Servo-case, tilanne

Transkriptio

1 Servo-case, tilanne Jari Halme Tutkija

2 Case: Servomoottorin toimintakunnon valvonta ja testaus Vastuullinen yritys ja vastuuhenkilö: Kimmo Ukkonen, Foxconn Oy Muut osallistuvat yritykset: Vesa Väänänen, LSK Electrics Oy Lisäksi linkki ABB:n moottorinohjauscaseen Vastuullinen tutkimustaho ja vastuuhenkilö: VTT TUO Muut tutkimustahot: VTT ELE Kuvaus (kohde, tarpeet, mitä pyritään ratkaisemaan) Kohde: AC-servomoottorit, Fanuc, Teho max 7,5 kw Tarpeet: 1. Vikatilanteiden ja korjaustarpeen ennustaminen mittaavalla huollolla. 2. Huollettujen moottoreiden testausjärjestelmän kehittäminen Tulosodotukset Järjestelmän tulee mittaustietoihin perustuen määrittää moottorien huoltotarve ja ajankohta sekä antaa lähtötiedot huollettujen moottorien testauksen lähtöarvoiksi. Odotettava hyöty (tekninen ja taloudellinen merkitys) Mittaavalla huollolla pystytään tarkentamaan huoltotarve ja moottorien vaihdon ajankohta. Varamoottorien määrä pystytään pitämään pienenä, koska huolto tehdään paikallisin voimin ja huoltoaika on lyhyt. 2

3 Servo -tilanne Raportit: AC-servomoottori - rakenne Planeettavainteet - rakenne Servomoottorin planeettavaihde Testirobotin mittaus Hollolassa Tuotantorobotin etämittaus Hollola - Espoo 3

4 Servomoottoriselvitys - tiivistelmä Käyttökohteissa, joissa tarvitaan suurta tarkkuutta, voidaan soveltaa takaisinkytkettyjä moottorikäyttöjä. Takaisinkytkettyä ja säädettyä moottoriratkaisuja kutsutaan servomoottoreiksi. Yleisemmin sähkökäyttöiset servomoottorit ovat tyypiltään AC-moottoreita, jotka ovat liitetty osaksi käyttökohteen ohjaus- ja säätöjärjestelmää. Tyypillisesti servomoottorijärjestelmissä käytetään virta- ja/tai nopeustakaisinkytkentöjä ja -säätöjä. AC-servomoottoreita käytetään esimerkiksi teollisuusroboteissa. Kohdetta käyttävänä laitteena servomoottoreiden toimintakunto ja sen havainnointi ovat molemmat kriittistä kohteen luottavan toiminnan kannalta. AC-servomoottorina käytettävä moottori voi olla tavallinen AC-moottori, AC-moottorin ominaisuuksin, jossa huoltokohteena ovat pääasiassa vain moottorin laakerit. Laakereiden toimintakuntoon vaikuttaa erityisesti käytetyn laakerirasvan laatu sekä oikea määrä. Muita vikatyyppejä ovat mm. roottorin ja staattorin väsymisvauriot sekä roottorin hankaus. Hitaasti pyörivissä kohteissa moottorin yhteyteen tarvitaan käyttävä vaihde. Vaihteen tyypistä riippuen vaihteen käytettävyyteen vaikuttavat vaihteen käyttöön ja huoltoon liittyvä normaali problematiikka. Servomoottoreiden ohjauslogiikan ongelmat liittyvät useammin säädön asetusten epäkelpoisuuteen kuin varsinaisen ohjauslogiikan vikaantumiseen. Sähkömoottoreiden moottorivaurioihin liittyviä vikoja voidaan monitoroida sekä sähköisin että värähtelyteknisin mittauksin. Laakerivaurioiden osalta soveliaimpia monitorointimenetelmiä ovat värähtely- ja voitelurasvan öljyanalyysit. 4

