Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung und ein Verfahren zur Messung der Spannkraft einer Werkzeugspannvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 7.The invention relates to a measuring device and a method for measuring the clamping force of a tool clamping device according to the preamble of claim 1 and of claim 7.
Eine gattungsgemäße Messvorrichtung ist aus der EP 1 925 396 A1 bekannt. Sie wird bei Bedarf aus dem Werkzeugmagazin einer Bearbeitungsmaschine in die Werkzeugspannvorrichtung der Bearbeitungsmaschine gespannt, wozu sie einen geeignet geformten Spannkörper aufweist. Im eingespannten Zustand wird mittels eines Sensors die von der Werkzeugspannvorrichtung auf den Spannkörper ausgeübte Spannkraft gemessen. Der erfasste Messwert wird drahtlos zu einer tragbaren Anzeigeeinheit übertragen, anhand derer sich ein Bediener der Bearbeitungsmaschine über die Spannkraft informieren kann. Bei einem zu geringen Wert der Spannkraft, der ein Indiz für Verschleiß darstellt, kann rechtzeitig vor einer Beeinträchtigung der Produktionsqualität der Bearbeitungsmaschine ein Austausch der Werkzeugspannvorrichtung vorgenommen werden.A generic measuring device is from the EP 1 925 396 A1 known. If necessary, it is stretched out of the tool magazine of a processing machine into the tool clamping device of the processing machine, for which purpose it has a suitably shaped clamping body. In the clamped state, the clamping force exerted by the tool clamping device on the clamping body is measured by means of a sensor. The acquired measured value is transmitted wirelessly to a portable display unit, by means of which an operator of the processing machine can obtain information about the clamping force. At too low a value of the clamping force, which is an indication of wear, an exchange of the tool clamping device can be made in good time before a deterioration in the production quality of the machine tool.
Die bekannte Messvorrichtung enthält als Energiequelle eine Batterie. Um die Funktionsfähigkeit der Messvorrichtung sicherzustellen, wird der Ladezustand der Batterie überwacht und ebenfalls drahtlos zu der Anzeigeeinheit übertragen. Bei Bedarf kann die Batterie somit rechtzeitig ausgetauscht werden. Dies erfordert jedoch die Entnahme der Messvorrichtung aus dem Werkzeugmagazin der Bearbeitungsmaschine und damit eine Unterbrechung des normalen Betriebsablaufs der Bearbeitungsmaschine. Deshalb ist eine möglichst lange Lebensdauer der Batterie wünschenswert. Der Kapazität der Batterie sind jedoch durch den verfügbaren Bauraum Grenzen gesetzt.The known measuring device contains a battery as an energy source. To ensure the functionality of the measuring device, the state of charge of the battery is monitored and also transmitted wirelessly to the display unit. If necessary, the battery can thus be replaced in good time. However, this requires the removal of the measuring device from the tool magazine of the processing machine and thus an interruption of the normal operation of the processing machine. Therefore, the longest possible life of the battery is desirable. The capacity of the battery, however, are limited by the available space.
In Anbetracht dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Messvorrichtung der eingangs genannten Art eine möglichst lange unterbrechungsfreie Betriebsdauer zu erreichen.In view of this prior art, the invention has the object, in a measuring device of the type mentioned to achieve the longest possible uninterrupted service life.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a measuring device with the features of claim 1 and by a method having the features of claim 7. Advantageous embodiments of the invention are specified in the respective subclaims.
Erfindungsgemäß weist eine gattungsgemäße Messvorrichtung eine Zeitmesseinheit auf und die Stromversorgung einer Empfangseinheit der internen Kommunikationseinheit aus der elektrischen Energiequelle ist in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Zeitmesseinheit von einem deaktivierten in einen aktivierten Zustand umschaltbar. Hiermit wird es ermöglicht, die nur für eine Spannkraftmessung einschließlich der drahtlosen Übertragung der Messdaten benötigten elektronischen Komponenten abzuschalten, wenn längere Zeit keine Messung stattfindet, und sie gezielt nur dann von einer externen Station aus aktivieren zu lassen, wenn eine Messung durchgeführt werden soll. Für diese Aktivierung wird nämlich die Empfangseinheit der internen Kommunikationseinheit benötigt, die jedoch selbst im Betrieb einen vergleichsweise hohen Stromverbrauch hat. Die Empfangseinheit wird daher erfindungsgemäß nur zeitweise, vorzugsweise in periodischen Abständen eingeschaltet, um feststellen zu können, ob von der externen Station eine Messung angefordert wird.According to the invention, a generic measuring device has a time measuring unit and the power supply of a receiving unit of the internal communication unit from the electrical energy source can be switched from a deactivated to an activated state as a function of an output signal of the time measuring unit. This makes it possible to switch off the electronic components required only for a clamping force measurement including the wireless transmission of the measured data, if there is no measurement for a longer period of time, and to activate them specifically from an external station only if a measurement is to be carried out. For this activation, namely the receiving unit of the internal communication unit is needed, but even in operation has a comparatively high power consumption. The receiving unit is therefore according to the invention only temporarily, preferably switched on at periodic intervals to determine whether a measurement is requested from the external station.
