CN108361278A - 具有使用寿命监测的线性运动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有工作台和基座的线性运动装置，其中，工作台通过在基座处的至少一个线性滚动导向器在纵向轴线的方向上可运动地被引导，其中，每个线性滚动导向器包括导轨和至少一个导向车，导轨被紧固在基座处，导向车被紧固在工作台处，其中，每个导向车以两个腿部U形地包围分别配属的导轨。根据本发明，设置了至少一个位移传感器，利用位移传感器能够测量导向车的至少一个配属的腿部的下述变形，变形横向于纵向轴线，其中，至少一个位移传感器能够被紧固在或者被紧固在工作台处或者在基座处，其中，设置了评估装置，评估装置被如此设定，使得在使用至少一个位移传感器的情况下能够确定至少一个分别配属的导向车的预紧的变化。

Description

具有使用寿命监测的线性运动装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的线性运动装置。
背景技术
从EP 1719 992 B1中已知一种线性滚动导向器，所述线性滚动导向器被设置用于在线性运动装置中使用。导向车设有应变片，利用所述应变片首先应当测量出所述应变片的、由于外部的载荷的变形。也公开了，导向车的预紧由于磨损而减小，其中，由此导致的变形也能够利用应变片被测量。在此，然而应当考虑到，就长期持续的、静态的负载而言，应变片的信号遭受明显的漂移（Drift），所述漂移由于温度影响而更加剧。
发明内容
本发明的优点在于，在线性滚动导向器处的磨损的出现以及因此使用寿命的、接近的终止能够被可靠地识别出。相应的测量不受漂移现象的影响。此外，为了监测线性运动装置的所有导向车，需要较少数目的传感器。
根据独立权利要求提出了，设置至少一个位移传感器，利用所述位移传感器能够测量导向车的至少一个配属的腿部的下述变形，所述变形横向于所述纵向轴线，其中，所述至少一个位移传感器能够被紧固在或者被紧固在所述工作台处或者在所述基座处，其中，设置了评估装置，所述评估装置被如此设定，使得在使用所述至少一个位移传感器的情况下，能够确定至少一个分别配属的导向车的预紧的变化。
就线性滚动导向器而言，滚动体优选以过盈的尺寸被装配，使得导向车的腿部弹性地弯曲，由此，产生预紧。例如对于两个腿部来说，这种弯曲总计为35μm。由于在滚动体处和/或滚动体轨道处的磨损，所述预紧在线性运动装置的运行的过程中变小。由此导致的、腿部的变形利用位移传感器来测量。位移传感器至少在所述测量期间被紧固在基座处或者在工作台处，使得它的位置基本上不受预紧变化的影响。在此，应当指出，基座或者工作台典型地是非常刚性的结构。此外应当指出，位移传感器不必持久地与基座或者工作台连接。在测量期间给出相应的、固定的连接就足够了。
在独立权利要求中，说明了本发明的、有利的改型方案和改进方案。
能够设置，分开的位移传感器被分别配属于至少一个导向车的两个腿部。优选地，分开的位移传感器被配属于所有导向车的两个腿部。优选地，线性运动装置包括多个导向车。由此，得到工作台相对于基座的、非常刚性的导向。然而，这个导向是超静定的（statisch überbestimmt）。因此能够产生下述夹紧力（Verspannung），所述夹紧力不均匀地作用在导向车的两个腿部上。即使在这种情况下，也能够可靠地识别出磨损或者使用寿命终止。
能够设置，所述位移传感器能够被紧固或者被紧固在所述基座处，其中，设置了辅助体，所述辅助体在所述纵向轴线的方向上、与至少一个配属的导向车对齐地被紧固在所述工作台处，其中，所述辅助体关于横向于所述纵向轴线的轮廓具有基本上与所提到的导向车相同的尺寸，所述轮廓由相关的位移传感器扫描出，其中，如此设定所述评估装置，使得借助所述位移传感器能够确定位移差，所述位移差在所述辅助体和配属的腿部之间。利用这个测量机构，周围环境温度对测量结果的影响被显著地减小。
能够设置，所述位移传感器是非接触式工作的位移传感器。这尤其适用于，当位移传感器能够被紧固在或者被紧固在基座处时。通过非接触的测量，由于在导向车和位移传感器之间的相对运动导致的磨损被避免。
