WO2003021548A2

WO2003021548A2 - Messdatenübertragung

Info

Publication number: WO2003021548A2
Application number: PCT/EP2002/009601
Authority: WO
Inventors: Reinhard Müller
Original assignee: Walter Dittel Gmbh
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2003-03-13
Also published as: WO2003021548A3; AU2002331089A1; WO2003021839A2; DE10142273A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur berührungslosen Übertragung von Messdaten über zumindest einen Übertragungskanal zwischen einer wenigstens einen Sensor umfassenden Messeinrichtung und einer Auswerteeinrichtung, wobei die Messeinrichtung an einem relativ zur Auswerteeinrichtung bewegbaren Gegenstand angebracht ist, insbesondere an einem im Betrieb rotierenden Bauteil einer Bearbeitungsmaschine, bei dem durch induktive Koppelung zwischen einer Sendevorrichtung der Auswerteeinrichtung und einer Empfangsvorrichtung der Messeinrichtung von der Auswerteeinrichtung an die Messeinrichtung Energie übertragen wird, durch Strommessung in der Auswerteeinrichtung die Last in der Messeinrichtung bestimmt wird, durch Lastmodulation in der Messeinrichtung mit dem Sensor ermittelte Messdaten an die Auswerteeinrichtung übertragen werden, und durch Aufbringen einer Kalibrierlast auf die Messeinrichtung der Übertragungskanal kalibriert wird. Die Erfindung betrifft ausserdem eine Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung von Messdaten.

Description

Meßdatenübertragung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung von Meßdaten über zumindest einen Übertragungskanal zwischen einer wenigstens einen Sensor umfassenden Meßeinrichtung und einer Auswerteeinrichtung, wobei die Meßeinrichtung an einem relativ zur Auswerteeinrichtung bewegbaren Gegenstand angebracht ist.

Die berührungslose Übertragung von Meßdaten ist grundsätzlich bekannt. Problematisch ist die häufig fehlende, unzureichende oder aufwendige Berücksichtigung der momentanen Verhältnisse in der Gesamtanordnung zum Zeitpunkt der Datenübertragung. Zu den die Auswertung der übertragenen Daten beeinflussenden Größen zählt insbesondere die variierende Kopplungsstärke zwischen für die Datenübertragung verwendeten Sende- und Empfangsvorrichtungen, die im wesentlichen durch den Abstand zwischen Sender und Empfänger bestimmt ist. Schwierigkeiten bereitet häufig außerdem die empfange seitig notwendige Unterscheidung zwischen den zu übertragenden Meßdaten entsprechenden Signalen einerseits und nicht für die Datenauswertung heranzuziehenden Signalen andererseits, die z.B. aus Störeffekten resultieren oder von elektrischen Verbrauchern der Meßeinrichtung hervorgerufen werden und die den eigentlichen Meßsignalen überlagert sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zu schaffen, bei einer berührungslosen Übertragung von Meßdaten deren Identifizierung und Auswertung auf möglichst einfache und zuverlässige Weise sicherzustellen. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt zum einen durch die Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruchs und insbesondere dadurch, daß durch induktive Koppelung zwischen einer Sendevorrichtung der Auswerteeinrichtung und einer Empfangsvorrichtung der Meßeinrichtung von der Auswerteeinrichtung an die Meßeinrichtung Energie übertragen wird, durch Strommessung in der Auswerteeinrichtung die Momentanlast in der Meßeinrichtung bestimmt wird, durch Lastmodulation in der Meßeinrichtung mit dem Sensor ermittelte Meßdaten an die Auswerteeinrichtung übertragen werden, und durch Aufbringen einer Kalibrierlast auf die Meßeinrichtung der Übertragungskanal kalibriert wird.

Erfindungsgemäß erfolgt in der Auswerteeinrichtung eine Strommessung. Der gemessene Strom ist ein Maß für die momentane Last, d.h. für den Energieverbrauch in dem elektrischen Stromkreis der Meßeinrichtung, an den über die Empfangsvorrichtung Energie induktiv übertragen wird.

Durch die entsprechend den zu übertragenden Meßdaten erfolgende Lastmodulation werden bei der Strommessung den Meßdaten entsprechende Signale gemessen. Der in der Auswerteeinrichtung gemessene Strom enthält also die gesuchten Informationen, d.h. die mit dem Sensor ermittelten Meßwerte.

