ES2962933T3 - Procedimiento para la corrección de una señal de medición dependiente del tiempo de una unidad de motor-engranaje, así como procedimiento para detectar desgaste y/o un deterioro de la misma mediante este procedimiento de corrección - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para corregir una señal de medición (M) dependiente del tiempo generada mediante un motor eléctrico (1.1) acoplado a una transmisión (1.2) en el lado de salida con respecto a la influencia de una carga de salida variable y una velocidad variable, realizando los siguientes pasos del método: a) captar uno de un par de la unidad motor-reductor (1), que cambia con el tiempo (M), generar una señal útil corregida por carga (N2) dividiendo la señal útil libre de CC (N1) a intervalos mediante los valores efectivos específicos del intervalo, e) determinación en el tiempo de la frecuencia de rotación (f) del motor (1) a partir de la señal de medición (M), f) escalado de la carga -señal útil corregida (N2 a la frecuencia de rotación promedio para generar una señal de medición corregida (Mcorr), y g) uso de la señal de medición corregida para detectar errores en el conjunto motor-reductor. La invención se refiere además a un método para detectar desgaste y/o daño del mismo mediante el método de corrección. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para la corrección de una señal de medición dependiente del tiempo de una unidad de motor-engranaje, así como procedimiento para detectar desgaste y/o un deterioro de la misma mediante este procedimiento de corrección

La invención se refiere a un procedimiento para la corrección de una señal de medición dependiente del tiempo que se genera por medio de un motor, en particular motor eléctrico, acoplado en el lado del accionamiento con un engranaje. La corrección tiene lugar con vistas a la influencia de una carga de salida variable y a un régimen de revoluciones variable en la señal de medición dependiente del tiempo para poder comparar por ello señales de medición de tales estados de funcionamiento diferentes. La invención se refiere además a un procedimiento para detectar desgaste y/o un deterioro de una unidad de motor-engranaje con un motor eléctrico y un engranaje acoplado con el mismo en el lado de salida por medio del procedimiento de corrección.

Los accionamientos electromecánicos que están construidos a partir de un motor eléctrico y un engranaje en el lado de salida experimentan un aumento en importancia, en particular, como componente de unidades mayores como, por ejemplo, vehículos o instalaciones de producción.

Para tales aplicaciones es deseable un funcionamiento con el menor número de fallos posible. Los daños mecánicos en tales accionamientos electromecánicos llevan a averías y a costes de reparación no deseados. Para evitar tales desventajas, por ejemplo, deben detectarse antes de tiempo daños en componentes en tales accionamientos electromecánicos tomando como base una supervisión de estado dependiente del tiempo.

Dicho procedimiento se conoce, por ejemplo, por el documento DE 102016222660 A1 en el que para detectar daños y/o desgaste en partes de movimiento en traslación de un accionamiento electromecánico se realizan las siguientes etapas de procedimiento:

- medir la corriente eléctrica alimentada al accionamiento eléctrico,

- realizar un análisis de tiempo-frecuencia,

- medir la corriente eléctrica alimentada al accionamiento eléctrico, comparar el espectro de frecuencia averiguado a partir del análisis de tiempo-frecuencia de la corriente eléctrica medida con un espectro de frecuencia especificado, y

- activar una señal de error cuando desde la comparación de ambos espectros de frecuencia se constata una desviación de una magnitud especificada.

Por lo demás, el documento US 4965513 A describe un procedimiento para supervisar los estados de funcionamiento de una válvula accionada eléctricamente al realizarse un análisis de la corriente de motor. Para ello se aplican distintos métodos para el análisis de frecuencia en la corriente de motor para crear una firma de ruido de la corriente de motor mediante la cual deben poder detectarse desgaste y estados de funcionamiento anormales. Mediante la firma de ruido deben poder constatarse diferentes estados de funcionamiento característicos de la válvula accionada eléctricamente, en particular, debe poder detectarse la suma de todos los cambios de carga mecánicos que se manifiestan en el espectro de frecuencia y las amplitudes. Si tales firmas de ruido se crean en espacios de tiempo diferentes durante el funcionamiento, deben poder determinarse el envejecimiento y erosión o estados de funcionamiento anormales.

Además, el documento US 2004/050177 A1 describe un procedimiento para analizar el estado de un sistema de engranaje accionado por motor usando una forma de onda de corriente que se genera por el motor, en donde la forma de onda de corriente se normaliza a la frecuencia de rotación del motor para determinar una forma de onda normalizada en el dominio espacial, y se realiza un análisis de frecuencia en la forma de onda normalizada.

Sin embargo, en este estado de la técnica se ha demostrado que el tratamiento de la señales de corriente de motor es insuficiente para poder hablar con seguridad de desgaste y deterioro en caso de estados de funcionamiento variables de la unidad de motor-engranaje con un motor eléctrico y un engranaje conectado al mismo en el lado de salida.

