ES2834551T3 - Equipo de medición de posición y procedimiento de funcionamiento de un equipo de medición de posición - Google Patents

Abstract

Equipo de medición de posición con - un soporte de graduación (12) en el que está dispuesta una graduación de medición (14), - al menos un sensor de posición (20), configurado para generar señales de medición dependientes de la posición (M, MP) mediante exploración de la graduación de medición (14), - una unidad de procesamiento (30) configurada para procesar las señales de medición dependientes de la posición (M, MP) en señales de posición (P), y - una unidad de interfaz (40) para transmitir las señales de posición (P) a la electrónica posterior (80) a través de al menos un canal de transmisión de datos (44, 46), donde el equipo de medición de posición (10) comprende al menos un sensor de movimiento (20, 120, 220) que genera señales de medición variables en el tiempo (M, MP, MX, MY, MZ), caracterizado por que el equipo de medición de posición (10) comprende una unidad de análisis de señales (50) a la que se alimentan las señales de medición variables en el tiempo (M, MP, MX, MY, MZ), por que la unidad de análisis de señales (50) está configurada para evaluar las señales de medición variables en el tiempo (M, MP, MX, MY, MZ) en la gama de frecuencias y esta evaluación depende de los parámetros (PAR), y por que la unidad de interfaz (40) está configurada para recibir los parámetros (PAR) de la electrónica posterior (80) y los datos de resultado (ED) que resultan de la evaluación de las señales de medición variables en el tiempo (M, 20 MP, MX, MY, MZ), para transmitirlos a la electrónica posterior (80).

Description

DESCRIPCIÓN

Equipo de medición de posición y procedimiento de funcionamiento de un equipo de medición de posición Campo de la técnica

La presente invención se refiere a un equipo de medición de posición según la reivindicación 1 así como a un procedimiento de funcionamiento de un equipo de medición de posición según la reivindicación 11. En particular, la invención se refiere a la evaluación de señales de medición variables en el tiempo de sensores en la gama de frecuencias.

Estado de la técnica

Los equipos de medición de posición se utilizan en la tecnología de automatización y, en particular, en máquinas herramienta para medir posiciones o cambios de posición de piezas móviles. Los codificadores rotatorios o instrumentos para medir ángulos miden movimientos rotatorios, por ejemplo, de ejes giratorios. Los aparatos de medición de longitud, por el contrario, miden desplazamientos lineales de las partes de máquina dispuestas de forma móvil entre sí.

En principio se hace una distinción entre equipos de medición de posición que miden de manera incremental y absoluta, por lo que se utilizan diferentes principios de medición físicos, por ejemplo, ópticos, magnéticos, inductivos o capacitivos.

Los equipos de medición de posición que miden de manera incremental generan señales de posición mediante exploración de una pista de graduación incremental que está dispuesta en un soporte de graduación. Una pista de graduación incremental presenta elementos de graduación dispuestos regularmente en una dirección de medición, por ejemplo, una secuencia de líneas de graduación translúcidas y opacas en el principio de exploración óptica. En principio, este tipo de medición es relativo dado que no se pueden distinguir las señales de exploración de los períodos de graduación individuales. La medición de posición tiene lugar contando períodos de señal o fracciones de períodos de señal. Para crear un punto de referencia absoluto, generalmente se proporciona una pista de graduación adicional que presenta un patrón de referencia, cuya exploración en una posición definida genera un denominado pulso de referencia que crea un punto de referencia para la medición de posición.

En el caso de los equipos de medición de posición que miden de manera absoluta, la pista de graduación presenta una codificación absoluta, de modo que se puede determinar un valor de posición absoluto en cualquier momento mediante exploración de la pista de graduación.

Las señales de posición incrementales o los valores de posición absolutos se envían a la electrónica posterior para su posterior procesamiento. Si la máquina en la que se utiliza el equipo de medición de posición es una máquina herramienta, la electrónica posterior es, por ejemplo, un control numérico.

El hecho de que los equipos de medición de posición estén acoplados mecánicamente con la máquina en la que se utilizan da lugar a interacciones. Las vibraciones mecánicas de la máquina en las proximidades de los equipos de medición de posición pueden influir en ellos y reducir la calidad de las señales de posición y, por tanto, la precisión de medición. La calidad de las señales de posición afecta a su vez a la precisión de los bucles de control de accionamiento en los que las señales de posición se utilizan como valores de posición reales. Para optimizar la máquina, es necesario entender tales interacciones. Un medio para esto es un análisis de frecuencia de las señales o valores de posición en la electrónica posterior. Con frecuencia se utilizan sensores adicionales, por ejemplo, sensores de aceleración, para respaldar esto. En el caso de equipos de medición de posición absoluta en particular, sin embargo, esta posibilidad está limitada por el ancho de banda limitado de las interfaces digitales que se utilizan para transmitir los valores de posición y de sensor.

El documento US 8135977 B2 divulga un equipo de medición de posición que, además de los valores de posición, también puede medir valores de un sensor de aceleración y enviarlos a una electrónica posterior.

El documento US 8620 619 B2 divulga un equipo de medición de posición que supervisa valores de posición y valores de un sensor de aceleración y, cuando se detecta un estado de error, emite señales de alarma correspondientes, por ejemplo, para controlar los LED.

El documento EP 2 375 221 A2 propone realizar un análisis de frecuencia de los valores de medición de los sensores de aceleración en el equipo de medición de posición y sacar conclusiones de esto sobre cargas en el equipo de medición de posición.

Sumario de la invención

Es objetivo de la invención crear una solución mejorada para analizar vibraciones mecánicas en las proximidades de un equipo de medición de posición.

Este objetivo se consigue mediante un equipo de medición de posición según la reivindicación 1.

