(57)【要約】  本発明は、処理に晒され得るワーク（３）の設置開口（２）に設置するマルチセンサヘッドであって、第１センサ（４１）によって第１測定データを、第２センサ（５１，５２）によって第２測定データをそれぞれ捉えることができるように、第１センサ（４１）を収容するための第１センサ位置（４）と、第２センサ（５１，５２）を収容するための少なくとも１つの第２センサ位置（５）とを備えるマルチセンサヘッドに関する。本発明によれば、第２センサ位置（５）は、測定を行うために異なる種類のセンサ（５１，５２）を交換可能に装着することができるように、マルチセンサヘッド（１）に設計・配置される。本発明はさらに、マルチセンサヘッド（１）を使用する測定システム、マルチセンサヘッド（１）における異なる種類の２つの交換可能なセンサ（５１，５２）の使用、及び本発明のマルチセンサヘッド（１）を有するワーク（３）に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理に晒され得るワーク（３）の設置開口（２）に設置するマルチセンサヘッドであって、第１センサ（４１）によって第１測定データを検出するとともに第２センサ（５１，５２）によって第２測定データを検出することができるように、前記第１センサ（４１）を収容するための第１センサ空間（４）と、前記第２センサ（５１，５２）を収容するための少なくとも１つの第２センサ空間（５）とを備えるマルチセンサヘッドにおいて、
前記第２センサ空間（５）は、測定を行うために異なる種類のセンサ（５１，５２）を交換可能に装着することができるように、前記マルチセンサヘッドに構成・配置されることを特徴とするマルチセンサヘッド。
【請求項２】
前記異なる種類のセンサ（５１，５２）は、それぞれ、異なる物理的変量を測定し、及び／又は異なる測定原理を有し、及び／又は異なる感度、及び／又は異なる測定範囲を有することができる請求項１に記載のマルチセンサヘッド。
【請求項３】
前記第１センサ（４１）と前記第２センサ（５１，５２）とは、同じ種類である請求項１又は２に記載のマルチセンサヘッド。
【請求項４】
前記第１センサ空間（４）は、測定を行うために異なる種類のセンサを交換可能に装着することができるように、前記マルチセンサヘッドに構成、及び配置される請求項１〜３のいずれか一項に記載のマルチセンサヘッド。
【請求項５】
前記マルチセンサヘッドは、基本測定変量を測定するための交換不可能な基本センサ（６１）を有する基本センサ空間（６）を備える請求項１〜４のいずれか一項に記載のマルチセンサヘッド。
【請求項６】
前記第１センサ空間（４）及び／又は前記第２センサ空間（５）及び／又は前記基本センサ空間（６）は、同一の又は異なる種類の２つのセンサを前記第１センサ空間（４）及び／又は前記第２センサ空間（５）及び／又は前記基本センサ空間（６）に同時に配置することができるように、前記マルチセンサヘッドに構成、及び配置される請求項１〜５のいずれか一項に記載のマルチセンサヘッド。
【請求項７】
前記マルチセンサヘッドは、２部型に構成され、分割点（Ｉ−Ｉ）で基本部（７）から分割可能な追加部（８）を備える請求項１〜６のいずれか一項に記載のマルチセンサヘッド。
【請求項８】
前記第１センサ空間（４）及び／又は前記第２センサ空間（５）及び／又は前記基本センサ空間（６）は、前記交換可能なセンサ（４１，５１，５２）を収容するための孔を備える請求項１〜７のいずれか一項に記載のマルチセンサヘッド。
【請求項９】
前記交換可能なセンサ（４１，５１，５２）を前記孔にねじ込むことができるように、ネジ接続が前記孔に設けられている請求項８に記載のマルチセンサヘッド。
【請求項１０】
各センサ（４１，５１，５２，６１）は、熱流量、温度、加速度、又は光学信号を測定するためのセンサ、ピストン機関における上死点位置を判断するためのセンサ、又は距離、変形、力、若しくは圧力を測定するためのセンサである請求項１〜９のいずれか一項に記載のマルチセンサヘッド。
【請求項１１】
各センサ（４１，５１，５２，６１）は、圧電センサ、ピエゾ抵抗センサ、又は熱電対、温度依存性電気抵抗、若しくは半導体ダイオードを有するセンサであり、あるいは、各センサ（４１，５１，５２，６１）は、周波数・アナログセンサ、静電容量センサ、誘導センサ、光学センサ、機械センサ、ひずみゲージを有するセンサ、又はホール素子を有するセンサである請求項１〜１０のいずれか一項に記載のマルチセンサヘッド。
