CN110320037A - 导引机构、传感器装置和方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明设置有一种尤其是用于导引机构的传感器装置，所述传感器装置具有传感器和测评装置。所述测评装置在由所述传感器所检测到的振动信号的基础上获取导引组件的运动分布，其中所述运动分布的一部分用于进行疲劳探测。作为替代方案或者补充方案能够规定，对由所述传感器所检测到的振动信号进行滤波或者数字滤波并且在所述经过滤波的或者经过数字滤波的信号的基础上获取所述导引组件的运动分布。

Description

导引机构、传感器装置和方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的导引机构、尤其是线性导引机构或者旋转导引机构。此外，本发明涉及一种用于导引机构的传感器装置和一种利用导引机构进行的方法。

背景技术

从现有技术中已知利用传感器对线性导引机构的疲劳、比如材料疲劳进行监控。比如在DE 11 2005 002 077 T5中通过振动传感器对线性滚动轴承进行监控。在DE 102015 201 121 A1中通过对于固体声振动的截取来对具有至少一排滚动体的线性运动装置进行监控。

发明内容

相对于此，本发明的任务是，提供一种导引机构，该导引机构能够以装置技术上简单的方式来可靠地得到监控。此外，应该提供一种传感器装置，用该传感器装置能够以装置技术上简单的方式来比如对导引机构进行可靠的监控。此外，本发明的任务是，提供一种利用导引机构进行的方法，用所述方法能够以简单的方式对所述导引机构进行可靠的监控。

关于所述导引机构的任务根据权利要求1的特征得到解决，关于所述传感器装置的任务根据权利要求14的特征得到解决，并且关于所述方法的任务根据权利要求15的特征得到解决。

本发明的有利的改进方案是从属权利要求的主题。

根据本发明设置有一种导引机构或者线性导引机构或者旋转导引机构，其中所述导引机构具有导引构件和导引组件。所述导引组件在此在所述导引构件上得到导引并且能够相对于所述导引构件运动。所述导引构件比如是导轨或者导引主轴。所述导引组件比如能够是滚珠螺母或者导座。有利地在所述导引组件中设置有传感器以用于检测振动信号或者振动。此外，有利地在所述导引组件中设置有测评装置，该测评装置用于对由所述传感器所检测到的振动信号或者由所述传感器所获取的数据进行测评。能够有利地尤其由所述测评装置在由所述传感器所检测到的振动信号的基础上来获取所述导引组件的运动分布（Bewegungsprofil）。此外，能够有利地将所述运动分布的一部分的振动信号用于进行疲劳探测并且/或者探测润滑状态并且/或者探测装配质量，这有利地在进行疲劳探测时实现计算能力的节省，因为不是对整个运动分布进行测评。作为替代方案或者补充方案能够规定，尤其由所述测评装置对由所述传感器所检测到的振动信号进行了数字滤波。而后能够在所述经过数字滤波的信号的基础上获取所述导引组件的运动分布，这同样实现计算能力的节省。

通过根据本发明的导引机构，由此能够用较小的计算耗费来进行疲劳探测。由于小的计算耗费，对所述测评装置来说需要的能量较少。由此，所述测评装置能够构造得例如较小或者通过下述能源来供给，所述能源构造小并且/或者提供较少的能量。由此所述导引机构的装置技术上的耗费下降。用所述传感器比如能够探测到所述导引机构的和/或导引组件的磨损并且以小的计算耗费在数据分析的基础上比如进行目标指向的前瞻性的保养，由此能够以简单的方式减少未经计划的停止状态。根据本发明的疲劳探测能够极其有利地用在所述导引机构或者所述导引组件中，因为对于所述导引机构或者导引组件来说疲劳探测的预测精度和预测可靠性明显比比如径向轴承复杂并且由此降低的计算耗费实现了大的优点。如果将所述导引机构比如用在工具机中，那么所述振动信号就可能基于大量的影响、像比如基于所述组件的装配、基于运转参数、像比如进给率、基于转速、基于起作用的力、基于加速度、基于负荷、基于颗粒和老化现象。由此，对于根据本发明的导引机构来说，通过所述小的计算耗费不必在外部、比如通过互联网或者通过云来执行计算运算，而是能够自给自足地以小的装置技术上的耗费通过所述导引组件中的测评装置来设置计算运算。通过所述测评装置的简化的设计和更少的所需要的能量，所述测评装置也能够有利地以小的构造空间需求来使用，这一点对于导引机构来说极其有利，因为在这里通常较小的构造空间可供使用。

在本发明的另一种设计方案中，尤其能够由所述测评装置来获取所述振动信号的频带或者所述运动分布的一部分的振动信号的频带。所述频带而后能够由所述测评装置用于疲劳探测。由此，对于所述疲劳探测来说，不是使用所述振动信号的整个频谱，而是仅仅使用一个频带，这节省了计算功率。有利地根据所述导引组件的速度来获取所述频带。由此，能够在所算出的速度的基础上估计并且/或者从数据库中得知对所述疲劳探测来说必要的频带并且通过滤波来消除不必要的频带。通过所述滤波，由此不再需要对于整个频谱进行计算。通过与所算出的速度的相关性，能够以简单的方式来计算对所述疲劳探测来说必要的频带。信号分析或者疲劳探测而后还能够仅仅在这个频带中进行。由此，能够进一步显著地降低用于所述测评装置的数据量并且由此降低必要的计算耗费。通过所获取的频带，而后能够滤出快速的变化、所谓的谐波（Harmonics）并且由此在进行信号分析或者疲劳探测时能够有针对性地探测到在存在连续的疲劳时出现的缓慢的连续的变化。由此不必通过离散的模式在所述振动信号的频谱中计算理论上的损伤频率，这由于导引机构中的大量的对疲劳探测的影响而会导致结果不充分。