Ahora se propone un equipo de medición de posición con

• un soporte de graduación en el que está dispuesta una graduación de medición,

• al menos un sensor de posición con el que se pueden generar señales de medición dependientes de la posición mediante exploración de la graduación de medición,

• una unidad de procesamiento con la que las señales de medición dependientes de la posición se pueden procesar en señales de posición y

• una unidad de interfaz para transmitir las señales de posición a la electrónica posterior a través de al menos un canal de transmisión de datos,

en el que al equipo de medición de posición está asociado al menos un sensor de movimiento que genera señales de medición variables en el tiempo que se envían a una unidad de análisis de señales con la que las señales de medición se pueden evaluar en la gama de frecuencias y esta evaluación depende de los parámetros que se pueden transmitir desde la electrónica posterior a la unidad de interfaz y los datos de resultado que resultan de la evaluación de las señales de medición se puede transmitir desde la unidad de interfaz a la electrónica posterior.

De las reivindicaciones dependientes de la reivindicación 1 resultan configuraciones ventajosas de un equipo de medición de posición de acuerdo con la invención.

Además, es objetivo de la invención indicar un procedimiento de funcionamiento de un equipo de medición de posición de acuerdo con la invención.

Este objetivo se logra mediante un procedimiento de funcionamiento de un equipo de medición de posición según la reivindicación 11.

Se propone ahora un procedimiento de funcionamiento de un equipo de medición de posición de acuerdo con la reivindicación 1 o las reivindicaciones dependientes de la reivindicación 1, que presenta las siguientes etapas:

• transmisión de parámetros de la electrónica posterior al equipo de medición de posición,

• determinación de datos de resultado en la unidad de análisis de señales (50) mediante evaluación de las señales de medición teniendo en cuenta los parámetros y

• transferencia de los datos de resultado a la electrónica posterior.

De las reivindicaciones dependientes de la reivindicación 11 resultan configuraciones ventajosas del procedimiento de acuerdo con la invención.

Otras ventajas se desprenden de la siguiente descripción de los ejemplos de realización.

Breve descripción de los dibujos

Muestra

La figura 1 un diagrama de bloques de un equipo de medición de posición de acuerdo con la invención, La figura 2 un espectro de frecuencias en forma de espectro de amplitud de las señales de medición de un sensor de posición,

La figura 3 una primera forma de realización de una unidad de análisis de señales,

La figura 4 un espectro de frecuencias con ejemplos de parámetros ajustables,

La figura 5 un espectro de frecuencias con ejemplos adicionales de parámetros ajustables,

La figura 6 un espectro de orden con ejemplos de parámetros ajustables,

La figura 7 una segunda forma de realización de una unidad de análisis de señales,

La figura 8 otro ejemplo de realización de un equipo de medición de posición de acuerdo con la invención, La figura 9 otro ejemplo de realización de un equipo de medición de posición de acuerdo con la invención y La figura 10 otro ejemplo de realización de un equipo de medición de posición de acuerdo con la invención. Descripción de las formas de realización

La figura 1 muestra un diagrama de bloques de un equipo de medición de posición 10 de acuerdo con la invención. Para producir la funcionalidad básica - medición, procesamiento y salida de señales dependientes de la posición - el equipo de medición de posición 10 comprende un soporte de graduación 12 con una graduación de medición 14, al menos un sensor de posición 20, una unidad de procesamiento 30 así como una unidad de interfaz 40.

De acuerdo con la invención, el equipo de medición de posición 10 comprende al menos un sensor de movimiento.

Los sensores de movimiento son sensores que detectan movimientos del equipo de medición de posición 10 o de partes del equipo de medición de posición 10 y los convierten en señales eléctricas. Pueden disponerse dentro o fuera de una carcasa del equipo de medición de posición 10. En este primer ejemplo de realización, el al menos un sensor de movimiento es el sensor de posición 20 que, según lo previsto, determina posiciones o cambios de posición de partes del equipo de medición de posición 10 que están dispuestas para ser móviles entre sí. Como se mostrará más adelante por medio de las figuras 8 y 9, los sensores de movimiento también pueden estar formados por sensores que son independientes de una medición de posición. Esto se cumple, por ejemplo, para sensores de aceleración o sensores de ruido de estructura.

En el presente ejemplo, el sensor de posición 20 está adecuadamente configurado para explorar la graduación de medición 14 en el soporte de graduación 12. El soporte de graduación 12 y el sensor de posición 20 están dispuestos a este respecto de manera conocida de modo que se puedan mover uno con respecto al otro en una dirección de medición, por ejemplo, al estar conectados a partes móviles de una máquina herramienta cuya posición relativa entre sí debe determinarse.

Si el equipo de medición de posición es un aparato de medición de longitud o un aparato de medición de ángulo (codificador rotatorio) no es relevante para la presente invención. En consecuencia, el soporte de graduación 12 puede ser una escala de medición recta con una graduación de medición 14 dispuesta en la dirección de la escala o un disco circular con una graduación de medición 14 dispuesta radialmente alrededor de un punto de giro del disco. La exploración de la graduación de medición 14 da como resultado señales de medición M dependientes de la posición que se envían a la unidad de procesamiento 30. Las señales de medición M pueden comprender señales analógicas o codificadas digitalmente. La unidad de procesamiento 30 procesa las señales de medición M en señales de posición P y las envía a la unidad de interfaz 40. El procesamiento no se trata más en este caso, se pueden procesar etapas de procesamiento tales como corrección de señales, digitalización, etc.

Además, las señales de medición M se alimentan a una unidad de análisis de señales 50, que está adecuadamente configurada para llevar a cabo un cálculo y evaluación de los componentes de frecuencia comprendidos por las señales de medición M en al menos una banda de frecuencia. En particular, cuando las señales de medición M son señales codificadas digitalmente que pueden ser emitidas por el sensor de posición 20 a través de una interfaz digital, el sensor de posición 20 puede ser alimentado con una señal de solicitud RQ que hace que se emita un valor de posición actual.

Para el cálculo se puede utilizar cualquier procedimiento de evaluación matemático que sea adecuado para llevar a cabo una transformación de una señal variable en el tiempo en la gama de frecuencias, por ejemplo, una Transformación Rápida de Fourier (FFT) o procedimientos derivados de la misma. El algoritmo de Goerzel es en particular adecuado para calcular componentes de frecuencia de frecuencias específicas. Otra posibilidad es utilizar un filtro digital y calcular el valor efectivo a partir de los datos filtrados.