5 Planeettavaihdeselvitys - tiivistelmä Planeettavaihteilla on perinteisiin rinnakkaisakselisiin vaihteisiin verrattuna useita edullisia ominaisuuksia. Planeettavaihde voidaan mm. suunnitella pieneksi ja kompaktiksi, ratkaisulla saavutetaan moninkertainen pyörimisnopeuden alennus. Tyypillisiä käyttö- ja sovelluskohteita planeettavaihteille ovat mm. automaattivaihteistot sekä robottien toimilaitteet. Yksinkertaisessa planeettavaihteessa on sekä aurinko- ja rengaspyörä että joukko identtisiä planeettapyöriä, jotka ovat yhtäaikaisesti rynnössä sekä aurinko- että rengaspyörän kanssa. Planeettavaihteiden samanaikaisista hammasrynnöistä syntyvät dynaamiset kuormitukset kulkeutuvat vaihteen kantaviin rakenteisiin, joissa kertyvät kuormitusvaihtelut voivat kohteesta ja konstruktiosta riippuen lyhentää hampaiden ja vaihteen laakereiden kestoikää. Erityisenä haasteena planeettavaihteilla on paikantaa alkava vikaantuminen vaihteen muista herätteistä. Planeettavaihteiden vikojen ja vaurioiden havainnoinnissa tarvitaan yleensä kehittyneempiä menetelmiä kuin perinteisissä hammasvaihteissa, vaikkakin vikamuodot ovat pääsääntöisesti samankaltaisia ja yhtäläisiä. Tyypillisesti planeettavaihteiden luotettava havainnointi edellyttää eri elementeistä ja lähteistä tulevien värähtelyherätekomponenttien erottelua ja luokittelua, mahdollisesti näiden piirteiden mallinnusta ja/tai tarkkaa taajuussuodatusta. Yhteisenä piirteenä erilaisille analysointimenetelmille on se, että vaihteen pyörimisnopeus pysyy vakiona ja/tai analysoitavat mittaukset on näytteytetty hallitulla liipaisuehdolla (esim. määritelty pyörimisnopeus- ja kuormaehto). Tällöin mittaustilanne on yhtäläinen ja järkevä vikatilanneanalysoinnin kannalta. 5

6 Servomoottorin planeettavaihde Kolme vaihdetta VTT:lle: Kuiva, käytössä vaurioitunut & uusi Käytetyn vaihteen purku osiin ja rakenteen selvitys sekä rasva- ja vaurionanalyysit. 6

7 Servomoottorin planeettavaihde Rakenne ja välityssuhteet 7

8 Servomoottorin planeettavaihde Katkennut aurinkopyörän akseli 8

9 Rasva-analyysit Servomoottorin planeettavaihde puhdas rasva & näytteet toisiopuolelta, hammaspyörästä ja pyörien sisäpuolelta Pikarasva-analysaattori rautapitoisuudelle Tulokset laitteen kohinatason alapuolella Ferrografianalyysit Tulokset raporteissa TUO TUO Vähän metallihiukkasia, hiukkaset pääasiassa pölyä Kulumistilanne muuten normaali paitsi toisiopuolen näytteessä, jossa havaittiin eniten metallisia kulumishiukkasia 9

10 Anturit Testirobotin mittaus kiihtyvyys, radiaalisuuntaiset pyörimisherätteet 2 ja 3 akseleiden käytöillä AE kriittisimpään vaihteeseen (2) Ääni kokonaisäänitaso ja -tilanne Virtapihdit moottoreiden M2:n ja M3:n vaiheessa Moottori Uudehko M6-tyypin robotti, normaali työkierto, lyhennetyt tauot Instrumentointi LAN- mittalaite - PC Acc M3 ch0, Acc M2 ch1, AE Rms ch2, Sound ch3, AE filter ch4, Current M2 ch5, Current M3 ch6 10

11 Testirobotin mittaus Sekvenssiprosessi Värähtelykiihtyvyysmittaus (M3 red, M2 blue) 11

12 Sekvenssiprosessi Testirobotin mittaus Tme doman and zoomed tme domain 12

13 Anturit 977Ã78277((7Ã-$Ã7827$172 Tuotantorobotin etämittaus > kiihtyvyys, radiaalisuuntaiset pyörimisherätteet 2 ja 3 akseleiden käytöillä AE kriittisimpään vaihteeseen (2) Äänitaso moottorilta 2 ja 3 Robotin moottorit Tuotannossa oleva M6-tyypin robotti, normaali työkierto ja tauot Instrumentointi LAN-mittalaite - PC - Adsl-modem - Diag.keskus Acc M3 ch0, Acc M2 ch1, AE M2 Rms ch2, AE M2 filter ch3, Sound M3 ch4, Sound M2 ch5 ETÄPISTE (FOXCONNILLA) MONITOROINTIPISTE (VTT:LLÄ) Daqbook/2005 LAN ADSL netti Laptop Workstation LAPTOP TOIMISTOSSA: -Dasylab NET RunTime -PC-Anywhere -Ulkoinen nettilityntä (esimadsl) TYÖASEMA VTT:LLÄ: -Dasylab NET -PC-Anywhere 13

14 Jatkotoimenpiteet SEM -kuvat katkenneesta akselista osana vaihteen vaurioselvitystä Toimintakunnon testaamistarpeiden kartoitus ja tärkeimpien kunnonarviointimenetelmien selvitys huollon tarpeisiin Käynnistetään parametripiirteiden irroitus datasta Pulssianturin asemointi osana synkronointijärjestelmää 14