在本发明的另一种设计方案中如此进行所述数字滤波，使得所述导引组件的运动分布的至少一部分或者所有运动分布能够获取并且/或者能够彼此界定。而后能够如前面已经提出的那样有利地仅仅为所述运动分布的一部分进行所述疲劳探测或者状态探测。优选通过低通滤波来进行所述数字滤波。这具有以下优点，即：对于加速度分布的识别以低的频率来进行，因为在此能够实现所述运动分布的部分的更加可靠的识别和/或可界定性。高的被滤出的频率更确切地说适合于随后的疲劳探测或者能够在随后的疲劳探测中一同加以考虑。换句话说，通过所述数字滤波能够识别所述运动的不同的分布。借助于低通滤波器，能够从原始信号或者振动信号中提取并且探测不同的运动分布。作为通过低通滤波进行的数字滤波的替代方案或者补充方案，能够通过离散的小波变换（DTW）进行数字滤波。在这种情况下，比如能够并行地在不同的频带中执行对于所述运动分布或者加速度分布的不同的部分的识别。

优选通过所述测评装置能够获取所述导引组件的以下运动分布中的一种或者多种运动分布：停止状态分布，在所述停止状态分布中所述导引组件停止不动；起动公布，在所述起动分布中所述导引组件被从所述停止状态置于运动之中；加速度分布，对于所述加速度分布来说所述导引组件的速度被提高；恒定速度的分布，在所述恒定速度的分布中所述导引组件以恒定的速度运动；制动分布，在所述制动分布中所述导引组件得到制动，尤其直至停止状态。所述不同的运动分布的获取如前面已经提到的那样具有以下优点，即：只能在一种特定的或者多种特定的运动分布中执行疲劳识别或者疲劳探测。因此，比如为了避免不受欢迎的加速度影响而以所述恒定速度的分布来执行所述疲劳探测。此外，有利的是，所述疲劳识别不取决于变化的运转参数、像比如进给速度以及环境干扰，所述进给速度的变化会明显地改变出现的振动并且会不断地移动固定的探测阈值。而后在对于所述起动分布和/或加速度分布而言的振动信号的基础上，能够有利地在紧接着的恒定速度的分布中计算所述导引组件的所达到的速度。尤其比如能够通过加速度曲线之下的面积来获取所述加速度的强度和持续时间。随着对于所述速度的获取，而后能够有利地将在进行疲劳探测时所获取的特征无干扰地基准化或者标准化到所述速度。由此能够避免，所述导引组件的、导致变化的振动的不同的速度会降低所述疲劳探测的预测精度并且会导致错误的预测。

如前面已经提出的那样，所述测评装置优选在所述恒定速度的运动分布中执行疲劳探测。

如已经提出的那样，此外能够有利地由所述测评装置来获取所述导引组件的速度并且在进行疲劳探测时对其加以考虑。优选在所述振动信号的基础上或者根据所述振动信号来获取所述速度。进一步优选在所述起动分布中并且/或者在所述加速度分布中获取所述速度。

在本发明的另一种设计方案中能够规定，在时间范围内测量了所述振动信号或者加速度传感器-原始信号。优选在直至20kHz的频率范围内、尤其是在直至1kHz的频率范围内通过所述传感器进行测量。能够根据预先确定的事件来开始通过所述传感器进行的测量，由此所述传感器有利地并且节省能量地不是持续地处于运行之中。所述传感器测量也能够根据至少一个能够预先确定的条件、比如根据预先确定的时间周期并且/或者在测量之后来结束。比如，所述传感器的测量能够通过振动信号中的上升沿来触发或者引发。所述传感器能够识别所述导引组件的运动的开始和/或结束，方法是：比如为所述开始和/或所述结束确定能配置的加速度阈值。如果所述加速度上升超过所确定的加速度阈值，那就能够开始所述传感器的测量，并且/或者如果所述加速度下降到低于所述预先确定的速度阈值或者另外的预先确定的速度阈值之下，那就能够结束所述测量。作为替代方案或者补充方案能够考虑，通过计数器函数和/或时间函数来设定测量节拍。因此，比如能够在特定的时间执行测量。作为替代方案或者补充方案能够规定，传感器的测量的触发或者引发通过外部的或者外部控制的操控、比如通过设备控制机构或者网关通过电信号来进行。

在一种优选的实施方式中能够规定，在离散的驱动模式的基础上执行对于所述速度的计算，比如用于额外地对在时间信号中或者在所提到的运动分布中所计算的速度进行验证。不过这需要高的计算耗费，因为为此在频谱中并且不是在时间信号中进行计算。作为替代方案或者补充方案，同样能够考虑比如通过对于驱动马达的控制、尤其是通过触发信号来提供所述速度。不过，这在应用传感装置时导致额外耗费，因为控制指令必须在硬件方面来实现。

在本发明的另一种设计方案中，能够有利地由所述测评装置来额外地获取一个或者多个校正因数，以用于在进行疲劳探测时消除干扰、比如与频率模式相邻的集群（Aggregate）。所述校正因数比如能够尤其在所述运动分布之内基于环境条件、像比如温度和/或背景振动和/或背景噪声。

为了考虑到温度，优选额外地尤其在所述导引组件中设置温度传感器。所述温度传感器能够与所述测评装置相连接。为了探测背景噪声，能够有利地容易地尤其在所述导引组件中设置麦克风，所述麦克风尤其构造为微机电系统（MEMS）。所述麦克风优选与所述测评装置相连接。为了探测背景振动，能够有利地规定，所述传感器在所述运动分布结束之后、也就是比如在所述导引组件停止时或者在所述运动分布之外至少暂时地继续检测振动信号。换句话说，能够如此探测背景振动，使得所述传感器系统具有下述测量持续时间，所述测量持续时间至少稍许持续超过运行的结束。因此，能够在每个测量节拍中在所述导引组件的停止阶段期间探测并且引入（einbinden）背景振动。换句话说，能够由所述测评装置通过所述传感器在所述导引组件的停止状态分布期间获取背景振动。

