JPH03123998A - 回転する構成部材で測定される物理量を無接触伝送する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、センサが、回転する構成部材と固定されてい
る構成部材との間の空隙を橋絡する誘導コイル対を介し
てエネルギーを供給されかつ電気値を伝送するための別
の誘導コイル対が設けられており、センサにより検出さ
れかつ電気値に変換される、＠転する構成部材、なるべ
く工作機械の主軸に配置された締付は工具、で測定され
る物理量を無接触伝送する方法に関する。

〔従来の技術〕

このような、回転する締付は工具において測定される物
理量を無接触伝送する方法は、欧州特許出願公開筒１０
８８５７号明細前から公知である。しかしこの公知の方
法には、センサにより検出される物理量がアナログ信号
として伝送されるため、作動中の不可避の障害影響が、
検出されるデータの精度を著しく低下させるという欠点
がある。更に、信号の検出及び伝送のために大きい構成
出費が必要である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の基礎になっている課題は、最低の構成出費で正
確な測定結果を供給する、冒頭に述べたような一転する
構成部材で測定される物理１１ｋを無接触伝送する方法
を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この課題は本発明によれば、センサにより発信される測
定値が直接電流信号に変換され、この電流信号が、回転
する構成部材でアナログ信号として２つの測定導線を介
して誘導コイル対の送信コイルへ出力されかつ伝送の直
前にデジタル化されかつ回転する構成部材から固定され
ている構成部材へ連続的に伝送され、第２の誘導コイル
対を介して回転する構成部材へ伝送されるエネルギーが
同じ測定導線を介して、規定されたｉｌｉ囲にあるセン
サへ供給され、この範囲が測定値伝送範囲の外部にある
ことによって解決される。

〔発明の効果〕

本発明による提案により、一方では測定値伝送のために
、他方では各センサのためのエネルギー供給のために、
２つの導線しか必要とされず、この場合、必要とされる
導線長さに関係なく障害影響が、電圧値の代わりに電流
が導線を通って流れるから、無視できるほどに小さくな
るという利点が得られる。

唯１つの誘導コイル対を介して多数のセンサのすべての
測定値を、固定されている構成部材へ伝送することがで
きるようにするためにかつ別の誘導コイル対を介してす
べてのセンサにエネルギーを供給するために、本発明の
拡張において、複数のセンサを測定値変換器と２つの導
線と測定値検出装置とを介してアナログ−デジタル変換
器に接続することが提案されている。

この場合は、本発明によれば、複数のセンサの測定値に
加えて、連続的な測定値プロトコル内の同期信号及び識
別信号が伝送され得るので、識別信号を介してセンサ又
は回転する構成部材の種類及び大きさが識別され得る。

最後に、本発明により、回転する構成部材にある測定個
所の供給電圧をコイル回路網部分により°調節すること
が提案されており、このコイル回路網部分は第３の誘導
コイル対を介して測定値検出装置と接続されているので
、回転する構成部材における全電子装置のための供給電
圧はいかなる場合にも一定に保持される。

〔実施例〕

図面に示された実施例について本発明による方法を以下
に説明する。

第１図は、部分的に示された工作機械の主軸台１に回転
可能に支持された主軸２を示しており、この主軸の前側
フランジに締付は工具３がねじ４によって取り付けられ
ている。この締付は工具３は多数の締付は爪５を持って
おり、これらの締付は爪のうち唯１つの締付は爪５が図
面に示されている。この締付は爪５は半径方向に移動可
能に締付は工具３のチャック本体に支持されておりかつ
チャックピストン６により操作され、このチャックピス
トンは軸線方向に移動可能に締付は工具３のチャック本
体に配置されておりかつ引張棒７により駆動される。締
付は工具３の前面は蓋８により閉鎖されている。

主軸台ｌの端面に、固定されている伝送環９が配置４さ
れており、この伝送環は、主軸２と共に回転する締付は
工具３と共に、規定された空隙を形成している。

締付は工具３に、締付は工具の作動の際の物理ｉｉｔを
検出するための測定値検出器が多数配置されている。第
１図による実施例では、−府見やすくするために、唯１
つのセンサ１０だけが示されており、このセンサは、締
付は爪５により、締め付けられた工作物に加えられる締
付は力の測定のために使われる。センサ１０は導線１１
を介して測定値変換器１２と接続しており、この測定値
変換器は２つの伝送線１３を介して測定値検出装置１４
と接続されており、この測定値検出装置は第２図に詳細
に示されている。

