DE102018131294A1

DE102018131294A1 - Sensorsystem

Info

Publication number: DE102018131294A1
Application number: DE102018131294.6A
Authority: DE
Inventors: Keiji Watanabe; Hiroaki Hasegawa; Hisanori Matsumoto; Daisuke Ryuzaki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2018-04-09
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2019-10-10
Also published as: US11181441B2; JP6918738B2; JP2019184404A; US20190310161A1

Abstract

Es ist ein Sensorsystem vorgesehen, das Vibrationen eines sich drehenden Teils selbst dann, wenn ein Sensor zusätzlich angebracht ist, mit hoher Genauigkeit erfasst.
Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem 100, das eine in einem sich drehenden Teil einer Schneidbearbeitungsmaschine angeordnete Platine 50, mehrere an der Platine 50 angebrachte Beschleunigungssensoren 55 und eine Signalverarbeitungseinheit (Rechenverarbeitungseinheit) 65 aufweist. Die Signalverarbeitungseinheit 65 erfasst die Translationsbeschleunigung in Zusammenhang mit der Bewegung des sich drehenden Teils und die Zentrifugalbeschleunigung in Zusammenhang mit der Drehung des sich drehenden Teils auf der Grundlage von den jeweiligen Beschleunigungssensoren 55 erfasster Beschleunigungsdaten.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorsystem.
Technischer Hintergrund
Weil in Fabriken zahlreiche Bearbeitungsvorrichtungen arbeiten, wurden Zustandsüberwachungstechnologien zur Überwachung der Zustände der Bearbeitungsvorrichtungen während der Ausführung von Arbeitsvorgängen verbessert.
Wenn sich eine Bearbeitungsvorrichtung beispielsweise thermisch ausdehnt, treten Abweichungen des Bearbeitungsausmaßes in Zusammenhang mit einem thermischen Versatz auf, so dass die Bearbeitungsgenauigkeit in manchen Fällen verschlechtert wird. Zur Unterdrückung der Verschlechterung der Bearbeitungsgenauigkeit durch eine solche thermische Ausdehnung ist es wirksam, die Temperaturänderung einer Bearbeitungsvorrichtung unter Verwendung eines Temperatursensors zu erfassen und in Echtzeit eine Rückkopplung für den Einfluss der erfassten Temperaturänderung auf eine Bearbeitungsvorschrift zu bewirken.
Zusätzlich gibt es beispielsweise bei einer Bearbeitungsvorrichtung, die einen sich drehenden Teil aufweist, Fälle, in denen in Zusammenhang mit einer Drehung Vibrationen im sich drehenden Teil auftreten. Diese Vibrationen sind ein die Bearbeitungsgenauigkeit verschlechternder Faktor. Zur Unterdrückung der Verschlechterung der Bearbeitungsgenauigkeit durch Vibrationen ist es wirksam, die Vibrationen eines sich drehenden Teils zu erfassen und in Echtzeit eine Rückkopplung für den Einfluss der erfassten Vibrationen auf eine Bearbeitungsvorschrift vorzunehmen. Auf diese Weise haben verschiedene Faktoren Einflüsse auf die Bearbeitungsgenauigkeit einer Bearbeitungsvorrichtung.
Deshalb sind in den letzten Jahren Bearbeitungsvorrichtungen verfügbar geworden, die verschiedene Sensoren aufweisen, welche die Bearbeitungsgenauigkeiten beeinflussende Informationen (Temperatur, Vibrationen und dergleichen) erfassen, und werden die Zustände der Bearbeitungsvorrichtungen unter Verwendung der Sensoren überwacht, wenn die Bearbeitungsvorrichtungen arbeiten.
Beispielsweise wurde in der folgenden PTL 1 eine Bearbeitungsvorrichtung offenbart, in der sich ein Vibrationen eines sich drehenden Teils erfassender Sensor befindet. In der in PTL 1 offenbarten Bearbeitungsvorrichtung befindet sich ein so genannter Drehencoder und werden Vibrationen eines sich drehenden Objekts durch den Drehencoder erfasst. Insbesondere sind ein Sensor und eine Messschaltung in einem sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden Objekt angebracht und wird die Verziehung des sich drehenden Objekts als Messdaten erfasst. Die Messdaten werden in Form digitaler Daten zu einer externen Messvorrichtung gesendet. Dann werden breitbandige Daten eines gemessenen Phänomens in Zusammenhang mit der Drehung, wobei das Übertragungsband größer oder gleich einige 10 MHz beträgt, mit hoher Auflösung und Geschwindigkeit unter Verwendung eines nicht durch die schnelle Drehung beeinflussten Übertragungsverfahrens zu einer externen sich nicht drehenden Messvorrichtung gesendet.
Zitatliste
Patentliteratur
PTL 1: JP-A-2010-61487
Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
In PTL 1 ist eine Welle eines Drehencoders mit einer Drehwelle verbunden und wird anfänglich eine Funktion zum Erfassen von Vibrationen aufgenommen. Andererseits muss zur Überwachung von Vibrationen in einer Bearbeitungsvorrichtung, in der sich kein Sensor befindet, zusätzlich ein Sensor angebracht werden.
Zusätzlich ist es zur genauen Erfassung der Vibrationen eines sich drehenden Teils bevorzugt, einen Beschleunigungssensor im sich drehenden Teil anzuordnen. Falls zusätzlich ein Sensor angeordnet wird, lassen sich infolge des Einflusses der Zentrifugalkraft jedoch nur schwer genaue Daten erhalten. Zusätzlich müssen in einem Drehkoordinatensystem erfasste Daten in ein stationäres Koordinatensystem umgewandelt werden. Wenn die Drehrichtung des sich drehenden Teils beim Erhalten der Daten nicht genau erfasst werden kann, können jedoch keine genauen Beschleunigungsdaten im stationären Koordinatensystem erhalten werden.
11 ist ein Diagramm, das den Einfluss der Zentrifugalkraft in einem Drehkoordinatensystem zeigt. Eine Platine 250, an der ein Beschleunigungssensor 255 angebracht ist, ist durch einen Drehhalter mit einem Drehbasisteil einer Schneidbearbeitungsmaschine verbunden. Während des Betriebs der Schneidbearbeitungsmaschine drehen sich die Platine 250 und der Beschleunigungssensor 255 zusammen mit dem Drehhalter. Dabei sind in den vom Beschleunigungssensor erfassten Beschleunigungsdaten eine Translationsbeschleunigung a_tr und eine Zentrifugalbeschleunigung a_rot in Zusammenhang mit Vibrationen enthalten.
Die Beschleunigungsdaten (a (X_R ) , a (Y_R ) , a(Z_R )) in einem Drehkoordinatensystem (X_R , Y_R , Z_R ) werden unter Verwendung der folgenden numerischen Gleichungen in eine Translationsbeschleunigung (a_tr (X_S ) , a_tr (Y_S ) , a_tr (Z_S ) ) in einem stationären Koordinatensystem (X_S , Y_S , Z_S ) umgewandelt. Hierbei ist θ der Winkel zwischen dem Drehkoordinatensystem und dem stationären Koordinatensystem bei der Erfassung der Daten, mit anderen Worten die Drehrichtung des sich drehenden Teils.
$a_{tr} (X_{S}) = a (X_{R}) cos θ + [a (Y_{R}) - a_{rot}] sin θ$
$a_{tr} (Y_{S}) = - a (X_{R}) sin θ + [a (Y_{R}) - a_{rot}] sin θ$
$a_{tr} (Z_{S}) = a (Z_{R})$
Wie in den numerischen Gleichungen (1) und (2) repräsentiert ist, sind die Zentrifugalbeschleunigung a_rot und der Winkel θ in in das stationäre Koordinatensystem umgewandelten Translationsbeschleunigungen a_tr (X_S ) und a_tr (Y_S ) enthalten. Auf diese Weise sind in einer Translationsbeschleunigung eines stationären Koordinatensystems mehrere unbekannte Zahlen vorhanden, so dass die Genauigkeit ihrer Erfassung die Genauigkeit der Erfassung der Translationsbeschleunigung in einem stationären Koordinatensystem beeinflusst.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Sensorsystem bereitzustellen, wodurch Vibrationen eines sich drehenden Teils selbst bei zusätzlicher Anbringung eines Sensors mit hoher Genauigkeit erfasst werden können.