在本发明的另一种设计方案中，所述测评装置能够以所获取的频带并且/或者以所述振动信号并且/或者以所述运动分布的一部分的振动信号来获取一个或者多个特征。而后借助于这些特征能够有利地执行疲劳探测或者损伤探测。所述一个或者多个特征优选从以下特征中来选择：平均值；绝对中位差（MAB）；均方根（Root Mean Square(RMS)）。尤其所述均方根具有小的计算耗费。不过，其它的特征也具有较小的计算耗费。

在本发明的一种优选的设计方案中，能够由所述测评装置在所述特征的一部分中或者在相应的特征中考虑到多次测量。此外，所述特征或者所述相应的特征通过所述测量来求平均值。额外地对一个或者多个特征求平均值的方式有利地降低了自发的干扰的效应。对于具有N次测量或者采样的传感器信号X来说，所述特征能够以如下方式来计算：

其中X _f 是经过滤波的信号，h是滤波器的传递函数，X _abs是X _f 的绝对值，是平均值，x _rms 是均方根并且x _mad 是MAD（绝对中位差）或者MAB数值。

在本发明的另一种设计方案中能够规定，通过所述测评装置用所计算的或者所获取的速度、尤其是恒定的速度分布中的速度来使所获取的或者所计算的一个或多个特征标准化。由此，能够有利地对不同的速度的对于所述特征或者所述疲劳探测的影响进行补偿。作为补充方案或者替代方案能够规定，通过所述测评装置用一个或者多个所算出的校正因数对所获取的一个或多个特征进行校正。作为校正因素，比如阶跃能够通过背景振动进行补偿。

优选能够将所获取的一个或多个特征保存在尤其所述导引组件的或者一个或者所述的微控制器的或者所述测评装置的存储器上。由此，能够以简单的方式将所保存的特征与新获取的特征进行比较，以用于执行疲劳探测。

对于多个所获取的不同类型的特征来说，优选能够由所述测评装置将这些特征组合起来，以用于有利地降低计算耗费。有利地为了将所述特征组合起来而构造多元或者多维的分布、尤其是平均值-矢量或者协方差-矩阵。对于多个所获取的不同类型的特征来说，所述测评装置能够并行地对这些特征或者这些特征的一部分进行分析并且/或者通过线性的组合对这些特征进行分析。换句话说，所述分析能够并行地在单个的维度或者特征中或者通过所述特征的线性的组合来进行。对于所述特征的组合来说能够使用以下公式：

在此a _i 能够是用于相应的特征的特征F _i 的加权因数，其中而后F能够用作用于所述分析或者疲劳探测的特征。换句话说，在将特征组合时能够为这些特征分别分配加权因数。比如容易地将所述特征加和。

在本发明的另一种设计方案中，能够由所述测评装置将尤其当前所获取的一个或多个特征与相应的所保存的特征进行比较。由此，而后所述测评装置能够推断出所述特征的变化并且作出结论。比如，所述测评装置在对所述特征进行比较时能够在所述一个或多个特征的缩小和/或扩大和/或非变化之间进行区分。换句话说，能够连续地计算特征值或者特征或者所组合的特者值或者所组合的特征相比于以前的特征或者以前的所组合的特征的上升度（Steigung）。由此比如能够考虑，作为各个特征或者单个特征的替代方案或者补充方案来保存所组合的特征。

如果所述特征或者所研究的特征或者所组合的特征的变化或者上升度小于或者等于0，那么所述测评装置就能够从中推断，不存在疲劳。由此所述导引机构可能处于磨合阶段（Einlaufphase）或者稳定阶段中。在所述上升度缩小时，能够得出所述导引机构的磨合阶段的结论。如果所述上升度小于0，那么比如滚动体和/或导轨可能通过磨合而下沉（Setzen）。频谱中的能量在这种情况下可能下降并且能够减少振动。在所述磨合阶段之后紧跟着所述稳定阶段。在所述磨合阶段的始点的能量水平的基础上，能够进行装配监测。夹紧地装配的系统明显地偏离正确地安装的系统。由此能够确定，所述测评装置能够在所述一个或多个特征或者所组合的特征的大小的基础上在所述导引组件的使用的起始时刻通过与基准值的比较来确定，所述导引机构是否正确地被装配。

在本发明的另一种设计方案中，如果所述一个或多个特征低于上极限并且/或者高于下极限并且/或者处于两个极限之间，则所述测评装置能够得出所述一个或多个特征或者所组合的特征的非变化的结论。换句话说，对于尤其大约0的上升度来说能够认为，所述导引机构处于稳定阶段中。而后比如在所检测到的振动信号中几乎没有变化。所述稳定阶段通常占据所述系统的使用寿命的主要的部分。在所述稳定阶段之内，所有新的特征都能够比如通过所述稳定阶段的、尤其是具有3 σ的控制图表来持续地被列入到对于极限形成的计算之中并且持续地对所述稳定阶段进行更新。换句话说，所述测评装置优选对于一个或多个特征或者所组合的特征的非变化来说关于所述一个或多个极限的计算将所述一个或多个特征考虑在内。由此能够适应性地对所述多个或一个极限进行调整。换句话说，所述测评装置能够检查，所述一个或多个特征是低于还是高于极限或者上极限，并且/或者所述一个或多个特征是低于还是高于极限或者下极限，并且/或者所述一个或多个特征是否处于所述两个极限之间。而后所述一个或多个特征能够由所述测评装置在计算所述一个或多个极限时使用，由此所述一个或多个极限能够适应性地得到调整。

