阅读说明：本技术 用于路段引导装置的引导滑车、具有引导滑车的路段引导装置及获知引导滑车负载的方法 (Guide carriage for a track guide, track guide with a guide carriage and method for determining the load of a guide carriage ) 是由 C.延森 D.克兰佩尔特 L.京德特 S.昂斯莱贝尔 于 2020-01-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于在导轨上滚动支承引导的引导滑车,该引导滑车具有至少一个滑车滚道,能布置在引导滑车与导轨之间的滚动体可在该滑车滚道上滚动,其中,尤其为了获知在引导滑车上起作用的负载或磨损,给所述滑车滚道配属可由滚动体负载的、压力敏感的传感器装置,该传感器装置具有沿滚动方向分布布置的传感器,所述传感器可与分析装置信号连接以用于分析其传感器信号。此外公开了一种具有这种引导滑车的路段引导装置,以及一种用于获知引导滑车上的负载的方法。(The invention relates to a guide carriage for rolling-mounted guidance on a guide rail, comprising at least one carriage track on which rolling bodies that can be arranged between the guide carriage and the guide rail can roll, wherein, in particular for detecting loads or wear acting on the guide carriage, the carriage track is assigned a pressure-sensitive sensor device that can be loaded by the rolling bodies and that has sensors distributed in the rolling direction, which can be connected to an evaluation device for evaluating the sensor signals thereof. Furthermore, a track guide device having such a guide carriage is disclosed, as well as a method for determining the load on the guide carriage.)

用于路段引导装置的引导滑车、具有引导滑车的路段引导装 置及获知引导滑车负载的方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的引导滑车、一种根据权利要求10所述的路段引导装置以及一种根据权利要求11所述的用于获知引导滑车负载的方法。

背景技术

路段引导装置、尤其是线性引导装置使得平移的、被引导的运动成为可能。为此，其具有大多地点固定的导轨或者地点固定的引导型件，在导轨或引导型件上，引导滑车被滚动体支承。

由申请人的DE 10 2016 210 109 A1 已知了一种用于线性滚动支承件或线性引导装置的引导滑车，该引导滑车具有布置在运转轨道衬垫上的传感分层。通过传感分层可测量引导滑车上的负载。该结构是这样的，使得在滚动支承件的钢衬垫上布置压阻薄膜传感器。在此，作为材料例如建议使用含镍的、类金刚石的碳氢化合物Ni-DLC或经掺杂的硅。压阻材料具有高应变敏感性的优点，从而传感器在测量方向上的延伸尺寸可以相应地短地出现。

所使用的DLC传感器分层具有高的温度敏感性，这例如在文献DE 102 53 178 B4中被作为主题。必须补偿温度影响，以便获得有效力的测量。此外，这种传感器层不仅相对于通过滚动体导入运转轨道中的力是敏感的，而且也相对于引导滑车或运转轨道衬垫的每个形变是敏感的。因此，引导滑车的变形和其他未知的影响可能助长了测量不精确性。它们也必须被耗费地补偿。

文献DE 102 43 095 D4 示出了一种具有集成的压阻传感装置的滚动支承件。在此，在支承件半壳区段之间接入有压阻的中间分层，该中间分层选逐点地与电极接触。通过电极的横截面确认了对应的压阻传感器元件的局部测量横截面。通过电极沿着滚道的间隔，可以在多个点上测量滚道负载。

至少为了补偿所述的温度影响，由现有技术已知一些解决方案，其中，不可由滚动体负载的传感器被放置在滚道外部作为基准，从而通过它可以算出温度影响。

发明内容

与此相对地，本发明的任务在于，提供一种用于线性滚动支承件的引导滑车以及一种具有引导滑车的线性滚动支承件，其被设计为，使得在测量引导滑车的负载时以较小的设备技术耗费实现对干扰参量的补偿。本发明的任务还在于，提供一种用于利用这种补偿获知导引滑车上的负载的方法。