Los datos de resultado ED resultantes del análisis de señales también se pueden alimentar a la unidad de interfaz 40.

La unidad de interfaz 40 del equipo de medición de posición 10 sirve para la comunicación con la electrónica posterior 80. Esta presenta un canal de transmisión de datos bidireccional 44 a través del cual, dentro del alcance de la presente invención, los parámetros PAR se pueden transmitir desde la electrónica posterior 80 al equipo de medición de posición 10 así como, en la dirección opuesta, los datos de resultado ED a la electrónica posterior 80 en forma de paquetes de datos en serie. Los parámetros PAR se alimentan a la unidad de análisis de señales 50. Además, la unidad de interfaz 40 está diseñada de manera adecuada para transmitir señales de posición P del al menos un sensor de posición 20 a la electrónica posterior 80. En particular, en el caso de aparatos de medición de posición que generan valores de posición absolutos, esto puede tener lugar asimismo a través del canal de transmisión de datos 44. Para ello, se puede usar un protocolo de transmisión común.

Como alternativa, en cambio, también puede estar previsto un canal de transmisión de datos adicional, por ejemplo, cuando el equipo de medición de posición 10 es un equipo de medición de posición incremental en el que las señales de posición P se emiten en forma de señales analógicas o digitales desfasadas entre sí.

También es posible que, además del canal de transmisión de datos 44 de acuerdo con la invención, esté previsto otro canal de transmisión de datos digitales a través del que se comunique independientemente con la electrónica posterior 80, o con otra electrónica posterior diferente de la electrónica posterior 80, en particular para la transmisión de las señales de posición P (en forma codificada digitalmente). De esta manera, están disponibles dos interfaces digitales, una de las cuales se puede usar para el funcionamiento según lo previsto del equipo de medición de posición (medición y transmisión de valores de posición) y la otra para producir la función de acuerdo con la invención (análisis de señales de señales de medición). Ventajosamente, las interfaces también están separadas mecánicamente y pueden usar diferentes protocolos de transmisión.

Si la graduación de medición 14 es una graduación incremental, las señales de medición dependientes de la posición M son periódicas, es decir, el curso de la señal se repite con cada período de graduación. La frecuencia de señal de las señales de medición M se determina por el movimiento relativo entre soporte de graduación 12 y sensor de posición 20 y el período de graduación de la graduación de medición 14. Generalmente se generan al menos dos señales de medición dependientes de la posición M que presentan un desfase entre sí, por ejemplo 90°. De esta manera es posible determinar la dirección de movimiento. En el caso de varios equipos de medición de posición incrementales, la graduación de medición 14 y el sensor de posición 20 están emparejados entre sí de tal manera que en condiciones ideales y con una velocidad de movimiento constante entre soporte de graduación 12 y unidad de exploración 14, las señales de medición M son exactamente sinusoidales. Por lo tanto, un espectro de frecuencia de las señales de medición M presenta un pico de señal exactamente en una frecuencia. Dichos equipos de medición de posición se basan generalmente en un principio de exploración óptica o magnética.

Además, los equipos de medición de posición están muy extendidos en la tecnología de automatización, en los que los cambios de posición tienen un efecto a través de la modulación de una señal portadora (también denominados equipos de medición de posición de modulación de campo). En este caso, el espectro de frecuencia de la señal de medición M muestra picos de señal en dos frecuencias, la de la señal portadora y la generada por el cambio de posición. Dichos equipos de medición de posición se basan en principios de exploración inductivos o capacitivos.

Los espectros de frecuencia también se pueden determinar en el caso de equipos de medición de posición en los que la determinación de posición se basa en la exploración de una graduación de medición codificada de manera absoluta, por ejemplo, midiéndose valores de posición a intervalos de tiempo iguales y determinándose y evaluándose en cada caso el cambio de posición de la medición anterior. En este caso se cumple que en condiciones ideales y con una velocidad de movimiento constante en el espectro de frecuencias, no se producen picos de señal, dado que los cambios de posición deben dar como resultado un valor constante.

Si el espectro de frecuencia de señales de medición dependientes de la posición M muestra picos de señal en otras frecuencias además de los picos de señal esperados, esto puede ser una indicación de un mal funcionamiento o influencias externas disruptivas. La figura 2 muestra, a modo de ejemplo, un espectro de frecuencia, configurado como espectro de amplitud, de las señales de medición M de un sensor de posición 20 de un equipo de medición de posición incremental con movimiento constante. Muestra picos de señal en las frecuencias f1 a f10 con valores de amplitud de A1 a A10. El pico de señal en la frecuencia f6 presenta la mayor amplitud A6 y corresponde, por ejemplo, a la frecuencia de señal de las señales de posición. Además de este pico de señal, no debería haber ningún otro pico de señal significativo en el espectro de frecuencia si hay un funcionamiento sin interferencias. Por lo tanto, los picos de señal en las frecuencias f1 a f5 y f7 a f10 son causados por variables de perturbación.

En general, las variables de perturbación que se manifiestan como picos de señal en el espectro de frecuencias pueden resultar de condiciones de contorno internas y externas, estados operativos o también estados de error. Las causas internas son, por ejemplo, tolerancias o funciones erróneas en el almacenamiento de los componentes almacenados de manera móvil del equipo de medición de posición (almacenamiento del eje del codificador de un codificador rotatorio o del cabezal de exploración de un aparato de medición de longitud).

Las variables de perturbación externas pueden tener una variedad de causas, dependiendo del área de aplicación del equipo de medición de posición, como por ejemplo

- momentos de engranajes magnéticos de un motor de accionamiento, a cuyo árbol está acoplado un codificador de accionamiento,

- tolerancias y mal funcionamiento de los cojinetes de los ejes fuera del equipo de medición de posición,

- influencia mutua de los accionamientos de los ejes en máquinas herramienta de varios ejes,

- errores de montaje del equipo de medición de posición,

- desgaste de piezas de máquinas o, en el caso de máquinas herramienta, de una herramienta, o

- la situación de carga de un motor de accionamiento, en particular al mecanizar una pieza de trabajo en una máquina herramienta.

