PT1323495E - Processo e dispositivo de monitorização de ferramentas - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "PROCESSO E DISPOSITIVO DE MONITORIZAÇÃO DE FERRAMENTAS" [0001] A invenção refere-se a um processo de monitorização de ferramentas numa árvore ou num porta-ferramentas, em particular de ferramentas rotativas, bem como a um dispositivo para o efeito.

[0002] Para a árvore de uma máquina-ferramenta contribuem diversas grandezas fisicas. A designar, antes de mais, a força de avanço, o momento de torção e o momento de flexão. Através da furadora multiárvores, conseguem detectar-se erros críticos das ferramentas e do processo, para adaptar o funcionamento da correspondente máquina-ferramenta ou encontrar contra-medidas. Antes de mais têm que ser detectadas ferramentas com defeito, quebradas ou ferramentas desgastadas.

[0003] Nas máquinas de ferramentas existentes até agora ou não se faz qualquer monitorização destas grandezas físicas, ou há um sensor individual associado a cada bucha porta-brocas, que pode limitar muito esta medição de grandezas. Se for necessária uma nova gama de medição, será necessário um novo sensor.

[0004] No caso da DE 42 29 569 Cl, é conhecido um processo do tipo acima mencionado, através do qual grandezas físicas, como por exemplo o momento de torção, a força, a aceleração, a temperatura, a pressão e a velocidade em ensaio, transmissão, motorização, etc., são definidas. Estas são transferidas sem contacto para um estator.

[0005] No caso da DE 199 17 626 Al, decorre a necessidade de posicionar as diferentes variáveis no rotor electrónico, para garantir um funcionamento correcto. Para exemplificar, o ponto 0 do extensómetro e o factor de amplificação têm que ser estabelecidos. Isto pode ser efectuado através de uma 2 transferência bidireccional de dados, onde é proposto construir um programa no microprocessador do rotor electrónico, que defina estas variáveis e que possa ser solucionado através da recepção de um comando do estator.

[0006] A presente invenção permite desenvolver um processo e um dispositivo do tipo acima mencionado através do qual as grandezas físicas acima mencionadas possam ser determinadas com exactidão numa grande amplitude de medição.

[0007] Para a resolução desta tarefa, é necessário a combinação das características das respectivas reivindicações 1 e 8.

[0008] Isto significa que a medição das correspondentes grandezas físicas é determinada directamente através de um sensor na componente mecânica rotativa (árvore, porta--ferramentas ou ferramenta). À própria componente mecânica rotativa está associado , com um afastamento previamente definido, um estator que não é rotativo mas que comunica sem contacto com a unidade electrónica rotativa, e esta pode alimentar com corrente o sinal digital recebido.

[0009] Desta forma é possível determinar, por exemplo, através de um processo de abertura de roscas em peças-fêmea, de uma espessura superior ou inferior ao furo roscado, uma profundidade da rosca não correcta ou um desvio da no grau do avanço.

[0010] 0 processo passa pela invenção de um dispositivo, no qual um estator está associado ao sensor, para gerar um campo eléctrico e/ou electromagnético e para transferência do sinal sem contacto.

[0011] Como sensores são aplicados extensómetros e sensores piezoeléctricos, os quais são depois dispostos numa configuração, de acordo com a medida de grandeza que determinem.

[0012] Os sensores conectados à componente mecânica rotativa 3 convertem as medições das grandeza mecânicas numa grandeza eléctrica proporcional. O sinal conduz a uma unidade de amplificação programável que, por sua vez, controla o microprocessador existente no rotor. 0 sinal amplificado é digitalizado pelo rotor e, através de modulação de amplitude, é enviado do rotor ao estator. Deste modo, o rotor e a bobina do estator beneficiam da estrutura do campo electromagnético e formam um transformador para o transporte de energia sem contacto do estator para o rotor. Os sinais modulados do estator formam-se num amplificador principal, onde são desmodulados e interpretados. 0 controlo do microprocessador da componente mecânica rotativa faz-se novamente sem contacto através da modulação de amplitude do sinal de comando do processador do amplificador principal da unidade estacionária, que está ligada ao estator.

[0013] Se o sinal de medição for demasiado grande ou pequeno, é dado um comando ao amplificador principal estacionário, modulado e enviado através do campo para o microprocessador do rotor, para regular o amplificador programável do sinal de medição analógico, de modo a seleccionar a gama de medição ideal, antes de o sinal ser digitalizado. O sensor pode regular ele próprio a gama de medição óptima, através do que se forma um sistema adaptativo.