第一任务通过具有权利要求1的特征的引导滑车解决，第二任务通过具有根据权利要求10的特征的路段引导装置或线性滚动支承件解决，并且第三任务通过具有权利要求11的特征的方法解决。

在对应从属的权利要求中公开了对应的发明的改进方案。

一种用于在导轨上滚动支承地引导尤其是用于构造线性滚动支承件的引导滑车，该引导滑车具有至少一个滑车滚道，可布置在引导滑车与导轨之间的滚动体可在该滑车滚道上滚动。尤其是为了获知在所述引导滑车上起作用的负载或磨损，给滑车滚道配属有能由滚动体负载的、压力敏感的传感器装置，所述传感器装置具有沿滚动方向分布布置的传感器。为了分析其各个传感器信号，并因此为了获知负载或磨损，传感器与分析装置可信号连接或被信号连接。根据本发明，传感器装置具有由至少两个、优选三个传感器组成的至少一个元组（Tupel）。从这些传感器中，沿滚动方向直接相继跟随的传感器分别形成一传感器配对。因此，在两个传感器的情况下是一传感器配对，在三个传感器的情况下是两个传感器配对。根据本发明，这样设计对应的传感器配对，使得至少在其沿滚动方向偏心的负载的情况下，其传感器信号的与干扰参量相关的份额相同、尤其近似相同，并且这些信号的与负载相关的份额不同、尤其是明显不同。

以这种方式如此设计引导滑车，使得根据传感器信号的以配对方式的操作或计算（Verrechnung）可以最简单地消除与干扰参量相关的份额，因为其差可以为零或几乎为零。因此，待获知的负载可在没有用于补偿干扰参量影响的附加的装置或设备的情况下从该操作或计算的结果中被获知。

优选地，对应的传感器配对被设计成，使得与干扰参量相关的份额的差在数量级上小于与负载相关的份额的差。

优选地，传感器配对的该设计方案通过其传感器的尺寸设定和其彼此间的布置、尤其沿滚动方向的布置实现。

优选地，传感器配对的传感器的延伸尺寸以及它们彼此之间沿滚动方向的间距被这样尺寸设定，使得各个滚动体到这些传感器上的负载明显不同。

负载可以是作用在引导滑车上的力和/或力矩。也可以从传感器信号中获知引导滑车的速度、加速度，和/或滑车滚道、滚动体或轨滚道的点蚀。干扰参量可以是引导滑车或滑车滚道的变形或温度的影响。

引导滑车优选被构成为，使得它具有一主体，在该主体上布置一滚道衬垫，该滚道衬垫具有滑车滚道。特别是该滚道衬垫材料锁合地和/或形状锁合地和/或摩擦锁合地和/或力锁合地布置在主体上。

优选地，引导滑车具有多个、尤其是四个配备有根据本发明的传感装置的滑车滚道。这些滑车滚道优选在内侧在引导滑车上被组合成两个滚道配对，它们彼此相对地布置。对应的滚道配对的滚道优选相对彼此进行调设（angestellt）。

在一改进方案中，设置有每个传感器配对的传感器信号的第一计算，根据该第一计算可获知负载。

在一特别优选的改进方案中，第一计算是每个传感器配对的传感器信号的差或差形成，或者至少具有所述差或差形成。因为传感器信号的与干扰参量相关的份额是相同的或近似相同的，所以其消失为零或近似为零。换言之，干扰参量的影响可以以这种方式消除。

为了确定滚动体相对于传感器的位置（这对于确定整体上在引导滑车上起作用的力基本上是必需的），在元组中设置至少三个传感器并与之相应地设置至少两个传感器配对。与之相应地，第一计算也具有作为结果的至少两个差。因此在一改进方案中设置对每个元组的差的第二计算，根据该第二计算可以获知负载。

