Procedimiento y dispositivo para hallar daños en elementos de máquina que se mueven cíclicamente.

Procedimiento para hallar daños en al menos un elemento de máquina (50,

52, 54) que se mueve cíclicamente, en que una señal provocada por el movimiento es captada por un sensor (62), al menos un componente con un periodo ajustable es separado de la señal, y la parte restante de la señal es sometida a un análisis de daños, caracterizado porque para la separación de componentes periódicos de señal la señal es aportada como señal de entrada a una memoria anular rotatoria (14; 301, 302, 303), que es formada por elementos de memoria (16) dispuestos cíclicamente, que reciben consecutivamente la señal de entrada aplicada actualmente a la entrada (10) de la memoria anular de forma respectiva, y cuya frecuencia de rotación se hace coincidir con la duración de periodo de los componentes de señal buscados, y los componentes de señal buscados son obtenidos como señal de salida de la memoria anular.

Procedimiento y dispositivo para hallar daños en elementos de máquina que se mueven cíclicamente La presente invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para hallar daños en elementos de máquina que se mueven cíclicamente, en particular rodamientos o engranajes, así como a un procedimiento y a un dispositivo para la separación de componentes periódicos de señal a partir de una señal, en particular para hallar daños en elementos de máquina que se mueven cíclicamente.

Un cuadro de conjunto sobre dispositivos y procedimientos para hallar daños en elementos de máquina que se mueven cíclicamente, mediante análisis de una señal oscilatoria provocada por el movimiento y captada por un sensor, se encuentra en "Schwingungsdiagnostische Beurteilung von Maschinen und Anlagen" de Ulrich Klein, editado por Verein für Betriebsfestigkeitsforschung, Verlag Stahl-Eisen, Düsseldorf 1998, véase en particular el capítulo 6.1, donde se discute el análisis de oscilaciones de rodamientos. El modo de proceder habitual consiste en que un sensor de oscilaciones es acoplado fijamente al cojinete o a un alojamiento de máquina correspondiente, cuya señal es amplificada, en que la señal oscilatoria amplificada es sometida a una formación de envolvente, por ejemplo mediante filtrado de paso de banda, rectificación y filtrado de paso bajo subsiguiente, y se forma el espectro de frecuencias de la señal de envolvente, que es analizado finalmente, para extraer consecuencias relativas a daños en el rodamiento. Son conocidos sin embargo también procedimientos de evaluación en el dominio de tiempo, tales como por ejemplo análisis de la envolvente en el dominio de tiempo, análisis de intensidad de oscilaciones, así como análisis estadístico de la señal temporal.

Ejemplos para la evaluación de la señal de envolvente en el dominio de tiempo se encuentran en los documentos US 4 007 630 y US 3 554 012, en que en ambos casos son analizadas esencialmente las amplitudes. Es conocido además un procedimiento en el cual valores extremos relativos de la señal oscilatoria filtrada por paso de banda, rectificada y filtrada por paso bajo son hallados y almacenados, en que el valor de intensidad de cada uno de los sucesos registrados es multiplicado por el registrado anteriormente y los valores de producto resultantes y las diferencias temporales que están en la base son aportados a un análisis de frecuencia. La distribución de frecuencia obtenida es sometida entonces según criterios prefijados a un reconocimiento de patrones. Es conocido además a partir del documento DE 197 02 234 A1 un procedimiento para el análisis de espectros de frecuencia en partes móviles de máquina. Ahí no se analizan señales temporales. En el documento WO 99/25921 son analizadas en cuanto a la existencia de defectos señales oscilatorias mediante comparación entre sí o con una señal de un cuentarrevoluciones o respectivamente un velocímetro.

Los procedimientos de análisis de frecuencia puros tienen la desventaja inherente de que sólo una parte de la información contenida en la señal temporal original está contenida en el espectro y puede ser evaluada.

En un análisis de una señal temporal de elementos de máquina que se mueven cíclicamente se plantea el problema de que a la señal de interés, por ejemplo a las excitaciones procedentes de un daño en el anillo exterior en un rodamiento, que se presentan con la frecuencia de rodadura del anillo exterior, están superpuestas por regla general una multiplicidad de señales con otras periodicidades o respectivamente frecuencias, por ejemplo la frecuencia de rotación del árbol, de forma que estas señales son difícilmente reconocibles incluso tras una formación de envolvente en el dominio de tiempo. Otro problema consiste en que la periodicidad del componente de señal de interés a menudo no es conocida en absoluto con precisión. Así, por ejemplo en un rodamiento radial, la frecuencia de rodadura del anillo exterior depende no sólo del número de revoluciones del árbol, sino también del ángulo de presión, es decir de la carga axial del cojinete.

