CN110312877B - 用于监控能量引导链的运行的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于能量引导链的监控系统(10...50；60；80)，该能量引导链引导线路并且可沿着移动路线移动并且在此构成可运动回形段(12)、静止回形段(11)和其间的转向弧(13)。按第一方面，一个或多个发送器(15‑i；...45‑i；55)静止地布置并且构成沿着能量引导链(1)的移动路线的感测路径，以对能量引导链(1)的接近和/或触碰做出反应。根据第二方面，多个传感器模块(65‑i；75‑i)沿着能量引导链分布。在此，每个传感器模块(65‑i；75‑i)具有测量参数接收器(65A)和通信单元(65B)用于将输出传输给评估单元(6)。第一和第二方面使得能进行功能监控以实现安全关断。根据第三方面，传感器模块(65；865；965)布置在携动件侧的端部区域上。所述模块具有用于定量感测所述端部区域的运动学参数的传感器(65A)，以及用于传输与所感测的运动学参数相关的输出数据的通信单元(65B)。这可实现对能量链的剩余使用寿命的与使用相关的预测。

Description

用于监控能量引导链的运行的系统

技术领域

本发明一般性地涉及至少一个能量引导链的运行的或类似的活动的或者说动态的线路引导装置的运行的监测。

背景技术

能量引导链用于在基座或者说固定点与可相对运动的携动件之间引导至少一条供应线路。通常，能量引导链在此形成可运动回形段(Trum)、静止回形段和位于其间的转向弧，其中转向弧以携动件速度的一半移动。通常，能量引导链引导多个供应线路，例如用于电功率和/或信号供应的电缆，以及用于供应液态或气态运行介质的软管。

在能量引导链的正常运行或者说按规定运行中，可运动回形段被携动件在移动方向上拉动或推动。链由于摩擦和惯性而产生与该运动相反的力，并且视长度和重量而定部分地受到相当大的拉力或压力。尤其是在具有高速和/或长移动路线的能量引导链的情况下，在运行期间尤其是由于压力而可能发生错误状态。能量引导链的正常运行可能由于磨损而受干扰，但也可能由于外部错误或缺陷、例如由于导致超过最大移动路线的控制错误或干扰物体或障碍物而受干扰。在这种情况下会出现链的错误状态，例如，沿推动方向在转向弧之前的可移动回形段的折断、弧走向偏离了规定走向、从引导件脱出等，最终直到链的断裂。

在此背景下，本发明尤其涉及一种用于提前识别这种错误状态的监控系统，其中该系统配备有至少一个发送器和评估单元，该发送器产生与能量引导链的状态相关的至少一个输出。评估单元评估发送器的输出，以便监测：在能量引导链的运行中是否发生临界状态，尤其是在能量供应链与在其中引导的线路被损坏之前。

这种系统已经从WO 2004/090375 A1中已知并且已经由申请人成功地推向市场。这里，由一个或多个构造为力传感器的发送器感测：哪些力作用在能量引导链上。评估单元将感测到的力与预先确定的允许范围进行比较，以便识别是否发生故障。

在WO 2013/156607 A1中提出了力传感器的扩展方案。在此，该文献提出将多个力接收器作为传感器布置在携动件与能量引导链的相应附接点或者说末端固定部件之间的力传递中，以进行可靠的测量。力接收器测量施加在能量引导链的端侧上的力，该力被视为与状态相关的参数。

WO 2009/095470 A1或EP 2235396 A1同样公开了用于安全关断的力测量。在此，根据所作用的力将能量引导链与供应的设备、机器等断开。

这些已知的方案监测：是否出现不允许的高力，以便在必要时在能量引导链损坏之前、尤其是在断裂之前进行干预。基于力测量，即在测量技术上的定量参数感测，可以提前识别许多故障。

此外，WO 2009/095470 A1提出(参见第11页)：沿着移动路线设置多个接触器件，其可以与能量引导链形成接触。这些接触器件产生信号，对信号的评估可以促使运行变化，尤其是能量引导链与机器的上述断开。

但通过先前已知的系统不能无条件地得到关于能量引导链的当前状态的可靠结论，尤其是能量引导链总体上是否呈现出正常的走向。

申请人在实用新型DE 202004005858 U1中提出了另一种方案，该方案不是基于测量技术意义上的真正的测量。在此，在选出能量引导链的少量链节的情况下，分别在链节上或链节中布置简单的类似开关的发送器，利用发送器可以报告链节枢转经过确定的角度范围。为此目的，例如可以提供实施为水银开关的重力开关，其感测相应链节的空间取向。基于能量引导链中的多个这种发送器，仅可以相对粗略地监控当前方位、尤其是仅可以相对粗略地监控转向弧是否呈现出标称走向。此外，这个解决方案是费事的，因为伴随着在能量引导链上或中的多个附加设备而带来极大的布线耗费。

此外，还已知与此不同的系统，所述系统仅识别已经发生的链断裂。然而，这不允许提前识别例如用于预防性维护，并且不能避免不期望的失灵。

发明内容

因此，本发明的第一任务是提出一种简单的、尤其是制造耗费少但是稳健的用于监测能量引导链的运行的解决方案。在这里，系统还应该允许提前识别错误状态。

因此，本发明的独立的第二任务是提出一种监控系统，该监控系统可以得到关于能量引导链的当前状态、尤其是关于走向的更精确的结论，而不会由此带来显著增加的布线耗费。

作为第一任务的解决方案，本发明提出了一种监控系统。还提出该监控系统的有利实施方式。

独立于此，本发明提出了另一种监控系统，以解决第二任务。还提出该监控系统的有利实施方式。

本发明的第三任务在于提出一种系统，该系统使得能得到关于能量引导链的使用寿命、尤其是剩余使用寿命的结论，例如用于预防性维护。为此，根据独立的第三方面，提出了一种系统。还提出该监控系统的有利实施方式。

能量引导链通常是活动的、动态的线路引导装置，用于在第一附接部位和第二附接部位之间引导至少一条线路，第一附接部位用于附接到基座上，第二附接部位可相对于第一附接点运动并且用于附接到携动件上。通常，基座是地点固定的，而携动件可相对运动地例如布置在待供应的机器或设备的可运动部分上。能量引导链可沿着移动路线移动并且在这里以已知的方式包括可运动回形段、静止回形段和连接这两个回形段的转向弧。通常，能量引导链的运动发生在一个平面中。但是，具有侧向运动或具有三维运动(例如在机器人的情况下)的走向也处于本发明的范畴中。

