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Patent Searching and Data


Title:
SENSOR/ACTUATOR UNIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/049255
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a sensor/actuator unit for a mechanical system, more particularly a machine tool, or in general for applications with (high) dynamic loading, such as impact loading. The sensor/actuator unit comprises: - a sensor element and/or an actuator element; and - an oscillating element. The sensor element is designed to measure a physical measurement variable, such as an acceleration, which acts on the environment of the sensor/actuator element or on the sensor element. The actuator element is designed to cause an actuation variable. The sensor element and the actuator element can also be combined. The oscillating element, such as an oscillator, is equipped with a readjustment means. The readjustment means is designed to readjust the oscillating element in accordance with a movement of the sensor/actuator unit.

Inventors:
RENTZSCH HENDRIK (DE)
HEYSZL JOHANN (DE)
HRISTOZOV STEFAN (DE)
KURTH ROBIN (DE)
BURKHARDT FRANK (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/074388
Publication Date:
March 10, 2022
Filing Date:
September 03, 2021
Export Citation:
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Assignee:
FRAUNHOFER GES FORSCHUNG (DE)
International Classes:
G01D3/028; G01D11/00; G01D21/00
Domestic Patent References:
WO2019053079A12019-03-21
Foreign References:
US9547300B22017-01-17
DE102011003438A12012-08-02
EP0525539A21993-02-03
Attorney, Agent or Firm:
PFITZNER, Hannes et al. (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Werkzeugmaschine (10) oder Werkzeughalter mit zumindest einer Sensor-/Ak- toreinheit (12, 12'), mit folgenden Merkmalen:

Sensorelement (14), das ausgebildet ist, eine physikalische Messgröße, die auf die Sensor-ZAktoreinheit (12, 12') einwirkt, zu messen; oder Sensorelement (14), das ausgebildet ist, eine physikalische Messgröße, die auf die Sensor-ZAktoreinheit (12, 12') einwirkt, zu messen in Kombination mit einem Aktorelement (14); wobei die physikalische Messgröße, gemessen durch das Sensorelement (14), einen Rück- schluss auf die Bewegung (11) der Sensoreinheit (12, 12') oder auf eine aus der Bewegung (11 ) auf die Sensoreinheit (12, 12') einwirkenden Kraft zulässt; wobei das Sensorelement (14) einen Kraftsensor, einen Beschleunigungssensor, einen Drucksensor, einen Vibrationssensor, einen Ultraschallsensor und/oder einen optischen Sensor umfasst; einem Funkelement (16f), der ausgebildet ist, um einen ermitelten Sensorwert des Sensorelements (14) drahtlos zu übermitteln; ein schwingendes Element (16) mit einer Nachregelung (18), wobei das Funkele- ment (16f) ein Taktsignal von dem schwingenden Element erhält, wobei die Nach- regelung (18) ausgebildet ist, um das Taktsignal des schwingenden Elements (16) in Abhängigkeit von einer Bewegung (11 ) der Sensor-/Aktoreinheit (12, 12') zu kom- pensieren.

2. Werkzeugmaschine (10) oder Werkzeughalter gemäß Anspruch 1 , wobei die Nach- regelung (18) ausgebildet ist, um beim Kompensieren das schwingende Element nachzuregeln; oder um beim Kompensieren das Signal des schwingenden Elements (16) zu korrigieren oder korrigiert weiterzuverarbeiten.