Lösung des Problems
Nachstehend wird ein vereinfachender repräsentativer Überblick der in dieser Anmeldung offenbarten Erfindung gegeben.
Ein Sensorsystem gemäß einer repräsentativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine in einem sich drehenden Teil einer Schneidbearbeitungsmaschine angeordnete Platine, mehrere an der Platine angebrachte Beschleunigungssensoren und eine Rechenverarbeitungseinheit auf. Die Rechenverarbeitungseinheit berechnet die Translationsbeschleunigung in Zusammenhang mit der Bewegung des sich drehenden Teils und die Zentrifugalbeschleunigung in Zusammenhang mit der Drehung des sich drehenden Teils auf der Grundlage durch die jeweiligen Beschleunigungssensoren erfasster Beschleunigungsdaten.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Eine durch einen Repräsentanten der in dieser Anmeldung offenbarten Erfindung erhaltene Wirkung wird nachstehend vereinfacht beschrieben.
Mit anderen Worten können gemäß einer repräsentativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Vibrationen eines sich drehenden Teils selbst dann, wenn Sensoren zusätzlich angebracht werden, mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine Seitenansicht einer Schneidbearbeitungsmaschine, worin sich ein Sensorsystem gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung befindet,
2 ein Blockdiagramm eines Beispiels der Konfiguration des Sensorsystems gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung,
3 ein Diagramm eines Beispiels der Anordnung von Sensoren auf einer Platine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung,
4 ein Diagramm eines Beispiels der Anordnung von Sensoren gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung,
5 ein Diagramm eines Beispiels der Konfiguration einer Winkelerfassungseinheit gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung,
6 ein Diagramm eines Beispiels der Konfiguration einer Winkelerfassungseinheit gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung,
7 ein Diagramm eines Beispiels der Konfiguration einer Winkelerfassungseinheit gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung,
8 ein Diagramm eines Beispiels der Konfiguration einer Winkelerfassungseinheit gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung,
9 ein Diagramm eines Beispiels der Konfiguration von Winkelerfassungseinheiten gemäß den Ausführungsformen 7 und 8 der vorliegenden Erfindung,
10 ein Diagramm eines Beispiels von Hauptteilen eines Sensorsystems gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung und
11 ein Diagramm, das den Einfluss der Zentrifugalkraft in einem Drehkoordinatensystem zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung werden zur Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gleiche Bezugszeichen Elementen zugewiesen, welche die gleiche Funktion aufweisen, und es wird auf eine wiederholte Beschreibung davon verzichtet.
(Ausführungsform 1)
Gemäß den Ausführungsformen 1 und 2 werden Verfahren zum Erfassen einer Zentrifugalbeschleunigung mit hoher Genauigkeit beschrieben. Zuerst wird gemäß Ausführungsform 1 ein Fall beschrieben, bei dem ein Beschleunigungssensor mit zwei Detektionsachsen verwendet wird.
<Konfiguration einer Schneidbearbeitungsmaschine>
1 ist eine Seitenansicht einer Schneidbearbeitungsmaschine, worin sich ein Sensorsystem gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung befindet. 1 zeigt eine Ansicht einer Seitenfläche der Schneidbearbeitungsmaschine auf der Seite der -Y-Achse.
Eine Schneidbearbeitungsmaschine 1 weist, wie in 1 dargestellt ist, einen Drehbasisteil 2, einen Schutzteil 3, einen Verbindungsteil 4, einen Drehhalter (Hauptdrehachse) 5, Vermittlungseinheiten 6a und 6b, eine Platine 50 und ein Schneidwerkzeug 7 auf. Unterhalb der Schneidbearbeitungsmaschine 1 ist ein Tisch 10 installiert. Ein Werkstück 11 als Bearbeitungsziel befindet sich auf dem Tisch 10, und die Schneidbearbeitungsmaschine 1 bearbeitet das Werkstück 11 unter Verwendung des Schneidwerkzeugs 7, das sich dreht.
Nachstehend wird die Konfiguration der Schneidbearbeitungsmaschine 1 beschrieben. Der Drehbasisteil 2 dreht den Drehhalter 5 und das Schneidwerkzeug 7 entsprechend seiner Drehung. Der Drehbasisteil 2 hat eine zylindrische Form und erstreckt sich in vertikaler Richtung (Z-Achsenrichtung) . Der Drehbasisteil 2 ist mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Antriebsmotor verbunden. Der Drehbasisteil 2 dreht sich entsprechend der Drehung des Antriebsmotors um eine in vertikaler Richtung verlaufende Mittelachse als Drehachse.
Wie in 1 dargestellt ist, ist am unteren Ende des Drehbasisteils 2 ein Drehhalter-Anbringungsteil 2a ausgebildet, der den Verbindungsteil 4 positioniert, wenn der Drehhalter 5 angebracht wird. Der Drehhalter-Anbringungsteil 2a hat eine sich verjüngende Form, deren Breite sich vom unteren Ende des Drehbasisteils 2 zur Oberseite verringert.
Der Schutzteil 3 wird so angeordnet, dass er den Außenbereich des Drehbasisteils 2 bedeckt und den Drehbasisteil 2 schützt. Zusätzlich können verschiedene Verdrahtungen und dergleichen im Schutzteil 3 angeordnet werden. Der Schutzteil 3 ist selbst während der Drehung des Drehbasisteils 2 angehalten und bildet einen sich nicht drehenden Teil.
Der Verbindungsteil 4 vermittelt zwischen dem Drehbasisteil 2 und dem Drehhalter 5. Ein oberer Abschnitt des Verbindungsteils 4 ist, wie in 1 dargestellt ist, mit einer dem Drehhalter-Anbringungsteil 2a entsprechenden sich verjüngenden Form versehen. Der Verbindungsteil 4 wird positioniert, indem der obere Abschnitt in den Drehhalter-Anbringungsteil 2a eingeführt wird. Demgegenüber hat ein unterer Teil des Verbindungsteils 4 beispielsweise eine zylindrische Form und trägt den Drehhalter 5. Der untere Teil des Verbindungsteils 4 hat einen größeren Durchmesser als der obere Teil. Demgemäß wird der Verbindungsteil 4 in einem Zustand angebracht, in dem das obere Ende des unteren Abschnitts in Kontakt mit dem unteren Ende des Drehbasisteils 2 gebracht wird, während der obere Abschnitt davon in den Drehhalter-Anbringungsteil 2a eingeführt wird.
Der Drehhalter 5 trägt die Platine 50 und das Schneidwerkzeug 7. Der Drehhalter 5 hat beispielsweise eine zylindrische Form und erstreckt sich in vertikaler Richtung. Die Drehachse des Drehhalters 5 stimmt mit dem Drehbasisteil 2 in vertikaler Richtung überein, und der Drehhalter 5 dreht sich um die Drehachse als Zentrum.
Wie in 1 dargestellt ist, sind die Vermittlungseinheit 6a, die Platine 50 und die Vermittlungseinheit 6b sequenziell an einem unteren Ende des Drehhalters 5 angebracht. Die Vermittlungseinheit 6a verbindet die Platine 50 mit dem Drehhalter 5. Die Vermittlungseinheit 6b verbindet das Schneidwerkzeug 7 durch die Platine 50 mit dem Drehhalter 5.
Verschiedene Sensoren in der Art eines Vibrationen des Drehhalters 5 oder des Schneidwerkzeugs 7 erfassenden Beschleunigungssensors und eines Temperatursensors sind an der Platine 50 angebracht. Die Vermittlungseinheiten 6a und 6b und die Platine 50 haben beispielsweise eine Scheibenform. Zusätzlich gleichen die Durchmesser der Vermittlungseinheiten 6a und 6b und der Platine 50 fast dem Durchmesser des Drehhalters. Die Platine 50, an der die Sensoren und dergleichen angebracht sind, bildet einen Teil des Sensorsystems. Einzelheiten der Platine 50 werden später beschrieben.
