特許 7384577 位置測定装置および位置測定装置を作動する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-13

(45)【発行日】2023-11-21

(54)【発明の名称】位置測定装置および位置測定装置を作動する方法

(51)【国際特許分類】

   G01P 15/00 20060101AFI20231114BHJP

   G01D 5/12 20060101ALI20231114BHJP

   G01P 15/02 20130101ALI20231114BHJP

【ＦＩ】

G01P15/00 D

G01D5/12 K

G01P15/02 C

【請求項の数】 17

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2019106954

(22)【出願日】2019-06-07

(65)【公開番号】P2019215340

(43)【公開日】2019-12-19

【審査請求日】2022-03-07

(31)【優先権主張番号】10 2018 209 136.6

(32)【優先日】2018-06-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】390014281

【氏名又は名称】ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＤＲ． ＪＯＨＡＮＮＥＳ ＨＥＩＤＥＮＨＡＩＮ ＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ ＭＩＴ ＢＥＳＣＨＲＡＮＫＴＥＲ ＨＡＦＴＵＮＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【氏名又は名称】中西 基晴

(72)【発明者】

【氏名】インゴ・ヨアヒムスタラー

(72)【発明者】

【氏名】ヨハネス・ソイアー

【審査官】岡田 卓弥

(56)【参考文献】

【文献】特表昭６２－５０１２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５６－１０３３２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－５４３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０００４６９９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｐ１５／００－１５／１８

Ｇ０１Ｄ ５／００－ ５／２５２

Ｇ０１Ｄ ５／３９－ ５／６２

Ｂ２３Ｑ１７／００－２３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

位置測定装置であって、
測定用目盛（４０）を有する目盛キャリア（３０）と、
測定用目盛（４０）を走査することによって位置信号（ＰＳ）を生成するための走査装置（５０）と、
位置信号（ＰＳ）をデジタル位置値（ＰＯＳ）として処理するための処理ユニット（６０）と、
後続電子機器（８０）と通信するためのインタフェースユニット（７０）と
を含み、
アナログまたはデジタル式の測定値（ＭＡ、Ｍ）を生成する少なくとも１つの衝突センサ（１００）が位置測定装置（５）に割り当てられており、これらのアナログまたはデジタル式の測定値（ＭＡ、Ｍ）の時間波形から衝突発生が確定可能であり、測定値（ＭＡ、Ｍ）が評価ユニット（１１０，２１０，３１０）に供給され、該評価ユニットで測定値（ＭＡ、Ｍ）の時間波形を評価することによって制御ユニット（１５０）で衝突発生が確定可能であり、
前記評価ユニット（２１０，３１０）に、測定値（ＭＡ、Ｍ）が供給されるフィルタユニット（１３０）がさらに設けられており、前記フィルタユニット（１３０）が帯域遮断フィルタとして構成されており、フィルタ処理したい少なくとも１つの周波数帯域が調整可能である、位置測定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の位置測定装置において、
前記測定値（ＭＡ，Ｍ）の時間波形の評価を走査周期信号（ＴＡ）の時間枠内で行う位置測定装置。

【請求項3】

請求項２に記載の位置測定装置において、
前記衝突センサ（１００）がアナログ式のセンサであり、前記評価ユニット（１１０、２１０）に、アナログ式の前記測定値（ＭＡ）からデジタル式の前記測定値（Ｍ）を形成するＡ／Ｄ変換器（１２０）が設けられており、前記制御ユニット（１５０）から前記Ａ／Ｄ変換器（１２０）に供給される前記走査周期信号（ＴＡ）によって前記デジタル式の測定値（Ｍ）の形成が制御される位置測定装置。

【請求項4】

請求項２に記載の位置測定装置において、
前記衝突センサ（１００）がデジタル式のセンサであり、前記評価ユニット（３１０）に、前記評価ユニット（３１０）に前記衝突センサ（１００）のデジタル式の測定値（Ｍ）を供給するセンサインターフェース（１６０）が設けられている位置測定装置。

【請求項5】

請求項２から４までのいずれか１項に記載の位置測定装置において、
前記評価ユニット（１１０，２１０，３１０）に、リングメモリとして作動するメモリユニット（１４０）がさらに設けられており、該メモリユニット（１４０）に前記デジタル式の測定値（Ｍ）が供給され、前記メモリユニット（１４０）に複数のデジタル式の測定値（Ｍ）を記憶することができ、前記走査周期信号（ＴＡ）の時間枠内に前記デジタル式の測定値（Ｍ）が前記メモリユニット（１４０）に連続モードで順次に記憶可能である位置測定装置。

