JP2022044547A - 回転依存の測定値を処理するための装置及び方法 - Google Patents

回転依存の測定値を処理するための装置及び方法 Download PDF

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Abstract

【課題】回転シャフトへの影響を機械部品で簡単に評価できる装置を提示する。【解決手段】データ変換器６０、シーケンス制御器４６、及び出力インタフェース６２を備え、データ変換器６０に、測定間隔一定の時間間隔で一連の測定値ＭＷ、ＭＸ、ＭＳが供給されていて、この測定値がシャフトの回転に依存し、その測定値の少なくとも１つは、シャフトの角度位置を示す１つの角度値ＭＷであり、データ変換器６０は、シャフトの１回転をｎ個のセクタ（ＳＥＣ）に分割するために、基準角度値として角度値ＭＷの内の１つを使用して、到着する測定値ＭＷ、ＭＸ、ＭＳを１つのセクタ（ＳＥＣ）に割り当てるために、各々一連の測定値ＭＷ、ＭＸ、ＭＳに対してシャフトの回転に応じて、各々のセクタ（ＳＥＣ）に対して１つの結果値ＥＷ、ＥＸ、ＥＳ、ＥＶを正確に決定するように構成され、結果値ＥＷ、ＥＸ、ＥＳ、ＥＶを出力インタフェース６２に出力する。【選択図】図２

Description

本発明は、本願請求項１に係る回転依存の測定値を処理するための装置、及び、本願請求項８に係る対応する方法に関する。
オートメーション技術では、電気モータによって直接又は間接的に駆動される回転シャフトを複数の運動シーケンスの基礎としている。既に外力がなくても、例えばアンバランスに機械的振動が引き起こされることによって、回転シャフトが、機械部品に影響を及ぼす可能性がある。その上、外力もシャフトに作用すると、そのような効果は、特に機械部品の共振周波数が影響を受ける場合に、何倍にも増幅される。
この場合、特に敏感な技術領域は、工作機械における工作物の高精度加工である。ここで、モータスピンドルは、異なる速度で作動され、加工ステップに応じて、大きな横方向の力及び動的に可変の力に影響を受けるシャフトを備えるので、重要な構成要素である。
フライス加工を例にとると、運転中に切削による加工によって、複数の力が発生する。この複数の力は、送り速度によって、そして、使用したフライス工具の刃の数と状態によっても影響される。これらは、シャフトの動的なひずみを引き起こし、工作機械に様々なマイナスの影響を及ぼす可能性がある。
このような影響を分析できるようにするために、例えば、振動を把握するための加速度センサ若しくは構造伝播ノイズセンサ又はひずみを検出するためのひずみゲージなどの、様々なセンサが使用される。
特許文献１は、工作機械の運転パラメータを監視するための方法を記載する。そのために、一定の時間間隔でセンサを用いて複数の測定が実行され、且つ測定値がグラフ表示される。この方法の欠点としては、特に低速の場合に、シャフトの回転毎で、非常に多くの測定値が測定されるため、その評価は非常にメモリ容量が多く、且つ計算量も多くなることである。
欧州特許出願公開第２９２４５２６号明細書
本発明の課題は、機械部品で回転シャフトの影響を簡単に評価することを可能にする結果データを提供する装置を提示することである。
この課題は、請求項１に係る装置によって解決される。
データ変換器と、シーケンス制御器と、出力インタフェースとを備える、回転依存の測定値を処理するための装置が設けられ、
当該装置は、
・データ変換器に、測定間隔の一定の時間間隔で一連の測定値を供給可能であり、この測定値が、シャフトの回転に依存し、且つその測定値の少なくとも１つは、シャフトの角度位置を示す１つの角度値であり、
・データ変換器は、シャフトの１回転をｎ個のセクタに分割するために、及び基準角度値として角度値の内の１つを使用して、到着する測定値を１つのセクタに割り当てるために、及び各々一連の測定値に対してシャフトの回転に応じて、各々のセクタに対して１つの結果値を正確に決定するために、構成されていて、並びに
・結果値を出力インタフェースに出力可能である。
更に、本発明の課題は、機械部品に対して回転するシャフトの影響を簡単に評価することを可能にする結果データを得るための方法を提示することである。
この課題は、請求項８に係る方法によって解決される。
データ変換器、シーケンス制御器、及び出力インタフェースを備える回転依存の測定値を処理するための装置を作動するための方法が企図されていて、この方法は、
・データ変換器に、測定間隔の一定の時間間隔で一連の測定値が供給され、この測定値が、シャフトの回転に依存し、及びその測定値の少なくとも１つは、シャフトの角度位置を示す１つの角度値であり、
・データ変換器に、シャフトの１回転がｎ個のセクタに分割され、及び基準角度値として角度値の内の１つを使用して、到着する測定値が１つのセクタに割り当てられ、及び各々一連の測定値に対してシャフトの回転に応じて、各々のセクタに対して１つの結果値が正確に決定され、並びに
・結果値が出力インタフェースに出力される。
本発明による装置又は本発明による方法のさらなる利点は、従属請求項又は説明する実施例で見出すことができる。
モータスピンドルを有する工作機械の概略図を示す。 本発明による装置の実施形態を示す。 図２の実施形態のための信号ダイヤグラムを示す。 本発明による方法を例示するための値の表を示す。 測定システムの代替的な実施形態を示す。 測定システムの別の実施形態を示す。 測定システムの別の実施形態を示す。 測定システムの代替的な実施形態を示す。 測定システムの別の実施形態を示す。 本発明による装置の別の実施形態を示す。 本発明による装置の別の実施形態を示す。
以下の説明では、本発明の有利な実施形態を、１つの図に記載された構成要素及び機能グループの参照番号が、後述の図で保持される。