Dado que los equipos de medición de posición en la tecnología de automatización, en particular en máquinas herramienta, se utilizan generalmente para determinar la información de posición para bucles de control para controlar accionamientos, la causa y el efecto pueden influir mutuamente, es decir, la causa de una variable de perturbación afecta la medición de posición, que a su vez afecta al bucle de control (efectos de resonancia). A la inversa, esto significa que mediante el análisis de las señales de medición dependientes de la posición M en la gama de frecuencias, se pueden sacar conclusiones sobre las causas de las perturbaciones. Este conocimiento, a su vez, puede utilizarse para optimizar el sistema global.

Con el fin de permitir una determinación y supervisión más eficaces posibles de las variables de perturbación, la unidad de análisis de señales 50 está construida de acuerdo con la invención de modo que pueda parametrizarse. Como se muestra en los siguientes ejemplos de realización, la parametrización puede estar relacionada con la ejecución del análisis de señales así como con el alcance del análisis de señales.

Para ello, la figura 3 muestra una primera forma de realización de una unidad de análisis de señales 50. Comprende una unidad de detección de datos 52, una memoria de entrada 54, una memoria de salida 55, una memoria de parámetros 56 y una unidad de computación 58.

La memoria de parámetros 56 sirve para almacenar parámetros PAR. Desde allí, pueden consultarse por la unidad de computación 58 y, dado el caso, también por la unidad de detección de datos 52.

La unidad de detección de datos 52 sirve para detectar valores medidos actuales de las señales de medición M a intervalos de tiempo constantes. Los intervalos de tiempo pueden derivarse de una señal de sincronización que está disponible para la unidad de análisis de señales 50 y, por ejemplo, también controla los procesos en la unidad de computación 58. La señal de sincronización puede proceder de un generador de sincronización controlado por cuarzo o un PLL. Si las señales de medición M son señales analógicas, la unidad de detección de datos 52 comprende un convertidor analógico-digital para convertir valores instantáneos de las señales de medición M en valores de medición digitales. Estos se pueden almacenar en la memoria de entrada 54. Si, por el contrario, las señales de medición M ya están codificadas digitalmente, la unidad de detección de datos 52 comprende una interfaz para leer los valores de medición actuales y almacenarlos en la memoria de entrada 54. Dado el caso, se puede enviar para ello una señal de solicitud RQ al sensor de posición 20.

La detección y el almacenamiento de valores de medición se pueden realizar de forma continua o controlada por comando a través de un parámetro PAR. En el caso de la detección continua de valores de medición, la memoria de entrada 54 está realizada ventajosamente como una memoria de anillo en la que los valores medidos antiguos se sobrescriben cíclicamente.

La unidad de computación 58 está adecuadamente diseñada para calcular un espectro de frecuencia, en particular un espectro de amplitud, en al menos una banda de frecuencia o en todo el ancho de banda de las señales de entrada a partir de los valores de medición en la memoria de entrada 54 y, basándose en los parámetros PAR, almacenados en la memoria de parámetros 56, determinar los datos de resultado ED. Los datos de resultado ED pueden almacenarse en la memoria de salida 55 y pueden enviarse desde allí a través de la unidad de interfaz 40 a la electrónica posterior 80.

A continuación, se explicarán algunos ejemplos de parámetros ajustables por medio de la figura 4.

Al establecer una banda de frecuencia, por ejemplo definiendo una frecuencia límite inferior fu y una frecuencia límite superior fo, el espectro de frecuencia puede evaluarse específicamente en un intervalo. Esto es ventajoso cuando se va a monitorizar una gama de frecuencias en la que se esperan interferencias. Si no se especifica una frecuencia de límite inferior fu, la banda de frecuencia está limitada por un valor de tensión continua (fu = 0 Hz). Si no se especifica una frecuencia límite superior fo, la banda de frecuencia está limitada por la frecuencia más alta calculable, que está determinada por el teorema de muestreo. En el ejemplo representado, los datos de resultado ED comprenden las frecuencias f2, f3 y f4 con las correspondientes amplitudes A2, A3 y A4.

En lugar de una frecuencia límite inferior y superior fo, fu, también se puede definir una banda de frecuencia especificando una frecuencia central (el valor medio entre la frecuencia límite superior e inferior fo, fu) y un ancho de banda (la diferencia entre la frecuencia límite superior e inferior fo, fu).

El intervalo de resultados puede limitarse mediante otros parámetros PAR, por ejemplo, cuando solo se van a determinar un número de N frecuencias con las mayores amplitudes. Si se establece N = 2, los datos de resultado comprenden las frecuencias f2 y f4 con las amplitudes A2 y a 4.

Como alternativa o adicionalmente, se puede especificar una amplitud límite AG mediante otros parámetros PAR, de modo que solo se determinen frecuencias cuyas amplitudes superen la amplitud límite AG. De esta manera, los componentes de frecuencia cuyas amplitudes son demasiado bajas para permitir una evaluación significativa pueden excluirse de los datos de resultado ED. Esta opción también se puede utilizar para establecer si una amplitud del espectro de frecuencia (en la banda de frecuencia seleccionada) excede el límite de amplitud AG. En este caso, es suficiente un dato de resultado ED que solo comprenda un bit. En el ejemplo mostrado, los datos de resultado ED en la banda de frecuencia entre la frecuencia límite inferior fu y la frecuencia límite superior fo, bajo la condición de que se debe exceder la amplitud límite AG representada, nuevamente incluyen las frecuencias f2 y f4 con las amplitudes A2 y A4.

La amplitud límite AG se muestra de forma simplificada en el ejemplo mediante un valor constante. Pero también puede estar formada por cualquier función matemática. Si se van a evaluar varias bandas de frecuencia, también es posible asignar diferentes amplitudes límite AG a diferentes bandas de frecuencia. De esta forma, se pueden formar curvas envolventes complejas que sirven como criterio para evaluar el espectro de frecuencias.

