор качения, блок преобразования и памяти, управляемый анализатор спектра и блок обработки и управления, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности и увеличения глубины диагностирования, в него введены датчик углового положения и датчик момента, связанные с валом двигателя, а также датчик частоты вращения, установленный на упомянутой опоре качения и подключенный своим выходом к вторым входам соответственно блока преобразования и памяти и блока обработки и управления, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к выходам датчика углового положения и датчика момента, при этом первый выход блока обработки и управления связан с двигателем, а его второй выход соединен с третьим входом блока преобразования и памяти, второй выход которого связан с вторым входом управляемого анализатора спектра.

1590378

1590378

1590378

Соста в и тел ь Н. Сер геев

Редактор < .. Пека рь Техред А. Кравчук Корректор Л. Пилипенко

Заказ 2608 Тираж 688 Подписное

ВНИИПИ Г<>суд»рстн> шн>го ломитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС(:Р

113()35, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5

Производств >ill(> изд»тельский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 16I