(57)【要約】      （修正有）【課題】１つ以上のパラメータ、特にパレットのクランプ状態及び／又は接触状態及び／又は解放状態を監視又は通知するパラメータをデータ線が設けられることなく確実に検出し、その１つ以上のパラメータをレシーバに伝達可能とするクランプチャックを提供する。【解決手段】クランプチャック（１）は、クランプスピゴット（３１）用の位置決め開口（５）と、クランプスピゴット（３１）を位置決め開口（５）内でクランプするためのクランプ装置を備える。クランプチャック（１）上には、クランプスピゴット（３１）に作用するクランプ力及び他の値を検出可能な複数個のセンサ（９，１０）が配置されている。クランプチャック（１）には、１個以上のセンサ（９，１０）で検出されたパラメータをワイヤレス伝送するためのトランスミッタ（２５）が設けられている。【選択図】図１
2018183863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランプスピゴット（31）が設けられたパレット（30）をクランプするためのクランプチャック（１）であって、該クランプチャック（１）が、クランプスピゴット（31）用の位置決め開口（５）と、前記クランプスピゴット（31）を前記位置決め開口（５）内でクランプするためのクランプ要素（15）を有するクランプ装置とを備え、前記クランプチャック（１）上に、少なくとも１個のセンサ（9，10，11）が配置され、該少なくとも１個のセンサ（9，10，11）により、前記クランプチャック（１）における少なくとも１つのパラメータ、及び／又は、前記パレット（30）と前記クランプチャック（１）との間の相互作用による少なくとも１つのパラメータ、及び／又は、前記パレット（30）における少なくとも１つのパラメータが検出可能であるクランプチャックにおいて、
前記クランプチャック（１）に、前記少なくとも１個のセンサ（9，10，11）で検出されたパラメータをワイヤレス伝送するためのトランスミッタ（25）が設けられていることを特徴とするクランプチャック。
【請求項２】
請求項１に記載のクランプチャックであって、該クランプチャック（１）に、前記クランプスピゴット（31）に作用するクランプ力を算出可能な第１センサ（９）が設けられていることを特徴とするクランプチャック。
【請求項３】
請求項２に記載のクランプチャックであって、前記第１センサ（９）が、前記クランプチャック（１）上に配置されることにより、パレット（30）がクランプされたときに前記クランプチャック（１）における弾性材料の変形が測定できるよう構成されていることを特徴とするクランプチャック。
【請求項４】
請求項１に記載のクランプチャックであって、該クランプチャック（１）に、その上における前記パレット（30）の位置を検出可能な第２センサ（10）が設けられていることを特徴とするクランプチャック。
【請求項５】
請求項４に記載のクランプチャックであって、前記第２センサ（10）が、前記クランプチャック（１）の上側（６）領域に配置されることにより、前記クランプチャック（１）上における前記パレット（30）の有無が検出可能であることを特徴とするクランプチャック。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載のクランプチャックであって、該クランプチャック（１）に、前記クランプ要素（15）を作動させる構成要素の位置を検出可能な第３センサ（11）が設けられていることを特徴とするクランプチャック。
【請求項７】
請求項６に記載のクランプチャックであって、クランプ装置に、前記クランプ要素（15）を作動させるために初期位置とロック位置との間で移動可能な作動ピストン（18）が設けられ、前記作動ピストン（18）が、そのロック位置で、前記クランプ要素（15）を半径方向内方に押圧することにより、前記クランプ要素（15）が前記クランプスピゴット（31）に対して摩擦係合的に当接するクランプチャックにおいて、
前記第３センサ（11）が、前記クランプチャック（１）内に配置されることにより、前記作動ピストン（18）の初期位置が検出可能であることを特徴とするクランプチャック。
【請求項８】
請求項２又は３に記載のクランプチャックであって、前記第１センサ（９）が、歪みゲージ式センサ（DMS）として構成されていることを特徴とするクランプチャック。
【請求項９】
請求項８に記載のクランプチャックであって、前記第１センサ（９）が、前記クランプチャック（１）に摩擦係合的及び／又は材料結合的に取り付けられることにより、前記第１センサ（９）からの信号が実質的にクランプ力に比例することを特徴とするクランプチャック。
【請求項１０】
請求項２、３、８又は９の何れか一項に記載のクランプチャックであって、該クランプチャック（１）の上側に、パレット（30）のためのＺ方向支持面（７）が設けられ、該Ｚ方向支持面（７）が、位置決め開口（５）の半径方向外方に配置されているクランプチャックにおいて、