【請求項6】

請求項５に記載の位置測定装置において、
衝突発生が確定した後に、第２の期間（Ｔ２）にメモリユニット（１４０）にデジタル式の測定値（Ｍ）を記憶し続け、衝突時点（Ｋ）の前の第１の期間（Ｔ１）および衝突時点（Ｋ）の後の第２の期間（Ｔ２）を含む、衝突発生の信号波形がメモリユニット（１４０）に記憶可能である位置測定装置。

【請求項7】

請求項１から６までのいずれか１項に記載の位置測定装置において、
前記フィルタユニット（１３０）がノッチフィルタである、位置測定装置。

【請求項8】

請求項７に記載の位置測定装置において、
前記位置測定装置（５）が角度測定装置であり、前記処理ユニット（６０）が、前記フィルタユニット（１３０）に供給される回転速度（Ｎ）を決定し、フィルタ処理したい前記フィルタユニット（１３０）の少なくとも１つの周波数帯域が前記回転速度（Ｎ）の関数として設定可能である位置測定装置。

【請求項9】

請求項１から８までのいずれか１項に記載の位置測定装置において、
少なくとも１つの衝突センサ（１００）が加速度センサまたは個体伝搬音センサである位置測定装置。

【請求項10】

位置測定装置を作動する方法であって、位置測定装置が、
測定用目盛（４０）を有する目盛キャリア（３０）、
測定用目盛（４０）を走査することによって位置信号（ＰＳ）を生成するための走査装置（５０）、
位置信号（ＰＳ）をデジタル位置値（ＰＯＳ）として処理するための処理ユニット（６０）、および
後続電子機器（８０）と通信するためのインタフェースユニット（７０）を含む、位置測定装置を作動する方法において、
アナログまたはデジタル式の測定値（ＭＡ，Ｍ）を生成する少なくとも１つの衝突センサ（１００）を位置測定装置（５）に割り当て、アナログ式またはデジタル式の前記測定値（ＭＡ，Ｍ）の時間波形から衝突発生を確定し、測定値（ＭＡ，Ｍ）を評価ユニット（１１０，２１０，３１０）に供給し、該評価ユニットで前記測定値（ＭＡ，Ｍ）の時間波形を評価することによって制御ユニット（１５０）で衝突発生を確定する各工程を備え、
前記評価ユニット（２１０、３１０）に、測定値（ＭＡ、Ｍ）が供給されるフィルタユニット（１３０）をさらに設け、前記フィルタユニット（１３０）を帯域遮断フィルタとして構成し、フィルタ処理したい少なくとも１つの周波数帯域が調整可能である、方法。

【請求項11】

請求項１０に記載の方法において、
走査周期信号（ＴＡ）の時間枠内で前記測定値（ＭＡ，Ｍ）の時間波形を評価する方法。

【請求項12】

請求項１１に記載の方法において、
前記衝突センサ（１００）がアナログ式のセンサであり、アナログ式の測定値（ＭＡ）からデジタル式の測定値（Ｍ）を形成するためのＡ／Ｄ変換器（１２０）を前記評価ユニット（１１０、２１０）内に設け、前記制御ユニット（１５０）から前記Ａ／Ｄ変換器（１２０）に供給される前記走査周期信号（ＴＡ）によって前記デジタル式の測定値（Ｍ）の形成を制御する方法。

【請求項13】

請求項１１に記載の方法において、
前記衝突センサ（１００）がデジタル式のセンサであり、前記評価ユニット（３１０）にセンサインタフェース（１６０）を設け、該センサインタフェース（１６０）を介して、前記評価ユニット（３１０）の前記衝突センサ（１００）のデジタル式の測定値（Ｍ）を供給する方法。

【請求項14】

請求項１１から１３までのいずれか１項に記載の方法において、
前記評価ユニット（１１０，２１０，３１０）に、前記デジタル式の測定値（Ｍ）が供給されるリングメモリとして作動するメモリユニット（１４０）をさらに設け、該メモリユニット（１４０）に前記デジタル式の測定値（Ｍ）を供給し、前記メモリユニット（１４０）に複数のデジタル式の測定値（Ｍ）を記憶し、前記走査周期信号（ＴＡ）の時間枠内に前記デジタル式の測定値（Ｍ）を前記メモリユニット（１４０）に連続モードで順次に記憶する方法。

【請求項15】

請求項１０から１４までのいずれか１項に記載の方法において、
衝突発生が確定した後に、第２の期間（Ｔ２）にデジタル式の測定値（Ｍ）をメモリユニット（１４０）に記憶し続け、衝突時点（Ｋ）の前の第１の期間（Ｔ１）および衝突時点（Ｋ）の後の前記第２の期間（Ｔ２）を含む、衝突発生の信号波形をメモリユニット（１４０）に記憶する方法。

