【手続補正書】
【提出日】平成16年4月1日(2004.4.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】測定装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】相対的に互いに並進して変位可能な２つの構成部材（１１或いは２１）の位置を非接触式で決定するための測定装置（１）、特に、シリンダ（５）内に組み込まれていてパワーチャック（２）の掴み顎（３）と伝動連結状態にある変位ピストン（６）の位置を決定するための測定装置（１）であって、一方の構成部材が測定値検出供与部（１１）として、他方の構成部材がこの測定値検出供与部（１１）と共に作用するセンサ（２１）として形成されていて、センサ（２１）が、測定値検出供与部（１１）の変位領域（ｓ）に渡って配設されている多数の測定ヘッド（２２、２２’、２２’’、２２’’’…）から成り、これらの測定ヘッドが、評価回路を有する計算ユニット（２５）と接続されていて、この計算ユニット（２５）において記憶部内には測定装置（１）の較正時に測定値検出供与部（１１）の位置に依存して検出された個々の測定ヘッド（２２、２２’、２２’’、２２’’’…）の信号経過（２６）が保存されていて、測定値検出供与部（１１）の軸方向の変位運動に応じ、測定値検出供与部（１１）により測定フィールド（２４）内でその都度に生成された信号を、記憶されている信号経過（２６）と比較することにより、変位可能な構成部材（１１）の位置が決定可能である前記測定装置において、
測定値検出供与部（１１）が切換リング（１２）として形成されていて、金属性で有利には強磁性の材料から成ること、及び、切換リング（１２）には、センサ（２１或いは２２、２２’、２２’’、２２’’’…）に向かう端面において、この端面内に作り込まれた少なくとも１つの凹部（１４）によって形成されているプロフィール成形部（１３）が備えられていることを特徴とする測定装置。
【請求項２】凹部（１４、１４’）の側面（１５、１５’、１５’’、１５’’’）が、軸方向垂直に、又は、台形状で切換リング（１２）の端面に対して内側又は外側に向かって傾けられて延びていて又は凸状或いは凹状に湾曲されて形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】互いに横方向の間隔をおいて配設されている２つの凹部（１４、１４’）が切換リング（１２）の端面内に作り込まれていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の測定装置。
【請求項４】切換リング（１２）の端面に対して軸方向垂直でこの端面内に作り込まれている凹部（１４）を有する切換リング（１２）において、凹部（１４）とこれらの凹部（１４）により形成されているカム（１６）が同じ幅で寸法付けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項５】測定ヘッド（２２、２２’、２２’’、２２’’’…）の横方向の間隔（ａ）が、２つのカム（１６）において同様に指向されている２つの側面（１５）の横方向の間隔（ｂ）とは異なって寸法付けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項６】測定ヘッド（２２、２２’、２２’’、２２’’’…）の間隔（ａ）と側面（１５）の間隔（ｂ）との比が３対４の関係にあることを特徴とする、請求項５に記載の測定装置。
【請求項７】測定ヘッド（２２、２２’、２２’’、２２’’’…）が切換リング（１２）の変位領域（ｓ）に渡って等間隔に有利には一列に並んで配設されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項８】測定ヘッド（２２、２２’、２２’’、２２’’’…）が、夫々、フェライトつぼ形コアとコイルパケットから形成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項９】測定ヘッド（２２、２２’、２２’’、２２’’’…）が、個々の場（２３、２３’、２３’’、２３’’’…）から構成される電磁的な測定フィールド（２４）を生成することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相対的に互いに並進して変位可能な２つの構成部材の位置を非接触式で決定するための測定装置、特に、シリンダ内に組み込まれていてパワーチャックの掴み顎と伝動連結状態にある変位ピストンの位置を決定するための測定装置に関し、この