Por lo tanto, el objetivo de la invención es indicar un procedimiento para la corrección de una señal de medición generada mediante un motor eléctrico acoplado en el lado de salida con un engranaje dependiente del tiempo de modo que un análisis de las señales de medición corregidas en cuanto al desgaste y/o un deterioro con respecto al estado de la técnica lleve a mejores resultados.

Además, es objetivo de la invención indicar un procedimiento para detectar desgaste y/o un deterioro de una unidad de motor-engranaje con un motor eléctrico y un engranaje acoplado con el mismo en el lado de salida tomando como base el procedimiento de corrección.

El primer objetivo mencionado se resuelve mediante un procedimiento con las características de la reivindicación de patente 1.

En este procedimiento para la corrección de una señal de medición dependiente del tiempo generada mediante un motor eléctrico acoplado con un engranaje en el lado de salida en cuanto a la influencia de una carga de salida variable y un régimen de revoluciones variable se realizan las siguientes etapas de procedimiento:

a) tomar una señal de medición (M) dependiente de un par motor de la unidad de motor-engranaje (1),

b) generar una señal útil (N1) sin componente continua a partir de la señal de medición (M),

c) determinar por intervalos valores reales a partir de la señal de medición (M),

d) generar una señal útil (N2) de carga corregida mediante división por intervalos de la señal útil (N1) sin componente continua mediante los valores reales específicos de intervalo,

e) determinar con resolución de tiempo la frecuencia de rotación (f) del motor (1) a partir de la señal de medición (M), f) regular, en particular normalizar, la señal útil (N2) de carga corregida a una frecuencia de rotación media para generar una señal de medición corregida (Mcorr) con ayuda de la frecuencia de rotación determinada (f), al estirarse periodos individuales de la señal útil (N2), que presentan una frecuencia más alta mientras que los periodos con frecuencia de rotación más baja se comprimen, y

g) uso de la señal de medición corregida para la detección de fallos o detección de desgaste de la unidad de motorengranaje.

Un procedimiento de corrección de este tipo lleva a una calidad de señal mejorada, en particular, a una relación señal a ruido mejorada y a una mejor comparabilidad de las señales de medición corregidas en caso de diferentes cargas, de modo que el procedimiento de análisis aplicado a la señal de medición corregida en cuanto al desgaste y/o deterioro de la unidad de motor-engranaje lleva a resultados más fiables de calidad mejorada.

Con una señal de medición corregida de este tipo pueden realizarse diferentes procedimientos de análisis como, por ejemplo, un análisis FFT (de transformada rápida de Fourier) o análisis envolvente en el rango de frecuencia. Procedimientos de análisis adecuados en el dominio de tiempo son, p.ej., determinaciones de curtosis, mínimo, máximo, RMS, desviaciones estándar, promedios o similar.

Como señal de medición puede analizarse, por ejemplo, la corriente de motor, pero también p.ej., el par motor o cualquier otra señal dependiente del par motor.

El segundo objetivo mencionado se resuelve mediante un procedimiento para detectar desgaste y/o un deterioro de una unidad de motor-engranaje con las características de la reivindicación de patente 2.

En este procedimiento para detectar desgaste y/o un deterioro de una unidad de motor-engranaje con un motor eléctrico y un engranaje acoplado con el mismo en el lado de salida se realizan las siguientes etapas de procedimiento: - generar una señal de medición dependiente del tiempo mediante la unidad de motor-engranaje,

- generar una señal de medición corregida de acuerdo con el procedimiento según la reivindicación 1,

- determinar un espectro de frecuencia por medio del análisis FFT (transformada rápida de Fourier) desde la señal de medición corregida,

- proporcionar un espectro de frecuencia de referencia que se genera mediante el análisis FFT desde una señal de medición corregida de una unidad de motor-engranaje sin desgaste y/o deterioro, y

- comparar el espectro de frecuencia de la señal de medición corregida con el espectro de frecuencia de referencia y - determinar características que indican desgaste y/o que indican deterioro desde la comparación del espectro de frecuencia de la señal de medición corregida con el espectro de frecuencia de referencia.

Con el análisis de la señal de medición corregida en el rango de frecuencia mediante el análisis FFT se hace posible la identificación de características específicas de componente de la unidad de motor-engranaje que se diferencian en sus rasgos por el desgaste y/o deterioro.

Así, de acuerdo con el perfeccionamiento

- a cada línea de frecuencia del espectro de frecuencia generado a partir de una señal de medición corregida mediante el análisis FFT se asigna una característica específica de componente de la unidad de motor-engranaje, y

- para determinar una característica que indica desgaste y/o que indica deterioro las amplitudes y/o la integral espectral de líneas de frecuencia idénticas del espectro de frecuencia de la señal de medición corregida y del espectro de frecuencia del espectro de frecuencia de referencia se comparan.