図１は、モータスピンドル１０を有する工作機械を簡略化した方法で示す。中央の構成要素は、シャフト２を有するスピンドルモータ１である。シャフト２の一方の端部には、工具４（例えばフライス工具）が配置されている。工具４をシャフト２に固定するために、（不図示の）工具ホルダ、例えばチャック又は中空工具シャンクが設けられている。角度測定装置５（ロータリエンコーダ）もシャフト２と機械的に連結されている。この連結は、角度測定装置５の回転可能なシャフトをシャフト２に接続する（不図示の）機械的連結部を介して行われる。このようにして、シャフト２の角度位置及び／又は実行される回転数が、角度測定装置５によって測定可能である。スピンドルモータ１のハウジング内のシャフト２の支承は、転がり軸受によって行われる。
工作物６の加工中、シャフト２は可変回転速度Ｎで回転し、且つモータスピンドル１０の工作物６に対する相対運動によって、工具４をこの工作物６と接触させる。そのように、例えば、フライス加工の際に、工作物６から所望の輪郭がフライス加工される。相対運動は、直線駆動軸線Ｘ、Ｙ、Ｚに沿って行うことが可能であり、さらにいわゆる旋回軸線Ａ、Ｂが設けられている。その結果、示されている例では、５つの運動軸線Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｂでの運動が可能である。個々の軸線の運動は、（不図示の）サーボドライブによって制御されるが、このサーボドライブは、対応する機械的構成要素を駆動する。それぞれの運動軸線Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｂの位置を確定するために、更なる位置測定装置２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚ、２０Ａ、２０Ｂが工作機械に設けられている。
さらに、モータスピンドル１０には、多位置測定装置８が設けられ得、その構造及び機能が図７と併せて説明される。
シャフト２の回転は、工作機械の運転に様々な影響を及ぼす可能性がある。工具４が工作物６に接触していなくても、シャフトのアンバランス、転がり軸受の軸受クリアランス、偏心誤差などによって、回転速度に依存する振動が発生する可能性がある。工作物６の加工の際に工具４へ作用する力によって、しばしば機械的振動の形でも、工作機械にさらに深刻な影響を及ぼす。
さらに、モータスピンドル１０にはセンサ３０が設けられていて、このセンサを用いて、更なる機械の状態が測定可能である。この場合、加速度センサ、振動センサ、固体伝播音センサ、ひずみゲージ、電流測定用測定抵抗などが可能である。
角度測定装置５、位置測定装置２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚ、２０Ａ、２０Ｂ、多位置測定装置８、及びセンサ３０の測定値は、適切なケーブルを介して制御機器４０に伝送可能である。制御機器４０は、ケーブルを接続するためのインタフェースを備え、且つ測定値を把握し且つ処理するために使用する。
図２は、図１に示された機械アーキテクチャに基づいて、本発明による装置の１つの実施形態を示す。
本発明による装置の中核的機能は、一連の回転依存の測定値の処理である。これは、シャフト２の回転によって影響される可能性がある測定値である。これらは、シャフト２自体の角度位置の変化のような明らかな効果に加え、特に、回転するシャフト２自体によって生じる力、又は機械の動作中にシャフト２に作用する力によって、影響される測定値である。測定値を測定及び提供するために、様々な測定システムが設けられている。第１の測定システム７０は、シャフト２の角度位置を測定することに適している。この第１の測定システムは、角度測定装置５、データ伝送チャネル５０、及びデータインタフェース４３を備える。さらに、２つの別の測定システム８０、９０が設けられていて、第２の測定システム８０は、図１に示されている位置測定装置２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚ、２０Ａ、２０Ｂに対して、運動軸線Ｘの方向への運動を測定するための位置測定装置２０Ｘを代わりに備え、及び測定装置としての（この例ではデジタルの）センサ３０を有する第３の測定システム９０を備える。また、第２の測定システム８０及び第３の測定システム９０は、それぞれ、データ伝送チャネル５１、５２及びデータインタフェース４４、４５を有する。
位置測定装置２０Ｘの選択は、任意であり、限定的なものではない。当然のことながら、各位置測定装置２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚ、２０Ａ、２０Ｂ（この位置測定装置は、回転シャフト２による位置計測装置の影響を調べるべきである）は、さらなる測定システムの測定部として利用されることができる。
本発明の範囲内における１つの測定システムは、外部信号によって作動され、複数の測定を実施するために、且つ決定された測定値をデジタルで提供するために又は出力するために、必要な全ての構成要素をそれぞれ備える。アセンブリは、それぞれ少なくとも１つの測定装置、伝送チャネル、及びインタフェースを備える。少なくとも１つの測定装置を用いて、少なくとも１つの検査すべき測定変数が、把握でき、且つ測定装置の設計に応じて、デジタルの測定値及び／又は評価すべき測定信号の形式で、伝送チャネルを介してインタフェースに供給することができる。
第１の測定システム７０では、シャフト２の角度位置を角度測定装置５で測定可能である。それは、いわゆる絶対角度測定装置として実行されている。角度測定は、データ伝送チャネル５０を介してデータインタフェース４３から角度測定装置５に要求コマンドＲＱＷを送ることによって開始される。結果得られた角度値ＭＷは、データ伝送チャネル５０を介して角度測定装置５からデータインタフェース４３に対して逆方向へ伝送される。