Das Schneidwerkzeug 7 schneidet das Werkstück 11, während es sich entsprechend der Übertragung der Drehung des Drehbasisteils 2 durch den Drehhalter 5 dreht. Das Schneidwerkzeug 7 ist eine Schneidklinge, die mehrere Klingen oder dergleichen aufweist.
Der Drehbasisteil 2, der Drehhalter 5, die Platine 50, das Schneidwerkzeug 7 und dergleichen, die sich zu einer Betriebszeit drehen, bilden einen Drehteil.
<Konfiguration des Sensorsystems>
Als nächstes wird die Konfiguration des Sensorsystems beschrieben. 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration eines Sensorsystems gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Anordnung von Sensoren auf einer Platine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Wenngleich in 3 Beschleunigungssensoren 55 (55a und 55b) auf der Platine 50 dargestellt sind, können tatsächlich andere später beschriebene Sensoren und verschiedene Schaltungsblöcke angebracht werden.
Ein Sensorsystem 100 weist, wie in 2 dargestellt ist, eine Platine 50 und eine Stromzufuhr-/Kommunikationseinheit 60 auf.
Die Platine 50 weist eine Stromzufuhrschaltung 51, eine Stromempfangsantenne 51a, einen Kondensator 53, einen Beschleunigungssensor 55, eine Signalverarbeitungseinheit 57, eine HF-Schaltung 59 und eine HF-Sendeantenne 59a auf.
Die Platine 50 ist als zusätzlicher Anhang im Drehhalter 5 angebracht, und es ist schwierig, der Platine 50 unter Verwendung von Drähten Strom zuzuführen. Dementsprechend wird gemäß dieser Ausführungsform der Platine 50 elektrischer Strom drahtlos von der Stromzufuhr-/Kommunikationseinheit 60 zugeführt.
Die Stromempfangsantenne 51a empfängt von der Stromzufuhr-/Kommunikationseinheit 60 gesendeten elektrischen Strom und führt den empfangenen elektrischen Strom der Stromzufuhrschaltung 51 zu. Die Stromzufuhrschaltung 51 führt den empfangenen elektrischen Strom dem Kondensator 53 zu, wodurch dieser geladen wird.
Der Kondensator 53 führt den von der Stromzufuhrschaltung 51 zugeführten elektrischen Strom dem Beschleunigungssensor 55, der Signalverarbeitungseinheit 57 und der HF-Schaltung 59 zu. Zusätzlich kann der dem Beschleunigungssensor 55, der Signalverarbeitungseinheit 57 und der HF-Schaltung 59 zugeführte elektrische Strom entweder Wechselstrom oder Gleichstrom sein. Der Beschleunigungssensor 55, die Signalverarbeitungseinheit 57 und die HF-Schaltung 59 können eine Wandlung in Gleichstrom oder Wechselstrom oder eine Spannungs- oder Frequenzmodulation ausführen, wie es erforderlich ist. Zusätzlich kann die Stromzufuhrschaltung 51 eine Wandlung von Gleichstrom oder Wechselstrom oder eine Spannungs- oder Frequenzmodulation ausführen.
Der Beschleunigungssensor 55 erfasst eine Beschleunigung und gibt die erfasste Beschleunigung als Beschleunigungsdaten aus. Mehrere Beschleunigungssensoren 55 sind an der Platine 50 angebracht. Wenngleich in 3 ein Beispiel dargestellt ist, bei dem zwei Beschleunigungssensoren 55a und 55b an der Platine 50 angebracht sind, können auch drei oder mehr Beschleunigungssensoren angebracht werden. Zusätzlich sind andere derartige Komponenten, verschiedene Sensoren in der Art eines Temperatursensors und dergleichen, welche die Zustände der Schneidbearbeitungsmaschine 1 erfassen und in der Zeichnung nicht dargestellt sind, auf der Platine 50 angebracht.
Die Beschleunigungssensoren 55a und 55b sind beispielsweise symmetrisch zu einer dazwischen angeordneten Drehachse angeordnet. Mit anderen Worten sind die Beschleunigungssensoren 55a und 55b an Positionen angeordnet, deren gemeinsame Drehrichtung 180° ist. Zusätzlich sind die Beschleunigungssensoren 55a und 55b an Positionen angeordnet, welche den gleichen Abstand von der Drehachse haben. Durch die Verwendung einer solchen Anordnung zeigen die Zentrifugalbeschleunigungen a_rot in den Beschleunigungssensoren 55a und 55b in entgegengesetzte Richtungen und wird der Aufwand bei der Erfassung einer Translationsbeschleunigung a_tr verringert und wird die Verarbeitungszeit verkürzt. Die Anordnung der Beschleunigungssensoren ist nicht auf einen solchen Fall beschränkt, und es können mehrere Beschleunigungssensoren an beliebigen Stellen auf der Platine 50 angeordnet werden.
Gemäß dieser Ausführungsform weisen die Beschleunigungssensoren 55a und 55b mehrere Detektionsachsen (beispielsweise zwei Achsen) auf. Beispielsweise erfasst der Beschleunigungssensor 55a Beschleunigungen a (X_R1 ) und a (Y_R1 ) in Richtung einer Achse X_R1 und einer Achse Y_R1 , wie in 3 dargestellt ist. Ähnlich erfasst der Beschleunigungssensor 55b Beschleunigungen a (X_R2 ) und a (Y_R2 ) in den Richtungen einer Achse X_R2 und einer Achse Y_R2 , wie in 3 dargestellt ist, als Beschleunigungsdaten. Die Beschleunigungssensoren 55a und 55b führen der Signalverarbeitungseinheit 57 jeweils erfasste Beschleunigungsdaten zu.
Die Signalverarbeitungseinheit 57 ist ein Schaltungsblock, der eine Vorverarbeitung von den Beschleunigungssensoren 55 und den anderen Sensoren zugeführter Erfassungsdaten (Beschleunigungsdaten, Temperaturdaten und dergleichen) ausführt. Die Signalverarbeitungseinheit 57 ist beispielsweise eine Speichersteuereinheit (MCU), eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) oder dergleichen. Die Signalverarbeitungseinheit 57 führt beispielsweise einen Prozess zum Ausdünnen von Erfassungsdaten aus und führt Erfassungsdaten nach dem Ausdünnungsprozess der HF-Schaltung 59 zu. Dementsprechend wird die Menge der Erfassungsdaten verringert und wird die Verarbeitungszeit verkürzt. Zusätzlich kann die Signalverarbeitungseinheit 57 einen Prozess zur Kompression der Erfassungsdaten nach dem Ausdünnungsprozess ausführen.
Die HF-Schaltung 59 überträgt von der Signalverarbeitungseinheit 57 zugeführte Erfassungsdaten durch die HF-Sendeantenne 59a.
Die Stromzufuhr-/Kommunikationseinheit 60 führt der Platine 50 Strom zu und empfängt durch die Sensoren von der Platine 50 erfasste Erfassungsdaten (Beschleunigungsdaten und dergleichen). Die Stromzufuhr-/Kommunikationseinheiten 60 sind beispielsweise, wie in 1 dargestellt ist, an sich nicht drehenden Teilen in der Art des unteren Endes des Schutzteils 3, des Tisches 10, der Bearbeitungskammer-Wandfläche 20 und dergleichen installiert.
Die Stromzufuhr-/Kommunikationseinheit 60 weist, wie in 2 dargestellt ist, eine Stromzufuhrschaltung 61, eine Stromsendeantenne 61a, eine HF-Schaltung 63, eine HF-Empfangsantenne 63a und eine Signalverarbeitungseinheit (eine Rechenoperationseinheit und eine Winkelerfassungseinheit) 65 auf.
Die Stromzufuhrschaltung 61 überträgt elektrischen Strom über die Stromsendeantenne 61a zur Platine 50. Die Stromzufuhrschaltung 61 ist mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Stromzufuhr verbunden und überträgt von der Stromzufuhr zugeführten elektrischen Strom.