在本发明的另一种设计方案中，如果所述一个或多个特征高于所述一个或多个极限，所述测评装置能够得出所述一个或多个特征或者所组合的特征的扩大的结论。如果由此尤其被标准化到所述速度上的特征的上升度连续地对于多次测评的序列来说大于0，那就可能存在疲劳。所述测评装置而后能够在所述一个或多个特征或者所组合的特征扩大时执行一次或者多次偏差值测试（Ausreißertest）。通过偏差值测试，能够识别并且滤出干扰、像比如特征的跳跃式的短时间的上升。

在本发明的另一种设计方案中能够规定，所述测评装置能够在所述一个或多个特征或所组合的特征扩大时输出不同的警告。比如在超过所述一个或多个特征或者所组合的特征的尤其上极限时能够输出尤其第一警告或者第1级警告。由此，用所述第1级警告能够说明离开所述稳定阶段的所计算的极限的情况（大于5 σ）。如果在所述导引组件的磨合阶段中或者在所述导引组件的记录的开始相对于所述相应的一个或多个特征的最大值而超过所述一个或多个特征或者所组合的特征的数值，能够规定另一个警告，其中而后能够输出尤其第二警告或者第2级警告。换句话说，在超过所述磨合阶段的始点的能量水平时能够引发所述第2级警告。如果不存在磨合阶段、比如如果加装了所述传感器，那么而后能够取代所述第1级警告而直接输出第2级警告。在本发明的另一种设计方案中，能够由所述测评装置输出警报或者尤其是第三警告或者第3级警告，如果满足了一个或者多个前提，所述前提从以下前提中选出：根据所述第2级警告达到预先确定的周期数，其中作为周期数能够设置所述导引组件的运行周期的数目或者所述测评装置的测量周期的数目；达到了尤其所述导引组件的所估计的剩余使用寿命；一个或者多个特征超过特定的统计上的极限（n×σ）；达到了用于所述一个或多个特征或者所述特征的一部分的绝对的或者能配置的极限或者阈值。

在本发明的另一种设计方案中，能够有利地由所述测评装置来获取所述导引组件的行程。换句话说，所述测评装置能够以位置解析的方式来执行测评。由此，为了在进行疲劳探测时不仅监测运动的导引组件而且也监测所述导引构件，能够有利的是，测量尤其整个行程并且以位置解析的方式来执行所述测评。通过这种方式，比如能够以位置解析的方式来探测并且分配所述导引构件的损坏。如果所述导引组件有缺陷，那么这通常引起上升的特征，其中这一点恒定地在完整的整个运行的期间或者在整个行程的范围内进行。如果所述导引构件有缺陷，那么所获取的特征就在所述运行或者行程之内具有取决于位置的上升度。对于有缺陷的驱动马达来说或者比如对于有缺陷的主轴轴承来说，所述特征在所述导引组件朝所述驱动马达运动并且接近时显示出连续的上升情况。

作为替代方案或者补充方案能够考虑，在尤其所定义的参考运行的期间执行所述疲劳探测。这引起以下结果，即：速度或者线性速度和频率范围已知。而后存在较少的通过背景信号引起的干扰源。此外，所述特征经受更少的波动并且不必被标准化到速度上。

优选对于所述导引组件来说，设置有用于对所述导引组件的电子组件的一部分或者所有电子组件进行供给的能量产生单元。所述能量产生单元在此有利地如此构成，从而在所述导引构件与所述导引组件之间进行相对的运动时产生这种能量。因为所述测评装置由于比较简单的计算运算而具有小的计算功率并且由此具有比较小的能量需求，所以所述测评装置能够没有问题地自给自足地通过所述能量产生单元来供给。

为了获取能量，比如能够使用所谓的“能量采集（Energy Harvesting）”。此外能够考虑，设置蓄能器，所述蓄能器尤其能够通过所述能量产生单元来充电。也能够考虑，在需要时作为补充方案或者替代方案从外部给所述蓄能器充电。而后所述蓄能器能够被设置用于向所述导引组件的一部分电子组件或者所有电子组件供电，尤其被设置用于对为所述疲劳探测负责的电子组件进行供电。

优选地，所述测评装置自给自足地对由所述传感器所检测到的数据进行测评。

所述传感器比如在装置技术上简单地是加速度传感器或者振动传感器。所述传感器优选构造为微机电系统（MEMS）。优选地，所述传感器测量处于0到20kHz、进一步优选处于0到3kHz、进一步优选处0到1kHz的频率范围内的振动信号。所述传感器比如构造为尤其是具有电容的测量原理的3轴式的加速度传感器。能够考虑设置多个传感器。

优选地，所述测评装置具有测评软件。此外，能够考虑，所述测评装置具有处理器并且/或者构造为微型控制器。所述微型控制器比如能够具有至少一种外围功能。此外，所述测评装置能够具有工作存储器和/或程序存储器，所述工作存储器和/或程序存储器能够是所述微型控制器的一个或多个部分。所述测评装置同样能够构造为MEMS或者与所述传感器一起构成MEMS。根据本发明，这能够尤其在具有能量采集功能的原电池或者次级电池的基础上通过所述测评装置的空的容量和/或较小数目的存储器模块并且/或者能量自给自足地并且/或者通过无线缆的疲劳探测来改进所述导引机构的功能范围。

在本发明的另一种优选的设计方案中，尤其能够在所述导引组件中设置数据传输装置或者通信装置。能够考虑，所述数据传输装置或者通信装置是所述MEMS或者微型控制器的一部分。而后用所述通信装置能够优选无线地将所述测评装置的和/或传感器的数据传输给外部的通信装置。所述外部的通信装置能够是机器控制机构的一部分或者提供用于连接互联网或者云的接口。优选通过所述通信装置优选以最小可能的数据量来传输所述测评装置的结果。比如能够仅仅设置一个二进制数位，其中而后能够输出信息，即存在还是不存在疲劳。换句话说，有利的是，所述导引组件的每次运行仅仅传输少量的数值或者特征、尤其不过仅仅传输所述疲劳探测的结果（疲劳是/否）和/或预期的剩余使用寿命和/或必要的动作。