【請求項16】

請求項１０から１５までのいずれか１項に記載の方法において、
前記フィルタユニット（１３０）がノッチフィルタである、方法。

【請求項17】

請求項１０から１６までのいずれか１項に記載の方法において、
前記位置測定装置（５）が角度測定装置であり、前記処理ユニット（６０）が、前記フィルタユニット（１３０）に供給される回転速度（Ｎ）を決定し、フィルタ処理したい少なくとも１つの周波数帯域を前記速度（Ｎ）の関数として設定する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１に記載の位置測定装置および請求項１０に記載の位置測定装置を作動する方法に関する。特に、本発明は、位置測定装置における衝突発生の確定に関する。

【背景技術】

【0002】

自動化技術における多くのプロセスは、電気モータによって制御される機械部品の移動に基づいている。この場合、機械部品の位置は位置測定装置によって決定される。ロータリエンコーダまたは角度測定装置は、例えば回転シャフトの回転運動を測定する。これに対して、リニアエンコーダは互いに対して移動可能に配置された機械部品の線形の変位を測定する。

【0003】

特に、幾つかの運動軸における運動が可能である、例えば工作機械または生産ロボットなどの複雑なシステムの場合には衝突の危険性がある。衝突は、可動部が予定外の障害物に衝突した場合に起こる。工作機械の場合の一般的な例は、工作機械を配置した工具スピンドルが、位置決めプロセスで、加工したいワークピースまたはクランプ手段に衝突する場合である。ワークピースまたはクランプ手段が、加工プログラムにしたがって位置していなければならない位置に位置していないこと、または加工プログラムのプログラミング時に、誤った運動経路が衝突をもたらすことが原因となる場合もある。生産ロボットの場合も同様であり、例えば、ロボットアームの誤った動き、または移動経路内に位置している、加工しようとする部品（または他の障害物）が衝突の引き金となることもある。

【0004】

衝突時には、衝突に関与する構成要素を損傷するかもしれない大きい加速度が生じる。機械または障害物への直接的な損傷に加えて、当初は気づかれない機械の損傷が、ある程度の時間の後にはじめて機械の故障につながることもある。しかしながら、もはや故障と衝突との間の関連性を証明することはできない。このような理由で、損傷が発生した場合にエラーの原因または起因を特定することができるように、衝突を検出し、記録することが試みられる。同様に、衝突の検出は機械の予防的な保守を可能にし、これにより後の故障が防止される。

【0005】

したがって、国際公開第０３／０２３５２８Ａ２号パンフレットは、センサデータを評価することによって衝突を検出し、次いで、持続的に記憶するためにセンサデータを機械制御装置に送信する別個の監視装置を設けることを提案している。追加の機器に加えて、この解決策は、追加のケーブル配線コストおよび機械制御装置への適切なインタフェースも必要とする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】国際公開第０３／０２３５２８Ａ２号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の課題は、衝突発生を確定するための簡単な方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この課題は、請求項１に記載の位置測定装置によって解決される。

【0009】

位置測定装置であって、
測定用目盛を有する目盛キャリアと、
測定用目盛を走査することによって位置信号を生成するための走査装置と、
位置信号をデジタル位置値として処理するための処理ユニットと、
後続電子機器と通信するためのインタフェースユニットと
を含み、
アナログ式またはデジタル式の測定値を生成する少なくとも１つの衝突センサが位置測定装置に割り当てられており、これらのアナログ式またはデジタル式の測定値の時間波形から衝突発生が確定可能であり、測定値が評価ユニットに供給され、評価ユニットで測定値の時間波形を評価することによって制御ユニットで衝突発生が確定可能である位置測定装置が提案される。

【0010】

本発明による位置測定装置の有利な実施形態が、請求項１に従属する請求項から明らかである。

【0011】

本発明の別の課題は、衝突発生を確定するための簡略化された方法を示すことである。

【0012】

この課題は、請求項１０に記載の位置測定装置を作動する方法によって達成される。

【0013】

位置測定装置を作動する方法であって、
測定用目盛を有する目盛キャリア、
測定用目盛を走査することによって位置信号を生成するための走査装置、
位置信号をデジタル位置値として処理するための処理ユニット、および
後続電子機器と通信するためのインタフェースユニットを含み、
アナログまたはデジタル式の測定値を生成する少なくとも１つの衝突センサが位置測定装置に割り当てられており、これらのアナログまたはデジタル式の測定値の時間波形から衝突発生を確定することができ、測定値が評価ユニットに供給され、評価ユニットで測定値の時間波形を評価することによって制御ユニットで衝突発生が確定される。

【0014】

本発明による方法の有利な実施形態が、請求項１０に従属する請求項から明らかである。

【0015】

さらなる利点が、以下の実施形態の説明から明らかである。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】工作機械のモータスピンドルを示す概略図である。