Como se representa en la figura 5, una banda de frecuencia también puede excluirse de la evaluación si se selecciona una frecuencia más alta para la frecuencia límite inferior fu que para la frecuencia límite superior fo. Por ejemplo, la banda de frecuencia en la que se encuentra la frecuencia de señal de las señales de posición (en el ejemplo f6) en un equipo de medición de posición incremental con velocidad de movimiento constante se puede excluir específicamente de la evaluación, de modo que solo se evalúen los picos de señal que resultan de interferencias.

Si no son los valores de amplitud individuales a determinadas frecuencias los que son de interés para la evaluación, sino la suma de la interferencia en la banda de frecuencia, también se puede utilizar un parámetro PAR para establecer un valor efectivo (valor cuadrático medio, RMS) de los picos de señal en la banda de frecuencia (correspondiente a la potencia de la señal en la banda de frecuencia seleccionada). Una combinación con los parámetros PAR descritos anteriormente también puede ser ventajosa para esta evaluación.

Además, se pueden definir varias bandas de frecuencia para la evaluación, para las cuales se pueden configurar parámetros separados PAR dado el caso.

Además, puede estar prevista una posibilidad de, a través de los parámetros PAR seleccionar y parametrizar el procedimiento de evaluación (los algoritmos utilizados) usado, por ejemplo, definiendo la resolución de frecuencia en la que se basa el cálculo de un espectro de frecuencia.

Si el equipo de medición de posición 10 es un aparato de medición de ángulos o un codificador rotatorio, es especialmente ventajoso que en la unidad de análisis de señales 50 se calcule un espectro de orden en lugar de un espectro de frecuencia. En este sentido se trata también de un análisis de señal en la gama de frecuencias, no obstante en un análisis de orden a las líneas del espectro de orden se les asignan órdenes (múltiplos) de la velocidad de giro de un árbol del equipo de medición de posición 10 o de un árbol cuya posición angular es medida por el equipo de medición de posición 10. Por lo tanto, el análisis de orden depende de la velocidad de giro.

Por ejemplo, si el eje gira a 3000 revoluciones por minuto, esto corresponde a una velocidad de 50 Hz (1/s). El pico de señal de primer orden corresponde por lo tanto a la componente de señal de la señal de medición M a 50 Hz. El segundo orden se encuentra entonces a 100 Hz, el tercer orden a 150 Hz, etc.

Este procedimiento de evaluación es por lo tanto ventajoso porque las perturbaciones en la señal de medición M a menudo dependen de la velocidad de giro, es decir, aparecen en frecuencias que son múltiplos de la velocidad de giro. La referencia a la velocidad de giro facilita por lo tanto la identificación de la causa de la interferencia.

La figura 6 muestra un ejemplo de un espectro de orden. La componente de señal S1 de la señal de medición M en la posición de primer orden presenta la amplitud de señal más alta, las componentes de señal S4 y S8 de cuarto y octavo orden representan componentes de interferencia significativas de la señal de medición M. En este ejemplo, se alimenta una señal de velocidad de giro a la unidad de análisis de señales 50 como señal auxiliar H.

De manera correspondiente a los parámetros que se pueden seleccionar para el espectro de frecuencias, en este caso también se puede especificar un ancho de banda (un rango de orden) para las órdenes a evaluar, limitado por un orden inferior Ou y un orden superior Oo, así como cualquier amplitud límite AG para la amplitud de la señal de los componentes de señal S1 a S12.

El análisis de señales basado en un espectro de orden es especialmente ventajoso cuando se mecanizan piezas de trabajo con una máquina herramienta. Por ejemplo, durante un fresado, el encaje de los filos de herramienta con la pieza de trabajo puede provocar vibraciones. La frecuencia fundamental de estas vibraciones depende de la velocidad de giro del husillo de herramienta y del número de filos de corte que presente la herramienta de fresado en su circunferencia. Las vibraciones fuertes también se conocen como "traqueteo" y no son deseables porque dejan patrones de procesamiento en la pieza de trabajo (las llamadas marcas de traqueteo). Por medio de un espectro de orden, en el que el rango de orden está limitado al orden en el que se esperan las vibraciones (velocidad de giro del husillo multiplicada por el número de filos de corte), se pueden generar datos de resultado ED que comprenden la amplitud de señal del orden (u órdenes) seleccionado(s). Adicionalmente, o como alternativa, estableciendo una amplitud límite AG para el orden (u órdenes) seleccionado(s), es posible examinar si las vibraciones exceden la amplitud límite AG.

La parametrización del análisis de señales en la gama de frecuencias permite en este caso una adaptación flexible a las condiciones límite del mecanizado (velocidad de giro, herramienta, mecanizado grueso o fino, etc.).

La unidad de análisis de señales 50 puede diseñarse para realizar tanto un análisis de frecuencia como un análisis de orden. La selección de qué procedimiento de evaluación se utiliza, a su vez, puede realizarse mediante un parámetro PAR.

La figura 7 muestra una forma de realización alternativa de una unidad de análisis de señales 50. Se diferencia de la unidad de análisis de señales 50 descrita por medio de la figura 3 en el diseño de la unidad de computación 58. En este ejemplo, la unidad de computación 58 comprende un filtro programable 59 así como una unidad de cálculo RMS aguas abajo 60.

El filtro programable 59 puede diseñarse como un filtro de paso alto, paso bajo, paso banda o de muesca. Dado el caso, la función de filtro del filtro se puede seleccionar mediante parámetros PAR. Como en el ejemplo anterior, la banda de frecuencias a evaluar también se puede configurar utilizando el parámetro PAR definiendo las frecuencias límite correspondientes fu, fo (o la frecuencia central y el ancho de banda).

En la unidad de cálculo RMS 60, se puede determinar el valor efectivo (RMS) de los datos filtrados, es decir, el valor medio de todas las perturbaciones de la señal de medición M en la banda de frecuencia seleccionada. El valor efectivo forma un dato de resultado ED de esta variante de una unidad de análisis de señales 50. Para la evaluación simultánea de varias bandas de frecuencia, se pueden proporcionar más filtros programables 59 y unidades de cálculo RMS 60.