优选在所述导引组件中设置有电子装置，该电子装置能够将模拟的传感器信号转换为数字的信号。此外，能够考虑，所述电子装置提供串行总线、比如I²C或者SPI 。

尤其所述测评装置的和/或传感器的自给自足的能量供给具有以下优点，即：不需要电池或者蓄电池。仅仅具有用于所述能量供给的电池或者蓄电池的系统通常拥有两到五年的能量的使用寿命。由此，对于这样的系统来说不利地需要以有规律的间隔进行电池更换，这引起成本并且导致环境负荷。对于大量的传感器来说在实际上不能使用这样的系统。由此，用根据本发明的系统能够执行自给自足的疲劳探测，其中对于所述组件来说不需要保养。

在本发明的另一种设计方案中，用于疲劳探测的组件，尤其是传感器、测评装置、能量供给机构等等能够构造为模块。这样的模块能够容易地安装并且比如也能够容易地加装。

所述导引组件有利地是螺母或者滚珠螺母。所述导引构件而后能够是主轴或者导引主轴。在所述滚珠螺母上能够固定着壳体，所述壳体具有所述传感器和/或所述测评装置和/或上面所提到的电子组件中的一个或者多个电子组件。沿着所述导引主轴的方向看，所述壳体能够在轴向上布置在所述滚珠螺母上。所述滚珠螺母优选拥有凸缘，螺母本体从所述凸缘朝第一轴向方向延伸，并且所述壳体能够朝相反的方向延伸。优选地，所述壳体沿着径向方向看具有外周面，所述外周面优选至少部分地沿着圆筒延伸，其中所述圆筒的纵轴线能够相对于所述导引主轴的纵轴线同轴地或者以平行间距来延伸。所述壳体的直径在此优选小于或者等于所述滚珠螺母的最大的直径。在本发明的另一种设计方案中，所述壳体仅仅部分地包围着所述导引主轴。特别地，所述壳体在所述导引主轴的那一侧大致构造为u形。所述壳体的圆弓角度（Kreissegmentwinkel）比如最大为180°。由此，所述壳体能够容易地加装，因为它没有超过下述圆弓角，所述圆弓角允许在装配时将所述壳体布置到所述导引主轴的上面并且与所述导引主轴搭接。也能够考虑，将所述壳体构造为多构件的结构，所述壳体而后能够包围所述导引主轴并且通过所述多构件的设计能够容易地安装。比如，所述壳体关于容易的可加装性或者容易的安装通过固定器件与所述滚珠螺母、尤其与所述滚珠螺母的凸缘相连接。在所述壳体与所述滚珠螺母之间也能够设置转接件，由此能够灵活地布置并且构造旋拧点或者固定点。

在本发明的一种优选的设计方案中能够规定，所述导引组件是导座并且所述导引构件是导轨。比如所述导座在滚动体上得到支承。换句话说，所述导引机构构造为成形导轨（Profilschienenführung）。在所述导座上能够根据前述方面中的一个或者多个方面来设置壳体。比如，所述壳体能够布置在所述导座的沿着纵向方向指向的一侧上。进一步优选地，所述壳体没有超过所述导座的-尤其在横向于所述导轨看的平面中-外部轮廓的外部尺寸。所述壳体比如大致构造为u形并且由此能够容易地与所述导轨搭接。也能够考虑，关于容易的可加装性将所述壳体构造为多构件的结构。

除了所描述的传感器之外，能够考虑设置一个或者多个另外的传感器。因此，比如能够设置光学的传感装置和/或超声波传感装置，以用于探测油膜厚度和/或润滑质量和/或润滑剂混浊性和/或颗粒。所述额外的一个或多个传感器的探测轴线优选指向所述导引构件的表面的方向、尤其是指向所述导引主轴的或者导轨的表面的方向。如上面已经解释的那样，能够考虑，作为额外的传感装置设置基于声音的传感装置、尤其是麦克风，以用于探测背景噪声。此外，能够设置温度传感装置。

根据本发明设置有传感器装置，所述传感器装置具有用于对振动信号进行检测的传感器。此外，在所述传感器装置中设置有测评装置，以用于对由所述传感器所检测到的振动信号进行测评。而后在由所述传感器所检测到的振动信号的基础上，能够获取所述导引组件的运动分布并且而后能够将所述运动分布的至少一部分的振动信号用于进行疲劳探测。作为替代方案或者补充方案能够考虑，对由所述传感器所检测到的振动信号进行数字滤波并且在所述经过数字滤波的信号的基础上获取所述导引组件的运动分布。

所述传感器装置能够根据上述方面来构成。

根据本发明，设置有一种用根据前述方面中的一个或者多个方面所述的导引机构或者用根据前述方面中的一个或者多个方面所述的传感器装置来进行的方法，所述方法具有以下步骤：

-在由所述传感器所检测到的振动信号的基础上获取运动分布，其中优选将所述运动分布的一部分的振动信号用于进行疲劳探测，

-并且/或者对由所述传感器所检测到的振动信号进行数字滤波，其中比如在所述经过数字滤波的振动信号的基础上获取所述导引组件的运动分布，

-并且/或者获取由所述传感器所检测到的振动信号的频带，其中所述频带被考虑用于由所述测评装置进行疲劳探测。

此外，所述方法能够具有上面所提出的方面中的一个或者多个方面。

换句话说，设置有一种用于线性驱动装置和线性导引机构的疲劳探测传感器，所述疲劳探测传感器尤其被设置用于对所述线性导引机构的机械的疲劳进行探测。在此，能够使用取决于速度的标准化或者特征校正，所述标准化或者特征校正允许在连续的运行中在没有参考路径的情况下对疲劳进行探测。作为替代方案或者补充方案，能够设置集成的阶段识别，所述阶段识别探测磨合阶段、稳定阶段和疲劳阶段并且将其列入到所述分析之中。所述稳定阶段的极限能够持续地得到调整和适应处理或者再调节。由此不需要固定的阈值，这实现了适应性的疲劳探测。对于所述疲劳探测来说，尤其能够确定，是否存在相关的特征的连续的上升度并且/或者是否存在离开所述稳定阶段的所计算的极限的情况并且/或者是否存在超过所述磨合阶段的始点的能量水平的情况。此外，能够确定，极限值、比如在离开所述稳定阶段的极限之后的最大的周期数和/或所估计的剩余使用寿命和/或特征是否大于n× σ并且/或者是否达到了绝对的或者能配置的阈值。

