GB/T 42983.2-2023 工業(yè)機(jī)器人 運(yùn)行維護(hù) 第2部分：故障診斷（正式版）

ICS25.040.30GB/T42983.2—2023工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行維護(hù)第2部分：故障診斷2023-09-07發(fā)布國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)GB/T42983.2—2023 I Ⅱ 2規(guī)范性引用文件 4工業(yè)機(jī)器人故障診斷流程 25在線故障報(bào)警 35.1基于控制總線 5.2基于附加傳感器 36離線測(cè)試診斷 36.1離線測(cè)試診斷流程 36.2離線測(cè)試 46.3離線診斷 4附錄A(資料性)控制異常報(bào)警機(jī)制信息 5參考文獻(xiàn) 7IGB/T42983.2—2023本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件是GB/T42983《工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行維護(hù)》的第2部分。GB/T42983已經(jīng)發(fā)布了以下部分：--—第1部分：在線監(jiān)測(cè)；-—第4部分：預(yù)測(cè)性維護(hù)。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)提出。本文件由全國(guó)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC591)歸口。本文件起草單位：天津大學(xué)、北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所有限公司、工業(yè)和信息化部電子第五研究數(shù)控科技有限公司、吉林大學(xué)、埃夫特智能裝備股份有限公司、北京化工大學(xué)、佛山華數(shù)機(jī)器人有限公研究院、杭州億恒科技有限公司、沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司、上海交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、庫(kù)卡機(jī)器人(上海)有限公司、東莞市李群自動(dòng)化技術(shù)有限公司、常州檢驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證研究院。ⅡGB/T42983.2—2023工業(yè)機(jī)器人是先進(jìn)制造業(yè)中不可替代的重要裝備，在支撐智能制造和提升生產(chǎn)效率方面發(fā)揮著重GB/T42983《工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行維護(hù)》通過監(jiān)測(cè)工業(yè)機(jī)器人狀態(tài)開展運(yùn)行維護(hù)以提高工業(yè)機(jī)器人——第2部分：故障診斷。目的是規(guī)范和確定工業(yè)機(jī)器人故障診斷流程、在線故障報(bào)警和離線測(cè)試等。——第3部分：健康評(píng)估。目的是規(guī)范和確定工業(yè)機(jī)器人健康評(píng)估流程、健康評(píng)估體系和健康評(píng)估——第4部分：預(yù)測(cè)性維護(hù)。目的是規(guī)范和確定工業(yè)機(jī)器人預(yù)測(cè)性維護(hù)的對(duì)象、預(yù)測(cè)方法、維護(hù)計(jì)劃和管理流程等。1GB/T42983.2—2023工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行維護(hù)第2部分：故障診斷本文件適用于工業(yè)機(jī)器人的故障診斷。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文GB/T19873.2—2009機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)第2部分：振動(dòng)數(shù)據(jù)處理、分析與描述GB/T22394.1—2015機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷數(shù)據(jù)判讀和診斷技術(shù)第1部分：總則GB/T25889—2010機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷聲發(fā)射GB/T29716.1—2013機(jī)械振動(dòng)與沖擊信號(hào)處理第1部分：引論GB/T42983.1—2023工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行維護(hù)第1部分：在線監(jiān)測(cè)ISO18129:2015機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷性能診斷方法(Conditionmonitoringanddiagnosticsofmachines—Approachesforperformancediagnosis)3術(shù)語(yǔ)和定義GB/T2298—2010和GB/T19873.2—2009界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1故障fault3.23.3系統(tǒng)或部件不能執(zhí)行某項(xiàng)規(guī)定功能的狀態(tài)。