Die Stromversorgung der Kraftsensoreinheit und einer Sendeeinheit der internen Kommunikationseinheit aus der elektrischen Energiequelle sind dann in Abhängigkeit vom Empfang mindestens eines vorbestimmten Signals in der Empfangseinheit zwischen einem deaktivierten und einem aktivierten Zustand umschaltbar. Falls nach der Aktivierung keine Anforderung in Form eines vorbestimmten Signals empfangen wird, erfolgt sofort wieder eine Deaktivierung der Empfangseinheit. Zusammen mit der entsprechenden Umschaltung der verbrauchsintensiven Empfangseinheit erbringt dies eine erhebliche Reduktion des mittleren Stromverbrauchs der Messvorrichtung und folglich eine längere Standzeit des als Energiequelle dienenden Akkus.The power supply of the force sensor unit and a transmitting unit of the internal communication unit from the electrical energy source can then be switched between a deactivated and an activated state as a function of the receipt of at least one predetermined signal in the receiving unit. If no request in the form of a predetermined signal is received after the activation, deactivation of the receiving unit takes place immediately. Together with the corresponding switching of the consumption-intensive receiving unit, this results in a considerable reduction of the average power consumption of the measuring device and consequently a longer service life of the battery serving as the energy source.
Da die erfindungsgemäße Messvorrichtung selbsttätig periodisch überprüft, ob eine externe Anforderung für eine Spannkraftmessung vorliegt, ist zur Vorbereitung einer Messung kein Bedienereingriff nötig. Damit eignet sich die erfindungsgemäße Messvorrichtung insbesondere für den Einsatz in Bearbeitungsmaschinen mit automatischem Werkzeugwechsel und kann von einer solchen Maschine wie ein normales Werkzeug gehandhabt werden.Since the measuring device according to the invention automatically checks periodically whether there is an external requirement for a clamping force measurement, no operator intervention is necessary to prepare a measurement. Thus, the measuring device according to the invention is particularly suitable for use in processing machines with automatic tool change and can be handled by such a machine as a normal tool.
Nach Abschluss einer erfolgreichen Spannkraftmessung oder wenn sich eine Aktivierung zur Spannkraftmessung anhand eines unplausibel geringen ersten Messwertes der Spannkraft als fehlerhaft erweist, erfolgt eine automatische Deaktivierung der Stromversorgung aller für den Bereitschaftszustand nicht benötigten Komponenten. Dadurch wird die Dauer der Phasen höheren Stromverbrauchs auf ein Mindestmaß beschränkt.After completion of a successful clamping force measurement or if an activation for clamping force measurement on the basis of an implausible low first measured value of the clamping force proves to be faulty, there is an automatic deactivation of the power supply of all components not required for the ready state. This minimizes the duration of the higher power consumption phases.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigtHereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. In these shows
1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung, 1 a side view of a measuring device according to the invention,
2 einen Überblick über die verschiedenen Betriebsmodi einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung, 2 an overview of the different operating modes of a measuring device according to the invention,
3 ein elektrisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung und 3 an electrical block diagram of a measuring device according to the invention and
4 die Funktionsweise des automatischen Betriebsmodus in Form eines Programmablaufplans. 4 the functioning of the automatic operating mode in the form of a program flowchart.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Messvorrichtung 1 in einer teilweise, d. h. in der rechten Hälfte, geschnittenen Seitenansicht zu sehen. Die Messvorrichtung 1 ist in einer Werkzeugspannvorrichtung 2 gespannt, die Bestandteil einer Arbeitsspindel einer Bearbeitungsmaschine ist. Deutlich erkennbar ist in dem geschnittenen Bereich der Darstellung von 1 der Eingriff von beweglichen Klauen 4 der Werkzeugspannvorrichtung 2 mit klauenförmigen Halterungsabschnitten 5 der Messvorrichtung 1. Die Formgebung der Messvorrichtung 1 entspricht im Bereich der Halterungsabschnitte 5 der Formgebung eines Werkzeugs, wie es normalerweise mittels der Werkzeugspannvorrichtung 2 gespannt wird. Die Bewegung der Klauen 4, d. h. die Umschaltung der Werkzeugspannvorrichtung 2 zwischen dem gespannten und dem gelösten Zustand, wird durch die axiale Bewegung einer Zugstange 3 bewirkt. Die Aufgabe der Messvorrichtung 1 ist die Messung der Kraft, mit der die Zugstange 3 in derjenigen axialen Position gehalten wird, welche dem gespannten Zustand entspricht.In 1 is a measuring device according to the invention 1 in a partial, ie in the right half, cut side view to see. The measuring device 1 is in a tool clamping device 2 strained, which is part of a work spindle of a processing machine. It can be clearly seen in the section of FIG 1 the intervention of movable claws 4 the tool clamping device 2 with claw-shaped support sections 5 the measuring device 1 , The shape of the measuring device 1 corresponds to the area of the support sections 5 the shaping of a tool, as it normally by means of the tool clamping device 2 is tense. The movement of the claws 4 , ie the switching of the tool clamping device 2 between the tensioned and the released state, is due to the axial movement of a tie rod 3 causes. The task of the measuring device 1 is the measurement of the force with which the drawbar 3 is held in the axial position corresponding to the tensioned state.