Die HF-Schaltung 63 empfängt von der Signalverarbeitungseinheit 57 der Platine 50 gesendete Erfassungsdaten durch die HF-Empfangsantenne 63a. Die HF-Schaltung 63 führt die empfangenen Erfassungsdaten der Signalverarbeitungseinheit 65 zu.
Die Signalverarbeitungseinheit 65 ist ein Schaltungsblock, der die Signalverarbeitung der empfangenen Erfassungsdaten ausführt. Die Signalverarbeitungseinheit 65 führt beispielsweise verschiedene Prozesse in der Art eines schnellen Fouriertransformationsprozesses (FFT-Prozesses) und eines Filterprozesses für die Erfassungsdaten aus. Zusätzlich erfasst die Signalverarbeitungseinheit 65 von jedem der Beschleunigungssensoren 55a und 55b auf der Grundlage der Erfassungsdaten nach der Signalverarbeitung erfasste Beschleunigungsdaten (a (X_R1 ), a(Y_R1 ), a (Z_R1 ) ) und (a (X_R2 ), a (Y_R2 ), a (Z_R2 )) der Detektionsachsen.
Die Signalverarbeitungseinheit 65 erfasst eine Translationsbeschleunigung a_tr und eine Zentrifugalbeschleunigung a_rot in Zusammenhang mit der Drehung in einem Drehkoordinatensystem auf der Grundlage der von den jeweiligen Beschleunigungssensoren 55 (55a und 55b) erfassten Beschleunigungsdaten. Weil die Beschleunigungssensoren 55a und 55b hier symmetrisch auf der Platine 50 angeordnet sind, wobei sich die Drehachse dazwischen befindet, sind die Richtungen von Zentrifugalbeschleunigungen, welche die Beschleunigungssensoren 55a und 55b empfangen, entgegengesetzt. Dagegen sind die Richtungen der Translationsbeschleunigungen in den Beschleunigungssensoren 55a und 55b gleich. Auf der Grundlage einer solchen Beziehung werden die Translationsbeschleunigungen a_tr (X_R1 ) und a_tr (Y_R1 ) und die Zentrifugalbeschleunigungen a_rot (X_R1 ), a_rot (Y_R1 ) im Drehkoordinatensystem unter Verwendung der folgenden numerischen Gleichungen repräsentiert:
$a_{tr} (X_{R1}) = [a (X_{R 1}) - a (X_{R2})] / 2$
$a_{tr} (Y_{R1}) = [a (Y_{R 1}) - a (Y_{R2})] / 2$
$a_{rot} (X_{R1}) = [a (X_{R 1}) + a (X_{R2})] / 2 (= 0)$
$a_{rot} (Y_{R1}) = [a (Y_{R 1}) + a (Y_{R2})] / 2$
Die Signalverarbeitungseinheit 65 erfasst Translationsbeschleunigungen (a_tr (X_S ) , a_tr (Y_S ) ) im stationären Koordinatensystem auf der Grundlage von Beziehungen, die durch diese numerischen Gleichungen (4) bis (7) repräsentiert sind, und den Beziehungen aus den Gleichungen (1) und (2). Die Signalverarbeitungseinheit 65 erfasst Daten eines Winkels θ zwischen dem Drehkoordinatensystem und dem stationären Koordinatensystem, die getrennt erfasst werden, und Translationsbeschleunigungen im stationären Koordinatensystem auf der Grundlage des erhaltenen Winkels θ.
Zusätzlich kann der Beschleunigungssensor 55 mit einer Detektionsachse in Richtung der Drehachse (Z-Achsenrichtung) an der Platine 50 angebracht sein. Dementsprechend kann die Translationsbeschleunigung mit höherer Genauigkeit erfasst werden.
Zusätzlich ist, wie in 2 dargestellt ist, die Stromzufuhr-/Kommunikationseinheit 60 mit einer externen Vorrichtung 180 in der Art eines PC verbunden. Die externe Vorrichtung 180 zeigt die Festlegung einer Erfassungsbedingung (Messbedingung) von Beschleunigungsdaten, Erfassungsdaten verschiedener Sensoren in der Art von Beschleunigungsdaten und des von einem anderen Sensor auf einer Anzeigeeinheit erfassten Zustands der Schneidbearbeitungsmaschine 1 unter Verwendung von Software an. Zusätzlich kann die externe Vorrichtung 180 einen Koordinatenumwandlungsprozess für die Beschleunigungsdaten ausführen. Dementsprechend wird die Last der Signalverarbeitungseinheit 65 verringert und wird der Stromverbrauch der Stromzufuhr-/Kommunikationseinheit 60 verringert.
<Hauptwirkung gemäß dieser Ausführungsform>
Gemäß dieser Ausführungsform kann die Genauigkeit der Erfassung der Zentrifugalbeschleunigung im Drehkoordinatensystem verbessert werden und können demgemäß selbst dann, wenn ein Sensor zusätzlich angebracht wird, Vibrationen des sich drehenden Teils mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
Zusätzlich sind gemäß dieser Ausführungsform die jeweiligen Beschleunigungssensoren 55 symmetrisch zur Drehachse des dazwischen angeordneten sich drehenden Teils angeordnet. Gemäß einer solchen Konfiguration verlaufen die Zentrifugalbeschleunigungen, welche die Beschleunigungssensoren 55a und 55b empfangen, in entgegengesetzte Richtungen, so dass die Zentrifugalbeschleunigungen einfach behandelt werden können und die Genauigkeit der Erfassung der Translationsbeschleunigung im Drehkoordinatensystem verbessert wird.
Zusätzlich sind die Beschleunigungssensoren 55a und 55b gemäß dieser Ausführungsform im gleichen Abstand von der Drehachse angeordnet. Gemäß einer solchen Konfiguration haben die Zentrifugalbeschleunigungen, welche die Beschleunigungssensoren 55a und 55b empfangen, die gleichen Beträge und entgegengesetzte Richtungen, und die Zentrifugalbeschleunigungen können dementsprechend einfacher behandelt werden, und die Genauigkeit der Erfassung der Translationsbeschleunigung im Drehkoordinatensystem wird verbessert.
(Ausführungsform 2)
Als nächstes wird Ausführungsform 2 beschrieben. Gemäß Ausführungsform 2 wird ein Fall beschrieben, bei dem ein Beschleunigungssensor mit einer einzigen Detektionsachse verwendet wird. Nachstehend wird im Wesentlichen auf die Beschreibung eines mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform gemeinsamen Teils verzichtet.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Anordnung von Sensoren gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 4 dargestellt ist, sind drei Beschleunigungssensoren 55c, 55d und 55e an einer Platine 50 angebracht. Die jeweiligen Beschleunigungssensoren 55c, 55d und 55e haben eine einzige Detektionsachse und sind so angeordnet, dass die Detektionsachse einen Winkel θ_A in Bezug auf die Zentrifugalbeschleunigung a_rot aufweist. Zusätzlich wird angenommen, dass der Abstand zwischen den jeweiligen Beschleunigungssensoren 55c, 55d und 55e und der Drehachse bekannt ist.
Die Beschleunigungssensoren 55c, 55d und 55e sind auf der Platine 50 von der Stromaufwärtsseite in Drehrichtung sequenziell angeordnet. Der Beschleunigungssensor 55c ist im oberen Abschnitt der Platine 50 in 4 angeordnet. Der Beschleunigungssensor 55d ist im rechten Abschnitt der Platine 50 in einer in Bezug auf den Beschleunigungssensor 55c in 4 um 90 Grad gedrehten Richtung angeordnet. Der Beschleunigungssensor 55e ist im unteren Abschnitt der Platine 50 in einer in Bezug auf den Beschleunigungssensor 55c in 4 um 180° gedrehten Richtung angeordnet. Mit anderen Worten sind die Beschleunigungssensoren 55c und 55e symmetrisch angeordnet, wobei sich die Drehachse des sich drehenden Teils dazwischen befindet. Auch gemäß dieser Ausführungsform ist die Anordnung der Beschleunigungssensoren nicht darauf beschränkt.