Constituye una tarea de la presente invención crear un procedimiento o respectivamente un dispositivo para hallar daños en elementos de máquina que se mueven cíclicamente, el cual haga posible un análisis más completo que hasta ahora de las informaciones contenidas en una señal provocada por el movimiento de los elementos de máquina. Constituye también una tarea de la presente invención crear un procedimiento eficaz y flexible para la separación de componentes periódicos de señal a partir de una señal, así como un dispositivo correspondiente.

La tarea es resuelta conforme a la invención mediante un procedimiento según la reivindicación 1 o respectivamente 3 así como un dispositivo según a la reivindicación 6.

En la solución conforme a la invención según la reivindicación 1, 3 o respectivamente 7 es ventajoso que mediante la separación de un componente de señal con un periodo ajustable es posible un análisis más preciso y completo de la señal, ya que por ejemplo elementos de máquina diferentes se diferencian por duraciones de periodo características diferentes, en las cuales son esperables señales de daños significativas. Así, por ejemplo en un rodamiento los componentes de señal provocados por daños en el anillo exterior, daños en cuerpos de rodadura y daños en el anillo interior aparecen por regla general con duraciones de periodo diferentes. Una separación posible conforme a la invención de estos componentes de señal permite entonces un análisis de daños detallado. Los documentos US 5.109.700 y US 4.931.949 muestran procedimientos para hallar daños en elementos de máquina que se mueven cíclicamente, en que un sensor capta una señal, a partir de la cual es separado un componente con periodo ajustable. No está prevista una memoria anular rotatoria para la señal.

Los elementos de memoria actúan preferentemente de forma respectiva como paso bajo para la señal de entrada, en que este efecto puede ser reproducido digitalmente. Preferentemente, la memoria anular está conformada digitalmente, en que los elementos de memoria están conformados como acumuladores de acceso cíclico. La adaptación de frecuencia de la rotación de la memoria anular puede producirse por un lado mediante el recurso de que la duración del periodo de los componentes de señal buscados es hallada a partir de la señal, por ejemplo mediante análisis de tonos de búsqueda, transformación de Fourier o análisis de Cepstrum, y la memoria es girada con la frecuencia así hallada. Alternativamente, la rotación de la memoria anular puede sincronizarse directamente con la señal de entrada, en que esto puede producirse por ejemplo mediante un regulador de fase, en que los contenidos de los elementos de memoria son multiplicados por la derivada de la señal de entrada y el resultado es acumulado y en determinados momentos la frecuencia de rotación de la memoria anular es modificada correspondientemente al valor acumulado. Preferentemente, la forma de la señal de entrada es procesada entonces para la sincronización, pudiendo tratarse de un filtrado de paso bajo, o se restan de la señal de entrada mediante una memoria anular rotatoria adicional componentes que no tienen la duración de periodo de los componentes de señal buscados.

