专利名称：探测包括转动机件的机械组件的结构性缺陷的方法
技术领域：
本发明涉及一种探测包括转动机件的机械组件的结构性缺陷的方法，以及这类方法在用于机动车的包括转动机件的机械组件的磨损状态的车载诊断上的应用。特别地，本发明可以被使用于探测轴承的转动机件的结构性缺陷，特别是用于探测引导机械组件转动的滚柱轴承的转动环的结构性缺陷。作为变型，本发明可以被使用于探测包括转动机件的机械组件的包括固定机件的另一机件的结构性缺陷。例如，机械组件可属于变速箱、减速电动机、变速器、自起动器、涡轮机、反应器、传动装置、离合器、主轴或机加工主轴的支座。探测结构性缺陷的方法的使用允许转动机件还承担信息收集的功能，以尤其能够保证-机动车的机械构件的车载诊断或监测，尤其是机械构件的磨损，例如曲柄轴的监测、滚柱轴承或分配齿轮的诊断；-转动的动态系统例如起动机-发电机组的标准的调节；-对一套机器例如对机床的主轴、减速器、风力传动装置的监测。
背景技术：
为了探测结构性缺陷，通常通过利用由加速计发送的信号来实施机械组件的振荡分析。然而，这种实施需要添加加速计，所述加速计除了它们的成本外，还具有在包括转动机件的机械组件中较大的集成限制。
发明内容
本发明旨在通过特别是提出一种探测包括转动机件的机械组件的结构性缺陷的探测方法来改进现有技术，所述转动机件不需要难以安置的测量部件，所述探测方法在其实施上特别简单和可靠，尤其是不受转动机件的转速以及由所述机械组件所经受的外部应力的影响。为此，并根据第一方面，本发明提出一种探测包括转动机件的机械组件的结构性缺陷的探测方法，所述探测方法设置一种预先分析，这种预先分析用于识别缺陷在所述机件的一转上出现的频率特征，和所述探测方法设置如下重复性的步骤-测量所述转动机件的即时转速；-角度地取样测量值，以获得表示所述转动机件的即时转速的取样信号；-进行取样信号的谐波空间分析，以获得所述转动机件的即时转速的谱图 (spectre)；-监测用于特征频率的谱图的幅度，以根据所述幅度推断对应缺陷的出现。根据第二方面，本发明提出这类方法在用于机动车的包括转动机件的机械组件的磨损状态的车载诊断上的应用。
本发明的其它目的和优点将在以下参照附图进行的描述中显现出来，附图示出用于获得表示转动机件的即时转速的取样信号的原理。
具体实施例方式在下文中描述一种探测机械组件的结构性缺陷的方法，机械组件包括一滚柱轴承，滚柱轴承由一转动机件、一固定机件和至少一列滚动体形成，滚动体布置在所述转动机件和固定机件之间，以允许所述转动机件和固定机件的相对转动。此外，描述参照引导机械组件转动的一轴承，该轴承装载在机动车内，该轴承特别是弓I导变速箱轴转动的滚柱轴承。不过，本发明可应用于探测包括转动机件的另一类型机械组件的结构性缺陷，和/ 或应用于另一应用中，例如应用于如在承载一转动机件的机床中的静态应用中。特别地，要探测的结构性缺陷可能由于由转动机件的转动所引起的机械应力而出现。因此，所述方法允许诊断机械组件的磨损状态，以通过保证预防性的维护来避免所述组件的故障。例如，在滚柱轴承的情形中，结构性缺陷可能是固定机件、转动机件和/或滚动体的滚动轨道的剥落。在包括转动轴的机械组件的情形中，尤其是传动装置、变速箱或发动机的情形中，结构性缺陷可能在所述转动轴的齿轮机构的轮齿上形成。所述探测方法设置一种预先分析，这种预先分析用于识别结构性缺陷在转动机件的一转上出现的特征频率。特别地，所述分析可通过机械组件的几何形状的设计来实施，特别地从在所述组件的不同机械构件之间的运动学关系，以定位识别每个可能发生的结构性缺陷的频率。在滚柱轴承的实例中，对缺陷的特征频率的识别可通过计算滚动体在所述缺陷上的通过频率来实施。