3. Werkzeugmaschine (10) oder Werkzeughalter gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Nachregelung (18) ausgebildet ist, ein Steuersignal (18s) dem schwingenden Ele- ment bereitzustellen, um das schwingende Element nachzuregeln. Werkzeugmaschine (10) oder Werkzeughalter gemäß Anspruch 2, wobei das Steu- ersignal (18s) oder ein Wert des Steuersignals (18s) abhängig ist von der Bewegung (11) der Sensoreinheit (12, 12') oder einer aus der Bewegung (11) auf die Sen- soreinheit (12, 12') einwirkenden Kraft; oder wobei das Steuersignal (18s) oder ein Wert des Steuersignals (18s) direkt proporti- onal abhängig ist von der Bewegung (11) der Sensoreinheit (12, 12') oder einer aus der Bewegung (11 ) auf die Sensoreinheit (12, 12') einwirkenden Kraft, und/oder wobei die Nachregelung (18) ausgebildet ist, eine Spannung oder Gleichspannung als das Steuersignal (18s) bereitzustellen. Werkzeugmaschine (10) oder Werkzeughalter gemäß einem der vorherigen An- sprüche, wobei das schwingende Element ein Piezokristall oder Quarzkristall um- fasst. Werkzeugmaschine (10) oder Werkzeughalter gemäß einem der vorherigen An- sprüche, wobei die Sensoreinheit (12, 12') einen Sensor (18s) zur Ermittlung der Bewegung (11) der Sensoreinheit (12, 12') oder zur Bestimmung einer Größe, die die Bewegung (11) der Sensoreinheit (12, 12') oder einer aus der Bewegung (11) auf die Sensoreinheit (12, 12') einwirkenden Kraft, umfasst. Werkzeugmaschine (10) oder Werkzeughalter gemäß einem der vorherigen An- sprüche, wobei die Sensoreinheit (12, 12') einen integrierten Aktor, integrierten Pie- zoaktor und/oder einen integrierten Ultraschallaktor umfasst. Werkzeugmaschine (10) oder Werkzeughalter mit einem Messsystem umfassend eine Werkzeugmaschine (10) oder Werkzeughalter gemäß einem der vorherigen Ansprüche und zumindest zwei Sensor-ZAktoreinheiten (12, 12') sowie einen Funk- empfänger, der ausgebildet ist, um Daten von den zumindest zwei Sensor-ZAktorein- heiten (12, 12') zu empfangen. Werkzeugmaschine gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Werkzeug- maschine eine Pressmaschine oder Umformmaschine umfasst; und/oder wobei die Werkzeugmaschine eine Pressmaschine oder Umformmaschine umfasst und wobei die Sensor-Zoder Aktoreinheit (12, 12') an dem Umformwerkzeug befes- tigt ist.

10. Verfahren zum Betreiben einer Sensor-ZAktoreinheit (12, 12') bei einer Werkzeug- maschine (10) oder Werkzeughalter gemäß einem der vorherigen Ansprüche, mit folgenden Schritten:

Erzeugen mittels eines schwingenden Elements einer Schwingung; und

Kompensieren eines Signals des schwingenden Elements in Abhängigkeit von einer Bewegung (11) der Sensor-ZAktoreinheit (12, 12').

11 . Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Kompensieren ein Nachregeln des schwin- genden Elements aufweist oder wobei das Kompensieren ein Korrigieren oder kor- rigiertes Weiterverarbeiten aufweist.

12. Computerprogramm zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 10 oder 11.

13. Werkzeugmaschine (10) oder Werkzeughalter mit zumindest einer Sensor-ZAk- toreinheit (12, 12'), mit folgenden Merkmalen:

Berechnungseinheit (14), die ausgebildet ist, eine physikalische Größe, die auf die Sensor-ZAktoreinheit (12, 12') einwirkt, auf Basis eines digitalen Models zu berech- nen; wobei die physikalische Größe einen Rückschluss auf die Bewegung (11) der Sensor-ZAktoreinheit (12, 12') oder auf eine aus der Bewegung (11) auf die Sensor- ZAktoreinheit (12, 12') einwirkenden Kraft zulässt; einem Funkelement (16f), der ausgebildet ist, um einen ermittelten Sensorwert des Sensorelements (14) drahtlos zu übermitteln; ein schwingendes Element (16) mit einer Nachregelung (18), wobei das Funkele- ment (16f) ein Taktsignal von dem schwingenden Element erhält, wobei die Nach- regelung (18) ausgebildet ist, um das Taktsignal des schwingenden Elements (16) in Abhängigkeit von einer Bewegung (11) der Sensor-ZAktoreinheit (12, 12') zu kom- pensieren. Werkzeugmaschine (10) oder Werkzeughalter gemäß Anspruch 13, wobei das digi- tale Modell auf einem digitalen Zwilling der Werkzeugmaschine oder des Werkzeug- halters basiert. Werkzeugmaschine (10) oder Werkzeughalter gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei eine optische Messung oder ein Bewegungsparameter oder ein Ansteuerparameter für die Werkzeugmaschine oder den Werkzeughaltern als Eingangsgröße für das digitale Modell dient. Verfahren zum Betreiben einer Sensor-ZAktoreinheit (12, 12') bei einer Werkzeug- maschine (10) oder Werkzeughalter gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Verfahren den Schritt des Bestimmens einer physikalischen Größe auf Basis eines digitalen Modells aufweist. Computerprogramm zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 16.

Description:
Sensor-ZAktoreinheit

Beschreibung

Ausführungsbeispieie der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Sensor-ZAktorein- heit für eine mechanische Anlage, insbesondere eine Werkzeugmaschine, wie z. B. eine Blechpresse. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zum Betreiben der Sensor-ZAktoreinheit sowie ein entsprechendes Computerprogramm.

Blechpressen oder andere große mechanische Anlagen, wie z. B. Fertigungsroboter, um- fassen typischerweise ein Netzwerk an über die Anlage verteilter Sensorik bzw. Aktorik. Sensoren, wie z, B. Drucksensoren oder Temperatursensoren, können beispielsweise elektrisch in die Anlagensteuerung eingebunden sein. Hierbei werden dann Kabelstränge entlang der Anlage geführt.

In den letzten Jahren wurde, um den Verkabelungsaufwand zu reduzieren, vermehrt auf Sensoren gesetzt, die drahtlos / per Funk eingebunden sind, das heißt zumindest ihre Sen- sordaten per Funk übermitteln.

Ein bei stark vibrierenden Maschinen, wie z. B. Pressen, vorkommendes Problem ist, dass durch die Bewegung bzw. die Vibration der Anlage die Elektronik gestört wird. Das hat bei- spielsweise Einfluss auf Messgenauigkeit und/oder insbesondere die drahtlose Übermitt- lung. Deshalb besteht der Bedarf nach einem verbesserten Ansatz.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Konzept für eine Sensorik/Aktorik zu schaf- fen, das robust gegenüber äußerlichen Störungen ist.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Sensor-ZAktoreinheit für ei- nen Werkzeughalter, eine mechanische Anlage, insbesondere eine Werkzeugmaschine bzw. allgemein für Anwendungen mit (hoher) dynamischer Belastung, wie Stoßbelastung. Die Sensor-ZAktoreinheit weist ein Sensorelement und/oder eine Aktorelement sowie ein schwingendes Element auf. Das Sensorelement ist ausgebildet, eine physikalische Mess- größe, wie z. B. eine Beschleunigung, die auf die Umgebung der Sensor-ZAktoreinheit bzw.

FH200901 PDE-2021189525 das Sensorelement einwirkt, zu messen. Sensor- und Aktorelement können auch kombi- niert sein. Das schwingende Element, wie z. B. ein Oszillator, ist mit einer Nachregelung ausgestattet. Die Nachregelung ist ausgebildet, um eine Signal des schwingenden Ele- ments in Abhängigkeit von einer Bewegung der Sensor-ZAktoreinheit zu kompensieren.

Entsprechend Ausführungsbeispielen meint Kompensiere:

• Physikalischen Eingreifen in Sinne von Nachregeln.

• Nachträgliches Korrigieren des (verfälschten) Signals, z.B. mathematisch; oder

• Berücksichtigen der „Verfälschung“ im Signal bei der Weiterverarbeitung.

