用以收发交替光信号的装置及方法与流程

本发明涉及用以收发交替光信号的装置，其包含相互电隔离的第一部件及第二部件；辅助发射器，是包含在第二部件内并面对第一部件，适以传输交替光信号；主接收器，包含在第一部件内并面对第二部件，适以接收交替光信号及产生相应的模拟电信号；以及信号检测器，包含在第一部件内并连接至主接收器，适以从上述模拟电信号中提取出具有实质上零平均数的AC分量。

本发明还涉及用以相互电隔离的第一部件与第二部件之间收发交替光信号的方法，包含以下步骤：传输交替光信号；接收该交替光信号及产生相应的模拟电信号；以及从模拟电信号提取出具有实质上零平均数的AC分量。

本发明可有利地但非排他地应用于从旋转部件至静止部件的检查信号的传输及相关接收，接下来的描述将明确提及而不失普遍性地尤其应用在机械工具中。

背景技术：

不需要的振动通常存在于机械工具中，是因安装于机械上的旋转工具的不平衡状况所造成，归因于相同工具附带有不同的因子。例如，造成研磨机械中振动的不平衡状况是因连接至研磨砂轮的形状及制造的瑕疵，诸如非均匀材料及外部磨损表面及内部定心孔洞间的同心度误差，也就是研磨砂轮至旋转凸缘的不正确组装，所以研磨砂轮的重心不在旋转轴上，或因加工工件研磨期间的磨损和/或碎片所导致的修改。上述振动引起加工工件的特性不准确，例如椭圆度及凸角，和本身的力量及张力的上升可能会损害机械工具。

为了补偿该不平衡状况，研磨机械可包括平衡装置，其具有连接至研磨砂轮的平衡头，随着研磨砂轮相对于机械工具的支撑装置而旋转，例如砂轮座经指定而用以往复式移动研磨砂轮及加工工件，并包含可移动块体，其位置可根据驱动电马达而调整发生相应的位移。除了具有平衡头的平衡装置外，振动传感器可包含于研磨机械内，例如声传感器用于检测因研磨砂轮与加工工件之间或研磨砂轮与修整工具之间的接触的声发射，并产生检查电信号。上述检查信号连同控制在研磨砂轮和加工工件之间往复式位移速度的砂轮座的相应控制信号经由双向非接触收发系统被发送至与静止部件相关联的处理及控制单元，收发系统包括具有适当收发器单元或囊盒的收发器装置。收发系统还能使处理及控制单元和平衡装置之间非接触连接，除了或作为一个选择方案的已提及的砂轮座的检查信号及控制信号外，该系统也可经指定而用以发送及接收关于平衡头的诊断信号和驱动电马达的控制信号，以控制可移动块体位移。

例如在专利号为US5688160的美国专利中提及与振动传感器相关联的已知平衡装置，显示收发装置包含第一收发部件(定子)，其紧密连接至机械工具的静止部件并可连接至处理及控制单元；以及第二收发部件(转子)，其部分置于机械工具的转轴中随转轴而旋转，并可接线至平衡头；此二个收发部件相互面对，并位于相对于研磨砂轮所固定的旋转轴的同轴位置。尤其，转子将来自振动传感器的信号及可能的诊断信号传输至定子，包含例如有关平衡头或整个旋转群组的状态信息和/或正确操作信息。当平衡装置规律操作时，诸如相应于已提及的专利号为US5688160的美国专利并已被Marposs S.p.A.予以商品化者，转子与定子间的光学通讯的实施一般以串行方式展开，也就是传输数字信号。当更精确的信号需要被有利方便地实施处理时，例如当机械工具以高速操作时或在存在相当大的背景噪声时，使其有助于选择信杂比最佳的频带或放大弱检查或诊断信号；转子和定子之间的通讯优选以排他模拟的方式实施，因此转子与定子之间任何种类的串行通讯中断。上述通讯中相关的模拟光信号可分为二个分量：AC分量，携带来自声振动传感器的信息内容；以及连续分量，仅用于AC分量的最佳传输而无信息内容，此即为何通常从定子中移除连续分量的原因。在光模拟通讯中，定子接收到测定范围内可能包括零的任何位准的信号。因此，依据现有技术的收发装置不允许辨识空信号是由正常操作的转子缺少了声传感器的检测信号所造成的，还是由故障转子所造成的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供用以收发交替光信号的装置及有关方法，该装置及方法没有上述描述的不便，且同时容易及廉价地实施。

