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Die Erfindung stellt einen Aufbau einer Sensorik in Bezug auf eine Überwachungsvorrichtung und ihre Überwachungsmethode bereit.
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Im Laufe der Entwicklung der Automatisierungsindustrie wird der Bedarf an Peripherie in der Automatisierungsindustrie immer größer. Dabei sind die jeweiligen Getriebemechaniken und Führungseinrichtungen unerlässliche Elemente zum Vervollständigen des Automatisierungsprozesses. Wenn eine Getriebemechanik hohe Geschwindigkeit und Genauigkeit aufweisen muss, wird oft eine lineare Führungseinrichtung verwendet.
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Zum Gewährleisten der Genauigkeit der Getriebemechanik müssen die jeweiligen physikalischen Werte im Betrieb tatsächlich den Anforderungen entsprechen. Darüber hinaus müssen vor dem Betrieb die physikalischen Werte der linearen Getriebemechanik im Stillstand wie Rückenspiel, Vorspannung oder Strukturstabilität festgestellt werden. Auch müssen während des Betriebs die dynamischen physikalischen Eigenschaften wie beispielsweise Erschütterung, Temperaturerhöhung und Schmierung, die beim Betrieb auftreten, genau kontrolliert werden. Dabei werden normalerweise die physikalischen Werte im Stillstand vor dem Betrieb gemessen und nach dem Betrieb oder vor dem nächsten Betrieb erneuert kalibriert. Mit Bezug darauf ist das Messen der dynamischen physikalischen Eigenschaften wegen der sich bewegenden Objekte relativ schwierig, weshalb für das Messen der Werte der Erschütterung bzw. der Temperaturerhöhung normalerweise Geräte an der Umgebungsplattform der linearen Getriebemechanik angebracht werden. Für das Messen der Werte der Schmierung müssen andere Messgeräte verwendet werden.
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So lässt sich ableiten, dass der Arbeits- und Zeitaufwand zum Erhalten der Betriebsgenauigkeit der linearen Getriebemechanik für das vorbereitende Messen, das Messen in der Umgebung im Betrieb und die Nachkalibrierung erheblich sind. Auch wenn das vorbereitende Messen, das Messen in der Umgebung im Betrieb und die Nachkalibrierung wie beschrieben ausgeführt werden, können Abweichungen oder anomale Werte während des Betriebs trotzdem nicht erkannt werden, weil die physikalischen Werte im Stillstand nur vor dem Betrieb gemessen werden, wodurch unkontrollierbare Variablen vorliegen. Außerdem können im Betrieb genaue Werte von der linearen Getriebemechanik allein an ihrer Umgebungsplattform nicht präzise gemessen werden, wodurch ein Verbesserungsbedarf in Bezug auf die Genauigkeit besteht. Darüber hinaus können Sensoren für das Messen der physikalischen Eigenschaften normalerweise nur eine einzelne Größe messen, weshalb mehrere Sensoren angebracht werden müssen, wodurch das Design eingeschränkt wird. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die konventionelle Weise zum Erhalten der Betriebsgenauigkeit der linearen Getriebemechanik sehr unpraktisch ist bzw. es Mängel gibt, welche beseitigt werden sollten.
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Die Erfindung stellt einen Aufbau einer Sensorik bereit, bei dem die Hauptaufgabe darin besteht, die Mängel der herkömmlichen Sensoren zu verbessern, welche nur einzelne Erkennungsfunktionen besitzen und deren Leistung unzulänglich ist.
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Zum Adressieren der genannten Aufgabe stellt die Erfindung einen Aufbau einer Sensorik bereit, welcher an einer linearen Getriebemechanik angebracht ist. Der Aufbau der Sensorik umfasst die folgenden Elemente:
eine Grundaufnahme, welche einen Aufnahmeraum aufweist,
einen elektrischen Anschluss, welcher auf der Grundaufnahme angebracht ist, wobei ein Ende von diesem im Aufnahmeraum der Grundaufnahme gesteckt ist und sich das andere Ende außerhalb der Grundaufnahme befindet,
eine Erkennungseinheit, welche mindestens aus zwei Sensoren zum Messen der physikalischen Größe und einer integrierten Platine besteht, wobei die Sensoren zum Messen der physikalischen Größe mit der integrierten Platine elektrisch verbunden sind, um die Signale zu sammeln, wobei die Erkennungseinheit auf der Grundaufnahme angebracht und mit dem elektrischen Anschluss elektrisch angeschlossen ist, und
einen Fühleranschluss, welcher als Einrichtung für das Ermitteln der umgebungsbedingten Störungen dient und an einem Ende der Grundaufnahme angebracht ist.