能够设置，所述至少一个位移传感器由涡流式传感器或者由磁感应传感器构成。这些传感器类型具有这样的优点：它们对在线性滚动导向器的环境中待遇到的液体（如，冷却润滑剂）不敏感。尤其地，当存在交替的液体时，测量结果没有被歪曲。此外，畅销（marktgängig）的线性滚动导向器的表面能够直接被扫描，而不必为此特别地处理这些线性滚动导向器。此外，所提到的位移传感器是成本有利的。
能够设置，所述至少一个位移传感器被紧固在所述工作台处。位移传感器的这种布置尤其对于预紧的、连续的监测是有利的。在此，在导向车和位移传感器之间的相对运动限于所测量的、腿部的变形，使得接触式工作的位移传感器的使用是能够考虑的。
能够设置，杠杆臂被配属于至少一个位移传感器，其中，所述位移传感器被如此布置，使得它扫描在所述杠杆臂处的扫描区域，其中，所述杠杆臂被如此紧固在所述配属的腿部处，使得在所述预紧变化时横向于所述纵向轴线的所述扫描区域比相关的腿部实施更大的位移。
此外，要求保护用于运行根据本发明的线性运动装置的方法，其中，在使用所述至少一个位移传感器的情况下，确定至少一个分别配属的导向车的所述预紧的变化，其中，显示所述所提到的导向车的使用寿命终止，当所述预紧的减小根据数量超过预先给定的临界值时。评估装置优选地被设定、尤其是被编程用于，执行这个方法并且如有需要执行下面描述的方法。
能够设置，多次依次地重复所述预紧变化的所述确定，其中，所述线性运动装置每次都处于相同的位置中。由此避免由于位置相关的预紧波动导致的、测量结果的歪曲。优选地，线性运动装置例如作为机床的滑块在测量之间执行其根据规定的功能。
能够设置，多次依次地重复所述预紧变化的所述确定，其中，所述线性运动装置每次都具有相同的负载状态。优选地，在每次确定预紧变化时，作用在导向车上的、外部的载荷都小于基于预紧的、内部的载荷。最优选地，除了预紧之外，线性运动装置是无载荷的。由此，避免了由于变化的、外部的载荷导致的、测量结果的歪曲。此外，待评估的测量区域被最小化，从而能够使用更精准的位移传感器。
能够理解的是，前述的以及后面仍待阐述的特征不仅能够以分别给出的组合的形式、也能够以其他的组合的形式或者能够分开地被使用，而不脱离本发明的框架。
附图说明
在下文中，参照附图更详细地阐述了本发明。附图示出：
图1根据第一实施方式的、被预紧的线性滚动导向器的粗略示意性的横截面；
图2对应于图1的横截面，其中，所述预紧减小；
图3根据第一实施方式的线性运动装置的侧视图；
图4根据第二实施方式的线性运动装置的、对应于图3的侧视图；
图5根据图3的线性运动装置的俯视图；
图6根据图4的线性运动装置的俯视图；
图7根据第二实施方式的、被预紧的线性滚动导向器的粗略示意性的横截面；和
图8示出根据第三实施方式的、被预紧的线性滚动导向器的粗略示意性的横截面。
附图标记列表
10 线性运动装置（第一实施方式）
10' 线性运动装置（第二实施方式）
11 纵向轴线
12 工作台
13 基座
20 线性滚动导向器（第一实施方式）
20' 线性滚动导向器（第二实施方式）
20'' 线性滚动导向器（第三实施方式）
21 导轨
22 滚动体
23 紧固孔
30 导向车
31 腿部
32 紧固部分
33 滚动体轨道
34 杠杆臂（第一实施方式）
34' 杠杆臂（第二实施方式）
35 扫描区域
40 位移传感器
41 评估装置
42 辅助体
43 测量位移
44 保持器（第一实施方式）
44' 保持器（第二实施方式）。
具体实施方式
图1示出根据第一实施方式的、被预紧的线性滚动导向器20的粗略示意性的横截面。线性滚动导向器20具有导轨21，所述导轨以恒定的横截面形状沿着纵向轴线11延伸，所述纵向轴线垂直于图1的绘制平面定向。导轨21优选由钢制成，并且，在用于滚动体22的轨道的区域中被硬化。当前，滚动体22被构造为球体，所述球体由硬化钢制成，其中，圆柱形的或者桶形的滚动体也是能够使用的。在横截面中观察，导向车30被U形地构造。它具有紧固部分32，两个腿部31以直角从所述紧固部分伸出。紧固部分32与工作台（在图2中的标号12）固定连接。腿部31包围导轨21，其中，滚动体被布置在导轨21和腿部31之间。当前，设置了两排支承的滚动体22，其中，四排或者六排也是可能的。优选地，滚动体在环状的循环通道中连续地循环。在导向车30处的滚动体轨道优选由硬化钢制成。滚动体22的直径以过盈的尺寸被实施，使得腿部31弹性地弯曲。由此，滚动体处于预紧之下，其中，这个预紧也保持至少部分地被获得，当外部的载荷作用在线性滚动导向器20上时。因此，所述线性滚动导向器20在负载下也没有间隙。由于在滚动体22和导轨21或者腿部31之间的滚动接触，由于预紧导致的移动阻力（Verschiebewiderstand）仅仅不显著地升高。