[0014] A ideia principal é que o dispositivo sensor seja configurável de modo digital e flexivel e que o microprocessador estático do dispositivo de sensor possa comunicar com ele sem contacto, para beneficiar de uma gama de medição óptima. Graças à transmissão digital é permitida a independência do ruido.

[0015] Preferencialmente trabalha-se com uma frequência de transmissão abaixo de 125 kHz, uma vez que esta gama é permitida a nivel internacional.

[0016] Nesta transmissão sem contacto do sinal é necessário 4 um fornecimento de energia, por exemplo, para as baterias, e um serviço regular, uma vez que apenas é fornecida uma resistência parcial dos elementos únicos do dispositivo da invenção. 0 dispositivo da invenção permite informações exactas sobre as medições de grandeza desejadas.

[0017] O sistema é a razão da transmissão sem contacto de energia, sinal de comando e de medida sem manutenção.

[0018] Outras vantagens, caracteristicas e detalhes da invenção decorrem da descrição seguinte de exemplos de execução preferenciais, bem como através do desenho; este mostra na:

Figura 1 um perfil de dois exemplos de execução de peças do dispositivo da invenção para a monitorização das ferramentas;

Figura 2 uma visualização de diagrama de blocos do dispositivo da invenção para a monitorização das ferramentas;

Figura 3 uma planta das peças do dispositivo da invenção;

Figura 4 um perfil parcial de elementos do dispositivo da invenção relativo à figura 3;

Figura 5 uma visão frontal de um estator;

Figura 6 um perfil longitudinal esquemático através de peças do dispositivo da invenção relativo à figura 4.

[0019] Na figura 1 estão identificados dois porta-ferramentas 1.1 e 1.2, e cada um tem um adaptador de ferramentas 2.1 e 2.2 uma ferramenta 3.1 e 3.2. Quanto à ferramenta 3.1, trata-se de um macho de roscar, quanto à ferramenta 3.2 de uma broca.

[0020] As ferramentas giram na direcção z, e vão pousar numa peça em bruto apontada não próxima. Isto é indicado para a ferramenta 3.2 através da flecha 4. 5 [0021] O accionamento do porta-ferramentas 1.1, 1.2 produz no o porta-ferramentas uma força de avanço, um momento de torção e um momento de flexão. Para a determinação desta influência é associado um dispositivo sensor 5.1, 5.2 à árvore 1.1, 1.2, o qual gira com a árvore 1.1 e 1.2. Para cada dispositivo sensor 5.1, 5.2 existe por sua vez um estator 6.1 e/ou 6.2 para recepção dos sinais correspondentes do dispositivo sensor 5.1, 5.2, através do qual é efectuada a transmissão do sinal através de telemetria. Os campos eléctricos e/ou electromagnéticos 7 correspondentes são fortemente influenciados.

[0022] Na figura 2 é visível que o estator 6.1/6.2 está ligado a um amplificador principal 8, este a um monitor de ferramentas 9 e este a um processador 10.

[0023] Nas figuras 3 a 5, o dispositivo sensor 5.1/5.2 e o estator 6.1/6.2 são representados ampliados. Aí, o estator 6.1/6.2 tem um afastamento a do dispositivo sensor 5.1/5.2. Em 11 é mostrada uma ficha adaptadora para uma saída do amplificador principal 8.

[0024] As diferentes medições de grandeza, que são descritas acima, são determinadas através de sensores. No exemplo de concretização existente, trata-se de um medidor de vibração 24 e/ou de extensómetros, onde os extensómetros 11.1 e 11.2 (ver figura 6) estão dispostos paralelamente ao eixo longitudinal A da árvore. Os extensómetros 12.1 e 12.2, para o momento de torção, estão dispostos com um ângulo de 45° relativamente ao eixo longitudinal da árvore. Os extensómetros 14.1 e 14.2 formam relativamente a ele, um eixo em parte paralelo e em parte transversal. Eles têm a função de absorção da força de avanço. 0 captador de vibrações (24) é transportado pelo porta-ferramentas (1.1, 1.2) ou pela árvore. 6 [0025] A amplitude conjunta dos sensores e electrónica é fornecida por uma estrutura anelar, na qual é fornecida uma espira de bobina (16) revestida pela electrónica, que não é mostrada próxima e está ligada à electrónica.