これと同様に、位置値ＭＸは、位置測定装置２０Ｘを用いて第２の測定システム８０で測定可能であり、並びに、データ伝送チャネル５１へ、及びデータ伝送チャネル５１を介して、データインタフェース４４へ伝送可能である。測定は、要求コマンドＲＱＸによって開始される。
第３の測定システム９０内のセンサ３０は、デジタルセンサとして実行され、従って測定は、要求コマンドＲＱＳの到着で同じく行われ、データインタフェース４５への送信は、データ送信チャネル５２を介して行われる。
制御機器４０は、シーケンス制御器４６、データ変換器６０、及び出力インタフェース６２を備える。さらに、測定システム７０、８０、９０のデータインタフェース４３から４５は、制御機器４０の一部である。
記載されている例では、全てのデータインタフェースが、ポイントツーポイントデータ伝送のために設計されている。即ち、データインタフェース４３から４５は、対応するデータ伝送チャネル５０から５２を介して、連結したデジタル測定装置（角度測定装置５、位置測定装置２０Ｘ、及びセンサ３０）と通信する。
シーケンス制御器４６は、一定の時間間隔で測定パルスＭＰを生じ、且つ信号ケーブル４７を介して測定システム７０、８０、９０に供給する。次いで、データインタフェース４３から４５は、角度測定装置５、位置測定装置２０Ｘ及びセンサ３０の要求コマンドＲＱＷ、ＲＱＸ、ＲＱＳを送信することによって、データインタフェース４３、４４、４５を介して測定値を要求する要求コマンドＲＱＷ、ＲＱＸ、ＲＱＳの結果としてそれぞれのデータインタフェース４３、４４、４５に到着する測定値ＭＷ、ＭＸ、ＭＳは、データ変換器６０に供給される。この手順によって、測定システム７０、８０、９０の個々の測定値ＭＷ、ＭＸ、ＭＳが、ほぼ同時に測定される一連の測定値が生じる。即ち、測定値ＭＷ、ＭＸ、ＭＳは、時間ベースである。
現時点では、同じデータインタフェースを使用することが、必要条件ではないことに言及すべきである。むしろ、要求コマンドをサポートするすべてのデータインタフェースがふさわしく、要求コマンドが任意の信号又は任意の信号シーケンスによって表されていることが可能である。データ伝送チャネル５０、５１、５２が形成されている媒体も任意である。例えば、電線、ライトガイド、又はワイヤレス接続が可能である。電線の場合には、信号伝送は、例えば、既知のＲＳ－４８５規格に従って、差動的に行い得る。その結果、双方向に動作するデータチャネルに対しての一対のライン及び場合によっては１つのクロック信号チャネルに対して別の一対のラインが設けられていることが可能である。
そこで、データ変換器６０には、測定システム７０、８０、９０で生成された時間ベースの測定値が、角度ベースで、仮想の結果値に変換する。この目的のために、シャフト２の１回転が、ｎ個のセクタ数に分割され及び、ｎ個のセクタの各々に対して仮想的な、角度ベースの測定値が決定される。現在の各々のセクタの割り当ての基準となる、シャフト２の現在の角度位置に対する基準として、測定システム７０の測定値ＭＷを使用する。
結果値は、出力インタフェース６２に出力され、この出力インタフェースから、結果値を更に評価する為に、後続の電子機器に出力可能である。有利には、結果値を、出力インタフェース６２に記憶することができ、その結果、出力も後の時点で行うことが可能である。
要約すれば、制御機器４０は、測定モジュールを形成し、この測定モジュールが好適な伝送チャネルを介して測定装置を接続するためのインタフェースを備え、並びに本発明によって測定した測定値を結果値に処理するための処理手段且つそれら結果値の出力の為の出力インタフェースを有する。この場合には、制御機器４０が、独立した装置であってもよいが、機械式制御器の測定モジュールとしても実行され得る。
図３は、図２に示されている実施形態のための信号ダイヤグラムを示す。
信号ダイヤグラムの最上段は、測定パルスＭＰを示し、この測定パルスＭＰは、信号ケーブル４７を介して一定の測定間隔Ｔで、シーケンス制御器４６から測定システム７０、８０、９０へ出力される。測定パルスＭＰの到着は、それぞれの信号特性を監視することによって、例えば、定義された信号エッジの到着又は信号レベルの変化によって認識することができる。
次に続く列は、データ伝送チャネル５０から５２を介して測定システム７０、８０、９０内の測定パルスＭＰの到着に続く通信を、記号的に示していて、角度測定装置５、位置測定装置２０Ｘ及びセンサ３０の方向への信号が水平線より上の領域に示されている一方、データインタフェース４３から４５の方向の信号が水平線より下に示されている。この図は、信号極性も、伝送の為に企図されている伝送線の数も、推測できない。
そのように、測定パルスＭＰが到着すると、データインタフェース４３から４５は、対応する測定装置、即ち、角度測定装置５、位置測定装置２０Ｘ及びセンサ３０に、データ伝送チャネル５０から５２を介して直接、要求コマンドＲＱＷ、ＲＱＸ、ＲＱＳを送信する。次いで、これらが同様に、準同時の、複数の測定を実施し、且つ生成する測定値（角度値ＭＷ、位置値ＭＸ、及びセンサ値ＭＳ）を生成し、データインタフェース４３～４５に送信する。
要求コマンドＲＱＷ、ＲＱＸ、ＲＱＳの種類は、インタフェース固有である。図３に示されているように、要求コマンドＲＱＷ、ＲＱＸ、ＲＱＳは、定義されたデータワード（コマンドワード）であるデータインタフェースは知られている。他のデータインタフェースの場合では、すでに、信号エッジの到着が、要求コマンドＲＱＷ、ＲＱＸ、ＲＱＳとして解釈される。
測定値ＭＷ、ＭＸ、ＭＳは、測定システム７０、８０、９０から、更なる処理のためにデータ変換器６０に出力される。