Der in der Auswerteeinrichtung gemessene Strom ist insbesondere von der Gesamtlast in dem betreffenden Stromkreis der Auswerteeinrichtung und von der im wesentlichen durch den Abstand zwischen Sendevorrichtung und Empfangsvorrichtung bestimmten Kopplungsstärke abhängig. Sowohl die Gesamtlast in der Meßeinrichtung als auch der Abstand zwischen Sende Vorrichtung und Empfangsvorrichtung können sich z.B. temperaturbedingt während einer Meßdatenerfassungsperiode ändern, was zu einer Änderung des in der Auswerteeinrichtung gemessenen Stromes auch dann führt, wenn die mit dem Sensor erfaßte Meßgröße sich nicht ändert.

Erfindungsgemäß wird diese Fehlerquelle dadurch beseitigt, daß der Übertragungskanal kalibriert wird, indem eine Kalibrierlast auf die Meßeinrichtung aufgebracht wird. Mit der Kalibrierlast können die momentanen Verhältnisse des Gesamtsystems, insbesondere die momentane Gesamtlast und die momentane Kopplungsstärke, bei der Auswertung berücksichtigt werden. Bei der Strommessung können so Signale, die durch die Lastmodulation zur Übertragung der Sensormeßwerte erzeugt werden, eindeutig als solche erkannt und ausgewertet werden.

Erfindungsgemäß wird folglich durch das Aufbringen der Kalibrierlast für die Strommessung ein die momentanen Verhältnisse berücksichtigendes Bezugsniveau definiert, bezüglich welchem die den Meßwerten entsprechenden und durch entsprechende Lastmodulation erzeugten Stromsignale gemessen werden.

Erfindungsgemäß kann es sich um eine Kalibrierlast bekannter Größe handeln, so daß in die Auswertung die absolute Größe der Kalibrierlast eingehen kann. Insbesondere analog übertragene Meßwerte können hierdurch besonders sicher und mit hoher Genauigkeit übertragen und ausgewertet werden.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit Bearbeitungsmaschinen wie beispielsweise Schleif-, Bohr- und Fräsmaschinen eingesetzt. Bei dem bewegbaren Gegenstand, an welchem die Meßeinrichtung angebracht ist, handelt es sich in diesem Anwendungsfall um mit vergleichsweise hohen Geschwindigkeiten rotierende Bauteile wie z.B. Antriebswellen, Spannfutter, Werkzeugträger oder Werkzeuge. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Meßdatenübertragung ist der geringe konstruktive Aufwand. Insbesondere die Anzahl und das Gewicht der am bewegbaren Gegenstand benötigten Bauelemente ist erfindungsgemäß minimal.

In einem besonders bevorzugten praktischen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden als Meßdaten Temperaturwerte übertragen, die mittels wenigstens eines Temperatursensors an den bewegbaren Gegenstand ermittelt werden.

Mit der Erfindung können Temperaturmessungen an bewegbaren Gegenständen und insbesondere an mit hohen Geschwindigkeiten rotierenden Bauteilen von Bearbeitungsmaschinen berührungslos durchgeführt werden. Als Temperatursensoren können sowohl passive resistive Sensoren als auch aktive Temperatursensoren mit Spannungsausgang verwendet werden. Des weiteren können erfindungsgemäß gleichzeitig mehrere Temperaturmessungen an räumlich voneinander getrennten Stellen an dem bewegbaren Gegenstand bzw. an dem rotierenden Bauteil einer Bearbeitungsmaschine durchgeführt werden, da die Erfindung problemlos eine Mehrkanal-Übertragung von Meßdaten ermöglicht, bei der z.B. jedem Temperatursensor ein Übertragungskanal zugeordnet wird. Auf eine Mehrkanal-Übertragung von Meßdaten wird an anderer Stelle näher eingegangen.

Grundsätzlich jedoch ist bei der Erfindung die Art des verwendeten Sensors beliebig. So können erfindungsgemäß auch die Meßwerte von z.B. Dehnungsmeßstreifen, Pizeoelementen oder Positionssensoren, mit denen Neutralpositionen von zur Auswuchtung eingesetzten Stellgliedern erfaßt werden, berührungslos übertragen werden. Bei dem erfindungsgemäßen Übertragungsverfahren ist ferner vorzugsweise vorgesehen, daß aus dem Vergleich von Strommessungen ohne und mit Kalibrierlast ein Schwellenwert bestimmt und in der Auswerteeinrichtung zwischen über und unter dem Schwellenwert liegenden Signalen unterschieden wird. Die Bestimmung des Schwellenwertes schafft ein Kriterium, mit dem insbesondere im Hinblick auf eine digitale Meßdatenübertragung zwischen einem " 1"-Zustand und einem "0"-Zustand sicher unterschieden werden kann. Auch für eine analoge Datenübertragung wird durch die Kalibrierlast ein Bezugsniveau geschaffen, das eine zuverlässige und genaue Auswertung der mit dem Sensor ermittelten Meßwerte ermöglicht.

