DE102006022595B3

DE102006022595B3 - Verfahren zum Überprüfen des Getriebeloses und Produktionsmaschine oder Roboter

Info

Publication number: DE102006022595B3
Application number: DE102006022595A
Authority: DE
Inventors: Hubert Dr. Bellm; Peter Dr. Krüger
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2006-05-15
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2026-05-16
Also published as: JP2009537800A; JP4937343B2; US7905138B2; WO2007131819A1; US20090165570A1

Abstract

Zur Ermittlung des Getriebeloses in einer Anordnung, in der ein Motor (Antriebselement) (10) über ein Getriebe (13) eine Last (14) bewegt, wird ein in üblichen Produktionsmaschinen ohnehin vorhandener Geber (12) eingesetzt, der eine Winkelstellung oder translatorische Stellung des Antriebselements (10) oder eine Ableitung dieser Größe messen kann. Mithilfe des Gebers (12) wird der Einfluss des Getriebeloses auf die Ist-Stellung des Antriebselements (10) gemessen, die von der Soll-Stellung, die durch die auf den Antrieb (10) wirkenden Kräfte bzw. Drehmomente definiert ist, verschieden ist. Auf Grund einer Frequenzanalyse können Größen abgeleitet werden, die die Verwendung von Schwellwertkriterien erlauben. Beispielsweise wird der Antrieb (10) mit einem periodischen Signal angetrieben, das in der Nähe der so genannten Tilgerfrequenz liegt, d.h. einer Frequenz, bei der die Tilgung durch das Getriebe (13) am größten ist.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen des Getriebeloses in einer Anordnung (wie etwa einer Produktionsmaschine, zum Beispiel einer Werkzeugmaschine), in der ein Motor über ein Getriebe eine Last bewegt, wobei an einem ebselement des Motors ein Geber angeordnet ist. Sie betrifft auch eine Produktionsmaschine, insbesondere Werkzeugmaschine, mit einem Motor, der ein ebselement umfasst, an dem ein Geber eine Winkelstellung oder translatorische Stellung des ebselements und/oder eine davon abgeleitete Größe ermittelt, und mit einem Getriebe, über das der Motor eine Kraft auf eine Last überträgt.
Der Begriff "Getriebelose" bezeichnet das Spiel des Getriebes. Als Getriebe kann ein Zahnriemen verwendet sein, das Getriebe kann jedoch auch Zahnräder umfassen. Üblicherweise wird durch Verschleiß das Getriebelose immer größer, wenn die Anordnung (Produktionsmaschine) betrieben wird. Wird das Getriebelose zu groß, so wird die Funktion der Maschine beeinträchtigt. Im Stand der Technik wird das Getriebelose entweder durch Bereitstellen von speziellen Sensoren überwacht. Hierbei wird zusätzlich zu dem Geber an dem ebselement ein zweiter Geber bereitgestellt (z.B. Drehgeber), der die Winkelstellung oder Position der Last hinter dem Getriebe erfasst. Das Getriebelose wird dann durch Differenzbildung zwischen den beiden Gebern direkt gemessen. Ein zweiter Geber ist in der Regel teuer.
Meistens wird das Getriebelose unter manueller Kontrolle in regelmäßigen Prüfintervallen mithilfe von Messgeräten überprüft. Bei Zahnriemen wird beispielsweise akustisch die Riemenspannung gemessen. Wird die Spannung zu klein und damit das Getriebelose zu groß, wird der Zahnriemen ausgetauscht.
Die Verwendung der zusätzlichen Sensoren ist aufwendig und teuer. Im Vergleich zur manuellen Überprüfung des Getriebeloses soll insbesondere gewährleistet sein, dass einerseits zuverlässig ein zu großes Getriebelose erkannt wird, andererseits nicht zu früh eine Wartung stattfinden muss. Es geht also darum, einen optimalen Zeitpunkt zur Wartung und vorzugsweise zum Austausch von Getriebeteilen zu finden.
Aus der DE 600 00 037 T2 ist eine Produktionsmaschine bzw. Robster bekannt, mit einem Motor, der ein Antriebselement umfasst, an dem ein Geber eine Winkelstellung des Antriebselements ermittelt. Weiterhin ist ein Getriebe offenbart, über das der Motor eine Kraft auf eine Last überträgt. Der Motor kann dabei einen Betriebszustand und einen Testzustand einnehmen, wobei der Motor im Testzustand Teststeuersignale empfängt und verarbeitet. Eine Auswerteeinheit wertet Messsignale des Gebers in Abhängig von den Teststeuersignalen aus.
Die WO 2004 034 010 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufzeichnung und Auswertung von Messdaten einer Getriebeprüf- bzw. Messvorrichtung. Dabei ist ein Drehgeber jeweils an der Antriebs- und Abtriebswelle des Getriebes zum Erfassen der Winkelstellung angeordnet. Aus einer Differenz einer Vor- und Rücklaufmessung kann dann das Zahnflankenspiel berechnet werden.
In der DE 43 16 817 A1 wird ein Verfahren zur Betriebsüberwachung des dynamischen Belastungs- und/oder Verschleißzustandes eines Getriebes offenbart. Dazu werden Drehwinkeldifferenzen zwischen An- und Abtriebswelle zusammen mit zugehörigen Getriebe-Lastzuständen gemessen und mit entsprechenden Sollwerten verglichen. Aus dem Vergleichsergebnis wird dann eine Steuerkorrektur zum Ausgleich getriebeverschleißbedingter Übersetzungsfehler ermittelt.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Überprüfen des Getriebeloses bereitzustellen, das besonders effi zient ist. Eine Produktionsmaschine der genannten Gattung soll entsprechend weitergebildet werden.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und eine Produktionsmaschine mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 9 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst somit die Schritte:

a) Beaufschlagen des Motors in einem Grundzustand der Anordnung mit einem Teststeuersignal (der Grundzustand entspricht vorzugsweise einem Zustand minimalen Getriebeloses zu Beginn des Betriebs der Maschine, z.B. nach einer Justierung des Getriebes; das Teststeuersignal kann im Wesentlichen quasi beliebige Formen haben),
b) Messen einer Winkelstellung oder einer translatorischen Stellung des Antriebselements (je nachdem, ob es sich um eine Rotation oder eine translatorische Bewegung des Antriebselements handelt) und/oder der ersten und/oder der zweiten Ableitung der Stellung mit dem Geber als Messgröße in Antwort auf das Teststeuersignal,
c) Ermitteln der Amplitude und/oder der Phase und/oder einer sonstigen Größe aus der Messgröße für zumindest eine in dem Teststeuersignal als Fourierkomponente enthaltene erste Frequenz,
d) Beaufschlagen des Motors zu einem Prüfzeitpunkt nach Betreiben der Anordnung (d.h. wenn mit einem Verschleiß und somit einem großen Getriebelose zu rechnen ist) mit einem Teststeuersignal (das abermals quasi beliebig ausgebildet sein kann),
e) Messen einer Winkelstellung oder einer translatorischen Stellung des Antriebselements und/oder der ersten und/oder der zweiten Ableitung der Stellung mit dem Geber als Messgröße in Antwort auf das Teststeuersignal,
f) Ermitteln der Amplitude und/oder Phase und/oder einer sonstigen Größe aus der Messgröße für die erste Frequenz und/oder zumindest eine bei Schritt d) in dem Teststeuersignal als Fourierkomponente enthaltene zweite Frequenz,
g) Vergleichen der in den Schritten c) und f) erhaltenen Amplituden, Phasen oder sonstigen Größen miteinander und Feststellen auf Grund eines vorbestimmten Kriteriums, ob zum Prüfzeitpunkt das Getriebelose derart von dem Getriebelose im Grundzustand abweicht, dass eine Wartung erforderlich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass sich das Getriebelose auf die Bewegung des Antriebselements auswirkt. Auf das Antriebselement wirken die Kräfte/Momente des Motors, z.B. magnetische Kräfte sowie die äußeren Kräfte der Last, die vermittels des Getriebes auf das Antriebselement zurückwirken. Die Bewegung des Antriebselements ergibt sich somit in Folge der Summe aller Kräfte. In bestimmten Frequenzbereichen wirken die Kräfte der Last so auf das Antriebselement zurück, dass die Bewegung des Antriebselements stark gedämpft wird. In diesem Fall wirkt die Last in Zusammenhang mit dem Getriebe als Tilger. Die Tilgung wird umso kleiner, je größer das Getriebelose wird. Wählt man die Art der Analyse, zum Beispiel die Frequenzen, geeignet, so gibt es bei diesen Frequenzen große Unterschiede in Amplituden und Phasen der Fourierkomponenten im Ist-Signal bei vorgegebenem Soll-Signal (durch das Teststeuersignal). Es muss nicht ein numerischer Wert für das Getriebelose ermittelt werden, sondern vielmehr muss lediglich ermittelt werden, ob das Getriebelose derart die Reaktion des Antriebselements auf das Getriebe, d.h. die Tilgung, beeinflusst, dass eine Wartung des Getriebes erforderlich ist. Aus diesem Grund sind verschiedene Arten von Teststeuersignalen möglich, und auch beim Ermitteln von Messgrößen und Ableiten von weiteren Größen aus diesen Messgrößen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten.
Die Schritte a) bis g) können prozessintermittierend oder auch prozessbegleitend durchgeführt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält das in Schritt a) verwendete Teststeuersignal dieselben Fourier-Frequenzkomponenten wie das in Schritt d) verwendete Teststeuersignal, bevorzugt mit gleichen Anteilsgewichten für die einzelnen Frequenzkomponenten.
Im einfachsten Fall ist das Teststeuersignal ein periodisches Signal, das zusätzlich einen kontinuierlichen Anteil umfassen kann. Die Tilgung kann sich nun so auswirken, dass die Amplitude bei dieser Frequenz durch das Getriebelose erhöht oder erniedrigt wird. Entsprechend diesen beiden Möglichkeiten kann eine Frequenz ausgewählt werden und ein Kriterium so definiert werden, dass das Verhältnis der beiden Amplituden (Prüfzustand gegen Grundzustand) einen Schwellwert unterschreitet oder überschreitet.