Der Winkel zwischen der Detektionsachse des Beschleunigungssensors 55c und der Translationsbeschleunigung a_tr beträgt θ₁ . Der Winkel zwischen der Detektionsachse des Beschleunigungssensors 55d und der Translationsbeschleunigung a_tr beträgt θ₁ + 90°. Der Winkel zwischen der Detektionsachse des Beschleunigungssensors 55d und der Translationsbeschleunigung a_tr beträgt θ₁ + 180°. Auf diese Weise sind gemäß dieser Ausführungsform, weil es drei unbekannte Zahlen gibt (die Zentrifugalbeschleunigung, den Winkel θ₁ und den Winkel θ), zumindest drei Beschleunigungssensoren an der Platine 50 angebracht.
Gemäß dieser Ausführungsform können zusätzlich zu den Wirkungen gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die folgenden Wirkungen erhalten werden. Gemäß dieser Ausführungsform wird ein Beschleunigungssensor mit einer einzigen Detektionsachse verwendet. Gemäß einer solchen Konfiguration kann jeder Beschleunigungssensor 55 eine geringe Größe und ein geringes Gewicht aufweisen.
(Ausführungsform 3)
Nachstehend werden gemäß den Ausführungsformen 3 bis 7 Verfahren zum sehr genauen Erfassen des Winkels θ zwischen einem Drehkoordinatensystem und einem stationären Koordinatensystem beschrieben. Zuerst wird in Ausführungsform 3 ein Verfahren zum Erfassen von Winkeldaten (Winkel θ) unter Verwendung eines Magnetsensors beschrieben.
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Konfiguration einer Winkelerfassungseinheit gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt. 5 (a) ist ein Diagramm, das eine Anordnung eines Magneten zeigt. 5(b) und 5(c) sind Diagramme, welche eine Anordnung eines Magnetsensors und ein Beispiel der Anordnung zwischen einem Magneten und einem Magnetsensor in einer Draufsicht zeigen. 5(b) entspricht einem Fall, in dem das Magnetfeld am stärksten ist, und sie zeigt einen Fall, in dem ein Magnet 70 und ein Magnetsensor 71 einander am nächsten liegen. 5 (c) entspricht einem Fall, in dem das Magnetfeld am schwächsten ist, und sie zeigt einen Fall, in dem der Magnet 70 und der Magnetsensor 71 am weitesten entfernt voneinander sind. 5(d) ist ein Diagramm, das eine Änderung des vom sich drehenden Magnetsensor 71 empfangenen Magnetfelds in Abhängigkeit von der Zeit zeigt.
Eine Winkelerfassungseinheit weist den in 5(a) dargestellten Magneten 70 und den in den 5 (b) und 5 (c) dargestellten Magnetsensor auf.
Der in 5(a) dargestellte Magnet 70 ist unterhalb eines Schutzteils 3 installiert. Insbesondere ist ein in vertikaler Richtung (Z-Achsenrichtung) verlaufender Magnettragteil 70a mit einem unteren Ende des Schutzteils 3 verbunden und wird der Magnet 70 durch das untere Ende des Magnettragteils 70a getragen. Dementsprechend ist der Magnet 70 in einem sich nicht drehenden Teil installiert. Wie in 5 dargestellt ist, verläuft die Richtung eines Magnetfelds in der Nähe der Platine 50 von der Oberseite (Z-Achse) zur Unterseite (-Z-Seite) für den Magnetsensor 71. Die Position des Magneten 70 ist jedoch nicht auf einen solchen Fall beschränkt.
Zusätzlich wird die Länge des Magnettragteils 70a unter Berücksichtigung der Anordnungsbeziehung mit dem Magneten 70 festgelegt. Beispielsweise kann die Länge des Magnettragteils 70a so festgelegt werden, dass der Magnet 70 neben der Platine 50 angeordnet wird. Zusätzlich kann die Länge des Magnettragteils 70a wie in 5(a) dargestellt so festgelegt werden, dass der Magnet 70 auf der Oberseite des Magnetsensors 71 angeordnet wird, wobei die Anordnungsbeziehung des Tisches 10 und des Werkstücks 11 und dergleichen berücksichtigt werden.
Der Magnetsensor 71 ist, wie in den 5 (b) und 5 (c) dargestellt ist, an der Platine 50 angebracht. Als Magnetsensor 71 wird beispielsweise ein Sensor mit einer einzigen Detektionsachse verwendet. Die Detektionsachse des Magnetsensors 71 verläuft von der Oberseite (Z-Seite) zur Unterseite (-Z-Seite). Der Magnetsensor 71 erfasst Magnetdaten auf der Grundlage eines vom Magneten 70 erzeugten Magnetfelds.
Beispielsweise ist, wie in 5(b) dargestellt ist, das Magnetfeld, das der Magnetsensor 71 empfängt, am stärksten, wenn der Magnet 70 und der Magnetsensor 71 einander am nächsten liegen. Dies entspricht einem in 5(d) dargestellten Magnetfeld zur Zeit t10, wobei der Magnetsensor 71 Magnetdaten erfasst, welche den größten Wert annehmen. Andererseits ist das vom Magnetsensor 71 empfangene Magnetfeld am schwächsten, wenn der Magnet 70 und der Magnetsensor 71 am weitesten voneinander entfernt sind. Dies entspricht einem in 5 (d) dargestellten Magnetfeld zur Zeit t20, wobei der Magnetsensor 71 Magnetdaten erfasst, welche den kleinsten Wert annehmen.
Die Winkelerfassungseinheit erfasst die Drehrichtung des sich drehenden Teils als Winkeldaten auf der Grundlage der Magnetdaten. Beispielsweise wandelt die Signalverarbeitungseinheit 65 vom Beschleunigungssensor erfasste Beschleunigungsdaten auf der Grundlage der Anordnung des Beschleunigungssensors 55 und der Winkelerfassungseinheit und der Winkeldaten von einem Drehkoordinatensystem in ein stationäres Koordinatensystem um. Es sind die Anordnungsbeziehungen zwischen den an der Platine 50 angebrachten Beschleunigungssensoren 55 (beispielsweise 55a bis 55e) und dem Magnetsensor 71 bekannt.
Demgemäß erfasst die Signalverarbeitungseinheit 65 den Winkel (die Winkeldaten) des Magnetsensors anhand der Magnetdaten und erfasst den Winkel (die Winkeldaten) θ zwischen einem Drehkoordinatensystem und einem stationären Koordinatensystem im Beschleunigungssensor 55 anhand der Anordnungsbeziehung zwischen den erfassten Winkeldaten und dem Sensor.
Dann wandelt die Signalverarbeitungseinheit 65 die Beschleunigungsdaten des Drehkoordinatensystems auf der Grundlage des erfassten Winkels θ in Beschleunigungsdaten des stationären Koordinatensystems um. Auf diese Weise erfasst die Signalverarbeitungseinheit 65 Translationsbeschleunigungen (a_tr (X_S ), a_tr (Y_S ), a_tr (Z_S )). Dementsprechend wirkt die Signalverarbeitungseinheit 65 auch als Winkelerfassungseinheit.
<Hauptwirkungen gemäß dieser Ausführungsform>
Gemäß dieser Ausführungsform kann die Drehrichtung des sich drehenden Teils mit hoher Genauigkeit erkannt werden und wird dementsprechend der Fehler in den Beschleunigungsdaten bei der Koordinatensystemwandlung verringert. Dementsprechend können selbst dann, wenn ein Sensor zusätzlich angebracht wird, die Vibrationen des sich drehenden Teils mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
(Ausführungsform 4)
Als nächstes wird Ausführungsform 4 beschrieben. Auch in Ausführungsform 4 wird ein Verfahren zum Erfassen von Winkeldaten (des Winkels θ) unter Verwendung eines Magnetsensors beschrieben.