前記第１センサ（９）が、半径方向において、前記位置決め開口（５）と前記Ｚ方向支持面（７）を交差する円形線（Ｌ）との間に配置されていることを特徴とするクランプチャック。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一項に記載のクランプチャックであって、該クランプチャック（１）に、前記位置決め開口（５）を半径方向に画定する中空円筒状突起（13）が設けられ、前記突起（13）に、前記クランプ要素（15）がＺ方向に形状密着的及び／又は摩擦係合的に支持される半径方向孔（14）が設けられていることを特徴とするクランプチャック。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか一項に記載のクランプチャックであって、該クランプチャックが、前記クランプ要素（15）を作動させるために初期位置とロック位置との間で移動可能な作動ピストン（18）を備え、前記作動ピストン（18）が、そのロック位置で、前記クランプ要素（15）を半径方向内方に押圧することにより、前記クランプ要素（15）が前記クランプスピゴット（31）に対して摩擦係合的に当接するクランプチャックにおいて、
前記作動ピストン（18）が、圧縮ばね（20）により、前記ロック位置に向けて変位可能であると共に、空圧により、前記圧縮ばね（20）力に抗して前記初期位置に向けて変位可能であることを特徴とするクランプチャック。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れか一項に記載のクランプチャックであって、該クランプチャック内に、マイクロプロセッサ制御装置が統合され、該マイクロプロセッサ制御装置により、前記センサ（9，10，11）で検出されたデータが前記トランスミッタ（25）に転送される前に評価及び／又は処理されることを特徴とするクランプチャック。
【請求項１４】
請求項１〜１３の何れか一項に記載のクランプチャックであって、該クランプチャックに、前記トランスミッタ及び前記センサ用、場合により更なる電気又は電子部品用の電源、特にバッテリ又は充電式バッテリが設けられていることを特徴とするクランプチャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に係るクランプチャックに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の対象とするクランプチャックは、クランプパレット及び／又はワークピースキャリアを所定位置で固定クランプするのに使用される。この場合、各クランプチャックは通常、加工機械の作業台に固定配置されるのに対して、パレットは、クランプチャックにより、クランプチャックにおける正確な位置に反復可能に固定配置することができる。パレットには、クランプスピゴットが設けられるのに対して、クランプチャックは、位置決め開口、並びにクランプスピゴットを位置決め開口でクランプするためのクランプ装置を有する。パレットには通常、加工すべきワークピース又は工具が保持される。
【０００３】
このようなクランプチャックを半自動又は全自動の作業工程で使用するには、ハンドリングロボットにより、パレットをクランプチャックに嵌め込み可能とすると共に、パレットをクランプチャックから再び取り外し可能としなければならない。この場合、パレットが最低限のクランプ力でクランプチャックに固定されると共に、パレットが取り外される前にクランプチャックにおけるクランプ要素が完全に解放かつロック解除されることが重要である。例えばパレットがクランプチャックに正確に固定されていなければ、振動が生じる恐れがあり、又はパレットに固定されたワークピースに対する機械加工時、例えばフライス加工時にパレットが取り外れる恐れがあり、従って大きな損害が生じる可能性がある。また、加工工程後にワークピースキャリアがクランプチャックから持ち上げられる際、やはりロック機構が完全にロック解除されていること、即ち完全に解放され、従ってワークピースキャリアがクランプチャックから損傷の恐れなく持ち上げられることが保証されなければならない。言うまでもなく、クランプ要素が完全にロック解除されていない状態でワークピースキャリアが持ち上げられれば、やはり大きな損害が発生し、甚大なコストが生じる。
【０００４】
特許文献１（欧州特許出願公開第2052808号明細書）には、ワークピースキャリアを解除可能に固定するためのクランプチャックを備えるクランプ装置が既知である。この場合、クランプチャックには、複数個のクランプ要素を有するロック機構が設けられており、これらクランプ要素が、ロック位置にて、ワークピースキャリアに接続されたクランプスピゴットに係合する。各クランプ要素には貫通孔が設けられ、各クランプ要素が正確にロックされている場合には貫通孔の一端で閉鎖される。付加的又は代替的には、各クランプ要素に、貫通孔が設けられた作動要素が割り当てられ、対応するクランプ要素が正確にロック及び／又はロック解除されている場合には一端で閉鎖される。クランプ要素及び作動要素における各貫通孔は、共通の接続管を介して空圧源に接続されている。接続管内には、空気流を検出するための少なくとも１個のセンサが設けられている。このセンサにより、クランプ要素が正確にロック解除されたか、及び／又は、ロックされたか否かを検出することが可能である。センサは、電子制御装置及び評価装置に接続されている。
