专利名称：探测系统和用于运行探测系统的方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求I所述的探测系统，其包括带有触针的探测头和发送-接收元件，其中在探测头与发送-接收元件之间可以进行信号传输或信息传输。此外，本发明涉及一种根据权利要求7所述的用于运行这种探测系统的方法。
背景技术：
探测系统通常包括可移动的探测头和固定的发送-接收元件。形式为探测开关的带有可移动的触针的探测头尤其用于工件的定位，所述触针在从其静止位置移动时或在触及触针时发出信号，工件在加工材料的机器、例如机床中被夹紧。触针的静止位置在此理解为下述位置在该位置中触针不与要触及的工件接触。在触针与工件接触时，触针从其静止位置移动，并且当移动超过预先给定的探测阈值(Tastschwelle)时借助合适的转换器产生 电传感器信号。然后，电传感器信号通常被转换成无线电信号和/或红外信号，使得以此方式实现将信号无接触地并且无线地传输给探测系统的发送-接收元件。在发送-接收元件中，于是无线传输的信号又被转换成电信号。该探测系统的发送-接收元件与串联电子装置连接，电信号被传送给该串联电子装置并且进行评估，最后例如被提供用于控制机床。在那里于是基于相关机床部件的所测量的位置可以确定要测定的工件的位置。于是借助相应的探测头例如可以扫描或者说探测(abtasten)工件的轮廓以及工具的轮廓。在对工件进行扫描的情况下，探测头大多相对于发送-接收元件可运动地设置，并且在扫描工具的情况下，探测头大多相对于发送-接收元件固定地安装。在专利文献EP I 445 747 BI中公开了一种开头所述类型的探测系统，其中公开了借助红外光以无线的方式传输信号。在公开文献EP 2 317 278 Al中描述了一种探测系统，其中确定的信号通过光波来传输并且确定的信号通过无线电波来传输。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种探测系统(Tastsystem)或者用于运行探测系统的方法，其总体上适于实现高测量精度。尤其是，通过本发明即使在尤其探测系统的探测头最小能量需要的情况下也能够实现抗干扰的运行。所述目的根据本发明通过权利要求I以及权利要求7的特征来实现。因此，该探测系统包括发送-接收元件和探测头，该探测头具有触针和传感器元件。探测头和发送-接收元件配置成使得，在它们之间可以选择性地在两种模式中建立信号传输。在此，在第一模式中可由发送-接收元件发送信号，该信号可被探测头接收，其中可由探测头发送确收信号作为对所接收的发送-接收元件的信号的反应，用以确认成功接收。在第二模式中，在触及触针时可由传感器元件产生传感器信号，该传感器信号可由探测头发送并且可由发送-接收元件接收，其中可由发送-接收元件发送确收信号作为对所接收的传感器信号的反应。可由传感器元件产生的传感器信号包含触及信息，从而传感器信号于是用作触及信息的载体。触及信息提供了关于触针是否触及要测量的物体的信息(Auskunft)。所有信号尤其是传感器信号可以构成为无线电信号。为了实现高精确度，下述情况是有利的将传感器信号尽可能迅速地传输至发送-接收元件。出于这个原因，应建立尽可能无干扰的信号传输，因为干扰导致传感器信号的重复发送并且因此使信号传输总体上放慢。在第一模式中，探测系统配置成使得，探测头仅可以发送信号作为对由发送-接收元件发送的信号的反应，该信号在发送-接 收元件中会触发反应。在第二模式中，探测系统配置成使得，发送-接收元件仅可以发送信号作为对由探测头发送的信号的反应，该信号在探测头中会触发反应。在第二模式中，信号传输在探测系统内从探测头起被同步，从而其中探测头接收准备就绪(empfangsbereit)的时间与探测头本身进行的事件相关。这些事件尤其可以是通过探测头发送信号。在本发明的一种优选的设计方案中，传感器元件可以设计成以机械方式起作用的元件，例如设计成应变计(Dehnmessstreifen)或压电元件,或在光学装置中实现为以光学方式起作用的元件，例如设计成光电元件。有利地，在第二模式中在接收来自探测头的传感器信号之后可由发送-接收元件发送另一信号，通过该另一信号可触发第二模式结束或从第二模式切换至第一模式。于是，该另一信号的发送与确收信号的发送结合并且因此与通过探测头在前发送信号因果结合。在第二模式中，发送-接收元件原则上不能主动在之前未通过探测头接收信号的情况下发送或发射信号。探测系统可以配置成使得，信号传输可以尤其无线地在仅一个信道上、尤其在无线电信道上实施。在本发明的其它设计方案中，在第一模式中