回転する締付は工具３に配置された測定値検出装置１４
は、２つの誘導コイル対１５ａ、１５ｂ又は１６ａ＋　
１６ｂを介して無接触で伝送環９と接続している。誘導
コイル対１６ａ、１６ｂの受信コイル１６ｂは伝送線１
７によって測定値受信装置３０と接続されており、この
測定値受信装置は第３図に詳細に示されている。他方の
誘導コイル対１５ａ、１５ｂの送信コイル１５ｂは伝送
線１８を介してコイル回路網部分４０と接続されており
、このコイル回路網部分は第４図に詳細に示されている
。

センサ１０により検出された物理量、実施例では締付は
力、は電気量に変換されかつ導線１１を介して測定値変
換器１２へ供給される。測定値変換器１２の役目は、ひ
とつには、測定信号を受信しかつ電流信号に変換し、も
うひとつは、センサ１０に必要なエネルギーを供給する
ことである。これによって、測定値変換器１２から測定
値検出装置１４へ唯２つの伝送線１３が、これらの２つ
の伝送線１３によりセンサ１０へのエネルギー供給が行
なわれかつ同時に逆方向に信号伝送が行なわれるにも拘
らず、必要とされるだけであるという利点が得られる。

測定値検出器ｆＺ２１４は第２図に詳細に示されている
。

第２図に示された実施例では、全部で６つのセンサ１０
が締付は工具３に存在し、これらのセンサがそれぞれ測
定値変換器１２を介して測定値検出装置１４に接続され
ていることを前提とする。画定値変換器１２から送られ
る電流信号はそれぞれ電流−電圧変換器２１ａ−２１ｆ
により電圧に変換され、これらの電圧はマルチプレクサ
２２に印加される。このマルチプレクサ２２はアナログ
−デジタル変換器２３と接続されている。マルチプレク
サ２２は、制御に応じてアナログ−デジタル変換器２３
へのそれぞれの測定チャネルを導通するスイッチのよう
に動作する。マルチプレクサ２２は実施例において、全
部で８つの信号を処理することができ、そのうちの６つ
が測定信号として使用される。マルチプレクサ２２の他
の２つの接続部に同期回路及び装置識別回路２５が接続
される。

同期回路２４は、各データ伝送ブロックの前に前置され
る明確な信号を発生する役目をする。

この信号は装置識別回路の範囲にもデータの範囲にもな
い。それによって、固定部分にある、後に接続された電
子受信装置にとって、同期信号、装置識別信号及び６つ
の測定信号から成る伝送ブロックの開始を識別しかつ反
応することが可能である。

装置識別回路２５は、同期範囲にもデータ範囲にもない
信号を発生する役目をする。この信号で、固定部分にお
いて装置の後に接続された電子評価装置は、どの装置が
機械に付加されているかを識別することができる。この
場合は、例えばそれぞれの締付は工具３の識別であり得
る。

測定値検出装置１４の内部経過はクロックパルス発生装
置２６により制御され、このクロックパルス発生装置は
マルチプレクサ２２及びアナログ−デジタル変換器２３
及び並列−直列変換器２７と接続されている。アナログ
ーデジタル変換器２３は、印加された電圧をデジタル値
に変換し、このデジタル値はパリティ発生器２８へ与え
られ、このパリティ発生器はパリティビットを発生する
。このパリティビットは、アナログ−デジタル変換器２
３により発生されたデジタル語に対応せしめられかつこ
のデジタル語と共に伝送される。受信側には、伝送誤り
を識別しかつそれに反応することができる可能性がある
。測定値及びパリティビットの合成は並列−直列変換器
２７で行なわれる。この回路は、並列に印加されたデー
タ語を直列のビット列に変換する役目をする。並列−直
列変換器２７の後にコイル駆動装置２９が接続されてお
り、このコイル駆動装置は送信出力を、回転する送信コ
イル１６ａから誘導コイル対１６ａ＋１６ｂの固定され
ている受信コイルｌらｂへの伝送が保証されるように、
増幅する。

