DE102020117883A1

DE102020117883A1 - Rolling guide with a sensor element

Info

Publication number: DE102020117883A1
Application number: DE102020117883.2A
Authority: DE
Inventors: Benno Kathan
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2020-07-07
Publication date: 2022-01-13

Abstract

Bei einer Wälzführung mit einem Sensorelement, zum linearen Verfahren einer Bearbeitungsvorrichtung,wobei die Wälzführung aus einem Wagen und mindestens einer Führungsschiene besteht, und am Wagen mindestens ein Führungselement vorgesehen ist, auf denen der Wagen mittels Wälzkörper gelagert ist, die in Laufbahnen geführt werden,ist an dem Führungselement nur ein Sensor vorgesehen, über den der Abstand zwischen Führungselement und der Laufbahn erfasst wird,wobei der Abstand von der Belastung des Wagens bei einem Bearbeitungsvorgang abhängt oder bei einer Fehlstelle an der Laufbahn vom Sollabstand abweicht.Der Sensor ist ein LVDT-Sensor, der einen beweglichen Spulenkern, an welchem ein Tastelement befestigt ist, aufweist. Der bewegliche Spulenkern ist mittels Tellerfedern gelagert, um dadurch eine verschleißfreie Abtastung der Laufbahn zu gewährleisten.In a roller guide with a sensor element, for the linear movement of a processing device, the roller guide consisting of a carriage and at least one guide rail, and at least one guide element is provided on the carriage, on which the carriage is mounted by means of roller bodies that are guided in raceways Only one sensor is provided on the guide element, which is used to record the distance between the guide element and the track, with the distance depending on the load on the carriage during a machining process or deviating from the target distance if there is a defect on the track. The sensor is an LVDT sensor , which has a movable coil core on which a feeler element is attached. The moveable coil core is mounted using disc springs to ensure wear-free scanning of the raceway.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wälzführung mit einem Sensorelement.The invention relates to a roller guide with a sensor element.

Aus der DE 11 2017 006 649 A1 ist eine Wälzführung für einen Wagen, der auf einer Führungsschiene geführt wird, bekannt. Die Führungsschiene weist 4 Laufbahnen für die Wälzkörper von 4 Wälzlagern auf.From the DE 11 2017 006 649 A1 a rolling guide for a carriage that is guided on a guide rail is known. The guide rail has 4 raceways for the rolling elements of 4 rolling bearings.

An der Vorderseite und an der Rückseite des Wagens sind jeweils vier kapazitive Sensoren vorgesehen, die eine Verschiebung des Wagens gegenüber der Schiene erfassen. Die kapazitiven Sensoren sind so angeordnet, dass sie nicht die Laufbahnen der Wälzkörper erfassen.Four capacitive sensors are provided on the front and rear of the carriage, which detect any displacement of the carriage relative to the rail. The capacitive sensors are arranged in such a way that they do not detect the raceways of the rolling elements.

Aus der Gesamtheit der Verschiebungen kann auf die auf den Wagen wirkende Last geschlossen werden.The load acting on the carriage can be deduced from the entirety of the displacements.

Aus der Last werden Spannungen berechnet, die auf die Oberfläche der Laufbahnen wirken. Scherspannungen die immer an gleichen Stellen der Bahnflächen auftreten, können zur Materialermüdung und letztendlich zum Abplatzen von ganzen schuppenartigen Materialschichten führen. Auf der Basis der Sensordaten wird eine auf der empirsch entwickelten Lebensdauertheorie basierende Lebensdauerprognose für die Wälzführung erstellt.Stresses acting on the surface of the raceways are calculated from the load. Shear stresses that always occur in the same places on the web surfaces can lead to material fatigue and ultimately to flaky material layers flaking off. On the basis of the sensor data, a service life prognosis for the roller guide based on the empirically developed service life theory is created.

Beschädigungen der Laufbahnen in Form von Rattermarken oder Pittings können mit den kapazitiven Sensoren nicht erfasst werden. Das theoretische Lebensdauermodel beschreibt eine statistische Ausfallwahrscheinlichkeit bei einem ermittelten Lastäquivalent, wodurch die Lebensdauerprognose für eine einzelne Führung nur vage ermittelt werden kann.Damage to the raceways in the form of chatter marks or pitting cannot be detected with the capacitive sensors. The theoretical service life model describes a statistical probability of failure for a determined load equivalent, which means that the service life prognosis for an individual guide can only be determined vaguely.

Aus der DE 10 2008 018 611 A1 ist ein taktiler Sensor zur Schadensdiagnose insbesondere von Wälzlagern/Wälzführungen bekannt. Der taktile Sensor erfasst die Oberfläche der Laufbahnen der Wälzkörper. Fehlstellen führen zu einer Signaländerung, die aufgezeichnet und ausgewertet werden.From the DE 10 2008 018 611 A1 a tactile sensor for damage diagnosis, in particular of roller bearings/roller guides, is known. The tactile sensor detects the surface of the raceways of the rolling elements. Defects lead to a signal change that is recorded and evaluated.