En una configuración alternativa, el filtro programable 59 está diseñado como filtro de seguimiento. Un filtro de seguimiento es un filtro de paso de banda cuya frecuencia central varía con la velocidad de giro. Para ello, la unidad de análisis de señales 50 se alimenta con una señal de velocidad de giro como señal auxiliar H. La frecuencia central del filtro programable 59 se determina ahora con relación a la frecuencia de la señal de velocidad de giro, siendo la distancia entre la frecuencia central y la frecuencia de la señal de velocidad de giro y el ancho de banda ajustable por medio del parámetro PAR. Similar a la determinación de un espectro de orden descrita anteriormente, pero más fácil de implementar, esta variante se puede utilizar para analizar perturbaciones dependientes de la velocidad.

El procedimiento de evaluación (filtrado y cálculo de un valor efectivo) de la variante de una unidad de análisis de señal 50 mostrada en la figura 7 es menos complejo que el procedimiento de evaluación (análisis de frecuencia, análisis de orden) de las variantes mostradas en la figura 3 y requiere menos potencia de cálculo. Por tanto, es ventajoso que se ahorre potencia de cálculo o que se eviten las pérdidas de potencia provocadas por cálculos intensivos y el correspondiente desarrollo de calor en el equipo de medición de posición.

Los parámetros PAR mencionados anteriormente se refieren a la evaluación de las señales de medición M y, por lo tanto, se pueden denominar parámetros de evaluación. Como se muestra en los ejemplos anteriores, los parámetros de evaluación también pueden determinar directamente el tipo de datos de resultado ED, es decir, si los datos de resultado ED son bits individuales, valores individuales, pares de valores, etc.

Además de los parámetros de evaluación, los parámetros PAR también pueden comprender parámetros de ejecución que determinan cuándo y en qué condiciones tiene lugar una evaluación de las señales de medición M.

La evaluación puede iniciarse mediante un comando de inicio incondicional o condicional de la electrónica posterior 80. En caso de un comando de inicio incondicional, la evaluación de las señales de medición M comienza sin demora. En el caso de un comando de inicio condicional, el inicio depende de al menos una condición adicional, por ejemplo, alcanzar una cierta posición absoluta, velocidad, etc. Una información requerida para esto se puede suministrar a la unidad de análisis de señal 50 a través de la señal auxiliar H desde la unidad de procesamiento 30, por ejemplo. Si un comando de inicio condicional requiere una información que no está disponible dentro del equipo de medición de posición 10, esta información se puede suministrar al equipo de medición de posición 10 a través de una señal externa.

Además, los comandos de inicio que únicamente provocan una evaluación única de las señales de medición M pueden distinguirse de los comandos de inicio que inician una evaluación continua. En el último caso, los datos de resultados actuales ED están siempre disponibles en la memoria de salida 55.

Además, se puede proporcionar un comando de parada que finaliza la evaluación de las señales de medición M.

La figura 8 muestra otro ejemplo de realización de un equipo de medición de posición 10 de acuerdo con la invención. Los componentes que ya se han descrito en relación con la figura 1 tienen los mismos símbolos de referencia. La diferencia con el ejemplo de realización anterior es que se usa un sensor de aceleración 120 independiente como sensor de movimiento en lugar del sensor de posición 20. En este ejemplo de realización, el sensor de posición 20 sirve exclusivamente para la medición de la posición. Para ello, las señales de medición de posición MP del sensor de posición 20 se alimentan a la unidad de procesamiento 30.

En una configuración especialmente ventajosa, el sensor de aceleración 120 está conectado mecánicamente con un componente del equipo de medición de posición 10. De esta manera, es una parte integral del equipo de medición de posición 10 y los procedimientos de análisis de acuerdo con la invención están disponibles inmediatamente con la fijación prevista del equipo de medición de posición 10 a la máquina o sistema. Por ejemplo, el sensor de aceleración 120 está dispuesto dentro de una carcasa del equipo de medición de posición 10. En el caso de un aparato de medición de longitud, el sensor de aceleración 120 puede estar dispuesto, por ejemplo, en la carcasa del cabezal de exploración, en el caso de un codificador rotatorio en una ubicación adecuada dentro de la carcasa, en la que también se encuentran el soporte de graduación 12 y los componentes electrónicos para el procesamiento de señales. En el caso de máquinas con varios ejes de movimiento, tales como máquinas herramienta o brazos de robot, el sensor de aceleración 120 se puede utilizar para analizar influencias de otros ejes de movimiento distintos del eje de movimiento asociado al equipo de medición de posición 10 (cuyo movimiento es medido por el equipo de medición de posición 10) cuando el equipo de medición de posición 10 o el componente, con el que el sensor de aceleración 120 está conectado mecánicamente, también se mueve durante los procesos de posicionamiento.

Como alternativa, el sensor de aceleración 120 también se puede disponer fuera del equipo de medición de posición 10 en una parte de máquina que va a supervisarse. La transmisión de las señales de medición M al equipo de medición de posición 10 o a la electrónica de evaluación, que comprende la unidad de análisis de señales 50, tiene lugar entonces a través de una interfaz adecuada. La transmisión de señales puede ser analógica o digital, cableada o inalámbrica (óptica o mediante señales de radio).

Las señales de medición M del sensor de aceleración 120 se alimentan a su vez a la unidad de análisis de señales 50. Estas señales de medición M también son señales dependientes del movimiento que cambian con el tiempo. Así, todo el conocimiento obtenido con referencia a las figuras 2 a 7 puede transferirse a este ejemplo de realización y pueden utilizarse unidades de análisis de señal 50, tal como se describe por medio de las figuras 3 y 7. También en este caso, la parametrización de la unidad de análisis de señales 50 es una ventaja decisiva para evaluar la señal de medición M de manera dirigida en un período de tiempo seleccionable y/o una banda de frecuencia asociada.

En particular, cuando el inicio de la evaluación tiene lugar en función de la posición, la unidad de procesamiento 30 puede enviar una señal auxiliar H con una información de posición correspondiente a la unidad de análisis de señales 50.