Die Meßdatenübertragung kann insbesondere in Abhängigkeit davon, ob ein oder mehrere Sensoren verwendet werden und ob ein oder mehrere Übertragungskanäle vorgesehen sind, erfindungsgemäß grundsätzlich auf verschiedene Art und Weise erfolgen.

So können die Meßdaten unaufgefordert und insbesondere in vorgegebenen Zeitabständen übertragen werden. Hierdurch wird eine automatische und beispielsweise in regelmäßigen Zeitabständen erfolgende Datenübertragung implementiert.

Alternativ ist es erfindungsgemäß auch möglich, daß die Meßdaten auf ein von der Sendevorrichtung an die Meßeinrichtung übermitteltes Aufforderungssignal übertragen werden. Ein einziger Übertragungskanal wird hierbei folglich sowohl für die Energieübertragung als auch für eine bidirektionale Datenübertragung verwendet.

Ferner können erfindungsgemäß Meßdaten mehrerer Sensoren nacheinander übertragen werden. Bevorzugt wird hierbei vor einer Meßdatenüber- tragung ein Synchronisationssignal übertragen, wodurch die Meßdaten eindeutig identifiziert werden können.

So können z.B. Meßdaten mehrerer Sensoren über einen einzigen Kanal übertragen werden. Alternativ können mehrere Übertragungskanäle vorgesehen sein, über die Meßdaten mehrerer Sensoren übertragen werden. Die Übertragungskanäle können sich hinsichtlich der Sendefrequenz voneinander unterscheiden, wobei bevorzugt jedem Sensor ein Übertragungskanal zugeordnet wird.

In Abhängigkeit von der Leistungsbandbreite des Übertragungssystems und der Trennschärfe der Empfangsvorrichtung ergibt sich dabei eine bestimmte Anzahl von zur Verfügung stehenden Übertragungskanälen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung schlägt vor, eine Meßdatenübertragung durch einen Wechsel der Sendefrequenz zu initiieren. Dabei kann eine bestimmte Sendefrequenz vorgesehen sein, über die keine Datenübertragung erfolgt und die auch als Leerlauffrequenz bezeichnet wird. Durch einen vorübergehenden Wechsel auf die Leerlauffrequenz kann bei Rückkehr auf eine zur Datenübertragung vorgesehene Sensorfrequenz eine erneute einmalige Meßdatenübertragung in dem betreffenden Kanal eingeleitet werden.

Des weiteren kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß von der Sendevorrichtung an die Empfangsvorrichtung Steuersignale übermittelt werden, mit denen wenigstens eine am bewegbaren Gegenstand vorgesehene Einrichtung angesteuert wird und/ oder mit denen zur Übertragung der Meßdaten aufgefordert wird. Bei den ansteuerbaren Einrichtungen kann es sich beispielsweise um Aktuatoren handeln, die in Form von Elektromotoren zum Verstellen von Auswuchtgewichten oder in Form von Piezoelementen zum Aufbringen von zur Auswuchtung dienenden Biegemomenten in den Gegenstand vorgesehen sind.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe erfolgt außerdem durch die Merkmale des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs und insbesondere dadurch, daß die Vorrichtung eine auswerte seitige Sendevorrichtung und eine meßseitige Empfangsvorrichtung, zwischen denen durch induktive Kopplung von der Auswerteeinrichtung an die Meßeinrichtung Energie übertragbar ist, eine auswerteseitige Strommeßeinrichtung, mit der die Momentanlast in der Meßeinrichtung bestimmbar ist, Mittel zum Modulieren der Last in der Meßeinrichtung und Mittel zum Aufbringen einer Kalibrierlast auf die Meßeinrichtung umfaßt.

In einer praktischen Ausgestaltung der Übertragungsvorrichtung ist vorgesehen, daß die Meßeinrichtung eine Steuereinheit umfaßt, die zum Auslesen des Sensors und zum Umwandeln ausgelesener Meßwerte in zu übertragende Meßdaten ausgebildet ist. Bevorzugt umfaßt die Steuereinheit einen MikroController.

Die Steuereinheit kann in Form eines einzigen elektronischen Bauelementes oder Chips vorgesehen sein, mit dem alle erforderlichen Prozesse wie z.B. die Spannungsversorgung der Meßeinrichtung, die Kommunikation mit dem Sensor und ggf. mit weiteren am bewegbaren Gegenstand vorgesehenen Einrichtungen, die Lastmodulation entsprechend den mit dem Sensor ermittelten Meßwerten sowie das Aufbringen der Kalibrierlast gesteuert werden. Zur Anpassung des Sensors an die Steuereinheit kann eine zwischen die Steuereinheit und den Sensor geschaltete Anpaßschaltung vorgesehen sein.