【０００５】
特許文献１に開示のクランプ装置はその実用性が認められてはいるが、センサで検出された１つ以上のパラメータ又はデータを、把握し、評価し又は更なる処理をするために、中継点へ容易に転送できれば望ましい。
【０００６】
特許文献２（欧州特許出願公開第2759372号明細書）には、工作機械用のクランプ装置が既知である。この場合、工作機械は、工具用の工具ホルダが設けられた回転スピンドルを有する。クランプ装置は、工具をクランプするために設けられている。クランプ装置には、異なる測定箇所に力センサが設けられているため、これら異なる測定箇所で作用するクランプ力が検出され、これにより工具が工具ホルダ内で正確にクランプされたか否かが判定される。各力センサは、工具ホルダの環状支持面上に配置されている。この場合、各力センサは、支持面から突出するよう配置されることにより、工具がクランプされる際に押圧される。これにより、一方ではクランプ力が検出され、他方では工具が正確にクランプされたか、又は正確に整列されていないか及び／又は正確に位置決めされていないかが判定される。力センサとしては、表面弾性波（SAW）センサが使用される。各力センサは、支持面上にて、工作機械の中心軸線周りに回転対称的に配置されている。工具が正確に整列されていれば、力センサで等しい強度のクランプ力が検出されるのに対して、工具が正確に整列していなければ、力センサで異なる強度のクランプ力が検出される。センサの電気信号は、送受信ユニットにワイヤレス伝送され、評価ユニットで評価される。
【０００７】
更に、特許文献３（欧州特許出願公開第2457688号明細書）には、ワークピースを位置決め及び固定するための方法が開示されている。この場合、方法ステップにより、ワークピース又はワークピースキャリアの有無を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許出願公開第2052808号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第2759372号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第2457688号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、１つ以上のパラメータ、特にパレットのクランプ状態及び／又は接触状態及び／又は解放状態を監視又は通知するパラメータをデータ線が設けられることなく確実に検出し、その１つ以上のパラメータをレシーバに伝達可能とする、冒頭に記載した技術分野に属するクランプチャックを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、請求項１の特徴により解決される。本発明によれば、クランプスピゴットが設けられたパレットをクランプするためのクランプチャックは、クランプスピゴット用の位置決め開口と、クランプスピゴットを位置決め開口内でクランプするためにクランプ要素を有するクランプ装置とを備える。クランプチャック上には少なくとも１個のセンサが配置され、その少なくとも１個のセンサにより、クランプチャックにおける少なくとも１つのパラメータ、及び／又は、パレットにおける少なくとも１つのパラメータ、及び／又は、パレットとクランプチャックとの相互作用による少なくとも１つのパラメータを検出することができる。クランプチャックには、１個以上のセンサで検出されたパラメータをワイヤレス伝送するためのトランスミッタが設けられる。
【００１１】
クランプチャックに、１個以上のセンサで検出されたパラメータをワイヤレス伝送するためのトランスミッタが設けられることにより、検出されたパラメータは、データ線を必要とすることなく、クランプチャックから離れた箇所で受信及び評価することが可能となる。伝送されたデータは、レシーバで受信後、レシーバから他の任意の装置、例えば、電子的な中継点に転送することができる。このことは、一方では、パレットをハンドリングロボットで交換する自動ワークフローにおいて有利である。なぜなら、中継点により、測定データを制御コマンドとしてロボットに伝送することができるからである。他方では、重大なパラメータ、例えば、クランプチャック内におけるパレットの正確なクランプに関するパラメータは、連続的に監視及び／又は評価することができ、場合により他のパラメータと関連付けることができる。
【００１２】
クランプチャックの好適な実施形態及び構成は、従属請求項に記載した通りである。
【００１３】
好適な実施形態において、クランプチャックには、ランプスピゴットに作用するクランプ力を算出可能な第１センサが設けられる。クランプスピゴットに作用するクランプ力に基づき、クランプチャックに対してパレットが正確にクランプされているかについて定性的な判断を下すことができる。このような定性的な判断は、自動ワークフローにおいて有利であり、安全性を高めることを可能にする。
【００１４】
第１センサは、好適には、クランプチャック上に配置されることにより、パレットがクランプされたときにクランプチャックにおける弾性材料の変形が測定できるよう構成される。弾性材料の変形を測定すれば、クランプ力、即ちパレットがクランプチャックにクランプされる力を特に容易に判断することができる。