Preferentemente se emplean las soluciones conforme a la invención para el análisis de oscilaciones de elementos de máquina, pudiendo tratarse de rodamientos, engranajes o de rodillos para la fabricación continua de un producto, los cuales estampan la superficie del producto. En caso de empleo para un rodamiento, el anillo exterior, el anillo interior y/o los cuerpos de rodadura son asociados respectivamente a un filtro de formas periódicas, cuyas frecuencias de rotación corresponden a la frecuencia de rodadura del anillo exterior, a la frecuencia de rodadura del anillo interior o respectivamente a la frecuencia de rodadura de los cuerpos de rodadura. Preferentemente, la señal de salida de los respectivamente otros filtros de formas periódicas es retirada entonces de la señal, antes de ser suministrada como señal de entrada al respectivo filtro de formas periódicas, para restar componentes de señal que tienen la "falsa" periodicidad. Preferentemente está previsto en este caso un filtro de formas periódicas adicional, que está sincronizado con el número de revoluciones del árbol y cuya señal de salida es retirada de la señal, antes de ser suministrada como señal de entrada a los otros filtros de formas periódicas. Puede analizarse además la variación temporal del contenido... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para hallar daños en al menos un elemento de máquina (50, 52, 54) que se mueve cíclicamente, en que una señal provocada por el movimiento es captada por un sensor (62) , al menos un componente con un periodo ajustable es separado de la señal, y la parte restante de la señal es sometida a un análisis de daños, caracterizado porque para la separación de componentes periódicos de señal la señal es aportada como señal de entrada a una memoria anular rotatoria (14; 301, 302, 303) , que es formada por elementos de memoria (16) dispuestos cíclicamente, que reciben consecutivamente la señal de entrada aplicada actualmente a la entrada (10) de la memoria anular de forma respectiva, y cuya frecuencia de rotación se hace coincidir con la duración de periodo de los componentes de señal buscados, y los componentes de señal buscados son obtenidos como señal de salida de la memoria anular.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en cuanto al periodo se trata del periodo de giro de un árbol que acciona el elemento de máquina.

3. Procedimiento para hallar daños en al menos un elemento de máquina (50, 52, 54) que se mueve cíclicamente, en que una señal provocada por el movimiento es captada por un sensor (62) y al menos un componente con un periodo ajustable es separado de la señal, el cual es sometido a análisis de daños, en que para la separación de componentes periódicos de señal la señal es aportada como señal de entrada a una memoria anular rotatoria (14; 301, 302, 303) , que es formada por elementos de memoria (16) dispuestos cíclicamente, que reciben consecutivamente la señal de entrada aplicada actualmente a la entrada (10) de la memoria anular de forma respectiva, y cuya frecuencia de rotación se hace coincidir con la duración de periodo de los componentes de señal buscados, y los componentes de señal buscados son obtenidos como señal de salida de la memoria anular.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque el por lo menos un elemento de máquina (50, 52, 54) rota y en cuanto a la señal se trata de una señal oscilatoria.

5. Procedimiento según la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque el análisis de daños se lleva a cabo en el intervalo de tiempo del componente de señal separado.

6. Procedimiento para hallar daños en al menos un elemento de máquina (50, 52, 54) que se mueve cíclicamente, con una disposición (56, 58, 60) para separar un componente con un periodo ajustable a partir de una señal provocada por el movimiento y captada por un sensor (62) y con una disposición para el análisis de la parte separada y/o restante de la señal, en que la separación se produce mediante un filtro de formas periódicas (56, 58, 60) para la separación de componentes periódicos de señal a partir de una señal, con una entrada (10) para la señal, que alimenta una memoria anular rotatoria (14; 301, 302, 303) , que es formada por elementos de memoria

(16) dispuestos cíclicamente, que son unidos consecutivamente de forma respectiva a la entrada correspondientemente a la frecuencia de rotación, y con una disposición de sincronización (20) , para hacer coincidir la frecuencia de rotación con la duración de periodo de los componentes de señal buscados.

7. Procedimiento según las reivindicaciones 1 hasta 5, caracterizado porque en cuanto a los elementos de máquina se trata del anillo exterior (50) , los cuerpos de rodadura (54) y el anillo interior (52) de un rodamiento.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque el anillo exterior (50) y/o el anillo interior (52) están asociados respectivamente a un filtro de formas periódicas (56, 58) para la separación de componentes periódicos de señal a partir de una señal, con una entrada (10) para la señal, que alimenta una memoria anular rotatoria (14; 301, 302, 303) , que es formada por elementos de memoria (16) dispuestos cíclicamente, que son unidos consecutivamente de forma respectiva a la entrada correspondientemente a la frecuencia de rotación, y con una disposición de sincronización (20) , para hacer coincidir la frecuencia de rotación con la duración de periodo de los componentes de señal buscados, así como opcionalmente los cuerpos de rodadura (54) están asociados conjuntamente de forma respectiva a por lo menos un filtro de formas periódicas (60) para la separación de componentes periódicos de señal a partir de una señal, con una entrada (10) para la señal, que alimenta una memoria anular rotatoria (14; 301, 302, 303) , que es formada por elementos de memoria (16) dispuestos cíclicamente, que son unidos consecutivamente de forma respectiva a la entrada correspondientemente a la frecuencia de rotación, y con una disposición de sincronización (20) , para hacer coincidir la frecuencia de rotación con la duración de periodo de los componentes de señal buscados, en que las frecuencias de rotación de las memorias anulares corresponden a la frecuencia de rodadura del anillo exterior, a la frecuencia de rodadura del anillo interior o respectivamente a la frecuencia de rodadura de los cuerpos de rodadura.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque la señal de salida de los respectivamente otros filtros de formas periódicas es retirada de la señal, antes de ser aportada como señal de entrada al respectivo filtro de formas periódicas.