Hierzu ist die Messvorrichtung 1 so gestaltet, dass die Zugstange 3 im gespannten Zustand im Inneren der Messvorrichtung 1 eine Kraft auf einen in 1 nicht sichtbaren Bolzen ausübt. Die hierdurch verursachte Längenänderung dieses Bolzens wird durch einen auf ihm angebrachten Sensor in Form eines Dehnungsmessstreifens in eine Widerstandsänderung umgesetzt. Es könnten auch mehrere Dehnungsmessstreifen in einer Brückenschaltung vorgesehen sein. Der Sensor ist mit einer Signalelektronik verbunden, die das analoge Sensorsignal verstärkt und in ein digitales Signal wandelt. Am vorderen Ende der Messvorrichtung 1 befindet sich eine Anzeigeeinheit 6, die den gemessenen Wert der Spannkraft digital anzeigt. Der in 1 gezeigten dreistelligen Anzeige liegt eine Einheit von 0,1 kN zugrunde. Nicht sichtbar sind in 1 Bedientasten, die am Gehäuse der Messvorrichtung 1 zur manuellen Bedienung, beispielsweise zum Ein- und Ausschalten, vorgesehen sind.For this purpose, the measuring device 1 designed so that the drawbar 3 in the tensioned state inside the measuring device 1 a force on one in 1 invisible pin exerts. The change in length caused by this pin is converted by a mounted on him sensor in the form of a strain gauge in a resistance change. It could also be provided in a bridge circuit several strain gauges. The sensor is connected to a signal electronics, which amplifies the analog sensor signal and converts it into a digital signal. At the front end of the measuring device 1 there is a display unit 6 which digitally displays the measured value of the clamping force. The in 1 shown three-digit display is based on a unit of 0.1 kN. Not visible in 1 Control buttons on the housing of the measuring device 1 for manual operation, for example, for switching on and off, are provided.
Einen Überblick über die verschiedenen Betriebsmodi der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 1 gibt 2. Wie aus dieser zu ersehen ist, gibt es neben dem ausgeschalteten Zustand 7 drei verschiedene Betriebsmodi, nämlich einen manuellen Modus 8, einen automatischen Modus 9 und einen Konfigurationsmodus 10. Die in 2 durch Pfeile dargestellten Übergänge zwischen den drei verschiedenen Betriebsmodi 8 bis 10 sowie dem ausgeschalteten Zustand 7 werden jeweils durch Betätigung von Bedientasten ausgelöst.An overview of the different operating modes of the measuring device according to the invention 1 gives 2 , As can be seen from this, there is next to the off state 7 three different operating modes, namely a manual mode 8th , an automatic mode 9 and a configuration mode 10 , In the 2 Arrows represented by arrows between the three different modes of operation 8th to 10 and the off state 7 are each triggered by pressing control buttons.
Vom ausgeschalteten Zustand 7 aus kann die Messvorrichtung 1 zunächst nur in den manuellen Betriebsmodus 8 geschaltet werden. In diesem kann eine Spannkraftmessung nur durch Betätigung einer bestimmten Bedientaste ausgelöst werden. Vom manuellen Betriebsmodus 8 aus ist ein Wechsel in den automatischen Betriebsmodus 9 oder in den Konfigurationsmodus 10 möglich. Im Konfigurationsmodus 10 können durch Betätigung von Bedientasten verschiedene Konfigurationsdaten der Messvorrichtung 1 eingestellt und an der Anzeigeeinheit 6 angezeigt werden. Zu diesen Konfigurationsdaten zählen beispielsweise eine Geräteidentifikationsnummer, die Helligkeit der Anzeige 6, sowie bestimmte Parameter des automatischen Betriebsmodus 9.From the off state 7 can out the measuring device 1 initially only in the manual operating mode 8th be switched. In this, a clamping force measurement can only be triggered by pressing a specific button. From manual mode 8th off is a change to the automatic operating mode 9 or in configuration mode 10 possible. In configuration mode 10 By pressing operation keys different configuration data of the measuring device 1 set and on the display unit 6 are displayed. These configuration data include, for example, a device identification number, the brightness of the display 6 , as well as certain parameters of the automatic operating mode 9 ,
Der automatische Betriebsmodus 9 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung 1 ausgehend von einem Bereitschaftszustand 9A (Standby-Zustand), in dem sie nur einen sehr geringen Stromverbrauch hat, bei Bedarf in einen aktiven Zustand 9B übergeht, in diesem aktiven Zustand 9B Spannkraftmessungen durchführt, und danach wieder in den stromsparenden Bereitschaftszustand 9A zurückkehrt. Der automatische Betriebsmodus 9 mit diesen beiden internen Zuständen 9A und 9B ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung und wird nachfolgend näher erläutert. Er kann entweder durch den Übergang zum manuellen Betriebsmodus 8 oder durch Ausschalten der Messvorrichtung 1, jeweils ausgelöst durch eine entsprechende Tastenbedienung, beendet werden.The automatic operating mode 9 is characterized in that the measuring device 1 starting from a standby state 9A (Standby state), in which it has only a very low power consumption, if necessary in an active state 9B passes, in this active state 9B Performs tension measurements, and then back to the power-saving standby state 9A returns. The automatic operating mode 9 with these two internal states 9A and 9B is the subject of the present invention and will be explained in more detail below. He can either by going to manual mode 8th or by switching off the measuring device 1 , each triggered by a corresponding key operation, be terminated.