【００１５】
クランプチャックには、特に好適には、クランプチャック上におけるパレットの位置を検出可能な第２センサが設けられる。パレットがクランプチャック上に位置しているか否かを検出できることは、やはり自動ワークフローにおいて有利である。なぜなら、パレットの位置が検出できれば、例えば、パレットをクランプするようクランプチャックに許可を出すことができる。
【００１６】
好適な他の実施形態において、クランプチャックには、クランプ要素を作動させる構成要素の位置を検出可能な第３センサが設けられる。これにより、クランプ要素が解放位置に位置しているかを判定することができる。この点は、パレットの自動交換において重要である。なぜなら、パレットは、構成要素がクランプ要素をクランプ位置に押圧している間は、取り外すことができないか又は取り外してはならないからである。
【００１７】
特に好適な他の実施形態において、第２センサは、クランプチャックの上側領域に配置されることにより、クランプチャック上におけるパレットの有無が検出可能である。センサのこの配置は、特に有利である。なぜなら、この場合にセンサは比較的簡単に取り付け及び構成可能だからである。
【００１８】
クランプチャックの他の好適な実施形態において、クランプチャックにおけるクランプ装置には、クランプ要素を作動させるために初期位置とロック位置との間で移動可能な作動ピストンが設けられ、作動ピストンは、そのロック位置で、クランプ要素を半径方向内方に押圧することにより、クランプ要素がクランプスピゴットに対して摩擦係合的に当接し、第３センサは、クランプチャック内に配置されることにより、作動ピストンの初期位置が検出可能である。何れにせよ、センサにより、作動ピストンが初期位置に変位したか否かが確実に検出可能であり、従ってクランプ要素も初期位置に位置しているか又は少なくとも初期位置に押し戻すことができるか否かが検出可能である。更に、センサにより、作動ピストンの規定位置、特にその初期位置を判定することも比較的容易である。
【００１９】
第１センサは、特に好適には、歪みゲージ式センサ（DMS）として構成される。DMSセンサは、比較的安価であり、高分解能を有し、極めて正確な測定を可能にする。
【００２０】
第１センサは、好適には、クランプチャックに少なくとも摩擦係合的、特に好適には、少なくとも摩擦係合的及び材料結合的に取り付けられることにより、第１センサからの信号が実質的にクランプ力に比例する。これにより、クランプ力を直接的に判断することが可能である。
【００２１】
第１センサは、特に好適には、半径方向において、位置決め開口とＺ方向支持面を交差する円形線との間に配置される。この配置は、高分解能及び測定精度に関して特に有利であることが実証されている。
【００２２】
特に好適な他の実施形態において、クランプチャックには、位置決め開口を半径方向に画定する中空円筒状突起が設けられ、その突起には、クランプ要素がＺ方向に形状密着的に支持される半径方向孔が設けられる。この構成は、一方では、極めて頑丈かつ安定しており、他方では、第１センサが配置される領域におけるクランプ力に比例する弾性材料の変形を助長する。
【００２３】
作動ピストンは、好適には、圧縮ばねにより、ロック位置に向けて変位可能であると共に、空圧により、圧縮ばね力に抗して初期位置に向けて変位可能である。この構成により、空圧システムが故障した場合であっても、クランプチャックに対するパレットのクランプ状態が確実に維持される。
【００２４】
クランプチャックの他の好適な実施形態において、クランプチャック内には、マイクロプロセッサ制御装置が統合され、そのマイクロプロセッサ制御装置により、センサで検出されたデータがトランスミッタに転送される前に評価及び／又は処理される。この構成により、測定データの更なる処理が特に容易になる。
【００２５】
好適な他の実施形態において、クランプチャックには、電源、特にバッテリ又は充電式バッテリが設けられる。これにより、トランスミッタ及びセンサ、場合により更なる電気又は電子部品に電力を供給することが可能となる。従って、本発明に係るクランプチャックは、電圧源に接続する必要がないという意味で自律的に作動させることができる。
【００２６】
本発明に係る他の有利な実施形態及び特徴の組み合わせについては、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲に記載する。
【００２７】
以下、例示的な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】クランプチャックをパレットと共に示す斜視図である。
【図２】クランプチャックをその内部に収容されたパレットと共に示す平面図である。
【図３】図２の線A-Aに沿って切断したクランプチャックを示す断面図である。
【図４】図２の線A-Aに沿って切断したクランプチャックを、持ち上げられた状態のパレットと共に示す概略断面図である。
【図５】クランプチャックを、非クランプ状態で載置されたパレットと共に示す断面図である。
