DE102018102098B4

DE102018102098B4 - Diskrete Sensoreinrichtung

Info

Publication number: DE102018102098B4
Application number: DE102018102098.8A
Authority: DE
Inventors: Wang-Chih Chen; Yih-Chyun HWANG; Szu-Wei Yu; Min-Hsiu Wu; Yi-Jun Feng
Original assignee: Hiwin Technologies Corp
Current assignee: Hiwin Technologies Corp
Priority date: 2018-01-11
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2023-03-02
Anticipated expiration: 2038-02-01
Also published as: US20190212185A1; DE102018102098A1; US10533902B2; JP6526271B1; JP2019139546A; KR20190088738A; KR102043108B1

Abstract

Eine diskrete Sensoreinrichtung (100, 200), umfassend:eine Sensoreinheit (10,50), die mit einem Sensorgehäuse (11,51) und einem Sensor (12) versehen ist, wobei der Sensor (12) im Sensorgehäuse (11,51) angeordnet ist;eine Prozessoreinheit (20,60), die mit einem Prozessorgehäuse (21) und einem Prozessor (22) versehen ist, wobei der Prozessor (22) im Prozessorgehäuse (21) angeordnet ist;eine Verbindungseinheit (30,70), die zwischen dem Sensor (12) der Sensoreinheit (10,50) und dem Prozessor (22) der Prozessoreinheit (20,60) angeordnet und elektrisch gekoppelt ist; undeine Übertragungseinheit (40,80), die zwischen dem Prozessor (22) der Prozessoreinheit (20,60) und einer externen Vorrichtung (99) angeordnet undelektrisch gekoppelt ist, wobei das Sensorgehäuse (11, 51) mit einer Aufnahmevorrichtung (111, 511) undeinem Deckel (112) ausgebildet ist, wobei der Sensor (12) in der Aufnahmevorrichtung (111, 511) angeordnet ist und der Deckel (112) an einem Ende dieser Aufnahmevorrichtung (111, 511) angeordnet ist, wobei die Aufnahmevorrichtung (111, 511) mit einem Aufnahmeraum (113, 513) und mit einem sich von einem Ende dieses Aufnahmeraums (113, 513) nach außen erstreckend angeordneten hervorragenden Vorsprung (114, 514) vorgesehen ist, wobei der Sensor (12) im hervorragenden Vorsprung (114, 514) angeordnet ist, wobei die Aufnahmevorrichtung (111, 511) mit einem beweglichen Teil (91) eines linear beweglichen Antriebselements (90) verbunden ist, wobei eine Einsatzöffnung (911) an einer axialen Oberfläche dieses beweglichen Teils (91) ausgebildet ist, und wobei der hervorragende Vorsprung (114, 514) in diese Einsatzöffnung (911) einsetzbar ist, undwobei der Sensor (12) mit einer Messleiterplatte (121) und einem Messchip (122) vorgesehen ist, wobei die Messleiterplatte (121) im Sensorgehäuse (11, 51) angeordnet ist und der Messchip (122) auf der Messleiterplatte (121) ausgebildet ist, der Prozessor (22) eine Prozessorleiterplatte (221) und einen Prozessorchip (222) aufweist, die Prozessorleiterplatte (221) sich im Prozessorgehäuse (21) befindet und der Prozessorchip (222) auf der Prozessorleiterplatte (221) angeordnet ist, undwobei der Prozessorchip (222) zum Berechnen von Messwerten dient,wobei die externe Vorrichtung (99) ein Computer ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung, insbesonderere eine diskrete Sensoreinrichtung.
Bekanntlich wird eine Sensoreinrichtung an einem linear beweglichen Antriebselement angeordnet, um dessen Temperaturen, Schwingungen, Drehmomente usw. Messwerte zu fühlen.
Jedoch wird eine Sensoreinrichtung normalerweise auf einem beweglichen Teil (zum Beispiel auf einem Gleitstück einer Führungsschiene bzw. auf einer Spindelmutter eines linear beweglichen Antriebselements) zugeordnet, das im Wesentlichen aus einem Gehäuse, einer Leiterplatte, einem Messchip und einem Prozessorchip besteht. Das Gehäuse ist an einem beweglichen Teil eines linear beweglichen Antriebselements angeordnet. Die Leiterplatte befindet sich im Gehäuse. Der Messchip und der Prozessorchip sind auf der Leiterplatte angeordnet und elektrisch gekoppelt. Auf diese Weise können die durch den Messchip erfasste Signale in den Prozessorchip für den Berechnungszweck übermittelt werden, wobei die durch den Prozessorchip berechneten Messwerte schliesslich auf eine Endeinrichtung (zum Beispiel auf einem Computer) übermittelt werden, damit der Maschinenbediener die Temperaturen, Schwingungen, Drehmomente usw. Messwerte beim Betrieb eines beweglichen Teils gleichzeitig beobachten kann. Da die Wärme und Schwingungen während des Berechnungsvorgangs des Prozessorchips erzeugbar sind, wird der auf der gleichen Stellung einer Leiterplatte angeordnete Messchip erheblich beeinflusst, was eine Abweichung zu der Messgenauigkeit verursacht werden kann.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine diskrete Sensoreinrichtung derart zu verbessern, dass die vorgenannten Nachteile, wie sie beim bezogenen Stand der Technk auftreten, vermieden sind.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung im Detail beschreiben. In der Zeichnung zeigt:

1 eine perspektivische Explosionsansicht des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer diskreten Sensoreinrichtung der vorliegenden Erfindung;
2 eine perspektivische Aufbauansicht des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer diskreten Sensoreinrichtung der vorliegenden Erfindung nach 1;
3 eine schematische Ansicht, die der Aufbau des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer diskreten Sensoreinrichtung der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 eine perspektivische Explosionsansicht des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer diskreten Sensoreinrichtung der vorliegenden Erfindung; und
5 eine perspektivische Aufbauansicht des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer diskreten Sensoreinrichtung der vorliegenden Erfindung nach 4.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie aus 1 bis 3 ersichtlich, weist eine diskrete Sensoreinrichtung 100 im Wesentlichen eine Sensoreinheit 10, eine Prozessoreinheit 20, eine Verbindungseinheit 30 und eine Übertragungseinheit 40 auf.
Die Sensoreinheit 10 umfasst ein Sensorgehäuse 11 und einen Sensor 12. Das Sensorgehäuse 11 ist mit einer Aufnahmevorrichtung 111 und einem Deckel 112 ausgebildet. Die Aufnahmevorrichtung 111 ist mit einem Aufnahmeraum 113 und einem sich von einem Ende dieses Aufnahmeraums 113 nach aussen erstreckend angeordneten hervorragenden Vorsprung 114 vorgesehen, wobei die Aufnahmevorrichtung 111 mit einem beweglichen Teil 91 eines linear beweglichen Antriebselements 90 verbunden ist. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das linear bewegliche Antriebselement 90 ein Kugelumlaufsspindel, wobei das bewegliches Teil 91 eine Spindelmutter ist, wobei eine Einsatzöffnung 911 an der axialen Oberfläche dieses beweglichen Teils 91 ausgebildet ist, und wobei der hervorragende Vorsprung 114 in diese Einsatzöffnung 911 einsetzbar ist. Ausserdem ist der Deckel 112 am anderen Ende der Aufnahmevorrichtung 111 angeordnet. Der Sensor 12 ist mit einer Messleiterplatte 121 und einem Messchip 122 vorgesehen, wobei die Messleiterplatte 121 im Sensorgehäuse 11 angeordnet ist und der Messchip 122 auf der Messleiterplatte 121 ausgebildet ist, wobei der Messchip 122 dafür dient, die Temperatur zu fühlen, und wobei der Messchip 122 im hervorragenden Vorsprung 114 angebracht ist.
Die Prozessoreinheit 20 ist mit einem Prozessorgehäuse 21, einem Prozessor 22 und einem Stromversorgungsmodul 23 versehen. Das Prozessorgehäuse 21 besteht im Wesentlichen aus zwei paarweise gegenüberliegend verbundenen Aussengehäusen 211. Der Prozessor 22 weist eine Prozessorleiterplatte 221 und einen Prozessorchip 222 auf, wobei die Prozessorleiterplatte 221 sich im Prozessorgehäuse 21 befindet und der Prozessorchip 222 auf der Prozessorleiterplatte 221 angeordnet ist, wobei der Prozessorchip 222 zum Berechnen von Messwerten dient. Das Stromversorgungsmodul 23 ist auf der Prozessorleiterplatte 221 zum Regulieren von Spannung angeordnet. Die Verbindungseinheit 30 ist ein Kabeldraht, der zwischen der Messleiterplatte 121 der Sensoreinheit 10 und der Prozessorleiterplatte 221 der Prozessoreinheit 20 angeordnet und elektrisch gekoppelt ist, damit die durch den Messchip 122 erfassten Signale durch die Verbindungseinheit 30 in den Prozessorchip 222 für den Berechnungszweck übermittelbar sind, wobei der Strom mittels der Verbindungseinheit 30 über das Stromversorgungsmodul 23 in den Messchip 122 versorgbar ist.
Die Übertragungseinheit 40 ist ein Kabeldraht, der zwischen der Prozessorleiterplatte 221 der Prozessoreinheit 20 und einer externen Vorrichtung 99 angeordnet und elektrisch gekoppelt ist, um die Signale zu übermitteln und den Strom zu versorgen, wobei die externe Vorrichtung 99 ein Computer ist.
Bei Betätigung der diskreten Sensoreinrichtung 100 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Strom zunächst durch die Übertragungseinheit 40 an das Stromversorgungsmodul 23 der Prozessoreinheit 20 geleitet. Anschliessend wird die Spannung durch das Stromversorgungsmodul 23 reguliert. Danach wird der Strom durch die Verbindungseinheit 30 an den Messchip 122 der Sensoreinheit 10 geleitet, damit der Messchip 122 die Temperatur eines beweglichen Teil 911 fühlen kann, wobei das erfasste Temperatursignal mittels der Verbindungseinheit 30 an den Prozessorchip 222 der Prozessoreinheit 20 für den Berechnungszweck übermittelt wird. Schliesslich werden die durch den Prozessorchip 222 berechneten Messwerte durch die Übertragungseinheit 40 an eine externe Vorrichtung 99 übermittelt, damit der Maschinenbediener die Temperaturwerte eines beweglichen Teils 91 beim Betrieb der Maschine gleichzeitig beobachten kann, um einen einwandfreien Betrieb der Maschine zu gewährleisten.