Ein Blockschaltbild der im Inneren der Messvorrichtung 1 vorhandenen elektronischen Komponenten, anhand dessen der Zweck und die Realisierung des automatischen Betriebsmodus 9 verständlich werden, zeigt 3. Dort sind nicht wie sonst üblich die zwischen den einzelnen Komponenten verlaufenden Signalpfade dargestellt, sondern vielmehr die Struktur der Stromversorgung, da diese für die vorliegende Erfindung von besonderem Interesse ist. Die einzige Ausnahme bildet der gestrichelt dargestellte Signalpfad, auf den später noch eingegangen wird.A block diagram of the inside of the measuring device 1 existing electronic components, based on which the purpose and the realization of the automatic operating mode 9 be understood, shows 3 , There are not shown as usual the signal paths running between the individual components, but rather the structure of the power supply, since this is of particular interest for the present invention. The only exception is the dashed signal path, which will be discussed later.
Außer der bereits erwähnten Anzeigeeinheit 6 gehört zu den elektronischen Komponenten der Messvorrichtung 1 zunächst eine Kraftsensoreinheit 11, welche den eigentlichen Kraftsensor in Form eines oder mehrerer Dehnungsmessstreifen, sowie eine dem Sensor zugeordnete Signalelektronik umfasst. Deren Aufgabe ist die gesamte analoge Vorverarbeitung des Sensorsignals sowie dessen Digitalisierung.Except the already mentioned display unit 6 belongs to the electronic components of the measuring device 1 first a force sensor unit 11 which comprises the actual force sensor in the form of one or more strain gauges, and a signal electronics associated with the sensor. Their job is the entire analog Preprocessing of the sensor signal and its digitization.
Ferner ist eine in 3 kurz als Funkeinheit 12 bezeichnete interne drahtlose Kommunikationseinheit 12 vorgesehen, um die von der Kraftsensoreinheit 11 gelieferten Messwerte berührungslos zu einer nicht dargestellten externen Kommunikationseinheit zu übertragen. Die Funkeinheit 12 ist für eine bidirektionale Kommunikation ausgelegt und enthält daher sowohl eine Sendeeinheit 12A, als auch eine Empfangseinheit 12B. Dies ermöglicht die Verwendung eines Übertragungsprotokolls mit Quittierung übermittelter Datentelegramme, insbesondere aber auch eine Fernsteuerung des Übergangs zwischen dem Bereitschaftszustand 9A und dem aktiven Zustand 9B durch die externe Kommunikationseinheit. Letztere kann mit einer mobilen Anzeigeeinheit kombiniert sein. Sie kann aber auch an die zentrale Steuerung der Bearbeitungsmaschine angeschlossen sein, um eine automatische Spannkraftüberwachung durch die zentrale Maschinensteuerung zu ermöglichen.Furthermore, an in 3 in short as a radio unit 12 designated internal wireless communication unit 12 provided to that of the force sensor unit 11 delivered measured values without contact to an external communication unit, not shown. The radio unit 12 is designed for bidirectional communication and therefore contains both a transmitting unit 12A , as well as a receiving unit 12B , This allows the use of a transmission protocol with acknowledgment of transmitted data telegrams, but in particular also a remote control of the transition between the standby state 9A and the active state 9B through the external communication unit. The latter can be combined with a mobile display unit. But it can also be connected to the central control of the processing machine to allow automatic clamping force monitoring by the central machine control.
Eine USB-Schnittstelle 13 gestattet den Anschluss der Messvorrichtung 1 an einen externen Computer, beispielsweise zur Konfiguration und zur Fehlerdiagnose, aber auch zum nachträglichen Auslesen von intern gespeicherten Messdaten für den Fall, dass die Funkeinheit 12 ausgefallen ist oder von ihr kein Gebrauch gemacht werden soll. Über die USB-Schnittstelle 13 ist der Zugriff auf Konfigurationsdaten auch ohne manuell ausgelösten Übergang in den Konfigurationsmodus 10 möglich.A USB interface 13 allows the connection of the measuring device 1 to an external computer, for example for configuration and fault diagnosis, but also for retrieval of internally stored measurement data in the event that the radio unit 12 has failed or should not be used by her. Via the USB interface 13 is the access to configuration data even without manually triggered transition into the configuration mode 10 possible.
Kernstück der Elektronik der Messvorrichtung 1 ist ein Mikrocontroller 14, der die Funktionen aller übrigen Komponenten koordiniert und den digitalen Datenverkehr innerhalb der Messvorrichtung 1 sowie nach außen über die Funkeinheit 12 oder über die USB-Schnittstelle 13 abwickelt. Ferner sind an den Mikrocontroller 14 die in den Figuren nicht gezeigten Tasten zur manuellen Bedienung der Messvorrichtung 1 angeschlossen. Der permanenten, d. h. von der Stromversorgung der Messvorrichtung 1 unabhängigen Speicherung von Konfiguration- und Messdaten dient ein nichtflüchtiger Speicher 15.Centerpiece of the electronics of the measuring device 1 is a microcontroller 14 which coordinates the functions of all other components and the digital traffic within the measuring device 1 and to the outside via the radio unit 12 or via the USB interface 13 unwinds. Further, to the microcontroller 14 the keys not shown in the figures for manual operation of the measuring device 1 connected. The permanent, ie from the power supply of the measuring device 1 independent storage of configuration and measurement data is a non-volatile memory 15 ,
Ferner ist eine Zeitmesseinheit 16 vorgesehen, welche eine Echtzeituhr beinhaltet, um die Zuordnung von Datum und Zeit zu erfassten Messdaten und anderen Ereignissen zu ermöglichen und darüber hinaus zur Messung eines einstellbaren Zeitintervalls eingerichtet ist. Letzteres bedeutet, dass die Zeitmesseinheit 16 über eine programmierbare Weckfunktion verfügt, d. h. sie gibt in periodischen Abständen an einem speziellen Ausgang ein impulsförmiges Wecksignal ab, dessen Periodendauer und ggf. Länge einstellbar ist. Dieser Ausgang der Zeitmesseinheit ist auf einen Interrupt-Eingang des Mikrocontrollers 14 geführt.Further, a time measuring unit 16 is provided, which includes a real-time clock to allow the assignment of date and time to recorded measurement data and other events and is also set up to measure an adjustable time interval. The latter means that the time measuring unit 16 has a programmable wake-up function, ie it outputs at periodic intervals at a special output a pulse-shaped wake-up signal whose period and possibly length is adjustable. This output of the time measuring unit is at an interrupt input of the microcontroller 14 guided.