Con ello es posible realizar el procedimiento de análisis aplicado a la señal de medición corregida de manera automática.

Según un perfeccionamiento ventajoso de la invención, la etapa de procedimiento a) se realiza al determinarse una componente continua de la señal de medición y al sustraerse esta de la señal de medición. Preferentemente en este sentido, para determinar la componente continua de la señal de medición a la señal de medición se aplica un paso bajo. Con la eliminación de la componente continua, un análisis de frecuencia de la señal de medición lleva a una calidad de señal mejorada.

De acuerdo con un diseño preferido adicional de la invención se realizan las etapas de procedimiento b) y c)

- al subdividirse la señal de medición en espacios de tiempo consecutivos cronológicamente inferiores a un valor actual especificado,

- al determinarse para cada espacio de tiempo el valor real específico de intervalo de la señal de medición, y

- al dividirse para generar la señal útil de carga corregida en cada espacio de tiempo la señal útil sin componente continua mediante el valor real específico de intervalo.

El valor actual de los periodos se determina según la frecuencia de rotación averiguada en el lado del accionamiento, así como la longitud cronológica y/o la cantidad de los puntos de exploración de la señal de medición medida dependiente del tiempo y asciende, por ejemplo, a 0,2 s.

Para el procedimiento de corrección de acuerdo con la reivindicación 1 como también para el procedimiento de análisis de acuerdo con la reivindicación 2 ha resultado ser especialmente ventajoso cuando como señal de medición se genera una señal de corriente de motor que indica la corriente de motor del motor eléctrico de la unidad de motorengranaje.

En el caso de que, de acuerdo con el perfeccionamiento, como motor eléctrico se utilice un motor de corriente continua de escobilla, la etapa de procedimiento d) puede realizarse de manera especialmente sencilla,

- al determinarse los máximos de la señal de corriente de motor y sus valores actuales,

- al determinarse aproximadamente a partir de la distancia de los máximos de la señal de corriente de motor, del número de ranuras y del número de las escobillas del motor de corriente de continua de escobilla la frecuencia de rotación o frecuencia de escobilla,

- al aplicarse un filtro de paso banda a la señal de corriente de motor en el rango de la frecuencia de rotación o frecuencia de escobilla determinadas aproximadamente,

- al determinarse los máximos a partir de la señal de corriente de motor filtrada en paso banda y sus valores actuales, y

- al determinarse la frecuencia de rotación o frecuencia de escobilla del motor de corriente continua de escobilla a partir de la distancia de los máximos de la señal de corriente de motor filtrada en paso banda, del número de ranuras y del número de las escobillas.

La invención se describe a continuación detalladamente mediante ejemplos de realización con referencia a las figuras adjuntas. Muestran:

figura 1 una representación esquemática de un ejemplo de un sistema para detectar desgaste y/o deterioros de los componentes de una unidad de motor-engranaje,

figura 2 un diagrama de tiempo-corriente esquemático de una señal de corriente de motor para una unidad de motorengranaje en el estado nuevo y para una unidad de motor-engranaje que presenta un desgaste,

figura 3 una representación esquemática de las señales de corriente de motor de acuerdo con la figura 2 en el rango de frecuencia,

figura 4 una representación esquemática de una señal de corriente de motor con y sin componente continua figura 5 una representación esquemática de las señales de corriente de motor de acuerdo con la figura 4 en el rango de frecuencia,

figura 6 un diagrama de tiempo-corriente o de par motor-diagrama con la evolución cronológica de una señal de corriente de motor, su componente continua y de un par motor,

figura 7 una diagrama de tiempo-corriente con una señal útil resuelta en el tiempo sin componente continua y de carga corregida,

figura 8 un diagrama con la evolución cronológica de una señal de corriente de motor filtrada en paso banda,

figura 9 un diagrama de tiempo-frecuencia con la evolución cronológica de una frecuencia de escobilla determinada desde la figura 8 y una frecuencia de escobilla calculada, basada en valores medidos,

figura 10 un diagrama de tiempo-corriente con la evolución cronológica de una señal de medición corregida Mcorr y la evolución cronológica de una señal de medición no corregida M,

figura 11 un espectro de frecuencia de las señales de medición Mcorr y M representadas en la figura 10,

figura 12a un detalle de un espectro FFT de una señal de medición corregida Mcorr de una unidad de motor-engranaje con un deterioro de dentado y de una señal de medición corregida que sirve como referencia de una unidad de motorengranaje intacta, y

figura 12b una representación adicional como en la figura 12a, aunque sin corrección de las señales de medición.