In diesem Fall kann Schritt g) durch die Verwendung des Schwellwertkriteriums somit besonders einfach ausgestaltet sein.
Bei einer Erweiterung werden zwei periodische Signale mit zwei definierten Frequenzen verwendet, es wird das Verhältnis der Amplituden als sonstige Größe ermittelt, und diese Verhältnisse können dann im Schritt g) miteinander verglichen werden. Bevorzugt aber wird das zum Prüfzeitpunkt ermittelte Verhältnis mit einem Schwellwert verglichen. Sind die beiden Frequenzen so gewählt, dass es bei der einen Frequenz zu einer Amplitudenerhöhung und bei der anderen Frequenz zu einer Amplitudenerniedrigung bei steigendem Getriebelose kommt, so verstärkt sich mathematisch dieser Effekt bei der Bildung einer Verhältnisgröße und wird dadurch deutlicher.
Das Teststeuersignal kann auch eine Vielzahl von Fourierkomponenten für Frequenzanteile zwischen einer unteren und einer oberen Frequenz umfassen, d. h. ein ganzes Frequenzband umfassen. Entsprechend können dann in den Schritten c) und f) Amplitude und Phase für eine ganze Vielzahl von Frequenzen ermittelt werden. Man erhält dann Messkurven, und im Schritt g) kann eine Kurvenauswertung erfolgen. Beispielsweise ist der Kurve zu entnehmen, wo die so genannte Tilgerfrequenz sitzt, d.h. bei welcher Frequenz die Tilgung am stärksten ist. Die zuvor genannten Beispiele, bei denen einzelne Frequenzen ausgewählt wurden, implizieren, dass ungefähr der Sitz der Tilgerfrequenz bekannt ist. Die nunmehr genannte Ausführungsform, bei der eingangs das Frequenzband verwendet wird, hilft hingegen bei der Suche nach der Tilgerfrequenz.
Das Teststeuersignal kann auch ein Rauschsignal sein. Mit anderen Worten muss der zeitliche Verlauf des Teststeuersignals nicht festgelegt sein.
Die erfindungsgemäße Produktionsmaschine (wobei unter den Begriff der Produktionsmaschine vorliegend auch eine Werkzeugmaschine fallen soll) oder der Roboter ist dadurch gekennzeichnet, dass der Motor einen Betriebszustand und einen Testzustand einnehmen kann. (Man könnte diese Zustände auch im Hinblick auf eine Motorsteuerung und nicht auf den Motor selbst definieren.) Der Motor empfängt im Testzustand Teststeuersignale und verarbeitet diese. Ferner gilt für den Testzustand, dass eine Auswerteeinheit Messsignale des Gebers in Abhängigkeit von den Teststeuersignalen auswertet.
Erfindungsgemäß wird der Motor also nicht durchgehend betrieben (oder ist ausgeschaltet), sondern wird in Betriebspausen oder prozessparallel selbsttätig geprüft.
Bevorzugt ist der Motor dazu ausgelegt, zum Überprüfen des Getriebeloses in regelmäßigen zeitlichen Abständen den Testzustand einzunehmen. Die Auswerteeinheit ermittelt dann im Testzustand auf Grund eines vorgegebenen Kriteriums jeweils, ob eine Wartung des Getriebes erforderlich ist. Sie gibt im Falle, dass eine Wartung erforderlich ist, ein Warnsignal ab.
Durch diese Ausführungsform ist ein Eingreifen durch einen Bediener nicht mehr erforderlich. Die Motorsteuerung leitet den Testzustand selbsttätig ein. Dadurch, dass diese Art der Prüfung wesentlich einfacher ist, als wenn eine menschliche Bedienperson die Prüfung von Hand durchführen muss, kann die Prüfung wesentlich öfter stattfinden. Dadurch wird vermieden, dass eine Wartung zu häufig erfolgt oder genau andersherum zu spät erfolgt.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der:
1 schematisch den Grundaufbau einer Anordnung zeigt, bei der die Erfindung eingesetzt wird,
2 ein physikalisches Modell des Grundaufbaus veranschaulicht,
3A bis 3C Frequenzgänge von Amplitude und Phase bei einer Anordnung gemäß 1 bzw. 2 veranschaulichen, die im Rahmen der Erfindung aufgenommen wurden,
4A ein Teststeuersignal, wie es bei der Erfindung eingesetzt wird, veranschaulicht und
4B und 4C Antwortsignale auf das Teststeuersignal für zwei unterschiedliche Situationen veranschaulichen.