【請求項１２】
前記ワーク（３）は特に、プロセスチャンバ（３１）を備え、前記プロセスチャンバ（３１）は、特に、熱機関の燃焼室、特に内燃ピストン機関のシリンダ若しくはロータリーピストン機関の燃焼室、又はタービン、特にガスタービン若しくは航空機エンジンのプロセスチャンバ（３１）であり、あるいは、前記プロセスチャンバ（３１）は、射出成型機若しくは射出成形金型のチャンバである請求項１〜１１のいずれか一項に記載のマルチセンサヘッド。
【請求項１３】
１つ又は複数のセンサ空間（４，５）が、前記マルチセンサヘッド（１）をワーク（３）に設置した状態で１つ又は複数のセンサ（４１，５１，５２）の交換が行えるように、前記マルチセンサヘッドに構成、及び配置されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のマルチセンサヘッド。
【請求項１４】
前記センサ（５１，５２）は、前記マルチセンサヘッド（１）に設けられた単一且つ同一のセンサ空間（５）に、交換可能に設置可能なように構成されている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のマルチセンサヘッド（１）における、様々な種類の２つのセンサ（５１，５２）の使用。
【請求項１５】
ワーク（３）の測定変量を測定するための測定システムであって、
請求項１〜１３のいずれか一項に記載のマルチセンサヘッド（１）と、
前記マルチセンサヘッド（１）に設置するためのセンサ（５１，５２）と
を備える測定システム。
【請求項１６】
処理に晒され得るワークであって、
プロセスチャンバ（３１）を備え、
前記プロセスチャンバ（３１）は特に、前記ワーク（３）の設置開口（２）に設置された請求項１〜１３のいずれか一項に記載のマルチセンサヘッド（１）を有する、熱機関、内燃ピストン機関、ロータリーピストン機関、ガスタービン、航空機エンジン、射出成型機、又は射出成形金型であるワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理に晒され得るワークの設置開口に設置するためのマルチセンサヘッド、マルチセンサヘッドを有する測定システム、マルチセンサヘッドにおける２つ又は複数の種々のセンサの使用、及び、本発明に係るマルチセンサヘッドを備えたプロセスチャンバを有するワークに関する。
【背景技術】
【０００２】
広範にわたる測定変量を測定するための、非常に多くの異なるセンサが先行技術で知られている。例えば、機械又は道具のある動作状況を分析且つ監視するために、又は、これらの装置を制御又は調整するために、それら機械又は道具の温度や、熱流量、加速度、光、移動、変形、圧力、又は他のデータを検出するセンサが、ますます重要になっている。
【０００３】
多くの場合、複数の関心のある測定変量を同時に又は同じ位置においてできるだけ測定することが重要である。そのため、例えば２つ又は複数の基本センサを共通の筐体に固定的に搭載された複合センサが知られている。この種の複合センサは、例えば、特許文献１に開示されており、内燃機関の燃焼室に開口する穴に挿入可能な圧力センサを備えている。この圧力センサは、燃焼室の開口領域に光学結合素子が設けられる場合、燃焼室に光学的に開口する光導波路を有する。従って、特許文献１の複合センサを用いることによって、光学測定及び圧力測定を、最小限のスペースで同時に行うことが可能である。この場合、先行技術において、このような複合センサは、他の実施例でもよく知られている。例えば、実際に関心のある測定信号が温度によって影響を受け、そのため、補正のために温度信号が必要になるため、実際に関心のある測定信号に加えて、温度が重要となる場合がある。このような目的のために、例えば熱電対の形態の温度センサを追加的に備える複合センサが知られている。
【０００４】
所定の種類のセンサ素子を、それらに対応して用意されるとともに適当な接続線が既に設けられたある位置に収容することが可能な装置が、特許文献２により公知である。しかし、これらのセンサ素子は、接続線を有さないため、単独で使用することはできない。また、交換時には、それらを取り外す必要があることも欠点である。
