專利名稱：具有檢測(cè)工作異常裝置的數(shù)控驅(qū)動(dòng)設(shè)備以及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有用來檢測(cè)工作異常的裝置的數(shù)控驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其用來檢測(cè)偶然碰撞，包括-至少一個(gè)電動(dòng)機(jī)，其能夠通過傳動(dòng)元件的組件沿著至少一個(gè)路徑來驅(qū)動(dòng)負(fù)載，-測(cè)量位置的第一裝置，其被布置在用于到電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)的所述組件的至少一個(gè)元件的上游，并用來提供第一位置值，-測(cè)量位置的第二裝置，其被布置在用于到所述負(fù)載的傳動(dòng)的組件的此元件的下游，并用來提供對(duì)應(yīng)于所述路徑上負(fù)載的位置的第二位置值，-計(jì)算裝置，用于以預(yù)定間隔產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于第一與第二位置值的差的誤差信號(hào)，以及-分析裝置，用于分析這些誤差信號(hào)，以便檢測(cè)偶然碰撞。
背景技術(shù)：
如文件DE 34 26 863 A1中所述，已經(jīng)在機(jī)床領(lǐng)域使用了這種設(shè)備。
在許多其它應(yīng)用中使用的可比較的驅(qū)動(dòng)設(shè)備例如為機(jī)器人、印刷機(jī)、用于紡織生產(chǎn)的設(shè)備、注射成型機(jī)、沖壓和沖裁機(jī)、起重機(jī)、衛(wèi)星天線、望遠(yuǎn)鏡等。
在如圖1表示的驅(qū)動(dòng)設(shè)備中，借助編碼器15來測(cè)量電動(dòng)機(jī)14的位置，以便在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的正確位置處控制相位換向。通過經(jīng)由皮帶輪11和13以及皮帶12再繼之以具有螺母的滾珠絲杠17的傳動(dòng)來將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩傳送到負(fù)載18，所述負(fù)載18例如表示工作臺(tái)或者配有刀具的軸。通過線性尺16來測(cè)量負(fù)載18的位置。由機(jī)械制動(dòng)器19來確定行程的末端，以便在伺服驅(qū)動(dòng)軟件有故障的情況下保護(hù)所述機(jī)構(gòu)。這個(gè)制動(dòng)器19可在機(jī)器準(zhǔn)備階段用作所述軸初始化的絕對(duì)基準(zhǔn)。這種初始化在線性尺不提供這個(gè)基準(zhǔn)的情況下是必需的。通常，行程末端接觸器用于初始化。如果因?yàn)闇p少成本等原因除去這些接觸器，那么如本發(fā)明提出的可靠有效的碰撞檢測(cè)設(shè)備就成為必需的，以便使用制動(dòng)器19作為基準(zhǔn)，而不用冒著由過度沖擊力造成損壞設(shè)備結(jié)構(gòu)的任何危險(xiǎn)。
當(dāng)使用機(jī)床時(shí)，機(jī)械手或另一項(xiàng)具有由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的鉸接的設(shè)備、運(yùn)動(dòng)的元件可與機(jī)器的另一部件、待加工的工件相撞，或與環(huán)境中的部件相撞。在這種情況下，要解決的問題在于預(yù)防和/或檢測(cè)該碰撞。
在本領(lǐng)域內(nèi)最普遍的預(yù)防措施是限制所考慮的軸的行程，其通過行程末端接觸器形成硬布線邏輯限制，通過位置設(shè)定的容許范圍的邊界的預(yù)先定義構(gòu)成軟件限制，或在機(jī)械制動(dòng)器的幫助下形成物理限制。出于預(yù)防碰撞的考慮，美國專利5,347,459也已提出了對(duì)工作空間進(jìn)行建模，以便提前識(shí)別在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體間的干擾。此建模過程的缺點(diǎn)是需要確定在工作區(qū)中所有物體的運(yùn)動(dòng)，這個(gè)信息是無法得到的，例如對(duì)于其邊角料可能堵塞在工件與刀具間的機(jī)床。為了彌補(bǔ)缺乏的關(guān)于工作空間中物體位置的這一知識(shí)，例如已經(jīng)求助于觀察系統(tǒng)，然而這仍是一種復(fù)雜昂貴的解決方案。
美國專利4,820,895提出了一種在電浸蝕機(jī)情況下的電接觸式傳感器。根據(jù)德國專利40 08 661 A1，這種設(shè)備可用于在半加工工件上三維刀具的對(duì)準(zhǔn)，這樣做是通過其準(zhǔn)確檢測(cè)刀具-工件碰撞的能力并且沒有損毀。然而，使用電接觸式傳感器需要存在導(dǎo)電的物體。
美國專利5,119,006已經(jīng)提出了一定數(shù)量的監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，例如伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩/電流的絕對(duì)值。這個(gè)專利中描述的過程受限于具有剛性的或非常精確的傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置需要在某些工業(yè)應(yīng)用的情況下不必花費(fèi)高的機(jī)械解決方案，對(duì)于所述機(jī)械解決方案，第二尺位置傳感器的引入使得有可能實(shí)施用于補(bǔ)償尤其涉及柔性或均勻運(yùn)動(dòng)(homokinetic)缺陷的軟件過程。這個(gè)補(bǔ)償可導(dǎo)致在電動(dòng)機(jī)速度反饋環(huán)的繁重需求，以及大的速度跟蹤誤差乃至電動(dòng)機(jī)電流的大的變化。而且，如果電動(dòng)機(jī)的慣性支配負(fù)載的慣性，這稱為電動(dòng)機(jī)側(cè)，那么在電動(dòng)機(jī)電流方面碰撞的力的效果與分別供正常加速、減速的力相比是可忽略的。因此，例如在美國專利5,119,006中提出的原始信號(hào)不再包含相關(guān)信息，所述相關(guān)信息使得有可能用足夠的靈敏度來識(shí)別碰撞以避免損毀。
為了更好地利用相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)、電動(dòng)機(jī)電流與速度信號(hào)的碰撞檢測(cè)，美國專利5,304,906提出了基于驅(qū)動(dòng)裝置的參數(shù)以及用來減少高頻時(shí)測(cè)量噪聲影響的濾波參數(shù)的干擾轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器的結(jié)構(gòu)。然而，在此美國專利5,304,906中提出的方法局限于用于驅(qū)動(dòng)裝置的傳動(dòng)的剛性模型。因此，該過程對(duì)于傳動(dòng)的柔性和均勻運(yùn)動(dòng)缺陷承擔(dān)了相當(dāng)大重要性的傳動(dòng)裝置是不夠的。而且，諸如電動(dòng)機(jī)的慣量和轉(zhuǎn)矩常數(shù)之類的參數(shù)的知識(shí)不適合于許多應(yīng)用，所述應(yīng)用例如是其中在設(shè)備正常使用期間待驅(qū)動(dòng)的質(zhì)量很可能變化到5倍的機(jī)床。