【図６】クランプチャックを、クランプ状態で載置されたパレットと共に示す断面図である。
【図７】クランプチャックを、レシーバ、ゲートウェイ、並びにロボットと共に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、クランプチャック１をパレット30と共に斜視図で示す。クランプチャック１は、主としてベースプレート２及びチャック内側部３を備えるのに対して、パレット30には、チャック内側部３内でパレット30をクランプするためのクランプスピゴット31が設けられている。クランプチャック１におけるチャック内側部３は、複数個の固定ねじ４により、ベースプレート２に接続されている。クランプチャック１の内側部３には、クランプスピゴット31のための位置決め開口５が設けられている。チャック内側部３の上側６には、パレット30のためのＺ方向支持面として機能する４個の円形支持面７が配置された円形カバープレート８が設けられている。Ｚ方向支持面７は、チャック内側部３における平坦な上側６で隆起している。パレット30は、平坦な下側32を有し、その下側32は、パレットがクランプチャック１にクランプされたときにＺ方向支持面７上に当接する。各Ｚ方向支持面７は、放出開口を有する。基本的に、図示のようなクランプチャック１におけるＸ‐Ｙ平面は、クランプチャック１の上側６に対して平行であるのに対して、Ｚ方向は、上側６に対して垂直である。また、Ｚ方向は、位置決め開口５の長手方向軸線に対して平行である。パレット30をＸ‐Ｙ方向に芯出しするため、芯出し手段（図示せず）が設けられている。本明細書において、用語「パレット」とは、工具又はワークピースが上側に固定可能な任意の種類のキャリアを意味する。
【００３０】
クランプチャック１の上側６領域には、概略的に表された第１センサ９が、上側カバープレート８に形成された孔内に配置されている。この第１センサ９は、クランプチャック１又は上側カバープレート８に接続されることにより、クランプチャック１、特に上側カバープレート８における弾性材料の変形が測定できるよう構成されている。第１センサ９は、上側カバープレート８と少なくとも摩擦係合的に接続され、好適には、摩擦係合的かつ材料結合的、場合によっては形状密着的にも接続され、好適には、溶接又は接着されている。第１センサ９は、半径方向において、Ｚ方向支持面を交差する円形線Ｌと位置決め開口５との間に配置されている。
【００３１】
クランプチャック１の上側には、パレット30が支持されているか又は存在しているかが検出できる第２センサ10が配置されている。この第２センサ10の上側は、Ｚ方向支持面７よりも僅かに低く位置しているため、パレット30がクランプチャック１上に載置されるときにパレット30が第２センサ10に当接することはない。クランプチャック１は、以下により詳しく説明するように、第３センサ（図示せず）を更に備える。
【００３２】
ベースプレート２の側面には、トランスミッタ25を収容するための凹部24が設けられている。トランスミッタ25にエネルギーを供給するため、好適には、バッテリ又は充電式バッテリ（図示せず）が設けられ、ベースプレート２における別箇のバッテリ室（図示せず）内に収容することができる。場合によっては、電源アダプタ又は環境からのエネルギーを変換する装置（エネルギーハーベスティング）を設けてもよい。ベースプレート２には側方ポート17が更に設けられ、これらポート17を介して、クランプチャック１を作動、特に開放するための圧縮空気が供給される。圧縮空気は、吹き飛ばしにより支持面を清掃するために、及び／又は、クランプ装置に更なるクランプ力を加えるために使用することもできる。
【００３３】
図２は、クランプチャック１を、その内部に収容されたパレット30と共に平面図で示す。図２により、他の図における断面A-Aの変化を把握することができる。
【００３４】
図３は、図２の線A-Aに沿って切断したクランプチャック１の断面斜視図を示す。このようなクランプチャック１における構造及び作動原理は、欧州特許出願公開第1344599号明細書等に基本的に既知であるため、以下においては特にクランプチャック１における本質的な構成要素についてのみ説明する。クランプチャック１における中央位置決め開口５は、中空円筒状突起13により画定され、その突起13は、カバープレート８と一体的に形成されると共に、ベースプレート２の底部2Aに向けて垂直方向下方に延在している。クランプチャック１には、圧縮ばね20で負荷された作動ピストン18と、クランプボール15として構成されたクランプ要素とで本質的に構成されたクランプ装置が設けられている。中空円筒状突起13は、クランプボール15が収容された半径方向孔14を有する。クランプボール15は、中空円筒状突起13上において、軸線方向又はＺ方向に支持されている。クランプボールの作動、即ちクランプボール15の半径方向変位は、圧縮ばね20でベースプレート２の底部2Aに向けて下方に負荷された作動ピストン18により生じる。更に、ベースプレート２内には圧力チャンバ21が配置され、作動ピストン18をばね20力に抗して変位させるために圧縮空気で負荷することができる。
【００３５】
