一种柔性制造系统物流小车早期故障检测方法.pdf

本发明公开了一种柔性制造系统物流小车早期故障检测方法，包括以下步骤，（1）进给速度试验步骤：如在步骤（1）中未判断出存在缺陷，则进行下述步骤（2）负载运行试验步骤：如步骤（2）未判断出存在缺陷，则继续进行下述步骤（3）试验后处理：1）卸下压重块，吊装回贮存处；2）对物流小车进行清洗和维护。本方法能通过试验的方式，对柔性制造系统物流系统的重要功能部件—物流小车进行早期故障激发，找到生产制造过程或设计的潜在缺陷，从而为提高机床整机的可靠性提供实用方法，保证出厂的机床出现早期故障的概率大大降低。同时本方法还可以为机床在设计时是否存在缺陷提供参考依据，以便于对机床设计进行改善。

权利要求书
1.  一种柔性制造系统物流小车早期故障检测方法，包括以下步骤，
（1）进给速度试验步骤：所述进给速度试验步骤包括①将性能、精度检验合格的物流小车直接安装至一套试验用的柔性制造系统中，并调试好其基本功能；试验采用物流小车独立运行的方式进行，因此要求试验过程中要保证上下料工位、清洗机、主机托盘交换架等位置没有托盘存在，以免试验因发生干涉现象造成设备损坏和人员损伤,且试验过程中切断系统中主机、清洗机、上下料工位等无关系统的电源，保证无关系统试验过程中不会启动；②将物流小车分别以1000mm/min、5000mm/min、20000mm/min、60000mm/min、80000mm/min、100000mm/min的快移速度在X向满行程范围内运动5分钟，同时抽检各级进给速度，记录可靠性试验运行记录，如果抽检出存在进行速度低于预设进给速度的2%，或者高于预设进给速度的6%,则判断存在缺陷；③将物流小车滑台分别以500mm/min、2000mm/min、3000mm/min、10000mm/min、20000mm/min的快移速度在Y向满行程范围内运动5分钟，同时抽检各级进给速度，记录可靠性试验运行记录，如果抽检出存在进行速度低于预设进给速度的2%，或者高于预设进给速度的6%，则判断存在缺陷；④将物流小车滑台分别以500mm/min、2000mm/min、10000mm/min、20000mm/min、30000mm/min的快移速度在Z向满行程范围内运动5分钟，同时抽检各级进给速度，记录可靠性试验运行记录；如果抽检出存在进给速度低于预设进给速度的2%，或者高于预设进给速度的6%，则判断存在缺陷；
如在步骤（1）中未判断出存在缺陷，则进行下述步骤（2）
（2）负载运行试验步骤：所述负载运行试验步骤包括①在X方向，控制物流小车以50000mm/min的进给速度在X=0和X=11500mm之间往返五次，记录小车位置坐标；②在Y方向，物流小车以10000mm/min的进给速度在Y=0和Y=965mm之间往返五次，记录小车位置坐标；③在Z方向，物流小车以15000mm/min的进给速度在Z=0和Z=1600mm之间往返五次，记录小车位置坐标；④根据三个方向试验的数据判断物流小车定位精度是否满足误差小于0.25mm的要求；如果不满足要求，则判断存在缺陷；如果满足要求，进行下一步；⑤控制物流小车回到原点位置，并通过工装夹具把四个重为500kg的压重块装置固定到物流小车上去；⑥按照试验任务剖面编制的运行程序运行物流小车，设定自动运行时间2小时，即在小车X行程范围内设置0、6000、12000、23000四个模拟机位点，小车依次运动到四个点，在每个点滑台在Y向进行全行程往返运动一次，Z向半行程往返一次，一个循环耗时62.5秒；步骤⑥没有性能指标要求而只有功能规定的，当其无法完成功能动作时即判为失效，失效形式包括以下四种：
1）物流小车在X、Y、Z某个方向或同时几个方向无动作；
2）物流小车在X、Y、Z某个方向或同时几个方向动作延迟或提前的误动作；
3）物流小车在X、Y、Z某个方向或同时几个方向超出运动范围；
4）物流小车在X、Y、Z某个方向或同时出现卡死；
⑦自动运行两个小时后，采用手动的方式运行任务剖面的3个试验循环（即步骤二中第⑥点），并依次测量小车的XYZ坐标，检测重复定位精度是否超过0.5mm，如果超过则判断存在缺陷；⑧重复步骤⑥和步骤⑦的内容，直到试验截止时间T=120h；