上述した測定値伝送は回転数に関係しないので、停止か
ら、例えば毎分ｔｏｏｏｏ回に達する最大回転数までの
連続的伝送が保証される。特に締付は工具ではこのよう
な連続的測定値伝送が必要である。なぜならばプロセス
量、例えば締付は力、は何時でも測定されかつ場合によ
っては制御されなければならないからである。このため
に使用される、誘導コイルによる煎接触伝送方法は、接
触子を伴った伝送方法から、例えば摩耗現象のような問
題を取り除く。コイル駆動装置２９から送られる信号は
、装＋＋／ｉの回転部分にある送信コイル１６ａを介し
て、装置の固定部分にある受信コイル１６ｂへ誘導的に
伝送される。この受信コイル１６ｂから、測定信号は伝
送線１７を介して、固定した測定値受信装置３０へ供給
され、この測定値受信装置は第３図に示されている。

この測定値受信装置３０の役目は、センサ１０により検
出された測定値を受信及び翻訳することである。測定信
号を誘導コイル１６ａ及び１６ｂを介して伝送すること
により、信号は形を変えられる。測定値受信装置４３０
の、後に接続された素子は、信号を純粋な形に処理する
役目をする。これは次のように行なわれる。

受信コイル１６ｂにおいて透導された電圧は保護回路３
１により振幅を制限される。後続の回路３２により、正
及び負の辺が除去されかつ適当な論理レベルに変換され
る。これらの送信号によりフリップフロップがセット又
はリセットされる。フリップフロップ３３の出力端にお
いて、送られた２送信号を取り出すことができる。

この２送信号は形及びレベルの点で、装置の回転部分に
おいて先に送られたデータに一致している。例えばデジ
タルコンピュータ又はデジタル調節装置による更なる処
理のために、２送信号は別の回路３４で変換される。

全回路へ供給するための電子装置が、第４図にコイル回
路網部分４つにより示されている。

第４図に示された電子装置の役目は、測定値変換器１２
及び測定値検出装置１４の動作に必要なエネルギーを装
置の回転部分、すなわち締付は工具３に供給することで
ある。

この出力伝送は、回転部分にあるセンサ１０へ供給され
る電圧が十分に一定であるように行なわれなければなら
ない。この電圧はセンサ１０の数及びそれぞれのセンサ
１０における印加する測定値の大きさにより影響される
。唯１つのセンサ１０シか存在しない場合は、このセン
サ１０及び測定値により引き起こされる変動を許容する
ことができる。しかし複数のセンサ１０が測定値検出装
置１４に接続されかつエネルギー伝送により誘導コイル
対１５ａ、１５ｂを介して非常に柔い結合ができるから
、装置の回転部分において生ぜしめられる動作電圧の実
際値を検出しかつこの実際値を測定値検出装置１４に関
係なく固定部分へ伝送し、そして調節器へ供給すること
が必要である。この調節器は、送信コイル１５ｂへ送ら
れた出力を、回転部分における動作電圧が負荷に左石さ
れず、それによって一定に保持されるように、制御する
。

この伝送を可能にするために、回転部分にある直流電圧
を先ず周波数に変換し、次いでこの周波数を誘導コイル
１５ａ、　１５ｂを介して伝送することができるように
しなければならない。適当な電子装置でこの周波数は再
びアナログ直流電圧に戻される。

第４図によるコイル回路網部分４０において、固定周波
数の脈動電圧がパルス幅発生器で発生され、この電圧は
出力増幅器４２へ伝送されかつここから送信コイル１５
ｂを介して、回転部分にある受信コイル１５ａに誘導的
に伝送される。

その後に誘導電圧は成分４３で整流及び平滑化される。

発生した直流電圧は、回転部分における電子装置への供
給のために使われる。

既に上述したように、この電圧は非常に０荷に左右され
る。この電圧の実際値は構成部材４４において検出され
かつ等側周波数に変換される。

この周波数はコイル駆動装置５１及び後に接続された誘
導コイル対４９ａ、４９ｂを介して回転部分から固定部
分に誘導的に伝送される。受信コイル４９ｂから情報が
導線５０及び保護回路４５を介して辺識別回路４６へ、
そして史にレベル整合回路４７へ達する。その後に、取
り戻された信号は回路４８において周ａ数から直流電圧
に変換される。この直流電圧は実際値としてパルス幅発
生器４１へ供給され、このパルス幅発生器は、回転部分
における全電子装置のための供給電圧が一定に保持され
るように、パルス幅を変える。