Zur Versorgung sämtlicher elektronischer Komponenten enthält die Messvorrichtung 1 eine Energiequelle 17 begrenzter Kapazität in Form einer wiederaufladbaren Batterie (Akku). Die Ladung der Energiequelle 17 erfolgt bei Bedarf in bekannter Weise über die USB-Schnittstelle.To supply all electronic components contains the measuring device 1 an energy source 17 limited capacity in the form of a rechargeable battery (rechargeable battery). The charge of the energy source 17 If required, this is done in a known manner via the USB interface.
Im automatischen Betriebsmodus 9, bei dem die Messvorrichtung 1 ebenso wie ein Werkzeug im Werkzeugmagazin einer Bearbeitungsmaschine aufbewahrt und in bestimmten Zeitabständen zur Überprüfung der Spannkraft anstelle eines Werkzeugs automatisch in der Werkzeugspannvorrichtung 2 gespannt wird, würde die Energiequelle 17 stark belastet werden, wenn sich alle elektronischen Komponenten ständig im Normalbetrieb befanden. Dabei wird der Gesamtstromverbrauch weitgehend von der Stromaufnahme der Funkeinheit 12 bestimmt, die zur bidirektionalen Kommunikation wegen des unbekannten Zeitpunktes eines Datenempfangs sowie einer hohen Verstärkung des Empfangssignals zum Empfang in der Empfangseinheit 12B im allgemeinen mehr Leistung verbraucht als zum Senden in der Sendeeinheit 12A.In automatic operation mode 9 in which the measuring device 1 as well as a tool stored in the tool magazine of a machine tool and automatically at certain intervals to check the clamping force instead of a tool in the tool clamping device 2 Being tense would be the source of energy 17 be heavily loaded when all electronic components were constantly in normal operation. The total power consumption is largely the current consumption of the radio unit 12 determined for bidirectional communication because of the unknown time of data reception and a high gain of the received signal for reception in the receiving unit 12B generally consume more power than transmitting in the transmitting unit 12A ,
Eine Stromsteuereinheit 18 ist zwischen die Energiequelle 17 und die Anzeigeeinheit 6, die Kraftsensoreinheit 11 sowie die Funkeinheit 12 geschaltet und wird von dem Mikrocontroller 14 gesteuert, wie in 2 durch den gestrichelt dargestellten Signalpfad angedeutet ist, um die Stromversorgung der über die Stromsteuereinheit 18 versorgten Komponenten bedarfsabhängig zu variieren, insbesondere ein- und auszuschalten. Die über die Stromsteuereinheit 18 versorgten Komponenten müssen nämlich nicht ständig in Betrieb sein, sondern brauchen nur dann eingeschaltet zu werden, wenn ihre jeweiligen Funktionen tatsächlich benötigt werden. Dies ist bei der Anzeigeeinheit 6, der Kraftsensoreinheit 11 und der Funkeinheit 12 nur dann der Fall, wenn gerade eine Spannkraftmessung durchgeführt wird. Die Empfangseinheit 12B der Funkeinheit wird allerdings erfindungsgemäß auch dazu benutzt, um zu entscheiden, ob eine Spannkraftmessung durchgeführt werden soll, wie später beschrieben wird.A power control unit 18 is between the energy source 17 and the display unit 6 , the force sensor unit 11 as well as the radio unit 12 Switched on and off by the microcontroller 14 controlled as in 2 is indicated by the signal path shown in dashed lines to the power supply via the current control unit 18 supplied components vary according to demand, in particular turn on and off. The over the power control unit 18 After all, powered components do not have to be constantly in operation, but only need to be turned on when their respective functions are actually needed. This is the display unit 6 , the force sensor unit 11 and the radio unit 12 only then the case when a clamping force measurement is being carried out. The receiving unit 12B However, according to the invention, the radio unit is also used to decide whether a clamping force measurement is to be carried out, as will be described later.
Demgegenüber sind der Mikrocontroller 14 und die Zeitmesseinheit 16 direkt mit der Energiequelle 17 verbunden, da diese ständig in Betrieb sein müssen, um die Funktionsfähigkeit der Messvorrichtung 1 aufrecht zu erhalten. Der nichtflüchtige Speicher 15 kann ebenfalls direkt mit der Energiequelle 17 verbunden sein, da er keine Leistung verbraucht, wenn kein Schreib- oder Lesevorgang stattfindet.In contrast, the microcontroller 14 and the time measuring unit 16 directly with the energy source 17 connected because they must be constantly in operation to the functioning of the measuring device 1 to maintain. The non-volatile memory 15 can also be directly with the energy source 17 be connected because it consumes no power when no read or write occurs.
