CN101188051A - 探测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一个探测系统，它包括一个探测头(1)和一个发射接收元件(2)。该探测头(1)具有一个探测销(1.2)和一个感应元件(1.5)。此外该探测头(1)可以从无效状态转换到激活状态，其中在激活状态通过感应元件(1.5)产生一个感应信号。这样配置探测头(1)和发射接收元件(2)，在它们之间以这种方式能够实现无线数据传输，使得在探测头(1)中将感应信号转换成接通信号(S)，它从探测头(1)传输到发射接收元件(2)。在激活状态期间由发射接收元件(2)无线地连续传输一个控制命令(B)，其中通过接收连续发出的控制命令(B)保持探测头(1)的激活状态。此外可以与控制命令(B)的传输无冲突地实现接通信号(S)的传输。本发明还涉及用于使探测头(1)运行的方法(见图3)。

Description

探测系统
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的探测系统，它由一个探测头组成，该探测头具有一个探测销和一个发射接收元件，其中在探测头与发射接收元件之间能够实现一个无导线地数据传输。此外本发明还涉及一种如权利要求10所述的用于使这种探测系统运行的方法。
背景技术
一个探测系统通常包括一个移动的探测头和一个静止的发射接收元件。该探测头以具有可偏转的探测销的按钮形式尤其用于确定夹紧在材料加工设备、尤其是机床里面的工件的位置，该探测销在从其静止位置偏移时或者在接触探测销时给出接通信号。关于探测销的静止位置可以理解为一个位置，在该位置探测销不与要被推测的工件接触。在探测销与工件接触时使探测销从其静止位置偏移并且当偏移超过一个给定的探测阈值的时候，通过一个适当的转换器产生一个电感应信号。然后经常将电感应信号转换成红外信号，由此以这种方式将信号无接触且无电缆地传输到探测系统的发射接收元件。
然后在这个发射接收元件中将红外信号再转换成电信号。将探测系统的发射接收元件与评价单元连接，电信号传输到该评价单元并且进行评价并最终例如用于控制机床。在那里可以以所测得的相关机床位置为基础确定要被测量的工件位置。
由申请者的公开文献DE 103 03 551 A1已知一种上述形式的探测系统，其中由发射单元发射一个起动信号给探测头，该信号释放探测头用于测量运行的准备。大多通过电池运行的探测头在这个状态需要相对较多的电能。在这个激活状态探测头重复地例如向着工件的不同轮廓移动，由此探测销在每次与工件接触时释放相应的接通信号。在测量过程结束后，必需通过发出控制命令再使探测头失效并且返回到节省电流的待机状态。
此外已知探测系统，其中探测头通过时间断开功能在给定的时间间隔以后返回到待机状态。
目前已知的探测系统实施例存在缺陷，探测头经常不必要长时间地处于测量运行的激活状态并因此不必要地消耗许多电能。
发明内容
因此本发明的目的是，实现一个上述形式的探测系统以及使其运行的方法，它总体上能够减少探测头的能耗。
这个目的按照本发明通过权利要求1以及权利要求10的特征得以实现。
据此所述探测系统包括一个探测头和一个发射接收元件。该探测头具有一个探测销和一个感应元件，其中探测头在实际测量运行以前可以从无效状态转换到激活状态。在探测头的激活状态在接触探测销时通过感应元件在探测头中产生一个感应信号。这样配置探测头和发射接收元件，在它们之间以这种方式能够实现无线数据传输，使得在激活状态在探测头中将感应信号转换成接通信号，它在激活状态无线地从探测头传输到发射接收元件。在激活状态期间由发射接收元件无线地连续传输一个控制命令到探测头，其中通过接收连续发出的控制命令保持探测头的激活状态。传输接通信号，或者这样构成探测头和发射接收元件，可以与控制命令的传输无冲突地实现这个传输。
关于无效状态例如也可以理解为探测头的待机状态或睡眠状态。