依据本发明，分别依据发明权利要求1的用以收发交替光信号的装置和发明权利要求12的用以收发交替光信号的方法，其为达成本目的及其他目的本发明的基本部分。

从以下依据本发明的较佳实施例经由非局限范例提供的详细描述，本发明的这些及其他目的及优点将变得显而易见。

附图说明

现在参照附图经由提供的非局限范例描述本发明，其中：

图1为依据本发明的较佳实施例的装置的机械工具的纵向部分截面的示意图；

图2为图1的内容的放大纵向截面；

图3为图2的内容的功能区块图；以及

图4为依据本发明的不同实施例的装置的机械工具的内容的功能区块图。

具体实施方式

关于本发明的实施的非局限范例，图1显示机械工具M，尤其是加工工件W的研磨器，包括：工具或研磨砂轮1，连接至转轴2并在处理及控制单元4的控制下，相对于支撑装置3，例如砂轮座，随转轴2而绕着纵轴A旋转。

机械工具M还包括工具控制系统9，其包含平衡机构6及声振动传感器8，例如压电，以及收发装置或收发器7，其经由电缆5而被电连接至平衡机构6及压电传感器8，以使得平衡机构6及压电传感器8能非接触连接至处理及控制单元4，下面将更佳地描绘。平衡机构6、压电传感器8、收发器7的一部分及电缆5置于转轴2的纵向孔洞20内。平衡机构6经指定而用以依据本就已知的使用的方法来平衡研磨砂轮1，例如可移动块体，其位置经由电马达的驱动控制而可调整，其控制利用该处理及控制单元4经收发器7发送的信号(图中未显示块体及马达)。压电传感器8适以检测研磨砂轮1与加工工件W之间接触所造成的振动，和经收发器7发送相应检查信号至处理及控制单元4，其是以已知方式来处理改变研磨过程期间在砂轮座与工件W之间往复式位移的速度。

收发器7实质上包含两个电隔离部件，例如相互间隔分开，为了更便于理解，如图2是相对于图1而刻意放大距离的示意性描绘，其中，第一部件或静止部件71经由臂部30而被连接至支撑装置3，及第二部件或旋转部件72是设于转轴2的孔洞20内，并适以随转轴2而绕着纵轴A旋转。收发器7实现与处理及控制单元4之间的非接触连接，其被连接至静止部件71及工具控制系统9的组件，其中，压电传感器8连接至旋转部件72。

参照图2，静止部件71包含具有第一参考及支撑组件12的第一箱罩11，及固定至第一参考及支撑组件12的主电路13，其包含具有主接收器或光二极管14及主发射器或LED 15的光电装置，二者面对旋转部件72。第一铁磁圆柱形囊盒16也被固定至第一参考及支撑组件12，以界定主电绕组17的座部，其依序被电连接至主电路13。旋转部件72包含第二箱罩21，插入转轴2的孔洞20，具有第二参考及支撑组件22。辅助电路23包含具有辅助接收器或光二极管24及辅助发射器或LED 25的光电装置，二者面对静止部件71，设于且固定于第二箱罩21内。第二铁磁圆柱形囊盒26连接至第二参考及支撑组件22，以界定辅助电绕组27的附加座部，该附加座部电连接至辅助电路23。

例如，辅助LED 25适以传输交替光信号，例如进行检查，同时主LED 15适以传输操作，例如控制和/或请求交替光信号。主光二极管14及辅助光二极管24是适以分别接收该等检查及控制及/或请求交替光信号，并产生相应及操作的模拟电信号。