Geht man davon aus, dass die Messvorrichtung 1 für die Verwendung in einer Bearbeitungsmaschine mit automatischem Werkzeugwechsel von einem Bediener der Maschine wie ein normales Werkzeug im Werkzeugmagazin abgelegt und dort durch eine entsprechende Tastenbetätigung aus dem manuellen Betriebsmodus 8 in den automatischen Betriebsmodus 9 versetzt wird, so nimmt die Messvorrichtung 1 zunächst innerhalb des automatischen Betriebsmodus 9 den Bereitschaftszustand 9A ein. Hierzu unterbricht der Mikrocontroller 14 über die Stromsteuereinheit 18 die Stromversorgung der Anzeigeeinheit 6, der Kraftsensoreinheit 11 sowie der Funkeinheit 12 und geht dann selbst in einen internen Bereitschaftszustand über, in dem er nur einen minimalen Stromverbrauch hat. Ein stromsparender interner Bereitschaftszustand ist als Funktion von Mikrocontrollern bekannt und bedarf daher keiner Erläuterung. Die einzige jetzt noch normal arbeitende Komponente ist die Zeitmesseinheit 16.Assuming that the measuring device 1 for use in one Machine with automatic tool change by an operator of the machine as a normal tool stored in the tool magazine and there by a corresponding key operation from the manual mode 8th in the automatic operating mode 9 is offset, so takes the measuring device 1 initially within the automatic operating mode 9 the standby state 9A one. To do this, the microcontroller interrupts 14 via the power control unit 18 the power supply of the display unit 6 , the force sensor unit 11 as well as the radio unit 12 and then goes itself into an internal standby state in which he has only a minimal power consumption. A low-power internal standby state is known as a function of microcontrollers and therefore needs no explanation. The only component still working normally is the time measurement unit 16 ,
Die Steuerung der Übergänge der Messvorrichtung 1 zwischen dem Bereitschaftszustand 9A und dem aktiven Zustand 9B im automatischen Betrieb 9 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 erläutert. Nachdem die Messvorrichtung 1 beim Eintritt in den automatischen Betriebsmodus 9 zunächst in den Bereitschaftszustand 9A übergegangen ist, wartet die Zeitmesseinheit 16 in Schritt 19 den Ablauf einer vorprogrammierten Wartezeit ab. Ist diese abgelaufen, dann sendet die Zeitmesseinheit 16 in Schritt 20 einen Weckimpuls an den Mikrocontroller 14, wodurch dieser aus seinem internen Bereitschaftszustand in den normalen Betriebszustand versetzt wird. Der Mikrocontroller 14 aktiviert dann über die Stromsteuereinheit 18 die zuvor unterbrochene Stromversorgung der Empfangseinheit 12B der Funkeinheit 12.The control of the transitions of the measuring device 1 between the standby state 9A and the active state 9B in automatic mode 9 is referred to below with reference to 4 explained. After the measuring device 1 when entering the automatic operating mode 9 first in the standby state 9A has passed, the time measuring unit waits 16 in step 19 the expiration of a preprogrammed waiting time. If this has expired, then sends the time measuring unit 16 in step 20 a wake-up pulse to the microcontroller 14 , whereby it is put from its internal standby state to the normal operating state. The microcontroller 14 then activates via the power control unit 18 the previously interrupted power supply of the receiving unit 12B the radio unit 12 ,
In Schritt 21 stellt die Empfangseinheit 12B fest, ob ein vorbestimmtes Anforderungssignal von einer externen Kommunikationseinheit empfangen wird, mit welchem die Ausführung einer Spannkraftmessung angefordert wird. Falls dieses Anforderungssignal nicht empfangen wird, deaktiviert der Mikrocontroller 14 in Schritt 22 mittels der Stromsteuereinheit 18 die Empfangseinheit 12B sofort wieder und geht selbst wieder in seinen internen Bereitschaftszustand über. Damit beginnt erneut das Warten auf den Ablauf der durch die Zeitmesseinheit 16 vorgegebenen Wartezeit, d. h. solange die externe Kommunikationseinheit kein Anforderungssignal sendet, erfolgt eine fortlaufende periodische Wiederholung der Schritte 19 bis 22.In step 21 represents the receiving unit 12B determines whether a predetermined request signal is received from an external communication unit with which the execution of a clamping force measurement is requested. If this request signal is not received, the microcontroller deactivates 14 in step 22 by means of the power control unit 18 the receiving unit 12B immediately again and goes back to its internal state of readiness. This again starts the waiting for the expiry of the by the time measuring unit 16 predetermined waiting time, ie as long as the external communication unit does not send a request signal, there is a continuous periodic repetition of the steps 19 to 22 ,
Wird nach der Aktivierung der Empfangseinheit 12B von dieser das Anforderungssignal empfangen, dann meldet sie es dem Mikrocontroller 14 und dieser aktiviert in Schritt 23 über die Stromsteuereinheit 18 auch die Kraftsensoreinheit 11, die Sendeeinheit 12B und ggf. auch die Anzeigeeinheit 6, womit die Messvorrichtung 1 insgesamt im aktiven Zustand 9B des automatischen Betriebsmodus 9 und zur Durchführung einer Spannkraftmessung bereit ist. Es versteht sich, dass die externe Kommunikationseinheit das Anforderungssignal nötigenfalls bis zur Länge einer vollen Periode der durch die Schritte 19 bis 22 gebildeten Schleife des Ablaufs gemäß 4 senden muss, da der Stand dieser Ablaufschleife beim Beginn des Sendens des Anforderungssignals in der externen Kommunikationseinheit nicht bekannt ist und das Anforderungssignal sofort nach der Aktivierung der Empfangseinheit 12B empfangen werden muss, um deren erneute Deaktivierung zu verhindern.Will after activation of the receiving unit 12B From this the request signal received, then it reports it to the microcontroller 14 and this activates in step 23 via the power control unit 18 also the force sensor unit 11 , the transmitting unit 12B and possibly also the display unit 6 , with which the measuring device 1 Total in active state 9B of the automatic operating mode 9 and is ready to perform a clamping force measurement. It is understood that the external communication unit, if necessary, the request signal up to the length of a full period of the steps through 19 to 22 formed loop of the process according to 4 must send, since the state of this sequence loop at the beginning of the transmission of the request signal in the external communication unit is not known and the request signal immediately after the activation of the receiving unit 12B must be received to prevent their re-deactivation.