【図2】本発明による位置測定装置のブロック図である。

【図3】衝突発生の加速度波形を示す時間線図である。

【図4】評価ユニットの第１の実施形態を示す図である。

【図5】評価ユニットの別の実施形態を示す図である。

【図6】評価ユニットの別の実施形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

図１は、工作機械のモータスピンドル１０を簡略的に示している。中央の構成要素は、シャフト２を有するスピンドルモータ１である。シャフト２の一端には、工具４（例えば、フライス加工工具）を収容するための工具収容部３が設けられている。角度測定装置（ロータリエンコーダ）として構成された位置測定装置５が同様に機械的にシャフト２に結合されている。結合は、位置測定装置５の回転可能なシャフトをシャフト２に結合する機械的結合部（図示せず）を介して行われる。このようにして、位置測定装置５によってシャフト２の角度位置および／または回転数を測定することができる。

【0018】

ワークピース６の加工時にシャフト２は回転速度Ｎで回転し、工具４は、モータスピンドル１０を幾つかの駆動軸線Ｘ，Ｙ，Ｚにおいて移動させることによってワークピース６と接触させられる。したがって、例えば、フライス加工時にワークピース６から所望の外形がフライス加工される。図示の線形の駆動軸線Ｘ，Ｙ，Ｚに加えて、２つまでの旋回軸線を設けることもでき、したがって、５つの運動軸線におけるモータスピンドル１０（したがって工具４）の運動が可能である。それぞれの駆動軸線の位置を確定するために、さらなる位置測定装置が設けられている。図１には、移動方向である駆動軸線Ｘにおける位置を決定するための位置測定装置５’が例示されている。位置測定装置５’は、ここでは、例えば線形の駆動軸線Ｘ，Ｙ，Ｚの位置を決定するために、好ましくは、長さ測定装置として構成されている。これに対して、角度測定装置は、好ましくは、旋回軸線の位置を決定するために使用される。

【0019】

特に、工具４を加工の初期位置に位置決めする場合には衝突の危険性がある。このことは、位置決め時にはワークピース６の加工時間を最小にするために高い移動速度で作業が行われる、特に重要である。工具４またはモータスピンドル１０の外側輪郭の任意の点とワークピース６、またはワークピース６を工作機械の機械テーブルに固定するために用いるクランプ手段（図示しない）との間で衝突が起こる場合がある。

【0020】

位置測定装置５，５と可動機械構成要素との機械的結合（例えば、シャフト２と位置測定装置５との間）により、衝突発生が位置測定装置５，５’にも伝動する。

【0021】

図２は、本発明による位置測定装置５のブロック図を示す。位置測定装置５は、測定用目盛４０を有する目盛キャリア３０、走査装置５０、処理ユニット６０、およびインタフェースユニット７０を含む。

【0022】

目盛キャリア３０は、環状に、または円形ディスクとして構成されており、回転中心Ｄを中心として位置測定装置５を作動させるために回転可能に支承され、シャフト２に回転不能に結合されており、シャフト２の角度位置、および必要に応じて回転数が位置測定装置５によって測定される。測定用目盛４０は、回転中心Ｄを中心として半径方向に配置されており、少なくとも１つの目盛トラックを有し、目盛トラックの走査によって位置決定（角度決定）が可能になる。

【0023】

走査装置５０は目盛キャリア３０に対して定置で配置されており、目盛キャリア３０上の測定用目盛４０を走査し、目盛キャリア３０の回転角度の関数として、位置に依存した（角度に依存した）位置信号ＰＳを生成するように適切に構成されている。位置信号ＰＳは、アナログまたはデジタル式に符号化された信号を含むことができる。

【0024】

本発明は、物理的な走査原理に限定されていない。したがって、既知の誘導式、光電式、磁気式、または容量式の走査原理を使用することができる。

【0025】

位置信号ＰＳは処理ユニット６０に供給され、処理ユニット６０は位置信号ＰＳを位置値ＰＯＳとして処理し、インタフェースユニット７０に出力する。この処理についてはここではさらに説明しないが、信号補正、復調、デジタル化などの処理ステップを実施することができる。

【0026】

位置値ＰＯＳに加えて、処理ユニット６０では位置信号ＰＳから回転速度Ｎ（角速度）、加速度または衝撃などのさらに他の移動値を導くことも可能である。これらの移動値は、インタフェースユニット７０を介して供給してもよく、または、図５および図６に基づいて後に示すように、位置測定装置５の内部で使用するために用いてもよい。

