用于監(jiān)控軸的受損情況的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于通過以下方式監(jiān)控軸的受損情況的方法：在軸的外表面上布置至少一個應(yīng)變儀(RS)；根據(jù)所述至少一個應(yīng)變儀(RS)的測量信號(Ub)檢測軸的變形情況；并且通過在超聲波范圍內(nèi)評估測量信號(Ub)來檢測軸的聲發(fā)射。
【專利說明】用于監(jiān)控軸的受損情況的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)控軸的受損情況的方法。此外本發(fā)明還涉及一種用于監(jiān)控軸的受損情況的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]軸被用于傳遞力或轉(zhuǎn)矩，并且通常用在電動機器、傳動裝置和軸承裝置中。為了避免這些設(shè)備失靈，要監(jiān)控這些軸的受損情況，例如因為軸的機械應(yīng)力可能引發(fā)這種損壞。以這種方式能夠防止軸的過載，并且因此防止軸潛在的斷裂。
[0003]為了能夠獲知軸的負(fù)載情況，如今通常會測量作用在該軸上的轉(zhuǎn)矩。為了這個目的，在軸的外表面上安裝或粘貼應(yīng)變儀。在此，或者通過接觸環(huán)或者通過遙測器完成能量輸送和傳輸旋轉(zhuǎn)的軸的測量數(shù)據(jù)。但是通常不會直接檢測軸的目前的受損情況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，能夠以簡單的方式更準(zhǔn)確地監(jiān)控軸的受損情況。
[0005]該目的通過一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法并且通過一種根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置實現(xiàn)。本發(fā)明的有利的改進方案在從屬要求中給出。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的用于監(jiān)控軸的受損情況的方法包括:在軸的外表面上布置至少一個應(yīng)變儀、根據(jù)該至少一個應(yīng)變儀的測量信號來檢測該軸的變形情況，以及通過在超聲波范圍內(nèi)評估測量信號獲知該軸的聲發(fā)射。
[0007]首先在軸上布置或放置至少一個應(yīng)變儀。這例如可以利用一種相應(yīng)的特殊粘合劑得以實現(xiàn)，這種粘合劑在機械負(fù)載的情況下盡可能少地變形。應(yīng)變儀為此可以沿著軸的周向、沿著軸的軸向或與之傾斜地布置。因為軸的機械變形也導(dǎo)致應(yīng)變儀變形，由此使得它的電阻發(fā)生變化。電阻的變化例如可以利用一種相應(yīng)的測量電橋檢測。
[0008]利用應(yīng)變儀還額外地檢測在軸中產(chǎn)生的聲發(fā)射的情況。這些聲發(fā)射或應(yīng)力波的來源是軸材料中的受損結(jié)果。這種現(xiàn)象也以聲發(fā)射(Acoustic Emiss1n)這個概念所公知。在軸中產(chǎn)生的并且在軸的材料中形成的聲發(fā)射是正在發(fā)生材料受損、例如微小撕裂的一個指標(biāo)。于是可以利用通常用來監(jiān)控作用在軸上的轉(zhuǎn)矩的應(yīng)變儀額外地檢測聲發(fā)射。借此能夠以簡單的方式測定軸的正在發(fā)生的受損情況。于是不必使用額外的傳感器來檢測軸的受損情況。因此首先除了轉(zhuǎn)矩負(fù)載之外還能夠偵測材料組織的破壞情況。因此例如利用所述至少一個應(yīng)變儀能夠直接地發(fā)現(xiàn)軸上的撕裂形成情況，由此能夠?qū)崿F(xiàn)提前警報。借此能夠避免計劃外的停機。