【０００５】
さらに、固定的に設置された複数のセンサ素子を有する複合センサが、特許文献３により公知である。
【０００６】
しかし、例えば、内燃機関の燃焼室や、タービン内の、又は、例えば、射出成型機や射出金型上の、１つの測定対象物について、同時に複数の測定変量を測定する必要がある場合も多い。そのため、利用可能な搭載位置が十分に無く、それに応じて、多額の費用をかけて多くの搭載位置を形成する必要となることも多い。これが不可能な場合、必要な測定を、時間をかけて順々に行わなければならかったり、様々な種類のセンサを同時に、固定的に搭載した高価な複合センサを使用しなければならなかったりする。
【０００７】
実際には、例えば内燃機関の燃焼室内部の圧力といった中心的な測定変量を、他の複数の変量と組み合わせて、例えば温度又は熱流量と組み合わせて決定したり、あるいは、例えば、当該圧力を、膨張測定又は光学測定等と組み合わせて決定したりする必要がある場合が多い。従って、各場合に応じて、例えば、圧力センサと、関心のある別の測定変量を測定するための更なる追加のセンサとをそれぞれが有する一組の様々な複合センサを利用できるようにする必要がある。
【０００８】
従って、関心のある測定変量を一組決定するために、それら様々な複合センサを、複雑な手順で、順々に取り付けては取り外す必要がある。若しくは、１つの複合センサが検出できる数よりも多くの変量を同時に検出しなければならない場合には、複数の複合センサを同時に設置することができるように、その全ての設置位置を設ける必要がある。これは、空間的な問題が非常に大きく、時間がかかり、また、取扱に関して柔軟ではなく、従って、最終的にはコストの増加に繋がってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】オーストリア特許出願公開第５０５，０７７Ａ２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００２／０１４５６４６号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第１４１５６９８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の目的は、先行技術によって知られる欠点を回避するとともに、他の種類のセンサへの交換時に、費用のかかるマルチセンサヘッドの交換を行う必要なく、異なるセンサの組み合わせで、単一且つ同一の搭載位置における複数の現象を同時に測定することを可能にする、新規なマルチセンサヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
これらの目的を達成する本発明の主題は、独立請求項の特徴によって特徴付けられる。
【００１２】
従属請求項は、特に、本発明の有利な実施例に関する。
【００１３】
よって本発明は、処理に晒され得るワークの設置開口に設置するマルチセンサヘッドであって、第１センサによって第１測定データを検出するとともに第２センサによって第２測定データを検出することができるように、第１センサを収容するための第１センサ空間と、第２センサを収容するための少なくとも１つの第２センサ空間とを備えるマルチセンサヘッドに関する。本発明によれば、第２センサ空間は、測定を行うために異なる種類のセンサを交換可能に装着することができるように、マルチセンサヘッドに構成、及び配置される。本発明はさらに、マルチセンサヘッドを有する測定システム、マルチセンサヘッドにおける様々な種類の２つ又は複数の交換可能なセンサの使用、及び本発明のマルチセンサヘッドを有するワークに関する。
【００１４】
従って、本発明のマルチセンサヘッドを用いることによって、第１に、他の種類のセンサへの交換時に、費用のかかるマルチセンサヘッドの交換を行う必要なく、異なるセンサの組み合わせで、単一且つ同一の搭載位置における複数の異なる測定変量の測定を実現することができる。これは、マルチセンサヘッドが、測定を行うために異なる種類のセンサを交換可能に装着することができるように、マルチセンサヘッドに構成、及び設置された少なくとも１つのセンサ空間を備える本発明によって達成される。