图2示出对应于图1的横截面，其中，预紧被减小。预紧的这种减小能够在线性滚动导向器20的运行的过程中例如由于在滚动体轨道和/或滚动体处的磨损而产生。最常见地，能够在导向车30的滚动体轨道处观察到所谓的麻点（Pittings）。在图2中，仅仅示例性地示出滚动体22的磨损，所述滚动体的直径相对于图1被减小。在此，磨损引起的直径减小被非常夸张地示出。应当识别出，腿部31的弯曲相对于图1被减小了。因此，磨损导致预紧的减小。
腿部31的变形能够借助位移传感器40来测量，所述位移传感器在图1和2中被示出。位移传感器40优选被布置在腿部31具有最大的、预紧引起的变形的地方，使得位移传感器40的测量位移43与所提到的变形相同。优选地，相应的测量方向与所提到的、最大的变形的方向一致。位移传感器40能够例如是涡流式传感器，如其例如从下述网页上已知的，所述网页在2017年1月17日能够在地址http://www.micro-epsilon.de/displacement-position-sensors/eddy-current-sensor/index.html下检索到。然而，磁感应传感器也是能够使用的，如其例如从下述网页上已知的，所述网页在2017年1月17日能够在地址http://www.micro-epsilon.de/displacement-position-sensors/magneto-inductive-sensor/index.html下检索到。这些传感器类型具有这样的优点：它们对在线性滚动导向器的环境中待遇到的液体（如，冷却润滑剂）不敏感。尤其地，当存在交替的液体时，测量结果没有被歪曲。此外，市场畅销的线性滚动导向器的表面能够直接被扫描，而不必为此特别地处理这些线性滚动导向器。此外，所提到的位移传感器是成本有利的。
图3示出根据第一实施方式的线性运动装置20的侧视图。这个线性运动装置能够配备有根据第一、第二或者第三实施方式（参见：图1、7和8）的线性滚动导向器，其中，在图3中示出了线性滚动导向器20的第一实施方式。相应的导向车30与分开的工作台12固定连接，并且，优选与这个工作台螺栓连接。典型地，工作台12具有高的刚度。它例如由车床的刀具滑板（Werkzeugschlitten）构成。然而，也可能的是，工作台刚性地支撑在（未示出的）机器人臂上。
线性滚动导向器20的导轨21被紧固在基座13处，所述基座例如能够是车床的床身或者是压力机(Presse)的支架。
就线性运动装置10的第一实施方式而言，位移传感器40被紧固在基座13处。就这个实施方式而言能够设想到，在实际上的测量期间仅临时地安装位移传感器40。因此，相同的位移传感器40能够被用于监测多个线性滚动导向器。位移传感器40被分别容纳在保持器中，所述保持器又被紧固在基座13处。位移传感器40优选在其几乎整个长度上设有外螺纹。它优选被装配在保持器44的、适配的钻孔中，其中，它们借助螺母抵靠保持器44地被夹紧，其中，螺母被旋拧到所提到的外螺纹上。
优选地，分开的位移传感器40被分别配属于导向车30的两个腿部31，其中，两个位移传感器40最优地关于彼此镜像地被装配。这种布置尤其是有利的，当工作台12超静定地被引导时。在这种情况下，除了由滚动体的、上面提到的过盈所导致的预紧，附加的预紧能够产生，所述附加的预紧例如由安装误差或者由温度变化导致。这个附加的预紧能够不相等地作用在导向车30的两个腿部31上。通过使用两个位移传感器40能够识别出磨损，不管它出现在导向车30的哪个侧处。
位移传感器40与评估装置41连接，所述评估装置优选包括能够编程的数字计算机（Digitalrechner）。根据本发明的方法优选由评估装置41自动化地执行。