a)探测头在持续时间期间接收准备就绪，以及
b)在另外的持续时间期间可由发送-接收元件发送该信号，其中
用于接收准备就绪(Empfangsbereitschaft)的持续时间比其中可发送信号的持续时间长。根据本发明的一种有利的设计方案，在两个模式中在一时段期间临时将探测头的接收准备就绪去激活。该时段至少部分延伸至在通过探测头发送两个相邻信号之间的时间中。在其中探测头的接收准备就绪去激活的时段内，不能通过探测头接收发送-接收元件的信号。此外，探测系统有利地可以在从第一模式切换至第二模式时能以第三模式、过渡模式运行。在第三模式中，探测头和发送-接收元件接收准备就绪，但既不能由探测头也不能由发送-接收元件发送信号。替代地或补充地，该探测系统也可以在从第二模式切换至第一模式时以第三模式运行。此外，本发明还包括一种用于运行探测系统的方法，该探测系统具有上述部件，其中探测头和发送-接收元件配置成使得，在它们之间可选择地在两个模式中建立信号传输，从而在第一模式中发送-接收元件发送信号，该信号由探测头接收，并且探测头发送确收信号作为对所接收的信号的反应，在第二模式中传感器元件在触及触针时产生传感器信号，探测头发送该传感器信号并且由发送-接收元件接收该传感器信号，其中发送-接收元件发送确收信号作为对所接收的传感器信号的反应。有利地，探测头在第二模式中以确定的时间间隔Atb发送信号，该信号包含另一信息，其中探测头在这些信号之一被发送之后临时在一持续时间Atr期间接收准备就绪，并且所述接收准备就绪还在发送所述信号的下一个信号之后去激活。优选地，其中探测头接收准备就绪的那种持续时间Atr比探测头的接收准备就绪的持续时间Ati短。如下信息可以视为另外的信息该信息不同于触及信息并且尤其是作为准备就绪信息，其表示探测头的运行准备就绪。有利地，持续时间的比例Atr/Atb小于2/3，尤其是小于1/2，尤其是小于1/4。在根据本发明的方法的另外的设计方案中，由发送-接收元件在一持续时间期间发送信号，并且探测头在另一持续时间期间接收准备就绪，其中接收准备就绪被激活的另外的持续时间比其中信号被发送的持续时间长。尤其是，其中探测头的接收准备就绪被激活的另外的持续时间至少可以是其中发送信号的持续时间的两倍长。 此外，该探测系统在从第一模式切换到第二模式中时能以第三模式运行，其中在第三模式中传感器元件被接通，并且
a)探测头和发送-接收元件接收准备就绪，但
b)既不由探测头也不由发送-接收元件发送信号。通过本发明，尤其是探测头能以节约电流的方式地运行，而不会预期在信号传输时由于干扰引起的延迟。尽管如此，探测头在第一模式中并不占用无线信道，从而一个共同的信道可毫无问题地用于多个探测头。本发明的有利的改进方案由从属权利要求中获得。
根据本发明的探测系统以及方法的其它细节和优点由下面参照附图对两个实施例的描述中得到。其中示出了
图I以侧视图示出了探测系统，
图2示出了具有传感器元件的探测头的细节视图，
图3示出了用于信号传输和接收准备就绪的时序图，
图4示出了探测头和发送-接收元件的发送和接收单元的原理图，
图5示出了处于探测头或其触针触及工件的位置中的探测系统。
具体实施例方式在图I中示出了探测系统，该探测系统包括探测头I和发送-接收元件2。探测头I可以借助夹紧锥I. I插入到机床的螺杆中。探测头I的纵轴线X同时为夹紧锥I. I的中轴线。平行并且同心于纵轴线X，在探测头I上设置有柱形的触针I. 2，所述触针在一个端部上具有触球(Antastkugel )。在图2中示出了探测头I的内部的部分视图。在印刷电路板I. 4上总共放置有三个压力敏感的传感器元件I. 5，其中在图2的视图中仅可以看到一个。在每个传感器元件