Eine Anordnung, die bei der Erfindung eingesetzt wird, umfasst einen Motor (Antrieb) mit einem Antriebselement 10 (z.B. einer Motorwelle), an dem ein Geber 12 die Stellung des Antriebselements misst. Im gezeigten Beispiel handelt es sich um eine rotatorische Stellung, d.h. um die Winkelstellung des Antriebselements 10, so dass der Geber 12 ein inkrementeller Drehgeber sein kann. Das Antriebselement 10 übt über ein Ge triebe 13, das ein Zahnriemen sein kann oder Zahnräder umfassen kann, eine Kraft auf eine Last 14 aus. Handelt es sich bei der Anordnung aus 1 um eine Produktionsmaschine, so ist die Last beispielsweise ein Siegelbacken, ein Kugelgewindetrieb oder ein Roboterarm.
Physikalisch gesehen lässt sich ein Modell erstellen, das in 2 dargestellt ist. Das Antriebselement 10 hat die Masse M_antr. Auf diese Masse wirkt die Kraft F_antr ein (bei translatorischer Bewegung) bzw. ein Drehmoment M_antr (bei rotatorischer Bewegung). Die Masse m_antr verändert ihre Stellung X_antr, wobei X_antr entweder eine translatorische Stellung symbolisiert oder einen Winkel. (Korrekt formuliert wird im rotatorischen Fall statt der Masse ein Massenträgheitsmoment J definiert.)
Die Last hat eine Masse m_Last, auf die die Kräfte F_prozess (Prozesskraft) und die Reibung F_reib einwirken. Bei rotatorischer Bewegung wirkt ein entsprechendes Drehmoment. Unabhängig davon, ob es sich um eine translatorische oder rotatorische Bewegung handelt, wird die Veränderung der Stellung der Last 14 vermittels der Stellungsgröße x_Last beschrieben.
Die Massen m_antr vom Antriebselement 10 und m_Last der Last 14 sind ja über das Getriebe miteinander verbunden, das einerseits eine Federkraft mit der Federkonstanten k ausübt und andererseits eine Dämpfung mit der Dämpfungskonstante d ausübt.
Das Getriebe 13 bewirkt somit, dass nicht direkt die Größe F_antr und M_antr auf die Last übertragen wird. Vielmehr kommt es in dem Getriebe, zum Beispiel in dem Zahnriemen 12, zu Schwingungsvorgängen auf Grund der Federkonstanten k, welche mit der Dämpfungskonstante d abgedämpft sind. Dieses System stellt (bezogen auf die Motorwelle) einen Tilger dar. Hierbei wirkt sich die Bewegung der Last 14 vermittels des Getriebes 13 derart auf das Antriebselement 10 aus, dass dieses nicht direkt seiner Antriebskraft F_antr bzw. seinem Antriebsmoment M_antr folgt. Damit weicht x_antr im Ist-Verhalten von dem Soll-Verhalten ab.
In den 3A bis 3C sind Messungen des Frequenzverhaltens für drei unterschiedliche Einstellungen des Getriebeloses dargestellt. Der hierbei verwendete Messaufbau soll nicht ausführlich erläutert werden. Es genügt als Information, dass der Messaufbau es vermittels einer Schraube erlaubte, das Getriebelose zu variieren. Die unter den 3A bis 3C angegebenen Millimeterangaben beziehen sich auf eine Stellung der Schraube. Zur Interpretation genügt es, dass 3A den Zustand veranschaulicht, in dem quasi kein Getriebelose vorhanden ist, 3B den Zustand mit mittlerem Getriebelose veranschaulicht und 3C den Zustand mit relativ großem Getriebelose veranschaulicht.
Verwendet wurde ein rotatorisches System. Die Amplituden-Frequenzgänge (jeweils obere Kurve in den 3A bis 3C) zeigen in logarithmischer Darstellung das Verhältnis vom Drehzahlistwert des Antriebs 10 bezogen auf den Drehmomentsollwert (der im Wesentlichen proportional zur Beschleunigung ist), der auf das Antriebselement 10 wirkt.
Für die vorliegenden Zwecke genügt es, zu verstehen, dass ein Istwert mit einem Sollwert verglichen wird. In den Istwerten wirkt sich die Tilgung aus, und zwar bewirkt die Tilgung eine starke Verringerung des resultierenden Drehzahlistwerts des Antriebs bezogen auf den Drehmomentsollwert in einem Frequenzbereich in der Nähe der Tilgerfrequenz, was sich in den oberen Kurven in den 3A bis 3C in einer nach unten weisenden Spitze auswirkt. Unter den Amplituden-Frequenzgängen in den 3A bis 3C ist jeweils die Phase gezeigt. Im Bereich der Tilgung der Frequenz hebt sich die Phase von –90° auf +90°.
Aus Amplituden-Frequenzgängen bzw. Phasendarstellungen nach Art der 3A bis 3C kann somit in Abhängigkeit von dem Ver stellweg der Schraube, der ein Man für das Getriebelose ist, die Tilgerfrequenz abgeleitet werden.
Die ermittelte Tilgerfrequenz ist in Abhängigkeit vom Verstellweg in der Tabelle 1 dargestellt.