图3的功能方块显示图2中已显示的架构组件，以极示意的方式而分别描绘收发器7的静止部件71及旋转部件72的主电路13及辅助电路23的若干功能。

尤其，辅助电路23包括接口50，用以将旋转部件72与连接至转轴2的装置的互动，例如与驱动电马达和/或压电传感器8，在图3中均未显示；第二转接器201，其连接接口50至辅助LED 25；经由辅助电绕组27与主电绕组17之间耦接的电磁感应传输的交流电源的整流器202，用以馈送旋转部件72的所有电路；以及第二解调器204，其连接辅助光二极管24至接口50。第二转接器201具有以模拟或数字的适当方式而调变的工作，例如压电传感器8经由接口50而发送检查电信号，以光学式地传输至辅助LED 25，并可包含一或更多个信号放大器、模拟调变器及开启/关闭键控调变器，二者连接至多任务器，适以控制辅助LED 25的模拟或数字驱动。一或更多个信号放大器、调变器及多任务器在图中均未显示出。第二解调器204具有在相应适当的解调数字电信号中转换由辅助光二极管24接收到的控制和/或请求模拟电信号的工作，例如启动平衡程序，也就是经由接口50来控制驱动电马达。

主电路13包含第一转接器101，其将主LED 15连接至处理及控制单元4，并具有类似于第二转接器201的功能，适以在适当调变的信号中将来自处理及控制单元4的控制和/或请求电信号转换以被光学式地传输至主LED 15；振荡器102，连接至处理及控制单元4和主电绕组17，以产生交流电源适以经由已提及的感应耦接而传输至旋转部件72；以及启动电路103，适以根据来自处理及控制单元4的适当信号而启用振荡器102的功能。此外，主电路13包括三个不同的方块，用以处理由辅助LED 25发送及由主光二极管14接收到的检查光信号：第一解调器104，类似于第二解调器204，具有转换从主光二极管14输出的数字电信号中的检查模拟电信号的工作；信号检测器105，包含例如带通滤波器及一或更多个放大器(图中未显示)；以及偏压检测器106，其可包括带通滤波器、一或更多个放大器及具有磁滞的针盘量规(图中未显示)。信号检测器105及偏压检测器106分别具有从检查模拟信号提取具有实质上零平均数的AC分量的功能，其适以包含有助于检查工件W的加工的信息；以及连续分量或偏压信号，其适以包括有关辅助LED 25及旋转部件72的存在和/或正确操作的信息，并表示AC分量的有效性，也就是该AC分量包含上述有用信息的事实。第一解调器104、信号检测器105及偏压检测器106连接至处理及控制单元4，其每次可在输入模拟及数字电信号之间接收及区别以选择并处理。

下文将更广泛地描述依据本发明的用以收发交替光信号的方法，该方法有助于例如研磨机械M的压电传感器8的作业。

在最初研磨阶段，研磨机械M的研磨砂轮1并未以高速旋转，信号略受以串行方式发生的旋转部件72与静止部件71之间噪声及通讯影响。处理及控制单元4发送信号至启动电路103以启用振荡器102，其产生交流电源经由辅助电绕组27与主电绕组17之间的感应耦接传输至旋转部件72，并进一步控制和/或请求电信号传输至第一转接器101，其在适当调变的信号中转换以被该主LED 15光学地传输至辅助光二极管24。在旋转部件72中，辅助电绕组27将感应的交替电流传输至整流器202以馈送辅助电路23，且第二解调器204在相应的解调数字电信号中转换由辅助光二极管24接收到的控制和/或请求模拟电信号，以经由接口50来控制驱动电马达。此外，第二转接器201数字调变压电传感器8经由接口50所发送的检查电信号，并由辅助LED 25光学地传输至主光二极管14。第一解调器104在检查数字电信号中转换从主光二极管14输出的模拟电信号，并将其发送至处理及控制单元4。信号检测器105及偏压检测器106也分别作业并从相同检查模拟电信号提取出AC分量及偏压信号。处理及控制单元4接收及区别在输入模拟和数字电信号之间以选择并处理。尤其，依据此阶段中在旋转部件72与静止部件71之间以串行方式发生通讯的事实，处理及控制单元4忽略AC分量及偏压信号，仅选择从第一解调器104输出的数字电信号并以已知方式来予以正确处理，以实施检查及改变在砂轮座与工件W之间往复式位移的速度。在此阶段中，旋转部件72的辅助LED 25的存在及正确操作被检查符合串行通讯协议。

