DE102009033137A1

DE102009033137A1 - Linearführung und Verfahren zum Betreiben eines Mess- und Auswertesystems

Info

Publication number: DE102009033137A1
Application number: DE102009033137A
Authority: DE
Inventors: Stefan GLÜCK
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-07-15
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2029-07-16
Also published as: DE102009033137B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Linearführung (1) mit einer ortsfesten Führungsschiene (2) und einen diese zumindest teilweise umgreifenden Führungswagen (3), der an der Führungsschiene (2) längsverschieblich gelagert ist, wobei die Linearführung (1) mit einer Sensoreinheit (8) versehen ist, welche wenigstens einen Sensor zur Erfassung eines Betriebszustandes aufweist, und bei welcher der wenigstens eine Sensor mit einer Auswerteeinheit (11) verbunden ist. Um diese Linearführung im kontinuierlichen Betrieb selbsttätig hinsichtlich ihrer aktuellen und zukünftigen Funktionsfähigkeit überwachen zu können ist vorgesehen, dass die Sensoreinheit (8) wenigstens einen vertikale Schwingungen (a) des Führungswagens (3) erfassenden Schwingungssensor (9) und einen horizontale Beschleunigungen (x) des Führungswagens (3) erfassenden Beschleunigungssensor (10) aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Mess- und Auswertesystems einer Linearführung.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Linearführung mit einer ortsfesten Führungsschiene und einen diese zumindest teilweise umgreifenden Führungswagen, der an der Führungsschiene längsverschieblich gelagert ist, wobei die Linearführung mit einer Sensoreinheit versehen ist, welche wenigstens einen Sensor zur Erfassung eines Betriebszustandes aufweist, und bei welcher der wenigstens eine Sensor mit einer Auswerteeinheit verbunden ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Mess- und Auswertesystems einer solchen Linearführung.
Hintergrund der Erfindung
Zur Zustandsüberwachung von Linearführungen von Werkzeugmaschinen, beispielsweise auf Beschädigung, Ermüdung, Verschleiß, Verschmutzung oder Schmierstoffmangel, werden verschiedene Sensoren eingesetzt, um diesbezügliche Informationen zu gewinnen, diese automatisch auszuwerten und bei Abweichung von gewünschten Normalzuständen ein Signal zu generieren. Dabei wird beispielsweise eine Messung der von den Führungen verursachten Schwingungen über Beschleunigungssensoren in genau definierten Betriebszuständen bzw. speziell durchgeführten Messfahrten vorgenommen. Zu diesem Zweck werden beispielsweise Piezo-Schwingungssensoren am Führungswagen angebracht, welche die dort durch den Betrieb der Führung entstehenden Schwingungen messen.
Eine Linearführung, bei welcher ein Beschleunigungssensor genutzt wird, ist beispielsweise aus der EP 1 182 767 A2 bekannt. Dieser Beschleunigungssensor wird dort für ein Längenmeßsystem genutzt.
Aus der DE 10 2005 023 205 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Verschleißes und des Schädigungsgrades von Wälz- oder Gleitlagerungen bekannt, bei welchen eine Sensorik zur Bestimmung des Verschleißes und des Schädigungsgrades eingesetzt wird. Als Beispiel für die Sensorik wird dort eine an sich bekannte Strom-, Spannungs- und/oder Widerstandsmesstechnik, Sensoren zur Messung eines physikalischen Spektrums, Infrarotsensoren, kapazitive Sensoren oder induktive Sensoren genannt, wobei die Sensorik elektrisch oder berührungslos mit einer führungswagenfernen Auswerteeinheit verbunden ist, welche beispielsweise durch einen mit einer entsprechenden Software versehenen Computer mit einer Anzeigeeinrichtung und/oder einer Signaleinrichtung gebildet sein kann.
Aus der DE 103 07 882 A1 ist ein Linearwälzlager für eine Linearführung bekannt, bei welchem zur Verschleißermittlung insbesondere der Wälzkörper Sensorfolien eingesetzt werden, welche als Druck- oder Kraftsensoren ausgebildet sind.