德國專利申請(qǐng)199 60 834 A1提出在軸的驅(qū)動(dòng)部分上測(cè)量尺位置，并且將此測(cè)量值與在傳動(dòng)鏈內(nèi)部獲得的間接測(cè)量值進(jìn)行比較，以便形成誤差信號(hào)。所述信號(hào)的突然增加表明已經(jīng)發(fā)生了碰撞或異常事件。然而，其中除了比較誤差信號(hào)在時(shí)間上的增加與預(yù)先設(shè)定的極限以外，什么也沒有被提出。這個(gè)涉及電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)部分間的位置的誤差信號(hào)的問題在于，均勻運(yùn)動(dòng)誤差破壞了該誤差信號(hào)，所述均勻運(yùn)動(dòng)誤差是正常操作的特征，并且再次導(dǎo)致觸發(fā)極限被定為過大的值。另一方面，所主張的解決方案在必須劇烈增大慣性時(shí)是不合適的。對(duì)于電浸蝕機(jī)的X和Y軸就是這種情況，所述X和Y軸用來移動(dòng)待加工的工件的組件和裝滿介質(zhì)液體的盤，驅(qū)動(dòng)的質(zhì)量可能多達(dá)一噸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是補(bǔ)救前述缺點(diǎn)，為此，其中分析裝置包括鑒別裝置，所述鑒別裝置被設(shè)計(jì)成分析以所述預(yù)定間隔獲得的、作為在空間參考幀中通過的路徑的函數(shù)的所述誤差信號(hào)，其目的是在由偶然碰撞引起的誤差與由至少一個(gè)其它原因引起的誤差之間進(jìn)行鑒別。
由于這些特征，所以有可能可靠快速地檢測(cè)偶然碰撞，其檢測(cè)閾值相對(duì)于已知設(shè)備被大大降低。
有利的是，所述傳動(dòng)組件具有傳動(dòng)的柔性，其被所述誤差信號(hào)用作與負(fù)載的驅(qū)動(dòng)相關(guān)的測(cè)力計(jì)。
這些特征允許非常簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和非常有利的成本價(jià)格。
根據(jù)一種優(yōu)選的執(zhí)行模式，所述鑒別裝置包括數(shù)據(jù)相關(guān)域的至少一個(gè)限制，所述數(shù)據(jù)與沿著路徑在負(fù)載的受限動(dòng)程上的誤差信號(hào)有關(guān)，所述路徑形成至少一個(gè)空間窗，其特征是路徑為負(fù)載所通過，這樣設(shè)計(jì)的目的是在由偶然碰撞引起的誤差與由至少一個(gè)其它原因引起的誤差之間進(jìn)行鑒別。
因此獲得了具有減小的檢測(cè)閾值的特別可靠的檢測(cè)。
有利的是，所述鑒別裝置由適于丟棄均勻運(yùn)動(dòng)誤差和/或由熱變化引起的誤差的空間濾波裝置組成。
由于這些特征，所以可以有效地避免任何檢測(cè)缺陷。
根據(jù)一種有利的執(zhí)行模式，所述濾波裝置包括數(shù)據(jù)的兩個(gè)循環(huán)數(shù)組和至少一個(gè)空間矩形窗，所述數(shù)據(jù)一方面與在所述路徑上負(fù)載的動(dòng)程有關(guān)，另一方面與相應(yīng)于這些動(dòng)程的誤差信號(hào)有關(guān)，所述空間矩形窗包括與所述動(dòng)程和從所述兩個(gè)循環(huán)數(shù)組提取的所述誤差信號(hào)有關(guān)的最近的數(shù)據(jù)。
因此獲得了具有初始原理和高可靠性的檢測(cè)設(shè)備。
根據(jù)另一種有利的執(zhí)行模式，濾波裝置包括至少一個(gè)空間不變線性濾波器，其包括指數(shù)空間窗。
這個(gè)模式尤其實(shí)用，因?yàn)樗沟糜锌赡苡寐孕〕叽绲挠?jì)算單元獲得快速可靠的異常檢測(cè)。
本發(fā)明還涉及一種檢測(cè)工作異常的方法，用來在數(shù)控驅(qū)動(dòng)設(shè)備上檢測(cè)偶然碰撞，所述數(shù)控驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括-至少一個(gè)電動(dòng)機(jī)，其能夠通過傳動(dòng)元件的組件沿著至少一個(gè)路徑來驅(qū)動(dòng)負(fù)載，-測(cè)量位置的第一裝置，其被布置在用于到電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)的所述組件的至少一個(gè)元件的上游，并用來提供第一位置值，-測(cè)量位置的第二裝置，其被布置在用于到所述負(fù)載的傳動(dòng)的組件的此元件的下游，并用來提供對(duì)應(yīng)于所述路徑上負(fù)載的位置的第二位置值，-計(jì)算裝置，用于以預(yù)定間隔產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于第一與第二位置值的差的誤差信號(hào)，以及-分析裝置，用于分析這些誤差信號(hào)，以便檢測(cè)偶然碰撞，其中采用鑒別裝置，以便分析以所述預(yù)定間隔獲得的、作為在空間參考幀中通過的路徑的函數(shù)的所述誤差信號(hào)，其目的是在由偶然碰撞引起的誤差與由至少一個(gè)其它原因引起的誤差之間進(jìn)行鑒別。
通過這種方法，可以以一種簡(jiǎn)單可靠的方式獲得偶然碰撞的檢測(cè)，與已知方法相比，其具有略小的檢測(cè)閾值。
其它優(yōu)點(diǎn)是從下述顯示出來的在從屬權(quán)利要求中表達(dá)的特征，以及借助于附圖更詳細(xì)闡明本發(fā)明的以下描述，所述附圖示意性地并通過例子來表示兩種執(zhí)行模式。


圖1示出數(shù)控驅(qū)動(dòng)設(shè)備。
圖2說明用于產(chǎn)生誤差信號(hào)d的裝置的原理圖。
圖3a到3f說明在負(fù)載的前進(jìn)與返回運(yùn)動(dòng)期間不同信號(hào)的變化。
圖3a示出由負(fù)載占用的位置xR[mm]隨時(shí)間t[s]的變化。
圖3b說明電動(dòng)機(jī)的電流IM[A]隨時(shí)間t[s]的變化。
圖3c說明誤差信號(hào)d[微米]隨時(shí)間t[s]的變化。
圖3d示出誤差信號(hào)d[微米]隨由負(fù)載占用的位置xR[mm]的變化。
圖3e說明圖3d的放大部分。
圖3f示出信號(hào)Δdmax＝max dk-min dk[微米]隨時(shí)間t[s]的變化。
圖4是用于檢測(cè)偶然碰撞的設(shè)備的第一執(zhí)行模式的原理圖。
圖5示出在第一執(zhí)行模式中使用的流程圖。
圖6a到6d說明在具有負(fù)載停止(碰撞)的運(yùn)動(dòng)的期間不同信號(hào)的變化。
圖6a是由負(fù)載占用的位置xR[mm]隨時(shí)間t[s]的變化的圖。
圖6b說明電動(dòng)機(jī)的電流IM[A]隨時(shí)間t[s]的變化。
圖6c示出誤差信號(hào)d[微米]隨時(shí)間t[s]的變化。
圖6d說明誤差信號(hào)d[微米]隨由負(fù)載占用的位置xR[mm]的變化。
圖7a到7h說明在第二示例模式中使用的空間不變?yōu)V波器的不同信號(hào)的變化。