[0009]優(yōu)選地，為了進行評估，在從80至150kHz的頻率范圍內(nèi)利用帶通濾波器過濾該測量信號。聲發(fā)射或聲發(fā)射信號通常在從80至150kHz的頻率范圍內(nèi)。這些頻率與材料相關(guān)。例如對于鋼來說頻率通常為110kHz。為了從應(yīng)變儀的測量信號中提取這些聲發(fā)射的信號分量，在軸的材料的特征頻率范圍內(nèi)進行帶通過濾。為了帶通過濾測量信號，在此可以使用電子的或數(shù)字的濾波器。借此能夠以簡單的方式檢測在軸中產(chǎn)生的聲發(fā)射的情況。
[0010]在一種另外的實施方式中，為了評估測量信號，測定該測量信號的包絡(luò)線。例如可以通過測量信號的整流和低通過濾測定這樣一個包絡(luò)線信號。通過測量信號的包絡(luò)線能夠?qū)崿F(xiàn)對該測量信號的簡單評估。
[0011]優(yōu)選地，取決于時間來檢測聲發(fā)射的情況。換句話說，在所謂的損害事件發(fā)生以后評估該測量信號或在該測量信號中檢測的聲發(fā)射。損害活動的特征值是所謂的事件率，也就聲發(fā)射在每個時間單位內(nèi)發(fā)生的次數(shù)。于是可以簡單并可靠地檢測軸中正在進行的撕裂成形情況。
[0012]優(yōu)選地，根據(jù)該測量信號額外地確定作用在該軸上的轉(zhuǎn)矩，并且取決于作用在該軸上的轉(zhuǎn)矩來評估所檢測的聲發(fā)射情況。在正在出現(xiàn)軸撕裂時，軸的抗彎剛度與位置有關(guān)。這越來越多地體現(xiàn)在軸的轉(zhuǎn)矩的變化曲線中。于是首先在最大轉(zhuǎn)矩下出現(xiàn)每個時間單位的聲發(fā)射。以這種方式能夠?qū)β暟l(fā)射或聲發(fā)射事件的起因進行分類。如果聲發(fā)射與作用在軸上的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生關(guān)系，那么原因可能是軸中的撕裂正在變大。以這種方式能夠特別可靠地檢測軸中的受損情況，特別是形成撕裂。
[0013]在另一種構(gòu)造方案中，額外地取決于軸的溫度來評估測量信號。聲發(fā)射也可能在材料熱膨脹時因為內(nèi)部的摩擦形成。因此，為了確保聲發(fā)射信號只有在熱狀態(tài)穩(wěn)定時用作軸過載的指標(biāo)，要額外地檢測軸的溫度。于是能夠特別可靠地檢測軸的受損情況。
[0014]在另一種優(yōu)選的實施方式中，根據(jù)測量信號額外地檢測與軸機械耦合的軸承的受損情況，其中，為了檢測軸承的受損情況利用帶通濾波器在從30到50kHz的頻率范圍內(nèi)過濾該測量信號。除了檢測軸上的撕裂以外，還可以通過評估應(yīng)變儀的信號監(jiān)控硬性耦接的軸承，特別是軸承的內(nèi)環(huán)。當(dāng)測量信號被評定為在低于聲發(fā)射頻率的頻率范圍內(nèi)，根據(jù)測量信號同樣可以檢測現(xiàn)有的受損情況。例如可以為此在從30至50kHz的范圍內(nèi)，特別是在40kHz左右的頻率范圍內(nèi)過濾應(yīng)變儀的測量信號。該頻率取決于材料和軸承的尺寸。借此能夠以簡單的方式利用布置在軸上的應(yīng)變儀額外地檢測與軸機械耦聯(lián)的軸承的受損情況。于是也可以考慮監(jiān)控其他的、與軸機械連接或耦聯(lián)的構(gòu)件的受損情況。
[0015]在此，為了檢測軸承的受損情況，優(yōu)選地取決于軸的轉(zhuǎn)數(shù)評估測量信號。如果在測量信號的指明軸承有損壞的信號分量和軸的轉(zhuǎn)數(shù)之間存在一定的關(guān)系，那么就可以說明軸承有損壞。于是能夠可靠地確定軸承有損壞。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的用于監(jiān)控軸的受損情況的裝置包括至少一個能夠安放在軸的外表面上的應(yīng)變儀，其中，能夠根據(jù)所述至少一個應(yīng)變儀的測量信號檢測軸的變形情況，并且包括一個檢測裝置，其被設(shè)置用于通過在超聲波范圍內(nèi)評估測量信號檢測軸的聲發(fā)射情況。