Aus der DE 10 2005 028 854 A1 ist eine Linearlagerführung für Maschinenteile mit einem an Laufbahnen des Maschinenteils mittels Wälzkörper geführten Tragkörper und mit einer Mess- und Auswerteeinrichtung zum Detektieren und Melden eines sich wegen mangelnder Schmierung verändernden Verschiebewiderstandes bekannt. Bei dieser ist vorgesehen, dass am Tragkörper ein über zumindest eine Laufbahn des Maschinenteils oder die Wälzlageroberfläche streifendes Reibbelagteil angeordnet ist, wobei das Reibbelagteil mit einem Längen-, Druck-, Auslenkungs- oder Wärmeänderungen erfassenden Bauteil in Wirkverbindung steht, welches wiederum mit der externen Mess- und Auswerteeinrichtung verbunden ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht der Wunsch, Linearführungen hinsichtlich ihrer aktuellen und/oder in naher Zukunft eintretenden Funktionsfähigkeit zu überwachen. Hierzu eignet sich die Messung und Auswertung von bewegungsabhängigen Schwingungen des Führungswagens der Linearführung, denn diese Schwingungen geben Hinweise auf Schäden und/oder Fremdkörper im Lagerbereich des Führungswagens.
Da eine vergleichende Messung der Schwingungen einer Linearführung nur bei einem genau definierten Betriebszustand möglich ist, was produktionspraxisferne Bedingungen voraussetzen würde, wie eine stets gleichförmige Bewegung bzw. keine Beschleunigung oder Abbremsung des Führungswagens, kein Stillstand bzw. das Erreichen von Endanschlägen an der Führungsbahn oder ähnliches, musste bisher für eine solche Messung der normale Betrieb, also beispielsweise die mit der Linearführung verbundene Werkzeugmaschine gestoppt und anschließend eine spezielle Messfahrt des Führungswagens durchgeführt werden. Dazu ist eine enge und aufwendige Abstimmung der Steuerung des Antriebes und des Messbetriebs der Schwingungssensorik nötig, um unerwünschte Phänomene, wie beispielsweise Beschleunigungs- oder Abbremsphasen während der Messung, auszuschließen. Ein einfaches Überwachen der Linearführung mittels eines Standardsensors ohne Eingriff in die die Linearführung beinhaltende Maschine und ihre Steuerung, wie dies bei Wälzlagern problemlos möglich ist und vielfach praktiziert wird, ist bislang bei Linearlagern nicht oder zumindest nur sehr eingeschränkt möglich.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Linearführung zu schaffen, welche die geschilderten Nachteile beseitigt. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinheit derart mit der Linearführung zu verbinden, dass diese die Linearführung im kontinuierlichen Betrieb selbständig überwacht. Weiter soll ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Mess- und Auswertesystems vorgestellt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die gestellte Aufgabe dadurch lösen lässt, dass in einem diesbezüglichen Messsystem neben einem Schwingungssensor zusätzlich ein Beschleunigungssensor genutzt wird, wobei diese Sensoren Schwingungen bzw. Beschleunigungen des Führungswagens messen und einer gemeinsamen Auswerteeinheit zuführen. In der Auswerteeinheit sollen aber nur solche Messwerte von vertikalen Führungswagenschwingungen ausgewertet werden, die bei einer konstanten Geschwindigkeit desselben ermittelt wurden.
Die Erfindung geht daher aus von einer Linearführung mit einer ortsfesten Führungsschiene und einen diese zumindest teilweise umgreifenden Führungswagen, der an der Führungsschiene längsverschieblich gelagert ist, wobei die Linearführung mit einer Sensoreinheit versehen ist, welche wenigstens einen Sensor zur Erfassung eines Betriebszustandes aufweist, und bei welcher der wenigstens eine Sensor mit einer Auswerteeinheit verbunden ist. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist außerdem vorgesehen, dass die Sensoreinheit wenigstens einen vertikale Schwingungen des Führungswagens erfassenden Schwingungssensor und einen horizontale Beschleunigungen des Führungswagens erfassenden Beschleunigungssensor aufweist.
Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft erreicht, dass die Linearführung mit Hilfe der genannten Sensoren selbständig und kontinuierlichen hinsichtlich ihrer derzeitigen und zukünftigen Funktionsfähigkeit überwacht werden kann, ohne dazu in die Steuerung einer die Linearführung nutzenden Maschine eingegriffen werden müsste, und ohne dass dazu das genaue Bewegungsprofil des Führungswagens der Linearführung bekannt sein muss. Für eine Zustandsüberwachung der Linearführung störende Betriebszustände, beispielsweise Brems- oder Bewegungsumkehrvorgänge des Führungswagens, können durch die Nutzung des die horizontale Beschleunigung des Führungswagens messenden Beschleunigungssensors automatisch aus der Schwingungsüberwachung desselben ausgeblendet werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auswerteeinheit, der Schwingungssensor und der Beschleunigungssensor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, so dass sich dieses Mess- und Auswertesystem leicht handhaben und einfach an dem Führungswagen befestigen lässt. Bevorzugt ist das genannte Gehäuse auf der Oberseite oder an einer Seitenfläche des Führungswagens angeordnet. Sofern Platz vorhanden ist, kann das Gehäuse auch an der Unterseite des Führungswagens angeordnet sein.
Der Schwingungssensor ist innerhalb des gemeinsamen Gehäuses vorzugsweise auf dessen Boden befestigt, insbesondere dort, wo das Gehäuse mit dem Führungswagen verbunden wird, so dass eine störungsfreie Weiterleitung von Schwingungen des Führungswagens an diesen Schwingungssensor gewährleistet ist.
Weiter wird es als vorteilhaft beurteilt, wenn vorgesehen ist, dass der Beschleunigungssensor auf einer elektronischen Platine montiert ist, welche in vertikaler Richtung etwa mittig im Gehäuse und mit Abstand zum Schwingungssensor angeordnet ist. Auf dieser gemeinsamen Platine ist bevorzugt auch die Auswerteeinheit des Mess- und Auswertesystems in Form von wenigstens einem Mikroprozessor angeordnet. Vorteilhaft sind alle Sensoren, Platinen und elektronischen Bauteile des beschriebenen Mess- und Auswertesystems in dem gemeinsamen Gehäuse mittels einer elektrisch isolierenden Vergussmasse fest miteinander verbunden, so dass diese zueinander nicht mehr bewegbar sind.
Hinsichtlich der Sensoren kann vorgesehen sein, dass der dass der Beschleunigungssensor als Piezo-Sensor, als MEMS-Sensor oder als an sich bekannter, dehnungsmessstreifenbasierter seismischer Sensor (DMS-Sensor) ausgebildet ist. Der Schwingungssensor kann als Piezo-Aufnehmer oder als MEMS-Aufnehmer ausgebildet sein.
Hinsichtlich seiner logischen Verschaltung ist bei dem Mess- und Auswertesystem vorgesehen, dass der Beschleunigungssensor über einen Tiefpassfilter mit einem Fensterdiskriminator verbunden ist, und dass der Fensterdiskriminator so ausgebildet ist, dass dieser bei Messsignalen des Beschleunigungssensors, die das Vorliegen einer gleichförmigen Geschwindigkeit des Führungsschlittens signalisieren, einen logischen Schalter dahingehend ansteuert, dass dieser Schalter die Messwerte des Schwingungssensors zur Auswertung an die Auswerteeinheit weiterleitet. Auf diese Weise gelangen nur dann Schwingungsmesswerte zur Auswertung, wenn der Führungsschlitten eine zumindest weitgehend konstante Geschwindigkeit aufweist.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben eines Mess- und Auswertesystems einer Linearführung mit einer ortsfesten Führungsschiene und einem diese zumindest teilweise umgreifenden Führungswagen, der an der Führungsschiene längsverschieblich gelagert ist, wobei die Linearführung mit einer Sensoreinheit versehen ist, welche wenigstens einen Sensor zur Erfassung eines Betriebszustandes aufweist, und bei welcher der wenigstens eine Sensor mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, wobei die durch den wenigstens einen Sensor erfassten Informationen über Betriebszustände der Linearführung der Auswerteeinheit zugeführt und von dieser zur Erzeugung eines Signals ausgewertet werden.
Weiter ist bei diesem Verfahren vorgesehen, dass gleichzeitig und kontinuierlich vertikale Schwingungen des Führungswagens durch einen Schwingungssensor und horizontale Beschleunigungen des Führungswagens durch einen Beschleunigungssensor erfasst werden, dass die von dem Beschleunigungssensor erfassten Informationen dahingehend überprüft werden, ob diese vorgegebene Randbindungen erfüllen, und dass dann, wenn die Beschleunigungswerte diese Randbedingungen erfüllen, die von dem Schwingungssensor erfassten Informationen der Auswerteeinheit zur Überprüfung des Betriebszustandes der Linearführung zugeführt werden.