La figura 1 muestra esquemáticamente un ejemplo para un sistema o un dispositivo para la detección de desgaste y/o deterioros de componentes de una unidad de motor-engranaje 1. Esta presenta un motor eléctrico 1.1 y un engranaje 1.2 conectado al mismo en el lado de salida. El motor 1.1 es preferentemente un motor eléctrico con un número de ranuras dado y un número de escobilla dado. El engranaje 1.2 presenta un árbol secundario 1.20.

En el funcionamiento de la unidad de motor-engranaje 1 en el presente caso se realiza una medición de corriente por medio de una unidad de medición de corriente 2 que como señal de medición M suministra una señal de corriente de motor MMotor resuelta en el tiempo de la corriente de motor I alimentada al motor eléctrico 1.1.

La figura 2 muestra esquemáticamente dos ejemplos de la evolución cronológica de la señal de corriente de motor dependiente del tiempo de una unidad de motor-engranaje 1 en estados de funcionamiento diferentes.

La curva K1 (línea continua) muestra una señal de corriente de motor en el dominio de tiempo para una unidad de motor-engranaje 1 en el estado nuevo, es decir, en tal unidad de motor-engranaje 1 no presenta ninguno de los dos componentes motor eléctrico 1.1 y engranaje 1.2 ni un deterioro ni un desgaste.

La curva K2 (línea continua) muestra una señal de corriente de motor en el dominio de tiempo para una unidad de motor-engranaje 1, cuyos componentes, es decir, el motor eléctrico 1.1 y/o el engranaje 1.2 presenta/presentan una desgaste y/o un deterioro.

En la evolución cronológica distinta de las dos señales de corriente de motor de acuerdo con las curvas K1 y K2 se manifiestan diferentes estados de funcionamiento de la unidad de motor-engranaje 1, concretamente un estado de funcionamiento de la unidad de motor-engranaje 1 en el estado nuevo y un estado de funcionamiento de la unidad de motor-engranaje 1 que presenta un desgaste y/o un deterioro. Mediante un análisis de frecuencia de estas señales de corriente de motor dependientes del tiempo pueden detectarse características específicas de desgaste y/o de deterioro y con ello puede realizarse un mantenimiento previsor de una unidad de motor-engranaje 1. Sin embargo, la condición para ello es que los valores del análisis de frecuencia en estados de funcionamiento diferentes de la unidad de motorengranaje 1 relativos a una carga de salida variable y un régimen de revoluciones variable puedan compararse.

Para garantizar la comparabilidad de las señales de medición dependientes del tiempo en estados de funcionamiento diferentes de la unidad de motor-engranaje 1, la señal de corriente de motor MMotor como señal de medición M dependiente del tiempo se somete a un procedimiento de corrección antes de que la señal de medición Mcorr corregida de este modo se someta, p.ej., a un análisis de frecuencia FFT (transformada rápida de Fourier).

En este sentido, la figura 1 muestra bloques fundamentales 3 a 6 como etapas de procedimiento para realizar el procedimiento de corrección para la señal de corriente de motor MMotor como señal de medición M dependiente del tiempo que se proporciona mediante una unidad de medición 2 para la medición de la corriente de motor I del motor eléctrico 1.1. Las etapas de procedimiento adicionales de acuerdo con los bloques 3 a 6 se explican más abajo en detalle.

La señal de medición Mcorr corregida generada con la etapa de procedimiento de acuerdo con el bloque 6 se alimenta a un bloque 7 para el análisis de frecuencia FFT y para generar un espectro de frecuencia. Dicho espectro de frecuencia con líneas de frecuencia F1 (líneas continuas) y F2 (líneas continuas) muestra a modo de ejemplo la figura 3 que esquemáticamente se genera de la señal de corriente de motor de acuerdo con las curvas K1 y K2.

Así, la figura 3 muestra cinco líneas espectrales f1 a f5, en donde las frecuencia de las líneas espectrales f1 a f4 son idénticas para ambas señales de corriente de motor de acuerdo con las curvas K1 y K2, aunque con diferentes rasgos de amplitud, mientras que la línea espectral f5 está asignada a la señal de corriente de motor de acuerdo con la curva K2.

Cada una de estas líneas espectrales f1 a f4 puede asignarse a una característica mecánica específica de la unidad de motor-engranaje 1, representando el valor de la amplitud y/o la integral espectral el estado de funcionamiento. Por consiguiente, las líneas espectrales F1 f1 a f4 indican un estado en términos de funcionamiento de la unidad de motorengranaje 1 que, por lo tanto, no representa ni un desgaste ni un deterioro. La línea espectral F2f5 indica un deterioro de la unidad de motor-engranaje 1.

f1 podría representar, por ejemplo, la frecuencia de salida, f2 la frecuencia de rotación de los planetas de etapa superiore, f3 la misma primera etapa, f4 la frecuencia de accionamiento, y f5 una frecuencia de falla de elementos rodantes de los planetas de la primera etapa.