所述感应元件例如可以由压敏的感应元件构成。在这种情况下实际上没有感觉到感应元件偏移地根据在探测销接触点上的压力变化在探测头中产生一个感应信号。对此也可以选择使用光学作用的感应元件，其中通过探测销上的光学元件改变在探测头中光电元件上的光入射，由此以这种方式产生感应信号。
在下面无冲突意味着，不会由于连续传输控制命令干扰接通信号的传输，尤其是即使接通信号与控制命令在时间上重合，也保证探测系统的完好功能。
有利地对于无线地数据传输使用电磁波、尤其是红外光。在通过红外光无线传输数据时由分别设置在探测头和发射接收元件上的红外光源发出红外信号并且通过分别设置在发射接收元件和探测头上的光电接收器转换成电信号。
在本发明的优选扩展结构中这样配置探测系统，在发射控制命令同时由发射接收元件接收由探测头发出的接通信号。
在本发明的另一扩展结构中这样配置探测头和发射接收元件，为了传输控制命令使用第一传输通道并且为了传输接通信号使用第二传输通道。有利地在使用载频的条件下不仅传输控制命令而且传输接通信号，其中用于传输控制命令的载频与用于传输接通信号的载频不同。如果用于传输控制命令的载频小于用于传输接通信号的载频，尤其对于减少在探测头中的能耗是有利的。
有利地使控制命令和/或接通信号由至少一个位序组成，其中通过多个以载频周期的电磁信号的包络曲线产生高位，因此这些位也由以载频调制的脉冲组成。
在最简单的情况下可以使连续的控制命令由连续发出的高位组成。也可以选择使连续的控制命令也由永久重复发出的位序组成，它们可以通过短的脉冲信号分开。有利地使这些脉冲小于10s、尤其是小于1s、有利地小于0.1s。无论如何使这些脉冲短到在这个时间内探测头不会落回到无效状态。
可以这样配置探测头和发射接收元件，可以借助于时间区分电路的多路通信法进行控制命令和接通信号的传输。在时间区分电路的多路通信法中通过同一个通道不仅传输控制命令而且传输接通信号。在时间区分电路的多路通信法中将时间区分成小的截段，在该截段中为了或者由探测头或者由发射接收元件发射利用通道。
因此为了传输数据通过使用不同的通道或者通过使用时间区分电路的多路通信法建立无冲突性。
在本发明的另一扩展结构中在探测头中也在接收控制命令期间或者说与接收控制命令同时产生感应信号。尤其当使用时间区分电路的多路通信法时，可以首先借助于计时器确定感应信号的产生与接通信号的中断之间的时间差并且这个时间差的数值为了实现修正方法可以传输到发射接收元件上。在串联电路中、例如在数字控制器中可以以时间差和探测头对于探测点的运动速度为基础借助于修正方法计算准确的位置。
在本发明的有利扩展结构中这样配置探测头和发射接收元件，使所述探测头通过传输控制命令可以从无效状态转换到激活状态。据此利用一个命令、即控制命令，使探测头首先转移到激活状态然后使探测头保持这个激活状态。但是本发明也包括探测系统，其中为了使探测头从无效状态转移到激活状态首先传输一个控制命令并且为了保持探测头的激活状态传输第二控制命令。
按照本发明的用于使探测系统运行的方法包括下列步骤：使探测头从无效状态转换到激活状态；在激活状态期间从发射接收元件连续地无线地传输控制命令到探测头，其中通过接收连续发出的控制命令保持探测头的激活状态；在激活状态通过探测销接触产生一个感应信号并且借助于探测头中的电路将感应信号转换成接通信号；以这种方式将接通信号从探测头无线地传输到发射接收元件，由此与控制命令的传输无冲突地实现这种传输。
有利地也由发射接收元件发出连续的控制命令，如果探测头还位于其无效状态的时候。连续的控制命令首先使探测头从无效状态转换到激活状态，然后通过继续接收相同形式的连续发出的控制命令，通过控制命令保持探测头的激活状态。
本发明的有利扩展结构由从属权利要求中给出。
附图说明
由下面借助于附图对两个实施例的描述给出按照本发明的探测头的其它细节和优点。附图中：
图1示出在探测头激活期间探测系统的侧视图，
图2示出在探测头中感应元件的细节图，
图3示出探测系统，其中探测头或者说其探测销接触工件。
具体实施方式
在图1中示出一个探测系统，它包括一个探测头1和一个发射接收元件2。该探测头1可以通过一个夹紧锥1.1夹紧在机床的主轴里面。该探测头1的纵轴线X同时是夹紧锥1.1的中心轴线。与纵轴线X平行且同心地在探测头1上具有一个圆柱形探测销1.2，它在一端具有一个探测球。