際、一方の構成部材は測定値検出供与部として、他方の構成部材はこの測定値検出供与部と共に作用するセンサとして形成されていて、センサは、測定値検出供与部の変位領域に渡って配設されている多数の測定ヘッドから成り、これらの測定ヘッドは、評価回路を有する計算ユニットと接続されていて、この計算ユニットにおいて記憶部内には測定装置の較正時に測定値検出供与部の位置に依存して検出された個々の測定ヘッドの信号経過が保存されていて、測定値検出供与部の軸方向の変位運動に応じ、測定値検出供与部により測定フィールド内でその都度に生成された信号を、記憶されている信号経過と比較することにより、変位可能な構成部材の位置が決定可能である。
【０００２】
【従来の技術】
この種の電子位置検出器はドイツ特許出願公開第3244891号明細書から知られている。この装置では、センサが、支持体としての異なるフェライト上に同様の機械的な配置で所定の間隔で装着されている多数のコイルから構成され、これらのコイルは、同様にコイルとして形成されている測定値検出供与部と共に作用する。個々のコイルに対して前後して又は同時に電圧パルス又は交流電圧が印加されると、位置インジケータとしての測定値検出供与部が、どの位置において、対向するコイルの１つに対して位置しているかに応じ、個々のコイルにおける信号が区別される。個々のコイルが例えば電子マルチプレクサを使って試問される場合には、異なる信号入力が直接的に測定値検出供与部の位置のための尺度となる。
【０００３】
それにより、確かに変位可能な測定値検出供与部に対する導線は排除されるが、測定不正確性が度重なり甘受されなくてはならず、その理由は、センサを形成するコイルの磁場が交差し、それにより測定値検出供与部の正確な割り当てが度重なり不可能となるためである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の課題は、多大に費用が節約されて製造されるばかりか誤測定も確実に回避される、相対的に互いに並進して変位可能な２つの構成部材の位置を非接触式で決定するための測定装置を創作することである。この際、測定不正確性を導き得る磁気衝撃並びに外部の影響は甘受されるべきではなく、更に、付設の消費装置を伴う測定装置は機能を果たす能力を有するべきで、その結果、監視すべき構成部材の軸方向のその都度の位置の決定が極めて簡単な方式で可能とされなくてはならない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このことは、相対的に互いに並進して変位可能な２つの構成部材の位置を非接触式で決定するために本発明に従って形成される測定装置において、測定値検出供与部が切換リング（スイッチングリング）として形成されていて、金属性で有利には強磁性の材料から成ること、及び、切換リングには、センサに向かう端面において、この端面内に作り込まれた少なくとも１つの凹部によって形成されているプロフィール成形部が備えられていることによって達成される。
【０００６】
この際、凹部の側面は、軸方向垂直に、又は、台形状で切換リングの端面に対して内側又は外側に向かって傾けられて延びていて又は凸状或いは凹状に湾曲されて形成され得て、この際、互いに横方向の間隔をおいて配設される２つの凹部を切換リングの端面内に作り込むことが考慮されている。
【０００７】
切換リングの端面に対して軸方向垂直でこの端面内に作り込まれている凹部を有する切換リングにおいて、凹部とこれらの凹部により形成されているカムを同じ幅で寸法付けることが考慮されている。
【０００８】
測定ヘッドの横方向の間隔は、２つのカムにおいて同様に指向されている２つの側面の横方向の間隔とは異なって寸法付けられ得る。有利な構成では測定ヘッドの間隔と側面の間隔との比が３対４の関係にある。
【０００９】
測定ヘッドは切換リングの変位領域に渡って等間隔に有利には一列に並んで配設されるべきである。また、個々の場から構成される電磁的な測定フィールドを生成する測定ヘッドは、夫々、フェライトつぼ形コアとコイルパケットから形成され得る。
【００１０】