换句话说，根据本发明能够在一个在所述传感器系统中高度集成的微型控制器上设置完全靠近传感器的、自适应的疲劳探测或者信号处理和信号分析。所述疲劳探测在此能够设置信号检测和/或信号测量和/或加速度分布-识别和/或参数-估计和/或对于特征的滤波和/或计算和/或上升度计算。

换句话说，用所述导引机构并且/或者用所述方法并且/或者用所述传感器装置能够在比如线性滚动轴承的连续的运行中并且不仅仅在特殊的测试运行的期间中执行测评或者疲劳探测。有利地对所述振动信号进行数字滤波。而后从所述经过滤波的信号中能够识别恒定速度的阶段、尤其是普遍的稳定的运行条件。主要能够在这些阶段中进行所述测评。能够使用来自其它阶段的信息，以用于支持所述测评，方法是：比如获取来自其它阶段的速度。

换句话说，所述测评装置能够直接被安置在所述线性滚动轴承的转子上。通过根据本发明的设计方案，所述测评装置构造得非常紧凑并且用小的供电功率就够用了。能够利用所述线性滚动轴承的运动，以用于向所述测评装置供给能量。将相应的微型控制器的功率构造得较弱是足够的。所述测评方法尽可能简单地构成，使得其能够由所述微型控制器来实施。尽管如此，它具有对损伤的进行可靠的识别的功能。在频率范围内进行的测评是不必要的。所述测评装置有利地用其本身所获取的数据就够用了。它有利地没有被连接到上级的控制机构上。获取运行速度的可行方案也是有利的。所述运行速度能够通过对于加速度传感器的信号的积分来获取。由加速度传感器所获取的振动信号可能显著地取决于运行速度。

附图说明

下面借助于示意图对本发明的优选的实施例进行详细解释。其中：

图1a以透视图示出了根据一种实施例的导引机构；

图1b以侧视图图示出图1a的导引机构；

图2a以透视图示出了导引机构的一部分连同传感器装置；

图2b以透视图示出了根据另一种实施例的导引机构；

图3以流程图示出了根据所述实施例的导引机构的功能描述；

图4示出了根据所述实施例的导引机构的、通过传感器能检测的振动信号；

图5以图表示出了所述导引机构的、用于不同的速度的起始及加速阶段；

图6以图表示出了所述导引机构的疲劳探测的分析结果；并且

图7示出了图6的图表连同所绘入的警告极限。

具体实施方式

根据图1a，根据一种实施例的导引机构具有呈导引主轴1的形式的导引构件以及呈滚珠螺母2的形式的导引组件。在所述滚珠螺母2的凸缘上，在沿着轴向方向指向的端面上固定有壳体4。在所述壳体4中设置有传感器6，该传感器示意性地在图1a中示出。用所述传感器能够检测所述导引机构的振动信号。此外，设置有呈微型控制器的形式的测评装置8，所述测评装置同样示意性地在图1a中示出并且与所述传感器6相连接。此外，所述测评装置8与能量产生单元10相连接，其中所述能量产生单元也示意性地被示出。根据图1a和1b能够看出，所述壳体4构造为壳状并且直径对应于所述滚珠螺母2的直径。所述壳状的壳体4在此包围着所述导引主轴1。

根据图2a和2b，设置有导引机构的另一种实施方式，所述导引机构具有呈导轨12的形式的导引构件和呈导座14的形式的导引组件。壳体16在此构造为u形并且尤其具有传感器、测评装置和与图1a相对应的能量产生单元。所述壳体16能够被固定到所述导座14的沿着轴向方向指向的端面18上。沿着径向方向，所述壳体16在此没有伸出超过所述导座14。通过所述壳体16的u形的设计，该壳体能够有利地包围所述导轨12。如果所述导轨12根据图2a具有成型部，那么所述壳体16就能够以相应的成型部嵌合到所述成型部中。

根据图3中的流程图，用第一方框来表示测量20。在所述测量中，参见图1a，由所述传感器6来检测振动信号。所述振动信号可以在图4中看出并且设有附图标记22。所述振动信号22在图表中被绘入，其中横坐标示出了测量的次数并且纵坐标示出了所述振动信号22的标准化的幅度。根据图3，在所述测量22之后，在所述方框24中在所述振动信号22的基础上执行对于运动分布的获取。为此，通过低通滤波器对所述振动信号22进行数字滤波，由此根据图4能够看出运动分布26。所述运动分布具有多个部分。根据图4，用编号1来示出停止状态分布，用编号2来示出起动分布，用编号3来示出加速度分布，用编号4来示出恒定速度的分布并且用编号5来示出了制动分布。为了避免不受欢迎的加速度影响，尤其以所述恒定速度的分布来执行所述疲劳探测，因此极其有利的是，通过所述测评装置8来检测所述运动分布的不同的部分，参见图1a。根据所述停止状态分布和/或起动分布，以所述恒定速度的分布来获取所述滚珠螺母2的或者导座14的速度，参见图1a和2b。这在图5中得到了详细解释。在其中，所述线性运动的起始及加速阶段通过具有恒定的速度的阶段的、不一样地达到的速度来示出。在此，在横坐标上绘示出以秒计的时间并且在纵坐标上绘示出幅度。曲线28在此示出了在驱动马达以每分钟50转的速度旋转时的起始及加速阶段。另一条曲线30在此示出了在以每分钟300转的速度旋转时的起始及加速阶段并且曲线32示出了在以每分钟1000转的速度旋转时的起始及加速阶段。对于速度的计算优选用所述曲线28、30或者32的、高于阈值34的区段来进行。