Durch dieses Verfahren werden nur dann Schwingungsmesswerte zur Auswertung weitergeleitet, wenn die vorgegebenen Randbindungen erfüllt sind, also beispielsweise eine konstante Beschleunigung oder, bevorzugt, eine konstante Geschwindigkeit des Führungsschlittens vorliegt.
In Ausgestaltung dieses Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die von dem Schwingungssensor erfassten Informationen der Auswerteeinheit nur dann zugeführt werden, wenn die gemessenen Beschleunigungswerte sich innerhalb eines vorgegebenen Beschleunigungs-Messwertbereiches befinden, also vorgegebene Randbindungen erfüllen.
Weiter konkretisiert ist vorgesehen, dass die von dem Schwingungssensor erfassten Informationen der Auswerteeinheit nur dann zugeführt werden, wenn die Beschleunigungswerte weitgehend Null betragen und damit eine gleichförmige Geschwindigkeit des Führungswagens signalisieren.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die vom Beschleunigungssensor gewonnenen Beschleunigungswerte zunächst einem Tiefpassfilter und über diesen einem Fensterdiskriminator zugeführt werden, dass in den Fensterdiskriminator gleichzeitig Beschleunigungssollwerte des Sollwertfensters eingespeist werden, und dass der Fensterdiskriminator in Abhängigkeit von den Beschleunigungssollwerten und den gemessenen Beschleunigungswerten einen logischen Schalter ansteuert, der bei zulässigen Beschleunigungswerten des Führungswagens die von dem Schwingungssensor erfassten Informationen der Auswerteeinheit zugeführt. Die genannten Operatoren Tiefpassfilter, Fensterdiskriminator, Sollwertgeber und logischer Schalter können als diskrete elektronische Bausteine oder als Bestandteile einer diesbezüglichen Software ausgebildet sein.
Schließlich ist gemäß dem erfundenen Verfahren vorgesehen, dass die Auswerteeinheit aus den eingespeisten Informationen von einem Normalzustand der Lagerung des Führungswagens abweichende Werte ermittelt und an eine Anzeigeeinheit und/oder an einen Datenspeicher weiterleitet. Die Anzeigeeinheit kann im einfachsten Fall eine rote und eine grün leuchtende Leuchtdiode aufweisen, welche mit grün die aktuelle und zukünftige Funktionsfähigkeit der Linearführung anzeigt, während die rot leuchtende Leuchtdiode eine aktuelle bzw. bald bevorstehende Störung anzeigt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt
1 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Linearführung gemäß der Erfindung,
2 ein Diagramm eines Beschleunigungsverlaufs x über die Zeit t,
3 eine Darstellung beispielhafter Schwingungssensorsignale als Schwingungspegel a über die Zeit t,
4 eine schematische Darstellung der Signalverarbeitung durch eine Auswerteeinheit einer Linearführung gemäß der Erfindung, und
5 ein Ausführungsbeispiel einer Mess- und Auswerteeinheit einer Linearführung gemäß der Erfindung perspektivisch im Teilschnitt.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist schematisch von der Seite ein Ausführungsbeispiel einer Linearführung 1 dargestellt. Diese besteht aus einer Führungsschiene 2 und einem Führungswagen 3, der längs der Führungsschiene 2 verschiebbar ist. Der Führungswagen 3 ist im Querschnitt U-förmig ausgebildet und stützt sich über nicht dargestellte Wälzkörper mit zwei U-Schenkeln an Laufbahnen der Führungsschiene 2 ab, welche an zwei Längsseiten der Führungsschiene 2 angeordnet sind. Die Wälzkörper laufen in vier einzelnen endlosen Umläufen jeweils in einer Tragzone an der Führungsschiene 2 entlang, sie geraten dann in eine in dem jeweiligen, nicht dargestellten Kopfstück des Führungswagens 3 ausgebildete Umlenkzone, um schließlich in einem ebenfalls nicht dargestellten Rücklaufkanal des Führungswagens 3 zurückzulaufen und in dem anderen Kopfstück wieder in die Tragzone umgelenkt zu werden. Die Führungsschiene 2 ist axial endlich ausgebildet. Der Führungswagen 3 ist daher zwischen zwei durch gestrichelte Linien angedeutete Endanschlägen 4, 5 in zwei Richtungen linear beweglich, was durch einen Doppelpfeil 6 angedeutet ist.