Entsprechend Ausführungsbeispielen umfasst die Sensor-ZAktoreinheit einen Sensor zur Ermittlung der Bewegung der Sensor-ZAktoreinheit oder zur Bestimmung einer Größe, die die Bewegung der Sensor-ZAktoreinheit oder einer aus der Bewegung auf die Sensor-ZAk- toreinheit einwirkende Kraft. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Beschleuni- gungssensor handeln, der die Bewegung bestimmt. Durch die Erfassung der Bewegung mittels des Sensors kann in Abhängigkeit hiervon die Nachregelung erfolgen. Auch wäre es denkbar, dass das Sensor- und Aktorelement kombiniert ist, da viele Aktoren, wie z.B. Piezoaktoren gleichzeitig als Sensor genutzt werden können.

Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass schwingende Elemente, wie z. B, Oszillatoren im Allgemeinen oder Piezokristalle oder Quarzkristalle im Speziellen, durch eine externe Bewegung, wie z. B. eine Beschleunigung oder eine Vibration, gestört werden können, was dann wiederum einen Einfluss auf ein auszugebendes Taktsignal hat. Diese Bewegung lässt sich bestimmen, wobei dann in Ab- hängigkeit von der Bewegung das Nachregeln erfolgt. Durch die Kombination von Nachre- gelung und schwingendem Element ist es vorteilhafterweise möglich, häufig bei Sensorel- ementen implementierte Funktionen, wie z. B. den Funk oder auch die Messung an sich von externen Störeinflüssen zu entkoppeln. Zusätzlich ergibt sich der Vorteil, dass das Sen- sorelement wesentlich robuster gegenüber externen Einflüssen ist.

Entsprechend Ausführungsbeispielen erfolgt die Nachregelung mittels eines Steuersignals, wie z. B. einer Spannung, das dem schwingenden Element bereitgestellt wird. In diesem Beispiel wäre eine mögliche Implementierung des schwingenden Elements ein Schwing- quarz, der z.B. über einen VCO zur Schwingung angeregt wird und so einen präzisen Os- zillator formt. In vorherigen Ausführungsbeispielen wurde erläutert, dass zum Nachregeln ein Steuersig- nal verwendet wird. Das Steuersignal oder der Wert des Steuersignals ist Abhängigkeit von der Bewegung der Sensor-ZAktoreinheit oder einer auf die Sensor-ZAktoreinheit einwirken- den Kraft. Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Steuersignal bzw. der Wert desselben direkt proportional abhängig zu der Bewegung oder einer aus der Be- wegung auf die Sensor-ZAktoreinheit einwirkenden Kraft sein. Bei dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel eines VCOs (Voltage Controlled Osciallator) wird als Steuersignal eine Spannung oder eine Gleichspannung verwendet, die dann eben in Abhängigkeit von der Bewegung oder einer aus der Bewegung resultierenden Kraft variiert wird.

Entsprechend Ausführungsbeispielen gibt das schwingende Element ein Signal, wie z.B. ein Taktsignal aus. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensor-ZAk- toreinheit ein Funkelement. Dieses Funkelement kann beispielsweise das schwingende Element als Taktgeber nutzen. Wie oben erläutert, kann durch das Kompensieren das Sig- nal korrigiert werden, entweder durch aktives Nachregeln des schwingenden Elements oder durch nachträgliches mathematisches Korrigieren des bereitgestellten Signals. Hierbei ist es vorteilhaft, dass der Funk nicht durch die Bewegung der Sensor-ZAktoreinheit negativ beeinflusst wird.