6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Konfiguration einer Winkelerfassungseinheit gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt. 6 (a) ist ein Diagramm, das die Anordnung eines Magneten zeigt. 6(b) und 6(c) sind Diagramme, welche eine Anordnung eines Magnetsensors und ein Beispiel der Anordnung zwischen einem Magneten und einem Magnetsensor in einer Draufsicht zeigen. 6(d) ist ein Diagramm, das eine Änderung des vom sich drehenden Magnetsensor 71 empfangenen Magnetfelds in Abhängigkeit von der Zeit zeigt.
Der Magnet 70 ist, wie beispielsweise in 6(a) dargestellt ist, an einer Bearbeitungskammer-Wandfläche 20 installiert. Wie in 6 dargestellt ist, ist die Richtung eines Magnetfelds in der Nähe einer Platine 50 die von der +Y-Achse zur -Y-Achse verlaufende Richtung. Die Detektionsachse des Magnetsensors 71 verläuft beispielsweise in eine zur Zentrifugalbeschleunigung orthogonale Richtung und eine der Drehrichtung innerhalb einer XY-Ebene entgegengesetzte Richtung.
6(b) entspricht einem Fall, in dem das Magnetfeld am stärksten ist, und es ist darin ein Fall dargestellt, in dem der Magnet 70 und der Magnetsensor 71 einander am nächsten liegen. Zu dieser Zeit entsprechen erfasste Magnetdaten beispielsweise einer Zeit t30, wie in 6(d) dargestellt ist. Andererseits ist der Magnetsensor 71 in 6 (c) an der höchsten Position in der +Y-Achsenrichtung angeordnet. In einem solchen Fall bewegt sich der Magnetsensor 71 in eine zum Magnetfeld orthogonale Richtung und erfasst das Magnetfeld daher kaum. Zu dieser Zeit entsprechen die erfassten Magnetdaten beispielsweise einer in 6(d) dargestellten Zeit t40 und sind fast null.
Die Signalverarbeitungseinheit 65 erfasst ähnlich Ausführungsform 3 den Winkel (die Winkeldaten) eines Magnetsensors anhand Magnetdaten und erfasst den Winkel (die Winkeldaten) θ zwischen dem Drehkoordinatensystem und dem stationären Koordinatensystem im Beschleunigungssensor 55 auf der Grundlage der Anordnungsbeziehung zwischen den erfassten Winkeldaten und dem Sensor.
Auch gemäß dieser Ausführungsform werden ähnliche Wirkungen wie jene aus Ausführungsform 3 erhalten.
(Ausführungsform 5)
Als nächstes wird Ausführungsform 5 beschrieben. In Ausführungsform 5 wird ein Verfahren zur Erfassung von Winkeldaten (des Winkels θ) unter Verwendung der Phase des einen sich drehenden Teil antreibenden Stroms beschrieben. Im Allgemeinen hat der Motorstrom eines sich drehenden Teils eine Sinuswelle, und seine Periode stimmt mit der Drehperiode des sich drehenden Teils überein. Zur Verwendung dieses Verfahrens muss jedoch die Anfangsphase (Drehrichtung) des sich drehenden Teils erfasst werden.
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Konfiguration einer Winkelerfassungseinheit gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt. 7 (a) ist ein Diagramm, das einen Vorgang einer Platine 50 vor einem Bewegungsvorgang zeigt. 7(b) ist ein Diagramm, das einen Vorgang der Platine 50 während der Ausführung des Drehvorgangs zeigt. 7 (c) ist ein Diagramm, das die Drehrichtung der Platine 50 als sich drehender Teil zeigt. 7 (d) ist ein Diagramm, das ein Beispiel des durch einen Antriebsmotor des sich drehenden Teils fließenden Stroms zeigt.
Eine Winkelerfassungseinheit weist einen in den 7 (a) und 7 (b) dargestellten Bewegungssensor 75 und ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Strommessgerät auf. Der Bewegungssensor 75 ist an der Platine 50 angebracht und erfasst die Anfangsphase der Drehrichtung der Platine 50 vor der Drehung. Beispielsweise wird ein Sensor mit zwei Detektionsachsen als Bewegungssensor 75 verwendet.
Beispielsweise erfasst der Bewegungssensor 75, wenn ein typischer Vorgang vor der Verarbeitung, die ausgeführt wird, wenn das Schneidwerkzeug 7 in der Art einer Klinge ausgetauscht wird, einen Translationsvorgang der Platine 50 als Bewegungsdaten. Das Strommessgerät erfasst, wie in 7 (d) dargestellt ist, die Phase des durch den Antriebsmotor des sich drehenden Teils fließenden Stroms.
Die Signalverarbeitungseinheit 65 erfasst die Anfangsphase θ₁₀ der Platine 50, wie in 7(c) dargestellt, auf der Grundlage der erfassten Bewegungsdaten. Dann erfasst die Signalverarbeitungseinheit 65, wenn sich der sich drehende Teil zu einer Zeit t50 dreht (7(b)), die Phase des Stroms auf der Grundlage der vom Strommessgerät gemessenen Stromdaten. Dann erfasst die Signalverarbeitungseinheit 65 die Drehrichtung des sich drehenden Teils während der Drehung, mit anderen Worten den Winkel θ zwischen dem Drehkoordinatensystem und dem stationären Koordinatensystem auf der Grundlage der Anfangsphase und der Phase des Stroms als Winkeldaten.
Gemäß dieser Ausführungsform kann die Drehrichtung der Platine 50 als sich drehender Teil auf der Grundlage von Phaseninformationen des Motorstroms erfasst werden. Zusätzlich brauchen gemäß dieser Ausführungsform keine Bewegungsdaten empfangen zu werden, während der sich drehende Teil angetrieben wird.
(Ausführungsform 6)
Als nächstes wird Ausführungsform 6 beschrieben. Gemäß dieser Ausführungsform wird ein Verfahren zum Erfassen von Winkeldaten (des Winkels θ) auf der Grundlage der Intensität des Winkelerfassungslichts beschrieben.
8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Konfiguration einer Winkelerfassungseinheit gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt. 8 (a) ist eine Seitenansicht einer Schneidbearbeitungsmaschine 1, worin eine Winkelerfassungseinheit installiert ist. 8(b) ist eine perspektivische Ansicht, die Einzelheiten der Konfiguration einer Schlitzplatte zeigt.
Die Winkelerfassungseinheit gemäß dieser Ausführungsform weist eine Lichtemissionseinheit 80, eine Lichtempfangseinheit 81 und eine Schlitzplatte 82 auf. Die Lichtemissionseinheit 80 ist beispielsweise am unteren Ende eines sich nicht drehenden Schutzteils 3 angeordnet. Die Lichtemissionseinheit 80 emittiert Winkelerfassungslicht zur sich auf der Unterseite (-Z-Richtung) befindenden Lichtempfangseinheit 81. Als Lichtquelle der Lichtemissionseinheit 80 wird beispielsweise eine LED, ein Halbleiterlaser oder dergleichen verwendet.
Die Lichtempfangseinheit 81 ist beispielsweise auf einem sich unterhalb der Schlitzplatte 82 befindenden Tisch 10 angeordnet. Mit anderen Worten sind die Lichtemissionseinheit 80 und die Lichtempfangseinheit 81 an einander gegenüberstehenden Positionen angeordnet, wobei die Schlitzplatte 82 dazwischen angeordnet ist. Die Lichtempfangseinheit 81 ist beispielsweise eine Photodiode. Die Lichtempfangseinheit 81 empfängt von der Lichtemissionseinheit 80 emittiertes Winkelerfassungslicht und erfasst Lichtintensitätsdaten auf der Grundlage der Intensität des empfangenen Winkelerfassungslichts.
Die in 8 dargestellte Schlitzplatte 82 ist in einem Drehhalter 5 angeordnet. Die Schlitzplatte 82 weist, wie in 8(b) dargestellt ist, mehrere Schlitzteile 82a und 82b auf. Die jeweiligen Schlitzteile 82a und 82b sind an einer Position ausgebildet, die zwischen der Lichtemissionseinheit 80 und der Lichtempfangseinheit 81 durchläuft, wenn sich die Schlitzplatte 82 dreht. Zusätzlich kann es einen Schlitzteil geben.