Wie sich an der vorstehenden Beschreibung ergibt, gestattet die vorteilhafte Trennung von unterschiedlichen Leiterplatten und unterschiedlichen Gehäusen zwischen dem Prozessorchip 222, dem Stromversorgungsmodul 23 und dem Messchip 122, damit der Einfluss der durch den Prozessorchip 222 und durch das Stromversorgungsmodul 23 erzeugten Wärme und Schwingungen an den Messchip 122 verhindert wird, um die Messgenauigkeit des Messchips 122 zu gewährleisten. Gemäss einem Experiment der vorliegenden Erfindung beträgt der bevorzugte Abstand zwischen der Sensoreinheit 10 und der Prozessoreinheit 20 von 1 cm bis 200 cm.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Messchip 122 verwendet, um die Temperatur zu fühlen. Jedoch kann der Messchip 122 auch verwendet werden, um die Schwingungen, Drehmomente und sonstige Kennwerte zu erfassen.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel, obwohl die Verbindungseinheit 30 ein Kabeldraht ist, kann die Verbindungseinheit 30 in der Praxis auch eine Kombination von zwei Funksendern sein, wobei ein Funksender davon auf der Messleiterplatte 121 der Sensoreinheit 10 anordbar ist und ein anderer Funksender davon auf der Prozessorleiterplatte 221 der Prozessoreinheit 20 anbringbar ist, damit die Signale und der Strom zwischen diesen beiden Funksendern übermittelbar sind.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel, obwohl die Übertragungseinheit 40 ein Kabeldraht ist, kann Übertragungseinheit 40 in der Praxis auch eine Kombination von zwei Funksendern sein, wobei ein Funksender davon auf der Prozessorleiterplatte 221 der Prozessoreinheit 20 anordbar ist und ein anderer Funksender davon auf einer externen Vorrichtung 99 anbringbar ist, damit die Signale und der der Strom zwischen diesen beiden Funksendern übermittelbar sind.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel, obwohl das linear bewegliche Antriebselement ein Kugelumlaufsspindel ist und das bewegliche Teil eine Spindelmutter ist, kann das linear bewegliche Antriebselement auch eine lineare Führungsschiene sein, wobei das bewegliche Teil auch ein Gleitstück sein kann.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie aus 4 bis 5 ersichtlich, weist eine diskrete Sensoreinrichtung 200 wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform im Wesentlichen eine Sensoreinheit 50, eine Prozessoreinheit 60, eine Verbindungseinheit 70 und eine Übertragungseinheit 80 auf. Der Unterschied zwischen der vorliegenden Ausführungsform 1 und der Ausführugnsform 2 besteht darin, dass gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Aufnahmevorrichtung 511 des Sensorgehäuses 51 der Sensoreinheit 50 mit der radialen Oberfläche eines beweglichen Teils 91 verbunden ist, wobei eine Einsatzöffnung 911 sich an der radialen Oberfläche befindet, damit der hervorragende Vorsprung 514 der Aufnahmevorrichtung 511 darin einsetzbar ist, wobei der hervorragender Vorsprung 514 und der Aufnahmeraum 513 der Aufnahmevorrichtung 511 als diskrete Bauelemente ausgeführt sind.
In dem hier dargestellten zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel, obwohl das Sensorgehäuse 51 und das bewegliche Teil 91 jeweils an unterschiedlichen Stellungen im Vergleich zum ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel angeordnet wird, sind sie jedoch für den gleichen Anwendungszweck anwendbar.
Es wurden hier zwar lediglich ausgewählte bevorzugte Ausführungsformen verwendet, um diese Erfindung zu erläutern, jedoch geht für Fachleute aus dieser Beschreibung klar hervor, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen an diesen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung, der in den anliegenden Schutzansprüchen definiert ist. Ausserdem dient die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung lediglich zu Darstellungszwecken und nicht dem Zweck einer Einschränkung der Erfindung, die durch die anliegenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.
Bezugszeichenliste
(Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung)