I.5的表面上分别设置有隔膜I. 6，所述隔膜分别被球I. 7触及，其中球I. 7通过保持器I. 8精确地固定在相对于传感器元件I. 5预先确定的位置上。触针I. 2的臂分别通过弹簧I. 9预张紧地停留在每个球I. 7上。为了给探测头I供给能量，在探测头I中设置附图中未示出的电池。此外，探测头I具有窗口 I. 10，所述窗口不仅对于光波而且对于无线电波设计成可穿透的。根据图4在探测头I内部设置发送和接收单元I. 3。该发送和接收单元具有光源I. 31，所述光源由在探测头I中的电池馈电并且错开地设置在探测头I的外周上。在所示的实例中，在探测头I上设置有六个光源I. 31，所述光源分别错开60°地沿着探测头I上的圆周线设置。如在图4中示意性示出的那样，光源I. 31由处于探测头I中的CPU I. 32来控制。此外，探测头I在光波方面无传感器地构成，从而不能由探测头I接收基于光波的信号。此外，在探测头I中设置带有天线I. 33的无线电收发器I. 34。天线I. 33例如在 窗口 I. 10之后作为环绕的导线安置在探测头I中。在所示的实例中，发送-接收元件2固定在机床的固定部件3上并且具有对于光波以及无线电波来说可穿透的窗口 2. I，在该窗口之后设置有光电接收器2. 3和带有天线
2.5的另一无线电收发器2. 6 (参见图4)。此外，发送-接收元件2包括模拟数字转换器
2.4和例如形式为FPGA兀件(FPGA :Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)的集成电路2. 7。替代地，在发送-接收元件2中也可以使用必要时带有可调节的放大器的触发电路。发送-接收元件2通过多芯线缆2. 2连接在电网上，以用于为该发送-接收元件供给能量。此外，发送-接收元件2通过线缆2. 2与例如可以为数字控制装置的串联电子装置(Folgeelektronik)5、与相关的机床电连接。此外在该实施例中，在发送-接收元件2与串联电子装置5之间不知双向数据总线连接部。探测系统能以不同的模式I、II、III (参见图3)运行，其中这些模式I、II、III以下仅涉及通过无电线波进行的信号传输。在所提出的实施例中，无电线收发器I. 34、2. 6可以发射或接收无电线波。无线电收发器I. 34,2. 6并不布置成所述无线电收发器能分别同时发送和接收。仅一个信道被用于通过无电线波进行信号传输。在图3中绘制了在时间轴t上的不同的事件或状态，其中根据图3的图表并不是按比例的。在该图表中，与弯曲括号结合用附图标记Pl表示的下部区域涉及探测头I。相应地，在图3中的在附图标记P2和第
二弯曲括号的高度上的上部区域与发送-接收元件2相关。最下部的线表示探测头I或无线电收发器I. 34准备就绪用于信号接收，而最上部的线示出了发送-接收元件2的无线电收发器2. 6的接收准备就绪。在其中存在接收准备就绪的时间期间，线处于“高”，否则其处于“低”。两个用较大线条宽度印刷的中间线应显示与时间t相关的信号Al、SI、SI’、Tl、A2、02或发送帧的发送。在实际测量运行之前，探测系统以第一模式I运行，在第一模式中探测头I处于待机状态中。在该状态中，电池驱动的探测头I或无线电收发器I. 34在比较长的时间上并未接收准备就绪并且反复切换以节约电流，仅暂时地在持续时间Atr期间接收准备就绪。在本实施例中，其中无线电收发器I. 34接收准备就绪的持续时间△ tr仅具有2ms长，并且针对用于接收的后续的IOOOms被去激活。在第一模式I中，探测头I不能主动地发射或发送信号，而是仅响应于从发送-接收元件2所接收的信号S2。为了使例如可以固定在机床的螺杆中的探测头I转移到测量运行模式或第二模式II中，相应的接通指令由串联电子装置5传输至发送-接收元件2。该接通指令在时刻h (图3)在发送-接收元件2中触发了通过无线电收发器2. 6重复发射或发送信号S2，其中在信号S2发射之间分别设置有暂停。