在图2中示出探测头1内部的局部视图。在电路板1.4上定位总共三个压敏感应元件1.5，其中在图2的视图中只能看到一个。在每个感应元件1.5的表面上分别设置一个薄膜1.6，它分别与一个球1.7接触，其中该球1.7通过一个固定体1.8相对于感应元件1.5精确地固定在给定位置上。在每个球1.7上放置探测销1.2的一个臂，分别通过一个弹簧1.9预紧。为了对探测头1供电在探测头1中设置一个在附图中未示出的电池。
此外所述探测头1具有发射和接收单元1.3，它如图1和3所示在探测头1的圆周上错开地设置。在所示示例中在探测头1上具有六个发射和接收单元1.3，它们分别以60°错开地沿着一个圆周线设置在探测头1上。
所述发射接收元件2在所示示例中固定在机床的一个静止的结构部件3上并且具有一个用于透过红外线的窗口2.1，在该窗口后面设置一个红外光源和一个光电接收器。通过多芯电缆2.2使发射接收元件2为了其供电连接在电网上并且还与串联电路或者与相关机床的数字控制器电连接。
这样配置探测头1和发射接收元件2，使得在其间能够实现无线数据传输，尤其是能够使探测头1和发射接收元件2不仅发出而且接收红外信号。借助于附属于红外光源的发射和接收单元1.3实现从探测头1发出红外信号。同样可以在探测头1的发射接收元件1.3中接收入射的红外信号，它们通过光电接收器转换成电信号。
由发射接收元件2的红外光源发出红外光脉冲形式的连续的控制命令B。在此控制命令B由确定的位序组成。由红外光脉冲组成控制命令B，为了传输数据使红外光脉冲以载频fB调制，该载频在这里为1024Hz。尽管发射接收元件2与机床的数字控制器连接，也可以在发射接收元件2相应配置地时候不添加数字控制地释放发出控制命令B。例如只要电源电压施加在发射接收元件2上，可以自动地实现控制命令B的发射，这一点一方面可以减少由数字控制器运行的循环，因为发射接收元件2在这里自身发射，另一方面由此可以实现探测系统，提高或简化其与不同数字控制器的兼容性。
经常使探测头1库存在机床的刀库里面，其中探测头位于无效状态、例如待机状态或睡眠状态，在该状态探测销1.2在探测头1中不释放反应。为了完成测量任务自动地从刀库中取出探测头1并且夹紧在在附图中未示出的机床主轴里面。只要还位于无效状态的探测头1在这个过程中进入发射接收元件2的发射范围，则由发射接收元件2将控制命令B无线地传输到探测头1。由探测头1也在发射范围中接收控制命令B。通过接收控制命令B使探测头1从无效状态转换到激活状态，由此可以开始测量运行。
在这个测量运行中探测头1在机床的加工空间内部移动或者围绕正交于纵轴线X的轴线旋转。在探测头1位于这个激活状态期间，由发射接收元件2发出连续的控制命令B。在激活状态、即在测量运行中在探测头1中接收连续发出的控制命令B保持这个控制命令。
在图3中示出一种状况，在该状况中探测销1.2探测一个工件4，它固定在机床的夹紧台3’上。在探测头1的激活状态中当探测销1.2例如接触要被测量的工件4的外轮廓的时候，由感应元件1.5产生一个感应信号。该感应信号通过电路板1.4上的电元件转换成接通信号S。这个接通信号S以由红外光脉冲组成的红外信号的形式产生，其中红外光脉冲按照给定的位序发出。在此测得的位序以在这里5MHz的载频fS调制。即，当探测销1.2接触工件4时，探测头1发出一个相应的接通信号S，由此使接通信号S从探测头1传输到发射接收元件2。同时还由发射接收元件2发出控制命令B。
这样配置发射接收元件2，使得可以通过载频fS接收接通信号S，尽管在这种情况下还由发射接收元件以载频fB发出连续的控制命令B。由此也可以与控制命令B的传输无冲突地实现接通信号S的传输。以红外光脉冲形式由发射接收元件2接收的接通信号S转换并加工成电信号。最后加工的电信号通过通道2.2进入位置固定的串联电路，在那里它们被继续加工。然后串联电路立即释放机床停机，由此使探测头1不再相对于工件4运动。然后确定位置，在该位置实现接触工件。通常机床具有准确的测量装置，它们确定主轴位置，由此使这些测量值用于确定接触位置。