Entsprechend Ausführungsbeispielen umfasst das Sensorelement einen Temperatur- sensor, einen Kraftsensor, einen Vibrationssensor oder einen Ultraschallsensor. Entspre- chend weiteren Ausführungsbeispielen kann die Sensor-ZAktoreinheit einen integrierten Ak- tor, integrierten Piezoaktor oder einen integrierten Ultraschallaktor umfassen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel schafft ein Messsystem für eine Werkzeugmaschine um- fassend zumindest zwei Sensor-ZAktoreinheiten sowie einen Funkempfänger, der ausgebil- det ist, um Daten von den zumindest zwei Sensor-ZAktoreinheiten zu empfangen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel schafft eine Werkzeugmaschine mit einem Messsystem, wie eben erläutert bzw. zumindest einer Sensor-ZAktoreinheit. Die Sensor-ZAktoreinheit kann z.B. in einen Werkzeughalter, wie z.B. für ein Umformwerkzeug integriert sein.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel schafft ein Verfahren zum Betreiben einer Sensor-ZAk- toreinheitfür eine Werkzeugmaschine, wobei die Sensor-ZAktoreinheit einen optionalen Ein- griffnahmeabschnitt aufweist, der ausgebildet ist, um eine Verbindung zu einem Werkzeug der Werkzeugmaschine auszubilden und wobei die Sensor-ZAktoreinheit ein Sensorele- ment und/oder Aktorelement aufweist, mit folgenden Schritten: Erzeugen mittels eines schwingenden Elements einer Schwingung; und Kompensieren eines Signals des schwin- genden Elements in Abhängigkeit von einer Bewegung der Sensor-ZAktoreinheit.

Das Verfahren kann selbstverständlich computerimplementiert sein.

Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann anstelle des Sensorsignals zur Be- stimmung der physikalischen Größe auch eine modellbasierte Berechnung erfolgen. Des- halb beziehen sich weitere Ausführungsbeispiele auf eine Werkzeugmaschine oder einen Werkzeughalter (mit einem digitalen Zwilling), der eine Berechnungseinheit aufweist, die ausgebildet ist, eine physikalische Größe, die auf die SensorZ-Aktoreinheit einwirkt, auf Ba- sis eines digitalen Modells zu berechnen, wobei die physikalische Größe einen Rückschluss auf die Bewegung der Sensor-ZAktoreinheit oder eine aus der Bewegung auf die Sensor- ZAktoreinheit einwirkende Kraft zulässt.

Weitere Details sind in den Unteransprüchen definiert. Ausführungsbeispiele der vorliegen- den Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine mit einer Sensor- ZAktoreinheit gemäß einem Basisausführungsbeispiel; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Sensor-ZAktoreinheit gemäß einem er- weiterten Ausführungsbeispiel,

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegen- den Zeichnungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass gleichwirkende Elemente und Strukturen mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung derer aufeinander anwendbar bzw. austauschbar ist.

Fig, 1 zeigt eine Werkzeugmaschine 10, hier eine Presse mit zwei Pressformen 10a und 10b. Im Bereich der Pressformen 10a (Werkzeug) ist unter Zuhilfenahme eines optionalen Eingriffnahmeabschnitts (nicht dargestellt) eine Sensoreinheit 12 bzw. eine Sensor-ZAk- toreinheit angeordnet. Diese Einheit 12 umfasst in einer Sensorkonfiguration ein Sensorel- ement 14 sowie ein schwingendes Element 16. Das Werkzeug 10a bewegt sich beispiels- weise auf und ab, wie anhand des Pfeils 11 illustriert ist. Durch die Bewegung des Werkzeugs 10a wird natürlich auch die Sensor-/Aktoreinheit 12 bewegt. Gerade bei schnellen oder stoßartigen Bewegungen kommt es dann auch zu Er- schütterungen der Sensor-ZAktoreinheit 12 und deren Komponenten 14 und 16. Insbeson- dere das schwingende Element, wie z. B. ein Piezokristall eines Oszillators, wird durch die Bewegung oder eine stoßartige Bewegung 11 und insbesondere durch stoßartige Bewe- gungen beeinflusst. Hierdurch kann es dazu kommen, dass die elektrische Schwingung des schwingenden Elements ebenfalls beeinflusst wird. Beispielsweise kann das, wenn man von einem Oszillator ausgeht, abgegebene Oszillationssignal eine veränderte Frequenz aufweisen. Diese Frequenzstörung ist abhängig von der Bewegung 11 .