工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)或部件偏離標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。工業(yè)機(jī)器人處于運(yùn)行狀態(tài)。3.42GB/T42983.2—2023征兆symptom反映系統(tǒng)的有關(guān)狀態(tài)或故障信息的狀態(tài)量。3.9診斷diagnostics4工業(yè)機(jī)器人故障診斷流程工業(yè)機(jī)器人故障診斷按照?qǐng)D1所示的流程進(jìn)行。b)在線故障報(bào)警基于控制總線信號(hào)和附加傳感器的方式識(shí)別工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)和減速器等是c)若報(bào)警則進(jìn)行離線測(cè)試診斷，離線測(cè)試診斷包括離線測(cè)試和離線診斷。離線測(cè)試時(shí)應(yīng)按照工宜采用信號(hào)處理方法和人工智能診斷方法對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行故障診斷。在線監(jiān)測(cè)否是離線測(cè)試診斷診斷結(jié)果3GB/T42983.2—20235在線故障報(bào)警5.1基于控制總線基于控制總線的在線故障報(bào)警內(nèi)容包括控制異常報(bào)警和基于殘差的故障報(bào)警。a)控制異常報(bào)警工業(yè)機(jī)器人控制異常報(bào)警包括硬件報(bào)警、控制超差報(bào)警和通信異常報(bào)警，在線故障報(bào)警中關(guān)于控制異常報(bào)警的機(jī)制信息見附錄A,具體要求如下：1)硬件報(bào)警宜采用模擬硬件電路方式，當(dāng)硬件電路輸入異常時(shí)輸出特定電平，發(fā)生硬件報(bào)警；2)控制超差報(bào)警宜采用閾值比較方式，監(jiān)測(cè)參數(shù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)超過閾值，發(fā)生控制超差報(bào)警；3)通信異常報(bào)警宜采用“問答”方式，若規(guī)定時(shí)間內(nèi)無反饋，則狀態(tài)標(biāo)志位置1,發(fā)生通信異常報(bào)警。b)基于殘差的故障報(bào)警基于總線通信的數(shù)據(jù)獲取方式，宜采用觀測(cè)器和殘差對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行在線故障報(bào)警。針對(duì)電機(jī)故障報(bào)警，可建立伺服電機(jī)觀測(cè)器，宜采用電流作為觀測(cè)器輸出參數(shù)，驅(qū)動(dòng)器信號(hào)(轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等)作為輸入?yún)?shù)，使用電流殘差值對(duì)電機(jī)進(jìn)行在線故障報(bào)警。觀測(cè)器的建立應(yīng)符合ISO18129:2015中5.2的要求：1)確定觀測(cè)器輸出參數(shù)；2)選擇使用的輸入?yún)?shù)；4)設(shè)定故障閾值，宜選用正常運(yùn)行下殘差序列方差的3倍作為故障閾值；5)調(diào)試觀測(cè)器。5.2基于附加傳感器工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)和減速器宜采用振動(dòng)傳感器、聲發(fā)射傳感器和溫度傳感器等附加傳感器進(jìn)行在線故障報(bào)警。針對(duì)電機(jī)故障報(bào)警，可采用附加振動(dòng)傳感器和溫度傳感器來進(jìn)行在線故障報(bào)警。對(duì)于附加振動(dòng)傳感器，宜采用振動(dòng)信號(hào)的均方根值作為特征指標(biāo)來對(duì)電機(jī)進(jìn)行在線故障報(bào)警；對(duì)于附加溫度傳感器，宜采用溫度信號(hào)的有效值作為特征指標(biāo)來對(duì)電機(jī)進(jìn)行在線故障報(bào)警。針對(duì)減速器故障報(bào)警，可采用附加振動(dòng)傳感器和聲發(fā)射傳感器來進(jìn)行在線故障報(bào)警。對(duì)于附加振動(dòng)傳感器，宜采用振動(dòng)信號(hào)的均方根值作為特征指標(biāo)來對(duì)減速器進(jìn)行在線故障報(bào)警；對(duì)于附加聲發(fā)射傳感器，宜選用聲發(fā)射信號(hào)的能量作為特征指標(biāo)來對(duì)減速器進(jìn)行在線故障報(bào)警。特征指標(biāo)的選取應(yīng)符合GB/T19873.2—2009中3.3、GB/T25889—2010中4.1和GB/T2298—2010中6.11的要求，同時(shí)宜按如下方法選擇：a)針對(duì)振動(dòng)傳感器，采用均方根值等作為特征指標(biāo)；b)針對(duì)聲發(fā)射傳感器，采用能量等作為特征指標(biāo)；c)針對(duì)溫度傳感器，采用平均值等作為特征指標(biāo)。6離線測(cè)試診斷6.1離線測(cè)試診斷流程按照GB/T22394.1—2015中6.3和6.4的要求，宜按圖2所示流程進(jìn)行離線測(cè)試診斷。4GB/T42983.2—2023支支持。