如果现在要结束测量运行，则自动地从主轴中取出探测头1并且输送到刀库里面。在那里探测头在控制命令B的有效半径以外，该控制命令仍然由发射接收元件2连续地发出。在不再由探测头1接收控制命令B以后，探测头1不再保持激活状态并因此自动返回到无效状态，在该状态探测头1需要非常少的电能，因此提高电池的使用寿命。由此使探测头1只这样长时间地处于激活状态，如同它位于机床加工空间里面那样，由此彻底减少探测头1的平均能耗。
但是也可以选择使机床的数字控制器释放控制命令B，通过由数字控制器将一个高信号通过通道2.2传输到发射接收元件2。该高信号的作用是，从在发射接收元件2中接收高信号开始连续地由发射接收元件2发出控制命令B。
按照第二实施例借助于时间区分电路的多路通信法实现控制命令B和接通信号S的传输。
在此对于发射连续的控制命令B的发射接收元件2只附设一个确定的总是重复的第一时间段并且对于发射接通信号S的探测头1附设一个总是重复的第二时间段。然后使发射接收元件2和探测头1分别只在为其规定的时间段中发出控制命令B或接通信号S，其中现在不必再使用两个传输通道。在本实施例中时间段的长度分别为1ms。这样配置探测头1，使探测头在各种情况下在接收最后的控制命令B以后还保持4ms的激活状态。
如果探测销1.2在激活状态接触工件4，则首先由感应元件1.5产生一个感应信号，它转换成接通信号S，用于无线地从探测头1传输到发射接收元件2。
只要传输的时间点落入本来就分派给用于发射的探测头1的时间段里面，探测头1就将接通信号S无冲突地发射给发射接收元件2，其中该发射接收元件2在这个时间段中不直接发出控制命令B。
但是如果通过探测销1.2接触工件4的时间点或者接通信号S的产生落入分派给用于发出控制命令B的发射接收元件2的时间段里面，则抑制接通信号S的间断。同时通过探测头1中的计时器固定一个时间t1，对于该时间已经存在用于发射的接通信号S。
一旦在发射接收元件2中中断发出控制命令B，则由探测头1提供发射接通信号S同时由探测头1中的计时器固定实际时间t2。然后确定时间差Δt，它由两个固定的时间计算出来(Δt＝t2-t1)。在所示实施例中由测得的时间t1，t2求得的时间差Δt最大为1.1ms。然后由探测头1与时间差Δt的数值一起无延迟地发出接通信号S。由发射接收元件2无冲突地接收接通信号S，由此如同第一实施例一样最终释放停止机床。现在在机床控制器中计算主轴的实际位置坐标。为了提高精确度在修正方法中以这种方式使用时间差Δt，在考虑主轴运动速度、时间差Δt和测得的位置坐标的条件下计算接触位置。
也可以选择这样配置数字控制器，使控制器在修正方法中考虑一个例如2ms的恒定时间延迟。如果现在发射接收元件2接收一个例如0.5ms的时间差Δt值，则发射接收元件2抑制加工的电信号通过通道2.2到位置固定的数字控制器间断1.5ms，由此在修正方法中使给定的恒定时间延迟与实际的时间延迟一致。附加地可以由发射接收元件2也还考虑其它的延迟时间，例如在传输信号时从发射接收元件2到数字控制器的传输时间，由此可以相应地减少抑制时间。
在初始校准整个装置时确定所需的给定的恒定时间延迟。

Claims (18)

1.探测系统，包括
-一个探测头(1)，它具有一个探测销(1.2)和一个感应元件(1.5)，其中探测头(1)可以从无效状态转换到激活状态，其中在激活状态通过接触探测销(1.2)通过感应元件(1.5)产生一个感应信号，以及
-一个发射接收元件(2)，其中
这样配置探测头(1)和发射接收元件(2)，在它们之间以这种方式能够实现无线数据传输，使得在激活状态在探测头(1)中将感应信号转换成接通信号(S)，它无线地从探测头(1)传输到发射接收元件(2)，其特征在于，在激活状态期间由发射接收元件(2)无线地连续传输一个控制命令(B)，其中通过接收连续的控制命令(B)保持探测头(1)的激活状态，并且可以与控制命令(B)的传输无冲突地实现接通信号(S)的传输。