Auf einer Oberseite 7 des Führungswagens 3 ist eine Mess- und Auswertesystem angeordnet, mit einer Sensoreinheit 8, welche einen Schwingungssensor 9 und einen Beschleunigungssensor 10 aufweist, sowie mit einer integrierten Auswerteeinheit 11.
Der Schwingungssensor 9 erfasst vertikale Bewegungen des Führungswagens 3, welches durch einen Doppelpfeil 12 angedeutet ist, während der Beschleunigungssensor 10 horizontale Beschleunigungen in Bewegungsrichtung des Führungswagens 3 erfasst, welches durch einen Doppelpfeil 13 gekennzeichnet ist.
Die integrierte Auswerteelektronik der Auswerteeinheit 11 wertet zum einen das Signal des Schwingungssensors 9 aus, beispielsweise eine Kennwert- und Trendbildung der Schwingungsfrequenz und Schwingungsamplitude, zum anderen überwacht sie zusätzlich die Signale des Beschleunigungssensors 10, welcher die Beschleunigungen des Führungswagens 3 entlang der Führungsschiene 2 sensiert, um Rückschlüsse auf den aktuellen Bewegungszustand des Führungswagens 3 zu ziehen.
In den Diagrammen der 2 und 3 ist ein typischer Beschleunigungsverlauf des Führungswagens 3 bzw. typische Schwingungssensorsignale und deren Auswertung durch die integrierte Auswerteeinheit 11 dargestellt, während 4 eine schematische Darstellung der Signalverarbeitung durch die Auswerteeinheit 11 zeigt.
In 2 ist ein Diagramm gezeigt, bei dem beispielhaft die Bewegung des Führungswagens 3 hinsichtlich seines Beschleunigungsverlaufs x über die Zeit t dargestellt ist. In diesem Beispiel fährt der Führungswagen 3 ständig zwischen den Endanschlägen 4 und 5 hin und her. Dabei gibt es Zeiträume mit positiver Beschleunigung 14 und Zeiträume mit negativer Beschleunigung 15 (Abbremsung), zwischen denen ein Bereich 16 mit einem Beschleunigungswert Null, d. h. mit weitgehend konstanter Geschwindigkeit des Führungsschlittens 3 gibt. Innerhalb des Wertebereiches der maximalen positiven und negativen Beschleunigung x des Führungswagens 3 ist ein gepunktet dargestellter Beschleunigungs-Sollwert s definiert, welcher zusammen mit der ablaufenden Zeit t ein Messfenster für die Beschleunigung x definiert.
In 3 ist eine Darstellung beispielhafter vertikaler Schwingungssensorsignale als Schwingungspegel a über die Zeit t für den Beschleunigungsverlauf aus 2 dargestellt. In diesem Diagram ist beispielhaft gezeigt, dass beim Abbremsen und Beschleunigen des Führungswagens 3 hohe Schwingungspegel a auftreten können, welche die normale axiale Betriebsschwingung und insbesondere die darin gegebenenfalls enthaltenen Schadensmerkmale überlagern und übertreffen können. Zusätzlich ist ein zeitliches Messfenster 27 für die Zustandsüberwachung in 3 mit eingezeichnet, welches verdeutlicht, dass nur Messwerte a für die Analyse des Funktionszustandes die Linearführung herangezogen werden, die außerhalb der Phasen der positiven und negativen Beschleunigung der Führungswagens 3 liegen. Das Messfenster 27 wird demnach zu einer automatischen Selektion der Schwingungssignale a verwendet, um so unerwünschte, die Schwingungsmessung störende Betriebszustände aus der Schwingungsüberwachung auszublenden. Das Mess- und Auswertesystem sammelt so selbständig im laufenden Betrieb der die Linearführung 1 enthaltenden Maschine Zustandsdaten über diese Linearführung 1, ohne dass dazu eine Schnittstelle zur Maschinensteuerung oder die Durchführung spezieller Schlittentestfahrten notwendig wären.