Im aktiven Zustand 9B wird dann in Schritt 24 zunächst durch eine Messung der Spannkraft kontrolliert, ob die Messvorrichtung 1 tatsächlich in der Werkzeugspannvorrichtung 2 gespannt ist. Ist ein einstellbarer Schwellwert der Spannkraft überschritten, so wird die Kraftmessung zur statistischen Verifikation mehrfach wiederholt und der Messwert schließlich in dem nichtflüchtigen Speicher 15 abgespeichert und über die Sendeeinheit 12A der Funkeinheit 12 an die externe Kommunikationseinheit übertragen.In active state 9B will then step in 24 First, by measuring the clamping force controls whether the measuring device 1 actually in the tool clamping device 2 is curious. If an adjustable threshold value of the clamping force is exceeded, the force measurement is repeated several times for statistical verification and the measured value finally in the non-volatile memory 15 stored and via the transmitting unit 12A the radio unit 12 transmitted to the external communication unit.
Nach der Übertragung und Speicherung des Messwerts geht die Messvorrichtung 1 automatisch wieder in den Bereitschaftszustand 9A mit minimalem Stromverbrauch über. Der Mikrocontroller 14 unterbricht hierzu in den Schritten 25 und 22 mittels der Stromsteuereinheit 18 die Stromversorgung der nicht mehr benötigten Komponenten und nimmt selbst seinen internen Bereitschaftszustand ein. Dieser Übergang der Messvorrichtung 1 in den Bereitschaftszustand 9A erfolgt auch dann, wenn die erste, zur Kontrolle des Spannzustandes dienende Kraftmessung negativ verläuft, also die Messvorrichtung als nicht gespannt erkannt wurde. Nun wiederholt sich der Schritt 19, d. h. das Warten auf den Ablauf der vorbestimmten Wartezeit. Das Verlassen des automatischen Betriebsmodus 9 per Tastendruck ist in 4 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.After transmission and storage of the measured value, the measuring device goes 1 automatically returns to the standby state 9A with minimal power consumption over. The microcontroller 14 interrupts this in the steps 25 and 22 by means of the power control unit 18 the power supply of the no longer needed components and even assumes its internal standby state. This transition of the measuring device 1 in the standby state 9A occurs even if the first, serving to control the clamping state force measurement is negative, so the measuring device was detected as not tense. Now the step is repeated 19 ie waiting for the expiry of the predetermined waiting time. Leaving the automatic operating mode 9 pressing a button is in 4 for the sake of clarity not shown.
Es leuchtet ein, dass durch diese Gestaltung des automatischen Betriebsmodus 9 eine erhebliche Energieersparnis und damit eine entsprechende Verlängerung der Standzeit der Energiequelle 17 zwischen zwei Ladevorgängen nur dann erzielbar ist, wenn der gemeinsame Stromverbrauch der Zeitmesseinheit 16, des Mikrocontrollers 14 in dessen internem Bereitschaftszustand wesentlich geringer ist als der kombinierte Verbrauch aller elektronischen Komponenten 6, 11 bis 16 und 18 der Messvorrichtung 1 im normalen Betriebszustand. Diese Bedingung ist mit heute verfügbaren Mikrocontrollern 14 und Zeitmesseinheiten 16 ohne weiteres erfüllbar. Hierbei ist zu bedenken, dass eine Kraftsensoreinheit 11 mit Dehnungsmessstreifen und eine Funkeinheit 12, insbesondere eine bidirektionale mit in Betrieb befindlichem Empfangsteil, einen vergleichsweise hohen Stromverbrauch haben.It is clear that this design of the automatic operating mode 9 a considerable energy saving and thus a corresponding extension of the service life of the energy source 17 between two charging operations can only be achieved if the common power consumption of the time measuring unit 16 , the microcontroller 14 in its internal standby state is much lower than the combined consumption of all electronic components 6 . 11 to 16 and 18 the measuring device 1 in normal operating condition. This condition is with microcontrollers available today 14 and time measurement units 16 easily fulfilled. It should be remembered that a force sensor unit 11 with strain gauges and a radio unit 12 , In particular, a bidirectional receiving part in operation, have a comparatively high power consumption.