Hierdurch können Ermüdungsschädigungen der Laufbahnen und der Verschleiß des Lagers bzw. der Führung insgesamt ermittelt werden.As a result, fatigue damage to the raceways and the wear and tear of the bearing or the guide as a whole can be determined.

Aufgabe der Erfindung ist es bei einer Wälzführung Beschädigungen der Laufbahnen möglichst zu vermeiden bzw. wenn Beschädigungen aufgetreten sind, diese sicher zu detektieren, wobei die Erfindung einfach und kostengünstig umsetzbar ist und insbesondere für eine Nachrüstung bei bestehenden Wälzführungen geeignet ist.The object of the invention is to avoid damage to the raceways as far as possible in a roller guide or, if damage has occurred, to detect this reliably, the invention being easy and inexpensive to implement and particularly suitable for retrofitting existing roller guides.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.This problem is solved by the features specified in claim 1.

Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, bei einer Wälzführung mit nur einem Sensor die Laufbahn der Wälzführung auszumessen und das Sensorsignal zu verwenden, um Lastzustände und Fehlstellen zu ermitteln, und um einer Steuerung kritische Lastzustände anzuzeigen, damit die Steuerung die Last entsprechend verringert, um Beschädigungen an der Laufbahn zu vermeiden.The essential idea of the invention is to measure the raceway of the roller guide in a roller guide with only one sensor and to use the sensor signal to determine load states and faults, and to display critical load states to a controller so that the controller reduces the load accordingly to avoid damage to the track.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment illustrated in the drawing.

Es zeigen:

1 Wälzführung
2 Führungsschiene mit Führungselement in perspektivischer Schrägansicht
3 Führungsschiene mit Führungselement gemäß 2 in Seitenansicht
4 plattenförmige Halterung für ein Führungselement gemäß 3
5 LVDT-Sensor

Show it:

1 rolling guide
2 Guide rail with guide element in a perspective oblique view
3 Guide rail with guide element according to 2 in side view
4 according to plate-shaped holder for a guide element 3
5 LVDT sensor

1 zeigt einen Roboterarm als Bearbeitungsvorrichtung, der auf einer Wälzführung, bestehend aus vier Führungselementen, die auch als Wägen bezeichnet werden und zwei Führungsschienen, geführt wird. Mit nur einem Sensor, der an der Stelle an dem Führungselement angeordnet ist, die bei einer Belastung am stärksten verschoben wird, kann eine effektive Lastüberwachung durchgeführt werden. 1 shows a robot arm as a processing device, which is guided on a rolling guide consisting of four guide elements, which are also referred to as carriages, and two guide rails. Effective load monitoring can be carried out with only one sensor, which is arranged at the point on the guide element which is displaced the most under load.

2 zeigt ein Führungselement einer Wälzführung im Detail in Schrägansicht. Die Laufbahnen der Wälzkörper sind an der Vorderseite und an der Rückseite der Führungsschiene vorgesehen. 2 shows a guide element of a rolling guide in detail in an oblique view. The raceways of the rolling elements are provided on the front and on the back of the guide rail.

3 zeigt das Führungselement gemäß 2 in einer Seitenansicht mit einer Schnittlinie A-A 3 shows the guide element according to FIG 2 in a side view with a section line AA

4 zeigt eine vergrößerte Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A von 3 mit einer Probe (Sensor), die in einer plattenförmigen Halterung fixiert ist, die an der Stirnseite des Führungselements angebracht ist. 4 shows an enlarged sectional view along the section line AA of FIG 3 with a sample (sensor), which is fixed in a plate-shaped holder, which is attached to the front side of the guide element.

Der Sensor ist ein LVDT-Sensor (Linear Variabler Differentialtransformator), wie er in 5 dargestellt ist, mit der Ausnahme, dass die Rückstellung mittel Tellerfedern erfolgt. LVDT-Sensoren erlauben eine Auflösung von 0.1 µm bei einem Verfahrweg von 1 mm.The sensor is an LVDT (Linear Variable Differential Transformer) sensor as described in 5 shown, with the exception that the return is by means of disc springs. LVDT sensors allow a resolution of 0.1 µm with a travel of 1 mm.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 112017006649 A1 [0002]
DE 102008018611 A1 [0007]

Claims

Roller guide with a sensor element, for the linear displacement of a processing device, the roller guide consisting of a carriage and at least one guide rail, and at least one guide element being provided on the carriage, on which the carriage is mounted by means of rolling bodies which are guided in raceways, characterized in that that only one sensor is provided on the guide element, via which the distance between the guide element and the track is detected, with the distance depending on the load on the carriage during a machining process or with a defect on the track deviating from the target distance, with the sensor being an LVDT sensor, which has a movable coil core to which a feeler element is attached, the movable coil core being mounted by means of cup springs, thereby ensuring wear-free scanning of the track.

roller guide claim 1 , characterized in that the sensor is connected to a control unit which controls the processing device, the processing device being controlled with the aid of the sensor signal in such a way that damage to the track due to overloading is avoided and if damage to the track has occurred, this can be reliably detected is.