圖7a和7b是濾波器輸出信號(hào)y(k)對(duì)于快速和慢速運(yùn)動(dòng)隨位置xR(k)的變化的圖。
圖7c和7d示出位置xR(k)隨不同測(cè)量點(diǎn)k的變化。
圖7e和7f說明濾波器的輸出信號(hào)y(k)隨不同測(cè)量點(diǎn)k的變化。
圖7g和7h對(duì)應(yīng)于不同測(cè)量點(diǎn)k的誤差信號(hào)d(k)的值的圖。
圖8說明在第二執(zhí)行模式中使用的流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的數(shù)控驅(qū)動(dòng)設(shè)備擁有諸如圖2所示之類的通用結(jié)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)14a與第一位置傳感器15a相連，第一位置傳感器15a提供第一位置值xM，并構(gòu)成測(cè)量位置的第一裝置，所述第一裝置被布置在傳動(dòng)組件12a的上游，通過所述傳動(dòng)組件12a將運(yùn)動(dòng)傳遞到負(fù)載18a，負(fù)載18a沿著一條路徑進(jìn)行移動(dòng)。負(fù)載18a的位置通過提供第二位置值xR的第二位置傳感器16a來測(cè)量。
設(shè)計(jì)以計(jì)算單元20形式的計(jì)算裝置，以便根據(jù)下述公式以預(yù)定時(shí)間間隔計(jì)算誤差信號(hào)dd＝xR-rxM其中r等于傳動(dòng)組件12a的傳動(dòng)比。
因此誤差信號(hào)d對(duì)應(yīng)于在負(fù)載的位置與相對(duì)于負(fù)載的電動(dòng)機(jī)位置之間的偏差。
在如圖1所示的結(jié)構(gòu)中，誤差信號(hào)d＝xR-rxM是由傳動(dòng)元件引起的誤差總和，也就是說，主要是皮帶、在滾珠與滾珠的滾道之間的觸點(diǎn)、螺母與螺釘，其每一個(gè)以它們的柔性和它們特有的運(yùn)動(dòng)方式來起作用。
可以想到的其它傳動(dòng)元件例如是軸、諧波傳動(dòng)等。
然而，更可取的是選擇沒有間隙的部件。諸如無預(yù)應(yīng)力的齒輪之類的元件在回程上顯示了間隙，它們例如容易對(duì)由伺服控制保持的振蕩進(jìn)行干擾，并將需要特定的強(qiáng)制預(yù)防措施。
在圖3c、3d和3e中所說明的誤差信號(hào)d涉及負(fù)載的前進(jìn)與返回運(yùn)動(dòng)，因此它由動(dòng)力學(xué)成分和運(yùn)動(dòng)學(xué)成分或均勻運(yùn)動(dòng)誤差組成，所述動(dòng)力學(xué)成分與軸的加速和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的柔性相關(guān)，所述運(yùn)動(dòng)學(xué)成分或均勻運(yùn)動(dòng)誤差分別與制造和組裝缺陷、通過改變滾珠絲杠的長(zhǎng)度來扭曲傳動(dòng)比r的溫度效應(yīng)相關(guān)。誤差信號(hào)d的動(dòng)力學(xué)分量自然地以時(shí)間參考幀進(jìn)行表示，而空間參考幀則是運(yùn)動(dòng)學(xué)分量的典型表示例如分別為圖3c及與之相對(duì)的圖3d。
由DE 199 60 834 A1給出的教導(dǎo)建議觀測(cè)誤差d的突然增加，換句話說是型式Δd/Δt的數(shù)量。將會(huì)看到，這種方法迫使固定放大的檢測(cè)極限，以便能夠忽視下文詳述的缺陷的總和，所述缺陷的總和必須被容許，因?yàn)樗鼈兇碛绕湓跓o碰撞時(shí)的正常操作。
作為說明性的例子，提出了考慮一下電浸蝕機(jī)的y軸。電動(dòng)機(jī)14的慣量等于0.31gm2，皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)11-13的傳動(dòng)比是5，螺釘17的螺距是5mm/轉(zhuǎn)，運(yùn)載待加工的工件的工作臺(tái)的質(zhì)量在620-1120kg之間變化，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛度k＝175N/μm。
圖3c、3d和3e說明圖1所示類型的驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)于大動(dòng)程及速度反向的信號(hào)d。
均勻運(yùn)動(dòng)誤差來源于螺釘?shù)闹圃烊毕菀约坝捎脕碓傺h(huán)螺母內(nèi)部滾珠的系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾。對(duì)于圖3e中所示的特定情況，當(dāng)負(fù)載的位置xR表示為橫坐標(biāo)時(shí)，可觀測(cè)到7mm的空間贗周期。在這種情況下，代表此均勻運(yùn)動(dòng)缺陷的10微米的幅度是其主要特征，其迫使選擇空間參考幀，并且迫使檢測(cè)設(shè)備尤其借助于合適的濾波來消除所述贗周期。
為此，由于螺釘?shù)拈L(zhǎng)度并且從而傳動(dòng)比r發(fā)生了改變，所以將波動(dòng)量添加到熱動(dòng)式誤差上，所述誤差顯示為隨位置xR而變的信號(hào)d的漂移。
例如對(duì)于長(zhǎng)度為440mm的鋼制滾珠絲杠，其熱膨脹系數(shù)等于每米和開氏度12微米，變化1℃的誤差造成5.28微米的缺陷。這種溫度變化可來源于車間內(nèi)的空氣變化、機(jī)器暴露在陽光下、或者甚至由軸的運(yùn)動(dòng)和滾珠軸承中的摩擦引起的局部升溫。這些熱動(dòng)式誤差總體上解釋了在圖3d的曲線中信號(hào)d的傾斜，對(duì)于通過的100mm大約是5微米，所述檢測(cè)設(shè)備對(duì)于其必須保持不靈敏。在所述檢測(cè)設(shè)備上施加的另一約束條件將是消除所述傾斜，對(duì)于空間特性的缺陷也是同樣的。
在圖3d中與隨動(dòng)程xR而變的信號(hào)d相同的曲線中，可以觀察到在前進(jìn)腿(forward leg)與返回腿(return leg)之間的垂直偏移，這是由在軸的直線導(dǎo)軌中的摩擦力引起的，所述直線導(dǎo)軌產(chǎn)生傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的柔性。這個(gè)摩擦力/柔性缺陷屬于動(dòng)力學(xué)特性，其在所描述的情況下約為5微米，并且將不進(jìn)行濾波，就像由設(shè)備的固有頻率的激發(fā)引起的信號(hào)d的高頻分量一樣(見圖3e)，并且是由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的柔性和在兩端的慣量確定的。顯示的這些頻率也可以在圖3b中觀察到，所速圖3b示出電動(dòng)機(jī)電流IM隨時(shí)間t變化的曲線。
根據(jù)本發(fā)明，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的柔性用作關(guān)于負(fù)載的測(cè)力計(jì)，其產(chǎn)生所述傳動(dòng)誤差信號(hào)d，所述傳動(dòng)誤差信號(hào)d的分量被鑒別，并濾去均勻運(yùn)動(dòng)缺陷，以便避免在有容許缺陷時(shí)觸發(fā)錯(cuò)誤的碰撞告警。為了執(zhí)行所述濾波，要觀測(cè)誤差信號(hào)在空間上的增加，而不是監(jiān)控其在時(shí)間上的突然增加。