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Bei der Erkennungseinheit des erfindungsgemäßen Aufbaus einer Sensorik werden mindestens zwei Sensoren zum Messen der physikalischen Größen integriert, wodurch die Signale, mit denen die primären physikalischen Größen inklusive Rückenspiel, Anomalie der Stöße, thermische Verlagerung und Schmierung in Bezug auf die lineare Getriebemechanik ausgerechnet werden, zuerst kombiniert werden können, ohne dass mehrere Sensoren getrennt angebracht werden müssen. Hiermit wird eine einfache Anbringung erreicht und ist das Design variabler.
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1 Perspektivische Explosionsansicht der Struktur des erfindungsgemäßen Aufbaus einer Sensorik
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2 Perspektivische Außensicht der Struktur des erfindungsgemäßen Aufbaus einer Sensorik
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3 Schnittansicht des erfindungsgemäßen Aufbaus einer Sensorik
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4 Perspektivische Explosionsansicht der Struktur des erfindungsgemäßen Aufbaus einer Sensorik gemäß einer anderen Ausführungsform
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5 Perspektivische Außensicht des Aufbaus gemäß 4
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6 Schnittansicht gemäß 4
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7 Schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Aufbaus einer Sensorik, welcher an der linearen Getriebemechanik mit einem Kugelgewindetrieb angebracht ist
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8 Kombinationsansicht des erfindungsgemäßen Aufbaus einer Sensorik, welcher an der linearen Getriebemechanik mit einem Kugelgewindetrieb angebracht ist
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9 Schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Aufbaus einer Sensorik, welcher an der linearen Getriebemechanik mit einer linearen Führungsschiene angebracht ist
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10 Kombinationsansicht des erfindungsgemäßen Aufbaus einer Sensorik, welcher an der linearen Getriebemechanik mit einer Führungsschiene angebracht ist
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11 Schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Aufbaus einer Sensorik, welcher an der linearen Getriebemechanik mit einem Lager angebracht ist
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12 Kombinationsansicht des erfindungsgemäßen Aufbaus einer Sensorik, welcher an der linearen Getriebemechanik mit einem Lager angebracht ist
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Bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen wird, wie in den 1 bis 6 gezeigt, ein Aufbau einer Sensorik bereitgestellt. Dabei umfasst der Aufbau einer Sensorik A die folgenden Elemente:
eine Grundaufnahme 10, welche mit einer Hohlstruktur ausgeführt ist und einen Aufnahmeraum 11 aufweist,
einen elektrischen Anschluss 20, welcher auf der Grundaufnahme 10 angebracht ist, wobei ein Ende von diesem im Aufnahmeraum 11 der Grundaufnahme 10 gesteckt ist und sich das andere Ende außerhalb der Grundaufnahme 10 befindet,
eine Erkennungseinheit 30, welche mindestens aus zwei Sensoren zum Messen der physikalischen Größe und einer integrierten Platine 33 besteht, wobei die Sensoren zum Messen der physikalischen Größe als ein Temperatursensor mit einem Erschütterungssensor bzw. einem Sensor für den magnetischen Fluss oder einem Entfernungssensor ausgeführt sind, wobei die Erkennungseinheit 30 gemäß den Ausführungsformen mit zwei Sensoren einschließlich eines Temperatursensors 31 und eines Erschütterungssensors 32 zum Messen der physikalischen Größen ausgestattet ist, wobei der Temperatursensor 31 und der Erschütterungssensor 32 mit der integrierten Platine 33 elektrisch verbunden sind, um die Signale zu kombinieren, wobei die Erkennungseinheit 30 auf der Grundaufnahme 10 angebracht und mit dem elektrischen Anschluss 20 elektrisch verbunden ist,
einen Fühleranschluss 40, welcher als die Einrichtung für das Ermitteln der umgebungsbedingten Störungen dient, wobei ein Ende des Fühleranschlusses 40 eine Stecknut 41 aufweist, das andere Ende eine Ringnut 42 aufweist, der Fühleranschluss 40 mit der Stecknut 41, welche dem Temperatursensor 31 gegenübersteht, an einem Ende der Grundaufnahme 10 angebracht ist, die Stecknut 41 des Fühleranschlusses 40 den Temperatursensor 31 umschließt und der Fühleranschluss 40 gemäß den Ausführungsformen als ein elektrisches Isolierelement ausgeführt ist, und
einen Verschlussdeckel 50, welcher in die Grundaufnahme 10 fest eingebaut ist.