根据图3，在所述方框24之后跟随着方框36，在所述方框36中获取所述振动信号22的频带，其中所述频带被考虑用于由所述测评装置8进行疲劳探测，参见图1a。在所算出的速度的基础上估计所述频带并且通过滤波器来消除不必要的频带，参见图3中的方框38。

在图3中的接下来的方框40中计算在所述方框38中所强调的频带的相关的特征。作为特征，比如能够设置平均值或者MAD或者RMS数值。在所述方框40之后能够设置方框42，在所述方框42中设置有将所计算的特征标准化到所计算的速度上的过程，从而对不同的速度的影响进行补偿。随后在所述方框44中进行信号分析。为此，如开头所解释的那样将所获取的特征组合起来，并且将所组合的特征与前面所获取的特征进行比较。如果所述特征的上升度或者所述特征的扩大被设置为大于0，那就给根据图3的方法设置左分支46。但是如果所述特征保持相同或者缩小，那就用右分支48来继续进行根据图3的方法。在所述分支48中，在所述方框50中检查，图1到2的导引机构是否处于稳定的阶段中，也就是说不存在疲劳并且磨合阶段结束。如果不存在稳定的阶段，那就由所述测评装置8根据图3在所述方框52中识别出磨合阶段并且随后在所述方框54中开始新的测量。在所述磨合阶段中所组合的特征下降。如果所述特征保持相同，那么在所述方框50之后就跟随着在图3中所设置的方框56。在其中，在需要时适应性地对所述稳定的阶段的极限进行调整并且随后用所述方框54开始新的测量。

根据图6示出了所获取的所组合的特征。在横坐标上示出了测量次数并且在纵坐标上示出了所组合的特征的标准化的数值。在磨合阶段58中能够看出，所组合的特征以所述磨合阶段的起始水平60为出发点下降。随后出现稳定的阶段62，在该稳定的阶段中所组合的特征在能够适应性地变化的极限64和66之内保持相同或者差不多保持相同。如果所述所组合的特征上升，那就由所述测评装置8识别出疲劳阶段68。也就是说如果在根据图3的方框44中确定所组合的特征的上升，那就在所述左分支46中继续所述方法。首先在方框69中确定，所组合的特征的上升度是否大于5σ，也就是说用统计方法确定，是否进行了上升。如果不是这种情况，那就在方框70中将偏差值计数器降低一个点。随后，在方框56中又适应性地对所述极限64、66进行调整，参见图6。如果如此出现所述方框69中的统计上的测评的结果，使得所组合的特征的上升度是5σ，那就在方框72中将所述偏差值计数器提高一个点。而后在后续方框74中确定，所述偏差值的数目是否已经超过特定的阈值。如果不是这种情况，那就在所述方框54中开始新的测量。但是如果是这种情况，那就在所述方框46中获取，所组合的特征的标准化的数值是否大于所述起始水平60，参见图6。如果不是这种情况，那就在方框78中输出第1级警告。如果是这种情况，那就在方框79中跟随检查是否超过极限值。所述极限值比如是所估计的剩余使用寿命或者是绝对的阈值或者是在说明书导言中所提出的极限值。如果超过所述极限值，那就在方框80输出警报。如果没有超过所述极限值，则在所述方框82中输出第2级警告。这一点示意性地在图7中示出。在此，在图6的基础上绘入了不同的警告等级和警报。如果满足了根据图3所解释的前提，那就在区域84中输出警报。在区域86中进行第2级警告，在区域88中进行第1级警告，并且在区域90中不产生警告或者警报。

根据发明，设置有尤其是用于导引机构的传感器装置，所述传感器装置具有传感器和测评装置。所述测评装置在由所述传感器所检测到的振动信号的基础上获取所述导引组件的运动分布，其中所述运动分布的一部分用于进行疲劳探测。作为替代方案或者补充方案能够规定，对由所述传感器所检测到的振动信号进行滤波或者数字滤波并且在所述经过滤波的或者经过数字滤波的信号的基础上获取所述导引组件的运动分布。

附图标记列表

1 导引主轴

2 滚珠螺母

4、16 壳体

6 传感器

8 测评装置

10 能量产生单元

12 导轨

14 导座

18 端面

20 测量

22 振动信号

24、36、38、40、42、44、50、52、54、56、69、70、72、74、76、78、79、80、82 方框

26 运动分布

28、30、32 曲线

34 阈值

46 左分支

48 右分支

58 磨合阶段

60 起始水平

62 稳定阶段

64、66 极限

68 疲劳阶段

84、86、88、90 区域

Claims (15)

1.导引机构，其具有导引构件（1；12）并且具有通过所述导引构件（1；12）来得到导引的并且能运动的导引组件（2；14），其中在所述导引组件（2；14）中设置有用于检测振动信号（22）的传感器（6），并且其中在所述导引组件（2；14）中设置有用于对由所述传感器（6）所检测到的振动信号（22）进行测评的测评装置（8），其特征在于，在由所述传感器（6）所检测到的振动信号（22）的基础上获取所述导引组件（2；14）的运动分布（26），并且所述运动分布（26）的一部分的振动信号（22）用于进行疲劳探测，并且/或者对由所述传感器（6）所检测到的振动信号（22）进行数字滤波并且在所述经过数字滤波的信号的基础上获取所述导引组件（2；14）的运动分布（26）。