[0017]先前結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的方法所描述的優(yōu)點和改進方案以同樣的方式適用于根據(jù)本發(fā)明的裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]現(xiàn)在借助附圖更詳盡地闡述本發(fā)明。圖中示出:
[0019]圖1是一種用于監(jiān)控軸的受損情況的裝置的示意圖；
[0020]圖2是應(yīng)變儀的與時間相關(guān)的測量信號；
[0021]圖3是經(jīng)過帶通過濾的根據(jù)圖2的測量信號；以及
[0022]圖4是根據(jù)圖3的測量信號的包絡(luò)線信號。
[0023]下面詳盡描述的實施例是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。

【具體實施方式】
[0024]圖1示出一種用于監(jiān)控軸的受損情況的裝置10。該裝置10包括一個應(yīng)變儀Rs，該應(yīng)變儀在這里作為電阻示出。應(yīng)變儀Rs連同其他的三個電阻R1、R2和R3 —起根據(jù)惠斯通電橋連接。電壓供給系統(tǒng)12的電源電壓Us提供給電橋電路。應(yīng)變儀Rs的測量信號Ub可以作為測量電橋的電橋電壓被分接。
[0025]在這里未示出的軸上同樣可以布置多個應(yīng)變儀Rs。應(yīng)變儀Rs例如可以構(gòu)造成薄膜上的電阻線。應(yīng)變儀Rs可以由金屬或者由半導(dǎo)體制成。應(yīng)變儀Rs優(yōu)選地利用一種特殊的粘合劑安置在軸的外表面上。因為軸的機械變形，也導(dǎo)致了應(yīng)變儀Rs機械變形。因為機械變形使得應(yīng)變儀Rs的電阻發(fā)生變化。應(yīng)變儀Rs的電阻的變化使得測量信號Ub發(fā)生變化。
[0026]在這里對測量信號Ub進行了劃分。這用箭頭14和16表示。利用低通濾波器18減少測量信號Ub的高頻信號分量。經(jīng)過低通過濾的測量信號Ub被輸送給檢測裝置22。檢測裝置22被構(gòu)造用于取決于經(jīng)過低通過濾的測量信號Ub檢測作用在軸上的轉(zhuǎn)矩。此外還利用低通濾波器20帶通過濾測量信號Ubo在此，優(yōu)選地在從80到150kHz的頻率范圍內(nèi)利用帶通濾波器20過濾測量信號Ubo通過在這個頻率范圍內(nèi)帶通過濾測量信號Ub能夠檢測軸中的聲發(fā)射，聲發(fā)射也以Acoustic Emiss1n這個名稱所公知。經(jīng)過帶通過濾的測量信號Ub被輸送給第二檢測裝置24，利用該第二檢測裝置能夠評估聲發(fā)射信號。檢測裝置22和24同樣也可以構(gòu)造成一個共同的檢測裝置。
[0027]圖2示出了第一圖表，其中示出了測量信號Ub的與時間t相關(guān)的振幅。通過測量信號Ub的時間變化曲線，能夠識別例如范圍26內(nèi)的低頻信號分量和例如范圍28內(nèi)的高頻信號分量。由于軸的聲發(fā)射或軸中的聲發(fā)射信號而形成范圍28內(nèi)的高頻信號分量。
[0028]為了能夠檢測高頻信號分量，利用帶通濾波器20過濾測量信號Ub。例如在90和150kHz之間的頻率范圍內(nèi)帶通過濾測量信號Ub。經(jīng)過帶通過濾的測量信號U' b在圖3中示出。在經(jīng)過帶通過濾的測量信號U' 只能發(fā)現(xiàn)范圍28內(nèi)的高頻信號分量。利用經(jīng)過帶通過濾的測量信號U, b，能夠簡單地檢測在軸中產(chǎn)生的聲發(fā)射。這些聲發(fā)射或聲發(fā)射信號可以是軸正在形成撕裂的標(biāo)志。
[0029]圖4示出了根據(jù)圖3的經(jīng)過帶通過濾的測量信號U' )3的包絡(luò)線U" b。根據(jù)測量信號Ub或經(jīng)過帶通過濾的測量信號U,,的包絡(luò)線U" b，能夠以簡單的方式檢測因為聲發(fā)射導(dǎo)致的損害事件。此外還能夠以簡單的方式檢測所謂的事件率，也就是每個時間單位的聲發(fā)射事件的次數(shù)。這些損害事件能夠在包絡(luò)線信號U" b中簡單地檢測出。這在圖4中用箭頭30表不。