【００１５】
従って、他の種類のセンサに交換する際、本発明に係るマルチセンサヘッドは、高価なやり方で、取り外して、必要なセンサを備える他のセンサヘッドに交換する必要がない。むしろ、交換時にマルチセンサヘッドを取り外す必要なく、もう必要のないセンサを単にマルチセンサヘッドのセンサ空間から取り外して、予定された新しい測定に必要な他の種類の他のセンサと交換することができる。
【００１６】
これを可能にするためには、それら自身で使用可能なように自身の特定の接続ケーブルを含む完全なセンサを設置可能である必要がある。熱電対の接続ケーブルは、通常、接続、配線、及び絶縁について、例えば圧電測定素子とは異なる要件を有している。従って、マルチセンサヘッドは、交換可能なセンサの接続配線が無く［脱文］。
【００１７】
本マルチセンサの最も重要な特徴は、それによって、プロセスチャンバにできるだけ少ない孔を設けるだけで、できるだけ多くの且つ自由に組み合わせた測定が可能になることである。
【００１８】
本発明はさらに、本発明のマルチセンサヘッドにおける様々な種類の２つまたは複数のセンサの使用に関し、当該様々な種類のセンサが、マルチセンサヘッドの単一且つ同一のセンサ空間に交換可能に配置することができるように構成されている。
【００１９】
さらに、本発明は、本発明に係るマルチセンサヘッドと、当該マルチセンサヘッドへの設置に適したセンサとを備える、ワークの測定変量を測定するための測定システムに関する。
【００２０】
最後に、本発明は、特にプロセスチャンバを備える、処理に晒され得るワークであって、プロセスチャンバが特に、ワークピースの設置開口に設置された本発明のマルチセンサヘッドを有する、熱機関、内燃ピストン機関、ロータリーピストン機関、ガスタービン、航空機エンジン、射出成型機、又は射出成形金型であるワークをも含む。
【００２１】
以下に、本発明を、図面に基づきより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】２つの交換可能なセンサを収容するための本発明に係るマルチセンサヘッドを概略的に例示する。
【図２】交換不可能な基本センサを有する実施例を概略的に例示する。
【図３】図２に係るさらなる実施例を概略的に例示する。
【図４】設置空間を最適化した基本センサを有する、図３に係る実施例を概略的に例示する。
【図５】基本センサ内の中央自由空間を有する、図２に係る第２実施例を概略的に例示する。
【図６】基本部及び追加部を有する２部型マルチセンサヘッドを概略的に例示する。
【図７】図６に係る第２実施例を概略的に例示する。
【図８】基本センサ内に補助センサを有する３部型マルチセンサヘッドを概略的に例示する。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２３】
図１に、２つの交換可能なセンサを収容するための、本発明に係るマルチセンサヘッドの第１の簡略実施例を概略的に例示する。以下、本発明に係るマルチセンサヘッドには、全体にわたって符号１を付す。
【００２４】
図１の特定の実施例において、マルチセンサヘッド１は、燃焼室３１において様々な測定を行うために、内燃機関のシリンダヘッド３の設置開口２に設置される。この場合、マルチセンサヘッド１は、２つのセンサ空間４，５を備える。両センサ空間４，５は、これら２つのセンサ空間のそれぞれに、異なる測定を行うための異なる種類のセンサ４１，５１，５２を、交換可能に装着することができるように、孔の形状に構成されている。この場合、この孔は、交換可能なセンサ４１，５１，５２を当該孔に容易にねじ込むことができるように、図１には明示していないが、ネジ接続を好ましくは備える。
【００２５】
この場合、異なる種類のセンサはそれぞれ、異なる物理測定変量を測定し、且つ／又は異なる測定原理を有し、且つ／又は異なる感度若しくは異なる測定範囲を有するものとすることができる。
【００２６】
