CN102470496A - 具有力传感器的电子机械接口模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子机械接口模块，用于在接合体上施加线性力，该模块包括：代表所述接口模块的固定部分的定子(2)；可以从定子(2)中直线抽出的挺杆(3)，其具有在外部的挺杆端部(4)；以及力传感器(5)，用于检测在运行中由挺杆端部(4)施加于接合体上的力。根据本发明，将力传感器(5)安装在挺杆端部(4)的区域中，并具有传感器电路(7)，用于通过近场遥测技术或远场遥测技术无线传输测量数据。

Description

具有力传感器的电子机械接口模块

技术领域

本发明涉及一种电子机械接口模块(Elektromechanisches Fügemodul)，用于在接合体上施加线性力，该模块包括：代表该接口模块的固定部分的定子；可以从该定子中直线抽出的挺杆其具有外部的挺杆端部；以及力传感器，用于检测在运行中由挺杆端部施加于接合体上的力。

背景技术

电子机械接口模块是借助于挺杆在接合体上施加线性力的电动机。常见的特别是用于装配过程中的接口模块，借助于该接口模块可以产生形状配合的连接。例如由专利文献DE 19721072可知一种这样的接口模块。然而该文献不涉及对力的测量。

这种接口模块有时会包括力测量装置，该装置测量由接口模块施加于接合体上的力。这样检测到的测量数据被用于对过程的控制和/或用于质量监控。

在已知的接口模块中，大多数情况下是在接口模块的壳体中对力进行检测。在此，由于轴承摩擦、力分流(Kraftnebenschlüsse)以及移动部件的承重而使精度受到限制。替代地可以将力传感器集成在接合体上。但是去往力传感器的连接电缆会使机械成本过高并产生干扰，并且这些连接电缆的使用寿命也是非常有限的。

由专利文献EP 1057586可知一种用于变形、按压和注射技术的工具，其中，在工具的功能面中嵌入力传感器。该力传感器用于确定工具上的磨损参数，但是不测量在接合为整体时的力。为此应该特别避免使传感器成为功能面的一部分，以避免由于局部的异质性而导致测量误差。此外，该文献没有描述使工具移动并在工具上施加力的执行机构。故而也没有描述，如何将测量数据从接合体传送给为此而线性移动的定子。

在专利文献DE 10251387中描述了一种冲压装置，其包括转矩传感器。在该装置中，可移动部件和固定部件之间的运动是旋转，为此在这两个组件之间的距离几乎保持恒定。正如长期以来所公知的那样，这是一种典型的接口模块。通过转矩传感器，可以间接根据主轴斜度(Spindelsteigung)确定作用于工具上的力。由于传感器本身不是平移运动，因此测量数据的遥测传输是没有问题的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种本文开始所述类型的电子机械接口模块，通过该接口模块，能够以更高的精度实现对推动力的力测量，其中，测量装置应该具有较长的使用寿命，并且能够在无损伤且不降低质量的情况下经受大量的运动周期。此外，该包含测量装置的接口模块应该具有简单的结构，并且是少维护的，并且能够在不增添额外费用的情况下根据用户进行调整。

本发明的目的通过将力传感器安装在挺杆端部区域中并具有用于利用近场或远场遥测技术无线传输测量数据的传感器电路来实现。

为了利用近场遥测技术进行传输，根据本发明，使传感器电路与挺杆线圈相连接，挺杆线圈在挺杆的整个可抽出的区域上延伸。定子具有在挺杆线圈附近的定子电路，用以利用近场遥测技术为传感器电路无线供电，以及接收测量数据。

根据本发明的接口模块的优点之一在于：由此能够实现高精度的力测量，因为没有由于轴承摩擦、力分流以及移动部件的承重造成的错误影响。这种力测量系统无需维护，并且其使用寿命在很大程度上与负载周期的数量无关。