測定装置が本発明に従って形成されると、並進して変位可能な構成部材のその都度の位置を、大きな構成手間を伴うことなく検出することが可能である。つまり、例えば誘導近接スイッチのために断面が3.3mmのフェライトつぼ形コアと、0.028mmのエナメル銅線で２度に渡る１７０回の巻線によるコイルパケットから構成され得る誘導測定ヘッドにより、夫々の単独場から構成される電磁的な測定フィールドが測定経路に沿って生成される。切換リングが測定ヘッドの作業領域内に位置すると、それらの測定ヘッドは切換リングの作用を介して付属の電磁的な単独場に影響を及ぼす。このことは、強磁性の又は導電性の目的材料では、測定ヘッドのインダクタンスを変化させ、また、渦電流損を導き、この際、基本的に両方の効果が反対に作用する。それに対し、強磁性ではない目的材料では、渦電流損を発生させるだけである。この効果は、それに適した回路を用いて測定され得る。個々の測定ヘッドの実際の減衰分布から、評価アルゴリズムを用いて切換リングの実際の軸方向の位置が計算され得て、即ち、回転角度に依存せず、切換リングと測定ヘッドとの間の半径方向の間隔におけるある一定の境界内において計算され得る。
【００１１】
市販の鋼材から製造される切換リングの端面は、合目的には、その表面が３つのカムを形成するようにプロフィール成形（例えば溝付け成形）される。これらのカムは測定精度の向上を結果としてもたらし、その理由は、長さ単位あたりでより多くの評価用信号側面が生じるためである。この改善は、測定ヘッドの数を出来るだけ少なく維持するため、及び、測定ヘッドの互いの間隔を出来るだけ大きく選択し得るために利用される。従って、一方ではこの測定システムは低コストとなり、他方では測定ヘッドの相互の影響が回避される。
【００１２】
しかしながら実際には理想的な３角形状の信号経過を得ることはできず、その理由は、特に最大値と最小値が明らかに平坦化されるためである。水平の又は垂直の経過を有する信号は評価には適してなく、その理由は、これらの信号が一義的な経路情報を含まないためである。しかし、y＝0.25とy＝0.75との間、従って、実際の場合にも直線的な傾斜が生成され得る領域内には、常に２つの測定信号が存在する。従って、y＞0.75というその都度に最も大きな単独信号を用い、可能な複数の粗位置が計算され得て、直線補間による２番目及び３番目に大きな信号（0.25＜y＜0.75）並びに信号結合を用い、最終的で且つ一義的な位置が粗位置を考慮して計算され得る。
【００１３】
個々の測定ヘッドにより生成される信号は、標準化により次のように処理され得る。即ち、全ての測定ヘッドに作用する同相モードノイズがほぼ完全に除去されるようにである。これらのノイズには、温度変動、温度の影響又は遠心力の影響による切換リングの鋼特性の変化、アナログ電子装置の老朽化及び温度変化、並びに、測定ヘッドと切換リングの間隔の変化などが挙げられる。
【００１４】
従って、前処理されている信号経過を、測定装置の較正時に検出されて記憶部内に保存されている信号経過と比較することにより、簡単な方式で、並進式で変位可能な構成部材、即ち切換リングのその都度の位置、従って、切換リングに依存して、締付力損失時にその位置が変化する締付ピストンの位置も、容易に決定可能である。この際、並進的或いは直線的に変位可能な構成部材がそのような運動だけを実施するかどうか又はこの際に回転もするかどうかについては考慮される必要はない。信号経過に対して回転運動が影響を及ぼすことはない。従って、パワーチャックの締付力は、その掴み顎に作用する変位ピストンの位置変化を介して容易に監視され得る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図面には本発明に従って形成されている測定装置の実施形態が描かれていて、次に、この実施形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１及び図３に描かれていて符号１で示されている測定装置は、相対的に互いに並進して変位可能な２つの構成部材の位置を非接触式で決定するために用いられ、図示されている実施形態では、シリンダ５内に組み込まれていて、圧力空間９内に供給される圧力手段により付勢可能である変位ピストン６の位置を決定するために用いられ、変位ピストン６はピストンロッド７を介してパワーチャック２の掴み顎３と伝動連結状態（例えば歯車を用いた伝動連結状態）にある。この方式により、パワーチャック２の掴み顎３の間に取り入れられた加工材料４に施される締付力を監視することが可能であり、その理由は、締付シリンダ５の圧力空間９内の圧力減少により変位ピストン６の軸方向の位置が変化するためである。
【００１７】
ここで測定装置１は測定値検出供与部１１とセンサ２１とを有し、測定値検出供与部１１は、ロッド８を介して変位ピストン６と強制的に連結され、切換リング１２として金属性の材料から形成されていて、センサ２１は図３に示されているように個々の測定ヘッド２２、２２’、２２’’、２２’’’．．．から構成されている。これらの測定ヘッド２２、２２’、２２’’、２２’’’．．．は、切換リング１２の変位領域ｓに渡って等間隔に一列に並んで配設されていて、これらの測定ヘッドの夫々がフェライトつぼ形コアとコイルパケットから形成されているために、個々の場２３、２３’、２３’’、２３’’’．．．から構成されている電磁場２４を生成する。また、切換リング１２は、並進して変位可能な構成部材（１１或いは２１）と直接的に又は中間部材を介して接続され得る。