Esta forma de realización también es especialmente ventajosa cuando se deben evaluar las vibraciones de la máquina en la zona del equipo de medición de posición 10. Las vibraciones pueden resultar de pares de engranajes de motores, del mecanizado de una pieza de trabajo, efectos de oscilación y desequilibrio o similares. resultado. En lugar de sensores de aceleración, también es posible utilizar otros sensores que generan señales de medición dependientes del movimiento, por ejemplo, sensores de sonido de estructura o sensores con los que se pueden medir las deformaciones elásticas de las piezas de la máquina.

La figura 9 muestra otro ejemplo de realización de un equipo de medición de posición 10 de acuerdo con la invención. Se diferencia del ejemplo de realización anterior por un lado en que se utiliza un sensor de aceleración 220 que detecta aceleraciones en tres direcciones de movimiento X, Y, Z. Las señales de medición correspondientes MX, MY, MZ se alimentan a la unidad de análisis de señales 50. Por otro lado, como en el primer ejemplo de realización, las señales de medición de posición MP también se alimentan a la unidad de análisis de señales 50. Tanto el sensor de aceleración 220 como el sensor de posición 20 son, por tanto, sensores de movimiento de acuerdo con la invención.

La unidad de análisis de señales 50 está diseñada ventajosamente para el procesamiento en paralelo completo o parcial de las señales de medición MX, MY, MZ, MP. Si es una unidad de análisis de señales 50, como se describe con referencia a la figura 3, se proporcionan una unidad de detección de datos 52, una unidad de computación 58, una memoria de entrada 54 y una memoria de salida 55 para el procesamiento en paralelo de las señales de medición MX, MY, MZ, MP por señal. Si todas las señales de medición MX, MY, MZ, MP deben evaluarse basándose en los mismos parámetros, una memoria de parámetros 56 utilizada conjuntamente es suficiente. Para el procesamiento parcial en paralelo, tiene sentido diseñar la adquisición de datos en paralelo y realizar únicamente los cálculos uno tras otro en una unidad de computación común 58.

De manera análoga a esto, una unidad de análisis de señales 50 según la figura 7 también puede estar configurada para un procesamiento en paralelo completo o parcial, por lo que también es ventajoso en este caso adquirir los valores de medición de las señales de medición MX, MY, MZ, MP en paralelo y únicamente realizar los cálculos uno tras otro.

En este ejemplo de realización, la comunicación con la electrónica posterior 80 tiene lugar a través de dos canales de transmisión de datos 44, 46 independientes, que puede diseñarse en cada caso como interfaces de datos digitales bidireccionales. Así, la comunicación, que se refiere al funcionamiento según lo previsto del equipo de medición de posición 10 (en particular la solicitud y transmisión de valores de posición P) puede tener lugar a través de una interfaz de aparato de medición especializada tal como por ejemplo EnDat, mientras que la transmisión de parámetros PAR y datos de resultado ED a través de otra interfaz de datos, tal como por ejemplo un bus de campo (ProfiBus, ProfiNet,...). Para la comunicación, pueden estar previstos módulos de interfaz separados 40.1, 40.2, que están conectados con diferentes módulos 80.1, 80.2 de la electrónica posterior 80, por lo que los módulos 80.1, 80.2 también pueden ser unidades independientes (aparatos).

Debido a que las variables perturbadoras que provocan aceleraciones (vibraciones) ahora se detectan en tres direcciones espaciales, ahora es posible deducir la dirección desde la cual actúa la perturbación en el equipo de medición de posición 10. Dado que las señales MP de medición de posición también se evalúan en la unidad de análisis de señales 50, es posible además establecer una correlación entre la magnitud de perturbación y los errores de medición en la medición de la posición. Adaptando los parámetros PAR, por un lado, las bandas de frecuencia se pueden seleccionar y supervisar específicamente; por otro lado, una carga innecesaria en la electrónica del equipo de medición de posición 10, que se nota a través del aumento del consumo de energía y el desarrollo de calor resultante, puede evitarse especificando un tiempo de inicio para la evaluación. En este caso se muestra de manera especialmente clara que la parametrización de la evaluación permite un análisis especialmente efectivo de las propiedades de la máquina.

La figura 10 muestra otro ejemplo de realización de un equipo de medición de posición 10 de acuerdo con la invención. Este equipo de medición de posición 10 está diseñado como un codificador rotatorio o aparato de medición de ángulo. De manera correspondiente, el soporte de graduación 12 es un disco circular o un anillo que está montado de manera giratoria alrededor de un punto de giro D. La graduación de medición 14 está dispuesta concéntricamente alrededor del punto de giro D y es explorada por dos sensores de posición 20.1, 20.2. Sus señales de medición parciales M1, M2 se alimentan a la unidad de procesamiento 30 y se procesan en señales de posición P. Mediante exploración de la graduación de medición 14 en distintos puntos de la circunferencia (desplazados 180° en el ejemplo), se pueden corregir los errores de medición que resultan de movimientos de excentricidad y de oscilación del soporte de graduación 12.

Además de este procedimiento en sí conocido para corregir las señales de posición P, las señales de medición parciales M1, M2 también se alimentan a una unidad de preprocesamiento 25 que procesa las señales de medición parciales M1, M2 en una señal de medición M. Para ello, la unidad de preprocesamiento 25 forma ventajosamente una señal diferencial de las señales de medición parciales M1, M2, que es una medida de los movimientos de excentricidad y/o movimientos de oscilación del soporte de graduación 12. Los sensores de posición 20.1, 20.2 de esta manera, junto con la unidad de procesamiento previo 25, forman un sensor de movimiento de acuerdo con la invención.

También es posible utilizar más de dos sensores de posición, que están dispuestos ventajosamente a distancias regulares alrededor de la circunferencia del soporte de graduación 12. En particular, en el caso de soportes de graduación con grandes diámetros, los sensores de posición 20.1, 20.2 pueden estar dispuestos en carcasas independientes.