在例如细磨阶段，因为及取决于研磨机械M用以完成加工工件W的加工类型及研磨砂轮1的附带因子，信杂比减少及最佳信杂比的实际有用信号的频带变紧。结果，由于最佳信杂比所对应的频带的选择，从旋转部件72传输至静止部件71的信号处理必须改进，例如为必要的。类似于已描述的，经由辅助电绕组27与主电绕组17之间的感应耦接继续发生辅助电路23的馈送。相反地，旋转部件72至静止部件71之间必须不再发生以串行方式的通讯，而是以排他模拟的方式。基此目的，处理及控制单元4依据已描述的流程来发送请求信号至旋转部件72，需要从串行转移至模拟通讯，且旋转部件72发送确认数字信号至处理及控制单元4，以确认请求的接收并验证模拟通讯的转移。此时，第二转接器201模拟调变压电传感器8经由接口50所发送的检查电信号，所以辅助LED 25将其光学式地传输至主光二极管14。信号检测器105和偏压检测器106分别从主光二极管14输出的检查模拟电信号中提取出AC分量，包含有助于检查工件W加工的信息，以及偏压信号，包含有关辅助LED 25的存在和/或正确操作的信息，及AC分量包含上述有用信息的事实表示，并将其发送至处理及控制单元4。第一解调器104也作业并从相同的检查模拟电信号重建数字电信号。处理及控制单元4接收及区分在输入数字和模拟电信号之间以选择并处理。尤其，依据此阶段中旋转部件72与静止部件71之间发生以模拟方式通讯的事实，忽略从第一解调器104接收的数字电信号，选择由信号检测器105提取出的AC分量及从偏压检测器106输出的偏压信号。接着，处理及控制单元4依据偏压信号来验证辅助LED 25是否存在及正确操作，也就是AC分量是否包含有用信息，例如当偏压信号超出预定值时，便认为辅助LED 25存在及正确操作，或AC分量包含有用信息。如果是这样，处理及控制单元4便以已知方式来适当处理AC分量，以便实施检查和改变在砂轮座和工件W之间往复式位移的速度。

当细研磨阶段完成时，处理及控制单元4可仅依据从第一解调器104接收的数字电信号返回以实施检查。基此目的，例如处理及控制单元4可发送适当信号至启动电路103以关闭停用振荡器102，而中断辅助电绕组27与主电绕组17之间的感应耦接，因此阻止旋转部件72与静止部件71之间的任何通讯。当需展开最初或细磨的进一步阶段时，处理及控制单元4发送新信号至启动电路103以启用振荡器102，并重新启动辅助电绕组27与主电绕组17之间的感应耦接，该辅助电路23再次被馈送，和以串行或模拟方式再次展开从旋转部件72至静止部件71的光通讯，取决于研磨类型及依据已描述者。

除了检查旋转部件72的存在及正确操作外，从偏压检测器106输出的偏压信号可有利地用于进一步的检查。众所周知，从辅助LED 25传送至主光二极管14的交替光信号的强度遭遇衰减，其为二者间的距离的单调函数，也就是静止部件71与旋转部件72之间的距离。偏压信号为该衰减的函数，尤其随着静止部件71与旋转部件72之间距离的增加而减少。结果，处理及控制单元4可处理偏压信号以获得有关该距离的信息，然后有利地依据偏压信号而控制距离。此外，检查模拟电信号的AC分量以动态为特征，其振幅为相同模拟电信号的偏压信号的函数。AC分量的动态愈低，信号检测器105的一或更多个放大器的增益愈高，适以从检查模拟电信号中提取出该AC分量。依据目前为止所述，可仅依据偏压信号而自动控制增益，具有使信号检测器105的灵敏度与检查模拟电信号的特征相适应的明显优点，也就是作为使信号检测器105的灵敏度与主光二极管14接收的交替光信号的强度相适应的最后步骤。