特别是这种设置很容易实现，并且也可以用在远场遥测技术由于环境的辐射负担而存在问题的环境中。但是，这两种解决方案都具有以下优点：没有电缆的干扰，电缆在任何情况下都有可能受到损伤；以及使力在挺杆端部区域中被真正地吸收，接近产生力的表面，没有力分流。

附图说明

下面参照附图对本发明做进一步的说明。其中：

图1示出了根据本发明的接口模块在(a)回缩状态下和(b)抽出状态下的示意性侧视图；

图2示出了根据本发明的接口模块在抽出状态下在挺杆区域的示意图；

图3示出了(a)根据本发明的具有挺杆线圈的挺杆的视图和(b)挺杆线圈的详细视图；

图4示出了在定子电路区域中挺杆的截面图；

图5示出了图4中在挺杆线圈、供电线圈和接收线圈区域中的详细视图。

具体实施方式

图1示出了电子机械接口模块1，其包括表示接口模块1的固定部分的定子2和可以沿直线方向从定子2中抽出的挺杆3。图1a示出了处于回缩状态下的接口模块1，图1b示出了挺杆3处于抽出状态下的接口模块1。

挺杆3具有外端部4，在外端部4上可以安装工具插座6。根据本发明，力传感器5位于挺杆端部4的区域中，该力传感器5可以测量在使用中由挺杆端部4所施加的力。力传感器5具有传感器电路7，用于借助近场或远场遥测技术来无线传输测量数据。

接下来，在图2到图5中示出了利用近场遥测技术所进行的传输。

图2示出了具有力传感器5的接口模块1的定子2中的、抽出的挺杆，根据本发明，力传感器5安装在挺杆端部4上，在该视图中，其位于工具插座6和挺杆3之间。

根据本发明，力传感器5具有传感器电路7，用于借助近场遥测技术无线传输测量数据。该传感器电路7与在挺杆3的整个可抽出区域上延伸的挺杆线圈8相连接。优选将挺杆线圈8设置在挺杆3中的凹槽10中。定子2在挺杆线圈8附近具有定子电路9，用于利用近场遥测技术向传感器电路7无线供电，以及接收测量数据。

在根据本发明的这种配置中，定子电路9包括一个或多个可产生交变磁场的供电线圈11。由此可以在挺杆线圈8中产生感应电压，并由此向传感器电路7供电。此外，通过这种方式，还可以向传感器电路7发送与传感器相关的数据，这些数据用于通过力传感器5所进行的测量，例如传感器的灵敏度。与此相关地，优选传感器电路7包括数据存储器14，用于存储这种与测量相关的数据。

此外，定子电路9具有接收线圈或接收天线12，用于接收测得的测量值和/或其他的信息，例如传感器电路的状态、测量范围、定标信息(Skalierinformationen)和/或校准数据。

图3a示出了根据本发明的具有挺杆线圈8的挺杆3，在此，图3b以详细视图示出了设置在凹槽10中的挺杆线圈8。如图3b所示，定子电路9位于挺杆3的中间区域中，其与挺杆线圈8重叠。

图4示出了位于定子电路9的区域中的挺杆3的横截面图。由该视图可知，具有一个或多个定子供电线圈11的定子电路9设置在挺杆线圈8的附近，而与挺杆的位置无关。图5示出了图4在线圈区域中的详细视图。该视图示出了邻近相对地、无接触设置的初级和次级绕组，也就是作为初级绕组的定子供电线圈11和接收线圈12，以及位于挺杆3上、作为次级绕组的挺杆线圈8。

已经证实，具有优点的是：通过电磁耦合并借助于相位调制(PSK调制)，利用调制载波将测量值从挺杆线圈8传输到接收线圈12，在此，所使用的载波约为13.56MHz或约为27.1MHz。除了测量值之外，还可以将其他状态信息从传感器电路9传输到定子2，例如，有关力传感器、测量范围、刻度信息(Skaleninformationen)、校准数据等。优选对这些数据进行数字化传输。