重要的一點(diǎn)是誤差信號(hào)d由包括鑒別裝置的分析裝置進(jìn)行處理，所述鑒別裝置被設(shè)計(jì)成分析以預(yù)定間隔獲得的、作為在空間參考幀d，xR中通過的路徑xR的函數(shù)的所述誤差信號(hào)，其目的是在由偶然碰撞引起的誤差與由至少一個(gè)其它原因引起的誤差之間進(jìn)行鑒別。
通過限制關(guān)于受限動(dòng)程的數(shù)據(jù)的有關(guān)空間域來消除傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的均勻運(yùn)動(dòng)誤差的影響，所述限制是通過形成至少一個(gè)空間窗來實(shí)現(xiàn)的，所述空間窗的特征是路徑為負(fù)載所通過，這樣設(shè)計(jì)的目的是在由偶然碰撞引起的誤差與由至少一個(gè)其它原因引起的誤差之間進(jìn)行鑒別。
此相關(guān)空間域的限制是通過根據(jù)第一執(zhí)行模式適當(dāng)管理的矩形窗和循環(huán)數(shù)組、或者通過根據(jù)第二執(zhí)行模式的一個(gè)或多個(gè)指數(shù)窗實(shí)現(xiàn)的，所述第二執(zhí)行模式的工作方式與空間不變?yōu)V波器(線性空間不變LSI)相關(guān)，其將在下文中進(jìn)行解釋。
這些通過限制空間域來濾波的裝置根據(jù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行選擇，以便丟棄均勻運(yùn)動(dòng)誤差和/或熱誤差。
利用空間中的矩形窗的第一執(zhí)行模式是基于如圖4所示的軟件體系結(jié)構(gòu)。
第一和第二位置值xM和xR被提供給計(jì)算單元20，所述計(jì)算單元20產(chǎn)生誤差信號(hào)d＝xR-rxM。
d和xR的值被記錄在兩個(gè)大小為n的循環(huán)數(shù)組44和45中，n例如是50。
下標(biāo)1表示所記錄的最近采樣。根據(jù)預(yù)定的采樣周期進(jìn)行記錄，所述預(yù)定采樣周期例如是2毫秒。
從這些記錄的數(shù)據(jù)中提取最近連續(xù)采樣的子集D＝{i1≤i≤imax}，對(duì)于所述子集，所通過的位置的范圍保持小于極限Lx或者空間窗的寬度，以便Σk|xR(k)-xR(k-1)|≤Lx∀k∈D]]>以局部均勻運(yùn)動(dòng)誤差的周期的若干分之一來選擇時(shí)間窗的寬度Lx是明智的例如，對(duì)于7mm的周期，選擇Lx＝0.1mm是有利的。通過減小Lx來越來越多地忽略均勻運(yùn)動(dòng)缺陷，從而不允許除了涉及越來越多剛性構(gòu)件之外的碰撞檢測(cè)。大的空間窗Lx允許柔性構(gòu)件的檢測(cè)，但是均勻運(yùn)動(dòng)缺陷幾乎未受減弱，并且同樣必須選擇大的檢測(cè)電平Ld， rel，因此減少了檢測(cè)碰撞的方法的靈敏度。
換句話說，可以將最近連續(xù)采樣的子集43 D＝{i1≤i≤imax}看作滑動(dòng)矩形空間窗，其中負(fù)載的動(dòng)程xR作為橫坐標(biāo)，誤差d＝xR- rxM作為縱坐標(biāo)。
在所述窗Σk|xR(k)-xR(k-1)|]]>中考慮的路徑在例如以2毫秒的規(guī)則間隔h進(jìn)行瞬時(shí)采樣的情況下保持與軸的速度無關(guān)是必需的。
在此應(yīng)該注意到，通過用與時(shí)鐘的脈沖類似但由編碼器15(圖1)以例如1度的1/100的規(guī)則間隔h產(chǎn)生的脈沖代替例如時(shí)鐘脈沖來獲得的空間采樣將使得有可能處理所述信號(hào)，下文將進(jìn)行解釋，仿佛軸的速度保持不變似的。
碰撞的特征在于超過在子集D上d的動(dòng)態(tài)范圍的極限Ld，rel，所述極限Ld，rel將在下文進(jìn)行定義，所述子集D是根據(jù)下述操作在矩形窗43中選擇的Δdmax=maxk∈Ddk-mink∈Ddk≥Ld,rel]]>其中max dk是在子集D中d的最大值，而min dk是在子集D中d的最小值。
換句話說，每當(dāng)更新由循環(huán)存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)的窗43的大小和內(nèi)容時(shí)，就從相關(guān)采樣的子集D中保留最大值d和最小值d(記錄)，以便形成其差值，然后比較所述差值與閾值Ld，rel。將值對(duì)xR(k)、dk的每個(gè)采樣以相同的權(quán)重存儲(chǔ)在矩形窗中，因此稱為矩形。
閾值Ld，rel與滑動(dòng)窗Lx的寬度的預(yù)先選擇，也就是說設(shè)備的校準(zhǔn)需要在處于良好的工作運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的設(shè)備上進(jìn)行。
通過觀測(cè)和分析局部均勻運(yùn)動(dòng)誤差的幅度和形狀來固定Ld，rel的值。提出了根據(jù)涉及的驅(qū)動(dòng)裝置的實(shí)驗(yàn)特性來調(diào)整觸發(fā)極限Ld，rel。所述過程在于記錄在所選擇的子集D上d的變化范圍，對(duì)于一定量的相關(guān)情形，其必須不觸發(fā)碰撞檢測(cè)，尤其是
-通過包括運(yùn)動(dòng)反向的快速運(yùn)動(dòng)以及例如以0.1mm/s、1mm/s和10mm/s速度的單位階躍跳動(dòng)的程控運(yùn)動(dòng)。
-以各種速度的手控運(yùn)動(dòng)，包括慢的速度和以步進(jìn)器模式的手控運(yùn)動(dòng)。
-所謂的“加工饋送”或“加工退出”過渡周期，其特征在于通過一個(gè)沒有加工的區(qū)域到一個(gè)有加工的區(qū)域，或者反之亦然。
因此，對(duì)于正常操作估計(jì)了Δdmax=maxk∈Ddk-mink∈Ddk]]>的最高值。用足夠的余量選擇觸發(fā)極限Ld，rel，以便將Ld，rel固定為Δdmax的最大值的m％，所述m有利的是在120與250之間，非常有利的是在140與200之間，并且更可取的是等于150。
圖3f示出對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的這種調(diào)整圖，所述情形被確定為對(duì)于所涉及的驅(qū)動(dòng)裝置是最關(guān)鍵的情形。在2微米處標(biāo)為31的Δdmax的最大值是在運(yùn)動(dòng)反向時(shí)達(dá)到的，因?yàn)樵谶\(yùn)動(dòng)反向時(shí)恢復(fù)了能量。已經(jīng)有可能將機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的均勻運(yùn)動(dòng)缺陷的影響減少到最大0.8微米，其在此圖中標(biāo)為32。對(duì)于示出的情形，因此可以將觸發(fā)極限選擇為L(zhǎng)d，rel＝3微米，同時(shí)允許50％的安全余量，這與現(xiàn)有技術(shù)中已知方法必需的且從圖3c的觀察中顯示的20到30微米形成對(duì)比。