結果値は、到着した測定値ＭＷ、ＭＸ、ＭＳに基づいて、データ変換器６０で決定する。以下では、この目的のための適切で好ましい方法が、図４に基づいて説明される。
図４は、連続して測定した値ＭＷ、ＭＸ、ＭＳを含む、第１の表を示す。その際、「度［°］」（角度）単位で角度値ＭＷが示されていて、及び「ミリメートル［ｍｍ］」単位で位置値ＭＸが示されていて、及びセンサ値ＭＳは、単位なしで、例えば、１６ビットの範囲値を含む整数値として仮定される。更に、図４は第２の表を示し、第１の表の値からデータ変換器によって決定される結果値ＥＷ、ＥＸ、ＥＳを含む。
次の実施形態に対して、シャフト２の１回転が１２０個の同様のセクタＳＥＣに等しく分割されていると仮定する。したがって、各セクタＳＥＣは、３°の角度範囲を含む。現在測定されている測定値ＭＷ、ＭＸ、ＭＳがどのセクタＳＥＣに割り当てられているかは、基準角度値として使用される角度値ＭＷで決定する。そのように、例えば、表の値０．９°及び２．１°を有する角度値ＭＷがセクタ１に割り当てられている。これは、それぞれ対応する角度値ＭＷと同じ時点で測定されたので、表の値１１３．４３ｍｍ及び１１４．９８ｍｍを有する位置値ＭＸ及び表の値５８５４及び５８５０を有するセンサ値ＭＳが、セクタ１に割り当てられていることを意味する。
本発明によれば、データ変換器６０は、少なくとも測定システム７０、８０、９０のうちの１つの測定シリーズからセクタＳＥＣ毎に１つの結果値を決定する。測定値（角度値ＭＷ、位置値ＭＸ、センサ値ＭＳ）と同様に、この結果値は、それぞれセクタ番号によって補足されている参照記号ＥＷ、ＥＸ、ＥＳが付いている。
結果値を決定するための以下の方法が、特に有利であることが証明されている：
第１の方法は、セクタ変更後の第１の測定値（又はセクタ変更の前の最後の測定値）を、結果値ＥＷ、ＥＸ、ＥＳとして選択することである。この方法は、計算が不要であるので、特に簡単である。測定間隔Ｔを、動作中にセクタＳＥＣ毎に複数の測定値ＭＷ、ＭＸ、ＭＳが測定されるように選択することは、有利である。記載されている簡単な例では、角度結果値ＥＷ１＝０．９°、位置結果値ＥＸ１＝１１３．４３ｍｍ、及びセンサ結果値ＥＳ１＝５８５４がセクタＳＥＣ＝１に対して、正の回転方向の際、セクタ変更後の第１の測定値を選択した場合に生じる。
第２の方法では、１つのセクタＳＥＣ内の全ての測定値ＭＷ、ＭＸ、ＭＳのそれぞれの平均値が、結果値ＥＷ、ＥＸ、ＥＳとして形成される。この方法は、セクタＳＥＣ毎に少なくとも２つの測定値ＭＷ、ＭＸ、ＭＳが測定される時、使用可能である。この方法の特別な利点は、測定値ＭＷ、ＭＸ、ＭＳのローパスフィルタリングが達成されることである。ここで、セクタＳＥＣ＝１に対して角度結果値ＥＷ１＝１．５°、位置結果値ＥＸ１＝１１４．２０５ｍｍ、及びセンサ結果値ＥＳ１＝５８５２を生じる。
第３の方法は、セクタＳＥＣ内の少なくとも２つの測定値ＭＷ、ＭＸ、ＭＳから、現在のセクタＳＥＣの中心における角度位置に関する仮想の測定値を、結果値ＥＷ、ＥＸ、ＥＳとして、計算することに基づいている。ここでは、適切な計算方法、特に線形補間、多項式補間、スプライン補間などの補間方法を使用することができる。この方法は、結果値ＥＷ、ＥＸ、ＥＳの間の急上昇を減少させ（この結果値はシャフト２の回転運動に関連し、測定値ＭＷ、ＭＸ、ＭＳの非同期測定を結果として得る（ジッタ））、それ故に、非常に精密である。直線補間では、例えばセクタＳＥＣ＝１に対して、角度結果値ＥＷ１＝１．５°、位置結果値ＥＸ１＝１１４．２０５ｍｍ、及びセンサ結果値ＥＳ１＝５８５２が生じる（セクタ中央点を１．５°に対して計算する）。
全ての方法では、基準角度値として測定システム７０によって測定された角度値ＭＷに基づき、セクタＳＥＣに対して測定値ＭＷ、ＭＸ、ＭＳの割り当てが行われる。
決定され、且つ提供された結果値ＥＷ、ＥＸ、ＥＳは、さらなる評価のために、出力インタフェース６２を介して（不図示の）後続の電子機器へ出力することができる。代替的には、出力インタフェース６２が、グラフィックインタフェースとして実行され得、このグラフックインタフェースには、ディスプレイ装置、例えばモニタが接続可能で、このモニタには結果値ＥＷ、ＥＸ、ＥＳの経過をグラフ表示することができる。この場合、結果値ＥＷ、ＥＸ、ＥＳの経過は、観察者によって視覚的に評価又は判断することができる。
図５Ａから５Ｃは、測定システムのさらなる有利な実施形態を示す。この場合には、図５Ａ及び図５Ｂに記載されている測定システムは、例えば、図２の測定システム８０に置き換えることが可能であり、図５Ｃでは、測定システム９０の代わりに用いることができる。
図５Ａに記載されている測定システム１８０は、インクリメンタルエンコーダ１２０を備え、このインクリメンタルエンコーダのアナログ位置信号ｓｉｎ、ｃｏｓ、ｒｅｆは、信号伝送チャネル１５１を介して処理インタフェース１４４に供給されている。インクリメンタルエンコーダ１２０は、角度測定装置（ロータリエンコーダ）として又は長さ測定装置として実行され得る。
インクリメンタルエンコーダ１２０の位置信号ｓｉｎ、ｃｏｓ、ｒｅｆは、従来技術で知られているように、規則的な目盛構造の走査によって生じる。一定速度又は移動速度では、位置信号ｓｉｎ、ｃｏｓが、ほぼ正弦波であり、且つ互いに９０°の位相推移を示す。目盛構造の目盛周期数は、位置信号ｓｉｎ、ｃｏｓの信号周期数に相当する。したがって、位置決定は、基準位置を規定する位置信号ｒｅｆと併せて位置信号ｓｉｎ、ｃｏｓを評価することによって可能である。
処理インタフェース１４４は、位置信号ｓｉｎ、ｃｏｓの信号周期を、場合によっては、信号周期の一部分（補間）を評価（計測）することによって、基準位置に関する現在の位置値ＭＸを決定する。
ここで、測定パルスＭＰが到着すると、さらなる測定システム１８０が、処理インタフェース１４４を介して現在の位置値ＭＸを出力する。