Die Schlitzplatte 82 dreht sich zusammen mit dem Drehhalter 5, der einen drehenden Teil bildet. Zusätzlich drehen sich die Schlitzteile 82a und 82b auch zusammen mit der Drehung der Schlitzplatte 82. Wenn die Schlitzteile 82a und 82b in einer vorgegebenen Drehrichtung verlaufen, sind die Lichtemissionseinheit 80, der Schlitzteil 82a (82b) und die Lichtempfangseinheit 81 in einer geraden Linie angeordnet. Zu dieser Zeit wird die Winkelerfassungslichtausgabe von der Lichtemissionseinheit 80 durch den Schlitzteil 82a (82b) von der Lichtempfangseinheit 81 empfangen, und die Lichtempfangseinheit 81 erfasst Lichtintensitätsdaten.
Die Signalverarbeitungseinheit 65 erfasst Winkeldaten auf der Grundlage der Lichtintensitätsdaten und erfasst den Winkel (die Winkeldaten) θ zwischen dem Drehkoordinatensystem und dem stationären Koordinatensystem auf der Grundlage der erfassten Winkeldaten. Auf diese Weise kann gemäß dieser Ausführungsform die Drehrichtung durch Verfolgen einer Änderung der Lichtintensität, die durch die Lichtempfangseinheit erfasst wird, in Abhängigkeit von der Zeit erfasst werden.
Gemäß dieser Ausführungsform können Winkeldaten erfasst werden, ohne einen Sensor in der Platine 50 anzuordnen.
(Ausführungsform 7)
Als nächstes wird Ausführungsform 7 beschrieben. Gemäß dieser Ausführungsform wird ein Verfahren zum Erfassen von Winkeldaten (des Winkels θ) auf der Grundlage der Zeit bis zur Ankunft einer reflektierten Welle einer Ultraschallwelle beschrieben.
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Konfiguration von Winkelerfassungseinheiten gemäß den Ausführungsformen 7 und 8 der vorliegenden Erfindung zeigt. 9(a) ist eine seitliche Schnittansicht einer Schneidbearbeitungsmaschine, worin eine Winkelerfassungseinheit installiert ist. 9(b) ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Höhendifferenz zeigt, die auf einer Drehseitenfläche eines Drehhalters 5 ausgebildet ist.
Die Winkelerfassungseinheit gemäß dieser Ausführungsform weist eine Höhendifferenz 91, die auf einer Drehseitenfläche des Drehhalters 5 ausgebildet ist, wobei es sich um einen sich drehenden Teil handelt, und eine Ultraschallwellen-Sende-/Empfangsstelle 90, die in einem sich nicht drehenden Teil angeordnet ist, auf.
Die Höhendifferenz 91 ist beispielsweise, wie in 9(b) dargestellt ist, in vertikaler Richtung (Z-Richtung) länglich auf der Drehseitenfläche des Drehhalters 5 ausgebildet. Die Höhendifferenz 91 kann eine Rille oder ein Vorsprung sein. Zusätzlich können Höhendifferenzen 91 an mehreren Positionen ausgebildet sein, solange es eine Differenz in den Tiefen von Rillen oder den Höhen von Vorsprüngen gibt.
Die Ultraschallwellen-Sende-/Empfangsstelle 90 ist beispielsweise auf der Bearbeitungskammer-Wandfläche 20, welche eine laterale Seite des Drehhalters 5 ist, angeordnet. Die Ultraschallwellen-Sende-/Empfangsstelle 90 sendet Ultraschallwellen zum Drehhalter 5 und empfängt reflektierte Wellen vom Drehhalter 5. Die Ultraschallwellen-Sende-/Empfangsstelle 90 erfasst dann eine erste Zeit, welche die Zeit ist, die verstreicht bis von der Höhendifferenz 91 reflektierte Wellen nach der Aussendung der Ultraschallwellen empfangen werden. Zusätzlich erfasst die Ultraschallwellen-Sende-/Empfangsstelle 90 eine zweite Zeit, welche die Zeit ist, die verstreicht bis von der Drehseitenfläche mit Ausnahme der Höhendifferenz 91 reflektierte Wellen nach der Aussendung der Ultraschallwellen empfangen werden. Dann erfasst die Ultraschallwellen-Sende-/Empfangsstelle 90 einen Winkel θ zwischen dem Drehkoordinatensystem und dem stationären Koordinatensystem als Winkeldaten auf der Grundlage der Zeitdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Zeit. Hier kann der Prozess des Erfassens von Winkeldaten auf der Grundlage der Zeitdifferenz von der Signalverarbeitungseinheit 65 ausgeführt werden.
Auch gemäß dieser Ausführungsform können Winkeldaten erfasst werden, ohne einen Sensor in der Platine 50 anzuordnen.
(Ausführungsform 8)
Als nächstes wird Ausführungsform 8 beschrieben. Gemäß dieser Ausführungsform wird ein Verfahren zum Erfassen von Winkeldaten (des Winkels θ) auf der Grundlage eines aufgenommenen Bilds beschrieben.
Eine Winkelerfassungseinheit gemäß dieser Ausführungsform weist, wie in 9 (b) dargestellt ist, einen auf einer Drehseitenfläche eines Drehhalters 5, der einen sich drehenden Teil bildet, ausgebildeten Winkelerfassungsbereich 96 und, wie in 9(a) dargestellt ist, eine in einem sich nicht drehenden Teil angeordnete Abbildungsvorrichtung 95 auf.
Der Winkelerfassungsbereich 96 weist eine Farbe oder einen Reflexionsgrad auf, die oder der von jenen anderer Bereiche auf der Drehseitenfläche des Drehhalters 5 verschieden ist. Beispielsweise ist der Winkelerfassungsbereich 96 mit einem fluoreszierenden Material beschichtet. Zusätzlich können Winkelerfassungsbereiche 96 an mehreren Stellen angeordnet werden, solange es dazwischen eine Farb- oder Reflexionsgraddifferenz gibt.
Die Abbildungsvorrichtung 95 ist beispielsweise auf der Bearbeitungskammer-Wandfläche 20, wobei es sich um die laterale Seite des Drehhalters 5 handelt, angeordnet. Die Abbildungsvorrichtung 95 erzeugt ein aufgenommenes Bild eines Bereichs in der Nähe der Drehseitenfläche des Drehhalters 5.
Die Abbildungsvorrichtung 95 erfasst Positionsdaten des Winkelerfassungsbereichs 96 im aufgenommenen Bild und Winkeldaten auf der Grundlage der erfassten Positionsdaten. Hier kann der Prozess des Erfassens von Winkeldaten anhand des erfassten Bilds durch die Signalverarbeitungseinheit 65 ausgeführt werden.
Auch gemäß dieser Ausführungsform können Winkeldaten erfasst werden, ohne einen Sensor auf der Platine 50 anzuordnen.
(Ausführungsform 9)
Als nächstes wird Ausführungsform 9 beschrieben. Gemäß dieser Ausführungsform wird ein Verfahren zum Erfassen von Winkeldaten (des Winkels θ) durch Kombinieren der Prozesse aus den Ausführungsformen 1 und 2 und der Prozesse aus den Ausführungsformen 3 bis 8 beschrieben.
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von Hauptteilen eines Sensorsystems gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 10 dargestellt ist, sind verschiedene Sensoren in der Art von Beschleunigungssensoren 55 (beispielsweise 55a und 55b), eines Magnetsensors 71, eines Temperatursensors, eines Verziehungssensors und eines Versatzsensors an einer Platine 50 angebracht. Ein Magnet 70 ist in einem sich nicht drehenden Teil angeordnet.
Beim in 10 dargestellten Beispiel ist das Verfahren, wenngleich eine Translationsbeschleunigung in einem stationären Koordinatensystem durch Erfassen von Beschleunigungsdaten unter Verwendung des Prozesses gemäß Ausführungsform 1 und Ausführen einer Koordinatensystemwandlung unter Verwendung des Prozesses gemäß Ausführungsform 3 erfasst wird, nicht auf einen solchen Fall beschränkt. Der Prozess gemäß Ausführungsform 1 oder 2 und beliebige andere der Prozesse gemäß den Ausführungsformen 3 bis 8 können beliebig kombiniert werden.