[0026] O estator 6.1/6.2 apresenta um induzido em anel 17, junto do qual está construída uma culatra 18, na qual está enrolada uma bobina 19. Esta bobina 19 está ligada ao amplificador principal referido acima.

[0027] Nas figuras 2 e 6 é visivel que também no dispositivo sensor 5.1/5.2 está integrado um amplificador 21, que é controlado por um microprocessador 22 existente no dispositivo de sensor 5.1/5.2.

[0028] O modo de funcionamento da referida invenção é o seguinte: [0029] Na bobina 19 é colocado um potencial eléctrico com uma frequência abaixo de 125 kHz e é instalado um campo eléctrico 7, através do qual é também estimulada a espira de bobina 16.

[0030] O sinal de medição do sensor 11.1, 11.2 transmite uma unidade amplificadora programável, que por sua vez é controlada no rotor por um microprocessador 22 existente. O sinal amplificado é digitalizado no rotor (conversor A/D 23) e através da modulação de amplitude enviado do rotor ao estator. O sinais modulados do estator são fornecidos a um amplificador 8 estacionário, onde são desmodulados e interpretados. Os sinais transmitidos pelo amplificador principal 8 podem ser preparados através do software correspondente através do processador 10 no monitor de ferramentas.

[0031] Como foi mencionado acima, está também integrado no dispositivo sensor 5.1/5.2 um amplificador 21, que é controlado pelo microprocessador 22. Através do crescimento/amplificação do apenas pontilhado campo magnético 7 indicado, o microprocessador recebe comandos para o ajustamento da amplificação desejada do sinal de medição 7 analógico. 0 sinal de medição é depois digitalizado no dispositivo sensor 5.1/5.2 e reenviado modulado sobre o campo 7 para o estator 6.1/6.2, onde é finalmente desmodulado e analisado no amplificador principal externo 8.

[0032] Se o sinal de medição for muito grande ou muito pequeno, será imediatamente dado um comando do amplificador principal externo 8, modulado e enviado através do campo 7 para o microprocessador 22 do dispositivo sensor 5.1/5.2, para regular a amplificação do sinal analógico, de modo a escolher a gama de medição óptima.

[0033] Através do controlo do amplificador é possível um sistema adaptativo, isto é, através do controlo do amplificador o sensor pode ele próprio fornecer a gama de medição ideal.

[0034] 0 estabelecimento da amplificação do amplificador 21 no dispositivo sensor 5.1/5.2 também pode ser alterado e definido manualmente, sem haver um sinal de medição anterior.

[0035] Na figura 6 verifica-se que preferencialmente pelo menos uma peça 20.1 da armadura se prolonga para a estrutura anelar 15 do dispositivo sensor. Assim, é criado um campo 7.1, indicado por linhas pontilhadas, que envolve melhor a espira de bobina 16.

Listagem de referências 1 Porta-ferramentas 34 67 2 Adaptador de ferramentas 35 68 3 Ferramenta 36 69 4 Flecha 37 70 5 Dispositivo sensor 38 71 6 Estator 39 72 7 Campo eléctrico e/ou electromagnético 40 73 8 Amplificador principal 41 74 9 Monitor de ferramentas 42 75 10 Processador 43 76 11 Extensómetro (Flexão) 44 77 12 Extensómetro (Momento de torção) 45 78 13 Furo de guiamento 46 79 14 Extensómetro (Avanço) 47 15 Estrutura anelar 48 16 Espira de bobina 49 17 Induzido em anel 50 18 Culatra 51 19 Bobina 52 20 Peça 53 21 Amplificador 54 22 Microprocessador 55 23 Conversor A/D 56 H Eixo longitudinal 24 Sensor de vibração 57 a Afastamento 25 58 26 59 27 60 Z Direcção de rotação 28 61 29 62 30 63 31 64 32 65 33 66