Ausgehend von dieser Erkenntnis ist nun mittels einer Nachregelung 18 das schwingende Element nachzuregeln bzw., allgemein formuliert, des von dem schwingende Element ge- nerierte Signal zu kompensieren, z.B. mathematisch nachträglich zu kompensieren. Die Nachregelung erfolgt in Abhängigkeit von der Bewegung 11. Deshalb erhält oder generiert die Nachregelung 18 eine Information über die Bewegung 11 und führt die Nachrege- lung/Kompensation entsprechend durch.

Wenn man davon ausgeht, dass es sich bei dem schwingenden Element um einen Schwingquarz eines präzisen Oszillators handelt, kann mittels eines VCOs (Voltage Con- trolled Oscillator, spannungsgesteuerter Oszillator) die Frequenz angepasst werden, indem die Nachregelung 18 ein entsprechendes Steuersignal bzw. eine Steuerspannung ausgibt. Dieses Steuersignal bzw. die Steuerspannung wird in Abhängigkeit von der Bewegung 11 gewählt. Alternativ kann eine nachträgliche Korrektur des „verfälschten“ Signals oder Be- rücksichtigung der ermittelten „Verfälschung“ bei der Weiterverwendung des Signals erfol- gen.

Bezüglich des Sensors 14 sei angemerkt, dass dieser bevorzugterweise eine physikalische Messgröße im Zusammenhang mit der Werkzeugmaschine 10 misst. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Druck, hier ein Druck im Bereich der Presse bzw. Pressform 10a, handeln. Alternativ wäre es auch denkbar, dass ein Temperatursensor, ein Kraftsensor, ein Vibrationssensor oder ein Ultraschallsensor integriert ist. Über den Vibrationssensor oder den Kraftsensor wäre es dann beispielsweise auch möglich, die Bewegung 11 zu überwa- chen, so dass mittels des Nachreglers 18 eine Nachregelung erfolgen kann. Selbstver- ständlich ist es entsprechen weiteren Ausführungsbeispielen auch möglich, dass ein oder mehrere Sensoren als Sensorik 14 vorgesehen sind. Alternativ zu dem Sensor wäre es auch denkbar, dass stat dem Sensor oder additiv zu dem Sensor 14 ein Aktor, wie z.B. ein Ultraschallaktor verwendet wird. Insbesondere bei Abstandssensor auf Ultraschallbasis kommt typischerweise eine Aktor/Sensorkombination (auf Piezobasis) zum Einsatz. Der Aktor kann anstelle oder additive zu dem Sensor 14 platziert sein.

Bezugnehmend auf Fig. 2 wird eine erweiterte Variante der Sensor-ZAktoreinheit 12, hier 12', erläutert.

Die Sensor-ZAktoreinheit 12' umfasst als elektronische Komponenten einen ersten Sensor 14, einen Funktransceiver 16f, der in diesem Ausführungsbeispiel das schwingende Ele- ment 16 beinhaltet bzw. nutzt, sowie die Nachregelung 18 inkl. einem optionalen Sensor 18s. Optional ist hier ein Bewegungssensor 18s als Teil der Nachregelung 18 vorgesehen.

Darüber hinaus umfasst die Sensor-ZAktoreinheit 12' einen Eingriffnahmeabschnitt 12e, hier die Unterseite des Gehäuses der Sensor-ZAktoreinheit 12'.