因此，特征频率可对应每一转滚动体在缺陷上经过的次数的估算。在识别可能发生的结构性缺陷的特征频率后，所述方法设置对应这些特征频率之一的缺陷探测的重复性步骤。作为变型，所述方法可以使用于探测每个可能会发生的缺陷。所述方法设置对转动机件的即时转速进行测量，所述测量可在要监测的转动机件上或在在机械组件中与该要监测的转动机件相连的另一转动机件上实施。特别地，即时转速的测量可通过一编码器-传感器组件实施。编码器与转动机件转动地相连在一起，并且可以是磁性的，同时包括一多极轨道，多极轨道具有几何形状相同的N和S磁极的交错序列。特别地，编码器可以在转动机件上或在与所述转动机件转动地相连的一转动组件上固定。在滚柱轴承的实例中，编码器可以固定到转动机件，以探测在所述滚柱轴承上的结构性缺陷，或探测在由所述滚柱轴承引导转动的转动组件上的结构性缺陷。传感器是固定的并且包括至少两个敏感元件，所述敏感元件相对于多极轨道并且在距多极轨道的读取距离处布置。在一实施例中，敏感元件是霍尔效应探头、磁致电阻或巨磁电阻。特别地，传感器可以包括如在文献FR-2792403中描述的多个对齐的敏感元件。参照图1，描述一传感器，该传感器被布置以发送信号S，信号S包括间隔恒定角距的波前信号&。特别地，由传感器发送的信号S可进行插值，以使得隔开波前信号&的角距小于在磁极之间的角差(1，ecart angulaire)。
所述方法此外设置即时转速的测量值的角度取样Qchantillormage angulaire)，以获得表示所述速度的取样信号。在所示的实施方式中，尤其是通过与传感器耦合的一计数卡测量在两个波前信号&之间经过的时间。特别地，时间的测量可通过计算隔开所测量的信号S的两上行波前信号&的高频时钟f的脉冲数Ni来执行，这对应由所述波前信号数Nf所固定的角距。因此，取样信号提供在所测量的信号S的每个波前信号&之间所经过的时间，以通过关系式
角度ITli ω =——=-
时间 NiNl来知晓实际的即时转速ω。在一实施例中，所测量信号S的波前信号数Nf等于每转Μ00，所述波前信号通过具有60对磁极和插值40的编码器获得。此外，高频时钟的频率f是100MHz。即时转速被取样，所述方法设置实施取样信号的谐波分析，以获得转动机件的即时转速的谱图。根据一实施方式，谐波空间分析通过取样信号的空间傅里叶变换(FFT)来实施。参照图1，空间傅里叶变换可在每个上行波前信号&之间经过的时间测量上实施。 此外，对转动机件的即时转速的测量或在每个波前信号之间经过的时间的测量可在多转上实施，例如在三十转上实施，谐波分析从而在该角度取样的信号上实施，以限制转动机件的转速波动的影响。继而，所述方法设置对用于特征频率的谱图的幅度的监测，以根据所述幅度推断对应缺陷的出现。作为变型，多个特征频率可以被监测以推断由这些频率的每个所识别的缺陷的出现。特别地，谱图的谱线的频率位置不受转动机件的转速影响，这是由于这涉及与转动机件相关联的事件，而不涉及与外部应力相关联的事件。实际上，信号被角度地取样，以使得信号的采集从本质上摆脱速度的波动，以能够对于不同的速度条件精确地比较不同频率的水平。这种监测可以在包括特征频率和/或该频率的至少一谐波的窗口中实施。特别地，当多个缺陷需要每个通过一特征频率探测时，所监测的频率应是不同的以能够辨别每个缺陷。对于大于一阈值的谱图的幅度值，可探测到缺陷的出现。此外，可以设置根据用于特征频率的谱图的幅度和/或谱图的形状对缺陷的量化。根据一实施方式，所述方法此外设置专属于编码器的签名的预先测定，所述签名从即时速度的信号上减去，以在所获得的谱图上实施幅度的监测。实际上，磁性编码器技术对于所有全部命令引起一噪音频谱，该签名还与编码器在转动机件上的集成相关。这种全命令式频率滤波在要监测的频率是多重转速的情形中是特别有用的。