2.如权利要求1所述的探测系统，其特征在于，在发射控制命令(B)的同时由发射接收元件(2)接收由探测头(1)发出的接通信号(S)。
3.如权利要求2所述的探测系统，其特征在于，这样配置探测头(1)和发射接收元件(2)，为了传输控制命令(B)使用第一传输通道并且为了传输接通信号(S)使用第二传输通道。
4.如权利要求2所述的探测系统，其特征在于，在使用载频(fB，fS)的条件下不仅传输控制命令(B)而且传输接通信号(S)，其中用于传输控制命令(B)的载频(fB)与用于传输接通信号(S)的载频(fS)不同。
5.如权利要求4所述的探测系统，其特征在于，用于传输控制命令(B)的载频(fB)小于用于传输接通信号(S)的载频(fS)。
6.如权利要求1所述的探测系统，其特征在于，借助于时间区分电路的多路通信法进行控制命令(B)和接通信号(S)的传输。
7.如权利要求1所述的探测系统，其特征在于，在探测头(1)中也在接收控制命令(B)期间产生感应信号。
8.如权利要求6所述的探测系统，其特征在于，所述探测头(1)包括一个计时器，由此可以确定感应信号的产生与接通信号(S)的中断之间的时间差(Δt)，并且为了实现修正方法这个时间差(Δt)可以传输到发射接收元件(2)上。
9.如权利要求1所述的探测系统，其特征在于，所述探测头(1)通过传输控制命令(S)可以从无效状态转换到激活状态。
10.用于使探测系统运行的方法，该系统具有一个探测头(1)和一个发射和接收单元(2)，其中该探测头(1)包括一个探测销(1.2)和一个感应元件(1.5)，该方法具有下列步骤：
-使探测头(1)从无效状态转换到激活状态，
-在激活状态期间从发射接收元件(2)连续地无线传输控制命令(B)，其中通过接收连续发出的控制命令(B)保持探测头(1)的激活状态，
-通过感应元件(1.5)在激活状态通过接触探测销(1.2)产生一个感应信号并且将感应信号转换成接通信号(S)，
-以这种方式将接通信号(S)从探测头(1)无线地传输到发射接收元件(2)，使得与控制命令(B)的传输无冲突地实现这种传输。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在发射控制命令(B)同时由发射接收元件(2)接收由探测头(1)发出的接通信号(S)。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，为了传输控制命令(B)使用第一传输通道并且为了传输接通信号(S)使用第二传输通道。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在使用载频(fB，fS)的条件下不仅传输控制命令(B)而且传输接通信号(S)，其中用于传输控制命令(B)的载频(fB)与用于传输接通信号(S)的载频(fS)不同。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，用于传输控制命令(B)的载频(fB)小于用于传输接通信号(S)的载频(fS)。
15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，借助于时间区分电路的多路通信法进行控制命令(B)和接通信号(S)的传输。
16.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在探测头(1)中也在接收控制命令(B)期间产生感应信号。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在探测头(1)中确定在感应信号的产生与接通信号(S)的中断之间的时间差(Δt)，并且为了实现修正方法这个时间差(Δt)可以传输到发射接收元件(2)上。
18.如权利要求10所述的方法，其特征在于，通过无线地传输发射接收元件(2)的控制命令(B)在探测头(1)的无效状态期间使探测头(1)从无效状态转换到激活状态。
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