【0027】

インタフェースユニット７０は、データ伝送チャネル９０を介して後続電子機器８０と通信する役割を果たす。インタフェースユニット７０は、シリアルインタフェースとして構成されていてもよい。すなわち、データ伝送チャネル９０を介したデータ伝送は、シリアル・データストリームまたはデータパケットの形式で行われる。有利には、インタフェースユニット７０は双方向性に構成されており、データＤ、特に位置値ＰＯＳ、および必要に応じてさらなる移動値を後続電子機器８０に送信することができ、データＤ、特にパラメータＰＡＲを後続電子機器８０から受信することができる。

【0028】

本発明によれば、少なくとも１つの衝突センサ１００と、少なくとも１つの衝突センサ１００の測定値に基づいて衝突発生を確定するための評価ユニット１１０とが、位置測定装置５に割り当てられている。

【0029】

衝突は常に自然発生的な変化、特に移動速度の減少（負の加速度）をもたらすので、加速度を測定することができる加速度センサまたは個体伝搬音センサ、すなわち衝突センサ１００が、衝突発生を確定するためには、特に適している。

【0030】

駆動軸線Ｘ，Ｙ，Ｚすなわちそれぞれの空間方向に対して衝突センサ１００が設けられている場合には、個々のセンサの測定値から衝突の衝突角度を推定することが可能なので、特に有利な構成が得られる。

【0031】

衝突センサ１００は、破線で示すように、位置測定装置５の外側の、有利には、衝突センサ１００がシャフト２に機械的に堅固に結合される点、例えばスピンドルモータ１の回転軸受に配置することができる。この場合、衝突センサ１００の電気的接続は、位置測定装置５のケーシングに設けられた適切な接続ユニット１０５を介して、差込み、ねじ込み、クランプ、またははんだ付け結合部によって行うことができる。

【0032】

位置測定装置５とシャフト２との機械的結合により、衝突発生が常に位置測定装置５にも直接に影響を及ぼすという事実により、位置測定装置５のケーシング内に衝突センサ１００を配置することが特に有利であると考えられる。これにより、衝突センサ１００を位置測定装置５に接続し、スピンドルモータ１のシャフト２（またはモータスピンドル１０の他の適切な機械的構成要素）に結合するための衝突センサ１００の取り付けが不要になる。位置測定装置５のケーシング内には、衝突センサ１００が、例えば、他の電子的および電気機械的な構成要素と共にプリント回路基板上に配置されていてもよい。同様に、衝突センサ１００を、シャフト２との機械的に特に堅固な連結部、例えば回転軸受または連結部を有する機械的な構成要素に配置することも可能である。

【0033】

評価ユニット１１０は、このために、少なくとも１つの衝突センサ１００の測定値を検出し、衝突発生の少なくとも１つの特性の発生に関連して評価する役割を果たす。衝突発生のパラメータは、例えば、
加速度の自然発生的な発生または加速度の限界値を超えること、または
加速度の自然発生的な変化、または加速度の変化の限界値を超えることである。

【0034】

代替的には、長さ測定装置（図１の位置測定装置５’）を本発明にしたがって構成することもできる。角度測定装置（ロータリエンコーダ）と比較して、長さ測定装置の場合には、目盛キャリアは、測定用目盛を配置したまっすぐな測定器である。位置測定のために、走査ヘッドは、測定器または測定用目盛に沿って線形に案内され、走査装置５０、処理ユニット６０、インタフェースユニット７０、少なくとも１つの衝突センサ１００、および評価ユニット１１０は、走査ヘッドのハウジング内に配置してもよい。

【0035】

図３は、例として、衝突発生の時間波形を示す。この場合、第１の期間Ｔ１には衝突前の信号波形が示され、第２の期間Ｔ２には衝突後の信号波形が示されている。

【0036】

衝突は衝突時点Ｋで起こり、評価ユニット１１０によって検出される。検出は、衝突発生のパラメータが生じたかどうか、および／または衝突発生のパラメータを超えたかどうかについて、例えば最大加速度Ａを過えたかどうかについて行われる。衝突の実際の時点（すなわち、最初の機械的な接触の時点）と衝突発生の検出時点とが極めて短時間に続くので、これらの時点は、以下では区別せず、単に「衝突時点Ｋ」と呼ぶ。

【0037】

衝突前の第１の期間Ｔ１には、信号は加速度（信号ノイズ）の統計的変化のみを示す。衝突は加速度を自然発生的に増大させ、加速度は衝突時点Ｋで最大加速度Ａを超え、衝突発生が評価ユニット１１０によって検出される。

【0038】

第２の期間Ｔ２には、衝突によって生じた振動は、第２の期間Ｔ２の終わり頃に信号が衝突前の特性を再び示すまで、再び減衰する。

【0039】

図４は、このために評価ユニット１１０の第１の実施形態を示す。評価ユニット１１０は、アナログ式の衝突センサ１００の測定値を処理し、評価するために適している。

【0040】

衝突センサ１００のアナログ測定値ＭＡは、アナログ測定値ＭＡをデジタル化するＡ／Ｄ変換器１２０に供給される。得られたデジタル式の測定値Ｍは、一方ではメモリユニット１４０に、他方では制御ユニット１５０に供給される。