図２に、中央に配置された第１センサ４１を有する実施例を、概略的に例示する。ここで、第１センサ４１は、交換不可能なセンサ６１ではなく、第２センサ空間５が、基本センサヘッド１のカバーに、マルチセンサヘッド１の中心軸に対して非対称に配置されている。交換不可能な基本センサ６１は、ここでは圧力センサであり、第２センサ空間５には、センサ５１，５２、例えば、表面温度測定のための熱電対はまだ装着されていない。従って、図２に示すマルチセンサヘッド１は、例えばワーク３のプロセスチャンバ３１内の圧力といった基本変量を他の複数の変量と順々に同時に測定する必要がある場合に、使用すると特に有利である。よって、例えば、第１の測定において、プロセスチャンバ３１内において、圧力と温度を同時に測定する。さらなる測定を行うために、当該さらなる測定において圧力と同時に他の変量を測定するために、センサ空間５内に交換可能に設けられた温度センサ５１，５２を、他の種類のセンサ５１，５２と交換する。
【００２７】
センサ４１，５１，５２，６１は、この場合、例えば、熱流量、温度、加速度、若しくは光学信号を測定するためのセンサであってもよいし、ピストン機関の上死点位置を判断するためのセンサであってもよいし、又は、距離、変形、力、若しくは圧力を測定するためのセンサであってもよい。
【００２８】
センサ４１，５１，５２，６１は、この場合、特に、圧電センサ、ピエゾ抵抗センサ、又は、熱電対、温度依存性電気抵抗、若しくは半導体ダイオードを有するセンサであってもよい。あるいは、センサ４１，５１，５２，６１は、周波数・アナログセンサや、静電容量センサ、誘導センサ、光学センサ、機械センサ、ひずみゲージを有するセンサ、又は、ホール素子を有するセンサであってもよい。
【００２９】
ワーク３のプロセスチャンバ３１は、特に、熱機関の燃焼室、特に内燃ピストン機関のシリンダ若しくはロータリーピストン機関の燃焼室であり、又は、タービン、特にガスタービン若しくは航空機エンジンのプロセスチャンバ３１である。あるいは、プロセスチャンバ３１は、射出成型機若しくは射出成形金型のチャンバである。
【００３０】
図３に、第１センサ空間４を有する、図２に係るさらなる実施例を示す。ここで、第１センサ４１が、固定的に設置された基本センサ６１として設けられ、ここで、図２とは対照的に、比較的大きな第２センサ５１，５２が、第２センサ空間５に設置され、基本センサ空間６及び第２センサ空間５は、マルチセンサヘッド１の中心軸に対して基本的に対称に配置されている。
【００３１】
図４に、設置空間を最適化した第１センサ４１を有する、図３に係る実施例を示す。第１センサ４１は、基本センサ空間６に、固定的に設置された基本センサ６として設けられる。ここで基本センサ空間６は、図３に示すように、第１センサ空間４と同一である。本発明によれば、第２センサ空間５も、第２センサ５１，５２を収容するために設けられている。ここで、基本センサ６１は、非常に省スペースな形で、マルチセンサヘッド１に固定的に設置されているため、交換可能なセンサ５１，５２のために、十分な設置空間が残されている。
【００３２】
なお、本発明に係るマルチセンサヘッド１において、交換可能なセンサ５１，５２を収容するために、２つ以上の第２センサ空間５を設けることも可能であることは理解されよう。これによって、プロセスチャンバ３１において３つ以上の測定変量を同時に測定することが可能になるため、本発明に係るマルチセンサヘッド１は、取扱に関して、さらにより柔軟かつ簡素になる。
【００３３】
この場合、第１センサ空間４及び／又は第２センサ空間５及び／又は基本センサ空間６は、特に、同一の又は異なる種類の２つ以上のセンサを、第１センサ空間４に、且つ／又は第２センサ空間５に、且つ／又は基本センサ空間６に同時に設置することができるように、マルチセンサヘッド１に構成、及び配置することも可能である。
【００３４】
図５に、基本センサ６１内に中央自由空間５として構成された第２センサ空間５を有する、図４に係る第２実施例を例示する。中央自由空間５では、例えば、特に有利には、プロセスチャンバ３１において、交換可能な熱流量センサ５１，５２を用いることで、熱流量を測定することが可能であり、同時に、プロセスチャンバ３１において、例えば、固定的に設置されたセンサ４１，６１を用いて圧力又は温度といった基本変量を監視することが可能である。他の用途において、熱流量よりも例えば温度が必要な場合には、熱流量センサ５１，５２を、温度センサ５１，５２と容易に交換することができる。