发送和暂停具有分别为Ims的持续时间A ts。该信号S2包含接通指令，其根据图3首先为空，因为探测头I在|吴式I中紧接着时刻t。之后随机地并未接收准备就绪。但当探测头I与其周期性的接收激活(在此为每隔1000ms)相应地切换为接收准备就绪时，则信号S2在多次重复之后传输给探测头I。在第一模式I中，探测头I在持续时间A tr=2ms期间接收准备就绪，其中由发送_接收元件2发送信号S2的持续时间A ts为仅1ms。从发送-接收元件2接收信号S2在探测头I中触发了确收信号Al的发送，该确收信号确认了通过探测头I无问题地接收最后的信号S2。发送-接收元件2接收确收信号 Al，这导致了 包含接通指令的信号S2的接收结束。同时，探测头I也保持静默。对于确定的时段，在时刻&之后，在此为19ms，在现在随后的第三模式III中不仅探测头I而且发送-接收元件2是静默的，其中在该时间期间不仅探测头I而且发送-接收元件2接收准备就绪。在第三模式III中，在h到t2之间的时段中，探测头I为第二模式II做准备，尤其是借助CPU I. 32在此情况下接通传感器元件I. 5，并且在探测头I中的工作电压被建立。探测头I在第三模式III中保持接收准备就绪，尽管这带来了比较多的电流消耗，但这是用于降低干扰敏感度的措施。因此当由探测头I发送的确收信号Al未成功传输至发送-接收元件2时，发送-接收元件2还会发送信号S2。但信号被探测头I接收并且触发了通过探测头I发送确收信号Al，从而随后又能够实现第一模式I的有序结束。只要在第三模式III期间信号既未被探测头I也未被发送-接收元件2接收，则探测系统在时刻t2通过下述方式切换至第二模式II中探测头I发送包含准备就绪信息的信号SI。探测头I如此布置使得，只要没有不利的事件出现，则该探测头以限定的时间间隔Atb (在此Atb = 20ms)发送包含准备就绪信息的信号SI。在时刻t2发射的信号SI直接通过发送-接收元件2接收，这导致由发送-接收元件2发送确收信号A2作为反应。原则上，探测头I在其已经发送信号SI之后在有限的持续时间A tr、在此为2ms内将其无线电收发器I. 4切换为接收准备就绪。相应地，探测头I现在接收来自发送-接收元件2的确收信号A2。当持续时间Atr消逝时，探测头的接收准备就绪暂时在时段Ati期间被去激活，以便降低探测头I的能量需求。时段Ati大部分延伸至在通过探测头I发送两个相邻的信号SI之间的时间中。在所示的实施例中，比例Atr/Ati=2/18。关于本发明的设计方案，原则上下述情况是有利的尤其是也在第二模式II中比例Atr/Ati小于1/2，尤其是小于1/4或小于1/5。在第二模式II中，发送-接收元件2此外不能主动发射或发送信号而是仅响应于所接收的信号SI、Tl。在时刻t2+A tb，根据图3探测头I发送另一信号SI，该信号同样包含准备就绪信息。在所示的实施例中，信号SI传输失败，这通过图3中类似闪电的箭头象征性地表示。因此，发送-接收元件2也可以不发送接收确认。通过发送-接收元件2对由探测头I发送的信号SI的反应消失而触发，探测头I在2ms之后重新发送信号SI，该信号现在由发送-接收元件2接收并且触发了通过发送-接收元件2发送确收信号A2。随后，从最后成功传输的、包含准备就绪信息的信号SI开始，与时间间隔相应地在20ms之后重新发送带有准备就绪信息的信号SI并且随后由发送-接收元件2通过确收信号A2签收。在图5中示出了如下情况其中探测头I. 2触及工件4，该工件固定在机床的夹紧台3’上。在这种情况下，由传感器元件I. 5产生电传感器脉冲E1，其相应地包含触及信息。传感器脉冲El的出现使得探测头I在无时间损耗的情况下发送传感器信号Tl，该传感器信号包含触及信息。传感器信号Tl由发送-接收元件2接收，并且通过由发送-接收元件2发送确收信号A2来确认接收。同时，触及信息被传输给串联电子装置5并且确定如下位置，在该位置上触及工件，并且串联电子装置5并行地触发机床停止，从而探测头I相对于工件4不再运动。