図３においては、第１センサ９がカバープレート８に形成された孔12内に収容されていることが明示されている。第２センサ10に加えて、クランプチャック１における上側カバープレート８の下側には第３センサ11が配置されている。この第３センサ11は、作動ピストン18の位置を検出するよう機能する。
【００３６】
第１センサ９は、クランプチャック１又は上側カバープレート８に接続されることにより、クランプチャック１、特に上側カバープレート８における弾性材料の変形が測定できるよう構成されている。図３において、第１センサ９は、位置決め開口５の半径方向外方に配置されてはいるが、Ｚ方向支持面７の半径方向内方に配置されていることも明示されている。
【００３７】
第２及び第３センサ10，11は、好適には、誘導近接スイッチとして機能する誘導センサとして構成され、これらセンサ10，11により、パレット又は作動ピストン18の位置を検出することができる。第１センサ９は、好適には、歪みゲージに基づくセンサ（以下においてはDMSセンサとも称する）として構成され、その第１センサ９により、クランプチャック１における弾性材料の変形が測定可能であるため、以下により詳しく説明するように、クランプチャック１に対するパレットのクランプ状態について定性的な判断を下すことができる。３個のセンサ9，10，11は、それぞれ、導電線L1，L2，L3（概略的にのみ示す）を介してトランスミッタ25に接続されている。トランスミッタ25は、特にセンサ9，10，11における信号をワイヤレス伝送するよう機能する。説明を簡略化するために本明細書では単にトランスミッタとのみ言及しているが、トランスミッタ25は、好適には、マイクロプロセッサ制御装置も有しており、これによりセンサ信号が処理可能であると共に、場合により他の情報、例えばバッテリ状態に関する情報が提供可能である。処理されたセンサ信号は、トランスミッタ25によりワイヤレス伝送される。
【００３８】
図４は、図２の線A-Aに沿って切断したクランプチャック１を、チャック１から持ち上げられた状態のパレット30と共に概略断面図で示す（トランスミッタ及び接続線は図示せず）。クランプスピゴット31を位置決め開口５内に確実にクランプ可能な程度に差し込むため、作動ピストン18は、図４の持ち上げ位置（初期位置）に変位させておく必要がある。作動ピストン18を持ち上げ位置に変位させるため、圧力チャンバ21内を空圧で負荷して適切な過圧を生じさせる。これにより、クランプボール15は、半径方向外方に向けて十分に押圧され、作動ピストン18において、周方向における環状溝により形成された凹部19内に位置することが可能となる。クランプスピゴット31が差し込まれたときにクランプボール15が依然として位置決め開口５内に位置していたとしても、これらクランプボール15は、クランプスピゴット31により、長手方向中心軸線LMに対して横方向後方に向けて押し戻される。
【００３９】
図４の実施形態においては、第３センサ11により、作動ピストン18がその持ち上げ位置にあることが検出されるのに対して、第２センサ10により、パレット30がクランプチャック１の上側に位置していないことが検出される。従って、第３センサ11に存在する信号は「１」であるのに対して、第２センサ10に存在する信号は「０」である。第１センサ９には、クランプチャック１の変形に比例する信号が存在する。各信号は、トランスミッタにより、レシーバ（図示せず）にワイヤレス伝送される。レシーバは、例えば、マシンコントローラの一部を構成し、そのコントローラにより、ハンドリングロボット（図示せず）が作動される。各センサ9，10，11に存在し、かつレシーバに伝送される信号により、クランプチャック１における実際の状況を検出することができる。図示の実施形態であれば、クランプチャック１が開放位置に位置しているが、パレット30がクランプチャック１上に載置されておらず、又はクランプチャック１内でクランプされていないことが検出される。従ってこの場合、パレット30をクランプチャック１に移動させる許可をハンドリングロボットに出すことができる。
【００４０】
図５は、図２の線A-Aに沿って切断したクランプチャック１を、クランプチャック１上に載置されてはいるが非クランプ状態のパレット30と共に断面図で示す。この場合、パレット30は、クランプチャック１上に非クランプ状態、即ち自重と、パレット30に固定された任意のワークピース又は工具の重量で載置されている。図示の実施形態において、作動ピストン18は、クランプボール15が半径方向外方に向けて押圧される押し上げ位置に依然として位置している。従って、クランプボール15により、クランプスピゴット31に対してクランプ力が作用することはない。第２センサ10により、パレット30がクランプチャック１上に位置していることが検出されるのに対して、第３センサ11により、作動ピストン18が押し上げ位置にあることが検出される。従って、図示の実施形態においては、第２センサ10及び第３センサ11の両方に存在する信号は何れも「１」である。第１センサ９においては、クランプチャック１の変形に比例する信号が依然として存在する。即ち、パレット30がクランプチャック１上に非クランプ状態で載置されている場合には、第１センサ９に存在する信号に基づいて確認できるように、クランプチャック１に測定可能な変形又は大きな変形が生じることはない。図示の実施形態においては、各センサに存在する信号により、パレット30をクランプするようクランプチャック１に許可を出すことができる。