10. Procedimiento según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque un filtro de formas periódicas adicional es sincronizado con el número de revoluciones del árbol y su señal de salida es retirada de la señal, antes de ser aportada como señal de entrada a los otros filtros de formas periódicas (56, 58, 60) .

11. Procedimiento según las reivindicaciones 8 hasta 10, caracterizado porque la señal es preparada antes de ser aportada como señal de entrada a los filtros de formas periódicas (56, 58, 60) .

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque la señal es filtrada con un filtro de paso de banda

(66) que es ajustado de tal modo que la señal de entrada del filtro de formas periódicas (56) para el anillo interior

(52) se hace máxima.

13. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque a partir de un modelo dinámico del rodamiento montado es hallada la función de transferencia entre una desviación de cuerpo de rodadura provocada por el daño y la correspondiente señal de sensor y la señal es corregida respecto a esta función de transferencia con un paso de banda correspondiente, antes de ser aportada a los filtros de formas periódicas.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado porque delante del filtro de formas periódicas para anillo exterior (56) y del filtro de formas periódicas para anillo interior (58) está conectado respectivamente un paso de banda diferente, que corrige respectivamente la función de transferencia para una señal de daños procedente de un contacto entre el anillo exterior (50) y un cuerpo de rodadura (54) o respectivamente la función de transferencia para una señal de daños procedente de un contacto entre el anillo interior (52) y un cuerpo de rodadura (54) .

15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado porque están previstos dos filtros de formas periódicas

(60) para los cuerpos de rodadura (54) , delante de cuyos filtros está conectado respectivamente uno de los dos filtros de paso de banda con función de transferencia diferente.

16. Procedimiento según las reivindicaciones 8 hasta 15, caracterizado porque está previsto un filtro de formas periódicas (70) , cuya memoria anular rota con la frecuencia de rotación de la jaula y al que son aportadas la señal de salida del filtro de formas periódicas para anillo exterior (56) y dado el caso del filtro de formas periódicas para cuerpos de rodadura (60) .

17. Procedimiento según las reivindicaciones 8 hasta 16, caracterizado porque la variación temporal del contenido de la memoria anular de los filtros de formas periódicas (56, 58, 60) para el anillo exterior (50) , el anillo interior (52) o respectivamente los cuerpos de rodadura (54) es analizada para hallar el desequilibrio o respectivamente la carga uniforme que actúa sobre el cojinete.

18. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque la suma de carga uniforme y desequilibrio es hallada mediante el recurso de que para la señal de salida del filtro de formas periódicas para cuerpos de rodadura

(60) es formada la relación entre las amplitudes de los componentes de señal procedentes del contacto con el anillo interior y del contacto con el anillo exterior.

19. Procedimiento según las reivindicaciones 8 hasta 18, caracterizado porque el ángulo de contacto del rodamiento es hallado a partir de la frecuencia de rotación de los filtros de formas periódicas (56, 58, 60) para el anillo exterior (50) , el anillo interior (52) y/o los cuerpos de rodadura (54) .

20. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque cada cuerpo de rodadura está asociado a un filtro de formas periódicas (216) para la separación de componentes periódicos de señal a partir de una señal, con una entrada (10) para la señal, que alimenta una memoria anular rotatoria (14; 301, 302, 303) , que es formada por elementos de memoria (16) dispuestos cíclicamente, que son unidos consecutivamente de forma respectiva a la entrada correspondientemente a la frecuencia de rotación, y con una disposición de sincronización (20) para hacer coincidir la frecuencia de rotación con la duración de periodo de los componentes de señal buscados.

21. Procedimiento según las reivindicaciones 1 hasta 5, caracterizado porque en cuanto a los elementos de máquina se trata de elementos (70, 72, 74) de un engranaje que rotan o dan vueltas con un número de revoluciones diferente.