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Die Struktur der erfindungsgemäßen Grundaufnahme 10 ist nicht auf die Ausführungsform beschränkt. Wie in den 1 bis 3 gezeigt, ist die Grundaufnahme 10 mit einer Hohlrohrstruktur ausgeführt, und es entsteht dadurch ein Aufnahmeraum 11. Ein Ende der Grundaufnahme 10 ist vollständig offen, wobei das andere Ende eine Stirnfläche 12 aufweist, auf der eine Öffnung 121 zentrisch vorgesehen ist. In der Grundaufnahme 10 zwischen beiden Enden ist zusätzlich eine durchgehende Bohrung 13 vorgesehen, welche mit dem Aufnahmeraum 11 verbunden ist. Der Fühleranschluss 40 ist so angebracht, dass er an der Stirnfläche 12 der Grundaufnahme 10 anliegt. Durch mehrere Verschraubungselemente S wird der Fühleranschluss 40 mit der Stirnfläche 12 so verschraubt, dass der Fühleranschluss 40 an der Stirnfläche 12 der Grundaufnahme 10 befestigt wird. Die Befestigungsart des Fühleranschlusses 40 mit der Grundaufnahme 10 ist nicht darauf beschränkt. Als eine andere Variante kann der Fühleranschluss 40 mittels der Magnetkraft eines Magneten 60, welcher der Form der Ringnut 42 entspricht und in der Ringnut 42 eingebaut ist, durch das Magnetisieren der Stirnfläche 12 der Grundaufnahme 10 an der Grundaufnahme 10 befestigt werden. Darüber hinaus sind weiterhin auf der Außenfläche der Grundaufnahme 10 gemäß den Ausführungsformen mehrere Schlitze 14 vorgesehen, an denen jeweils ein Verbindungsloch 141 vorgesehen ist, welches die Stirnfläche 12 durchdringt.
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Bei der Ausführungsform ist der Erschütterungssensor 32 der Erkennungseinheit 30 mit der integrierten Platine 33 elektrisch verbunden und an dieser befestigt, wobei die integrierte Platine 33 im Aufnahmeraum 11 eingesetzt ist. Der Temperatursensor 31 besteht aus einem Temperaturmesskopf 311 und mehreren Pins 312, welche mit dem Temperaturmesskopf verbunden sind. Die Pins 312 des Temperatursensors 31 sind durch die Öffnung 121 der Grundaufnahme 10 im Aufnahmeraum 11 eingesteckt und dadurch mit der integrierten Platine 33 elektrisch verbunden. Der Temperaturmesskopf 311 des Temperatursensors 31 befindet sich an der Stirnfläche 12 der Grundaufnahme 10 und steht der Stecknut 41 des Fühleranschlusses 40 gegenüber.
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Wie in 4 bis 6 gezeigt, können die erfindungsgemäße Grundaufnahme 10 auch mit rechteckiger Form bzw. der Aufnahmeraum 11 mit dem Zylinderprofil ausgeführt werden. Bei der Ausführungsform ist der Fühleranschluss 40 an der Grundaufnahme 10 integriert eingebaut, wobei die Stecknut 41 des Fühleranschlusses 40 mit dem Aufnahmeraum 11 verbunden ist. Darüber hinaus besteht die Erkennungseinheit 30 aus drei integrierten, mit Abstand parallel angeordneten Platinen 33, welche durch mehrere leitfähige Elemente 34 elektrisch verbunden sind. Dabei ist der Temperatursensor 31 auf einer integrierten Platine 33 angebracht, wobei der Erschütterungssensor 32 auf einer anderen integrierten Platine 33 angebracht ist. Dabei handelt es sich um die Integration. Hierdurch ist die Erkennungseinheit 30 im Aufnahmeraum 11 eingesetzt, und der Temperatursensor 31 steht der Stecknut 41 des Fühleranschlusses 40 gegenüber. Außerdem ist der Verschlussdeckel 50 bei der Ausführungsform als L-Paneel ausgeführt, wobei die durchgehende Bohrung 13 am Verschlussdeckel 50 vorgesehen ist, durch die am Verschlussdeckel 50 der elektrische Anschluss 20 im Aufnahmeraum 11 eingesteckt wird.