通常，机床具有精确的测量装置，该测量装置确定螺杆位置，从而这些测量值用于确定触及位置。恰好在此情况下，重 要的是信号传输尽可能不延迟地被结束。由于探测系统具有高抗干扰性，所以即使在通过无线电波进行相对干扰敏感的信号传输时也可以满足边界条件。根据时间间隔A tb，在发送传感器信号Tl之后20ms又发送信号SI，其包含准备就绪信息。然而根据该实施例，在中间时间中由串联电子装置5将用于结束第二模式II的指令传输至发送-接收元件2。在第二模式II中，与第一模式I相反，发送-接收元件2仅发送输出信号02作为对由探测头I发送的信号SI的反应。因此，发送-接收元件2将输出信号02附加到下一个确收信号A2上并且将其以相应的延迟发送至探测头I。其接收尚被激活的探测头I接收确收信号A2和输出信号02并且通过发送另外的信号SI’来签收所述接收。该信号SI’由发送-接收元件2接收，并且所述接收通过确收信号A2来确认。在该阶段中，不仅在探测头I中而且在发送-接收元件2中存在下述信息输出信号02的传输毫无问题地被结束。随后，探测系统过渡到第三模式III中，在第三模式中没有信号被发送，但探测头I和发送-接收元件2可以进行接收。只要在确定的时段内没有信号发送，则该探测系统自动过渡到第一模式I中。在所示的实施例中，尽管在探测系统中可以通过光波和无电线波传输信息，但本发明也尤其是涉及仅利用无线电波的探测系统。
权利要求
1.探测系统，包括 -探测头(I )，所述探测头具有触针(1.2)和传感器元件(I. 5)，以及 -发送-接收元件(2)，其中 所述探测头(I)和所述发送-接收元件(2)配置成使得在它们之间能通过下述方式选择性地在两种模式(I，II)中建立信号传输 在第一模式(I)中，能够由所述发送-接收元件(2 )发送信号(S2 )，所述信号能够由所述探测头(I)接收，其中能够由所述探测头(I)发送确收信号(Al)作为对被接收的所述信号(S2)的反应， 在第二模式(II)中，在触及所述触针(I. 2)时能够由所述传感器元件(I. 5)产生传感器信号(Tl)，所述传感器信号能够由所述探测头(I)发送并且能够由所述发送-接收元件(2)接收，其中能够由所述发送-接收元件(2)发送确收信号(A2)作为对所接收的所述传感器信号(Tl)的反应。
2.根据权利要求I所述的探测系统，其中，在所述第二模式(II)中，在通过所述发送-接收元件(2)接收所述传感器信号(Tl)或所述探测头(I)的另一信号(SI)之后能够由所述发送-接收元件(2)发送另一信号(02)，通过所述信号能够触发所述第二模式(II)结束。
3.根据权利要求I所述的探测系统，其中所述信号传输能够在仅一个信道上实施。
4.根据权利要求I所述的探测系统，其中在所述第一模式(I)中，所述探测头(I)在持续时间(A tr)期间接收准备就绪，并且在另一持续时间(A ts)期间能够由所述发送-接收元件(2)发送所述信号(S2)，其中用于接收准备就绪的持续时间(Atr)比其中能发送所述信号(S2 )的所述另一持续时间(A ts )长。
5.根据权利要求I所述的探测系统，其中所述探测头(I)的接收准备就绪在两个模式(I，II)中在时段(A ti )期间临时去激活，所述时段至少部分延伸至在通过所述探测头(I)发送两个信号(Al，SI，SI’，Tl)之间的时间(Atb)中。
6.根据权利要求I所述的探测系统，其中在从第一模式(I)切换至第二模式(II)时和/或在从第二模式(II)切换至第一模式(I)时，所述探测系统能够以第三模式(III)运行，其中在所述第三模式(III)中，所述探测头(I)和所述发送-接收元件(2)接收准备就绪，但既不能由所述探测头(I)也不能由所述发送-接收元件(2)发送信号(Al，SI，SI’，Tl;A2, S2, 02)。