由于本發(fā)明，所以碰撞檢測(cè)閾值可以降低到與已知方法相比的六到七分之一。
如圖3f所示，在矩形窗43中的運(yùn)算maxk∈Ddk-mink∈D′′dk′′]]>實(shí)現(xiàn)高通濾波，所述高通濾波從信號(hào)d中除去對(duì)應(yīng)于大約7mm贗周期以及熱動(dòng)式漂移的空間分量。用更一般的方式來表達(dá)，通過限制與受限動(dòng)程有關(guān)的數(shù)據(jù)的相關(guān)空間域來消除傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的熱動(dòng)式和均勻運(yùn)動(dòng)誤差的影響，因此將極限Ld，rel置于較小值的可能性允許更好的靈敏度。
在最普遍的情形下，當(dāng)由時(shí)鐘調(diào)節(jié)采樣時(shí)，預(yù)定長(zhǎng)度的空間窗的極限通常與變量對(duì)xR和d的采樣的測(cè)量時(shí)刻不一致。因此必須進(jìn)行插值，所述插值在使用小量的采樣、例如3個(gè)采樣時(shí)的高速運(yùn)動(dòng)的情形下尤其有用。
空間窗最近的空間極限未被插值，而距窗最遠(yuǎn)至為寬度Lx的最早空間極限形成對(duì)誤差信號(hào)d的值的插值對(duì)象。
然后將此插入值存儲(chǔ)為空間窗的最早樣本。如果采樣h是空間的而不是時(shí)間的，則不需要插值。
對(duì)于檢測(cè)設(shè)備的實(shí)施例，更可取的是將上述操作合成為周期性調(diào)用的單個(gè)軟件功能，例如以2毫秒的周期h進(jìn)行調(diào)用。圖5示出與基于此矩形窗的碰撞檢測(cè)方法對(duì)應(yīng)的流程圖。在塊52到57中包含塊51的記錄的管理，尤其是通過考慮到定義了子集D的一定的受限動(dòng)程Lx的d的記錄。如果在這個(gè)受限動(dòng)程Lx上Δdmax的值等于或大于閾值Ld，rel，則塊58就檢測(cè)到碰撞。
這個(gè)記錄的管理51包括下述步驟52首先確定在循環(huán)數(shù)組中關(guān)于位置和誤差信號(hào)xR(k)、d(k)的新信息的插入點(diǎn)。
53如果循環(huán)數(shù)組是滿的，則刪除最早的點(diǎn)，以便為新的數(shù)據(jù)項(xiàng)騰出空位；從在記錄期間通過的總路徑的長(zhǎng)度中刪除在段中通過從而除去的長(zhǎng)度。
54插入關(guān)于位置xR和誤差信號(hào)d的信息。
55將通過的相應(yīng)長(zhǎng)度添加到在記錄期間通過的總路徑的長(zhǎng)度。
56本發(fā)明的要點(diǎn)在于把被視為所通過受限長(zhǎng)度的子集的數(shù)組的大小減小到Lx。這個(gè)確定相關(guān)子集D的運(yùn)算需要遍歷循環(huán)數(shù)組。相應(yīng)的計(jì)算負(fù)擔(dān)將循環(huán)數(shù)組的最大尺寸限制為可用計(jì)算單元的函數(shù)。對(duì)于記錄的最早段，必須分別插值精確對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)度Lx的點(diǎn)的坐標(biāo)。在步驟56中的這個(gè)附加功能用來改善算法的精度，尤其在負(fù)載高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其中最終的采樣數(shù)小，例如接近于3。
57通過確定Δdmax來估計(jì)運(yùn)動(dòng)缺陷d的動(dòng)態(tài)范圍。
58最后，將動(dòng)態(tài)范圍Δdmax與極限Ld，rel進(jìn)行比較。
圖6示出了本發(fā)明在制動(dòng)器19上的碰撞檢測(cè)的應(yīng)用，所述制動(dòng)器19配備有如圖1所示的彈性墊圈以及從其中產(chǎn)生與軸停止器的組合。圖6a、6b、6c示出位置xR、電動(dòng)機(jī)電流IM以及軸的誤差信號(hào)或運(yùn)動(dòng)缺陷d隨時(shí)間的變化。圖6d表示此誤差信號(hào)d隨位置xR的變化。下文詳述連續(xù)的事件-在接近階段62，信號(hào)d仍然很小，電動(dòng)機(jī)電流IM只用來補(bǔ)償軸中的摩擦力，參見圖6b的曲線61。
-在62表示的時(shí)刻，在機(jī)器的工作臺(tái)上負(fù)載與制動(dòng)器相撞，這位于xR＝0處。此后，信號(hào)d的幅度增加。在圖6b中應(yīng)該注意到，在其中軸與制動(dòng)器相撞的時(shí)期62到63中觀察到的電動(dòng)機(jī)電流IM的變化僅僅等于大約0.5A。這比根據(jù)電流信號(hào)將允許應(yīng)用碰撞檢測(cè)過程的電平小。
-失真的程控閾值Ld，rel＝5微米在時(shí)刻t＝0時(shí)的63處被超過。因此，然后將檢測(cè)到的碰撞發(fā)信號(hào)通知軸的伺服控制。
-所述碰撞在其被檢測(cè)之后16毫秒、在64表示的時(shí)刻處被予以考慮。然后指示軸的受控停止器，這是通過減速的電流尖峰來顯示的，在圖6b中可清晰地看見。在碰撞檢測(cè)與停止器指示之間的延遲產(chǎn)生傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的附加失真(5微米)，因此導(dǎo)致附加的力。
-碰撞信號(hào)在65的整個(gè)范圍中保持有效。如在此說明的實(shí)驗(yàn)中一樣，未考慮由碰撞引起的約束的松弛運(yùn)動(dòng)，電流繼續(xù)增加直到1.2A。當(dāng)然，對(duì)于待程控的設(shè)備的數(shù)控來說，有可能發(fā)出軸命令，確保在具有或不具有應(yīng)力松弛運(yùn)動(dòng)的負(fù)載的停止。
雖然上文描述的關(guān)于矩形滑動(dòng)空間窗的原理的執(zhí)行模式是精確的，但它仍然相對(duì)較復(fù)雜。必須管理循環(huán)存儲(chǔ)器，其中存儲(chǔ)了數(shù)目為n的采樣，例如50個(gè)，從中提取可變數(shù)量的相關(guān)采樣，從3到50，取決于速度是大還是小。
一般通過時(shí)鐘來調(diào)節(jié)采樣，因此采樣與用于觀察所述現(xiàn)象的相關(guān)空間邊界不一致。這使得尤其在保持的采樣數(shù)目小時(shí)，必須通過在最早的采樣上插值來進(jìn)行校正，以便保證精度。
為了確定誤差信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，每當(dāng)調(diào)用軟件功能時(shí)，必須檢查所有采樣，因此需要適當(dāng)?shù)亩ǔ叽纾员悴怀^處理器計(jì)算環(huán)的極限寬度。
假定一個(gè)適度的加速，例如與快速采樣周期2m/sec相關(guān)的本例中的約為0.5m/sec2，通過空間不變一階線性濾波器(LSI)的數(shù)值積分，使得有可能提供如圖8中概括的更簡(jiǎn)單更經(jīng)濟(jì)的執(zhí)行模式。這個(gè)濾波器在數(shù)字上包含、在時(shí)間上周期性調(diào)節(jié)的性能的特征在于空間常數(shù)xS。