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Die Konfiguration und die Merkmale des erfindungsgemäßen Aufbaus einer Sensorik A sind oben erläutert. Eine lineare Getriebemechanik B, die, wie in den 7 bis 12 gezeigt, mit dem Aufbau einer Sensorik A angebracht ist, wird nachfolgend erläutert. Bei diesem Anbringungsverfahren liegt der Aufbau einer Sensorik A mittels des Fühleranschlusses 40 an der linearen Getriebemechanik B an. Wie in den 7 und 8 gezeigt, ist die lineare Getriebemechanik B mit dem Kugelgewindetrieb B1 ausgeführt, und der Aufbau einer Sensorik A liegt mittels des Fühleranschlusses 40 an der Verschlusskappe B11 des Kugelgewindetriebs B1 an. Wie in den 9 und 10 gezeigt, ist die lineare Getriebemechanik B mit einer linearen Führungsschiene B2 ausgeführt, und der Aufbau einer Sensorik A liegt mittels des Fühleranschlusses 40 am Gleiter B21 für die lineare Führungsschiene B2 an. Wie in den 11 und 12 gezeigt, ist die lineare Getriebemechanik B mit einem Lager B3 ausgeführt, und der Aufbau einer Sensorik A liegt mittels des Fühleranschlusses 40 am Lager B3 an.
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Beim Betrieb der linearen Getriebemechanik mit den Sensoren gemäß den Ausführungsformen der Erfindung können die Änderungen der physikalischen Größen der linearen Getriebemechanik B während des Betriebs durch den eingebauten Aufbau einer Sensorik A in der linearen Getriebemechanik unmittelbar erkannt werden, wodurch die physikalischen Größen sowohl unvermittelt als auch am präzisesten gemessen werden können. Auf Basis von diesen Ausführungsformen der Erfindung kann auf die von der Erkennungseinheit 30 erfassten Daten durch den elektrischen Anschluss 20 zugegriffen werden und können diese danach berechnet werden, wenn zusätzlich eine Recheneinheit C angebracht wird, welche mit dem elektrischen Anschluss 20 elektrisch verbunden ist. Nach dem Rechnen können Warnungen über anomale Werte unverzüglich ausgegeben werden, kann durch die Recheneinheit C auf die erfassten Daten zugegriffen werden sowie können die gewünschten Überwachungswerte ausgerechnet werden.
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Da die Erkennungseinheit 30 des Aufbaus einer Sensorik A gemäß den Ausführungsformen der Erfindung den integrierten Schaltkreis für den Temperatursensor 31 und den Erschütterungssensor 32 umfasst, können die folgenden primären Ansprechwerte in Bezug auf die lineare Getriebemechanik A erkannt bzw. berechnet werden.
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Durch die Recheneinheit C werden die Erschütterungssignale vom Erschütterungssensor 32 der Erkennungseinheit 30 dauerhaft erfasst, und durch kennzeichnende Ordnungsanalyse können die Änderungen der Größe des Rückenspiels der linearen Getriebemechanik B unverzüglich ermittelt werden. Dadurch werden die Größe des Rückenspiels während des Betriebs der linearen Getriebemechanik B unvermittelt erkannt und Warnungen über die anomale Größe des Rückenspiels ebenso unvermittelt für die Umstellung ausgegeben, wodurch eine genaue Überwachung erreicht wird.