所述监测系统包括任意的能量引导链以及一般性地包括至少一个发送器或者特别包括至少一个测量参数接收器，其产生与能量引导链的状态相关的至少一个输出。此外，所述系统优选地借助单独的评估单元评估所述至少一个输出。这里的术语“输出”(英语为“output”)要一般性地在信息的意义上进行理解。信息通常通过一个或多个要评估的电信号以数字或模拟的方式传输。在空间上集成在发送器中或上或者说集成在具有测量参数接收器的传感器模块中或上的评估单元也在本发明的范畴内。

评估单元可以处理在相应输出端作为输出产生的状态值。评估单元可以将状态值的量在总体上与预期量进行比较。评估单元还可以例如将每个值单独地与预先确定的额定值或允许范围或允许区进行比较。在每个情况下，评估单元处理输出，以便提前识别：在能量引导链的运行中是否出现错误状态，例如不期望的方位或不正确的走向。在确认为临界差异的情况下，评估单元可以输出信号，以将与携动件连接的运动机器部件停止，以防止能量引导链的断裂。在此，该处理尤其可以基于在评估单元的示教模式中预先确定的额定值或者说比较值。这一点例如通过下述方式实现：逐步进行正常运行并且评估单元记录要视为正常值或者说参考值的、为评估所需的运行参数。

本发明的第一方面

根据本发明的第一方面，前述第一任务以下述方式实现：至少一个或多个发送器静止(固定不动)地布置并形成识别路径，该识别路径基本上沿着能量引导链的移动路线延伸。识别路径在此在移动路线的部分区段上延伸，或在移动路线的整个容易出错的部分上延伸。识别路径可以尤其平行于移动路线延伸，直接在移动路线上延伸和/或与移动路线在空间上相邻地延伸。一个或多个发送器在空间上固定或者说静止地布置并且可由此——自身不随可运动的能量引导链移动地——感测链与正常移动路线(即在无错正常运行中的移动路线)的偏差。

根据本发明，所述至少一个或多个静止的发送器可以分别对能量引导链接近发送器和/或能量引导链触碰发送器做出反应。换言之，对应的发送器构造成，该发送器能够识别或者说探测与其处于直接相邻关系中的能量引导链。一个或多个发送器例如可以机械地感测与能量引导链的接触。但特别优选为了避免磨损，发送器根据发送器的有效范围非接触式地登记能量引导链在预先限定的区域中的存在性。一个或多个发送器可以布置成，其在正常运行中与链相互作用和/或其在错误状态中与链相互作用。

根据本发明的监控系统提供多种实施可能性和与已知监控系统相比的一系列优点。一方面，所述系统特别稳健，即不那么容易受干扰，因为感测系统自身——除了能量引导链外——不必包含可运动部件。因而，一个或多个静止的发送器可以——取代直接布置在潜在地容易出现错误状态的纵向区段或者说链节上或中地——从能量引导链自身分开地布置并且仍用于监控关键区域。由此，发送器内生性地受到保护免于错误状态的影响。

本发明的第一方面的发送器可布置在链之外或者说外部布置，这与迄今的系统不同。因而不需要能量引导链自身的构造中的改变或最多仅需要其稍微改变。

感测路径可通过一个或多个触发元件、探测元件或类似的构成，其与唯一的发送器共同作用，该发送器例如将机械操纵转换成信号。

特别优选，根据本发明的按第一方面的监控系统包括静止地沿着移动路线分布的多个单发送器，以凭借该分布构成感测路径，优选平行于移动方向。由此，所述系统可内生性地感测在能量引导链相对于感测路径的当前方位方面的状态信息。能量引导链的方位的感测的希望精度可通过选择发送器的数量或者说各发送器相互间的间距来适配。具有地点离散地布置的多个发送器的实施方式是特别稳健的，因为单个发送器的失灵对总体识别可靠性的影响仅很小并且在任何情况下不会导致系统失灵。“多个”在此尤其是理解为足够数量，使得在任何情况下在能量引导链的易受干扰的纵向区段中，始终有至少一个发送器与移动的转向弧处于共同作用中。

经验证的、专业人员已知的、还用于产生数值离散的输出信号的开关可以用作发送器。这简化了评估单元中的计算耗费。优选，这种发送器非接触式地与能量引导链共同作用，尤其是非接触式的接近开关。特别优选为此使用光学接近开关，优选光探测器，即以下光学发送器，在所述光学发送器中，光学发射器和接收器单元集成在一个单元中并且优选不需要反射器。也可以考虑具有独立接收器的单向光栅或具有附加反射器的反射光栅作为光学接近开关。优选的替代方案是电容性的接近开关，其可以以非接触方式与能量引导链相互作用。可能带来能量引导链的结构变化、但在技术上可能的是其他非接触式接近开关，例如电感式接近开关、簧片开关触头、霍尔效应传感器等。非接触式实施方式具有特别长的使用寿命，因为它们没有磨损并且可以灵活地与各种型号系列的能量引导链一起使用，例如与具体的链的结构和尺寸无关。

在监控系统的优选实施方式中，发送器在可运动回形段的标称走向上方的高度处相对于能量引导链在侧向布置。在该实施方式中，每个传感器可以将“超过了预先确定为阈值的高度”识别为链的错误状态。该实施方式的优点是，它可以适用于自支撑的能量引导链也可以适用于滑动的能量引导链。该实施方式可以集成在导槽中并且在制造时几乎不产生额外耗费。

此外，发送器可以在可运动回形段的标称走向的高度处相对于能量引导链在侧向布置。在该情况下，发送器登记在正常运行中与能量引导链的接触或接近，而不接近或不存在则意味着错误状态。替代地，发送器可以在静止回形段的标称走向的高度处相对于能量引导链在侧向布置，这可以与关于携动件的当前位置或速度的信息一起评估。静止回形段自身的方位也可通过发送器感测，该发送器与静止回形段相对置地布置，即指向链板(Kettenlaschen)的窄侧或横向连接条(Quersteg)。在该实施方式中，发送器与能量引导链既在正常运行中也在错误状态中相互作用，例如以便近似求取转向弧的位置或移动速度。所述位置可直接与额定位置比较，额定位置例如取决于携动件的已知的当前位置。在正常运行中，转向弧的速度例如应该为携动件的速度的一半而在错误状态中通常较低。提到的实施方式也可容易地在事后装入到导槽中或者说与导槽一起制造。