主要的操作包含在塊81中，并且在于實(shí)現(xiàn)到由采樣時(shí)鐘調(diào)節(jié)的誤差信號(hào)d(k)的時(shí)間信息的空間域中的映射。塊81包含用于通過特征在于空間常數(shù)xS的LSI來管理d的記錄的塊82、83、84、85。應(yīng)該注意到，xS類似于定義第一執(zhí)行模式的D的動(dòng)程Lx，所述第一執(zhí)行模式在受限動(dòng)程上實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的相關(guān)域的限制。
塊86通過執(zhí)行與閾值Ld，rel，lsi的比較來檢測(cè)碰撞。
塊82到85與圖5的塊52到57類似，并且將使得有可能理解由第二執(zhí)行模式提供的簡(jiǎn)化。
在LSI濾波器和塊82的輸入處，再次發(fā)現(xiàn)如在圖5中塊52的輸入處存在的相同變量xR(k)、d(k)。
必須將塊84的表達(dá)式ξ(k)＝a1(k)ξ(k-1)+b0(k)d(k)看作在信號(hào)d(k)上的低通濾波器。
ξ(k-1)表示在前一計(jì)算環(huán)期間ξ(k)的狀態(tài)，也就是說，例如在當(dāng)前時(shí)刻之前2毫秒。
換句話說，ξ(k-1)是誤差信號(hào)記錄的存儲(chǔ)器，其可與圖4的第一執(zhí)行模式的循環(huán)存儲(chǔ)器44相比。在此將會(huì)注意到，第二執(zhí)行模式只使用了單個(gè)存儲(chǔ)位置來存儲(chǔ)記錄，而第一執(zhí)行模式則通過其例子被設(shè)想一直到50。
根據(jù)塊84的表達(dá)式，ξ(k)的計(jì)算取決于空間濾波器參數(shù)a1(k)和b0(k)，所述參數(shù)a1(k)和b0(k)先在83處進(jìn)行計(jì)算，然后在每計(jì)算周期進(jìn)行更新，所述每計(jì)算周期例如是每2毫秒。
b0(k)僅僅是從a1(k)得出的，即b0(k)＝1-a1(k)。
在83處記錄的指數(shù)律顯示了濾波常數(shù)取決于在塊82中所計(jì)算的上一個(gè)周期ΔxR(k)＝xR(k)-xR(k-1)期間通過的路徑。
a1(k)=exp(-|ΔxR(k)|xS)]]>其中xS[微米]是指數(shù)窗的空間常數(shù)，參見圖7a、7b以及下文中它的解釋。常數(shù)xS可與第一執(zhí)行模式的矩形空間窗Lx的寬度相比，所述第一執(zhí)行模式對(duì)應(yīng)于在受限動(dòng)程上數(shù)據(jù)的相關(guān)域的限制。
根據(jù)這個(gè)過程的a1(k)的計(jì)算確保了在瞬時(shí)采樣的情況下濾波器的輸入/輸出特性與軸的速度無關(guān)，因此實(shí)現(xiàn)了到由采樣時(shí)鐘調(diào)節(jié)的時(shí)間信息的空間域中的映射。
如果軸的速度是不變的或者如果直接執(zhí)行空間采樣，則a1(k)和b0(k)被固定。
如上所述，在圖8的塊84中用符號(hào)表示的表達(dá)式ξ(k)是在誤差信號(hào)d(k)上的低通濾波器。
換句話說，ξ(k)只保留誤差信號(hào)的分量，所述分量以低的空間頻率為特征，并在圖3表示的情況中對(duì)應(yīng)于均勻運(yùn)動(dòng)缺陷，更確切地說，對(duì)應(yīng)于大約7mm的贗周期以及熱動(dòng)式漂移。
最后，圖8的塊85的表達(dá)式y(tǒng)(k)＝-ξ(k)+d(k)應(yīng)該被看作與塊84的低通濾波器ξ(k)＝a1(k)ξ(k-1)+b0(k)d(k)互補(bǔ)的高通濾波器，其執(zhí)行類似于第一執(zhí)行模式的maxk∈Ddk-mink∈Ddk′′′′]]>的運(yùn)算，并且其從信號(hào)d(k)中除去希望容許的空間分量。
因此，這個(gè)由塊84和85執(zhí)行的空間濾波使得有可能消除均勻運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)誤差的影響，并且使得在塊86的運(yùn)算|y(k)|＞Ld，rel，Isi中的碰撞檢測(cè)極限Ld，rel，lsi可以置于較低值，導(dǎo)致對(duì)希望檢測(cè)的碰撞的風(fēng)險(xiǎn)有更好的靈敏度。
如上已經(jīng)描述的，ξ(k-1)是誤差信號(hào)的記錄的存儲(chǔ)器，其可與圖4的第一執(zhí)行模式的循環(huán)存儲(chǔ)器44相比；然而，在此第二執(zhí)行模式中，需要單個(gè)存儲(chǔ)位置來存儲(chǔ)記錄。通過下文闡述的指數(shù)窗原理以及通過下述事實(shí)使得這種簡(jiǎn)化成為可能在積分中考慮的每個(gè)采樣在其中分擔(dān)一個(gè)根據(jù)指數(shù)衰減都是較小的權(quán)重，此外它來自于最近的采樣，而不像對(duì)于第一執(zhí)行模式的矩形窗，其中存儲(chǔ)的采樣在距離Lx以外全部被清除。
圖7a到7h示出實(shí)現(xiàn)指數(shù)窗的1階空間不變?yōu)V波器(LSI)的特征。對(duì)于所說明的情況，以下述方式選擇濾波器d(k)的輸入對(duì)于所有的xR(k)＜0，d(k)＝0，以及對(duì)于所有的xR(k)≥0，d(k)＝1。這個(gè)示例性濾波器是由其空間常數(shù)xS＝1的值確定的，于是其特征在于在位置信號(hào)xR(k)與輸出信號(hào)y(k)之間的關(guān)系式，其對(duì)于所有單調(diào)遍歷xR(k)都相同。圖7a、7c、7e和7g示出了平均速度為v0＝0.05mm/sec的快速運(yùn)動(dòng)。圖7b、7d、7f和7h示出了在所通過的相同路徑上的特性，但以較低的平均速度v0＝0.005mm/sec通過。在這兩種情況下，已經(jīng)增加了小的正弦分量。
在圖7a中，借助于叉形示出了連續(xù)的采樣。標(biāo)為71的區(qū)域?qū)?yīng)于較快的運(yùn)動(dòng)，這與區(qū)域72中的相反。運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度通過作為采樣k的函數(shù)的位置xR(k)的斜率來顯示，其顯示在圖7c中。在第48個(gè)采樣之后，位置xR(k)＝2被超過。在圖7g和7e中分別繪出了濾波器的輸入信號(hào)及相應(yīng)的輸出信號(hào)的變化。
圖7b、7d、7f和7h的特征在于由較低的平均速度引起的較大的采樣密度。
當(dāng)然，上述實(shí)施例并沒有顯示對(duì)特征的限制，而是可以在如由權(quán)利要求1限定的框架內(nèi)以任何希望的方式進(jìn)行修改。尤其是，所述應(yīng)用使得有可能第二執(zhí)行模式不局限于使用簡(jiǎn)單的1階空間不變?yōu)V波器(LSI)。上述解釋使得有可能在空間域中實(shí)施高通和低通濾波器，以便消除大部分均勻運(yùn)動(dòng)缺陷。通過選擇空間常數(shù)xS的其它值，數(shù)字濾波器的理論使得有可能擴(kuò)展所述過程以及組合眾所周知的帶阻或帶通濾波器，以便仍然可更精細(xì)地提取誤差信號(hào)的容許均勻運(yùn)動(dòng)分量。