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Durch die Recheneinheit C werden die Erschütterungssignale aus der Erkennungseinheit 30 dauerhaft erfasst, und durch eine Grenzwertanalyse kann die Stärke der Erschütterung unverzüglich ermittelt werden. Dadurch wird die Stärke der Erschütterung während des Betriebs der linearen Getriebemechanik B unvermittelt erkannt und eine Warnung über eine anomale Stärke der Erschütterung ebenso unverzüglich ausgegeben, wodurch die Anomalien korrigiert werden können bzw. eine genaue Überwachung erreicht wird.
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Durch die Recheneinheit C werden die Temperatursignale aus dem Temperatursensor 31 von der Erkennungseinheit 30 mit einer bestimmten Zeitlücke erfasst, und durch den Algorithmus kann die thermische Verlagerung ausgerechnet werden. Dadurch werden die Werte der Temperaturerhöhung während des Betriebs der linearen Getriebemechanik B unverzüglich erkannt und eine Warnung über die anomale Werte der Temperaturerhöhung ebenso unverzüglich ausgegeben, wodurch die Anomalien korrigiert werden können bzw. eine genaue Überwachung erreicht wird.
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Durch die Recheneinheit C werden die Erschütterungssignale aus dem Erschütterungssensor 32 von der Erkennungseinheit 30 dauerhaft erfasst, und durch den Algorithmus kann anhand der Schwingungsenergie ausgerechnet werden, ob ausreichend Schmieröl vorhanden ist. Dadurch wird während des Betriebs der linearen Getriebemechanik B direkt überwacht, ob ausreichend Schmieröl vorhanden ist, bzw. bei unzureichender Schmierölmenge wird die Schmiervorrichtung unverzüglich aktiviert, wodurch die Schmierung gewährleistet bzw. eine ordentliche Funktion erreicht wird.
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Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die jeweiligen Änderungen der physikalischen Größen während des Betriebs der linearen Getriebemechanik B unmittelbar vom Aufbau einer Sensorik A gemäß den Ausführungsformen der Erfindung erkannt werden, da der Aufbau einer Sensorik A direkt an der linearen Getriebemechanik angebracht ist. Dadurch können die Daten sowohl unvermittelt als auch am präzisesten erfasst werden, und somit kann eine objektgenaue Echtzeitüberwachung erreicht sowie eine präzise Bearbeitung und Förderung gewährleistet werden.
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Darüber hinaus werden gemäß den Ausführungsformen der Erfindung der Temperatursensor 31 und der Erschütterungssensor 32 in der Erkennungseinheit 30 des Aufbaus einer Sensorik A integriert. Dadurch können die Temperatur- und Erschütterungssignale, mit denen dann die primären physikalischen Größen inklusive das Rückenspiel, die Anomalie der Stöße, die thermische Verlagerung und die Schmierung in Bezug auf der linearen Getriebemechanik B berechnet werden, zuerst kombiniert werden, ohne dass mehrere Sensoren getrennt angebracht werden müssen. Hiermit wird eine einfache Anbringung erreicht und das Design ist variabler. Von verschiedenen Anwendungen kann erwartet werden, dass die Arten und Anzahl der Sensoren zum Messen der physikalischen Größen modifiziert und somit die erkannten Auswirkungen entsprechend ermittelt werden. Deshalb sollten die Arten und die Anzahl der Sensoren zum Messen der physikalischen Größe nicht auf die Ausführungsformen der Erfindung beschränkt werden.
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Auch weil der erfindungsgemäße Aufbau einer Sensorik A im Schaltkreis integriert ist, können die zu überwachenden Daten im Betrieb kontinuierlich überwacht werden, ohne die Maschine für die Überprüfung in den Stillstand zu bringen. Hierdurch wird die Inanspruchnahme der Zeit für den Maschinenstillstand zur Überprüfung verringert und die Produktionsleistung der linearen Getriebemechanik erhöht.
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Insbesondere ist der Aufbau einer Sensorik A gemäß den Ausführungsformen der Erfindung mit dem Fühleranschluss 40 an der Grundaufnahme 10 versehen, wobei sich der Temperatursensor 31 der Erkennungseinheit 30 entsprechend am Fühleranschlusses 40 befindet. Daher kann der Aufbau einer Sensorik A beim Anbringen mittels des Fühleranschlusses 40 direkt an der linearen Getriebemechanik B anliegen, um die Temperaturschwankungen unmittelbar zu erkennen und das Abmaß der Temperaturerkennung zu verringern. Bei der Erfindung gemäß den Ausführungsformen können eine leichtestmögliche Montage und genauste Messergebnisse durch die Konfiguration des Fühleranschlusses 40 erreicht werden, was die Anwendung sehr vereinfacht.