Weitere Ausführungsformen sowohl des erfindungsgemäßen Übertragungsverfahrens als auch der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung sind auch in den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Gesamtüberblick über eine Vorrichtung zur berührungslosen Datenübertragung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Sendevorrichtung der Übertragungsvorrichtung von Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Empfangsvorrichtung der

Übertragungsvorrichtung von Fig. 1 , und

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung einer Möglichkeit für eine erfindungsgemäße Kalibrierung und Datenübertragung.

Die erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung umfaßt gemäß Fig. 1 eine an einen feststehenden Gegenstand 22 angeordnete Auswerteeinrichtung 19 mit einer Sendevorrichtung 23, die eine Sendespule 24 umfaßt. In einem Abstand D zur Sendespule 24 befindet sich eine Empfangsspule 26 einer Empfangsvorrichtung 25, die an einem relativ zum feststehenden Gegenstand 22 drehbaren Gegenstand 21 angeordnet und Teil einer Meßeinrichtung 17 ist. Bei dem bewegbaren Gegenstand 21 handelt es sich beispielsweise um eine rotierende Welle einer Bearbeitungsmaschine.

Die Meßeinrichtung 17 umfaßt ferner einen Sensor 15, der Meßdaten M an die Empfangsvorrichtung 25 überträgt bzw. der von der Empfangsvorrichtung 25 ausgelesen wird. An der rotierenden Welle 21 ist außerdem ein Aktuator 37 angebracht, der z.B. zur Auswuchtung der Welle 21 eingesetzt wird und an den von der Empfangsvorrichtung 25 Steuersignale S übermittelt werden können.

An der Welle 21 können auch eine Mehrzahl von Sensoren 15 und mehrere Aktuatoren oder andere anzusteuernde Einrichtungen 37 angeordnet sein.

Zwischen der Sendespule 24 und der Empfangsspule 26 stehen mehrere Übertragungskanäle 13, in dem gezeigten Beispiel fünf Kanäle, zur Verfügung. Grundsätzlich kann mit einer beliebigen Anzahl von Übertragungskanälen 13 gearbeitet werden, wobei es auch möglich ist, lediglich einen einzigen Übertragungskanal vorzusehen.

Über jeden Übertragungskanal 13 kann von der Sendevorrichtung 23 an die Empfangsvorrichtung 25 induktiv Energie übertragen werden, es können ferner durch Frequenzmodulation Daten an die Empfangsvorrichtung 25 übermittelt werden, und eine Rückübertragung von Meßdaten, die mittels des Sensors 15 ermittelt werden, an die Auswerteeinrichtung 19 erfolgt ebenfalls über den jeweiligen Übertragungskanal 13. Jeder Übertragungskanal 13 ermöglicht somit sowohl eine Energieübertragung als auch eine bidirektionale Datenübertragung.

Die z.B. an die Aktuatoren 37 der Welle 21 zu übermittelnden Signale S werden am feststehenden Gegenstand 22 in die Sende Vorrichtung 23 eingegeben, die außerdem die mittels des Sensors 15 an der Welle 21 ermittelten Meßdaten M zur weiteren Auswertung zur Verfügung stellt.

Gemäß Fig. 2 umfaßt die Sendevorrichtung 23 ein Modul 41 zur Frequenzmodulation. Die jeweilige Sendefrequenz wird mit ggf. auszugebenden Daten S moduliert. Es kann eine digitale Datenübertragung erfolgen, bei der ein jeweils zu übertragendes Datenwort binär codiert wird. In Abhängigkeit von der Länge der jeweiligen Datenworte können diese statisch übertragen werden, indem jedem Zustand genau eine Frequenz zugeordnet wird, während insbesondere bei längeren Datenworten die einzelnen Bits jeweils nacheinander übertragen werden. Des weiteren ist auch eine direkte Übertragung analoger Daten durch eine analoge Frequenzmodulation der Sendefrequenz möglich.

Mit dem in dem Modulationsmodul 41 erzeugten Signal, das typischerweise eine Frequenz von z.B. etwa 100 kHz aufweist, wird eine Sendeendstufe 42 angesteuert. Die Endstufe 42 kann deaktiviert werden, wenn keine Daten übertragen werden sollen. In diesem Fall kann, um die Energieversorgung der Meßeinrichtung 17 an der Welle 21 und ggf. anderer elektrischer Einrichtungen an der Welle 21 sicherzustellen, eine Leistungsbrücke vorgesehen sein, mit welcher die Sendespule 24 direkt angesteuert wird.

Des weiteren ist eine Spannungsversorgung für die Sendeendstufe 42 vorgesehen, die eine Strommeßeinrichtung 35 umfaßt. Das mit der Ein- richtung 35 gemessene, ein Maß für die Empfängerlast an der Welle 21 darstellende analoge Stromsignal wird gefiltert und in analoger Form der weiteren Auswertung zugeführt, um die Meßdaten M zu ermitteln.