图4示出根据第二实施方式的线性运动装置20'的、对应于图3的侧视图。除了下面所描述的区别，第二实施方式与第一实施方式相同地被实施，从而在这些方面参照图3的实施方式。在图3和4中，以相同的附图标记表征相同的或者相应的部件。
不同于第一实施方式，位移传感器40被紧固在线性运动装置10'的工作台12处。优选地，位移传感器40被分别配属于每个导向车30的每个腿部31，所述位移传感器40最优选持久地被安装。因此，在线性运动装置10'的持续运行中的磨损能够被监测。磨损的实质上的测量优选总是在线性运动装置10'的、相同的位置中或者在相同的负载状态中进行。
用于位移传感器40的保持器44'现在被紧固在线性运动装置10'的工作台12处。关于位移传感器40在分别配属的保持器44'处的紧固，与第一实施方式没有区别。
图5示出根据图3的线性运动装置10的俯视图。在此，工作台、基座和保持器没有被示出。线性运动装置10具有两个线性滚动导向器20，所述线性滚动导向器的导轨21彼此平行地、间隔开地被布置，其中，它们定义了纵向轴线11。两个导轨21被紧固在同一个基座处。导轨21例如分别经由多个紧固孔23与基座螺栓连接。每个线性滚动导向器20具有两个导向车30，所述导向车在纵向轴线11的方向上彼此间隔开。仍然只有两个位移传感器40被配属于每个线性滚动导向器20，所述位移传感器被布置在配属的导轨21的、对置的侧上。在此利用了，不同的导向车通过工作台的运动能够沿着纵向轴线被移动到位移传感器40的测量区域中，使得每个导向车能够被测量。所有四个导向车30被紧固在同一个工作台处。
分开的辅助体42被布置在导向车30和线性滚动导向器20之间，所述辅助体也被紧固在工作台处。优选地，辅助体42横向于纵向轴线11的宽度等于未夹紧的导向车30的宽度地被构造，其中，辅助体42在纵向轴线11的方向上与相关的导向车30对齐地被布置。优选地，由在辅助体42处的测量信号和在导向车30处的测量信号构成一差值，预紧的变化在所述差值的基础上被确定。所提到的差值几乎不受周围环境温度的影响，使得测量精度是高的。在此，尤其是利用了，利用同一位移传感器40来进行在辅助体42处的测量和在导向车30处的测量，该测量用于所提到的差值。
图6示出根据图4的线性运动装置10'的俯视图。工作台、基座和保持器在此没有被示出。线性运动装置10'具有两个线性滚动导向器20，所述线性滚动导向器的导轨21彼此平行地、间隔开地被布置，其中，它们定义了纵向轴线11。两个导轨21被紧固在同一个基座处。导轨21例如分别经由多个紧固孔23与基座螺栓连接。每个线性滚动导向器20具有两个导向车30，所述导向车在纵向轴线11的方向上彼此间隔开。所有四个导向车30被紧固在同一个工作台处。两个位移传感器40被配属于每个导向车30，所述位移传感器横向于纵向轴线11地被布置在相关的导向车40的、对置的侧上。位移传感器40被紧固在工作台处，如参照图4所阐述的。
图7示出根据第二实施方式的、被预紧的线性滚动导向器20'的粗略示意性的横截面。除了下面所描述的区别，第二实施方式与第一实施方式相同地被构造，从而在这些方面参照图1和2的实施方式。在图1、2和7中，以相同的附图标记表征相同的或者相应的部件。
位移传感器40不再直接对置于在导向车30处的、配属的腿部31地被布置。更确切的说，相关的腿部31与杠杆臂34固定连接，所述杠杆臂横向于纵向轴线11地延伸。位移传感器40扫描在杠杆臂34处的扫描区域35，所述杠杆臂在相关的腿部31变形时实施比腿部31自身大得多的位移。由此，测量的、更高的精度能够被实现。
当前，杠杆臂34被构造为直的杆，所述杆被紧固（例如，螺栓连接）在相关的腿部31的侧面处。位移传感器40被布置在导轨21之下。如果优选对于每个导向车30使用两个位移传感器40，则分开的杠杆臂34被设置用于每个位移传感器40。最优地，所提到的杠杆臂34关于彼此镜像地被布置。
分开的杠杆臂34的使用也是有利的，当导向车的横截面形状（例如，就所谓的法兰车（Flanschwagen）而言）不适用于通过位移传感器40的、直接的扫描时。
图8示出根据第三实施方式的、被预紧的线性滚动导向器20"的粗略示意性的横截面。除了下面所描述的区别，第三实施方式与第一或者第二实施方式相同地被构造，从而在这些方面参照图1、2和7的实施方式。在图1、2、7和8中，以相同的附图标记表征相同的或者相应的部件。