向量機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)振動(dòng)傳感器溫度傳感器電壓傳感器譜分析電流傳感器據(jù)采集小波分析包絡(luò)分析信號(hào)處理異常確認(rèn)果結(jié)斷診離線測(cè)試宜分為單軸測(cè)試和工況測(cè)試。a)單軸測(cè)試b)工況測(cè)試用6.3中的診斷方法，進(jìn)行報(bào)警部件的故障診斷。離線診斷宜分為信號(hào)處理方法和人工智能診斷方法。a)信號(hào)處理方法信號(hào)處理方法應(yīng)符合GB/T29716.1—2013中7.4和7.5的要求，信號(hào)處理方法宜采用包絡(luò)分進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人故障診斷。b)人工智能診斷方法人工智能診斷方法應(yīng)符合GB/T22394.1—2015中6.3.4和6.3.8的要求，宜選用如下人工智——支持向量機(jī)。(資料性)u序號(hào)故障名稱故障征兆采樣信號(hào)來源特征值故障診斷方法詳細(xì)診斷機(jī)制1過載一段時(shí)間內(nèi)大于額定力矩1.2倍功率模塊輸出相電流直軸交軸(dq軸)電流過大一定時(shí)間內(nèi)連續(xù)采樣，當(dāng)前工作負(fù)荷率下，超出允許工作時(shí)間每個(gè)控制周期dq軸電流超出1.2倍負(fù)載率則計(jì)數(shù)器累計(jì)一個(gè)值，該值與負(fù)載率呈整體非線性(或局部線性關(guān)系)。若小于1.2倍負(fù)載率則計(jì)數(shù)器減去一個(gè)較大的值，若超出門檻值則報(bào)警2過流一段時(shí)間內(nèi)大于額定力矩2倍功率模塊輸出相電流dq軸電流過大一定時(shí)間內(nèi)連續(xù)采樣，當(dāng)前工作負(fù)荷率下，超出允許工作時(shí)間每個(gè)控制周期dq軸電流超出2倍負(fù)載率則計(jì)數(shù)器累計(jì)一個(gè)值，該值與負(fù)載率呈整體非線性(或局部線性關(guān)系)。若小于2倍負(fù)載率則計(jì)數(shù)器減去一個(gè)較大的值，若超出門檻值則報(bào)警3過速伺服速度超出給定速度編碼器信號(hào)旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)一定時(shí)間內(nèi)連續(xù)采樣，最大值也高于門限每個(gè)控制周期旋轉(zhuǎn)速度超出轉(zhuǎn)速指令值的12.5%,則計(jì)數(shù)器累加，沒有達(dá)到則清零，當(dāng)計(jì)數(shù)器到時(shí)間(400ms)則報(bào)警4跟蹤位置超出位置期望與反饋差值過大期望位置/編碼器反饋位置環(huán)誤差做比較報(bào)警5增量編碼器差分信號(hào)異常編碼器三相通信異常編碼器差分信號(hào)是否正常邏輯判斷邏輯判斷將編碼器某路差分信號(hào)整形輸入邏輯判斷單位，當(dāng)差分信號(hào)不成立則可判斷該路差分信號(hào)異常6編碼器位置跳變編碼器位置出現(xiàn)異常跳變編碼器位置位置差邏輯判斷兩次控制位置差過大則出現(xiàn)報(bào)警7絕對(duì)式編碼器通信異常與絕對(duì)式編碼器通信超時(shí)絕對(duì)式編碼器數(shù)據(jù)幀驅(qū)動(dòng)器收不到絕對(duì)式編碼器數(shù)據(jù)幀標(biāo)志位判斷發(fā)出查詢指令，查詢是否接收到絕對(duì)式編碼器反饋的數(shù)據(jù)幀O表A.1控制異常報(bào)警機(jī)制信息(續(xù))序號(hào)故障名稱故障征兆采樣信號(hào)來源特征值故障診斷方法詳細(xì)診斷機(jī)制8絕對(duì)式編碼器供電異常絕對(duì)式編碼器電池電壓偏低外接電池電壓電壓標(biāo)志位判斷觀察電壓數(shù)據(jù)是否偏低9母線電壓過壓主電源電壓過高母線電壓母線電壓一定時(shí)間內(nèi)連續(xù)采樣，最小值也超出門限計(jì)時(shí)60ms報(bào)警母線電壓欠壓主電源電壓過低母線電壓母線電壓一定時(shí)間內(nèi)連續(xù)采樣，最大值也低于門限計(jì)時(shí)36ms報(bào)警瞬間停電報(bào)警有超過一個(gè)電源周期的停電發(fā)生母線電壓母線電壓一定時(shí)間內(nèi)連續(xù)采樣，逐漸下降在65ms內(nèi)電壓連續(xù)下降電流采樣回路異常功率模塊輸出相電流采樣回路異常功率模塊輸出相電流功率模塊輸出相電流平均值開機(jī)自檢時(shí)連續(xù)采樣取均值自檢時(shí)伺服電機(jī)開環(huán)勵(lì)磁(此時(shí)電流環(huán)路電流約為0),啟動(dòng)電流環(huán)路采樣，判斷采樣均值(允許5%左右偏差)通信異?？刂破魇詹坏津?qū)動(dòng)器的通信數(shù)據(jù)幀回復(fù)通信數(shù)據(jù)幀收不到通信數(shù)據(jù)幀回復(fù)標(biāo)志位判斷發(fā)出查詢指令，查詢是否接收到驅(qū)動(dòng)器反饋的數(shù)據(jù)幀功率模塊故障功率模塊報(bào)警功率模塊輸出回路總電流電壓超過門限值(回路總電流)模擬濾波，電平觸發(fā)通過采樣電阻對(duì)回路總電流進(jìn)行監(jiān)控，通過RC濾波驅(qū)動(dòng)器過熱驅(qū)動(dòng)器溫度過高溫度傳感器輸出信號(hào)溫度連續(xù)采樣取均值在功率模塊附近放置溫度傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，溫度超過95℃計(jì)數(shù)器增加，沒有達(dá)到則清零，當(dāng)計(jì)數(shù)器到時(shí)間制動(dòng)過流驅(qū)動(dòng)器