Weil gemäß dieser Ausführungsform die Prozesse gemäß mehreren Ausführungsformen ausgeführt werden, wird die Genauigkeit der Erfassung der Translationsbeschleunigung im Drehkoordinatensystem verbessert und wird der Fehler in den Beschleunigungsdaten bei der Koordinatensystemwandlung verringert. Dementsprechend können selbst dann, wenn ein Sensor zusätzlich angebracht wird, die Vibrationen des sich drehenden Teils mit höherer Genauigkeit erfasst werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und schließt verschiedene modifizierte Beispiele ein. Zusätzlich werden die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen zur einfachen Beschreibung der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben, und es brauchen nicht notwendigerweise alle beschriebenen Komponenten enthalten zu sein.
Zusätzlich kann ein Teil von Komponenten einer bestimmten Ausführungsform durch eine Komponente einer anderen Ausführungsform ersetzt werden und kann eine Komponente einer anderen Ausführungsform zu einer bestimmten Ausführungsform hinzugefügt werden. Ferner kann ein Teil der Komponenten der jeweiligen Ausführungsformen hinzugefügt, fortgenommen oder durch eine andere Komponente ersetzt werden. Zusätzlich sind die jeweiligen Elemente und ihre jeweiligen Größen, die in der Zeichnung dargestellt sind, zur einfachen Beschreibung der vorliegenden Erfindung vereinfacht und idealisiert, und die jeweiligen Elemente können für ihre Anbringung eine kompliziertere Form aufweisen.
Bezugszeichenliste

1:: Schneidbearbeitungsmaschine
2:: Drehbasisteil
3:: Schutzteil
5:: Drehhalter
7:: Schneidwerkzeug
50:: Platine
55:: Beschleunigungssensor
60:: Stromzufuhr-/Kommunikationseinheit
65:: Signalverarbeitungseinheit
70:: Magnet
71:: Magnetsensor
80:: Lichtemissionseinheit
81:: Lichtempfangseinheit
82:: Schlitzplatte
82a, 82b:: Schlitzteil
90:: Ultraschallwellen-Sende-/Empfangsstelle
91:: Höhendifferenz
95:: Abbildungsvorrichtung
96:: Winkelerfassungsbereich
100:: Sensorsystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2010061487 A [0007]

Claims

Sensorsystem, das Folgendes aufweist: eine Platine, die in einem sich drehenden Teil einer Schneidbearbeitungsmaschine angeordnet ist, mehrere Beschleunigungssensoren, die an der Platine angebracht sind, und eine Rechenverarbeitungseinheit, wobei die Rechenverarbeitungseinheit die Translationsbeschleunigung in Zusammenhang mit der Bewegung des sich drehenden Teils und die Zentrifugalbeschleunigung in Zusammenhang mit der Drehung des sich drehenden Teils auf der Grundlage durch die jeweiligen Beschleunigungssensoren erfasster Beschleunigungsdaten erfasst.
Sensorsystem nach Anspruch 1, wobei zwei oder mehr Beschleunigungssensoren an der Platine angebracht sind und die jeweiligen Beschleunigungssensoren mehrere Detektionsachsen aufweisen.
Sensorsystem nach Anspruch 2, wobei zwei Beschleunigungssensoren an der Platine angebracht sind und die Beschleunigungssensoren symmetrisch in Bezug auf die Drehachse des dazwischen angeordneten sich drehenden Teils angeordnet sind.
Sensorsystem nach Anspruch 3, wobei die Beschleunigungssensoren im gleichen Abstand von der Drehachse angeordnet sind.
Sensorsystem nach Anspruch 1, wobei drei Beschleunigungssensoren an der Platine angebracht sind und die jeweiligen Beschleunigungssensoren eine Detektionsachse aufweisen.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der sich drehende Teil eine Hauptdrehachse der Schneidbearbeitungsmaschine aufweist.
Sensorsystem, das Folgendes aufweist: eine Platine, die in einem sich drehenden Teil einer Schneidbearbeitungsmaschine angeordnet ist, einen Beschleunigungssensor, der an der Platine angebracht ist, eine Winkelerfassungseinheit, welche die Drehrichtung des sich drehenden Teils als Winkeldaten erfasst, und eine Rechenverarbeitungseinheit, wobei die Rechenverarbeitungseinheit durch den Beschleunigungssensor erfasste Beschleunigungsdaten auf der Grundlage der Anordnung des Beschleunigungssensors und der Winkelerfassungseinheit und der Winkeldaten aus einem Drehkoordinatensystem in ein stationäres Koordinatensystem umwandelt.
Sensorsystem nach Anspruch 7, wobei die Winkelerfassungseinheit einen in einem sich nicht drehenden Teil angeordneten Magneten und einen an der Platine angebrachten Magnetsensor aufweist, der Magnetsensor Magnetdaten auf der Grundlage des vom Magneten erzeugten Magnetfelds erfasst und die Winkelerfassungseinheit die Winkeldaten auf der Grundlage der Magnetdaten erfasst.
Sensoreinheit nach Anspruch 7, wobei die Winkelerfassungseinheit einen die Anfangsphase der Drehrichtung vor der Drehung erfassenden Bewegungssensor und ein die Phase des durch einen Antriebsmotor für den sich drehenden Teil fließenden Motorstroms erfassendes Strommessgerät aufweist und die Drehrichtung des sich drehenden Teils während der Drehung auf der Grundlage der Anfangsphase und der Phase des Motorstroms erfasst.
Sensorsystem nach Anspruch 7, wobei die Winkelerfassungseinheit eine Schlitzplatte, in der ein Schlitz ausgebildet ist, welche im sich drehenden Teil angeordnet ist, und eine Lichtemissionseinheit und eine Lichtempfangseinheit, die in einem sich nicht drehenden Teil angeordnet sind und sich an einander gegenüberstehenden Positionen befinden, wobei die Schlitzplatte dazwischen angeordnet ist, aufweist, die Lichtempfangseinheit Lichtintensitätsdaten auf der Grundlage der Intensität des Winkelerfassungslichts erfasst, welche durch Empfangen des von der Lichtemissionseinheit durch den Schlitzteil emittierten Winkelerfassungslichts erhalten werden, und die Winkelerfassungseinheit die Winkeldaten auf der Grundlage der Lichtintensitätsdaten erfasst.
Sensorsystem nach Anspruch 7, wobei die Winkelerfassungseinheit eine auf einer Drehseitenfläche des sich drehenden Teils gebildete Höhendifferenz und eine in einem sich nicht drehenden Teil angeordnete Ultraschallwellen-Sende-/Empfangsstelle aufweist und die Ultraschallwellen-Sende-/Empfangsstelle die Winkeldaten auf der Grundlage der Differenz zwischen einer ersten Zeit, die vom Aussenden der Ultraschallwellen bis zum Empfang an der Höhendifferenz reflektierter Wellen verstreicht, und einer zweiten Zeit, die vom Aussenden der Ultraschallwellen bis zum Empfang an der von der Drehseitenfläche mit Ausnahme der Höhendifferenz reflektierter Wellen verstreicht, erfasst.
Sensorsystem nach Anspruch 7, wobei die Winkelerfassungseinheit einen auf einer Drehseitenfläche des sich drehenden Teils gebildeten Winkelerfassungsbereich und eine Abbildungsvorrichtung, die ein aufgenommenes Bild eines Bereichs in der Nähe der Drehseitenfläche erzeugt, aufweist und die Winkelerfassungseinheit im aufgenommenen Bild Positionsdaten des Winkelerfassungsbereichs erfasst und die Winkeldaten auf der Grundlage der erfassten Positionsdaten erfasst.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei der sich drehende Teil eine Hauptdrehachse der Schneidbearbeitungsmaschine aufweist.