図５Ｂに記載されている測定システム２８０も、インクリメンタルエンコーダ２２０を備える。しかしながら、図５Ａとは異なり、これは、デジタル位置信号Ａ、Ｂ、Ｒを、信号伝送チャネル２５１を介して処理インタフェース２４４に出力する。
位置信号Ａ、Ｂは矩形であるが、互いに９０°位相シフトしている。位置信号Ｒは、基準位置を確定するために使用され、且つこの場合で同様に矩形である。
処理インタフェース２４４は、基準位置に関して、位置信号Ａ、Ｂの信号周期又は信号エッジをカウントすることによって、現在の位置値ＭＸを決定する。
ここでも、更なる測定システム２８０は、計測パルスＭＰの到着後に処理インタフェース２４４を介して現在の位置値ＭＸを出力する。
図５Ｃからのさらなる測定システム１９０は、アナログセンサ１３０を備え、そのアナログセンサ信号Ｓは、信号伝送チャネル１５２を介して処理インタフェース１４５に供給されている。
アナログセンサ１３０は、測定すべき変数を電気信号に変換する電気回路又は任意の構成要素を備え得る。これは、可変抵抗、例えばひずみゲージ（ＤＭＳ）を含み得る、又は一定の測定抵抗、例えば、スピンドルモータ１のモータ電流を測定するための一定の測定抵抗をも含み得る。
処理インタフェース１４５は、測定パルスＭＰの到着後に再び、センサ信号Ｓからセンサ値ＭＳを生成するために、且つ出力するために、適した形に構成されている。このために、Ａ／Ｄ変換器、及び演算回路が設けられ得る。
図６Ａ及び図６Ｂは、図２での測定システム７０を置き換え得る測定システムの代替的な実施形態を示す。
図６Ａに記載されている測定システム１７０は、図５Ａに記載されている測定システム１８０に対応する。しかしながら、この測定システムは、シャフト２の角度位置の測定に使用するので、この場合には、測定装置が、インクリメンタルロータリエンコーダ１０５に制限されていて、そのアナログ位置信号ｓｉｎ、ｃｏｓ、ｒｅｆが信号伝送チャネル１５０を介して処理インタフェース１４３に供給されている。測定システム７０と同様に、測定システム１７０は、１つの測定パルスＭＰの到着の結果として角度値ＭＷを出力する。
図６Ａと比較して、かつ図５Ｂと同様に、測定システム２７０は、信号伝送チャネル２５０を介してデジタル位置信号Ａ、Ｂ、Ｒを処理インタフェース２４３に出力するインクリメンタルロータリエンコーダ２０５を備える。ここでも、測定パルスＭＰの到着が、角度値ＭＷの出力を生じる。
図７は、多位置測定装置８の基本構造を示す。この多位置測定装置８は、測定目盛１２と、３つの走査ヘッド１４、１５、１６とを備える。
測定目盛１２は、シャフト２の周囲に渡ってリング状に配置されていて、且つこのシャフトと回転不動で接続されている。この測定目盛は、例えば一連の磁気領域としてシャフト２に直接形成され得る。代替的には、この測定目盛が目盛キャリア上に配置されるが、この目盛キャリアはシャフト２に接続されている。そのように、シャフト２が回転すると、測定目盛１２は、測定ヘッド１４、１５、１６を通過して運動する。
走査ヘッド１４、１５、１６は、例えば、この走査ヘッド１４、１５、１６がモータスピンドル１０のハウジングに接続されているので、シャフト２に対して静的に取り付けられている。走査ヘッド１４、１５、１６に対するキャリアとして、シャフト２を取り囲むほぼリング状のキャリア要素は設けられ得る。有利には、走査ヘッド１４、１５、１６が、一定の角度間隔でシャフト２の周囲に渡って分配されて配置されている。その結果、３つの走査ヘッド１４、１５、１６では、１２０°の理想的な（しかし絶対に必要ではない）角度間隔が生じる。
より単純なバリエーションでは、２つの測定ヘッドのみを使用することができ、この場合、１８０°の角度間隔が好ましい。
走査ヘッド１４、１５、１６は、測定目盛１２を走査するために、且つそこから位置依存信号を得るために、適した形に構成されており、それらの信号からシャフト２の角度位置を決定することができる。ここで使用することができる様々な物理的走査原理は、特に磁気的、光学的又は誘導性の走査原理が知られている。
記載されている実施例では、測定目盛１２と併せて走査ヘッド１４、１５、１６は、絶対測定装置として実行されている。即ち、走査ヘッド１４、１５、１６による測定目盛１２の走査から、デジタル角度値ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３を生じる。
理想的な配置において且つシャフト２の完全な同心度の場合には、走査ヘッド１４、１５、１６が、同じ角度位置を測定するか、又は走査ヘッド１５、１６で測定されている角度値ＭＷ２、ＭＷ３が、第１の走査ヘッド１４の角度値ＭＷ１に関して、１２０°若しくは２４０°の一定のオフセットを有する。
それに対して、実際の動作では、例えば、モータスピンドル１０で工作物６をフライス加工する間に、力がシャフト２に半径方向に作用し、且つ静止走査ヘッド１４、１５、１６に関連してシャフト２がそれる（図７では、回転シャフト２での加工プロセス中に生じる複雑な力曲線の代わりに、回転中心点Ｍとシャフト２を理想位置から回転中心点Ｍ’と破線で示す運転位置へ、移動させる力ベクトルＦのみが記号で記載されている）。これは、更にまた、測定されている角度値ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３に影響を及ぼすので、シャフト２のたわみから生じる角度値ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３の誤差の評価は、発生する力又は動的な力曲線を逆推定することを可能にする。特に、シャフト２の変位の経過は、角度値ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３の経過から算出可能である。