特别优选，当转向弧走过感测路径时，发送器先后与转向弧共同作用。因此，可以以简单的方式至少粗略地确定转向弧的当前位置，并且与额定位置进行比较，或者可以以近似的方式确定转向弧的速度。在自支撑的能量引导链的情况下，如果发送器布置在位于可运动回形段的标称走向和静止回形段的标称走向之间的高度处，则可以实现该作用。在滑动的能量引导链的情况下，感测路径在可运动回形段的标称走向的高度处也是可能的。

优选，发送器相对彼此以均匀的间距布置，其中，该间距优选具有在节式链情况下的节距(沿纵长方向)或在任一情况下具有能量引导链(在横向平面中)的结构高度作为最小数值。作为最大数值，该间距应小于或等于预先确定的转向弧半径的双倍数值、即转向弧不能低于的半径。因此可始终可靠地识别错误走向，因为能量引导链不会不被识别地运动通过两个相邻发送器之间的空隙。但在很多情况下，相应于半径的多倍例如4至6倍的间距就已足够。

发送器可以固定在导槽上或中，在该导槽中能量引导链在侧向被引导。在此的优点在于，发送器可以与导槽一起制造和交付，这减少了现场安装工作。为了进一步减少耗费，优选仅需在能量引导链或者说导槽的一侧上布置发送器，以对能量引导链的接近和/或触碰做出反应。

评估单元可在运行中持续地评估发送器的输出。持续的评估可以以足够的频率在时间上离散地或在时间上连续地进行。评估单元可具有存储器，在该存储器中通过示教过程可存放或已预先存储标称参考发送器输出，以便在运行中持续地将发送器的输出与预先存储的标称参考发送器输出进行比较。参考发送器输出可以在调试时通过链的参考运行生成，或者在出厂时通过计算机模型生成。评估单元可尤其是与针对每个行进方向预先确定的标称序列进行比较，以便监控是否出现错误状态。可在监控系统的调试期间在示教模式中针对正常运行确定和确认标称序列。感测转向弧方位的简单原理例如仅要求：始终直接是相邻的发送器作为序列中的下一个发动。如果不希望的发送器发动，则可推断为错误状态。

在多个发送器的情况下，其中每个发送器可为了通信而经由现场总线——该现场总线优选呈线性总线拓扑结构(串联)和尤其是以双线技术实现——例如ASI总线、CAN总线等与评估单元或一个或多个中间连接的总线接口模块、总线耦合器或类似的连线。也可考虑其他总线类型，例如按标准IEC 61158的总线，如Interbus或Profibus。尤其是在串行双线技术中，布线耗费被保持得尽可能低。优选，静止的发送器通过总线被供应以电能。也可设想无线接口、如Wi-Fi，发送器经由无线接口与评估单元通信。无线的变型方案可使监控系统在现场的安装特别简化。

发送器可以优选沿着能量引导链的仅一侧或但也可能两侧例如交替地分布。

在具有仅一个或仅少量发送器的替代实施方式中，发送器具有细长的触发元件、尤其是触发线，该触发元件在可运动回形段的标称走向上方与该回形段相对置地形成感测路径并且在能量引导链触碰触发元件的情况下切换。在此，发送器对通过链进行的触碰做出反应，该触碰仅会在链的错误走向的情况下发生。这是特别成本有利的实施方式，因为在此仅需要一个发送器并且无需特殊的评估。但由此仅可对超过确定的阈值进行感测。

本发明的第二方面

根据本发明的第二方面，前述第二任务已通过以下方式解决，多个传感器模块并不静止地、而是沿着能量引导链的长度分布地固定在能量引导链上或中。传感器模块可以各自对能量引导链的在当地的、尤其是直接在固定地点的区域中的状态变化做出反应，即使该状态变化仅涉及能量引导链的小的局限于当地的部分区段。

模块化构造的传感器、即具有自身的测量参数接收器的可更换的闭环的功能单元的优点是：即使在能量引导链中有大数量传感器单元的情况下也降低成本和匹配于所存在的多个链系列的构型，必要时也为了改装。“多个”在此尤其是理解为足够多的数量，该数量选择成使得在任何情况下在能量引导链的易受干扰的纵向区段中始终存在至少一个传感器模块在可移动的转向弧中。例如如果转向弧包括不多于n个的链节，则可在每第n个链节上安装一个传感器模块。

传感器模块优选紧凑地实施，使得其能装入到在能量引导链内用于线路的容纳空间中并且在那里仅占据小的空间份额，例如《10％。也可设想容纳到、例如卡锁到链板的挖空部中的传感器模块。

按本发明的第二方面，每个传感器模块根据本发明具有通信单元，该通信单元用于将输出传输给评估单元，其中，输出与在测量技术上感测的参数相关。在每个传感器模块中可在此直接设置自身的通信单元，或多个传感器模块部件可具有在能量引导链中或上的共同的通信单元。通过合适地选择通信单元的技术，也可在相对多数量的传感器模块的情况下清楚地保持制造和安装耗费。此外可以将不同的输出值以及关于能量引导链的状态的不同的定量测量参数凭借合适的统一的通信协议传输。

在此，通信单元可实施为用于通过无线电进行无线数据通信或用于通过数据总线进行有线数据通信。无线电通信将布线耗费最大程度上最小化。但如果本来就希望传感器模块的有线的电流供应，则可同时使用有线的数据总线、尤其是用于工业自动化的现场总线。在这两种情况中，传感器模块优选通过具有与数据传递相关的错误修正的通信协议进行通信。因而，即使在强电磁干扰场的情况下，通信单元内生性地可以可靠地传递或者说监控。

测量参数接收器可定量感测测量参数，即在测量技术上测量这些测量参数。

尤其是为了该目的，一优选实施方式设置：每个传感器模块具有至少一个集成电路，该集成电路具有测量参数接收器。不同的传感机构已经呈集成电路的形式、尤其是在半导体技术中以低价格可用。由此可使得能实现所述模块的特别小的结构参数。