Da die Bewegung des Führungswagens 3 in beiden Führungsschienenrichtungen 6 nicht kontinuierlich erfolgt, sondern wegen der endlichen Länge der Führungsschiene 2 Umkehrpunkte bzw. Endanschläge 4, 5 enthält, kann sich der Führungswagen 3 nicht kontinuierlich mit konstanter Geschwindigkeit bewegen, wie dies für eine Generierung aussagekräftiger Kennwerte über den Zustand der Linearführung 1 notwendig wäre. Stattdessen muss es in der Führungswagenbewegung 6 Betriebszustände geben, in denen der Führungswagen 3 am Ende einer eine Bremsbeschleunigung 15 markierenden Bewegung abgebremst ist und anschließend wieder in die andere Richtung beschleunigt wird. Dazwischen gibt es Bereiche 16 mit konstanter Führungswagengeschwindigkeit oder einer Beschleunigung mit dem Wert Null, in denen sich der Führungswagen 3 weitgehend mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. Der Führungswagen 3 kann aber auch an einer beliebigen Stelle zwischen den Umkehrpunkten 4, 5 angehalten und in eine beliebige Richtung wieder beschleunigt werden.
Beim Abbremsen und Beschleunigen des Führungswagens 3 treten am Schwingungssensor 9 Schwingungspegel 17, 18 auf, die nicht die normale vertikale Betriebsschwingung 19 des Führungswagens 3 bei einer konstanten Geschwindigkeit wiedergeben und damit nicht für eine Zustandsüberwachung geeignet sind. Insbesondere können diese unerwünschten Schwingungspegel 17, 18 dazu führen, dass ein Schadenssignal 20 nicht bemerkt wird, weil sein Pegel von den unerwünschten Schwingungen 17, 18 übertroffen wird. Um einen eventuellen Schaden sicher detektieren zu können, müssen die vertikalen Schwingungen der nichtstationären Betriebszustände von der Schwingungsüberwachung ausgeblendet werden.
Um nun solche unerwünschten Messwerte 17, 18 der vertikalen Schwingung a des Führungswagens 3 von der Auswertung in der Auswerteeinheit 11 auszuschließen, werden die von dem Beschleunigungssensor 10 ermittelten Beschleunigungsmesswerte x genutzt, welche ja die Umkehrpunkte der Bewegung des Führungswagens 3 bzw. die Phasen der gleichförmigen Bewegung desselben recht gut angeben. Dazu wird gemäß 4 das Ausgangssignal des Beschleunigungssensors 9 durch einen Tiefpassfilter 21 geleitet, um zu verhindern, dass kurzzeitige Störungen des konstanten Führungswagenbewegung 16, beispielsweise durch Ruckeln des Antriebes oder Überrollen eines Schadens o. ä. nicht zu einem unerwünschten Abbruch der Messung führen.
Anschließend wird das Signal in einem Fensterdiskriminator 22 darauf untersucht, ob sich der aktuelle Wert der Führungswagenbeschleunigung x in einem vorgegebenen Sollwertfenster 23 befindet. Ist der Absolutwert der Beschleunigung kleiner als die Sollwertfenstergrenze 24, wird die Auswertung der von dem Schwingungssensor 9 ermittelten Messwerte gestartet. Schematisch ist dies im Blockschaltbild der 4 als Schalter 25 dargestellt, der das Signal des Schwingungssensors 9 entweder blockiert oder zur Auswerteeinheit 11 durchlässt.
Sobald wieder ein Abbremsen des Führungswagens 3 detektiert wird und die Beschleunigung x einen Bereich 26 oberhalb der Sollwertfenstergrenze 24 erreicht sowie das Sollfenster 23 verlässt, wird die Auswertung der Werte des Schwingungssensors 9 wieder gestoppt.
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass Zustandskennwerte der Linearführung 1 nur in quasistationären Betriebszuständen, in denen sich der Führungswagen 3 mit quasi konstanter Geschwindigkeit bewegt, bestimmt werden. Die von der Auswerteeinheit 11 bestimmten Kennwerte werden einem Datenspeicher 28 und/oder einer Anzeigeeinheit 29 zugeführt, beispielsweise drahtlos oder über jeweils eine Signalleitung bzw. jeweils ein Kabel 30, 31. Die Anzeigeeinheit 29 kann sich wahlweise auch jeweils direkt am Sensor 3, 4, beispielsweise in Form einer Ampelanzeige, befinden.
In 4 sind die Sensoren 9, 10 jeweils als Piezosensoren 32, 33 dargestellt. In Abweichung vom Ausführungsbeispiel können aber auch andere Schwingungs-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsaufnehmer genutzt werden, beispielsweise Piezo- oder DMS-basierte seismische Sensoren, mikromechanische Sensoren (so genannte MEMS-Sensoren) oder an sich bekannte moving coil-Messwertaufnehmer.