Die in Fig. 3 dargestellte Empfangsvorrichtung umfaßt ein mit der Empfangsspule 26 verbundenes Modul 43 zur Spannungsversorgung, in welchem die induzierten Wechselspannungen gleichgerichtet und geglättet werden. Mit der auf diese Weise gewonnenen Rohspannung werden die übrigen elektrischen Einrichtungen an der Welle 21 versorgt.

Des weiteren ist ein Modul 44 zur Frequenzdemodulation vorgesehen, mit dem die von der Empfangsspule 26 empfangenen Signale demoduliert und die dabei gewonnenen Signale S entsprechend ihrer Bestimmung an die betreffenden Einrichtungen übermittelt werden, z.B. zur Ansteuerung von Aktuatoren 37.

Der Sensor 15 ist mit einer Steuereinheit 29 verbunden, mit der die Lastmodulation durchgeführt wird. Alle hierfür erforderlichen Funktionen können in einen Baustein integriert sein, der über das Modul 43 mit Spannung versorgt wird. Die gesamte Empfangsvorrichtung 25 kann von einem einzigen Chip gebildet sein, in welchem neben der Lastmodulation auch die Spannungsversorgung 43 sowie die Frequenzdemodulation 44 und ggf. weitere Prozesse durchgeführt werden können und der direkt mit der Empfangsspule 26 verbunden ist.

Erfindungsgemäß kann mit der Steuereinheit 29 gezielt eine vorgegebene Kalibrierlast auf den betreffenden, über die Empfangsspule 26 mit Spannung versorgten elektrischen Stromkreis an der Welle aufgeschaltet werden. Die Steuereinheit 29 umfaßt hierzu einen Mikrocontroller, der alle Funktionen steuert und die Kalibrierung sowie die Datenübertragung automatisch entsprechend einem in einem Speicher abgelegten Programm durchführt, sobald nach dem Einschalten der am feststehenden Gegenstand 22 angeordneten Sendevorrichtung 22 Energie zur Verfügung steht. Die Steuereinheit 29 kann alternativ oder zusätzlich über eine eigene Energieversorgung z.B. in Form einer Batterieeinheit verfügen. Um Gewicht und Platz an der Welle 21 zu sparen, ist eine externe Energieversorgung aller elektrischen Einrichtungen an der Welle 21 über die Sende Vorrichtung 23 am feststehenden Gegenstand 22 jedoch bevorzugt.

Bei dem Sensor 15 kann es sich um einen passiven Sensor oder um einen aktiven Sensor handeln. Im Fall eines passiven Sensors oder eines aktiven Sensors mit einer für die jeweilige Steuereinheit 29 ungeeigneten Ausgangsspannung ist eine in Fig. 3 nicht dargestellte Anpaß Schaltung vorgesehen.

Wird beispielsweise ein passiver resistiver Sensor 15 eingesetzt, der z.B. als ein Temperatursensor oder Dehnungsmeßstreifen ausgebildet ist, so kann eine Anpassung an die Steuereinheit 29 durch eine Brückenschaltung erfolgen. Im Fall eines passiven, z.B. als Beschleunigungssensor eingesetzten Piezoelementes kann die Anpaßschaltung zur Ladungsverstärkung dienen. Ferner kann die Anpaßschaltung eine Spannungsver- stärkungsfunktion erfüllen, um z.B. einen unverstärkten passiven Sensor oder einen aktiven Sensor mit ungeeigneter Ausgangsspannung an die jeweilige Steuereinheit 29 anzupassen.

Das Diagramm von Fig. 4 zeigt beispielhaft für einen Übertragungskanal dessen Kalibrierung sowie die Datenübertragung eines 8 Bits umfassenden Datenwortes. Die obere Kurve in Fig. 4 zeigt die übertragene Energie bzw. Leistung P, die durch Aktivieren und Deaktivieren der Sendevorrichtung 23 zu einem Zeitpunkt tO eingeschaltet und zu einem späteren Zeitpunkt tl ausgeschaltet wird.

Die untere Kurve in Fig. 4 zeigt die Leistungsaufnahme, d.h. den mit der Strommeßeinrichtung 35 der Sendevorrichtung 23 am feststehenden Gegenstand 22 gemessenen Strom, der ein Maß für die momentane Gesamtlast L im die Empfangsspule 26 enthaltenen Stromkreis an der Welle 21 darstellt.