【００４１】
図６は、図２の線A-Aに沿って切断したクランプチャック１を、クランプ状態で載置されたパレット30と共に断面図で示す。この場合、パレット30をクランプチャック１上でクランプするため、圧力チャンバ21内における過圧状態を緩和させなくてはならない。圧力チャンバ21内における圧力が所定の最小レベルを下回ると、作動ピストン18が圧縮ばね20の作用により下方に押圧される。この場合、クランプボール15が作動ピストン18により半径方向内方に向けて押圧される。クランプボール15は、クランプスピゴット31の隆起部に当接し、これによりクランプスピゴット31が位置決め開口内に更に引き込まれてクランプされる。同時に、パレット30の下側がクランプチャック１のＺ方向支持面上に移動不可能に当接する。クランプチャック１は、クランプスピゴット31に係合するクランプボール15の作用で変形する。パレット30の外側領域がＺ方向支持面に当接しているため、カバープレート８の中央領域は、中空円筒状突起13に対して軸線方向に支持されたクランプボール15により、パレット30に向けて上方に押圧される。これにより、クランプチャック１又はそのカバープレート８、特にカバープレート８の中央領域が弾性変形する。この変形は、第１センサ９で測定することができる。図６において、この変形は誇張されて表されている。言うまでもなく、クランプチャック１における他の領域も、パレット30がクランプされたときに弾性変形する。しかしながら、第１センサ９が配置される領域は、クランプチャック１における弾性材料の変形を測定すると共に、引張り力を判断するのに特に有利であることが実証されている。クランプスピゴット31が下方、即ち位置決め開口内に引っ張られる力は、クランプ力又は引張り力と称される。測定された弾性材料の変形により、引張り力が比較的正確に判定可能である。同時に、パレット30がクランプチャック１上に正確かつ十分なクランプ力でクランプされているか否かを判断することが可能である。何れにせよ、第１センサ９により、クランプ力に少なくともほぼ比例する出力信号が供給される。この点に関する実験においては、15 kNのクランプ力が0.3 kNの精度で算出されることが判明している。言うまでもなく、クランプ力は、クランプチャックの構造及び大きさに応じて異なる。即ち、大型のクランプチャックであれば、クランプ力は、上述した15 kNの数倍の値に容易に達するのに対して、より小型のクランプチャックであれば、クランプ力はより小さい。しかしながら、クランプ力の大きさに関わらず、上述したDMSセンサは高分解能を有するため、絶対的なクランプ力を高分解能及び高精度で算出することができる。
【００４２】
図７は、本発明に係るクランプチャック１を、製造システムにおける個々の要素又は構成要素と共に略図で示す。図７においては、クランプチャック１に加えて、レシーバ26、ゲートウェイ27、並びにハンドリングロボット28が表されている。この場合、個々の要素については、実寸比が反映されているわけではない。一般的に知られると共に用いられる技術用語「ゲートウェイ」は、スイッチング装置、特にコンピュータネットワーク内におけるスイッチング装置として構成された中継点を指すのに使用されている。ハンドリングロボット28のグリッパは、概略的に表されたパレット30を保持している。
【００４３】
クランプチャック１内に設置されたトランスミッタ25は、概略的に描かれた電波が示すように、測定データ及びセンサに存在する測定値をレシーバ26に伝送する。レシーバ26は、受信したデータをゲートウェイ27に転送する。ゲートウェイ27は、ハンドリングロボット28に接続されている。ゲートウェイ27は、トランスミッタ25のマイクロプロセッサ制御装置で処理されたデータ、例えば、チャックが開放されていること、パレットが存在しないこと、パレットが載置されていること、パレットがクランプされていること、パレットが10 kNのクランプ力でクランプされていること等のデータを受信する。伝送されたデータに基づいて、ゲートウェイ27は、矢印Ｘで示すように、パレット30をクランプチャック１に搬送する、又はクランプチャック１からパレットを取り外す等のコマンドをハンドリングロボット28に伝送することができる。
【００４４】
パレットがクランプチャック１内に最低限のクランプ力でクランプされていない場合、トランスミッタ25は、エラーメッセージを出力することができる。代替的に、ゲートウェイ27は、最低限のクランプ力が生じていないことを検出し、エラーメッセージを出力するか、及び／又は、適切な措置を講じる構成としてもよい。
【００４５】
言うまでもなく、図７は、単なる例示的な実施形態に過ぎない。本発明に係るクランプチャックは、例えば、実質的に任意の製造ラインに統合されると共に、他の構成要素、例えば制御システム或いはワークピース保管庫にネットワーク接続するか、又は加工機械に直接的に接続することもできる。
【００４６】