在一改进方案中，设置对每个滚道的第一计算和/或第二计算的结果的第三计算，根据该第三计算可以获知负载。

优选地，引导滑车具有分析装置并且传感器为了分析其传感器信号与该分析装置信号连接。

在一改进方案中，在分析装置中至少存储和/或连接第一计算或这些计算以用于实施。

为了估算负载，在分析装置中优选存储和/或连接基于第一、第二和/或第三计算的扩展的卡尔曼滤波器（Kalmanfilter），以用于实施。

特别优选地，对应的传感器配对被设计为，使得其在滚动方向上的延伸尺寸与滚动体直径相协调。在此，延伸长度尤其小于或等于滚动体直径。

尤其是在具有元组中的三个传感器的改进方案的情况下，优选这样尺寸设定对应的传感器配对在滚动方向上的延伸尺寸，使得三个传感器中在滚动方向上位于最外部的传感器的中点的间距小于滚动体直径。

优选地，压力敏感的传感器装置、尤其对应的传感器被设计成压阻的或压电的。

在此，传感器分别具有电极，由该电极接触可由滚动体负载的压阻分层。在此，对应的传感器沿滚动方向的单个延伸尺寸由其电极沿该方向的直径确认。优选地，传感器彼此相同，尤其是它们的电极具有相同的横截面。

对应的电极可以个别地配属有压阻分层，或者多个或所有的电极共同地接触一压阻分层。该压阻分层优选沿滚动方向至少沿着对应滚道的传感器装置延伸。

为了附加地补偿可变温度对获知的根据本发明很小的、但可能还存在的影响，在一改进方案中设置有布置在滚道旁边并因此不受滚动体负载的传感器，该传感器的传感器信号可由分析装置计算。

路段引导装置、尤其是线性引导装置或线性滚动支承件具有延伸的引导装置、尤其是导轨，和支承在其上的且可在延伸方向上运动的导向滑车，所述导向滑车是根据前述的描述的至少一个方面来设计的。从滑车滚道和引导装置的引导滚道中构成尤其四个滚道配对，其中，在每个滑车滚道与引导滚道之间可滚动地布置滚动体。

用于获知路段引导装置的引导滑车的负载的方法，该路段引导装置根据前面的描述来设计，该方法根据本发明具有步骤"对由在滚动方向上直接相继跟随的传感器组成的传感器配对的传感器信号进行第一计算"。第一计算尤其用于获知传感器信号的差并由此获知每个传感器配对的负载力。

在一改进方案中，用于获知负载的方法具有步骤"对每个元组的第一计算的结果进行第二计算"。因此，尤其可以获知每个元组的负载力。

在一改进方案中，用于获知负载的方法具有步骤"对每个滚道的第一计算和/或第二计算的结果进行第三计算"。在此之后可以跟随步骤"获知每个滚道的负载分布"。

在该方法的一改进方案中，获知负载具有步骤"从负载分布中获知负载向量、特别是力向量和/或力矩向量"。

附图说明

在附图中示出了根据本发明的路段引导装置或者说根据本发明的引导滑车以及方法的一实施例。现在根据这些附图的图来解释本发明。

其中：

图1示出了具有导轨和在导轨上被滚动支承的引导滑车的路段引导装置的一实施例，

图2以横截面示出了根据图1的路段引导装置，

图3示出了在滚动支承区域中的根据图2的路段引导装置的细节，

图4以俯视图示出了根据前面的那些图的路段引导装置的带有传感装置的滚道，

图5示出了传感器信号和其与滚道变形相关的计算的图形展示，

图6示出了传感器信号和其与温度相关的计算的图形展示，

图7示出了用于获知引导滑车负载的方法，以及

图8示出了用于与根据本发明设计的传感装置的传感器信号相关地监视路段引导装置的变型方法（Meta-Verfahren）。

具体实施方式

根据图1，路段引导装置1具有设计为轨的引导装置2，在该引导装置上滚动支承一引导滑车4。延伸方向和由此引导方向和滚动方向用x表示，引导滑车4的高度轴线用z表示并且其横轴线用y表示。引导滑车4在引导装置2上可线性运动地被引导。作为在引导滑车4上起作用的负载，例如提供了力F和力矩M。