Mit dem Einschalten der Sendevorrichtung 23 beginnt eine erste Kalibrierphase i ohne Kalibrierlast, in der lediglich eine vorhandene Grundlast 31 gemessen wird. Anschließend wird automatisch entsprechend einem in der Steuereinheit 29 abgelegten Programm oder auf Aufforderung durch ein entsprechendes Kommandosignal, das von der Sendevorrichtung 23 an die Meßeinrichtung 17 übertragen wird, eine Kalibrierlast 33 zugeschaltet, wodurch eine zweite Kalibrierphase ii initiiert wird. Die mit der Strommeßeinrichtung 35 gemessene Gesamtlast setzt sich somit aus der Grundlast 31 und der Kalibrierlast 33 zusammen. Aus den Last- bzw. Stromwerten, die während der Kalibrierphase i ohne Kalibrierlast 33 und der Kalibrierphase ii mit Kalibrierlast 33 ermittelt werden, wird in der Auswerteeinrichtung 29 ein Schwellenwert 27 oder Schneidepegel berechnet, der für die Auswertung der im Anschluß an die Kalibrierphasen i, ii zu übertragenden Meßdaten 11 verwendet wird.

In Fig. 4 ist im Anschluß an die zweite Kalibrierphase ii die Übertragung einer Bitsequenz dargestellt, die aus einem Startbit, einem 8 Bits umfassenden Datenwort sowie einem Stoppbit besteht. Die jeweiligen Bitzustän- de " 1" oder "0" werden durch entsprechendes Zuschalten oder Abschalten einer vorgegebenen Last, d.h. eines elektrischen Verbrauchers, mittels der Steuereinheit 29 entsprechend dem jeweils zu übertragenden Meßwert des von der Steuereinheit 29 ausgelesenen Sensors 15 erzeugt. Bei der für die Lastmodulation verwendeten Last kann es sich prinzipiell um einen beliebigen, z.B. in die Steuereinheit 29 oder den Mikrocontroller integrierten elektrischen Verbraucher im die Empfangsspule 26 enthaltenden Stromkreis handeln. Grundsätzlich kann auch die Kalibrierlast 33 selbst als Modulationslast dienen.

Die Meßwerte des Sensors 15 werden folglich an der Welle 21 von der Steuereinheit 29 durch eine Lastmodulation codiert und hierdurch gewissermaßen auf den am feststehenden Gegenstand 22 gemessenen zeitlichen Verlauf des elektrischen Stromes abgebildet, wodurch die Meßwerte am feststehenden Gegenstand 22 zur Verfügung stehen und durch Auswerten des gemessenen Stromes gelesen werden können.

Die erfindungsgemäße Kalibrierung durch Aufbringen der Kalibrierlast 33 macht die Meßdatenübertragung unabhängig von der Kopplungsstärke zwischen der Sendespule 24 und der Empfangsspule 26, die mit dem Abstand D zwischen den beiden Spulen 24, 26 variiert. Derartige Abstandsänderungen, die ohne erfindungsgemäße Kalibrierung eine Datenauswertung am feststehenden Gegenstand 22 erschweren oder unmöglich machen, werden im Betrieb von Bearbeitungsmaschinen z.B. durch temperaturbedingte Längenänderungen verursacht, die nicht vorhergesagt werden können und zu einer Änderung der typischerweise 0,5 bis 1 mm betragenden Breite des Luftspalts zwischen der Sendespule 24 und der Empfangsspule 26 führen. Durch die Erfindung ist sichergestellt, daß bei einer digitalen Meßdatenübertragung durch Zuschalten der jeweiligen Last erzeugte "1 "-Zustände als solche bei der Strommessung erkannt und von "0" -Zuständen unterschieden werden, und auch für eine analoge Meßdatenübertragung wird durch das erfindungsgemäße Aufbringen der Kalibrierlast 33 ein Bezugswert geschaffen, der eine aussagefähige Auswertung der übertragenen Meßdaten bei der Strommessung gewährleistet.

Die erfindungsgemäße Kalibrierung kann einmalig vor oder mit Beginn einer Datenübertragungsphase erfolgen. Es ist auch möglich, vor jeder einzelnen Datenübertragung einen Kalibriervorgang durchzuführen. Sowohl langsame als auch schnelle zeitliche Änderungen der Kopplungsstärke bzw. des Abstands D zwischen der Sendespule 24 und der Empfangsspule 26 sowie anderer die Strommessung beeinflussender Faktoren können auf diese Weise bei der Auswertung des gemessenen Stromes berücksichtigt werden.

Bei besonders bevorzugten Anwendungen der Erfindung erfolgt die Energieübertragung von der Auswerteeinrichtung 19 an die Meßeinrichtung 17 mit einer vergleichsweise niedrigen Leistung von beispielsweise 100 mW. In Abhängigkeit davon, ob sich langsam oder schnell ändernde Meßgrößen untersucht werden sollen, beträgt die jeweilige Sendefrequenz beispielsweise etwa 100 kHz für langsame Vorgänge und z.B. etwa 27 MHz für schnelle Vorgänge.