De la figura 3 se deriva que el espectro de frecuencia de la señal de medición corregida Mcorr de la señal de medición de acuerdo con la curva K1 puede compararse con el espectro de frecuencia de la señal de medición corregida de acuerdo con la curva K2 y desde el resultado de comparación puede derivarse el estado de funcionamiento actual de la unidad de motor-engranaje 1 en cuanto al desgaste y deterioros. Además, puede averiguarse también una curva de tendencia de las características específicas de desgaste y/o de deterioro al crearse dichos espectros de frecuencia, durante intervalos de funcionamiento consecutivos cronológicamente.

A continuación, se explica el procedimiento de corrección aplicado a una señal de corriente de motor MMotor como señal de medición M de acuerdo con los bloques 3 a 6 (cf. figura 1) que se alimenta a continuación al bloque 7 para el análisis de frecuencia y creación de un espectro de frecuencia.

Para garantizar una comparabilidad de los espectros de frecuencia en estados de funcionamiento diferentes de la unidad de motor-engranaje 1 las influencias deben eliminarse mediante la carga de salida variable del motor eléctrico 1.1 y el régimen de revoluciones variable del motor eléctrico 1.1.

Primeramente, debe corregirse la influencia de una carga de salida variable en la señal de corriente de motor MMotor.

Debido a una carga de salida oscilante en el motor eléctrico 1.1 durante una operación de medición, la componente continua de la señal de corriente de motor MMotor se modifica dependiendo del tiempo, tal como se representa en la figura 4 mediante la curva K3. Sin el procedimiento de corrección de acuerdo con la invención, un análisis de frecuencia lleva a un espectro de frecuencia F2 de acuerdo con la figura 5, en el que una señal que disminuye exponencialmente se superpone al rango de baja frecuencia. Para la comparación, la figura 5 muestra el espectro de frecuencia F1 de una señal de corriente de motor MMotor en el que la componente continua está eliminada en correspondencia con la curva K4. En este espectro de frecuencia F1 las líneas espectrales están marcadas de manera clara y unívoca, mientras que el espectro de frecuencia F2 todavía no puede evaluarse en el rango de baja frecuencia. Con ello, la eliminación de la componente continua de la señal de corriente de motor MMotor es esencial para un análisis FFT.

Por lo tanto, en una primera etapa de procedimiento de acuerdo con el bloque 3 (cf. figura 1) primeramente se determina la componente continua de la señal de corriente de motor MMotor, al aplicarse a esta primeramente un filtro de paso bajo con un filtro de paso bajo con una frecuencia límite inferior a 1 Hz. La señal Scontinua generada de esta manera corresponde a la curva K5 de acuerdo con la figura 6 que corresponde aproximadamente a la componente continua de la señal de corriente de motor MMotor, señalándose con K6 la señal de corriente de motor MMotor y mostrando la curva K7, para comparar, el par motor de salida con resolución de tiempo de la unidad de motor-engranaje.

Con la señal Scontinua generada de tal modo se determina una señal útil N1 sin componente continua de la señal de corriente de motor MMotor, al sustraerse vectorialmente la señal Scontinua de la señal de corriente de motor MMotor.

La componente continua de acuerdo con la señal Scontinua sigue la evolución del f del par de salida o de carga aplicado en correspondencia con la curva K7 de acuerdo con la figura 6. Debido a la carga de salida variable también se modifican las amplitudes de las oscilaciones de corriente de la señal de corriente de motor MMotor condicionadas por la rotación de los componentes de engranaje individuales, tal como puede verse mediante la curva K3 de acuerdo con la figura 4.

Para eliminar estas oscilaciones de amplitud de la señal de corriente de motor MMotor se lleva a cabo una normalización de la señal útil sin componente continua N1 al valor real (cf. figura 1, bloque 4).

Para ello, la señal útil N1 resuelta en el tiempo, sin componente continua se subdivide en breves espacios de tiempo consecutivos con un valor actual especificado, por ejemplo, inferior a 0,2 s y se calcula para estos espacios de tiempo un valor real específico de cada intervalo. Para ello, la señal, p.ej. en partes individuales de longitud adecuada se distribuye en partes individuales de longitud adecuada (alrededor de 0,05s - 0,2s, de valor fijo, pero seleccionable libremente). A los valores reales individuales se adapta una línea suavizada, por lo que tiene lugar asimismo un remuestreo del vector de número de los valores reales (mismo número de muestra como señal de medición). Seguidamente, ambos vectores de número se dividen por puntos. Con estos valores reales específicos de intervalo cada espacio de tiempo de la señal útil sin componente continua N1 se divide entre el valor real específico de intervalo asociado. Con la señal útil N2 de carga corregida obtenida por ello se normalizan las amplitudes de señal, por lo que se garantiza una comparabilidad de distintas señales de corriente de motor MMotor.