Verstellweg [mm] Tilgerfrequenz [Hz]

0,0 103

0,5 102

0,67 101

0,84 90

0,92 73

1,0 60
Wie aus der Tabelle leicht zu erkennen ist, variiert die Tilgerfrequenz zu Beginn nur gering. Bei einem Verstellweg von oberhalb 0,67 verringert sich die Tilgerfrequenz rapide.
Grundsätzlich kann aus Kurven der in den 3A bis 3C gezeigten Art, und sowohl aus dem Amplituden-Frequenzgang als auch aus der Phasendarstellung, genügend Information abgeleitet werden, um zu ermitteln, ob das Getriebelose zu groß ist. Aus dem starken Sinken der Tilgerfrequenz im Bereich zwischen 0,67 und 0,84 in Tabelle 1 kann abgeleitet werden, dass genau zwischen diesen Größen des Verstellweges eine rapide Verschlechterung des Antriebs stattfindet und das Getriebe auszutauschen oder nachzustellen ist. (Bei der Verwendung des hier nicht weiter erläuterten Messaufbaus gilt dies naturgemäß nicht, weil das Getriebelose künstlich erzeugt ist. Bei realen Systemen kann man anhand der Veränderung in der Tilgerfrequenz deutlich erkennen, dass das Getriebelose zu stark wird.) Grundsätzlich muss nicht ein gesamtes Spektrum durchanalysiert werden, wie dies für die 3A bis 3C erfolgt ist.
Es ist vielmehr möglich, maßgeschneidert eine bestimmte Frequenz zur Anregung des Systems auszuwählen. 4A zeigt ein Teststeuersignal, mit dem das Antriebselement 10 beaufschlagt wird, das rein periodisch ist, mit einer Anregungsfrequenz f_anreg und somit mit einer Periode T_anreg 1/f_anreg. Für f_anreg wurde die Tilgerfrequenz des Systems bei gespanntem Zahnriemen mit wenig Getriebelose gewählt.
Im Falle, dass der Zahnriemen 12 gespannt ist und dass das Getriebelose gering ist, erhält man bei einer Messung der Größe x_antr mithilfe des Gebers 12 die in 4B dargestellte Kurve. Das Antwortsignal ist naturgemäß ebenfalls periodisch mit derselben Periode T_anreg und hat eine relativ gesehen schwache Amplitude.
Hat man viel Getriebelose, d. h. einen lockeren Zahnriemen 12, so erhält man bei der Messung von x_antr mit dem Geber 12 eine Kurve, wie sie in 4C gezeigt ist. (Hierbei ist von gleichen Maßstäben für die y-Achse im Vergleich zu 4B ausgegangen, die aber vorliegend in willkürlichen Einheiten anzugeben sind.)
Die Amplitude in der Fourierkomponente f_anreg ist somit vergrößert, wenn man viel Getriebelose hat, im Vergleich zum Fall, dass man wenig Getriebelose hat. Diese Amplitude allein genügt somit als Kriterium dafür, zu bestimmen, ob das Getriebelose zu stark ist oder nicht.