【００１８】
特に図３から見て取れるように、切換リング１２には、センサ２１に向けられる端面において、この端面内に２つの凹部１４が作り込まれていることによってプロフィール成形部１３が設けられていて、それにより３つのカム１６が残されている。この実施形態において凹部１４の側面１５は切換リング１２の端面に対して垂直に延びていて、更に凹部１４とカム１６は同じ幅で寸法決めされている。
【００１９】
切換リング１２の変位領域ｓに渡って同様に配分されて配置されている個々の誘導性測定ヘッド２２、２２’、２２’’、２２’’’．．．は、互いに間隔ａで一列に並んで組み立てられていて、この間隔ａと、切換リング１２において同様に指向されている２つの側面１５の間隔ｂとの比は、３対４の関係にある。このようにしてノギスの副尺配分の場合のように測定精度が向上され、その理由は、長さの単位あたりでより多くの評価用信号側面が生じるためである。それにより測定ヘッド２２、２２’、２２’’、２２’’’．．．の数は少なく、それらの間隔は互いに大きく維持され得る。また、測定ヘッドの相互の影響は殆ど回避される。
【００２０】
また、凹部１４’を境界付ける突起部１６の側面１５’、１５’’、或いは１５’’’は、図６に示されているように、台形状で内側に向かって傾けられて或いは凸形又は凹形で湾曲されて形成され得る。
【００２１】
図２には、個々の測定ヘッド２２、２２’、２２’’、２２’’’．．．の実際の信号経過２６示されていて、この信号経過２６は、測定装置１の較正時に切換リング１２の夫々の位置に依存して検出されたものであり、ライン２７を介して個々の測定ヘッド２２、２２’、２２’’、２２’’’．．．と接続されている計算ユニット２５における記憶部に保存されている。
【００２２】
変位ピストン６の実際位置を検出するためには、その都度生成された信号を、実際的に記憶されている信号経過２６と、計算ユニット２５を使って互いに比較するだけでよく、このようにして切換リング１２の位置が決定される。変位ピストン６の位置変化が僅かな場合には既に信号の変化が生じているので、パワーチャック２の掴み顎３に作用する締付力の精密な監視が大きな製造手間を伴うことなく提供される。この際、切換リング１２が並進的な変位運動時にこの運動だけを実施するかどうか又は回転もするかどうかについては考慮する必要はない。
【００２３】
図４には測定ヘッド２２、２２’、２２’’、２２’’’の信号グラフが示されていて、このグラフは、切換リング１２のカム１６が測定ヘッド２２、２２’、２２’’、２２’’’を通過する際に生成される。図５には、測定ヘッド２２、２２’、２２’’、２２’’’のための減衰グラフが夫々の減衰度と共に描写されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】パワーチャックに付設されている測定装置を示す図である。
【図２】図１による測定装置の較正時に検知された、センサを形成する測定ヘッドの信号経過を示す図である。
【図３】運転開始以前における図１による測定装置を示す図である。
【図４】切換リングのカムにより生成された、測定ヘッドの信号グラフを示す図である。
【図５】稼動位置における個々のセンサの状態グラフを示す図である。
【図６】異なって形成された側面を有する切換リングを拡大して示す図である。
【符号の説明】
１    測定装置
２    パワーチャック
３    掴み顎
４    加工材料
５    締付シリンダ
６    変位ピストン
７    ピストンロッド
８    ロッド
９    圧力空間
１１    測定値検出供与部
１２    切換リング
１３    プロフィール成形部
１４    凹部（１４’）
１５    凹部の側面（１５’、１５’’、１５’’’）
１６    カム（突起部）
２１    センサ
２２    測定ヘッド（２２’、２２’’、２２’’’）
２３    個々の測定ヘッドの電磁場（２３’、２３’’、２３’’’）
２４    電磁場
２５    計算ユニット
２６    測定ヘッドの信号経過
２７    ライン
ａ      測定ヘッド間の間隔
ｂ      切換リングにおいて同様に指向されている２つの側面の間隔
ｓ      切換リングの変位領域