100: eine diskrete Sensoreinrichtung
10: Sensoreinheit
11: Sensorgehäuse
111: Aufnahmevorrichtung
112: Deckel
113: Aufnahmeraum
114: hervorragender Vorsprung
12: Sensor
121: Messleiterplatte
122: Messchip
20: Prozessoreinheit
21: Prozessorgehäuse
211: Aussengehäuse
22: Prozessor
221: Prozessorleiterplatte
222: Prozessorchip
23: Stromversorgungsmodul
30: Verbindungseinheit
40: Übertragungseinheit
90: ein linear bewegliches Antriebselement
91: ein bewegliches Teil
911: Einsatzöffnung
99: externe Vorrichtung

(Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung)

200: eine diskrete Sensoreinrichtung
50: Sensoreinheit
51: Sensorgehäuse
511: Aufnahmevorrichtung
513: Aufnahmeraum
514: hervorragender Vorsprung
60: Prozessoreinheit
70: Verbindungseinheit
80: Übertragungseinheit
91: ein bewegliches Teil
911: Einsatzöffnung

Claims

Eine diskrete Sensoreinrichtung (100, 200), umfassend: eine Sensoreinheit (10,50), die mit einem Sensorgehäuse (11,51) und einem Sensor (12) versehen ist, wobei der Sensor (12) im Sensorgehäuse (11,51) angeordnet ist; eine Prozessoreinheit (20,60), die mit einem Prozessorgehäuse (21) und einem Prozessor (22) versehen ist, wobei der Prozessor (22) im Prozessorgehäuse (21) angeordnet ist; eine Verbindungseinheit (30,70), die zwischen dem Sensor (12) der Sensoreinheit (10,50) und dem Prozessor (22) der Prozessoreinheit (20,60) angeordnet und elektrisch gekoppelt ist; und eine Übertragungseinheit (40,80), die zwischen dem Prozessor (22) der Prozessoreinheit (20,60) und einer externen Vorrichtung (99) angeordnet und elektrisch gekoppelt ist, wobei das Sensorgehäuse (11, 51) mit einer Aufnahmevorrichtung (111, 511) und einem Deckel (112) ausgebildet ist, wobei der Sensor (12) in der Aufnahmevorrichtung (111, 511) angeordnet ist und der Deckel (112) an einem Ende dieser Aufnahmevorrichtung (111, 511) angeordnet ist, wobei die Aufnahmevorrichtung (111, 511) mit einem Aufnahmeraum (113, 513) und mit einem sich von einem Ende dieses Aufnahmeraums (113, 513) nach außen erstreckend angeordneten hervorragenden Vorsprung (114, 514) vorgesehen ist, wobei der Sensor (12) im hervorragenden Vorsprung (114, 514) angeordnet ist, wobei die Aufnahmevorrichtung (111, 511) mit einem beweglichen Teil (91) eines linear beweglichen Antriebselements (90) verbunden ist, wobei eine Einsatzöffnung (911) an einer axialen Oberfläche dieses beweglichen Teils (91) ausgebildet ist, und wobei der hervorragende Vorsprung (114, 514) in diese