そして、図７に記載されている測定システムは、２つの測定システム３７０、３８０を有する。測定システム３７０は、第１の走査ヘッド１４を備え、データ伝送チャネル３５１でもってデータインタフェース３４３に接続されている。測定を開始するために、データインタフェース３４３は、要求コマンドＲＱＷ１を走査ヘッド１４に送信し、その後、これらが測定を実施し、且つ角度値ＭＷ１をデータインタフェース３４３に送信する。先述の実施例のように、測定プロセスは測定パルスＭＰによって作動され、この測定パルスはシーケンス制御部４６によって測定システム３７０に供給される。
測定システム３８０は、第２の走査ヘッド１５及び第３の走査ヘッド１６を備え、これらの走査ヘッドはいずれもデータ伝送チャネル３５２を介してバスインタフェース３４４に接続されている。バスインタフェース３４４は、両方の走査ヘッド１５、１６と通信することが可能である。その結果、バスインタフェース３４４は、測定を開始する為に、走査ヘッド１５に第１の要求コマンドＲＱＷ２を、走査ヘッド１６に第２の要求コマンドＲＱＷ３を送る。代替的には、測定を開始する為に共通の要求コマンドが提供され得、この要求コマンドは両方の走査ヘッド１５、１６に送られる（信号送信（Ｂｒｏａｄｃａｓｔ））。
従って、１つのバスインタフェース３４４は、少なくとも２つのデジタル測定装置、この場合には走査ヘッド１５、１６が接続されると同時に、使用可能である。更にまた、走査ヘッド１５、１６は、測定された角度値ＭＷ２、ＭＷ３をバスインタフェース３４４に送り返す。従って、前述の測定システムと異なって、測定システム３８０は、２つの測定値、具体的には２つの角度値ＭＷ２、ＭＷ３を測定するために、及び出力するために構成される。
データインタフェース３４３及びバスインタフェース３４４は、制御機器３４０に配置されている。制御機器３４０は、シーケンス制御部４６、及びデータ変換器６０、及び出力インタフェース６２（この出力インタフェース６２は図２と併せて既に説明した）及び演算部６４をさらに備える。
この実施例では、測定システム３７０、３８０によって測定されている角度値ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３が、データ変換器６０に直接供給されるのではなく、演算部６４に供給される。演算部６４は、角度値ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３の経過から、シャフト２のたわみの経過を示す中間値Ｚを算出する。
角度値ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３の測定と同様に、中間値Ｚの計算は、測定パルスＭＰの時間パターンで行われる。これにより、データ変換器６０に測定値として供給されている一連の中間値が生じ、及びデータ変換器が一連の中間値を角度ベースの変位結果値ＥＶに変換する。即ち、セクタＳＥＣあたり１つの変位結果値ＥＶに換算する。
各々の現在のセクタＳＥＣを決定するために考慮される基準角度値ＭＷとして、この実施例では、走査ヘッド１４によって測定された角度値ＭＷ１が、データ変換器６０に供給されている。次に、これは、角度値ＭＷ１の測定におけるシャフト２の変位から生じる測定誤差を、さらなる評価のために許容することができる場合に有利である。
図８は、本発明による測定システムのさらなる実施例を示す。基準角度値ＭＷの形成においてのみでは図７の測定システムと異なる。このため、制御機器４４０には、角度値ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３が供給されている第２の演算部６６が設けられている。第２の演算部６６は、例えば、平均化によって、角度値ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３から中間値として補正角度値ＭＷを算出する。この補正角度値ＭＷは、データ変換器で基準角度値になる。このようにして、データ変換器内の現在のセクタＳＥＣの決定は、シャフトの変位に依存しない。その結果、結果値のさらに高い精度が達成される。
勿論、基準角度値ＭＷを算出する場合には、走査ヘッド１４、１５、１６の配置によって、角度値ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３の間の１２０°又は２４０°で制限されるオフセットを考慮しなければならない。
複数の位置測定装置８が、更なる走査ヘッド（第４の走査ヘッド１１４が記載されている）を有することも可能であることは、図８において破線によってのみ示されている。これらが、測定目盛１２が、垂直な測定方向の測定を可能にする目盛構造を有する場合、シャフト又は測定目盛１２の図面の平面に対して上下の変位を測定し得る。さらなる走査ヘッドの測定値は、データ変換器に直接供給され得、及びそこから角度ベースの結果値に変換することができるが、中間値Ｚ及び／又は基準角度値ＭＷを計算する際に考慮するために、この測定値は、計算ユニット６４、６６に供給されることも可能である。
示唆されているように、別の走査ヘッドとの通信は、バス接続（この場合、データインタフェース３４３はバスインタフェースとして実行すべき）を介して、又は別個のデータインタフェースを介して行うことが可能である。
代替的には、各測定ヘッド１４、１５、１６も、図面の平面に対して垂直な変位と角度値とを測定するように、適した形に構成され得る。