具有集成电路的传感器模块在此可优选至少包括以下传感器作为测量参数接收器：

-加速度传感器，尤其是3轴加速度传感器，用于定量感测运动学参数，尤其是加速度、速度和/或位置；

-方位传感器，例如MEMS旋转速率传感器，用于定量感测空间指向；和/或

-高度传感器，用于定量感测在空间上的绝对高度；

并且分别将相应的输出传输给评估单元。所分布的传感器模块的运动学参数、空间方位和/或绝对高度使得能通过单个的、或必要时这些参数中的至少两个的组合分别得出关于能量引导链的当前运行状态的相对精确的见解并且尤其是能可靠地监控所述参数是否在预先确定的标称参数内。尤其是根据加速度传感器可相对精确地求取：能量引导链是否呈现希望的正常表现并且提前识别临界偏差，以避免断裂或停滞。

替代于具有数字IC的复杂传感器模块也可设想，传感器模块作为测量参数接收器包括经验证的模拟位置发送器、例如电位器或类似的，尤其是以便将能量引导链的两个相邻链节之间的相对枢转角度定量感测，并且传感器模块将相应的定量输出传输给评估单元。因而可例如容易地识别：在当前并不位于转向弧中的部分区段中是否存在不希望的弯曲。

为了能量供应，每个传感器模块优选具有能量存储器，尤其是自身的能量存储器。因而可例如完全避免有线的电流供应。如果每个传感器模块具有用于无接触的感应式能量传递的、尤其是具有用于近场耦合的接收线圈的电路，则也减小了用于布线的耗费。此外，由此使得能量引导链的改装或更换变得容易。可以例如依靠相同的供应线路供应所有的传感器模块，而不必分别单独执行接触。

为了避免能量引导链中的附加的线缆而有利的是，通信单元实施为用于尤其是通过按IEEE 802.11的Wi-Fi进行无线通信，并且，评估单元具有相应的无线电接口或者说Wi-Fi接口，或，评估单元与无线电接口模块或Wi-Fi-接口模块连接。

替代地，通信单元可实施为用于通过具有线性拓扑结构的现场总线进行有线通信，现场总线例如是ASI总线、CAN总线或类似的，现场总线尤其是以双线技术实现。评估单元应具有相应的总线接口或与总线接口模块连接。

即使在具有线性拓扑结构的工业现场总线的情况下，用于布线的耗费也减小，因为所有的传感器模块可以附接到共同的总线线路上。

在优选实施方式中，通信单元以集成电路形式实现，尤其是实现为传感器模块的组成部分，优选在具有测量参数接收器的电路中实现，或在与测量参数接收器连接的分开独立的集成电路中，即也可以在每个传感器模块中使用分开独立的IC，例如通过I2C连接。

为了将传感器模块在能量引导链的构造方式没有变化的情况下简单地紧固，每个传感器模块可集成到可松脱地紧固在能量引导链的链节上的横向连接条中或集成到可松脱地紧固在能量引导链的链节上的分离连接条(Trennsteg)中。这使得可对现存的能量引导链容易地进行改装。

在能量引导链上或中的传感器模块的情况下，传感器模块优选以相互间的均匀的间距沿着能量引导链的纵长方向布置。

该间距在此优选小于或等于转向弧的弧长，尤其是小于或等于转向弧半径的1.6倍，以便获得方位识别的足够好的精度。

在前面针对第一和第二方面分开举出的多个优选特征可以就像数据通信所示的那样也与其他方面组合，但应分别独立地视为对于本发明是重要的。

所有实施方式特别有利于具有滑动或滚动的上回形段的能量引导链，尤其是有利于为通常大于5米、尤其是大于10米的长移动路线实施的具有大致水平走向的能量引导链。

此外，前述监控系统中的大多数或者说前述布置尤其是可实现尤其是转向弧关于移动路线的、对于监控能量引导链的目的而言足够精确的、和持续的位置确定。由转向弧的不希望的位置改变可简单地识别多个干扰情况。

按第一和第二方面的系统尤其是可实现功能监控以进行安全性关断。

本发明的第三方面

第三方面尤其使得能与应用相关地预测能量引导链和在其中引导的线路的剩余使用寿命。

根据本发明的独立的第三方面，所提到的第三任务在本发明所述的系统中以下述方式解决：至少一个传感器模块，该传感器模块布置在可运动回形段的具有第二附接部位的端部区域上或布置在携动件上。在此，提出的传感器模块具有：至少一个传感器，用于定量感测可运动回形段的携动件侧的端部区域的运动学参数，如加速度、速度和/或位置；以及通信单元，用于传输传感器的输出数据、即将以与所感测的运动学参数相关的传感器输出作为基础的数据传输给接口和/或评估单元用于进一步的数据处理。

通过持续地感测涉及能量引导链的动态表现、例如所走过的来回周期的数据或关于实际走过的移动路线的精确数据就已可在计算技术上求取对所剩的使用寿命或剩余使用寿命的预测，例如通过与来自必要时虚拟的使用寿命计算的经验数据的比较。如上面提到的传感器模块就其自身而言允许为能量链装备或加装用于记录运动学运行表现的数据记录器。存储器在此不必强制在传感器模块实现，因为数据可依靠通信单元持续地传输给上级计算单元或者说评估单元。

特别优选，作为用于对运动的链端部的运动学参数进行感测的传感器，设有加速度传感器、尤其是3轴加速度传感器。其可通过多重积分来精确确定携动件侧的链端部在运行中已走过的整个移动路线(走过的路段)。因而可在已知按规定的使用条件下得到关于磨损的精确结论。此外，加速度传感器可提供来自持续运行的、另外的与损耗相关的数据，例如出现的力情况(拉力/推力)或振动数据。此外，加速度传感器内生性地允许可靠地感测部分路段，因为能量引导链在很多应用中并不仅仅走过两个端部位置之间的完整行程。

