JP2020528834A - スピンドルを監視するための測定システム - Google Patents

Abstract

本発明は、スピンドルを監視するための測定システム（０１）に関する。測定システム（０１）は、スピンドルハウジング内に配置可能でありかつスピンドルハウジングに機械的に固定して接続可能である円筒状のハウジング（０２）を備えている。ハウジング（０２）の内部には支持体リング（０５）が配置されている。ハウジング（０２）および支持体リング（０５）は、機械的に固定して接続されている。スピンドルの径方向の変位を測定する３つの第１のセンサ（０７）と、スピンドルの軸方向の変位を測定する３つの第２のセンサ（０８）とは、支持体リング（０５）の周面にわたって分散して配置され、支持体リング（０５）と機械的に固定して接続されている。センサ（０７）は、支持体リング（０５）と共に注型されている。

Description

本発明は、添付の請求項１の上位概念による、スピンドルを監視するための測定システムに関する。

独国特許発明第１０３４８６０８号明細書は、スピンドル装置の回転数を検出する第１のセンサと、スピンドル装置の温度を検出する第２のセンサとを備えたスピンドル装置用の監視システムを開示している。この監視システムはさらに、センサデータに基づいてスピンドル装置の状態を分類する分類装置を備えている。評価装置は、センサデータに基づくモデルならびに予め設定された制限値および分類された状態を用いてスピンドル装置の保守要件を予測するために使用される。

欧州特許第１４２５６４０号明細書は、切削加工機械における工具、工作物または加工プロセスをプロセスに付随して監視するための監視システムを記載している。このシステムは、加工プロセスから複数の測定信号を検出する少なくとも１つのセンサを備えている。複数の測定信号は、少なくとも１つの力方向、少なくとも１つの力の結果、少なくとも１つの圧力、少なくとも１つのトルク、少なくとも１つのモーター出力、少なくとも１つのモーター電流、少なくとも１つの振動、少なくとも１つの加速度、少なくとも１つの固体伝播音ノイズ、または２つの機械部品間の少なくとも１つの距離変化と同等に扱うことができる。システムのさらなる構成部品は、工具または切削固有の監視区分における複数の監視データを保存して比較するためのソフトウェアを備えた監視ハードウェアである。予め設定された監視閾値を逸脱する測定信号の場合には、対応するアクションがトリガされる。ソフトウェアを備えた操作ハードウェアは、監視システムの操作またはパラメータ化に用いられ、または測定信号の視覚化に用いられる。

FAG Kugelfischer Georg Schaefer AG社からは、工作機械スピンドル用のいわゆるSpindel Condition Monitoring-System（ＳｐｉＣｏＭ）が公知である。ＳｐｉＣｏＭの主要な構成部品は、スピンドル内に統合可能な測定リングであり、この測定リングは、シャフトとハウジングとの間のすべての空間方向における相対変位と傾きとを非接触で測定する。測定リングは、スピンドルに機械的に接続された内側リングと、スピンドルハウジングに固定された外側センサリングとを含んでいる。これらのセンサリング内には、それぞれ相互に１２０°ずらされた３つの径方向渦電流センサと、３つの軸方向渦電流センサとが統合されている。内側リングは、軸方向および径方向に測定面を有するターゲットリングからなり、このターゲットリングは、スチール製の支持体リング上に被着されている。

本発明の課題は、公知のＳｐｉＣｏＭシステムから出発して、異なるスピンドル直径に適用可能であり、工作機械のスピンドル内に簡単に統合化可能であり、かつ常に十分な測定精度を達成する、スピンドルを監視するための最適化された測定システムを提供することにある。

添付の請求項１による測定システムは、本発明による課題の解決のために用いられる。

本発明による測定システムは、スピンドルの監視のために用いられる。この測定システムは、まず、スピンドルハウジング内で位置決め可能でありスピンドルハウジングに機械的に固定して接続可能である円筒状のハウジングを備えている。ハウジングの内部には、ハウジングに機械的に固定して接続された支持体リングが配置されている。測定システムは、さらに、スピンドルの径方向の変位を測定する３つの第１のセンサと、スピンドルの軸方向の変位を測定する３つの第２のセンサとを備えている。第１および第２のセンサは、支持体リングの周面にわたって分散して配置されている。本発明にとって重要なことは、センサが支持体リングと共に注型されていることである。