针对到目前为止所描述的用以收发光信号的装置及方法所实施变化，应并不偏离本发明的目标。

在本发明的不同实施例中，辅助电路23包括另一偏压检测器，类似于偏压检测器106，连接至辅助光二极管24；以及连接至第二转接器201和另一偏压检测器的增益自适应单元。依据熟知发光二极管的辐射图，由辅助LED 25发射的交替光信号大部分传输至主光二极管14，小部分传输至辅助光二极管24。辅助光二极体24接收由辅助LED 25发射的该小部分交替光信号，并产生相应的辅助模拟电信号。另一偏压检测器具有从该辅助模拟电信号提取出辅助连续分量或辅助偏压信号的功能，辅助偏压信号包含有关由辅助LED 25传输的交替光信号的强度的信息，将发送至增益自适应单元。使用该不同实施例的方法认为仅根据另一偏压信号，第二转接器201内一或更多个放大器的增益可有助于以自动及自适应方式控制。也就是说，依据此方法，增益自适应单元依据辅助连续分量控制由辅助LED 25传输的交替光信号的强度，与辅助LED 25的操作点的可能的功能特征变化无关，例如因辅助LED 25的热漂移。

在依据本发明的装置中，平衡机构6可有利地包含已知种类的附加传感器，例如霍尔效益磁性传感器，其发射表示可移动块体的预定组态的信号，或用以检查工具1的温度的热传感器，适合设于转轴2内并经由专用电缆而被电连接至收发器7，该附加传感器具有发送相应检查信号至处理及控制单元4的功能，并以已知方式来处理用以控制工件W的研磨流程。

例如，第二转接器201可进一步数字调变经由接口50发送的通讯信号，并包括有关协议的服务信息，诸如机械工具M的研磨砂轮或另一旋转工具1的标识符，和/或诊断信号，包含有关旋转部件72的辅助电路23及其他组件的状况的信息，例如检测可能短路，和/或所谓确认信号用于确认辅助光二极管24对于控制和/或请求信号的正确接收，使得其可传输至处理及控制单元4并被正确地理解。

另一方面，如图4中所示，处理及控制单元4可包含逻辑单元40，例如包含在第一箱罩11内并连接至静止部件71，尤其连接至第一解调器104、信号检测器105及偏压检测器106，并适以实施至少由处理及控制单元4实施的若干功能，也就是当以串行方式发生传输时，仅选择及处理从第一解调器104输出的数字电信号，作为一个选择方案，当以排他模拟方式发生传输时，选择由信号检测器105提取的AC分量及从偏压检测器106输出的偏压信号，依据偏压信号来验证辅助LED 25是否存在及正确操作，也就是AC分量是否包含有用信息，如果是这样则适当处理AC分量。

当细研磨阶段完成时，其希望返回以仅依据由第一解调器104接收到的数字电信号来实施检查，作为一个已描述的选择方案，也就是停用接着启动振荡器102以分别中断及重新启动辅助电绕组27与主电绕组17之间的感应耦接，处理及控制单元4可发送请求信号至旋转部件72，请求从模拟转移至串行通讯，旋转部件72可以用确认模拟信号回复，确认请求的接收及验证转移至串行通讯。

依据本发明的收发装置可用于仅包含声传感器8或类似振动传感器的工具控制系统中，或基于适当电路而不包括平衡装置6的改变及简化。

以上所描述的收发交替光信号的装置及方法和相关变形，显露出许多优点，例如其容易及廉价地实施及使得以模拟方式也能够可靠传输，尤其用以收发从旋转部件72至静止部件71的检查信号。对于本领域技术人员而言，应是非常清楚的依据本发明的用以收发交替光信号的装置及方法能够以简单及有效方式验证具有零平均数的交替光信号的接收，例如从旋转部件72传输至静止部件71，是否由相同旋转部件72的故障所造成。