測定ヘッド１４、１５、１６は、それぞれ（絶対コード化された）測定目盛１２と併せて、絶対（デジタル）測定装置を形成する。代替的には、インクリメンタル測定目盛を使用することもできるので、インクリメンタル信号を評価することに適した測定ヘッドと併せてインクリメンタルロータリエンコーダを形成することができることに言及すべきである。矛盾のないさらなる形態において、データインタフェース３４３又はバスインタフェース３４４の代わりに処理インタフェースを使用する場合には、図６Ａ又は６Ｂの実施例に対応する３つの測定システムになる。
本発明は、記載した実施例に限定されるものではなく、むしろ、特許請求の範囲内で当業者が選択的に実施することができる。
同様に、本発明は、フライス加工用の工作機械と併せて使用することに限定されない。本発明は、検討すべき機械又は設備のさまざまな構成要素に対する回転シャフトの影響を解析すべきであるすべての機械及び設備において有利に使用することができる。フライス加工用の機械に加えて、特に研削、旋盤、又はコンベヤシステム用の機械も評価ことができる。

Claims (15)

  1. データ変換器（６０）、シーケンス制御器（４６）、及び出力インタフェース（６２）を備える、回転依存の測定値を処理するための装置であって、当該装置は、
    ・データ変換器（６０）に、測定間隔（Ｔ）の一定の時間間隔で一連の測定値（ＭＷ、ＭＸ、ＭＳ、ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３、Ｚ）を供給可能であり、これらの測定値が、シャフト（２）の回転に依存し、且つそれらの測定値の少なくとも１つは、シャフト（２）の角度位置を示す１つの角度値（ＭＷ、ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３）であり、
    ・データ変換器（６０）は、シャフト（２）の１回転をｎ個のセクタ（ＳＥＣ）に分割するために、及び基準角度値として角度値（ＭＷ、ＭＷ１）の内の１つを使用して、到着する測定値（ＭＷ、ＭＸ、ＭＳ、ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３、Ｚ）を１つのセクタ（ＳＥＣ）に割り当てるために、及び各々一連の測定値（ＭＷ、ＭＸ、ＭＳ、ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３、Ｚ）に対してシャフト（２）の回転に応じて、各々のセクタ（ＳＥＣ）に対して１つの結果値（ＥＷ、ＥＸ、ＥＳ、ＥＶ）を正確に決定するために、構成されていて、並びに
    ・結果値（ＥＷ、ＥＸ、ＥＳ、ＥＶ）を出力インタフェース（６２）に出力可能である、
    ことを特徴とする装置。
  2. 少なくとも１つの測定システム（７０、８０、９０、１７０、１８０、１９０、２７０、３７０、３８０）が設けられていて、この測定システムは、インタフェース（４３、４４、４５、１４３、１４５、２４３、２４４、３４２、３４４）、伝送チャネル（５０、５１２、１５１、２５０、２５１、３５２）及び測定装置を備え、並びに、
    測定間隔（Ｔ）の時間間隔で測定パルス（ＭＰ）が、測定システム（７０、８０、９０、１７０、１８０、１９０、２７０、２８０、３７０、３８０）に供給され、及び測定システム（７０、８０、９０、１７０、１８０、１９０、２７０、２８０、３７０、３８０）は、測定パルス（ＭＰ）の到着で、少なくとも１つの測定値（ＭＷ、ＭＸ、ＭＳ、ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３）を生成し且つ出力する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 少なくとも１つの測定システム（７０、８０、９０、１７０、１８０、１９０、２７０、２８０、３７０）は、少なくとも１つの測定値（ＭＷ、ＭＸ、ＭＳ、ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３）をデータ変換器（６０）に出力する、ことを特徴とする請求項２に記載の装置。
  4. 測定システム（３７０、３８０）が、少なくとも１つの測定値（ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３）を演算部（６４、６６）に出力し、並びに演算部（６４、６６）が、少なくとも１つの測定値（ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３）から中間値（Ｚ、ＭＷ）を算出し、及びデータ変換部（６０）に出力する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
  5. 測定システム（７０、８０、９０、３７０）は、データ伝送チャネル（５０、５１、５２、３５１、３５２）を介してデジタル測定装置（５、１５、２０Ｘ、３０）に接続されているデータインタフェース（４３、４４、４５、３４２）を備える、ことを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の装置。
  6. 測定システムは、信号伝送チャネル（１５０、１５１、１５２、２５０、２５１）を介してインクリメンタルエンコーダ（１０５、１２０、２０５、２２０）又はアナログセンサ（１３０）に接続されている処理インタフェース（１４３、１４４、１４５、２４３、２４４）を備える、ことを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の装置。
  7. 測定システム（３８０）は、データ伝送チャネル（３５２）を介して少なくとも２つのデジタル測定装置（１５、１６）に接続されているバスインタフェース（３４４）を備える、ことを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の装置。
  8. データ変換器（６０）、シーケンス制御部（４６）、出力インタフェース（６２）を備える、装置を用いて回転依存の測定値を処理するための方法であって、