如步骤（2）未判断出存在缺陷，则继续进行下述步骤（3）
（3）试验后处理：1）卸下压重块，吊装回贮存处；2）对物流小车进行清洗和维护。

说明书一种柔性制造系统物流小车早期故障检测方法
技术领域
本发明涉及一种以激发早期柔性制造系统故障为目的的故障检测方法，尤其涉及一种作为柔性制造系统的重要功能部件物流小车，对其进行强化试验以进行早期故障检测的方法。
背景技术
柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统(Flexible Manufacturing System)，英文缩写为FMS。根据柔性制造系统可靠性建模技术研究可知，柔性制造系统主要由加工系统、物流系统、刀具系统、控制系统及辅助系统五个子系统组成。通过对柔性制造系统进行跟踪统计，结果表明系统在出厂后再使用过程中，其失效和出现故障的概率在时间上呈浴盆曲线。柔性制造系统在出厂之后存在一个早期失效期，这个时间段内，机床出现故障的概率较大，这种故障称为早期故障。
柔性制造系统中，加工系统主要由加工中心组成；物流系统由传输装置、物流小车、机械手等组成；控制系统由控制加工中心、物料搬运系统等自动操作所需的局部通信网络和中央控制计算机、传感器、在线监测设备以及各种管理和监控软件组成；辅助系统主要包括工件检测装置和清洗机等设备组成。根据资料表明，物流系统、刀具系统、辅助系统和加工设备是柔性制造系统故障频发的子系统。为了提高柔性制造系统的可靠性，有必要对其可靠性问题进行深入细致的研究。
物流系统是柔性制造系统重要的组成部分，其主要功能是实现物料在加工机床以及存储站有机床之间的自动运输、搬运、存放的等工作。而物流小车主要工作是完成工件装卸站                                               加工中心托板存储库工件清洗站之间的工件输送，属于点到点位置控制系统。物流系统中所有的运动功能都集中在物流小车上，其实整个柔性制造系统物流系统的核心设备，一旦出现故障，将影响全线的运行，且根据统计结果，物流小车所发生故障占所有故障的月1/5,严重影响系统可靠运行，且部分故障为重要故障。
为此，通过试验对物流小车进行早期故障激发，以在将其装进柔性制造系统前找到该部件的设计、加工及装配引起的潜在缺陷，具有重要意义。目前，关于对柔性制造系统物流小车进行以激发早期故障为目的的可靠安心试验方法还没有，无法保证将其安装到整机上的可靠性，因为也就无法保证整个柔性制造系统的可靠性。
故怎样设计一种可激发物流小车早期故障，以在柔性制造系统出厂前发现物流小车潜在缺陷的早期故障检测方法，成为本领域有待解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种可以激发物流小车早期故障的柔性制造系统物流小车早期故障检测方法，从而找出其潜在缺陷，为提高出厂可靠性创造条件。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种柔性制造系统物流小车早期故障检测方法，包括以下步骤，
（1）进给速度试验步骤：所述进给速度试验步骤包括①将性能、精度检验合格的物流小车直接安装至一套试验用的柔性制造系统中，并调试好其基本功能；试验采用物流小车独立运行的方式进行，因此要求试验过程中要保证上下料工位、清洗机、主机托盘交换架等位置没有托盘存在，以免试验因发生干涉现象造成设备损坏和人员损伤,且试验过程中切断系统中主机、清洗机、上下料工位等无关系统的电源，保证无关系统试验过程中不会启动；②将物流小车分别以1000mm/min、5000mm/min、20000mm/min、60000mm/min、80000mm/min、100000mm/min的快移速度在X向满行程范围内运动5分钟，同时抽检各级进给速度，记录可靠性试验运行记录，如果抽检出存在进行速度低于预设进给速度的2%，或者高于预设进给速度的6%，,则判断存在缺陷；③将物流小车滑台分别以500mm/min、2000mm/min、3000mm/min、10000