所述設(shè)備及方法也適用于具有若干軸的裝置和機(jī)器以及旋轉(zhuǎn)或任何非線性運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種具有用來檢測(cè)工作異常的裝置的數(shù)控驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其用來檢測(cè)偶然碰撞，包括-至少一個(gè)電動(dòng)機(jī)(14)，其能夠通過傳動(dòng)元件的組件(T)沿著至少一個(gè)路徑來驅(qū)動(dòng)負(fù)載(18)，-測(cè)量位置的第一裝置(15)，其被布置在用于到電動(dòng)機(jī)(14)的傳動(dòng)的所述組件的至少一個(gè)元件的上游，并用來提供第一位置值(xM)，-測(cè)量位置的第二裝置(16)，其被布置在用于到所述負(fù)載(18)的傳動(dòng)的組件的此元件的下游，并用來提供對(duì)應(yīng)于所述路徑上負(fù)載的位置的第二位置值(xR)，-計(jì)算裝置(20)，用于以預(yù)定間隔(h)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于第一與第二位置值的差的誤差信號(hào)(d)，以及-分析裝置，用于分析這些誤差信號(hào)，以便檢測(cè)偶然碰撞，其中分析裝置包括鑒別裝置，所述鑒別裝置被設(shè)計(jì)成分析以預(yù)定間隔獲得的、作為在空間參考幀(d，xR)中通過的路徑(xR)的函數(shù)的所述誤差信號(hào)(d)，其目的是在由偶然碰撞引起的誤差與由至少一個(gè)其它原因引起的誤差之間進(jìn)行鑒別。
2.如權(quán)利要求1中要求的所述設(shè)備，其中所述傳動(dòng)組件(T)具有傳動(dòng)的柔性，其被所述誤差信號(hào)(d)用作與負(fù)載(18)的驅(qū)動(dòng)相關(guān)的測(cè)力計(jì)。
3.如權(quán)利要求1或2中要求的所述設(shè)備，其中所述鑒別裝置包括數(shù)據(jù)的相關(guān)域的至少一個(gè)限制，所述數(shù)據(jù)與沿著路徑在負(fù)載的受限動(dòng)程上的誤差信號(hào)有關(guān)，所述路徑形成至少一個(gè)空間窗(Lx，xs)，其特征是路徑為負(fù)載所通過，這樣設(shè)計(jì)的目的是在由偶然碰撞引起的誤差與由至少一個(gè)其它原因引起的誤差之間進(jìn)行鑒別。
4.如權(quán)利要求1至3中之一要求的所述設(shè)備，其中所述鑒別裝置由適于丟棄均勻運(yùn)動(dòng)(homokinetic)誤差和/或由熱變化引起的誤差的空間濾波裝置組成。
5.如權(quán)利要求4中要求的所述設(shè)備，其中所述濾波裝置包括數(shù)據(jù)的兩個(gè)循環(huán)數(shù)組(44，45)和至少一個(gè)空間矩形窗(D)，所述數(shù)據(jù)一方面與在所述路徑上負(fù)載的動(dòng)程(xR)有關(guān)，另一方面與相應(yīng)于這些動(dòng)程的誤差信號(hào)(d)有關(guān)，所述空間矩形窗(D)包括與所述動(dòng)程(xR)和從所述兩個(gè)循環(huán)數(shù)組提取的所述誤差信號(hào)(d)有關(guān)的最近的數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求5中要求的所述設(shè)備，其中設(shè)計(jì)所述濾波裝置以便-根據(jù)預(yù)定采樣周期(h)將變量對(duì)的采樣記錄在兩個(gè)大小為n的循環(huán)數(shù)組中以便形成記錄數(shù)據(jù)對(duì)xR(k)、d(k)，所述變量與負(fù)載的動(dòng)程(xR)以及這些動(dòng)程關(guān)聯(lián)的誤差信號(hào)(d)有關(guān)，系數(shù)k的下標(biāo)1表示所記錄的最后一個(gè)采樣；-提取最近的連續(xù)采樣的子集D＝{i:1≤i≤imax}，對(duì)于所述子集，負(fù)載(18)在所述路徑上通過的位置的范圍小于或等于與所述矩形窗的空間寬度對(duì)應(yīng)的第一固定和預(yù)定的極限(Lx)，以便Σk|xR(k)-xR(k-1)|≤Lx,∀k∈D]]>這個(gè)連續(xù)采樣(D)的子集形成空間矩形窗，其中負(fù)載的動(dòng)程(xR)作為橫坐標(biāo)，誤差信號(hào)(d)作為縱坐標(biāo)，第一極限(Lx)的值被預(yù)先確定，以便是要丟棄的誤差周期的若干分之一；-檢測(cè)碰撞，所述碰撞定義為超過在子集(D)上誤差信號(hào)(d)的動(dòng)態(tài)范圍的第二預(yù)定極限(Ld，rel)，所述子集(D)是根據(jù)下述運(yùn)算在矩形窗中選擇的Δdmax=maxd(k)k∈D-mind(k)k∈D≥Ld,rel]]>其中max d(k)、min d(k)分別是在子集D中d的最大值、最小值。
7.如權(quán)利要求6中要求的所述設(shè)備，其中將所述第二極限Ld，rel固定為Δdmax的最大值的m％，所述Δdmax是對(duì)于沒有碰撞的負(fù)載的動(dòng)程的情形確定的，所述m有利的是在120與250之間，非常有利的是在140與200之間，并且更可取的是等于150。
8.如權(quán)利要求6或7中要求的所述設(shè)備，其中濾波裝置包括插值裝置，設(shè)計(jì)所述插值裝置以便通過對(duì)于空間矩形窗的所述第一極限(Lx)的插值來獲得誤差信號(hào)(d)的插入值，將這個(gè)第一極限(Lx)和所述插入值存儲(chǔ)為空間矩形窗的最早采樣。
9.如權(quán)利要求4中要求的所述設(shè)備，其中濾波裝置包括至少一個(gè)空間不變線性濾波器，其包括指數(shù)空間窗。
10.如權(quán)利要求9中要求的所述設(shè)備，其中根據(jù)決定容許的均勻運(yùn)動(dòng)缺陷來固定空間不變線性濾波器的空間常數(shù)(xs)。
11.如權(quán)利要求10中要求的所述設(shè)備，其中設(shè)計(jì)濾波裝置，以便-根據(jù)預(yù)定采樣周期記錄變量對(duì)xR(k)、d(k)的采樣，所述變量對(duì)xR(k)、d(k)分別與負(fù)載的動(dòng)程以及關(guān)聯(lián)的誤差信號(hào)有關(guān)，-根據(jù)下述公式在每個(gè)采樣周期計(jì)算信號(hào)ξ(k)ξ(k)＝a1(k)ξ(k-1)+b0(k)d(k)其中ξ(k-1)是誤差信號(hào)的記錄的存儲(chǔ)器，以及其中a1(k)=exp(-ΔxR(k)xS),ΔxR(k)=xR(k)-xR(k-1)]]>b0(k)＝1-a1(k)-根據(jù)公式y(tǒng)(k)＝-ξ(k)+d(k)計(jì)算輸出信號(hào)y(k)，-檢測(cè)碰撞，所述碰撞定義為超過根據(jù)運(yùn)算|y(k)|＞Ld，rel，Isi的預(yù)定極限Ld，rel，Isi。
12.一種檢測(cè)工作異常的方法，用來在數(shù)控驅(qū)動(dòng)設(shè)備上檢測(cè)偶然碰撞，所述數(shù)控驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括-至少一個(gè)電動(dòng)機(jī)(14)，其能夠通過傳動(dòng)元件的組件(T)沿著至少一個(gè)路徑來驅(qū)動(dòng)負(fù)載(18)，-測(cè)量位置的第一裝置(15)，其被布置在用于到電動(dòng)機(jī)(14)的傳動(dòng)的所述組件的至少一個(gè)元件的上游，并用來提供第一位置值(xM)，-測(cè)量位置的第二裝置(16)，其被布置在用于到所述負(fù)載(18)的傳動(dòng)的組件的此元件的下游，并用來提供對(duì)應(yīng)于所述路徑上負(fù)載的位置的第二位置值(xR)，-計(jì)算裝置(20)，用于以預(yù)定間隔產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于第一與第二位置值的差的誤差信號(hào)(d)，以及-分析裝置，用于分析這些誤差信號(hào)，以便檢測(cè)偶然碰撞，其中采用鑒別裝置，以便分析以所述預(yù)定間隔獲得的、作為在空間參考幀(d，xR)中通過的路徑(xR)的函數(shù)的所述誤差信號(hào)(d)，其目的是在由偶然碰撞引起的誤差與由至少一個(gè)其它原因引起的誤差之間進(jìn)行鑒別。