【0041】

制御ユニット１５０は、評価ユニット１１０における実質的なプロセスを制御する。したがって、制御ユニット１５０はアナログ測定値ＭＡをデジタル化する走査率を確定する走査周期信号ＴＡをＡ／Ｄを変換器１２０に供給する。同様に制御ユニット１５０はメモリユニット１４０におけるデジタル式の測定値Ｍの記憶を制御する。さらに制御ユニット１５０は衝突発生を検出するように適切に構成されている。

【0042】

評価ユニット１１０の連続モードでは、衝突センサ１００のアナログ測定値ＭＡは、走査周期信号ＴＡの時間枠内に連続的にデジタル化され、メモリユニット１４０に順次に記憶される。これにより、メモリユニット１４０では、衝突センサ１００が出力した信号波形のデジタル式の再現が得られる。記憶は、メモリユニット１４０のＲＡＭメモリ領域１４２内で行われる。記憶容量は、少なくとも衝突発生の信号波形を記憶できるように選択される。この場合、ＲＡＭメモリ領域１４２はリングメモリとして作動し、このことは、衝突発生の信号波形のために設けられたＲＡＭメモリ領域１４２の最後のメモリセルに到達し、最初のメモリセルに戻った場合に、それぞれ最も古い測定値が上書きされることを意味する。

【0043】

連続モードは、機械のスイッチオン（したがって、位置測定装置５または５’のスイッチオン）によって開始することができる。しかしながら、有利には、連続的な作動の開始または停止は、後続電子機器８０から位置測定装置５および５’に送信されるコマンドを介して行われる。

【0044】

制御ユニット１５０は、衝突発生の少なくとも１つのパラメータ値に関して、到着するデジタル式の測定値Ｍを評価し、このデジタル式の測定値Ｍの関数としてメモリユニット１４０内のデジタル式の測定値Ｍの記憶を制御する。評価は、同様に走査周期信号ＴＡの時間枠内に行う。この場合、到着する測定値Ｍが限界値を超えるかどうかが点検される。この場合、走査周期信号ＴＡの周波数は、衝突発生を確実に検出できるように選択される。例えば、通常モードで発生する最高速度、加速度、衝突の可能性のある機械構成要素の重量および重量分布などの機械パラメータを考慮することができる。

【0045】

代替的には、衝突センサ１００のアナログ測定値ＭＡを衝突発生に関する評価のために制御ユニット１５０に供給してもよい。この場合、限界値を超えたかどうかについての点検は、比較器によってアナログ測定値ＭＡと限界値とを比較することによって行うことができる。

【0046】

必要に応じて、大きさの異なる衝突発生を区別することができるように、幾つかの限界値を設けてもよい。

【0047】

制御ユニット１５０が衝突時点Ｋにおいて衝突発生を確定した場合には、制御ユニット１５０は第２の期間Ｔ２にわたってデジタル式の測定値Ｍを記憶し続け、次いで記録を停止する。衝突発生の信号波形のために設けられたＲＡＭメモリ領域１４２は、衝突前の第１の期間Ｔ１と衝突後の第２の期間Ｔ２とを含むように寸法決めされている。さらに制御ユニット１５０は、検出された衝突発生をインタフェースユニット７０およびデータ伝送チャネル９０を介して後続電子機器８０に知らせるためのエラーメッセージＥＲＲを生成する。エラーメッセージＥＲＲの伝送は、連続モードで位置値ＰＯＳを伝送する役割を果たすデータフレームに含まれている少なくとも１つの状態ビットの形で行うことができる。しかしながら、このために別個のラインが設けられていてもよい。後続電子機器８０への衝突発生の知らせを衝突発生が確定された直後に行うことが重要であり、記憶された付属の信号波形のデータＤの伝送は、後の随意の時点で開始することができる。このようにして、後続電子機器８０は、発生した衝突に直ちに対応することができるが、しかしながら、衝突の分析を後の時点に延期することができる。

【0048】

衝突発生をさらにより包括的に分析するために、少なくとも１つの衝突センサ１００のデジタル式の測定値Ｍの信号波形に加えて、利用可能な測定値のさらなる信号波形を記憶することが有利である。したがって、メモリユニット１４０に位置値ＰＯＳを供給し、デジタル式の測定値Ｍと並列に記憶することもできる。このようにして、後続電子機器８０で測定値Ｍの波形と位置値ＰＯＳとの間の相関関係を確定することができる。