mm/min、20000mm/min的快移速度在Y向满行程范围内运动5分钟，同时抽检各级进给速度，记录可靠性试验运行记录，如果抽检出存在进行速度低于预设进给速度的2%，或者高于预设进给速度的6%，,则判断存在缺陷；④将物流小车滑台分别以500mm/min、2000mm/min、10000mm/min、20000mm/min、30000mm/min的快移速度在Z向满行程范围内运动5分钟，同时抽检各级进给速度，记录可靠性试验运行记录；如果抽检出存在进给速度低于预设进给速度的2%，或者高于预设进给速度的6%，，则判断存在缺陷；
如在步骤（1）中未判断出存在缺陷，则进行下述步骤（2）
（2）负载运行试验步骤：所述负载运行试验步骤包括①在X方向，控制物流小车以50000mm/min的进给速度在X=0和X=11500mm之间往返五次，记录小车位置坐标；②在Y方向，物流小车以10000mm/min的进给速度在Y=0和Y=965mm之间往返五次，记录小车位置坐标；③在Z方向，物流小车以15000mm/min的进给速度在Z=0和Z=1600mm之间往返五次，记录小车位置坐标；④根据三个方向试验的数据判断物流小车定位精度是否满足误差小于0.25mm的要求；如果不满足要求，则判断存在缺陷；如果满足要求，进行下一步；⑤控制物流小车回到原点位置，并通过工装夹具把四个重为500kg的压重块装置固定到物流小车上去；⑥按照试验任务剖面编制的运行程序运行物流小车，设定自动运行时间2小时，即在小车X行程范围内设置0、6000、12000、23000四个模拟机位点，小车依次运动到四个点，在每个点滑台在Y向进行全行程往返运动一次，Z向半行程往返一次，一个循环耗时62.5秒；步骤⑥没有性能指标要求而只有功能规定的，当其无法完成功能动作时即判为失效，失效形式包括以下四种：
1）物流小车在X、Y、Z某个方向或同时几个方向无动作；
2）物流小车在X、Y、Z某个方向或同时几个方向动作延迟或提前的误动作；
3）物流小车在X、Y、Z某个方向或同时几个方向超出运动范围；
4）物流小车在X、Y、Z某个方向或同时出现卡死；
⑦自动运行两个小时后，采用手动的方式运行任务剖面的3个试验循环（即步骤二中第⑥点），并依次测量小车的XYZ坐标，检测重复定位精度是否超过0.5mm，如果超过则判断存在缺陷；⑧重复步骤⑥和步骤⑦的内容，直到试验截止时间T=120h；
如步骤（2）未判断出存在缺陷，则继续进行下述步骤（3）
（3）试验后处理：1）卸下压重块，吊装回贮存处；2）对物流小车进行清洗和维护。
本发明的检测方法，是在对物流小车进行故障模式分析和浴盆曲线定量化分析后得出的。本方法模拟物流小车在柔性制造系统中的实际工作情况，进行可靠性强化试验，对其早期故障进行激发并检测。本发明的试验方法首先进行进给速度试验，对物流小车的性能作试运行检验，以发现明显的装配缺陷，再进行强化负载运行试验，即在进行小车负载试验时，小车承载其最大负载重量，且以最大进给速度运动，运动频率也大大超过工况的情况下，检测其位置精度，检测其潜在故障。最后试验完毕后进行拆卸、清洗和维护。各步骤中若出现故障，可以进行人工处理或排除，如果不能排除则此物流小车禁止出厂，如果可以排除则，则排除故障后可以继续进行后续步骤的检测。试验后的物流小车，如果能够消除缺陷，则消除缺陷后可重新装配，装入柔性制造系统整机中，这样就可保证出厂其物流小车出现早期故障的概率大大降低。
综上所述，本方法能通过试验的方式，对柔性制造系统物流系统的重要功能部件—物流小车进行早期故障激发，找到生产制造过程或设计的潜在缺陷，从而为提高机床整机的可靠性提供实用方法，保证出厂的机床出现早期故障的概率大大降低。同时本方法还可以为机床在设计时是否存在缺陷提供参考依据，以便于对机床设计进行改善。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本方法特别适合对型号为FMS80的柔性制造系统中的物流小车进行检测。具体地说，对该物料小车进行可靠性早期故障检测时，包括以下步骤，
一种柔性制造系统物流小车早期故障检测方法，包括以下步骤，