Der Transceiver 16f ist ausgebildet, um die mittels des Sensors 14 (z. B. Temperatursensor) ermittelten Sensorwerte nach extern zu übermitteln. Hierzu wird ein hochgenauer Oszillator auf Basis eines Schwingkristalls 16 verwendet. An dieser Stelle sei angemerkt, dass selbst- verständlich auch das Taktsignal des Elements 16 alternativ oder additiv für einen Prozes- sor oder die Sensorik 14 oder eine andere Einheit verwendet werden kann.

Dieser Schwingkristall 16 wird mittels des Nachreglers 18 nachgeregelt, wobei als Steuer- größe für die Nachregelung ein die Bewegung beschreibendes Sensorsignal des Sensors 18s verwendet wird.

Alternativ zu dem Extrasensor 18s wäre es auch möglich, dass der Sensor 14 als Bewe- gungssensor oder Beschleunigungssensor verwendet wird und die Nachregelung 18 den Sensorwert (abhängig von der physikalischen Messgröße) dieses Sensors 14 verwendet.

Entsprechend einem Ausführungsbeispiel kann statt dem oben als separaten Elements be- schriebenen Sensorelement 14 bzw. 18s auch ein integriertes Sensorelement, z.B. ein in das schwingende Element 16 integriertes Sensorelement zum Einsatz kommen. Mit diesem integrierten Sensorelement 16 kann z.B. zur Nachregelung (vgl. 18) die Bewegung 11 de- tektiert werden. Dieses Selbstsensierungsprinzip ist beispielsweise bei Piezos als schwin- gende Elemente möglich.

Auch wenn es nicht dargestellt ist, sei an dieser Stelle angemerkt, dass bei der Sensorein- heit 12' selbstverständlich auch weitere Komponenten, wie z. B. eine Batterie zur Strom- versorgung oder ein Energy Harvester vorgesehen sein können.

Das dahinterstehende Verfahren beim Kompensieren bzw., im Speziellen beim Nachre- geln, kann beispielsweise wie folgt gestaltet sein: Entsprechend Ausführungsbeispiel erfolgt keine Nachregelung mittels der Einheit 18, wenn durch den Sensor 18s erkannt wird, dass keine oder nur eine unwesentliche Bewegung vorliegt. Sobald eine Bewegung vorliegt, die eine Störung verursachen kann, erfolgt dann eine entsprechende Nachregelung. Hierzu wird ein Steuersignal von der Nachregelung 18 an das schwingende Element 16 bzw. die elektronische Schaltung, die das schwingende Element 16 nutz, ausgegeben. Dieser An- satz stellt eine Hardware-Nachregelung dar, wobei mit dem Steuersignal einen direkter oder indirekter Einfluss auf die mittels des schwingenden Elements 16 erzeugt Frequenz ausge- übt wird. Ein Beispiel für einen direkten Einfluss wäre das Erzeugen einer Gegenschwin- gung, mit der z.B. das schwingende Element verstimmt wird. Ein weiterer Ansatz für eine Kompensation wäre auch eine nachträglich Korrektur des schwingenden Signals.

Alternativ hierzu kann die Kompensation mathematisch erfolgen. Wenn man von einem Transceiver als elektronische Komponente, die das schwingende Element 16 nutzt, aus- geht, kann bei der digitalen Erzeugung des Funksignals, der verstimmte Zustand des schwingende Elements 16 mit berücksichtigt werden. Insofern erfolgt eine Nachregelung derart, dass das Signal, welches mit dem schwingenden Element 16 erzeugt wird, vorver- zerrt wird.

Die Nachregelung bei obigen Ausführungsbeispielen kann sich beispielsweise wie folgt ge- stalten:

Beispielsweise wird die Resonanzfrequenz eines VCOs wird durch die frequenzbestim- menden Elemente, unter anderem sind das Kondensatoren, dieser Schaltung festgelegt. Klassisch kommt hierbei eine Kapazitätsdiode zum Einsatz, Dies ist ein Element dessen Kapazität sich über die Wahl seiner Vorspannung variieren lässt. Hierüber lässt sich die Resonanzfrequenz der Schaltung einstellen. Dasselbe Prinzip der Resonanzfrequenzab- stimmung über Kapazitätsdioden findet auch bei einem VCXO (Voltage Controlled Crystal Oscillator) Anwendung.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Messsystem mit einer Sensoreinheit 12', die per Funk (vgl. Transceiver 16f) die Sensorwerte an einen Empfänger sendet.