【0049】

ＲＡＭメモリ領域１４２が、電源なしでメモリ内容を失う揮発性メモリとして構成されている場合には、ＲＡＭメモリ領域１４２に記憶された信号波形を記録の終了後に記憶できるにプログラム可能な不揮発性のメモリ領域１４４（ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ）を設けることが有利である。衝突は工作機械の緊急停止につながることが多いので、検出されたデータは後の評価のために保持される。

【0050】

メモリユニット１４０のＲＡＭメモリ領域１４２および／またはプログラム可能なメモリ領域１４４の記憶容量は、衝突発生の複数の信号波形を記憶できるように有利に寸法決めされている。

【0051】

上述した衝突発生のパラメータは、特に工作機械の場合には一義的ではなく、すなわち、衝突以外の他の原因を有することもある。例えば、ワークピースを加工する場合には、衝突時に発生するのと同じ大きさの加速度が発生することもある。このような大きい加速度の原因としては、いわゆる「ガタガタ振動」が考えられる。このようなガタガタ振動は、例えば、ワークピースをフライス加工する場合に、フライスの切れ刃がワークピースに衝突した場合に生じる力によって生じるものであり、必ずしも加工時の誤動作を意味しない。実際の衝突時のパルス状の加速度波形（図３）と比較して、フライスの回転およびフライスの円周にわたる切れ刃の規則的な配置に起因するガタガタ振動は、振動の波形を有し、多くの場合には、振動は数周期にわたって振動する。

【0052】

大きい加速度の発生する別の原因は、工作機械の装置共振である。この場合にも振動の周期的な信号波形が生じる。

【0053】

一般に後続電子機器８０に設けられている高い計算能力に基づいて、実際の衝突により生じる衝突発生の信号波形は、後続電子機器８０において、他の原因を有する信号波形と容易に区別される。したがって、上述のパラメータのうちの少なくとも１つを超えたことに基づいて記録され、記憶された衝突発生のすべての信号波形を後続電子機器８０に伝送することが有意義な場合もある。しかしながら、不要なエラーメッセージまたは工作機械の緊急停止を回避するために、衝突発生のパラメータを超える大きい加速度による振動の発生が考慮されないように評価ユニット１１０を構成することが特に有利である。このために、例えば、制御ユニット１５０は、このような発生（加速度限界値を周期的に超えること）を検出することができ、このような場合に測定値の記憶が継続されるように適宜に構成しもよい。このことは、特徴的なパラメータを超えたことに基づいて検出された衝突発生が実際の衝突の結果である確率を高める。衝突が発生したことの最終的な確認は、この場合にも、記録された信号波形を後続電子機器８０で評価することによって行う。

【0054】

有利には、制御ユニット１５０はパラメータ設定可能に構成されており、以下のパラメータＰＡＲのうちの少なくとも１つが設定可能である：
考慮される衝突発生の少なくとも１つの特性、
少なくとも１つのパラメータの限界値、
測定値をデジタル化し、記憶する走査率、
期間Ｔ１、
期間Ｔ２。

【0055】

パラメータＰＡＲの設定は、有利にはデータ伝送チャネル９０およびインタフェースユニット７０を介して後続電子機器８０によって行う。

【0056】

位置測定装置５，５’に２つ以上の衝突センサ１００が設けられている場合には、評価ユニット１１０の構成要素を必要に応じて複数設けてもよい。個々のセンサのデジタル式の測定値Ｍを広範に並列に処理し、記憶することができる。同様に、衝突センサ毎のパラメータＰＡＲを設けてもよい。さらに、幾つかの衝突センサ１００が設けられている場合には、少なくとも１つの衝突センサ１００の測定値Ｍが衝突発生の限界値を超えたらすぐに、すべての衝突センサ１００の信号波形を記憶することが有利である。

【0057】

図５は、評価ユニット２１０の別の実施形態を示す。この実施形態は、アナログ式の衝突センサ１００を使用する場合にも適している。図４に関連して既に説明した構成要素は同じ符号を有する。

【0058】

先の実施例に加えて、評価ユニット２１０は、Ａ／Ｄ変換器１２０と制御ユニット１５０またはメモリユニット１４０との間に配置されたフィルタユニット１３０を含む。フィルタユニット１３０は、測定値の周波数スペクトルの少なくとも１つの周波数帯域の周波数成分が減衰または抑制されるように、帯域遮断フィルタ、特にノッチフィルタとして構成されている。このようにして、加速度限界値（ガタガタ振動、装置共振）を周期的に超える衝撃を除去することができる。図３に示すように、衝突センサの測定値のパルス状の波形は、制御ユニット１５０におけるフィルタ処理にもかかわらず、極めて広い周波数スペクトルを含むので、上述の加速度限界値を超えた証明に基づいて衝突発生を点検することができる。あるいは、振動加速度がフィルタユニット１３０によって既に除去されているので、場合によっては、振動加速度を検出するように制御ユニット１５０を構成しなくてもよい。