上述した方法には、作動障害により非常に影響されるア
ナログ電圧が伝送されるのではなく、デジタル化された
、２進数の形で存在する酬定値が伝送されるという利点
がある。これらの測定値は作動からの誘導干渉によりほ
とんど障害に左右されない。更に、これらの測定値は伝
送はの点で非常に正確でありかつ同じような測定装置よ
り質的に優れている。障害に対する高い安全性のほかに
、上述の方法は、回転する構成部材の回１販数に左右さ
れない。なぜならば高い伝送率が、回転する構成部材に
組み込まれた電子装置により可能にされるからである。

この高い伝送率は、実際値に影響を与えるための調節技
術的段階を行なうことができるために必要である。更に
、・この方法は電子部品群を非常に小さく形成すること
を許容するので、測定値変換器１２をそれぞれのセンサ
１０のすぐ近くに配置しかつ測定値検出装置１４も回転
部分に配置することが可能である。この方法は、回転す
る構成部材から複数の測定信号を伝送することができ、
この場合は、例えば力、膨張、圧力及び温度であり得る
。伝送はデジタル信号で行なわれるから、唯１つの誘導
コイル対１６ａ、　１６ｂを介して複数の信号を伝送す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は工作機械の主軸に配置された、本発明による方
法を実施するために必要な構成部材を持つ締付は工具の
概略断面図、第２図は締付は工具に配置された測定値検
出装置の電気回路図、第３図は固定されている配電盤に
配置された測定値受信装置の電気回路図、第４図はコイ
ル回路網部分の調節のための電気回路図である。 ２・・・主軸、−３・・・締付は工具、１０・・・セン
サ、１３−・−伝送線、１５ａ、＋５ｂ、１６ａ＋１６
ｂ　・”誘導コイル対 「 −１ よ ニー− △ 」

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　センサ（１０）が、回転する構成部材と固定されて
   いる構成部材との間の空隙を橋絡する誘導コイル対（１
   ５ａ、１５ｂ）を介してエネルギーを供給されかつ電気
   値を伝送するための別の誘導コイル対（１６ａ、１６ｂ
   ）が設けられており、センサ（１０）により検出されか
   つ電気値に変換される、回転する構成部材で測定される
   物理量を無接触伝送する方法において、センサ（１０）
   により発信される測定値が直接電流信号に変換され、こ
   の電流信号が、回転する構成部材でアナログ信号として
   ２つの測定導線（１３）を介して誘導コイル対（１６ａ
   、１６ｂ）の送信コイル（１６ａ）へ出力されかつ伝送
   の直前にデジタル化されかつ回転する構成部材から固定
   されている構成部材へ連続的に伝送され、第２の誘導コ
   イル対（１５ａ、１５ｂ）を介して回転する構成部材へ
   伝送されるエネルギーが同じ測定導線（１３）を介して
   、規定された範囲にあるセンサ（１０）へ供給され、こ
   の範囲が測定値伝送範囲の外部にあることを特徴とする
   、回転する構成部材で測定される物理量を無接触伝送す
   る方法。 ２　複数のセンサ（１０）が測定値変換器（１２）と２
   つの導線（１３）と測定値検出装置（１４）とを介して
   アナログ−デジタル変換器（２３）に接続されているこ
   とを特徴とする、請求項１に記載の方法。 ３　複数のセンサ（１０）の測定値に加えて、連続的な
   測定値プロトコル内の同期信号及び識別信号が伝送され
   ることを特徴とする、請求項１及び２のうち１つに記載
   の方法。 ４　回転する構成部材にある測定個所の供給電圧がコイ
   ル回路網部分（４０）により調節され、このコイル回路
   網部分が第３の誘導コイル対（４９ａ、４９ｂ）を介し
   て測定値検出装置（１４）と接続されていることを特徴
   とする、請求項１ないし３のうち１つに記載の方法。