本発明による測定システムの実質的な利点は、複数のセンサを支持体リングと共に注型することにより、これらのセンサが、水分、極端な温度差などの周辺環境の影響や機械的および化学的影響から最適に保護されることである。支持体リング上に相応に位置決めされたこれらのセンサは、注型によってそれらの位置に固定され、これによって、僅かな位置決め許容誤差を達成可能である。したがって、センサは常に最適な位置にあり、これによって、十分な測定精度、好適には１μｍが保証される。様々なスピンドル直径に適合化させるために、さまざまな直径を有するハウジングと支持体リングとを用意することができ、それらは複数のセンサと相応に組み合わせ可能である。

測定システムは、好適には、センサとのデータ交換およびエネルギー交換のための少なくとも１つの電子モジュールを含む。この少なくとも１つの電子モジュールも同様に支持体リングと共に注型されており、したがって、周辺環境の影響から保護されている。電子モジュールは、好適には外部のデータ処理ユニットと接続を形成する。複数の電子モジュールを使用する実施形態では、これらの電子モジュールを支持体リングの周面にわたって分散して配置することが有利であることが判明している。電子モジュールは、好適には、可撓性のプリント基板を介して相互に接続されている。

センサは、好適には、渦電流センサとして構成されている。これに関連して、合目的的には、測定システムは、さらに、軸方向の測定面を有する第１の測定リングと、径方向の測定面を有する第２の測定リングとを備えている。２つの測定リングは、スピンドルに機械的に固定して接続可能である。その他に、測定リングは、支持体リングの内部に配置可能でありかつ測定面がセンサによって検出可能であるように寸法設定されている。測定リングは、好適には、相互に機械的に固定して接続されており、そのため、それらは、統合ユニットよりも簡単にスピンドルに固定することができる。代替的に、測定リングは、１つの部品として一体的に実施されてもよい。

ハウジングは、好適には、接続ケーブルを案内するための凹部を有している。この凹部は、接続ケーブルが径方向または軸方向に案内可能であるように形成されている。

ハウジングは、好適には、金属からなる。接続ケーブルは、好適には、ハウジング内で導電性シールを介してハウジングと導電的に接続されている。この導電性シールは、例えば、繊維シールまたはエラストマーシールとして形成することができる。

好適な実施形態によれば、それぞれ１つの第１のセンサと第２のセンサとが、対になって配置されている。これらのセンサ対は、ここでは好適には、相互に１２０°ずらされて配置されている。

以下では、本発明の好適な実施形態を、唯一の添付図面に基づいてより詳細に説明する。

本発明による測定システムの分解図

本発明による測定システム０１は、工作機械のスピンドルを監視するために用いられる。測定システム０１は、まず円筒状のハウジング０２を備えている。ハウジング０２は、好適には金属からなる。ハウジング０２は、スピンドルハウジングの内部に配置するのに適している。ハウジング０２は、スピンドルハウジングに機械的に固定して接続することができる。ハウジング０２内には、凹部０３が設けられている。凹部０３により、接続ケーブル０４を、径方向または軸方向に案内することができる。

組み立て後、ハウジング０２の内部には支持体リング０５があり、この支持体リング０５は、好適にはプラスチックからなる。支持体リング０５は、ハウジング０２に機械的に固定して接続されている。支持体リング０５の周面にわたって、３つの第１のセンサ０７と３つの第２のセンサ０８とが分散して配置されている。支持体リング０５とこれらのセンサ０７，０８との間には、機械的に固定された接続が生じる。第１のセンサ０７は、スピンドルの径方向の変位を測定するために用いられ、それに対して、第２のセンサ０８は、スピンドルの軸方向の変位を測定するために形成されている。これらのセンサ０７，０８は、好適には、渦電流センサおよび／または振動センサおよび／または回転数識別センサとして構成されている。好適には、それぞれ１つの第１のセンサ０７と第２のセンサ０８とが、対になってまとめられている。これらのセンサ対は、相互に約１２０°ずらされて配置されている。

センサ０７，０８のデータ交換およびエネルギー交換のために、測定システム０１は、複数の電子モジュール０９を備えている。これらの電子モジュール０９は、可撓性のプリント基板１０を用いて相互に接続されている。それらは、好適には、外部のデータ処理ユニット（図示せず）と接続を形成する。