就第三实施方式而言，L形的杠杆臂34'被设置，所述杠杆臂利用L形腿部被紧固在配属的腿部31的下侧处。另外的L形腿部向上突出超过导向车30。与之相应地，位移传感器40被布置在导向车30之上。
相对于线性滚动导向器的第一和第二实施方式，就第三实施方式而言得到所测量的位移的方向倒置，所述方向倒置优选被评估装置考虑到。
还应当注意到，除了所阐述的杠杆臂34；34'，另一种更昂贵的机构也是能够设想的，待测量的位移能够利用所述机构以传动器的方式被扩大。

Claims (10)

1.具有工作台（12）和基座（13）的线性运动装置（10；10'），其中，所述工作台（12）通过在所述基座（13）处的至少一个线性滚动导向器（20）在纵向轴线（11）的方向上可运动地被引导，其中，每个线性滚动导向器（20）包括导轨（21）和至少一个导向车（30），所述导轨被紧固在所述基座（13）处，所述导向车被紧固在所述工作台（12）处，其中，每个导向车（30）以两个腿部（31）U形地包围所述分别配属的导轨（21），
其特征在于，设置了至少一个位移传感器（40），利用所述位移传感器能够测量所述导向车（30）的至少一个配属的腿部（31）的下述变形，所述变形横向于所述纵向轴线（11），其中，所述至少一个位移传感器（40）能够被紧固在或者被紧固在所述工作台处或者在所述基座（12；13）处，其中，设置了评估装置（41），所述评估装置被如此设定，使得在使用所述至少一个位移传感器（40）的情况下能够确定至少一个分别配属的导向车（30）的预紧的变化。
2.根据权利要求1所述的线性运动装置，其中，分开的位移传感器（40）被分别配属于至少一个导向车（30）的两个腿部（31）。
3.根据前述权利要求中任一项所述的线性运动装置，其中，所述位移传感器（40）能够被紧固或者被紧固在所述基座处，其中，设置了辅助体（42），所述辅助体在所述纵向轴线（11）的方向上、与至少一个配属的导向车（30）对齐地被紧固在所述工作台（12）处，其中，所述辅助体（42）关于横向于所述纵向轴线（11）的轮廓具有基本上与所提到的导向车（30）相同的尺寸，所述轮廓由所述相关的位移传感器（40）扫描，其中，如此设定所述评估装置（41），使得借助所述位移传感器（40）能够确定下述位移差，所述位移差在所述辅助体（42）和配属的腿部（31）之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的线性运动装置，其中，所述位移传感器（40）是非接触式工作的位移传感器。
5.根据权利要求4所述的线性运动装置，其中，所述至少一个位移传感器（40）由涡流式传感器或者由磁感应传感器构成。
6.根据权利要求1、2、4或者5中任一项所述的线性运动装置，其中，所述至少一个位移传感器（40）被紧固在所述工作台（12）处。
7.根据前述权利要求中任一项所述的线性运动装置，其中，杠杆臂（34；34'）被配属于至少一个位移传感器（40），其中，所述位移传感器（40）被如此布置，使得它扫描在所述杠杆臂（34；34'）处的扫描区域（35），其中，所述杠杆臂（34；34'）被如此紧固在所述配属的腿部（31）处，使得在所述预紧变化时横向于所述纵向轴线（11）的所述扫描区域（35）比相关的腿部（31）实施更大的位移。
8.用于运行根据前述权利要求中任一项所述的线性运动装置（10；10'）的方法，其中，在使用所述至少一个位移传感器（40）的情况下确定至少一个分别配属的导向车（30）的所述预紧的变化，其中，显示所提到的导向车（30）的使用寿命终止，当所述预紧的减小根据数值超过预先给定的临界值时。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，多次依次地重复所述预紧变化的所述确定，其中，所述线性运动装置（10；10'）每次都处于相同的位置中。
10.根据权利要求8或者9所述的方法，其中，多次依次地重复所述预紧变化的所述确定，其中，所述线性运动装置（10；10'）每次都具有相同的负载状态。
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