Im Regelfall wird man einen Verhältniswert zwischen der Amplitude der Schwingung bei der Kurve aus 4C im Vergleich zur 4B bilden. Überschreitet dieser einen Schwellwert (der in Abhängigkeit von der Lage f_anreg im Verhältnis zur Tilgerfrequenz im Grundzustand zu definieren ist), so lässt sich mithilfe eines Schwellwertkriteriums festlegen, wann eine Wartung erfolgen soll und wann nicht.
Das anhand der 4A bis 4C erläuterte Beispiel gilt nur für eine bestimmte Frequenz. Es gibt auch Frequenzen, bei denen die Amplitude sich durch Anwachsen des Getriebeloses verrin gert. Auch dann können Verhältniswerte definiert werden und Schwellwertkriterien angewendet werden.
Der in den 4A bis 4C dargestellte Fall bezieht sich auf eine Anregungsfrequenz f_anreg, die kleiner als die Tilgerfrequenz ist. Der umgekehrte Fall tritt somit ein, wenn die Frequenz f_anreg größer als die Tilgerfrequenz ist.
So kann man beispielsweise folgende Werte erhalten: Bei einer Messung mit der Testfrequenz 80 Hz erhält man bei gespanntem Zahnriemen die Amplitude 100 (willkürliche Einheit) und bei gelockertem Zahnriemen die Amplitude 80. Bei einer Testfrequenz von 110 Hz erhält man bei gespanntem Zahnriemen die Amplitude 200 und bei gelockertem Zahnriemen die Amplitude 240. Da bei der Frequenz von 80 Hz die Amplitude durch das Lockern des Zahnriemens sinkt und bei der Frequenz von 110 Hz die Amplitude durch das Lockern des Zahnriemens steigt, kann man ein Amplitudenverhältnis definieren, beispielsweise die Amplitude bei 80 Hz im Vergleich zur Amplitude bei 110 Hz. Bei den oben genannten Beispielsgrößen beträgt das Amplitudenverhältnis bei gespanntem Zahnriemen somit 0,5 und bei gelockertem Zahnriemen 0,33. Im Zahlenwert wirkt sich somit die Änderung stärker aus als bei den Einzelwerten, so dass das Amplitudenverhältnis eine besonders geeignete Größe ist.
Das Teststeuersignal muss nicht notwendigerweise eine einzige Frequenzkomponente beinhalten oder deren zwei. Vielmehr ist möglich, auch mithilfe von Rauschsignalen den Motor bzw. das Antriebselement 10 zu beaufschlagen. Die Analyse der durch den Geber 12 ermittelten Messwerte ist dann zwar nicht ganz so einfach, Kurven nach Art der in den 3A bis 3C gezeigten Kurven sind jedoch auch ableitbar.