La señal útil N2 resuelta en el tiempo de acuerdo con la figura 7 no muestra ni componentes continuas ni desviaciones de valor real.

Como ya se ha explicado anteriormente, adicionalmente a la carga de salida también el régimen de revoluciones de accionamiento, es decir, el régimen de revoluciones del motor eléctrico 1.1 influye en la calidad y rasgo de señal de la señal de corriente de motor MMotor.

Por lo tanto, en una etapa de procedimiento siguiente se determina la evolución cronológica del régimen de revoluciones del motor eléctrico 1.1 (cf. bloque 5, figura 1). Para ello, inicialmente se determinan los máximos, así como los valores actuales asociados a partir de la señal de corriente de motor MMotor. La diferencia en el tiempo de estos máximos absolutos, en el caso de un motor de corriente continua, corresponde a la frecuencia de escobilla inversa. En consecuencia, se averiguan los momentos de los máximos locales de la señal de corriente de motor con resolución de tiempo. A partir de la distancia cronológica inversa de dos máximos consecutivos se calcula un valor de frecuencia en cada caso. A partir del promedio de todos estos valores de frecuencia se obtiene la frecuencia de escobilla aproximada, siempre y cuando (lo que en la mayoría de los casos es así) la escobilla ocasione los máximos en la señal de tiempo. A partir de la frecuencia de escobilla aproximada, con ayuda del número de las escobillas y ranuras puede determinarse el régimen de revoluciones aproximado. Sin embargo, esta etapa no es necesaria porque la normalización de régimen de revoluciones de la señal también puede tener lugar a través de la frecuencia de escobilla.

Para determinar el régimen de revoluciones d real o la frecuencia de rotación f real del motor eléctrico 1.1 se realiza un filtrado de paso banda de la señal útil N2 (cf. figura 7) en el rango de la frecuencia de escobilla aproximada. A este respecto, las frecuencias límite se sitúan más o menos -15% con respecto a la frecuencia de escobilla. La señal útil N2 filtrada en paso banda muestra la curva K8 representada en la figura 8. A partir de la distancia en el tiempo de los valores máximos (marcados en la figura 8 con un círculo) de la curva K8 se calcula la frecuencia de escobilla real. La la división del número de las escobillas y del número de las ranuras arroja por ello la frecuencia de rotación f o el régimen de revoluciones real d. Para ello, se obtiene un vector de número compuesto por las distancias en el tiempo de los máximos. Mediante la adaptación de unasplineo un procedimiento similar, así como un remuestreo al mismo número de muestras que la señal de medición se obtiene una evolución funcional con la que se regula el eje de tiempo de la señal de medición, en particular, se normaliza. La curva K9 (línea continua) de la figura 9 muestra la evolución cronológica de la frecuencia de escobilla calculada a partir de la distancia en el tiempo de los máximos absolutos de la curva K8. Como comparación, la frecuencia de escobilla calculada a partir de la frecuencia de rotación medida se representa como curva K10 (línea continua). Ambas curvas K9 y K10 muestran una elevada coincidencia. Cabe señalar que la frecuencia de rotación también puede averiguarse sin determinar previamente la frecuencia de escobilla. Para ello se aplica un filtro de paso banda directamente en el rango de la frecuencia de rotación determinada de manera aproximada anteriormente.

Con ayuda de la frecuencia de rotación f dependiente del tiempo determinada (cf. figura 9) tiene lugar una normalización o regulación del eje de tiempo de la señal útil de carga corregida N2 representada en la figura 7 en una etapa de procedimiento de acuerdo con el bloque 6 (cf. figura 1) a una frecuencia de rotación media. A este respecto, se estiran periodos individuales de la señal útil N2, que presentan una frecuencia más alta, mientras que los periodos con frecuencia de rotación más baja se comprimen. Con esta etapa de normalización o etapa de regulación, a partir de la señal útil N2 de carga corregida se genera la señal de corriente de motor corregida, es decir, la señal de medición corregida Mcorr que se alimenta al bloque 7 de acuerdo con la figura 1 para generar un espectro de frecuencia por medio de un análisis de frecuencia FFT.

La figura 10 muestra la señal de medición corregida Mcorr como curva K11 (línea continua), y como comparación, la curva K12 (línea continua) de la señal de corriente de motor MMotor o señal de medición M no corregidas.

Como ya se ha expuesto varias veces, la señal de medición corregida Mcorr se somete a un análisis de frecuencia FFT y genera un espectro FFT F3 (cf. figura 11, línea continua). Como comparación, la figura 11 muestra un espectro FFT F4 (línea continua) de la señal de medición no corregida M.