【0059】

有利には、フィルタ処理されるべき周波数帯域は調整可能である。この調整は、制御ユニット１５０からフィルタユニット１３０に供給することができる適切なパラメータＰＡＲを介して行うことができる。

【0060】

フィルタ処理したい周波数帯域と位置測定装置５，５’の位置値ＰＯＳの波形との間に関連性がある場合には、この関連性に応じて、フィルタ処理したい少なくとも１つの周波数帯域を自動的に設定することが特に有利である。これは、例えば、工作機械のモータスピンドル１０のシャフト２の角度位置を測定する位置測定装置５の場合である。上述のように、ガタガタ振動の周波数は、スピンドルモータ１の回転速度Ｎおよび使用する工具４の切り刃の数から生じる。ガタガタ振動をフィルタ処理したい場合には、フィルタ処理したい周波数帯域の決定は、乗数による回転速度Ｎの乗算によって行う。決定した周波数帯域は、制御ユニット１５０からフィルタユニット１３０に供給することができる。

【0061】

したがって、制御ユニット１５０の可能なパラメータＰＡＲの上記リストには、
フィルタ処理したい少なくとも１つの周波数帯域のパラメータ（例えば、周波数帯域の上限および下限周波数または中心周波数および幅）の特性、および
乗数
を補足することができる。

【0062】

図５のフィルタユニット１３０はデジタルフィルタである。代替的には、Ａ／Ｄ変換器１２０の前にアナログ式のフィルタユニットを配置してもよい。

【0063】

図６は、評価ユニット３１０の別の実施形態を示す。この実施形態は、デジタル式の衝突センサ１００を使用する場合に適している。図４または図５に関連して既に説明した構成要素は、同じ符号を有する。

【0064】

この実施形態では、衝突センサ１００のデジタル式の測定値Ｍを直接に検出するために、Ａ／Ｄ変換器の代わりにデジタル式のセンサインタフェース１６０が設けられている。センサインタフェース１６０は、好ましくはシリアルインタフェース、例えばI２Ｃインタフェースである。幾つかの衝突センサ１００が設けられている場合には、これらの衝突センサ１００は、バスモードで１つのみのセンサインタフェース１６０で動作させることができるが、センサインタフェース１６０を各衝突センサ１００に設けることもできる。

【0065】

センサインタフェース１６０を介した衝突センサ１００のデジタル式の測定値Ｍの要求は、この実施例でも、有利には制御ユニット１５０の走査周期信号ＴＡの時間枠内に開始される。上述の実施例と同様に、到着するデジタル式の測定値Ｍは制御ユニット１５０で評価される前に、またはメモリユニット１４０に記憶される前に、まずフィルタユニット１３０に供給される。

【0066】

図４と同様に、フィルタユニット１３０なしにこの実施形態を実施することもできることに留意されたい。この場合、ガタガタ振動または装置共振に起因する振動加速度の検出は、後続電子機器８０または制御ユニット１５０で行うことができる。

【0067】

もちろん、本発明は、上述した実施形態に限定されておらず、当業者は特許請求の範囲内で代替的に構成することができる。特に、衝突発生を検出することができる加速度センサまたは個体伝搬音センサに加えて、またはこれらのセンサの代わりに、他のセンサ、例えば、衝突の結果として機械部品の歪みまたは変位を検出することができるセンサを使用することもできる。

【符号の説明】

【0068】

１ スピンドルモータ
２ シャフト
３ 工具収容部
４ 工具
５ 位置測定装置
６ ワークピース
１０ モータスピンドル
３０ 目盛キャリア
４０ 測定用目盛
５０ 走査装置
６０ 処理ユニット
７０ インタフェース部
７０ インタフェースユニット
８０ 電子機器
８０ 後続電子回路
８０ 後続電子機器
９０ データ伝送チャネル
１００ 衝突センサ
１００ 各衝突センサ
１０５ 接続ユニット
１１０ 評価ユニット
１２０ 変換器
１３０ フィルタユニット
１４０ メモリユニット
１４２ メモリ領域
１４４ メモリ領域
１５０ 制御ユニット
１６０ センサインタフェース
２１０ 評価ユニット
３１０ 評価ユニット
Ａ 最大加速度
Ｄ 回転中心
Ｄ データ
Ｋ 衝突時点
Ｍ デジタル式の測定値
ＭＡ アナログ式の測定値
Ｎ 回転速度
ＰＳ 位置信号
ＰＯＳ 位置値
Ｔ１ 第１の期間
Ｔ２ 第２の期間
ＴＡ 走査周期信号
Ｘ 駆動軸線、
ＥＲＲ エラーメッセージ
ＰＡＲ パラメータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】