权利要求
1.探测包括转动机件的机械组件的结构性缺陷的探测方法，所述探测方法设置一种预先分析，所述预先分析用于识别缺陷在所述转动机件的一转上出现的频率特征，和所述探测方法设置如下重复性的步骤-测量所述转动机件的即时转速；-角度地取样测量值，以获得表示所述转动机件的即时转速的取样信号；-进行取样信号的谐波空间分析，以获得所述转动机件的即时转速的谱图；-监测用于特征频率的谱图的幅度，以根据所述幅度推断对应缺陷的出现。
2.根据权利要求1所述的探测方法，其特征在于，所述谐波空间分析通过取样信号的空间傅里叶变换来实施。
3.根据权利要求1或2所述的探测方法，其特征在于，所述即时转速的测量通过以下部件实施-编码器，所述编码器与所述转动机件转动地相连在一起，所述编码器包括一多极轨道；-固定传感器，所述固定传感器包括至少两个敏感元件，所述至少两个敏感元件相对于多极轨道布置并且在距多极轨道读取距离处布置，所述传感器被设置以发送信号(S)，所述信号S包括间隔恒定角距的波前信号(Sf)。
4.根据权利要求3所述的探测方法，其特征在于，所述多极轨道具有N和S磁极的交错序列。
5.根据权利要求4所述的探测方法，其特征在于，隔开所述波前信号(Sf)的角距小于在所述磁极之间的角差。
6.根据权利要求3到5中任一项所述的探测方法，其特征在于，所述探测方法此外设置测量在两个波前信号(Sf)之间经过的时间，所述取样信号提供在所测量的信号( 的每个波前信号(Sf)之间所经过的时间，以知晓所述即时转速。
7.根据权利要求3到6中任一项所述的探测方法，其特征在于，所述探测方法设置专属于编码器的签名的预先测定，所述签名从即时速度的信号上减去，以在所获得的谱图上实施所述幅度的监测。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的探测方法，其特征在于，所述转动机件的即时转速在多转上进行测量，所述谐波分析在该角度地取样的信号上实施。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的探测方法，其特征在于，对特征频率的识别通过所述机械组件的几何形状的设计来实施。
10.根据权利要求1到9中任一项所述的探测方法，其特征在于，对于大于一阈值的谱图的幅度值，探测到缺陷的出现。
11.根据权利要求10所述的探测方法，其特征在于，所述探测方法包括根据用于特征频率的谱图的幅度和/或谱图的形状对缺陷的量化。
12.根据权利要求1到11中任一项所述的探测方法，其特征在于，所述监测在特征频率和/或该特征频率的至少一谐波实施。
13.根据权利要求1到12中任一项所述的探测方法在用于机动车的包括转动机件的机械组件的磨损状态的车载诊断上的应用。
全文摘要
本发明涉及一种探测包括转动机件的机械组件的结构性缺陷的探测方法，所述探测方法设置一种预先分析，这种预先分析用于识别缺陷在所述机件的一转上出现的特征频率，和所述探测方法设置如下重复性的步骤测量转动机件的即时转速；角度地取样测量值，以获得表示转动机件的即时转速的取样信号；进行取样信号的谐波空间分析，以获得转动机件的即时转速的谱图；监测用于特征频率的谱图幅度，以根据所述幅度推断对应缺陷的出现。
文档编号F16C19/52GK102483368SQ201080017561
公开日2012年5月30日 申请日期2010年4月16日 优先权日2009年4月23日
发明者D·雷蒙, M·阿尔巴达维, O·米西, P·德比奥勒 申请人:Ntn-Snr轴承股份有限公司