图2示出根据图1的路段引导装置器1的在y-z平面中引导的截面。根据图2，引导滑车4具有四排无端部环绕的、在本实施例中构造成滚子形的滚动体6。滚动体的不同的形状、例如球形以及其他数量的排当然是可行的。滚动体6在引导滑车侧在滑车滚道8上滚动，在引导装置侧或导轨侧在轨滚道10上传递负载地滚动。引导装置2在x方向上以恒定的外横截面延伸。该引导装置优选由钢制成并至少在轨运转道10的区域内被硬化。

对应的滑车滚道8由滚道衬垫12的朝向引导装置2的表面构成，该滚道衬垫在背侧与引导滑车4的主体5粘接。替代地，它们在主体5上的力锁合/摩擦锁合和/或形状锁合的布置是可能的。滑车滚道8当然也可以与主体5一体地构成。在此，路段引导装置1很大程度上根据文献EP 2 110 571 B1的教导构造。

图3示出了根据图2的在引导滑车4在引导装置2、也就是说滚动体6上的滚动支承区域中的横截面的细节。该滚道衬垫12的基体14具有背侧支撑面16。其用压阻层18覆层，该压阻层由无定形的碳氢化合物、尤其由DLC（类金刚石碳）制成。层18的厚度例如为6μm，其中，为了清楚起见，该层在图2中被夸大得很厚地示出。电极20接触层18。电极20中的每个电极结合压阻层18的由其接触的、以虚线示出的横截面因此构成压阻传感器22。该滚道衬垫的整个分层结构被电绝缘的覆盖层24覆盖。

图4示出了电极20沿着滑车滚道12的布置。在此，选择看到由电极20接触的压阻层18上的俯视图（参见方向箭头，图3右下方），其中，省去主体5和覆盖层24的展示。

在此，电极20的布置和几何横截面确定了根据图3的滚道衬垫12或者说滑车滚道8的传感器22的布置和几何横截面。根据本发明，电极20被总结为彼此相同的3元组A、B、C。3元组A、B、C彼此间具有间距D。在对应的3元组A、B、C内部，两个直接相继跟随的传感器22或者说电极20相同地构造并且以彼此间的间距a进行布置，该间距在图4中被夸大得很大地示出。

此外，根据图4的路段引导装置1具有特别是传感器附近的、特别是布置在引导滑车4上的分析装置26，各个传感器22与分析装置26信号连接。该信号连接通过虚线的信号线路来简示。

在分析装置26中，元组A、B、C的传感器22被连接成传感器配对A_i、B_i、C_i，其传感器在x方向上分别彼此直接相继跟随地布置。因此，对于元组A，例如产生了传感器配对A₁和A₂。为了清楚起见，在图4中省略了传感器配对B_i、C_i的标记。

在此，传感器配对A_i、B_i、C_i、例如配对A_i在滚动方向x上具有对应的延伸尺寸L和它们的两个传感器22的对应的间隔a。这两个几何参量L、a与滚动体6的直径相协调，使得在所示情况下（每个元组A、B、C具有三个传感器22），传感器22的所有三个中点位于两个相邻的滚动体6与其滚道8的线性接触部之间，滚动体在所述滚道上滚动。这两个滚动体6彼此间具有它们的滚动体直径的间距。

传感器22的通过滚动体6的垂直的力作用所产生的传感器信号R非常强地随着滚动体6在滚动方向x上的位置而变化。如果例如根据图4的传感器配对A1偏心地被滚动体6加载，例如当线性接触部直接垂直地位于具有最小的x坐标-标记为A₁₁-的传感器22的中点上方时，则传感器配对A1（即其传感器A₁₁、A₁₂）的传感器信号的与负载相关的份额明显不同，即其差显著。