Porto, 7 de Julho de 2008

Claims (14)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Processo de monitorização de ferramentas (3.1, 3.2) numa árvore ou porta-ferramentas (1.1, 1.2), em particular de ferramentas rotativas, onde são determinadas grandezas fisicas, tais como o momento de torção e/ou a força de avanço e/ou o momento de flexão e/ou vibrações, por pelo menos um sensor (11.1, 11.2, 12.1, 12.2, 14.1, 14.2, 24) num dispositivo sensor (5.1, 5.2), e transmitidas sem contacto a um estator (6.1, 6.2), após o que é efectuado o tratamento dos correspondentes sinais num amplificador principal (8), e onde o dispositivo sensor (5.1, 5.2) é digitalmente configurado sem contacto, por um processador do amplificador principal (8) que dá um comando, que é enviado modulado através do estator (6.1, 6.2), a um microprocessador (22) do dispositivo sensor (5.1, 5.2), através do qual ocorrerá uma adaptação da gama de medição no mecanismo sensor (5.1, 5.2).

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o dispositivo sensor (5.1, 5.2) comunicar externamente sem contacto com o estator (6.1, 6.2), e ser controlado e/ou alimentado por este.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo facto de ser criado um campo eléctrico e/ou electromagnético entre o estator (6.1, 6.2) e o dispositivo sensor (5.1, 5.2).

4. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo facto de uma amplificação do sinal de medição analógico no dispositivo sensor (5.1, 5.2) ser digitalmente configurável sem contacto a partir do 2 exterior, de modo a que, com ajustamento de sinal, seja estabelecida uma regulação de um sinal de medição analógico para uma gama de medição óptima, antes do sinal ser transmitido num formato digitalizado e modulado.

5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo facto de ser transmitido o sinal de medição digital, garantindo assim uma independência do ruido.

6. Processo de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo facto de, depois do estator (6.1, 6.2), os sinais serem desmodulados e avaliados no amplificador (8).

7. Processo de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1 6, caracterizado pelo facto de o amplificador (8), construído inteligentemente com o processador (10) , avaliar os sinais de medição e controlar o dispositivo sensor (5.1, 5.2), transmitindo os comandos de configuração ao microprocessador (22) do dispositivo sensor (5.1, 5.2).

8. Dispositivo para monitorizar ferramentas (3.1, 3.2) numa árvore ou num porta-ferramentas (1.1, 1.2), em particular ferramentas rotativas, onde à árvore ou o porta-ferramentas (1.1, 1.2) está associado pelo menos um sensor (11.1, 11.2, 12.1, 12.2, 14.1, 14.2, 24) num dispositivo sensor (5.1, 5.2), para determinar grandezas físicas, tais como o momento de torção e/ou a força de avanço e/ou o momento de flexão e/ou vibrações e, por sua vez, está associado sem contacto a um estator (6.1, 6.2) para gerar um campo eléctrico e/ou electromagnético (7) e para aceitar os sinais, e onde um amplificador principal (8) é 3 fornecido para tratar os sinais de transmissão, caracterizado pelo facto de o dispositivo sensor (5.1, 5.2) ser digitalmente configuráveis sem contacto, por um processador do amplificador principal (8), através do qual, se o sinal de medição for demasiado grande ou demasiado pequeno, um comando pode ser modulado e comunicado pelo estator (6.1, 6.2) a um microprocessador (22) do dispositivo sensor (5.1, 5.2), podendo assim ser efectuada uma adaptação da gama de medição no dispositivo sensor (5.1, 5.2).

9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo facto de o dispositivo sensor (5.1, 5.2) compreender extensómetros (11.1, 11.2, 12.1, 12.2, 14.1, 14.2) ou sensores piezoeléctricos (24), que estão dispostos na árvore e/ou porta-ferramentas (1.1/ 1.2) ou dentro desta(e).

10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo facto de uma espira de bobina ser associada ao dispositivo sensor (5.1, 5.2).

11. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo facto de existir associado ao sensor (11.1, 11.2, 12.1, 12.2, 14.1, 14.2, 24) um amplificador programável (21) , um conversor A/D (23) e, a este, um microprocessador (22).

12. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 8 a 11, caracterizado pelo facto de o estator (6.1, 6.2) compreender um induzido em anel (17) que é envolvido, pelo menos parcialmente, por uma bobina (19). 4

13. Dispositivo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo facto de o induzido em anel (17) se sobrepor, pelo menos parcialmente, à espira de bobina (16) associada ao sensor.

14. Dispositivo de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizado pelo facto de a bobina (19) do estator (6.1, 6.2) estar ligada ao amplificador (8) que controla o dispositivo sensor (5.1, 5.2). Porto, 7 de Julho de 2008