Bei sich langsam ändernden Meßgrößen wie insbesondere der Temperatur an einem oder mehreren Meßpunkten an der Welle 21 ist in einem Anwendungsszenario beispielsweise vorgesehen, daß an die Meßeinrichtung 17 bzw. an den Temperatursensor 15 keine Daten und die mit dem Sensor 15 gemessenen Temperaturwerte in Form von seriellen Meßdaten übertra- gen werden, wobei pro Sekunde beispielsweise 10 Temperaturmessungen durchgeführt werden.

In einem anderen Anwendungsszenario, in dem schnelle Vorgänge untersucht werden sollen, werden z.B. die Meßwerte eines als Beschleunigungssensors dienenden Piezosensors in analoger Form an die Auswerteeinrichtung 19 übertragen, wobei eine Bandbreite von 0 bis 100 kHz vorgesehen ist.

Während bei den beispielhaft erwähnten langsamen Temperaturmessungen und schnellen Beschleunigungsmessungen die an die Welle 21 übertragene Leistung etwa im Bereich von größenordnungsmäßig 100 mW liegt, sind auch andere Anwendungen möglich, bei denen wesentlich größere Leistungen von beispielsweise 10 W übertragen werden.

In einer Anwendung beispielsweise, in der die Bearbeitungsmaschine einen Wuchtkopf mit zur Auswuchtung mit Hilfe von Elektromotoren verstellbaren Ausgleichsgewichten umfaßt, können z.B. in fünf Übertragungskanälen mit Sendefrequenzen von etwa 90, 95, 100, 106 und 113 kHz fünf statische Betriebszustände für die Motorsteuerung und eine Neutralpositionsansteuerung an den Wuchtkopf übertragen werden. Die Rückübertragung von Meßwerten vom Wuchtkopf an die Auswerteeinrichtung 19 am feststehenden Gegenstand 22 dient beispielsweise dazu, den Zustand "Neutralposition erreicht" oder Informationen über die Gesamtmotor stromaufnahme zu übermitteln.

Gemäß einer weiteren, sich durch eine besondere Flexibilität auszeichnenden Anwendung können bestimmte Meßsensoren oder auch Aktuatoren an der Welle 21 gezielt ausgewählt werden, um wahlweise entweder Meßwerte auszulesen oder Aktuatoren wie z.B. Elektromotoren oder Pie- zoaktuatoren anzusteuern. Hierbei wird mit zwei verschiedenen Frequenzen von beispielsweise etwa 95 und 100 kHz gearbeitet, wobei sowohl die Datenübertragung zum Sensor bzw. zum Aktuator als auch die Rückübertragung von mit dem Sensor oder den Sensoren ermittelten Meßdaten zur Auswerteeinrichtung 19 seriell erfolgt. Dabei wird mit der Sendevorrichtung 23 ein auf den beiden unterschiedlichen Frequenzen moduliertes serielles Datenwort übertragen. In Abhängigkeit von dem Informationsgehalt dieses als Kommando dienenden Datenwortes werden im Anschluß an dessen Empfang an der Welle 21 entweder Meßdaten übertragen oder Aktuatoren angesteuert.