对于能源传输采用119到135kHz的载波频率。也可以对用于能源传输的信号进行调制，以将控制信息传输到传感器电路9上。作为调制方法同样使用相位调制(PSK调制)。为了匹配传输功率，可以使载波频率在119到135kHz范围内变化。

在一种优选的实施方式中，力传感器5是压电式力传感器。

根据本发明的接口模块1特别是可以附加地具有位移传感器15，用于检测挺杆位移或挺杆位置。例如，在使用中该位移传感器可以确定相对于被接口模块施加力的接合体的距离。优选位移传感器15是增量式传感器、感应式传感器或光学传感器。

替代近场遥测技术，根据本发明的接口模块1还可以配备传感器电路7，该传感器电路具有用于通过远场遥测技术传输测量数据的发射模块。在这种情况下，传感器电路7应该包括蓄电池。该蓄电池例如同样可以由定子充电，例如当挺杆3整个回缩时借助相应地安装在挺杆上的接头，。还可以定期更换蓄电池。这种设置的优势在于，可以将测量数据直接发送到任意地点的分析单元，以便进行进一步处理和/或用于对接口模块1进行控制，而不必将测量数据转发到控制单元。

附图标记列表

1接口模块

2定子

3挺杆

4挺杆端部

5力传感器

6工具插座

7传感器电路

8挺杆线圈

9定子电路

10凹槽

11供电线圈

12接收线圈或接收天线

14数据存储器

15位移传感器

Claims (12)

1.一种电子机械接口模块，用于在接合体上施加线性力，该接口模块包括：代表所述接口模块的固定部分的定子(2)；可以从所述定子(2)中直线抽出的挺杆(3)，该挺杆(3)具有在外部的挺杆端部(4)；以及力传感器(5)，用于检测在运行中由所述挺杆端部(4)施加于接合体上的力，其特征在于，所述力传感器(5)安装在所述挺杆端部(4)的区域中，并具有传感器电路(7)，用于借助近场遥测技术或远场遥测技术无线传输测量数据。

2.如权利要求1所述的接口模块，其特征在于，所述力传感器(5)是压电式力传感器，或包括应变片。

3.如权利要求1或2所述的接口模块，其特征在于，所述传感器电路(7)包括数据存储器(14)，用于存储与测量相关的数据。

4.如权利要求1到3中任一项所述的接口模块，包括位移传感器(15)，用于检测挺杆位移或挺杆位置。

5.如权利要求4所述的接口模块，其特征在于，所述位移传感器(15)能够在使用中确定相对于被该接口模块施加力的接合体的距离。

6.如权利要求4或5所述的接口模块，其特征在于，所述位移传感器15是增量式传感器、感应式传感器或光学传感器。

7.如权利要求1到6中任一项所述的接口模块，其特征在于，所述传感器电路(7)与挺杆线圈(8)相连接，该挺杆线圈在所述挺杆(3)的整个可抽出的区域上延伸，其中，所述定子(2)具有在所述挺杆线圈(8)附近的定子电路(9)，用以利用近场遥测技术为所述传感器电路(7)无线供电，以及接收测量数据。

8.如权利要求7所述的接口模块，其特征在于，所述挺杆线圈(8)设置在所述挺杆(3)中的凹槽(10)中。

9.如权利要求7或8所述的接口模块，其特征在于，所述定子电路(9)包括一个或多个能够产生交变磁场的供电线圈(11)，用于在所述挺杆线圈(8)中产生感应电压，以向所述传感器电路(7)供电。

10.如权利要求7到9中任一项所述的接口模块，其特征在于，所述定子电路(9)具有接收线圈或接收天线(12)，用于接收所测得的测量值和/或其他信息，例如所述传感器电路的状态、测量范围、定标信息和/或校准数据。

11.如权利要求1到6中任一项所述的接口模块，其特征在于，所述传感器电路(7)具有发射模块，用于借助远场遥测技术传输测量数据。

12.如权利要求11所述的接口模块，其特征在于，所述传感器电路(7)包括蓄电池。

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