传感器信号的由干扰参量—变形D和温度T引起的份额则表现得不同。传感器配对A₁的传感器A₁₁、A₁₂的与此相关的特征曲线在图5、6中示出。基于传感器A₁₁、A₁₂的间距a非常小，并且基于传感器配对A₁的与滚动体直径相协调的延伸尺寸L，在该传感器配对的传感器22（A₁₁、A₁₂）上起作用的温度T和变形D分别近似相等。因此，相同地设计的传感器22（A₁₁、A₁₂）的传感器信号的与干扰参量相关的特性曲线R(T)、R(D)提供近似相同的传感器信号R(A₁₁，D)、R(A₁₂，D)、R(A₁₁，T)、R(A₁₂，T)。然后，其以配对方式的计算、尤其是差形成提供了分别近似恒定的差信号ΔR(D)、ΔR(T)。

基于根据本发明以配对方式的、尤其以元组方式的、尺寸设定的且间隔开的传感器22，且借助于直接相邻的传感器22的传感器信号的以配对方式的计算，干扰参量D、T的影响因此可被减弱，因为干扰参量的差信号ΔR(D)、ΔR(T)取决于对应的干扰参量D、T被证实近似恒定。附加的温度补偿可以通过在层18之外布置在滚道8的不能被滚动体负载的区域中的传感器23来实现。

传感器22的传感器信号R_i可以在第一近似中被视为与作用的负载F、M线性相关。滚动体6在各个传感器22上运动并在此具有间距，该间距大致相应于滚动体的滚动体直径，尤其是略大于该滚动体直径。因此，这造成滚动体回转部的长度略大于滚动体直径的总和，由此在滚动体回转部中造成空腔，因此各个滚动体6之间的间距根据装入状况和负载情况来调整。在传感器22上产生周期性的传感器信号R_i。滚动体6的位置P于是完全以滚动体中心与对应的传感器中心的各最小的绝对间距来描述，并因此总是处在负的和正的滚动体半径之间。如已经提到的那样，对应的传感器信号R_i强烈取决于干扰参量—温度T。因此，对于元组A、B、C的每个传感器22得出传感器信号R_i，该传感器信号取决于温度T、滚动体6的位置P、与变形相关的应力σ_x和σ_z以及与负载相关的应力σ_y。

因此，在根据图7a到7f的方法中，首先进行步骤"检测元组A、B、C的传感器22的传感器信号R_i(T，P，σx，σy，σz)" 30。在后续步骤"第一计算" 40中，传感器信号的差信号根据前面的描述以配对方式形成，由此使得与干扰参量相关的影响T、σ_x和σ_z（变形D）消失。在步骤"第二计算"50中进行第一计算40的结果的差形成，由此对于具有至少三个传感器22的元组A、B、C可以获知滚动体6的位置P。在步骤"第三计算" 60中，对于元组A、B、C获知对应的力F_A、F_B、F_C，并且在步骤70中建立与滚动方向x相关的负载分布F(x)。在针对根据图2的所有滑车滚道8执行所述方法时，可以由根据图7e的负载分布建立根据图7f的引导滑车4的关于主轴线x、y、z的力分布和力矩分布。这在步骤80中进行。

前面的描述涉及获知引导滑车的负载，例如在负载向量、特别是力向量和/或力矩向量的意义上。图8示出了一种变型方法，在该变型方法中嵌入了前面描述的方法，其中，该变型方法也基于根据本发明的传感装置的-由紧密间隔的传感器和传感器配对组成的传感器元组的-尺寸设定和设计。

首先，通过传感器附近的电子装置确定力传感器22的当前电阻值。AD转换器之前的一个或多个多路复用器-或其本身-将接下来要检测的传感器切换到AD转换器上。其数字的数据由信号处理模块截取。该信号处理模块还包含如下可能性，即，根据引导滑车4在轨2上的参考行驶从经调整的预应力中验证传感器22的校准。附加地，该模块包含如下功能块，该功能块针对可能的点蚀（pitting）扫描数字的原始信号。这在信号随时间滤波之前发生，以便探测由于滚过（überrollte）的颗粒和碎裂（Ausbrüche）而可能非常短、但是很大的信号脉冲。此外，该模块包括另一功能块，基于下部的力传感器平面和导轨之间的欧姆电阻确定滚动体6和轨2和引导滑车4之间的润滑膜。