（1）进给速度试验步骤：所述进给速度试验步骤包括①将性能、精度检验合格的物流小车直接安装至一套试验用的柔性制造系统中，并调试好其基本功能；试验采用物流小车独立运行的方式进行，因此要求试验过程中要保证上下料工位、清洗机、主机托盘交换架等位置没有托盘存在，以免试验因发生干涉现象造成设备损坏和人员损伤,且试验过程中切断系统中主机、清洗机、上下料工位等无关系统的电源，保证无关系统试验过程中不会启动；②将物流小车分别以1000mm/min、5000mm/min、20000mm/min、60000mm/min、80000mm/min、100000mm/min的快移速度在X向满行程范围内运动5分钟，同时抽检各级进给速度，记录可靠性试验运行记录，如果抽检出存在进行速度低于预设进给速度的2%，或者高于预设进给速度的6%，,则判断存在缺陷；③将物流小车滑台分别以500mm/min、2000mm/min、3000mm/min、10000mm/min、20000mm/min的快移速度在Y向满行程范围内运动5分钟，同时抽检各级进给速度，记录可靠性试验运行记录，如果抽检出存在进行速度低于预设进给速度的2%，或者高于预设进给速度的6%，,则判断存在缺陷；④将物流小车滑台分别以500mm/min、2000mm/min、10000mm/min、20000mm/min、30000mm/min的快移速度在Z向满行程范围内运动5分钟，同时抽检各级进给速度，记录可靠性试验运行记录；如果抽检出存在进给速度低于预设进给速度的2%，或者高于预设进给速度的6%，，则判断存在缺陷；
上述步骤（1）中，环境应力条件具体可设置为：试验温度：10℃~40℃；温度变化≤20℃/h；相对湿度：10%~15%；振动≤0.5G；试验负重载荷为0.
如在步骤（1）中未判断出存在缺陷，则进行下述步骤（2）
（2）负载运行试验步骤：所述负载运行试验步骤包括①在X方向，控制物流小车以50000mm/min的进给速度在X=0和X=11500mm之间往返五次，记录小车位置坐标；②在Y方向，物流小车以10000mm/min的进给速度在Y=0和Y=965mm之间往返五次，记录小车位置坐标；③在Z方向，物流小车以15000mm/min的进给速度在Z=0和Z=1600mm之间往返五次，记录小车位置坐标；④根据三个方向试验的数据判断物流小车定位精度是否满足误差小于0.25mm的要求；如果不满足要求，则判断存在缺陷；如果满足要求，进行下一步；⑤控制物流小车回到原点位置，并通过工装夹具把四个重为500kg的压重块装置固定到物流小车上去；⑥按照试验任务剖面编制的运行程序运行物流小车，设定自动运行时间2小时，即在小车X行程范围内设置0、6000、12000、23000四个模拟机位点，小车依次运动到四个点，在每个点滑台在Y向进行全行程往返运动一次，Z向半行程往返一次，一个循环耗时62.5秒；步骤⑥没有性能指标要求而只有功能规定的，当其无法完成功能动作时即判为失效，失效形式包括以下四种：
1）物流小车在X、Y、Z某个方向或同时几个方向无动作；
2）物流小车在X、Y、Z某个方向或同时几个方向动作延迟或提前的误动作；
3）物流小车在X、Y、Z某个方向或同时几个方向超出运动范围；
4）物流小车在X、Y、Z某个方向或同时出现卡死；
⑦自动运行两个小时后，采用手动的方式运行任务剖面的3个试验循环（即步骤二中第⑥点），并依次测量小车的XYZ坐标，检测重复定位精度是否超过0.5mm，如果超过则判断存在缺陷；⑧重复步骤⑥和步骤⑦的内容，直到试验截止时间T=120h；
上述步骤（2）中，环境应力条件具体可设置为：试验温度：10℃~40℃；温度变化≤20℃/h；相对湿度：10%~15%；振动≤0.5G；试验负重为500kg.
如步骤（2）未判断出存在缺陷，则继续进行下述步骤（3）
（3）试验后处理：1）卸下压重块，吊装回贮存处；2）对物流小车进行清洗和维护。
最后应该说明的是，以上事实例仅用于说明，而非限制本发明的技术实施方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部修改，其均应涵盖在本发明的保护范围内。