替代于加速度传感器也可考虑可持续感测移动路线或当前位置的其他发送器，例如位移传感器如增量发送器，或位置发送器如GPS位置测量器或类似的。

为了处理传感器输出，可在加速度传感器中设有计算单元，例如微处理器、DSP、ASIC或类似的，计算单元将经预处理的或者说已处理的测量数据提供给通信单元。

为了将所感测的数据配属给特定的用户应用或相关的能量引导链，传感器模块、尤其是通信单元可具有预先限定的例如固定地预先编程的单义的标记，该标记可用于单义地辨识传感器模块(“传感器编号”)。为此能以简单的实施方式例如使用为了通信寻址本就在大多数协议、如Wi-Fi，ZigBee，CAN总线或类似的中存在的单义的设备地址。因而可例如凭借合适的数据库或在计算单元或者说评估单元中与影响使用寿命的、应用特定的描述参数如链类型、尺寸(宽度、长度等)、装载重量等相关联。

为了优化使用寿命预测而有利的是，传感器模块包括至少一个另外的传感器，用于定量感测运行参数和/或环境参数。尤其是，温度传感器可通过考虑老化模型实现改进。可以感测的另外的运行参数和/或环境参数例如是出现的振动、结构噪声、灰尘量等。振动可以在此通过所设置的加速度传感器或通过附接的压电传感器感测。

按第三方面，通信单元也可实施为用于与无线电接口无线通信的集成电路，该无线通信例如按Wi-Fi、Bluetooth、ZigBee或类似的进行，或实施用于通过有线总线通信，有线总线例如是CAN总线或其他合适的工业总线或者说现场总线。

为了现存能量引导链的原装装备或为了对已安装的能量引导链进行加装而有利的是，传感器模块集成到自身的壳体中并且借助合适的连接可松脱地紧固在能量引导链的链节上，尤其是紧固在横向连接条上。此外，第二方面的传感器模块的在上面描述为优选的其他特征也可转用到第三方面。

在扩展方案中，设有具有至少一个或多个通信单元的接口的评估单元或者说计算单元，其收集来自存在的所有传感器模块的所传输的数据并且执行使用寿命计算作为独立解决方案或将数据为此传导给例如云解决方案。

第三方面也在用于长移动路线的能量引导链的情况下提供特别的优点，所述能量引导链通常实施有滑动或滚动的上回形段。

根据第三方面的系统特别适合用于确定所走过的移动路线以预测能量引导链的使用寿命，使得其例如在失灵之前就可换新。此外，所述系统使得可收集应用数据来对预测模型进行优化。在基于凭借传感器模块的持续感测算出：达到了预给定的使用寿命的情况下，计算单元或者说评估单元可给出通知。

附图说明

本发明的另外的有利特征和作用在后面根据若干优选实施例在参照附图的情况下详细解释。在此示出：

图1A-1B：以侧视图示出监控系统的第一实施例作为原理简图，包括沿着移动路线的静止的发送器和呈方框连接图形式的通信总线；

图2：以侧视图示出监控系统的第二实施例作为原理简图，包括沿着移动路线的静止的发送器；

图3：以侧视图示出监控系统的第三实施例作为原理简图，包括沿着移动路线的静止的发送器；

图4：以侧视图示出监控系统的第四实施例作为原理简图，包括沿着移动路线的静止的发送器；

图5：以侧视图示出监控系统的第五实施例作为原理简图，包括沿着静止的发送器和移动路线的触发元件；

图6A：以侧视图示出监控系统的第一实施例作为原理简图，包括沿着在能量引导链中分布的实施为用于通过无线电通信的多个传感器模块；

图6B-6C：作为示意性方框连接图示出传感器模块的可能的构造方式；

图7：以侧视图示出监控系统的第二实施例作为原理简图，包括沿着在能量引导链中分布的实施为用于通过有线总线通信的多个传感器模块；

图8：以侧视图示出按第三方面的系统的实施例作为原理简图，包括多个能量引导链，它们分别具有携动件侧的与评估单元通信的传感器模块；和

图9：作为示意性的方框连接图示出传感器模块的另外的构造方式。

具体实施方式

在所有附图中，相同的附图标记标注具有同等特性或作用的特征。为了简化不再重复。

在图1-7中示出总体性地标注以1的能量引导链，其具有：静止回形段11，在水平布置时也称为下回形段；可运动回形段12，在水平布置时也称为上回形段；以及具有——作为它们之间的、地点变化的过渡部的——可移动的大致U形的转向弧13，该转向弧确保预先限定的弯曲半径。在此示出用于通常大于3米的长移动路线的所谓的滑动的、即不悬空的能量引导链1。在这种能量引导链1的情况下，可运动回形段12可在静止回形段11上滑动或滚动。已知的滑撬或滑动滚子未示出。在此，转向弧13的预先限定的弯曲半径为了保护所引导的线路(未示出)而显著大于回形段11，12之间的接触间距。但本发明原理上也适用于悬空的能量引导链或竖直应用(未示出)。

静止回形段11的端部区域构成能量引导链1的第一附接部位并紧固在对于周围环境在空间上固定的基座上，该基座构成能量引导链10的固定点2。可运动回形段12的端部区域构成能量引导链1的第二附接部位并且紧固在携动件4上，携动件4可相对于固定点2运动，即与例如工业机器或设施的要供应的可运动部分连接。

按已知的方式，携动件4按在图1-7中所示的双向箭头沿前进和后退方向运动并且在此拉动和推动能量引导链1。在图1-7中，携动件4和从而能量引导链10的位态是纯示例性地，仅为了直观表示而示出为快照及眼前的中间位置。能量引导链1构型用于沿着前进方向和后退方向的近似平的运动、即构型有保持平行的回形段11，12并且基本上由链节(未详细示出)构成，这些链节例如可绕可垂直于图1-7的平面枢转的、平行的枢转轴线相对彼此折成角度。在所有实施方式中，能量引导链1可在侧向上在图1B中示意性详细示出的导槽5中受引导。

很少但特别是在长的或移动快的能量引导链1的情况下可能出现的错误状态(简示为闪光符号)在这里纯示意性并且在夸张的图示中仅在图1A和图5中示出，其中，可运动回形段12的部分区域以不希望的方式升高。其余的附图示出了能量引导链1的正常走向。

在图1A-1B的实施例中，设有监控系统10，其具有多个静止地紧固在导槽5上的发送器15-1至15-n。发送器15-1至15-n通过现场总线16与总线接口18连线。为了提高总线接口18的地址空间，各一由多个发送器15-i构成的组通过一合适的总线耦合器17附接到现场总线16上。总线接口18与评估单元6连线用于数据通信。在能量引导链1的错误表现的情况下，评估单元6将相应的信号给到由能量引导链1供应的机器或者说设施的控制装置7。