センサ０７，０８および電子モジュール１０は、注型体１２を介して支持体リング０５に永続的にかつ相互に配向されて接続される。

接続ケーブル０４は、導電性シール１３を介してハウジング０２と導電的に接続されている。導電性シール１３は、好適には繊維シールまたはエラストマーシールとして形成されている。

測定システム０１は、さらに、軸方向の測定面を有する第１の測定リング１４と、径方向の測定面を有する第２の測定リング１５とを備えている。測定リング１４，１５は、スピンドルに固定して接続することができる。測定リング１４，１５は、それらが支持体リングの内部に配置可能でありかつそれらの測定面がセンサ０７，０８によって検出されるように、すなわちそれらの検出領域に位置決めされるように寸法設定されている。第１および第２の測定リング１４，１５は、好適には、相互に機械的に固定して接続されており、あるいは共通の部品としても形成されている。

測定システム０１をスピンドルに取り付けた後では、３つのすべての空間方向におけるスピンドルとスピンドルハウジングとの間の相対変位と傾きとが非接触で検出できる。

０１ 測定システム
０２ ハウジング
０３ 凹部
０４ 接続ケーブル
０５ 支持体リング
０６ −
０７ 第１のセンサ
０８ 第２のセンサ
０９ 電子モジュール
１０ 可撓性のプリント基板
１１ −
１２ 注型体
１３ 導電性シール
１４ 第１の測定リング
１５ 第２の測定リング

Claims (10)

1. スピンドルを監視するための測定システム（０１）であって、
   スピンドルハウジングに配置可能でありかつ機械的に固定して接続可能である円筒状のハウジング（０２）と、
   前記ハウジング（０２）の内部に配置され該ハウジング（０２）に機械的に固定して接続された支持体リング（０５）と、
   前記スピンドルの径方向の変位を測定する３つの第１のセンサ（０７）と、前記スピンドルの軸方向の変位を測定する３つの第２のセンサ（０８）と、を備え、
   前記第１および第２のセンサ（０７，０８）は、前記支持体リング（０５）の周面にわたって分散して配置され、前記支持体リング（０５）に機械的に固定して接続されている、測定システム（０１）において、
   前記センサ（０７）が、前記支持体リング（０５）と共に注型されていることを特徴とする、測定システム（０１）。
2. 前記測定システム（０１）は、さらに、前記センサ（０７，０８）とのデータ交換およびエネルギー交換のための少なくとも１つの電子モジュール（０９）を備えており、該電子モジュール（０９）は、前記支持体リング（０５）と共に注型されている、請求項１記載の測定システム（０１）。
3. 前記測定システム（０１）は、複数の電子モジュール（０９）を有しており、該複数の電子モジュール（０９）は、可撓性のプリント基板（１０）を介して相互に接続されている、請求項２記載の測定システム（０１）。
4. 前記センサ（０７，０８）は、渦電流センサおよび／または振動センサおよび／または回転数識別センサである、請求項１から３までのいずれか１項記載の測定システム（０１）。
5. 前記測定システム（０１）は、さらに、軸方向の測定面を有する第１の測定リング（１４）と、径方向の測定面を有する第２の測定リング（１５）とを備えており、前記測定リング（１４，１５）は、スピンドルに機械的に固定して接続可能であり、前記測定リング（１４，１５）は、前記支持体リング（０５）の内部に配置可能でありかつ測定面が前記センサ（０７，０８）によって検出可能であるように寸法設定されている、請求項４記載の測定システム（０１）。
6. 前記測定リング（１４，１５）は、相互に機械的に固定して接続されているか、または一体的に形成されている、請求項５記載の測定システム（０１）。
7. 前記ハウジング（０２）は、接続ケーブル（０４）を案内するための凹部（０３）を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の測定システム（０１）。
8. 前記ハウジング（０２）は、金属からなる、請求項１から７までのいずれか１項記載の測定システム（０１）。
9. 前記接続ケーブル（０４）は、前記ハウジング（０２）内で導電性シール（１３）を介して前記ハウジング（０２）と導電的に接続されている、請求項８記載の測定システム（０１）。
10. それぞれ１つの前記第１のセンサ（０７）と前記第２のセンサ（０８）とが、対になってまとめられて配置されており、前記センサ対は、相互に１２０°ずらされて配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の測定システム（０１）。

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