Bei obigen Ausführungsbeispielen, kann die Sensor/Aktoreinheit 12 einen Eingriffnahme- abschnitt (Schraubverbindung, Klemmverbindung, Standfuß) aufweisen, über welchen die Sensor/Aktoreinheit 12 mit der Anlage, z.B. mit einem Werkzeug der Werkzeugmaschine, verbunden werden kann.

Auch wenn bei oben genannten Ausführungsbeispielen immer von Werkzeugmaschine ausgegangen wurde, sei angemerkt, dass auch weitere Anwendungen im Zusammenhang mit anderen (mechanischen) Anlagen bzw. allgemein für Anwendungen mit (hoher) dyna- mischer Belastung, wie Stoßbelastung denkbar sind. Beispiele sind Sensor-ZAktoranwen- dungen bei Motoren, Produktionsanlage, Robotern, usw.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Werkzeugmaschine ist eine Umformmaschine, wie z. B. eine Presse, bei welcher hohe Stoßbelastungen auftauchen. Derartige Maschinen haben immer den Bedarf an Sensorik, wie z. B. einer Drucksensorik im Bereich des Um- formwerkzeugs.

Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann statt der direkten Messung der physikali- schen Größe auch eine Modellierung der physikalischen Größe erfolgen. Dies erfolgt ent- sprechend Ausführungsbeispielen anhand eines digitalen Zwillings, der den Ist-Zustand der Maschine, z. B. der Werkzeugmaschine, nachstellt. Hierfür kann beispielsweise eine Ein- gangsgröße in Form eines Steuerparameters für die Bewegung der Werkzeugmaschine oder auch ein gemessener Parameter wie z. B. mittels einer optischen Messung verwendet werden. Wenn man beispielsweise von einem Presswerkzeug ausgeht, kann anhand des digitalen Zwillings unter Verwendung der Ansteuerparameter der Presse modelliert werden, welche aktuellen Bewegungen vorliegen und welche Beschleunigungen daraus resultieren. Dieses digitale Modell wird entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen mittels Kl be- stimmt. Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfah- rens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein ent- sprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrens- schritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfah- rensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hard- ware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Compu- ter oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispie- len können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.

Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Er- findung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart Zusammenwir- ken können oder Zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Des- halb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.

Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmier- baren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.

Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerpro- grammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode da- hingehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm- produkt auf einem Computer abläuft.

Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger ge- speichert sein. Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinen- lesbaren Träger gespeichert ist.

Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin be- schriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ab- läuft.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträ- ger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufge- zeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Me- dium sind typischerweise gegenständlich und/oder nicht-vergänglich bzw. nicht-vorüberge- hend.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Daten- strom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durch- führen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahingehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, trans- feriert zu werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahingehend konfigu- riert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerpro- gramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumin- dest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrich- tung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.

Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (bei- spielsweise ein feldprogrammierbares Gaterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor Zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzu- führen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hard- ware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.

Die hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung ei- ner Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.

Die hierin beschriebenen Vorrichtungen, oder jedwede Komponenten der hierin beschrie- benen Vorrichtungen können zumindest teilweise in Hardware und/oder in Software (Com- puterprogramm) implementiert sein.

Die hierin beschriebenen Verfahren können beispielsweise unter Verwendung eines Hard- ware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.

Die hierin beschriebenen Verfahren, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Verfahren können zumindest teilweise durch Hardware und/oder durch Software ausgeführt werden.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Vari- ationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten ein- leuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutz- umfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsen- tiert wurden, beschränkt sei.