22. Procedimiento según la reivindicación 21, caracterizado porque cada elemento de engranaje (70, 72, 74) así está asociado a un filtro de formas periódicas (76, 78, 80) para la separación de componentes periódicos de señal a partir de una señal, con una entrada (10) para la señal, que alimenta una memoria anular rotatoria (14; 301, 302, 303) , que es formada por elementos de memoria (16) dispuestos cíclicamente, que son unidos consecutivamente de forma respectiva a la entrada correspondientemente a la frecuencia de rotación, y con una disposición de sincronización

(20) para hacer coincidir la frecuencia de rotación con la duración de periodo de los componentes de señal buscados, cuya memoria anular rota con la frecuencia de giro o respectivamente de revolución del elemento de engranaje asociado.

23. Procedimiento según las reivindicaciones 1 hasta 5, caracterizado porque en cuanto a los elementos de máquina se trata de rodillos rotatorios (90, 92, 94, 96, 98, 100) para la fabricación continua de un producto (102) , los cuales estampan la superficie del producto.

24. Procedimiento según las reivindicación 23, caracterizado porque la señal a partir del perfil del producto (102) es obtenida en la dirección de avance, en que cada rodillo (90, 92, 94, 96, 98, 100) está asociado a un filtro de formas periódicas (108, 110, 112, 114, 116, 118) .

25. Procedimiento según la reivindicación 24, caracterizado porque la velocidad de avance del producto (102) es captada y empleada para la sincronización de los filtros de formas periódicas (108, 110, 112, 114, 116, 118) .

26. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque la calidad del filtro de formas periódicas (60) para los cuerpos de rodadura (54) es ajustada de tal modo que entra en concordancia en una revolución de la jaula.

27. Procedimiento según la reivindicación 26, caracterizado porque la constante temporal del filtro de formas periódicas (60) para los cuerpos de rodadura (54) es escogida como

duración de revolución de jaula * ángulo de carga / 360º .

28. Procedimiento según la reivindicación 26 ó 27, caracterizado porque en cada revolución de la jaula se genera una imagen del contenido de la memoria anular, cuando la salida es máxima.

29. Procedimiento según la reivindicación 28, caracterizado porque la memoria anular es reinicializada tras cada revolución y a partir de la comparación de diferentes imágenes es hallado el desplazamiento de fase entre las diferentes imágenes y con ello el ángulo de resbalamiento de los cuerpos de rodadura (54) .

30. Procedimiento según la reivindicación 29, caracterizado porque el desplazamiento de fase es hallado a partir del máximo de la correlación anular entre las imágenes individuales.

31. Procedimiento según la reivindicación 29 ó 30, caracterizado porque las imágenes individuales son corregidas en lo que respecta a su desplazamiento de fase y son sumadas luego, para formar la salida del filtro de formas periódicas (60) .

32. Procedimiento según la reivindicación 26 ó 27, caracterizado porque la fase de la rotación de la memoria anular del filtro de formas periódicas (60) para los cuerpos de rodadura (54) es controlada correspondientemente al ángulo de resbalamiento hallado de los cuerpos de rodadura, para compensar el resbalamiento de los cuerpos de rodadura.

33. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque la señal de salida del o respectivamente de cada filtro de formas periódicas (56, 58, 60) es clasificada según su amplitud.

34. Procedimiento según la reivindicación 33, caracterizado porque a partir de la señal clasificada por amplitud es hallada la longitud de daños para el anillo exterior (50) , el anillo interior (52) o respectivamente los cuerpos de rodadura (54) .

35. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque en cuanto a la señal se trata de una señal de ruido modulada en amplitud y en cuanto al periodo se trata del periodo de modulación de la señal de ruido.

36. Procedimiento según la reivindicación 35, caracterizado porque en cuanto al elemento de máquina se trata de un rodamiento, en que los componentes de señal de ruido, que están modulados en amplitud con la frecuencia de rodadura del anillo exterior y/o la frecuencia de revolución de la jaula, son separados para derivar de ellos informaciones relativas a la holgura del cojinete.

37. Procedimiento según la reivindicación 36, caracterizado porque para la evaluación de la holgura del cojinete se toma la profundidad de modulación.