Ferner muss die Dauer des Schrittes 21, d. h. der Feststellung des Vorhandenseins des externen Anforderungssignals durch die aktivierte Empfangseinheit 12B wesentlich geringer sein als die Periodendauer der durch die Schritte 19 bis 22 gebildeten Schleife, welche im wesentlichen durch die Wartezeit in Schritt 19 bestimmt wird. Wie lange diese Wartezeit in Schritt 19 bemessen werden kann, hängt davon ab, welche Wartezeit zwischen dem Auftreten eines Bedarfs nach Durchführung einer Spannkraftmessung und der Aktivierung der gesamten Messvorrichtung 1 toleriert werden kann. Im Interesse einer Minimierung des Stromverbrauchs ist eine möglichst schnelle Erkennung des externen Anforderungssignals durch die Empfangseinheit 12B in Schritt 21 erwünscht. Es könnte aber für diese Erkennung auch ein Zeitintervall vorgesehen werden, welches länger als die benötigte Mindestzeit ist.Further, the duration of the step 21 That is, the determination of the presence of the external request signal by the activated receiving unit 12B be significantly less than the period of the through the steps 19 to 22 formed loop, which essentially by the waiting time in step 19 is determined. How long this wait in step 19 depends on which waiting time between the occurrence of a need to perform a clamping force measurement and the activation of the entire measuring device 1 can be tolerated. In the interest of minimizing the power consumption is the fastest possible detection of the external request signal by the receiving unit 12B in step 21 he wishes. However, it could also be provided for this detection, a time interval which is longer than the required minimum time.
Der Messwert der Spannkraft kann bei Bedarf zusätzlich zur drahtlosen Übertragung an eine externe Kommunikationseinheit an der internen Anzeigeeinheit 6 angezeigt werden. Falls sich dies jedoch erübrigt, was bei einer drahtlosen Übertragung der Regelfall sein dürfte, so kann die Messvorrichtung 1 so konfiguriert werden, dass die Stromversorgung der Anzeigeeinheit 6 bereits beim Übergang vom manuellen Betriebsmodus 8 zum automatischen Betriebsmodus 9 abgeschaltet wird und in letzterem auch im aktiven Zustand 9B abschaltet bleibt, was zu einer weiteren Reduktion des Stromverbrauchs führt.If necessary, the measured value of the clamping force may be in addition to the wireless transmission to an external communication unit on the internal display unit 6 are displayed. However, if this is not necessary, which should be the rule for a wireless transmission, the measuring device 1 be configured to power the display unit 6 already at the transition from the manual operating mode 8th to the automatic operating mode 9 is switched off and in the latter also in the active state 9B shuts off, which leads to a further reduction in power consumption.
Es ist möglich, dass eine oder mehrere der nicht ständig benötigten Komponenten über einen Eingang verfügen, an dem sie unmittelbar durch ein Signal des Mikrocontrollers 14 abgeschaltet oder in einen Standby-Zustand mit minimalem Stromverbrauch versetzt werden können, so dass für solche Komponenten keine Stromsteuereinheit 18 benötigt wird. Falls nicht ständig benötigte Komponenten in einen Standby-Zustand mit minimalem Stromverbrauch versetzbar sind, so ist dieser Standby-Zustand deren deaktivierter Zustand. Eine Deaktivierung im Sinne der vorliegenden Erfindung muss also nicht unbedingt eine völlige Abschaltung bedeuten, sondern es genügt eine wesentliche Reduzierung der Leistungsaufnahme.It is possible that one or more of the non-permanently required components may have an input to which they are directly connected by a signal from the microcontroller 14 can be switched off or put into a standby state with minimal power consumption, so that no current control unit for such components 18 is needed. If components that are not always required can be placed in a standby state with minimal power consumption, then this standby state is their deactivated state. A deactivation in the sense of the present invention does not necessarily mean a complete shutdown, but it is sufficient to substantially reduce the power consumption.
Die in 3 dargestellte Systempartitionierung hat in erster Linie funktionale Bedeutung. Diese Aufteilung der Funktionen des Gesamtsystems in verschiedene Einheiten kann sich zwar in der Zuordnung der Funktionen zu einzelnen physischen Baueinheiten widerspiegeln, muss es aber nicht. Beispielsweise können der Mikrocontroller 14 und der nichtflüchtige Speicher 15 und/oder die Zeitmesseinheit 16 zu einer einzigen integralen Baueinheit zusammengefasst sein, oder es können Signalverarbeitungsfunktionen der Kraftsensoreinheit 11, wie die Analog-/Digital-Wandlung und die Verarbeitung des digitalisierten Sensorsignals, mit dem Mikrocontroller 14 zu einer einzigen integralen Baueinheit zusammengefasst sein. Die Systempartitionierung auf der Ebene physischer Baueinheiten ist eine Frage der Optimierung unter Nutzung verfügbarer Bausteine und liegt im fachmännischen Ermessen.In the 3 System partitioning is primarily functional. Although this division of the functions of the overall system into different units can be reflected in the assignment of the functions to individual physical units, it does not have to. For example, the microcontroller 14 and the non-volatile memory 15 and / or the time measuring unit 16 be combined into a single integral unit, or it may be signal processing functions of the force sensor unit 11 such as analog-to-digital conversion and processing of the digitized sensor signal, with the microcontroller 14 be combined into a single integral unit. System partitioning at the physical device level is a matter of optimization using available devices and is at the discretion of the user.