Einsatzöffnung (911) einsetzbar ist, und wobei der Sensor (12) mit einer Messleiterplatte (121) und einem Messchip (122) vorgesehen ist, wobei die Messleiterplatte (121) im Sensorgehäuse (11, 51) angeordnet ist und der Messchip (122) auf der Messleiterplatte (121) ausgebildet ist, der Prozessor (22) eine Prozessorleiterplatte (221) und einen Prozessorchip (222) aufweist, die Prozessorleiterplatte (221) sich im Prozessorgehäuse (21) befindet und der Prozessorchip (222) auf der Prozessorleiterplatte (221) angeordnet ist, und wobei der Prozessorchip (222) zum Berechnen von Messwerten dient, wobei die externe Vorrichtung (99) ein Computer ist.
Diskrete Sensoreinrichtung (100, 200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorgehäuse (11, 51) der Sensoreinheit (10, 50) mit der axialen Oberfläche des beweglichen Teils (91) verbunden ist.
Diskrete Sensoreinrichtung (100, 200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorgehäuse (11, 51) der Sensoreinheit (10, 50) mit einer radial äußeren Oberfläche des beweglichen Teils (91) verbunden ist.
Diskrete Sensoreinrichtung (100, 200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messchip (122) zur Erfassung von Temperaturen, Schwingungen bzw. Drehmomenten dient.
Diskrete Sensoreinrichtung (100, 200) nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinheit (20, 60) zusätzlich ein Stromversorgungsmodul (23) aufweist, welches auf der Prozessorleiterplatte (221) zum Regulieren von Spannung angeordnet ist.
Diskrete Sensoreinrichtung (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinheit (30, 70) und die Übertragungseinheit (40, 80) jeweils als Kabeldraht zur Stromversorgung und zum Übermitteln von Signalen ausgebildet ist.
Diskrete Sensoreinrichtung (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Sensoreinheit (10, 50) und der Prozessoreinheit (20, 60) von 1 cm bis 200 cm beträgt.
Diskrete Sensoreinrichtung (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinheit (30, 70) eine Kombination von zwei Funksendern ist, wobei ein Funksender davon auf dem Sensor (12) der Sensoreinheit (10, 50) angeordnet ist und ein anderer Funksender davon auf dem Prozessor (22) der Prozessoreinheit (20, 60) angeordnet ist, und dass die Übertragungseinheit (40, 80) eine Kombination von zwei Funksendern ist, wobei ein Funksender davon auf dem Prozessor (22) der Prozessoreinheit (20, 60) angeordnet ist und ein anderer Funksender davon auf einer externe Vorrichtung (99) angeordnet ist.