【００３５】
特別な用途のために、分割点Ｉ−Ｉで分割可能に組み立てられた基本部７及び追加部８を有する２部型マルチセンサヘッド１を、図６に概略的に例示する。ここでは、従って、交換可能なセンサ５１，５２は、図１に基づき例を用いて説明したように孔にねじ込まれることはない。それとは異なり、センサ５１，５２の交換は、ある種類のセンサが設けられた追加部８を、他の種類のセンサを含む他の追加部８と交換するような形で行われる。もちろん、センサ５１，５２を交換可能に追加部８に設けて、他のセンサ５１，５２に交換する際に、追加部８全体を交換するのではなく、追加部８内のセンサ５１，５２のみを交換するようにすることも可能であることは理解されよう。
【００３６】
図７に、図６に係る第２の実施例を示す。この実施例では、変形センサ５１，５２が、分割点Ｉ−Ｉで基本部７上に配置された追加部８に設けられている。基本部７には、第１センサが第１センサ空間４に設けられている。第１センサは、交換可能なセンサであっても、交換不可能な基本センサ６１であってもよい。
【００３７】
最後に、３部型マルチセンサヘッド１を、図８に基づき説明する。３部型マルチセンサヘッド１は、第２センサ５１に加えて、本実施例では交換不可能な基本センサ６１として実現される第３補助センサ５２を、第１センサ４１内に有する。これは、交換可能なセンサ５２が第１センサ４１内に設けられるので、特にコンパクトな設計となり、従って、追加のスペースが実際上必要なくなる。
【００３８】
マルチセンサヘッド１のさらなる利点は、好ましい実施例において、マルチセンサヘッド１を設置開口２内に設置したままで、１つ又は複数のセンサ４１，５１，５２を交換することが可能であるという事実にある。このことは、マルチセンサヘッド１の取り外しが複雑な場合、特に有利となる。例えば、マルチセンサヘッド１を、加圧された又は液体を充填されたプロセスチャンバ３１を封止する金型壁に対して、非常に平坦な形で配向させる必要がある場合や、マルチセンサヘッド１を、唯一挿入が可能で且つその後の取り外しに掛る費用が大きくなるその前側から設置する必要がある場合には、費用が特にかかる。マルチセンサヘッド１を設置した状態で、１つ又は複数のセンサ４１，５１，５２を交換できることによって、大幅な省力化に繋がる。
【００３９】
この場合、１つ又は複数のセンサ４１，５１，５２の交換を、マルチセンサヘッド１をワーク３に設置した状態で行うことができるように、１つ又は複数のセンサ空間４，５をマルチセンサヘッドに構成、及び配置することが好ましい。
【符号の説明】
【００４０】
１  マルチセンサヘッド
２  設置開口
３  ワーク
３１  プロセスチャンバ
４  第１センサ空間
４１  第１センサ
５  第２センサ空間
５１，５２  第２センサ
６  基本センサ空間
６１  基本センサ
７  基本部
８  追加部
Ｉ−Ｉ  分割点
【図１】
2012520473.tif 000003
【図２】
2012520473.tif 000004
【図３】
2012520473.tif 000005
【図４】
2012520473.tif 000006
【図５】
2012520473.tif 000007
【図６】
2012520473.tif 000008
【図７】
2012520473.tif 000009
【図８】
2012520473.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成23年9月21日(2011.9.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
これを可能にするためには、それら自身で使用可能なように自身の特定の接続ケーブルを含む完全なセンサを設置可能である必要がある。熱電対の接続ケーブルは、通常、接続、配線、及び絶縁について、例えば圧電測定素子とは異なる要件を有している。従って、マルチセンサヘッドは、交換可能なセンサの接続配線を有さない。
【国際調査報告】
2012520473.tif 000011
2012520473.tif 000012
2012520473.tif 000013
2012520473.tif 000014