El espectro FFT F3 de la señal de medición corregida Mcorr muestra máximos marcados de manera pronunciada, que pueden asignarse unívocamente a características de engranaje y/o características de motor individuales típicas y, por consiguiente, sirven como base para la averiguación de deterioro y de desgaste. Estos máximos marcados de manera pronunciada como líneas espectrales pueden diferenciarse claramente del ruido de fondo. El espectro de frecuencia F3 muestra cinco líneas espectrales f1 a f5 que, por ejemplo, se asignan unívocamente a las siguientes características de engranaje o características de motor. Las frecuencia de rotación de ruedas dentadas individuales, frecuencia de falla de elementos rodantes, frecuencias de rotación de accionamiento y de salida, etc. En otras palabras, cada línea espectral marcada f1 a f5 puede asignarse a un componente de motor o de engranaje concreto o a su comportamiento.

Si después de un número diferente de estados de funcionamiento en cada caso se generan dichos espectros FFT F3, las amplitudes y/o integrales espectrales respectivas son comparables a pesar de diferentes cargas de salida del engranaje 1.2 y diferentes regímenes de revolución del motor eléctrico 1.1 de una unidad de motor-engranaje 1.

Si el espectro FFT F4 de la señal de medición no corregida M según la figura 11 se compara con el espectro FFT de la señal de medición corregida Mcorr se demuestra que, debido a la carga de salida variable del engranaje 1.2 y al régimen de revoluciones variable del motor eléctrico 1.1 no pueden distinguirse máximos pronunciados. Más bien, las características menos marcadas desaparecen en el ruido de fondo. Además, las características muy marcadas debido a las oscilaciones de régimen de revoluciones se extienden y no puede tener lugar una asignación de frecuencia unívoca y, en consecuencia, tampoco ninguna identificación de características de componente específicas.

La figura 12a muestra a modo de ejemplo un detalle de un espectro FFT F5 de una señal de corriente de motor corregida como señal de medición Mcorr corregida de deterioro de dentado en una rueda planetaria de un engranaje 1.2 configurado como engranaje planetario de una unidad de motor-engranaje 1 en el rango de frecuencia. La característica específica de deterioro puede distinguirse entre la líneas L1 y L2 como línea espectral f6 marcada. La línea discontinua F6 muestra como referencia una señal corregida de una unidad de motor-engranaje intacta.

En comparación, la figura 12b de acuerdo con el procedimiento previamente conocido muestra la señal de corriente de motor en el estado no corregido en comparación con una referencia de una unidad de motor-engranaje intacta. La figura 12b muestra a este respecto el engranaje deteriorado en caso de carga y régimen de revoluciones variables en el rango de la frecuencia de falla de elementos rodantes de una etapa planetaria. Tanto el rango para esta frecuencia (línea discontinua negra), como las amplitudes están extendidas en gran medida de manera que no puede tener lugar ninguna comparación útil. La línea con puntos y rayas representa la señal no corregida de la figura 11 y sirve en este caso como referencia. La figura 12a muestra el caso corregido según el presente procedimiento.

Con este procedimiento de corrección de acuerdo con la invención se mejora no solo claramente la relación señal a ruido, sino que se reduce también esencialmente el ancho de banda por el que discurren las características específicas de desgaste y/o específicas de deterioro. Estas dos propiedades positivas hacen que el procedimiento de corrección de acuerdo con la invención sea adecuado para una aplicación real en unidades de motor-engranaje en caso de requisitos de entorno variables.

En los ejemplos de realización descritos anteriormente, la señal de medición M como señal de corriente de motor MMotor registra la evolución de la corriente de motor I del motor eléctrico 1.1 de la unidad de motor-engranaje 1 (cf. Figura 1). La señal de medición M puede generarse también de otro modo, por ejemplo, como señal de audio por medio de un micrófono, por medio de un sensor de aceleración dispuesto en la unidad de motor-engranaje, sensor de par motor, o similar.

El marco de la presente invención abarca que con la evaluación de la señal de medición, es decir, en particular, por ejemplo, de la corriente de motor, puede detectarse un desgaste que va a perfilarse o un deterioro que va a perfilarse de la unidad de motor-engranaje. Esto puede utilizarse para indicar en un equipo de visualización una vida útil todavía posible para la unidad de motor-engranaje hasta cuando la unidad de motor-engranaje todavía puede dejarse en funcionamiento en gran medida sin fallos. Además, a través del equipo de visualización pueden emitirse también señales de aviso tan pronto como se haya constatado una imagen de desgaste determinada mediante las señales de medición adquiridas.