Claims

Verfahren zum Überprüfen des Getriebeloses in einer Anordnung, in der ein Motor über ein Getriebe (13) eine Last (14) bewegt, wobei an einem Antriebselement (10) des Motors ein Geber (12) angeordnet ist, mit den Schritten: a) Beaufschlagen des Motors in einem Grundzustand der Anordnung mit einem Teststeuersignal, b) Messen einer Winkelstellung oder einer translatorischen Stellung des Antriebselements und/oder der ersten und/oder der zweiten Ableitung der Stellung mit dem Geber (12) als Messgröße in Antwort auf das Teststeuersignal, c) Ermitteln der Amplitude und/oder Phase und/oder einer sonstigen Größe aus der Messgröße für zumindest eine in dem Teststeuersignal als Fourierkomponente enthaltene erste Frequenz, d) Beaufschlagen des Motors zu einem Prüfzeitpunkt nach Betreiben der Anordnung mit einem Teststeuersignal, Messen einer Winkelstellung oder einer translatorischen Stellung des Antriebselements (10) und/oder der ersten und/oder der zweiten Ableitung der Stellung mit dem Geber als Messgröße in Antwort auf das Teststeuersignal, f) Ermitteln der Amplitude und/oder Phase und/oder einer sonstigen Größe aus der Messgröße für die erste Frequenz und/oder für zumindest eine bei Schritt d) in dem Teststeuersignal als Fourierkomponente enthaltene zweite Frequenz, g) Vergleichen der in den Schritten c) und f) erhaltenen Amplituden, Phasen oder sonstigen Größen miteinander und Feststellen auf Grund eines vorbestimmten Kriteriums, ob zum Prüfzeitpunkt das Getriebelose derart von dem Getriebelose im Grundzustand abweicht, dass eine Wartung des Getriebes (13) erforderlich ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt d) verwendete Teststeuersignal zumindest einen Teil derselben Fourier-Frequenzkomponenten aufweist wie das in Schritt a) verwendete Teststeuersignal oder Fourier-Frequenzkomponenten, deren Frequenzbetrag nicht mehr als 10 % von den Komponenten in dem in Schritt a) verwendeten Teststeuersignal abweicht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Teststeuersignal ein periodisches Signal mit definierter Frequenz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz so gewählt ist, dass eine in Schritt c) ermittelte Amplitude in der Messgröße aus Schritt b) bei dieser Frequenz kleiner ist als eine in Schritt f) ermittelte Amplitude in der Messgröße aus Schritt e) bei dieser Frequenz, und dass das vorbestimmte Kriterium in Schritt g) umfasst, dass das Verhältnis der beiden Amplituden zueinander einen Schwellwert unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz so gewählt ist, dass eine in Schritt c) ermittelte Amplitude in der Messgröße aus Schritt b) bei dieser Frequenz größer ist als eine in Schritt f) ermittelte Amplitude in der Messgröße aus Schritt e) bei dieser Frequenz, und dass das vorbestimmte Kriterium in Schritt g) umfasst, dass das Verhältnis der beiden Amplituden zueinander einen Schwellwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Teststeuersignal zwei periodische Signale mit zwei definierten Frequenzen umfasst, dass in Schritt c) und f) als sonstige Größe das Verhältnis der Amplituden in der jeweiligen Messgröße ermittelt wird, und dass in Schritt g) die errechneten Verhältnisse miteinander oder mit einem Schwellwert verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Teststeuersignal eine Vielzahl von Fourierkomponenten für Frequenzanteile zwischen einer unteren und einer oberen Frequenz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Teststeuersignal ein Rauschsignal ist.
Produktionsmaschine oder Roboter mit einer Steuerung und einer Auswerteeinrichtung, die eingerichtet sind zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und weiterhin mit einem Motor, der ein Antriebselement (10) umfasst, an dem ein Geber (12) eine Winkelstellung oder translatorische Stellung des Antriebselements (10) und/oder eine davon abgeleitete Größe ermittelt, und mit einem Getriebe (13), über das der Motor eine Kraft auf eine Last (14) überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor einen Betriebszustand und einen Testzustand einnehmen kann, wobei der Motor im Testzustand Teststeuersignale empfängt und verarbeitet, und wobei die Auswerteeinheit Messsignale des Gebers in Abhängigkeit von den Teststeuersignalen auswertet.
Produktionsmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor dazu ausgelegt ist, zum Überprüfen des Getriebeloses in Prüfintervallen selbsttätig den Testzustand einzunehmen, wobei die Auswerteeinheit im Testzustand auf Grund eines vorgegebenen Kriteriums jeweils ermittelt, ob eine Wartung des Getriebes erforderlich ist, und im Falle, dass eine Wartung erforderlich ist, ein Warnsignal abgibt.