In 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines diesbezüglichen Mess- und Auswertesystems perspektivisch im Teilschnitt dargestellt. Dieses weist ein rundes Gehäuse 34 auf, das mittels eines Befestigungselements 35 in Form einer Verschraubung an der Oberseite 7 des in 5 nicht dargestellten Führungswagens 3 befestigbar ist. Der als Piezo-Aufnehmer ausgebildete Schwingungssensor 9 ist auf einem Boden 36 des Gehäuses 34 aufgesetzt und über dem Befestigungselement 35 angeordnet. In Abweichung davon kann der Schwingungssensor 9 aber auch direkt am Befestigungselement 35 angebracht sein, was den Vorteil einer sicheren Übertragung der Betriebsschwingungen des Führungswagens 3 hätte.
Der als MEMS-Aufnehmer ausgebildete Beschleunigungssensor 10 ist direkt auf einer Platine 37 montiert, welche in vertikaler Richtung etwa mittig im Gehäuse 34 und mit Abstand zum Schwingungssensor 9 angeordnet ist. Auf der Platine sind der Beschleunigungssensor 10 und die Auswerteeinheit 11 befestigt.
Die Auswerteeinheit 11 weist einen Rechnerchip 38 und weitere elektronische Bauteile 39, 40 auf. Die Signalweitergabe und die Versorgung der Sensoreinheit 8 erfolgt über ein Kabel 41, könnte aber auch drahtlos beispielsweise per Funk, über eine Infrarotschnittstelle, induktiv bzw. völlig autark, beispielsweise durch Signalspeicherung im Sensor, durch Versorgung über eine Batterie bzw. einen Akkumulator oder auf andere geeignete Weise erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Linearführung
2: Führungsschiene
3: Führungswagen
4: Endanschlag
5: Endanschlag
6: Doppelpfeil
7: Oberseite
8: Sensoreinheit
9: Schwingungssensor
10: Beschleunigungssensor
11: Auswerteeinheit
12: Doppelpfeil
13: Doppelpfeil
14: Positive Beschleunigung
15: Negative Beschleunigung, Bremsbeschleunigung
16: Konstante Wagengeschwindigkeit, Beschleunigung = Null
17: Schwingungspegel
18: Schwingungspegel
19: Betriebsschwingung
20: Schadenssignal
21: Tiefpassfilter
22: Fensterdiskriminator
23: Sollwertfenster
24: Sollwertfenstergrenze
25: Schalter
26: Bereich oberhalb der Sollwertfenstergrenze 24
27: Messfenster
28: Datenspeicher
29: Anzeigeeinheit
30: Kabel
31: Kabel
32: Piezosensor
33: Piezosensor
34: Gehäuse
35: Befestigungselement
36: Boden
37: Platine
38: Rechnerchip
39: Elektronisches Bauteil
40: Elektronisches Bauteil
41: Kabel
a: Schwingungspegel, Schwingungsmesswert
s: Beschleunigungssollwert
t: Zeit
x: Beschleunigung, Beschleunigungsmesswert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1182767 A2 [0003]
- DE 102005023205 A1 [0004]
- DE 10307882 A1 [0005]
- DE 102005028854 A1 [0006]

Claims

Linearführung (1) mit einer ortsfesten Führungsschiene (2) und einen diese zumindest teilweise umgreifenden Führungswagen (3), der an der Führungsschiene (2) längsverschieblich gelagert ist, wobei die Linearführung (1) mit einer Sensoreinheit (8) versehen ist, welche wenigstens einen Sensor zur Erfassung eines Betriebszustandes aufweist, und bei welcher der wenigstens eine Sensor mit einer Auswerteeinheit (11) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (8) wenigstens einen vertikale Schwingungen (a) des Führungswagens (3) erfassenden Schwingungssensor (9) und einen horizontale Beschleunigungen (x) des Führungswagens (3) erfassenden Beschleunigungssensor (10) aufweist.
Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (11), der Schwingungssensor (9) und der Beschleunigungssensor (10) in einem gemeinsamen Gehäuse (34) angeordnet sind.
Linearführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (34) auf der Oberseite (7) oder an einer Seitenfläche des Führungswagens (3) angeordnet ist.
Linearführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungssensor (9) auf einem Boden (36) des Gehäuses (34) befestigt ist.
Linearführung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (10) auf einer elektronischen Platine (37) montiert ist, welche in vertikaler Richtung etwa mittig im Gehäuse (34) und mit Abstand zum Schwingungssensor (9) angeordnet ist.
Linearführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Auswerteeinheit (11) auf der Platine (37) angeordnet ist.
Linearführung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (11) wenigstens einen Mikroprozessor (38) aufweist.
Linearführung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (10) als Piezo-Aufnehmer (33), als MEMS-Sensor oder als DMS-basierter seismischer Sensor ausgebildet ist.
Linearführung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungssensor (9) als Piezo-Aufnehmer (32) oder als MEMS-Aufnehmer ausgebildet ist.
Linearführung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (10) über einen Tiefpassfilter (21) mit einem Fensterdiskriminator (22) verbunden ist, dass der Fensterdiskriminator (22) so ausgebildet ist, dass dieser bei Messsignalen des Beschleunigungssensors (10), die das Vorliegen einer gleichförmigen Geschwindigkeit des Führungsschlittens (3) signalisieren, einen logischen Schalter (25) dahingehend ansteuert, dass dieser Schalter (25) die Messwerte des Schwingungssensors (9) zur Auswertung an die Auswerteeinheit (11) weiterleitet.
Verfahren zum Betreiben eines Mess- und Auswertesystems einer Linearführung (1) mit einer ortsfesten Führungsschiene (2) und einem diese zumindest teilweise umgreifenden Führungswagen (3), der an der Führungsschiene (2) längsverschieblich gelagert ist, wobei die Linearführung (1) mit einer Sensoreinheit (8) versehen ist, welche wenigstens einen Sensor zur Erfassung eines Betriebszustandes aufweist, und bei welcher der wenigstens eine Sensor mit einer Auswerteeinheit (11) verbunden ist, wobei die durch den wenigstens einen Sensor (9; 10) erfassten Informationen (a, x) über Betriebszustände der Linearführung (1) der Auswerteeinheit (11) zugeführt und von dieser zur Erzeugung eines Signals ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig und kontinuierlich vertikale Schwingungen (a) des Führungswagens (3) durch einen Schwingungssensor (9) und horizontale Beschleunigungen (x) des Führungswagens (3) durch einen Beschleunigungssensor (10) erfasst werden, dass die von dem Beschleunigungssensor (10) erfassten Informationen dahingehend überprüft werden, ob diese vorgegebene Randbindungen erfüllen, und dass dann, wenn die Beschleunigungswerte (x) diese Randbedingungen erfüllen, die von dem Schwingungssensor (9) erfassten Informationen der Auswerteeinheit (11) zur Überprüfung des Betriebszustandes der Linearführung zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Schwingungssensor (9) erfassten Informationen der Auswerteeinheit (11) nur dann zugeführt werden, wenn die Beschleunigungswerte (x) sich innerhalb eines vorgegebenen Beschleunigungs-Messwertbereiches (s) befinden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Schwingungssensor (9) erfassten Informationen der Auswerteeinheit (11) nur dann zugeführt werden, wenn die Beschleunigungswerte (x) weitgehend Null betragen und damit eine gleichförmige Geschwindigkeit des Führungswagens (3) signalisieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Beschleunigungssensor (10) gewonnenen Beschleunigungswerte (x) zunächst einem Tiefpassfilter (21) und über diesen einem Fensterdiskriminator (22) zugeführt werden, dass in den Fensterdiskriminator (22) gleichzeitig Beschleunigungssollwerte (s) des Sollwertfensters (23) eingespeist werden, und dass der Fensterdiskriminator (22) in Abhängigkeit von den Beschleunigungssollwerten (s) und den gemessenen Beschleunigungswerten (x) einen logischen Schalter (25) ansteuert, der bei zulässigen Beschleunigungswerten (x) des Führungswagens (3) die von dem Schwingungssensor (9) erfassten Informationen der Auswerteeinheit (11) zugeführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (11) aus den eingespeisten Informationen (a, s, x) von einem Normalzustand der Lagerung des Führungswagens (3) abweichende Werte erfasst und an eine Anzeigeeinheit (29) und/oder an einen Datenspeicher (28) weiterleitet.