Las unidades de análisis de señales 50 según las figuras 3 o 7 pueden utilizarse para evaluar las señales de medición M. Dado el caso, también pueden estar disponibles varios procedimientos de evaluación en la unidad de análisis de señales 50 en este ejemplo de realización, que se pueden seleccionar mediante los parámetros PAR. Este ejemplo de realización permite un análisis detallado de los movimientos de excentricidad y/o de bamboleo del soporte de graduación 12, del que a su vez se pueden extraer conclusiones sobre el apoyo de un árbol, cuyo movimiento de giro es medido por el equipo de medición de posición 10, así como la fijación del equipo de medición de posición 10 a este árbol. Es posible una combinación con características de configuración de los ejemplos de realización según las figuras 1, 7 y 8.

La presente invención, naturalmente, no está limitada a los ejemplos de realización descritos, sino que, como alternativa, puede ser configurada por un experto en la técnica dentro del alcance de las reivindicaciones. En particular, se pueden usar unidades de análisis de señales 50 basadas en procedimientos de evaluación alternativos que requieren parámetros adicionales o alternativos a los parámetros presentados por medio de los ejemplos de realización anteriores.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Equipo de medición de posición con

• un soporte de graduación (12) en el que está dispuesta una graduación de medición (14),

• al menos un sensor de posición (20), configurado para generar señales de medición dependientes de la posición (M, MP) mediante exploración de la graduación de medición (14),

• una unidad de procesamiento (30) configurada para procesar las señales de medición dependientes de la posición (M, MP) en señales de posición (P), y

• una unidad de interfaz (40) para transmitir las señales de posición (P) a la electrónica posterior (80) a través de al menos un canal de transmisión de datos (44, 46),

donde el equipo de medición de posición (10) comprende al menos un sensor de movimiento (20, 120, 220) que genera señales de medición variables en el tiempo (M, MP, MX, MY, MZ), caracterizado por que el equipo de medición de posición (10) comprende una unidad de análisis de señales (50) a la que se alimentan las señales de medición variables en el tiempo (M, MP, MX, MY, MZ),

por que la unidad de análisis de señales (50) está configurada para evaluar las señales de medición variables en el tiempo (M, MP, MX, MY, MZ) en la gama de frecuencias y esta evaluación depende de los parámetros (PAR), y por que la unidad de interfaz (40) está configurada para recibir los parámetros (PAR) de la electrónica posterior (80) y los datos de resultado (ED) que resultan de la evaluación de las señales de medición variables en el tiempo (M, MP, MX, MY, MZ), para transmitirlos a la electrónica posterior (80).

2. Equipo de medición de posición según la reivindicación 1, en el que al menos un sensor de movimiento (20, 120, 220) es un sensor de posición (20).

3. Equipo de medición de posición según la reivindicación 1, en el que al menos un sensor de movimiento (20, 120, 220) está formado por al menos dos sensores de posición (20.1, 20.2), que generan señales de medición parciales (M1, M2) mediante exploración de la graduación de medición (14) y una unidad de preprocesamiento (25) que procesa las señales de medición parciales (M1, M2) en la señal de medición (M).

4. Equipo de medición de posición según una de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos un sensor de movimiento (20, 120, 220) es un sensor de aceleración o un sensor de sonido de estructura.

5. Equipo de medición de posición según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de análisis de señales (50) presenta una memoria de parámetros (56) en la que se pueden almacenar parámetros (PAR).

6. Equipo de medición de posición según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de análisis de señales (50) presenta una unidad de detección de señales (52) para la detección de valores de medición de las señales de medición (M, MP, MX, MY, MZ) del al menos un sensor de movimiento (20, 120, 220), así como un unidad de computación (58) para calcular datos de resultado (ED), siendo los datos de resultado (ED) dependientes de los parámetros (PAR).

7. Equipo de medición de posición según la reivindicación 6, en el que la unidad de computación está configurada para (58) un análisis de frecuencia de los valores de medición.

8. Equipo de medición de posición según la reivindicación 6, en el que a la unidad de análisis de señales (50) se alimenta una señal auxiliar (H), que es una señal de velocidad de giro, y la unidad de computación (58) está configurada para un análisis de orden de los valores de medición.

9. Equipo de medición de posición según la reivindicación 6, en el que la unidad de computación (58) presenta un filtro programable (59) para filtrar los valores de medición así como una unidad de cálculo RMS (60) para calcular un valor efectivo a partir de los valores de medición filtrados.

10. Equipo de medición de posición según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el al menos un sensor de movimiento (20, 120, 220) está conectado mecánicamente con un componente del equipo de medición de posición (10).

11. Procedimiento de funcionamiento de un equipo de medición de posición según una de las reivindicaciones 1 a 10, con las siguientes etapas:

• transmisión de parámetros (PAR) desde la electrónica posterior (80) al equipo de medición de posición (10), • determinación de los datos de resultado (ED) en la unidad de análisis de señales (50) mediante evaluación de las señales de medición (M, MP, MX, MY, MZ) en la gama de frecuencias, teniendo en cuenta los parámetros (PAR) y

• transferencia de los datos de resultado (ED) a la electrónica posterior (80).

12. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que los parámetros (PAR) comprenden parámetros de evaluación.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que los parámetros (PAR) comprenden al menos uno de los siguientes parámetros de evaluación:

• una banda de frecuencia (fu, fo),

• un rango de orden (Ou, Oo),

• una amplitud límite (AG),

• un número (N) de frecuencias de resultado

• un procedimiento de evaluación,

• la función de filtro de un filtro programable (59).

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 a 13, en el que los parámetros (PAR) comprenden parámetros de ejecución.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, en el que los parámetros (PAR) comprenden al menos uno de los siguientes parámetros de ejecución:

• un comando de inicio incondicional para la evaluación de las señales de medición (M, MP, MX, MY, MZ), • un comando de inicio condicional para la evaluación de las señales de medición (M, MP, MX, MY, MZ),

• un comando para la evaluación única de las señales de medición (M, MP, MX, MY, MZ),

• un comando para una evaluación continua de las señales de medición (M, MP, MX, MY, MZ),

• un comando de parada para finalizar la evaluación de las señales de medición (M, MP, MX, MY, MZ).