Bezugszeichenliste

11 Meßdaten

13 Übertragungskanal

15 Sensor

17 Meßeinrichtung

19 Auswerteeinrichtung

21 bewegbarer Gegenstand

22 feststehender Gegenstand

23 Sendevorrichtung

24 Sendespule

25 Empfangsvorrichtung

26 Empfangs spule

27 Schwellenwert

29 Steuereinheit

31 Grundlast

33 Kalibrierlast

35 Strommeßeinrichtung

37 Einrichtung, Aktuator

41 Frequenzmodulation

42 Sendeendstufe

43 Spannungsversorgung

44 Frequenzdemodulation

D Kopplungsabstand

L Last

P Leistung

Claims

Ansprüche

Verfahren zur berührungslosen Übertragung von Meßdaten (11) über zumindest einen Übertragungskanal (13) zwischen einer wenigstens einen Sensor (15) umfassenden Meßeinrichtung (17) und einer Auswerteeinrichtung (19), wobei die Meßeinrichtung (17) an einem relativ zur Auswerteeinrichtung (19) bewegbaren Gegenstand (21) angebracht ist, insbesondere an einem im Betrieb rotierenden Bauteil einer Bearbeitungsmaschine, bei dem durch induktive Koppelung zwischen einer Sendevorrichtung (23) der Auswerteeinrichtung (19) und einer Empfangsvorrichtung (25) der Meßeinrichtung (17) von der Auswerteeinrichtung (19) an die Meßeinrichtung (17) Energie übertragen wird, durch Strommessung in der Auswerteeinrichtung (19) die Momentanlast in der Meßeinrichtung (17) bestimmt wird, durch Lastmodulation in der Meßeinrichtung (17) mit dem Sensor (15) ermittelte Meßdaten (11) an die Auswerteeinrichtung (19) übertragen werden, und durch Aufbringen einer Kalibrierlast (33) auf die Meßeinrichtung (17) der Übertragungskanal (13) kalibriert wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßdaten (11) Temperaturwerte übertragen werden, die mittels wenigstens eines Temperatursensors (15) an dem bewegbaren Gegenstand (21) ermittelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kalibrierlast (33) bekannter Größe zugeschaltet wird.

4. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Vergleich von Strommessungen ohne und mit Kalibrierlast (33) ein Schwellenwert (27) bestimmt wird und in der Auswerteeinrichtung (19) zwischen über und unter dem Schwellenwert (27) liegenden Signalen unterschieden wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdaten (11) digital übertragen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdaten (11) analog übertragen werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibrierlast (31) beim Einschalten der Sendevorrichtung (23) oder nach dem Einschalten vor einer ersten Datenübertragung aufgebracht wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in vorgegebenen Zeitabständen jeweils eine erneute Kalibrierung durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der Meßdaten (11) bei aufgebrachter Kalibrierlast (33) erfolgt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdaten (11) unaufgefordert und insbesondere in vorgegebenen Zeitabständen übertragen werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdaten (11) auf ein von der Sendevorrichtung (23) an die Meßeinrichtung (17) übermitteltes Aufforderungssignal übertragen werden.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Meßdaten (11) mehrerer Sensoren (15) nacheinander übertragen werden, wobei bevorzugt vor einer Meßdatenübertragung ein Synchronisationssignal übertragen wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Meßdaten (11) mehrerer Sensoren (15) über den gleichen Übertragungskanal (13) übertragen werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Meßdaten (11) mehrerer Sensoren (15) über mehrere Übertragungskanäle (13) übertragen werden, die sich vorzugsweise hinsichtlich der Sendefrequenz voneinander unterscheiden, wobei bevorzugt jedem Sensor (15) ein Übertragungskanal (13) zugeordnet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßdatenübertragung durch einen Wechsel der Sendefrequenz initiiert wird, insbesondere durch einen vorübergehenden Wechsel auf eine Sendefrequenz, über die keine Datenübertragung erfolgt.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Lastmodulation durch eine insbesondere einen Mikrocontroller umfassende Steuereinheit (29) erfolgt, mit der durch Auslesen des Sensors (15) erhaltene Meßwerte in zu übertragende Meßdaten (11) umgewandelt werden.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von der Sendevorrichtung (23) an die Empfangsvorrichtung (25) Steuersignale übermittelt werden, mit denen wenigstens eine am bewegbaren Gegenstand (21) vorgesehene Einrichtung (37), insbesondere ein Aktuator, angesteuert wird und/ oder mit denen zur Ü- bertragung der Meßdaten (11) aufgefordert wird.

18. Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung von Meßdaten (11) über zumindest einen Übertragungskanal (13) zwischen einer Meßeinrichtung (17) und einer Auswerteeinrichtung (19), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Meßeinrichtung (17) wenigstens einen Sensor (15) umfaßt und an einem relativ zur Auswerteeinrichtung (19) bewegbaren Gegenstand (21) angebracht ist, insbesondere an einem im Betrieb rotierenden Bauteil einer Bearbeitungsmaschine, mit einer auswerte seifigen Sendevorrichtung (23) und einer meß- seitigen Empfangsvorrichtung (25), zwischen denen durch induktive Koppelung von der Auswerteeinrichtung (19) an die Meßeinrichtung (17) Energie übertragbar ist, einer auswerteseitigen Strommeßeinrichtung (35), mit der die Momentanlast in der Meßeinrichtung (17) bestimmbar ist, Mitteln (29) zum Modulieren der Last in der Meßeinrichtung (17), und

Mitteln (29) zum Aufbringen einer Kalibrierlast (33) auf die Meßeinrichtung (17).

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (15) als Temperatursensor ausgebildet ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (15) ein passiver Sensor ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (15) ein aktiver Sensor ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (17) eine insbesondere einen Mikrocontrol- ler umfassende Steuereinheit (29) umfaßt, die zum Auslesen des Sensors (15) und zum Umwandeln ausgelesener Meßwerte in zu ü- bertragende Meßdaten (11) ausgebildet ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß daß zwischen der Steuereinheit (29) und dem Sensor ( 15) eine Anpaßschaltung vorgesehen ist.