    当該方法は、
    ・データ変換器（６０）に、測定間隔の一定の時間間隔（Ｔ）で一連の測定値（ＭＷ、ＭＸ、ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３、Ｚ）が供給され、これらの測定値が、シャフト（２）の回転に依存し、且つそれらの測定値の少なくとも１つは、シャフト（２）の角度位置を示す１つの角度値（ＭＷ、ＭＷ１、ＭＷ３）であり、
    ・データ変換器（６０）では、シャフトの１回転がｎ個のセクタ（ＳＥＣ）に分割され、及び基準角度値として角度値（ＭＷ、ＭＷ１）の内の１つを使用して、到着する測定値（ＭＷ、ＭＸ、ＭＳ、ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３、Ｚ）が１つのセクタ（ＳＥＣ）に割り当てられ、及び各々一連の測定値（ＭＷ、ＭＸ、ＭＳ、ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３、Ｚ）に対してシャフト（２）の回転に応じて、各々のセクタ（ＳＥＣ）に対して１つの結果値（ＥＷ、ＥＸ、ＥＳ、ＥＶ）が正確に決定され、並びに、
    ・結果値（ＥＷ、ＥＸ、ＥＳ、ＥＶ）が出力インタフェース（６２）に出力される、
    ことを特徴とする方法。
  9. 少なくとも１つの測定システム（７０、８０、９０、１７０、１８０、１９０、２７０、３７０、３８０）が設けられていて、この測定システムは、インタフェース（４３、４４、４５、１４３、１４５、２４３、２４４、３４２、３４４）、伝送チャネル（５０、５１２、１５１、２５０、２５１、３５２）及び測定装置を備え、並びに、
    測定間隔（Ｔ）の時間間隔で測定パルス（ＭＰ）が、測定システム（７０、８０、９０、１７０、１８０、１９０、２７０、２８０、３７０、３８０）に供給され、及び測定システム（７０、８０、９０、１７０、１８０、１９０、２７０、２８０、３７０、３８０）は、測定パルス（ＭＰ）の到着で、少なくとも１つの測定値（ＭＷ、ＭＸ、ＭＳ、ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３）を生成し且つ出力する、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 少なくとも１つの測定システム（７０、８０、９０、１７０、１８０、１９０、２７０、２８０、３７０）は、少なくとも１つの測定値（ＭＷ、ＭＸ、ＭＳ、ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３）をデータ変換器（６０）に出力する、ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
  11. 測定システム（３７０、３８０）が、少なくとも１つの測定値（ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３）を演算部（６４、６６）に出力し、並びに演算部（６４、６６）が、少なくとも１つの測定値（ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３）から中間値（Ｚ、ＭＷ）を算出し、及びデータ変換部（６０）に出力する、ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の方法。
  12. 測定システム（７０、８０、９０、３７０）は、データ伝送チャネル（５０、５１、５２、３５１、３５２）を介してデジタル測定装置（５、１５、２０Ｘ、３０）に接続されているデータインタフェース（４３、４４、４５、３４２）を備える、ことを特徴とする請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。
  13. 測定システムは、信号伝送チャネル（１５０、１５１、１５２、２５０、２５１）を介してインクリメンタルエンコーダ（１０５、１２０、２０５、２２０）又はアナログセンサ（１３０）に接続されている処理インタフェース（１４３、１４４、１４５、２４３、２４４）を備える、ことを特徴とする請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。
  14. 測定システム（３８０）は、データ伝送チャネル（３５２）を介して少なくとも２つのデジタル測定装置（１５、１６）に接続されているバスインタフェース（３４４）を備える、ことを特徴とする請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。
  15. 結果値（ＥＷ、ＥＸ、ＥＳ、ＥＶ）を形成するためのセクタ（ＳＥＣ）に対して測定値（ＭＷ、ＭＸ、ＭＳ、ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３、Ｚ）の割り当てが、少なくとも１つの以下の方法、即ち、
    ・セクタ変更前の最後の測定値（ＭＷ、ＭＸ、ＭＳ）の、又は、セクタ変更後の、第１の測定値（ＭＷ、ＭＸ、ＭＳ）を、結果値（ＥＷ、ＥＸ、ＥＳ）として選択すること、
    ・１つのセクタ（ＳＥＣ）内の全ての測定値（ＭＷ、ＭＸ、ＭＳ）の平均値が、結果値（ＥＷ、ＥＸ、ＥＳ）として形成されること、
    ・セクタ（ＳＥＣ）内の少なくとも２つの測定値（ＭＷ、ＭＸ、ＭＳ）から、現在のセクタ（ＳＥＣ）の中心における角度位置に関する仮想の測定値を、結果値（ＥＷ、ＥＸ、ＥＳ）として、計算すること、
    をそれぞれ行うことを特徴とする請求項８から１４のいずれか一項に記載の方法。
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