"基于模型的特征提取（Modellbasierte Merkmalsexaktion）"模块包含表示传感器信号与待确定的参量（力、力矩、温度和预应力）之间的关系的物理模型。该模型的待确定的参量在其整体性上形成一状态。例如通过数字的颗粒过滤器实现对该状态的说明。该数字的颗粒过滤器包含对系统当前状态的估算，预测未来状态并利用各下一个传感器数据组校正该预测。由此不仅实现了将来自一数据组的不同的单个传感器22的测量数据组合，而且实现了考虑来自先前的测量数据组的结果。因此，使用来自现有数据的所有信息，以便提高复杂的状态模型的精确度。在隔离地观察各个传感器22的情况下，精确度例如受噪声和温度补偿的非常高的必要精确度限制。

用于特征提取的模型在运算时还考虑外部影响，例如环境温度。同样，在该点上可以处理附加的外部传感器例如加速度传感器、陀螺仪的数据、温度等，以更好地了解引导滑车4的周围环境。

在自适应信号处理和特征提取之后，存在以下参量特征：基于磨损现象而出现颗粒的点蚀或滚过和碎裂；关于在滑车、滚动体和轨之间存在润滑膜的结论；作用于滑车上的力；作用于滑车上的力矩；滑车的温度；滑车的预应力；滑车的加速度；滑车的速度。这些参量和特征被以下模块进一步使用：寿命估算；实时监控和监视过程参数；一般性诊断。寿命估算基于记录的和传感器附近存储的历史负载值结合点蚀探测和预应力的确定结合的来进行。从这些参数中，假定在未来滑车将经历与过去相同的平均负载，则估算剩余寿命。实时监控模块向外向传感装置的通信伙伴报告所有重要的参数，其例如可以是机器控制器、云应用或者其他类型的设备。在此，可配置待发送的参数。一般性诊断模块监控引导滑车的按照规定的运行。在此，针对按照规格的参量检查以下参数：温度、负载、力矩、加速度、速度、轨或引导滑车的错误装配。基于用于润滑膜探测的数据和当前的加速度以及速度，打滑识别模块得出关于滚动体可能打滑的结论。这些数据也可以一起影响寿命运算。

公开了一种用于在线性引导装置的轨上滚动支承地引导的引导滑车，其具有滚道，给滚道配属可由滚动体负载的、压力敏感的传感器，这些传感器分别具有传感器信号，这些传感器在滚动方向上以配对方式被设计并紧密地间隔，使得传感器信号的以配对方式可获知的差信号虽然显著地与负载相关，但是与干扰参量、例如引导滑车的变形或温度无关或至少近似无关。

此外，还公开了一种具有引导滑车的路段引导装置以及一种用于获知负载的方法，该方法基于传感器信号的差形成用以消除干扰参量影响。

附图标记列表

1路段引导装置

2引导装置

4引导滑车

5引导滑车主体

6滚动体

8滑车滚道

10轨滚道

12滚道衬垫

14滚道衬垫基体

16支撑面

18压阻层

20电极

22可负载的传感器

23不可负载的传感器

24覆盖层

26分析装置

30检测到的传感器信号

40第一计算

50第二计算

60第三计算

70获知的负载分布

80获知的负载向量

x滚动方向、引导方向

L传感器配对的延伸尺寸

a直接相邻的传感器的间距

A、B、C传感器元组

A₁ 元组A的第1传感器配对

A₂ 元组A的第2传感器配对

A₁₁ 第1传感器配对中的第1传感器

A₁₂ 第1传感器配对中的第2传感器/第2传感器配对中的第1传感器

A₂₂ 第2传感器配对中的第2传感器

F负载力

M负载力矩

D干扰参量变形

T干扰参量温度

R_i传感器信号

ΔR传感器信号差。