在按图1A-1B的监控系统10中，设有非接触式的光学发送器15-i，例如光探测器(Licht-Taster)。发送器15-i在此如图1B所示布置成，使得光路19以小间距布置在可运动回形段12的标称走向的上方。光路19大致在垂直于移动方向的平面中延伸。在此，当转向弧13的一部分穿过相应的光路19时，发送器15-i对应地发动。也可识别出在携动件4上的附接端部的位置。此外，当可运动回形段12的部分区段向上离开标称走向时，相应的发送器15-i做出反应。

由此在按图1A-1B的实施例中，评估单元6可识别出转向弧13当前位于何处并且将该位置与期望的额定位置比较和/或识别出可运动回形段12是否偏离额定走向。转向弧13应始终呈现持续的位置变化并且在转向弧13和携动件4之间不允许任何发送器15-i触发。

作为感测路径，多个发送器15-1至15-n沿着能量引导链1的移动路线分布地紧固在导槽5上。发送器15-i可以与导槽5一起，必要时包括现场总线-连接部在内，例如与总线耦合器17和总线接口18一起制造和交付。能量引导链1的更换可在监控系统10不变的情况下实现。替代于光探测器作为发送器15-i，也可以使用其他非接触式接近开关。沿着移动路线的这些发送器15-i之间的均匀的间距优选匹配于转向弧13中的预给定的半径被选择，使得可足够精确地确定转向弧的当前位置。

作为合适的现场总线16，可尤其是考虑按工业标准的经验证的总线，例如具有线性拓扑结构、优选具有参与者的电流供应的ASI总线。也可设想，在使用合适的接口模块取代总线接口18的情况下实施有在发送器15-i和评估单元6之间的无线通信。

图2的示例基本上相应于前述示例。监控系统20的主要区别在于：在此，当可运动回形段12在静止回形段11上滑动或滚动时，多个静止的发送器25布置在可运动回形段12的标称走向的高度。由此，评估单元6可监控可运动回形段12的标称走向并且例如与事先所示教的额定走向比较。在该实施例中也可根据转向弧13中的空隙识别和监控转向弧13的当前位置。

图3的实施例的区别在于：监控系统30的发送器35-i与静止回形段11的横向连接条相对置，例如通过紧固在导槽5的下侧上(参见图1B)。

与例如来自设施控制装置7的关于携动件4的当前位置的信息一起，监控系统6同样可根据发送器35-i的输出检查可运动回形段12和/或转向弧13的希望的走向。

在按图4的另外的实施例中，较少数量的发送器45-1至44-n以较大间距在转向弧13上方沿着移动路线布置。在此，发送器45-1至45-n可以例如实施为金属探测器、电容式接近探测器或类似的。在此，评估单元6可将发送器45-1至45-n的模拟信号值的矢量与额定矢量相比较。在矢量分量不希望地超过阈值跳变的情况下，评估单元6可推断出能量引导链1的错误表现。

在前述实施例中，发送器15-i...45-i沿着移动路线的分布构成感测路径。每个发送器15-i...45-i单独地并且在当地对能量引导链1的接近做出反应。也可设想通过触碰例如开关触头进行的机械操纵，但这容易磨损。

监控系统50的另一简化的实施例在图5中示出。这以仅一个机电发送器55实现，该机电发送器具有细长的的触发元件57。触发元件57沿着可运动回形段12的移动路线延伸。

触发元件57在此可实施为类似于绊索的触发线。触发元件57在可运动回形段12的标称走向上方与其相对置地布置并且自身构成感测路径。当可运动回形段12的部分区段触碰到触发元件57时，发送器55触发并且将这告知评估单元6，评估单元由此推断出错误表现。类似于图5，平行于运动方向取向的光栅(未示出)也可构成感测路径并且非接触式地反应。

在后面根据图6A-6C以及图7示例性地解释按本发明第二方面的实施例。在按图6A-6C的监控系统60中，多个传感器模块65-1至65-n在能量引导链1中在长度上分布。传感器模块65-1至65-n随能量引导链1移动。因而传感器模块可以在当地、涉及能量引导链1的确定的纵长区段地、凭借集成的测量参数接收器来感测能量引导链1的状态参数、尤其是运动学参数并且将该状态参数持续地传达给评估单元6。为此，按图6B-6C的每个传感器模块65-1至65-n具有合适的通信单元65B，通信单元优选集成在每个传感器模块65-i中。

在按图6A-6C的示例中，通信单元65B实施为用于通过Wi-Fi进行无线数据传输。作为测量参数接收器65A尤其是可以考虑已知的3轴加速度传感器。3轴加速度传感器可定量地感测涉及能量引导链1的在其上紧固对应的传感器模块65-i的当地区域、例如一链节的运动学参数。补充地或替代地，也可考虑用于感测空间定向的方位传感器和/或高度传感器作为测量参数接收器65A。所有的传感器模块65-i例如以足够高频的节拍向评估单元6持续传输输出值。评估单元6为了数据传输而与通信单元65B通过合适的无线电接口68连接。在该实施例中，为了避免不恰当的错误认定，也可关于每个传感器模块65-i的输出值构成在时间上的平均值、滑动平均值或类似的，以便仅检查跳变。

具有用于在测量技术上感测状态参数的测量参数接收器65A的多个传感器模块65-i可精确地识别能量引导链1在持续运行中的当前状态。该当前状态可由评估单元6持续与预先确定的标称值比较，以在临界偏离的情况下提前识别到错误状态。

图6B和图6C示出传感器模块65-i的两个可能的实施例。在此，集成电路或者说IC651既可包括测量参数接收器65A也可包括通信单元65B作为功能单元。必要时可以在IC651中实现另外的辅助电路65C，例如用于供应来自能量存储器(未示出)的能量、信号预处理和类似的。按图6C，具有测量参数接收器65A和必要时辅助电路65C的集成电路652从构成通信单元65B的IC分开地实施。