El procedimiento de acuerdo con la invención puede aplicarse, por ejemplo, en actores para vehículos de motor, en máquinas de producción, robots o similares

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la corrección de una señal de medición (M) dependiente del tiempo generada por medio de un motor (1.1) acoplado con un engranaje (1.2) en el lado de salida en cuanto a la influencia de una carga de salida variable y de un régimen de revoluciones variable, al realizarse las siguientes etapas de procedimiento:

a) tomar una señal de medición (M) que depende de un par motor de la unidad de motor-engranaje (1), b) generar una señal útil sin componente continua (N1) a partir de la señal de medición (M),

c) determinar por intervalos valores reales a partir de la señal de medición (M),

d) generar una señal útil de carga corregida (N2) mediante división por intervalos de la señal útil sin componente continua (N1) mediante los valores reales específicos de intervalo,

e) determinar con resolución de tiempo la frecuencia de rotación (f) del motor (1) a partir de la señal de medición (M), f) regular de la señal útil de carga corregida (N2) a una frecuencia de rotación media para generar una señal de medición corregida (Mcorr) con ayuda de la frecuencia de rotación determinada (f) al estirarse periodos individuales de la señal útil (N2), que presentan una frecuencia más alta, mientras que los periodos con frecuencia de rotación más baja se comprimen, y

g) uso de la señal de medición corregida para la detección de fallos de la unidad de motor-engranaje.

2. Procedimiento para detectar desgaste y/o un deterioro de una unidad de motor-engranaje (1) con un motor (1.1) y un engranaje (1.2) acoplado en el lado de salida con el mismo, al realizarse las siguientes etapas de procedimiento: - generar una señal de medición dependiente del tiempo (M) mediante la unidad de motor-engranaje (1),

- generar una señal de medición corregida (Mcorr) de acuerdo con el procedimiento según la reivindicación 1, - determinar un espectro de frecuencia (F3, F5) por medio de un análisis FFT (transformada rápida de Fourier) desde la señal de medición corregida (Mcorr),

- proporcionar un espectro de frecuencia de referencia que mediante el análisis FFT se genera desde una señal de medición corregida de una unidad de motor-engranaje sin desgaste y/o deterioro, y

- comparar el espectro de frecuencia (F3, F5) de la señal de medición corregida (Mcorr) con el espectro de frecuencia de referencia y

- determinar características que indican desgaste y/o que indican deterioro desde la comparación del espectro de frecuencia de la señal de medición corregida (F3, F5) con el espectro de frecuencia de referencia, señalización de un desgaste que va a perfilarse o de un deterioro que va a perfilarse.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que

- a cada línea de frecuencia del espectro de frecuencia generado a partir de una señal de medición corregida mediante el análisis FFT se asigna una característica específica de componente de la unidad de motor-engranaje, y

- para determinar una característica que indica desgaste y/o que indica deterioro, se comparan las amplitudes y/o la integral espectral de líneas de frecuencia idénticas del espectro de frecuencia de la señal de medición corregida y del espectro de frecuencia del espectro de frecuencia de referencia.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de procedimiento a) se realiza - al determinarse una componente continua de la señal de medición (M), y

- al sustraerse la componente continua de la señal de medición (M).

5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que para determinar la componente continua de la señal de medición a la señal de medición se aplica un paso bajo.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que las etapas de procedimiento b) y c) se realizan

- al subdividirse la señal de medición (M) en espacios de tiempo consecutivos cronológicamente inferiores a un valor actual especificado,

- al determinarse para cada espacio de tiempo el valor real específico de intervalo de la señal de medición (M), y - al dividirse la señal útil sin componente continua (N2) mediante el valor real específico de intervalo para generar la señal útil de carga corregida (N2) en cada espacio de tiempo.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que como señal de medición (M) dependiente del tiempo se genera una señal de corriente de motor (MMotor) que indica la corriente de motor (I) del motor eléctrico (1.1) de la unidad de motor-engranaje (1).

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que la etapa de procedimiento e) se realiza

- al determinarse los máximos de la señal de corriente de motor (MMotor) y sus valores actuales,

- al determinarse aproximadamente la frecuencia de rotación (fü) o frecuencia de escobilla a partir de la distancia de los máximos de la señal de corriente de motor (MMotor), del número de ranuras y del número de las escobillas del motor de corriente continua de escobilla,

- al aplicarse un filtro de paso banda a la señal de corriente de motor (MMotor) en el rango de la frecuencia de rotación (fü) o frecuencia de escobilla determinadas aproximadamente,

- al determinarse los máximos a partir de la señal de corriente de motor filtrada en paso banda y sus valores actuales, y

- al determinarse a partir de la distancia de los máximos de la señal de corriente de motor filtrada en paso bandas, del número de ranuras y del número de las escobillas la frecuencia de rotación (f) del motor de corriente continua de escobilla.

9. Dispositivo para la detección de desgaste y/o un deterioro de una unidad de motor-engranaje (1) que presenta un equipo de procesamiento que está configurado para realizar las etapas de procedimiento mencionadas en una de las reivindicaciones 2 a 8.