7.用于运行探测系统的方法，所述探测系统包括探测头(1)，所述探测头具有触针(I. 2)和传感器元件(I. 5);以及发送-接收元件(2)，其中所述探测头(I)和所述发送-接收元件(2)设置成使得，在它们之间能够以下述方式选择性地在两种模式(I，II)中建立信号传输， 在第一模式(I)中，由所述发送-接收元件(2 )发送信号(S2 )，所述信号由所述探测头(I)接收，其中所述探测头(I)发送确收信号(Al)作为对被接收的所述信号(S2)的反应， 在第二模式(II)中，所述传感器元件(1.5)在触及所述触针(1.2)时产生传感器信号(Tl )，所述探测头(I)发送所述传感器信号并且由所述发送-接收元件(2)接收，其中所述发送-接收元件(2)发送确收信号(A2)作为对被接收的所述传感器信号(Tl)的反应。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述发送-接收元件(2)在所述第二模式(II)中在接收所述传感器信号(Tl)或所述探测头(I)的另一个信号(SI)之后发送另一信号(02)，通过所述另一信号触发所述第二模式(II)结束。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述信号传输在仅一个信道上实施。
10.根据权利要求7所述的方法，其中在所述第一模式(I)中，所述探测头(I)在持续时间(Atr)期间接收准备就绪，并且在另一持续时间(Ats)期间由所述发送-接收元件(2)发送信号(S2)，其中用于接收准备就绪的持续时间(Atr)比其中发送所述信号(S2)的所述另一持续时间(A ts)长。
11.根据权利要求7所述的方法，其中所述探测头(I)在第二模式(II)中以确定的时间间距(Atb)发送信号(SI)，其中在所述信号(S)之一被发送之后，所述探测头(I)临时接收准备就绪，并且所述接收准备就绪在发送所述信号(SI)中的下一个信号之前去激活。
12.根据权利要求7所述的探测系统，其中由所述发送-接收元件(2)在持续时间(Ats)期间发送所述信号(S2)，并且所述探测头(I)在持续时间(Atr)期间接收准备就绪，其中所述接收准备就绪被激活的持续时间(Atr)比其中发送所述信号(S2)的持续时间(A ts)长。
13.根据权利要求7所述的方法，其中在从第一模式(I)切换至第二模式(II)时和/或在从第二模式(II)切换至第一模式(I)时，所述探测系统以第三模式(III)运行，其中在第三模式(III)中，所述探测头(I)和所述发送-接收元件(2)接收准备就绪，但既不由所述探测头(I)也不由所述发送-接收元件(2)发送信号(Al，SI，SI，，Tl ；A2, S2，02)。
14.根据权利要求7所述的方法，其中在从第一模式(I)切换至第二模式(II)时，所述探测系统能够以第三模式(III)运行，其中在所述第三模式(III)中，所述探测头(I)和所述发送-接收元件(2)接收准备就绪，但既不由所述探测头(I)也不由所述发送-接收元件(2)发送信号(Al，SI，SI’，Tl ;A2，S2，02)，并且所述传感器元件(I. 5)在第三模式(III)中被接通。
全文摘要
本发明涉及一种探测系统，包括探测头(1)和发送-接收元件(2)。探测头(1)和发送-接收元件(2)配置成使得，在它们之间能通过下述方式选择性地在两种模式(I，II)中建立信号传输，在第一模式(I)中能由发送-接收元件(2)发送信号(S2)，该信号能由探测头(1)接收，其中能由探测头(1)发送确收信号(A1)作为对所接收的信号(S2)的反应，且在第二模式(II)中，在触及触针(1.2)时能由传感器元件(1.5)产生传感器信号(T1)，该传感器信号能由探测头(1)发送且能由发送-接收元件(2)接收，其中能由发送-接收元件(2)发送确收信号(A2)作为对所接收的传感器信号(T1)的反应。本发明还包括用于运行探测系统的方法。
文档编号G01B21/00GK102798361SQ201210165578
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月25日 优先权日2011年5月26日
发明者K.格雷尔 申请人:约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司