替代于通过无线电通信，也可以是有线通信，例如通过适合较高数据率的工业总线或现场总线。图7示出相应的监控系统70，其中，传感器模块75-1至75-n通过有线的现场总线76附接到总线接口78上。现场总线76优选以双线技术的线性拓扑结构实现，这将能量引导链1内的布线耗费最小化。在此，除了数据传输之外也可通过现场总线76的线路类似于图1中那样进行对传感器模块75-i的电流供应。

在此，如在图1中那样进行定量的测量值从各传感器模块75-i凭借总线接口78传输到评估单元6的数据传输。

在后面，根据图8示例性地解释按本发明第三方面的实施例。

按图8在能量引导链1上在携动件4附近分别仅布置一个传感器模块865，该传感器模块例如具有图6A-6C的构造方式。传感器模块865例如可松脱地紧固在可运动回形段12的端部紧固链节上。

能量引导链1按规定实施有滑动的上回形段12。能量引导链1的其他特征与上述相应。

传感器模块865的特征例如相应于对图6A-6C的上述解释。每个传感器模块865具有至少一个传感器65A(图6A-6C)，该传感器连续感测可运动回形段12的由携动件4驱动的端部区域的当前运动参数。作为传感器65A可尤其是使用3轴加速度传感器。也可能是用于感测路程、速度和/或加速度或其组合作为关于能量引导链1的携动件侧端部的可能的运动学参数的其他发送器。

此外，每个传感器模块865具有合适的通信单元65B(图6A-6C)用于将所收集的和必要时经处理的与所感测的运动学参数相关的输出数据传输给评估单元86的接口。这些数据与在计算技术方面的评估单元86的通信可通过例如按Wi-Fi、ZigBee或其他合适协议的无线电通道82例如以周期性的间隔进行。在此，每个通信单元65B具有单一地址，该地址可用作传感器模块865的标记。由此，评估单元86将所感测的数据配属给确定的能量引导链1，例如凭借合适的表格或数据库。

替代地，通信也可有线地、例如通过可寻址的CAN总线83或类似的进行，所述CAN总线同时向传感器模块865供应电流。

传感器模块865的数据输出允许评估单元86独立求取能量引导链1的运动表现。替代地，系统80必要时允许上级软件、例如云应用85——评估单元86例如通过互联网与该云应用连接——尤其确定实际走过的移动路线，用于预测使用寿命。在使用云应用85的情况下也可能的例如是用于模型优化的数据收集。

系统80因而尤其适宜地可持续地基于各能量引导链1迄今的、取决于使用的、应用特定和运行特定的运动表现预测各能量引导链1的可用的剩余使用寿命。

图9示出传感器模块965的扩展方案，该传感器模块具有例如按图6A-6C的加速度传感器65A和通信单元65B。此外，设有用于定量感测运行参数和/或环境参数的传感器65E，例如温度传感器。为了预处理传感器65A，65E的输出信号，设有计算单元65D，例如微处理器或DSP，该计算单元对输出进行连续地数字式处理和预处理，例如尤其将加速度测量平滑处理并且对温度值求平均。计算单元65D由此产生输出数据并且将其提供用于传导至通信单元65B。在传感器模块965中，所有的部件65A...65E也可以至少部分分开或集成、例如呈集成电路形式实现，例如实现为全集成的ASIC解决方案。第二传感器65E的另外的测量数据使得评估单元86或者说云应用85可更好地预测剩余使用寿命或获得很大程度上的模块优化。

附图标记列表

图1-6

1 能量引导链

2 固定点

4 携动件

5 导槽

6 评估单元

7 控制装置

11 静止回形段

12 可运动回形段

13 转向弧

图1A-1B

10 监控系统

15-1...15-n 发送器

16 现场总线

17 总线耦合器

18 总线接口

19 光路

图2-4

20；30；40 监控系统

25-1...25-n；35-1...35-n；45-1...45-n 发送器

图5

50 监控系统

55 发送器

57 触发元件

图6A-6C

60 监控系统

65-1至65-n 传感器模块

65A 测量参数接收器

65B 通信单元

65C 辅助电路

651；652 集成电路

68 无线电接口

图7

70 监控系统

75-1至75-n 传感器模块

76 现场总线

78 总线接口

图8

1 能量引导链

2 固定点

4 携动件

11，12 回形段

13 转向弧

80 监控系统

82 无线电通道

83 CAN总线

85 云应用

86 评估单元

865 传感器模块

图9

965 传感器模块

65A 加速度传感器

65B 通信单元

65C 辅助电路

65D 计算单元

65E 温度传感器

68 无线电接口

Claims (35)

1.一种用于能量引导链的运行的监控系统(10...50)，该能量引导链用于在第一附接部位和能相对于第一附接部位运动的第二附接部位之间引导至少一个线路，第一附接部位用于附接到基座(2)上，第二附接部位用于附接到携动件(4)上，所述监控系统包括：

能量引导链(1)，所述能量引导链能沿着移动路线移动并且在此构成可运动回形段(12)、静止回形段(11)和位于其间的转向弧(13)；

至少一个或多个发送器，所述发送器分别产生与能量引导链的状态相关的至少一个输出；和

评估单元(6)，所述评估单元评估发送器的所述至少一个输出，以监控在能量引导链的运行中是否出现错误状态；

其特征在于，

所述至少一个或多个发送器(15-i；...45-i；55)静止地布置、构成沿着能量引导链(1)的移动路线的感测路径并且相应地对能量引导链(1)接近发送器做出反应和/或对能量引导链触碰发送器做出反应。

2.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于，所述发送器(15-i；...45-i)实施为非接触式接近开关并且非接触式地与能量引导链共同作用。

3.根据权利要求1或2所述的监控系统，其特征在于，所述发送器(15-i)布置在可运动回形段(12)的标称走向的上方的一高度处。

4.根据权利要求1或2所述的监控系统，其特征在于，多个发送器(15-i；...35-i)以均匀的间距布置。

5.根据权利要求1或2所述的监控系统，其特征在于，所述评估单元(6)具有存储器，标称参考发送器输出能存放在该存储器中，以便在运行中持续地将发送器(15-i；...45-i)的输出与标称参考发送器输出比较。