算出された信号は、必要に応じて、互いに関連付けて判断を下す構成とすることもできる。例えば、パレットが所定位置に位置してはいるがクランプされていないことが検出された場合、パレットをクランプするようクランプチャックに許可を出すことができる。他方で、ハンドリングロボットがパレットをクランプチャックから取り外す許可は、パレットがチャック上に位置してはいるがもはやクランプされていないことが検出された後に出すことができる。
【００４７】
何れにせよ、本発明に係るクランプ装置により、極めて多様な機能が提供される。従って、上述した測定データに加えて、例えば付加的なセンサを設けることにより、他のデータも算出することができる。この場合、例えば、付加的なセンサを設けることにより、パレット上に記録された処理データを読み取り、かつ伝送することができる。また、パレットの形状及び／又は大きさを算出するためのセンサを設けることも可能である。これは、複数個のクランプチャックを備える大型のクランプシステムの場合に特に有利である。更に、得られたデータは、各クランプチャックにおけるクランプ操作の工数、クランプ力の変化、特に経時的に低下するクランプ力等、多くの異なる観点から評価することもできる。第２及び第３センサとしては、例えば、機械式、誘導式、容量式、光学式、超音波式、又は磁気式の市販された近接スイッチを使用することができる。代替的に、第１センサとしては、圧電センサを使用することもできる。
【００４８】
パレットには、場合により、クランプチャックで読み取り可能であると共に、処理データ、識別コード等が記録されたチップ等を設けることができる。
【００４９】
データ伝送のためには、好適には、Bluetooth等の標準化されたインターフェースが使用される。Bluetooth等の標準化されたインターフェースにおける利点の１つは、伝送されたデータが他のレシーバ、例えば、モバイルフォン、PDA、又はコンピュータで容易に受信可能であると共に、更なる処理及び／又は転送が可能なことである。
【００５０】
言うまでもなく、上述した実施形態は、限定的又は包括的なものではない。従って、引張り力を測定するためのセンサは、例えば、他の箇所に配置することもできる。クランプ力を測定するためのセンサに関して重要なことは、クランプスピゴットがクランプされたときに弾性材料が変形する箇所に配置されることである。他のパラメータを測定するために、付加的なセンサをクランプチャック上又はクランプチャック内に設けることもできる。この場合、例えば、ワークピースの加工時にクランプチャックが晒される衝撃又は振動を測定するための加速度センサを取り付けることができる。温度センサを設けることも勿論想定可能である。付加的なセンサからのデータも、トランスミッタでワイヤレス伝送することができる。
【００５１】
他方では、本発明に係るクランプチャックの「より単純な」変形も想定可能である。この変形においては、例えば、クランプ力のみが監視される。この場合、クランプ力を高分解能で検出することは必ずしも必要ではなく、クランプ力をレベル、例えば2〜10のレベルで検出及び／又は監視し、トランスミッタで伝送すれば十分な場合がある。更に、クランプチャックにおいて、２つのパラメータのみが検出される変形も想定可能である。従って、例えばクランプ力が検出及び／又は監視されると共に、チャック上におけるパレットの存在も検出可能な例が想定可能である。４つのＺ方向支持面を設ける代わりに、３つ又は４つを超える支持面を設けることも可能であり、また支持面は円形である必要はなく、代わりに楕円形であってもよい。
【００５２】
本発明に係るクランプチャックにおける幾つかの利点を列記すれば、以下の通りである。
・パレットとクランプチャックとの間の相互作用による様々なパラメータ、及び／又は、クランプチャック自体、場合によりパレットにおける様々なパラメータが監視され、離れた箇所にワイヤレス伝送することが可能。
・伝送されたデータを外部で捕捉し、記録し、評価することが可能。
・各パラメータを連続的に監視することが可能。
・特定のパラメータを測定することにより工程の安全性を高め、特に引張り力を連続的に監視することにより、本発明の技術分野において新たな可能性を実現することが可能。
・パレットがクランプチャック上に載置されたか否かを判定することが可能。
・クランプ装置又はクランプ要素を作動させる構成要素が正確にロックされたか否かを判定することが可能。
・特定のパラメータを監視することにより、生産性を高めることが可能。
・クランプチャックが損傷するリスクを低減することが可能。
・クランプチャックの経時的な変化を検出することが可能。
・クランプチャックを自動製造システム内に容易に組み込むことが可能。
・センサシステム全体がクランプチャック上に配置されるため、パレットを比較的単純かつ安価に製造することが可能。従って、既存のパレット及び古いパレット（ワークピースキャリア）も、本発明に係るクランプチャックと共に使用することが可能。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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