2.根据权利要求1所述的导引机构，其中获取所述振动信号（22）的频带，其中所述频带考虑用于由所述测评装置（8）进行疲劳探测。

3.根据权利要求1或2所述的导引机构，其中所述数字滤波通过低通滤波并且/或者通过离散小波变换来进行。

4.根据前述权利要求中任一项所述的导引机构，其中通过所述测评装置（8）能够获取所述导引组件的运动分布的一个部分或者多个部分，其中所述一个部分或者多个部分是以下部分中的一个部分或者多个部分：停止状态分布和/或起动分布和/或加速度分布和/或恒定速度的分布和/或制动分布。

5.根据权利要求4所述的导引机构，其中所述测评装置（８）在所述恒定速度的运动分布（26）中执行所述疲劳探测，并且/或者其中借助于所述振动信号（22）获取所述导引组件（2；14）的速度。

6.根据权利要求5所述的导引机构，其中借助于所述起动分布并且/或者借助于所述加速度分布来获取速度。

7.根据前述权利要求中任一项所述的导引机构，其中所述测评装置（8）在所获取的频带中或者在所述振动信号中获取一个或者多个特征。

8. 根据权利要求7所述的导引机构，其中所述一个或者多个特征从以下特征中选出：平均值、绝对中位差（MAD）、均方根；并且/或者其中通过所述测评装置（8）用所获取的速度使所获取的一个或多个特征标准化；并且/或者其中由所述测评装置（8）以多个所获取的不同类型的特征使这些特征相组合，并且/或者其中所述测评装置（8）在所述一个或多个特征或者所组合的特征扩大时输出警告和/或警报。

9.根据前述权利要求中任一项所述的导引机构，其中所述导引组件是导座（14）并且所述导引构件是导轨（12），并且其中在所述导座（14）上固定有壳体（16），所述壳体具有所述传感器（6）和/或所述测评装置（8），其中所述壳体（16）布置在所述导座（14）的沿着纵向方向指向的一侧上，并且/或者其中所述壳体（16）搭接着或者部分地包围或者完全包围所述导轨（12），或者

其中所述导引组件是螺母（2）并且所述导引构件是导引主轴（1），并且其中在所述螺母（2）上固定有壳体（4），所述壳体具有所述传感器（6）和/或所述测评装置（8），其中所述壳体（4）在轴向上布置在所述螺母（2）上，并且/或者其中所述壳体（4）搭接着或者部分地包围或者完全包围所述导引主轴（1）。

10.根据权利要求7到9中任一项所述的导引机构，其中所述一个或多个特征或者所组合的特征相比于前述一个或多个特征或者所组合的特征的上升度由所述测评装置（8）来计算，

其中在所述一个或多个特征或者所组合的特征的上升度小于或者等于0时所述测评装置（8）从中推断，不存在疲劳，

并且/或者其中在所述一个或多个特征或者所组合的特征的上升度大致为0时所述测评装置（8）从中推断，所述导引机构处于稳定阶段中，

并且/或者其中在所述一个或多个特征或者所组合的特征的上升度大于0时所述测评装置（8）从中推断，在所述导引机构中存在疲劳。

11.根据权利要求7到10中任一项所述的导引机构，其中所述测评装置（8）在所述一个或多个特征或者所组合的特征超过极限（66）或者上极限（66）时输出警告，

并且/或者其中所述测评装置（8）在所述导引组件（2；14）的磨合阶段（58）中或者在所述导引组件（2；14）的记录的开始在相对于相应的一个或多个特征的最大值超过所述一个或多个特征或者所组合的特征的数值时输出一个警告或者另一个警告，

并且/或者其中所述测评装置（8）输出警报或者警告，如果满足了一个或者多个从以下前提中选择的前提，所述以下前提是：在所述另一个警告之后达到了预先确定的周期数；达到了所估计的剩余使用寿命；一个或者多个特征超过特定的统计上的极限；达到了用于所述一个或多个特征或者所述特征的一部分的、绝对的或者能配置的极限或者阈值。

12.根据权利要求7到11中任一项所述的导引机构，其中如果所述一个或多个特征低于极限（66）或者上极限（66）并且/或者高于极限或者下极限（64）并且/或者处于两个极限（64、66）之间，则所述测评装置（8）能够得出所述一个或多个特征的非变化的结论，其中所述一个或多个特征在计算所述一个或多个极限（64、66）时使用并且所述一个或多个极限（64、66）由此适应性地得到了调整。

13.根据前述权利要求中任一项所述的导引机构，其中所述测评装置（8）以位置解析的方式来执行所述疲劳探测。

14.传感器装置，其用于根据前述权利要求中任一项所述的导引机构，其中设置有用于对振动信号进行检测的传感器（6），并且其中设置有用于对由所述传感器（6）所检测到的振动信号（22）进行测评的测评装置（8），其中在由所述传感器（6）所检测到的振动信号（22）的基础上获取运动分布（26），并且所述运动分布（26）的一部分的振动信号（22）由所述测评装置（8）用于进行疲劳探测。

15.用根据权利要求1到13中任一项所述的导引机构或者用根据权利要求14所述的传感器装置来进行的方法，该方法具有以下步骤：

-在由所述传感器（6）所检测到的振动信号（22）的基础上获取导引组件（2；14）的运动分布（26），其中将所述运动分布（26）的一部分的振动信号（22）用于进行疲劳探测；

-并且/或者对由所述传感器（6）所检测到的振动信号（22）进行数字滤波，其中在所述经过数字滤波的振动信号（22）的基础上获取所述导引组件（2；14）的运动分布（26）；

-并且/或者获取所述振动信号（22）的频带，其中所述频带考虑用于由所述测评装置（8）进行疲劳探测。