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Darüber hinaus weist bei der Erfindung die Außenfläche der Grundaufnahme 10 für eine leichte Montage des Aufbaus einer Sensorik A zusätzlich jeweilige Schlitze 14 auf, in denen jeweils ein Verbindungsloch 141 vorgesehen ist, welches durch die Stirnfläche 12 geht. Hiermit können die Verschraubungselemente S außerhalb der Grundaufnahme 10 durch die Verbindungslöcher 141 durchgesteckt werden, wobei die Grundaufnahme 10 mittels der Verschraubungselemente S an der linearen Getriebemechanik B verschraubt wird. Die Montage ist deshalb sehr einfach.
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Zum weiteren Erhöhen der Messgenauigkeit des Aufbaus einer Sensorik A gemäß den Ausführungsformen der Erfindung kann die Position zum Anbringen des Aufbaus einer Sensorik A genauer bestimmt werden. Wenn beispielsweise der Aufbau einer Sensorik A, wie in den 7 und 8 gezeigt, an der Verschlusskappe B11 des Kugelgewindetriebs B1 angebracht ist, sind mehrere Umlaufelemente B12 an der Verschlusskappe B11 vorgesehen. Da die Kugeln des Kugelgewindetriebs B1 in den Umlaufelementen B12 im Kreis rollen, können die Umlaufelemente B12 als so genannte Signalquelle für die Temperatur- und Erschütterungssignale dienen. Der Mittelpunkt der Verschlusskappe B11 des Kugelgewindetriebs B1 wird als Mitte des Kreises O definiert, wobei die Verbindungslinie zwischen dem von der Mitte des Kreises O am weitestem gelegenen Punkt der Umlaufelemente B12 und der Mitte des Kreises O als Halbmesser der Signalquelle r definiert wird. Im Umfangsgebiet des Halbmessers der Signalquelle r steht eine für Signale empfindliche Zone M zur Verfügung, wobei der geschlagene Kreis durch die Mitte des Kreises O als Zentrum und durch den signalempfindlichen Halbmesser R als Radius die für Signale empfindliche Zone M abgrenzt. Dabei ist der signalempfindliche Halbmesser R größer als der Halbmesser der Signalquelle r, und die Differenz zwischen dem signalempfindlichen Halbmesser R und dem Halbmesser der Signalquelle r ist kleiner als 10 mm. Wenn der Aufbau einer Sensorik somit in der empfindlichen Zone gegen Signale M angebracht wird, wird eine möglichst präzise Signalquelle sichergestellt, wodurch eine möglichst genaue Überwachung durchgeführt wird.
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Bezugszeichenliste
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- A
- Aufbau einer Sensorik
- 10
- Grundaufnahme
- 11
- Aufnahmeraum
- 12
- Stirnfläche
- 121
- Öffnung
- 13
- Durchgehende Bohrung
- 14
- Schlitze
- 141
- Verbindungsloch
- 20
- Elektrischer Anschluss
- 30
- Erkennungseinheit
- 31
- Temperatursensor
- 311
- Temperaturmesskopf
- 312
- Pin
- 32
- Erschütterungssensor
- 33
- Integrierte Platine
- 34
- Leitfähiges Element
- 40
- Fühleranschluss
- 41
- Stecknut
- 42
- Ringnut
- 50
- Verschlussdeckel
- 60
- Magnet
- S
- Verschraubungselement
- B
- Lineare Getriebemechanik
- B1
- Kugelgewindetrieb
- B11
- Verschlusskappe
- B12
- Umlaufelement
- B2
- Lineare Führungsschiene
- B21
- Gleiter
- B3
- Lager
- C
- Recheneinheit
- O
- Mitte des Kreises
- r
- Halbmesser der Signalquelle
- M
- Für Signale empfindliche Zone
- R
- Signalempfindlicher Halbmesser