13.如權(quán)利要求12中要求的所述方法，其中通過所述誤差信號(hào)(d)用作與負(fù)載(18)的驅(qū)動(dòng)相關(guān)的測(cè)力計(jì)是通過所述傳動(dòng)組件(T)的傳動(dòng)的柔性來制成的。
14.如權(quán)利要求12或13中要求的所述方法，其中由鑒別裝置通過執(zhí)行數(shù)據(jù)的相關(guān)域的至少一個(gè)限制來分析誤差信號(hào)(d)，所述數(shù)據(jù)與沿著路徑在負(fù)載的受限動(dòng)程上的誤差信號(hào)有關(guān)，所述路徑形成至少一個(gè)空間窗(Lx，xs)，其特征是路徑為負(fù)載所通過，這樣設(shè)計(jì)的目的是在由偶然碰撞引起的誤差與由至少一個(gè)其它原因引起的誤差之間進(jìn)行鑒別。
15.如權(quán)利要求12至14中之一要求的所述方法，其中使用包括空間濾波裝置的鑒別裝置，所述空間濾波裝置適于丟棄均勻運(yùn)動(dòng)誤差和/或由熱變化引起的誤差。
16.如權(quán)利要求15中要求的所述方法，其中由濾波裝置來實(shí)現(xiàn)濾波，所述濾波裝置包括數(shù)據(jù)的兩個(gè)循環(huán)數(shù)組(44，45)和至少一個(gè)空間矩形窗(D)，所述數(shù)據(jù)一方面與在所述路徑上負(fù)載的動(dòng)程(xR)有關(guān)，另一方面與相應(yīng)于這些動(dòng)程的誤差信號(hào)(d)有關(guān)，所述空間矩形窗(D)包括與所述動(dòng)程(xR)和從所述兩個(gè)循環(huán)數(shù)組提取的所述誤差信號(hào)(d)有關(guān)的最近的數(shù)據(jù)。
17.如權(quán)利要求16中要求的所述方法，其在于-根據(jù)預(yù)定采樣周期(h)將變量對(duì)的采樣記錄在兩個(gè)大小為n的循環(huán)數(shù)組中以便形成記錄數(shù)據(jù)對(duì)(xR(k)、d(k))，所述變量對(duì)與負(fù)載的動(dòng)程(xR)以及這些動(dòng)程關(guān)聯(lián)的誤差信號(hào)(d)有關(guān)，系數(shù)k的下標(biāo)1表示所記錄的最后一個(gè)采樣；-提取最近的連續(xù)采樣的子集D＝{i:1≤i≤imax}，對(duì)于所述子集，由負(fù)載(18)在所述路徑上通過的位置的范圍小于或等于與所述矩形窗的空間寬度對(duì)應(yīng)的第一固定和預(yù)定的極限(Lx)，以便Σk|xR(k)-xR(k-1)|≤Lx,∀k∈D]]>這個(gè)連續(xù)采樣的子集(D)形成空間矩形窗，其中負(fù)載的動(dòng)程(xR)作為橫坐標(biāo)，誤差信號(hào)(d)作為縱坐標(biāo)，第一極限(Lx)的值被預(yù)先確定，以便是要丟棄的誤差周期的若干分之一；-檢測(cè)碰撞，所述碰撞定義為超過在子集(D)上誤差信號(hào)(d)的動(dòng)態(tài)范圍的第二預(yù)定極限(Ld，rel)，所述子集(D)是根據(jù)下述運(yùn)算在矩形窗中選擇的Δdmax=maxd(k)k∈D-mind(k)k∈D≥Ld,rel]]>其中maxk∈Dd(k)、mink∈Dd(k)分別是在子集D中d的最大值、最小值。
18.如權(quán)利要求17中要求的所述方法，其中將所述第二極限Ld，rel固定為Δdmax的最大值的m％，所述Δdmax是對(duì)于沒有碰撞的負(fù)載的動(dòng)程的情形確定的，所述m有利的是在120與250之間，非常有利的是在140與200之間，并且更可取的是等于150。
19.如權(quán)利要求17或18中要求的所述方法，其中采用插值裝置以便對(duì)于空間矩形窗的所述第一極限(Lx)計(jì)算誤差信號(hào)(d)的插入值，這個(gè)第一極限(Lx)和所述插入值被存儲(chǔ)為最早采樣，并且它們距空間矩形窗最遠(yuǎn)。
20.如權(quán)利要求15中要求的所述方法，其中由濾波裝置來實(shí)現(xiàn)濾波，所述濾波裝置包括至少一個(gè)空間不變線性濾波器，其包括指數(shù)空間窗。
21.如權(quán)利要求20中要求的所述方法，其中根據(jù)決定容許的均勻運(yùn)動(dòng)缺陷來固定空間不變線性濾波器的空間常數(shù)(xs)。
22.如權(quán)利要求21中要求的所述方法，其中組合兩個(gè)或多個(gè)高通、低通、帶阻或帶通濾波器，對(duì)于其中的每一個(gè)選擇不同的空間常數(shù)值，以便精確地提取誤差信號(hào)(d)的容許均勻運(yùn)動(dòng)分量。
23.如權(quán)利要求21中要求的所述方法，其在于-根據(jù)預(yù)定采樣周期記錄變量對(duì)(xR(k)、d(k))的采樣，所述變量對(duì)(xR(k)、d(k))分別與負(fù)載的動(dòng)程以及關(guān)聯(lián)的誤差信號(hào)有關(guān)，-根據(jù)下述公式在每個(gè)采樣周期計(jì)算信號(hào)ξ(k)ξ(k)＝a1(k)ξ(k-1)+b0(k)d(k)其中ξ(k-1)是誤差信號(hào)的記錄的存儲(chǔ)器，以及其中a1(k)=exp(-|ΔxR(k)|xS),ΔxR(k)=xR(k)-xR(k-1)]]>b0(k)＝1-a1(k)-根據(jù)公式y(tǒng)(k)＝-ξ(k)+d(k)計(jì)算輸出信號(hào)y(k)，以及-檢測(cè)碰撞，所述碰撞定義為超過根據(jù)運(yùn)算|y(k)|＞Ld，rel，Isi的預(yù)定極限Ld，rel，Isi。
全文摘要
用于負(fù)載(18a)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括用于檢測(cè)偶然碰撞的裝置，其具有電動(dòng)機(jī)(14a)、被分別布置在傳動(dòng)組件(12a)的上游、下游以提供第一和第二位置值的第一、第二位置傳感器(15a，16a)。計(jì)算單元(20)使得有可能計(jì)算對(duì)應(yīng)于這些位置值之差的誤差信號(hào)(d)。設(shè)計(jì)鑒別裝置，以便分析作為負(fù)載在空間參考幀(x
文檔編號(hào)G05B19/4061GK1690898SQ200510067058
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2005年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月27日
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