6.根据权利要求1或2所述的监控系统，其特征在于，设有多个发送器(15-i；...45-i)，并且，

-所述多个发送器通过现场总线(16)与评估单元(6)连线，用于通信；或

-所述多个发送器通过无线接口与评估单元通信。

7.根据权利要求6所述的监控系统，其特征在于，至少一个接口模块与评估单元(6)连接，其中，发送器(15-i；...45-i)通过该接口模块与评估单元通信。

8.根据权利要求1或2所述的监控系统，其特征在于，所述发送器(15-i；...45-i)在一侧沿着能量引导链分布。

9.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于，所述发送器(55)具有细长的触发元件(57)，所述触发元件在可运动回形段的标称走向的上方、与该可运动回形段相对置地构成感测路径并且在能量引导链(1)触碰该触发元件的情况下切换。

10.根据权利要求1或2所述的监控系统，其特征在于，所述线路是线缆或软管。

11.根据权利要求1或2所述的监控系统，其特征在于，所述发送器(15-i；...45-i)非接触式地与能量引导链共同作用。

12.根据权利要求2所述的监控系统，其特征在于，所述发送器(15-i；...45-i)实施为光学接近开关。

13.根据权利要求4所述的监控系统，其特征在于，所述间距大于能量引导链(1)的节距和/或小于或等于转向弧半径的数值的6倍。

14.根据权利要求4所述的监控系统，其特征在于，所述间距小于或等于转向弧半径的数值的两倍。

15.根据权利要求6所述的监控系统，其特征在于，所述现场总线(16)是ASI总线或CAN总线。

16.根据权利要求6所述的监控系统，其特征在于，所述现场总线具有线性拓扑结构。

17.根据权利要求7所述的监控系统，其特征在于，所述接口模块是总线接口模块(18)或无线电接口模块。

18.根据权利要求8所述的监控系统，其特征在于，所述发送器(15-i；...45-i)在一侧紧固在导槽上，能量引导链(1)在侧向在所述导槽中受引导。

19.根据权利要求9所述的监控系统，其特征在于，所述触发元件(57)是触发线。

20.一种用于能量引导链的监控系统(80)，该能量引导链用于在第一附接部位和能相对于第一附接部位运动的第二附接部位之间引导至少一个线路，第一附接部位用于附接到基座(2)上，第二附接部位用于附接到携动件(4)上，所述监控系统包括：

能量引导链(1)，该能量引导链能沿着移动路线移动并且在此构成可运动回形段(12)、静止回形段(11)和位于其间的转向弧(13)；

其特征在于，

设有至少一个传感器模块(65；865；965)，该传感器模块布置在可运动回形段(12)的具有第二附接部位的端部区域上或布置在携动件上并且具有

-传感器，该传感器用于定量感测所述端部区域的运动学参数；以及

-通信单元(65B)，该通信单元用于将与所感测的运动学参数相关的输出数据传输给一接口和/或一评估单元(86)。

21.根据权利要求20所述的监控系统，其特征在于，用于感测运动学参数的传感器是加速度传感器并且配置用于感测加速度、速度和/或位置。

22.根据权利要求20所述的监控系统，其特征在于，所述通信单元(65B)是传感器模块(65；865；965)的组成部分并且具有单义的标记，该标记能用于辨识传感器模块。

23.根据权利要求20所述的监控系统，其特征在于，传感器模块(65；865；965)包括至少一个另外的传感器(65E)，用于定量感测运行参数和/或环境参数，其中，所述至少一个另外的传感器(65E)包括温度传感器。

24.根据权利要求20至23之一所述的监控系统，其特征在于，通信单元(65B)实施为用于无线通信的集成电路，或

通信单元(65B)实施为用于通过有线总线(76)进行有线通信的集成电路。

25.根据权利要求20至23之一所述的监控系统，其特征在于，传感器模块(65；865；965)以能松脱的方式紧固在能量引导链的链节上。

26.根据权利要求21所述的监控系统，其特征在于，所述加速度传感器是3轴加速度传感器。

27.根据权利要求20所述的监控系统，其特征在于，每个传感器模块具有能量存储器。

28.根据权利要求1或20所述的监控系统，其特征在于，能量引导链(1)实施有滑动的或滚动的用于长移动路线的可运动回形段(12)。

29.根据权利要求20至23之一所述的监控系统，其特征在于，所述线路是线缆或软管。

30.一种根据权利要求20至29之一所述的监控系统的用于确定所走过的移动路线以对能量引导链进行使用寿命预测和/或监控的用途。

31.能量引导链(1)的链节，该能量引导链适用于根据权利要求20所述的监控系统并且用于在第一附接部位和能相对于第一附接部位运动的第二附接部位之间引导至少一个线路，第一附接部位用于附接到基座(2)上，第二附接部位用于附接到携动件(4)上，其中，所述能量引导链(1)能沿着移动路线移动并且在此构成可运动回形段(12)、静止回形段(11)和位于其间的转向弧(13)；并且，其中，所述能量引导链由链节构成，其特征在于，设有至少一个传感器模块(65；865；965)，所述传感器模块包括

-加速度传感器(65A)，所述加速度传感器用于定量感测链节的运动学参数；以及

-通信单元(65B)，所述通信单元用于将与所感测的运动学参数相关的输出数据传输给一接口或一评估单元(86)；并且，

所述传感器模块(65；865；965)以能松脱的方式紧固在链节上。

32.根据权利要求31所述的链节，其特征在于，所述加速度传感器是3轴加速度传感器并且用于定量感测加速度、速度和/或位置作为所述链节的动力学参数。

33.根据权利要求31所述的链节，其特征在于，所述通信单元(65B)在集成电路(651；652)中实现并且实现为所述传感器模块的组成部分并且实施为用于通过无线电进行无线数据通信；和/或

所述传感器模块(65；865；965)包括用于定量感测运行参数和/或环境参数的至少一个另外的传感器(65E)，其中，所述另外的传感器(65E)包括温度传感器。

34.根据权利要求31至33之一所述的链节，其特征在于，所述链节具有两个在侧向的链板，所述链板平行地相对置并且通过平行地相对置的两个横向连接条相互连接成矩形的横截面，以限界链节内的用于所述至少一个线路的容纳空间；并且，

所述传感器模块(65；865；965)以能松脱的方式紧固在横向连接条上；或

所述传感器模块(65；865；965)集成到以能松脱的方式紧固在链节上的横向连接条或分离连接条中。

35.根据权利要求31至33之一所述的链节，其特征在于，所述线路是线缆或软管。

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