[0030]測量信號Ub、經(jīng)過帶通過濾的測量信號U' )3和包絡(luò)線U" b也可以取決于從經(jīng)過低通過濾的測量信號Ub中得到的轉(zhuǎn)矩被評估。因此，可以特別可靠地檢測軸中的撕裂。除此之外，還可以在評估測量信號Ub時考慮到軸的溫度。為了這個目前例如可以在軸上布置一個相應(yīng)的溫度傳感器。
[0031]除此之外，還可以在第三頻率范圍內(nèi)，例如在30和50kHz之間的頻率范圍內(nèi)評估測量信號Ub。根據(jù)在這個頻率范圍內(nèi)帶通過濾的測量信號ub，例如能夠檢測與軸機械耦聯(lián)的軸承的損壞情況。于是能夠利用應(yīng)變儀Rs檢測作用在軸上的轉(zhuǎn)矩、軸的聲發(fā)射和與軸機械耦聯(lián)的元件的受損情況。
[0032]附圖標(biāo)記列表
[0033]10裝置
[0034]12電源供給
[0035]14,16箭頭
[0036]18低通濾波器
[0037]20帶通濾波器
[0038]22、24檢測裝置
[0039]26區(qū)域
[0040]28區(qū)域
[0041]30箭頭
[0042]R1、R2、
[0043]R3電阻
[0044]Rs應(yīng)變儀
[0045]Ub測量信號
[0046]U, b經(jīng)過帶通過濾的測量信號
[0047]U" b包絡(luò)線
[0048]t時間。
【權(quán)利要求】
1.一種用于監(jiān)控軸的受損情況的方法，通過以下方式進行 -在所述軸的外表面上布置至少一個應(yīng)變儀(Rs)， -借助所述至少一個應(yīng)變儀(Rs)的測量信號(Ub)檢測所述軸的變形情況，并且 -通過在超聲波范圍內(nèi)評估所述測量信號(Ub)來檢測所述軸的聲發(fā)射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為了評估，在從80到150kHz的頻率范圍內(nèi)利用帶通濾波器過濾所述測量信號(Ub)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，為了評估所述測量信號(Ub)，測定所述測量信號(Ub)的包絡(luò)線(U" b)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，取決于時間(t)檢測所述聲發(fā)射。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述測量信號(Ub)額外地確定作用在所述軸上的轉(zhuǎn)矩，并且取決于作用在所述軸上的所述轉(zhuǎn)矩評估所檢測的所述聲發(fā)射。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，額外地還取決于所述軸的溫度評估所述測量信號(Ub)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述測量信號(Ub)額外地檢測與所述軸機械耦聯(lián)的軸承的損壞情況，其中，為了檢測所述軸承的所述損壞情況，在從30至50kHz的頻率范圍內(nèi)用帶通濾波器過濾所述測量信號(Ub)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，為了檢測所述軸承的所述損壞情況，取決于所述軸的轉(zhuǎn)數(shù)評估所述測量信號(Ub)。
9.用于監(jiān)控軸的受損情況的裝置(10)，所述裝置具有 -至少一個能安放在所述軸的外表面上的應(yīng)變儀(Rs)，其中 -能夠根據(jù)所述至少一個應(yīng)變儀(Rs)的測量信號(Ub)來檢測所述軸的變形情況，并且具有 -檢測裝置(22、24)，所述檢測裝置構(gòu)造用于通過在超聲波范圍內(nèi)評估所述測量信號(Ub)來檢測所述軸的聲發(fā)射。
【文檔編號】G01M5/00GK104272077SQ201280072746
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月2日
【發(fā)明者】阿爾諾·哈施克, 漢斯-亨寧·克洛斯, 迪爾克·沙伊布納, 于爾根·席默爾 申請人:西門子公司