JP7404380B2 - 製造プロセス中の歪みの無線および受動的監視のためのシステム - Google Patents
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Description
・マルチチャネルテーブル動力計または回転動力計を使用した切削抵抗成分の測定
・マルチチャネル加速度計を使用した振動振幅の測定
・機械加工プロセスからの可聴音の測定
・音響放出(AE)の測定
・スピンドルモータ出力または軸モータ出力の測定
トランスデューサモジュールを被試験物体に適切な位置(すなわち、歪み、温度、およびクランプ位置の割り出しに最適化されている(後者は保護筐体を取り付けるための位置を設定する)において組み付けることと、
SAWセンサをアンテナにインピーダンス整合させるため、および、アンテナの共振周波数に対する被試験物体の影響を補償するためのアンテナ調整のための適切なパラメータを決定することと、
これらのパラメータを使用してPCB上の適切な回路を調整することと、
同じ設計の被試験物体のために製造された同一のモジュールに対してこれらのパラメータを使用することと、
被試験物体の周囲に保護筐体を取り付けてシールすることと、
クランプ位置、割り出されたクランプ位置とカンチレバーの長さを含む切削工具チップとの間の距離を割り出すために、保護筐体を使用してツールを較正することと、
保護筐体を使用して、(例えば機械工具内で)使用するためにクランプされるときにクランプ位置を同様に割り出し、したがって、使用中のカンチレバーの長さが較正に使用される長さと同じになることを保証することとを含む。
Claims (35)
- エネルギーを製造プロセスに適用する力に依存する前記製造プロセス中の歪みの無線および受動的監視のための感知システムであって、
歪みを検出するための少なくとも1つの表面弾性波(SAW)センサ(530,9050)であって、前記少なくとも1つのSAWセンサ(530,9050)が、1つ以上の被試験物体の構造上または前記1つ以上の被試験物体の構造内に位置する力経路内に位置付けられている、少なくとも1つの表面弾性波(SAW)センサと、
前記少なくとも1つのSAWセンサ(530,9050)に接続可能である、少なくとも1つの送受信アンテナ構成(540,9040)と、を備え、
質問信号を提供するための、かつ、前記少なくとも1つの送受信アンテナ構成(540,9040)から応答信号を受信するための少なくとも1つの質問アンテナを備え、前記少なくとも1つの送受信アンテナ構成(540,9040)が前記少なくとも1つの質問アンテナとの無線通信のために構成されており、
かつ、前記質問アンテナが前記少なくとも一つの被試験物体とともに移動し、
前記少なくとも1つのSAWセンサ(530,9050)および前記少なくとも1つの送受信アンテナ構成が、前記質問信号からエネルギーを受信するように、かつ前記質問信号に応答して、前記少なくとも1つのSAWセンサ(530)によって検出される歪み応答信号を出力するように構成されており、
前記少なくとも1つの送受信アンテナ構成(540,9040)が、放射要素と、前記放射要素のための接地面として機能するプリント回路基板(PCB)(545,645)上の導電層と、を備え、かつ、
前記少なくとも1つの表面弾性波(SAW)センサ(530,9050)と、前記少なくとも1つの表面弾性波(SAW)センサ(530,9050)と接続可能である、前記少なくとも1つの送受信アンテナ構成(540,9040)とは、保護筐体(520,720)内に含まれる、
感知システム。 - 前記導電層が、前記接地面の総有効サイズを拡張するための併置された追加の金属構造に電気的に接続され、前記併置された追加の金属構造が、前記1つ以上の被試験物体を備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記放射要素が、平面設計を有し、アンテナ放射が前記接地面から離れて方向付けられるように、前記接地面から一定の距離だけ上方に装着されている、請求項2に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの送受信アンテナ構成(540,9040)が、UHF帯域におけるRF信号の送信および受信のために構成された薄型アンテナを備える、請求項1~3のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記UHF帯域が、434MHz ISM帯域を含む、請求項4に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの送受信アンテナ構成(540,9040)が、板状逆Fアンテナ(PIFA)を備える、請求項1~5のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの送受信アンテナ構成が、それぞれ少なくとも1つの送受信アンテナ及びアンテナ調整マッチング回路を備える1つ以上のSAWセンサ送受信アンテナ回路を備え、前記1つ以上のSAWセンサ送受信アンテナ回路のうちの1つ以上を起動または停止させるためのスイッチ機構をさらに備える、請求項1~6のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記スイッチ機構が、スイッチへの機械的力もしくは圧力の印加、前記スイッチの配向、前記スイッチへの光、温度、もしくは磁場の曝露、または微小電気機械システム(MEMS)技術の使用を含む、請求項7に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの質問アンテナが、製造プロセスゾーンを含み、使用されていない工具を含むいかなる他のゾーンも具体的に除外する、具体的に指定されたゾーン内でのみ信号を送信/受信するように位置付けられている、請求項1に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの質問アンテナが、単一の質問アンテナを備える、請求項1または8に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの質問アンテナが、少なくとも2つの質問アンテナを備える、マルチアンテナアレイを備える、請求項1、9または10のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記マルチアンテナアレイが、半波長未満のアンテナ間隔を有し、アンテナ要素が、一次元または二次元アンテナアレイを形成するように構成されている、請求項11に記載のシステム。
- 前記マルチアンテナアレイが、所与の方向における増加された指向性およびアンテナ利得を有する放射パターンを作成するように構成されている、請求項11または12に記載のシステム。
- 前記マルチアンテナアレイが、同じ構造の複数の相互に離間したアンテナを備え、前記アンテナの各々が、前記少なくとも1つの送受信アンテナ(540,940)の別個の物理チャネルに接続されており、それによって、一度に1つのみの送受信アンテナ・質問アンテナ対が、通信のために使用される、請求項11~13のいずれか一項に記載のシステム。
- 最も強いSAWセンサ戻り信号を送達する前記送受信アンテナ・質問アンテナ対を選択するように構成されている、請求項14に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの質問アンテナが、円偏波パッチアンテナを備える、請求項1、9~15のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの質問アンテナが、前記少なくとも1つの質問アンテナの共振周波数および/またはRF送信電力レベルを調整できるように適用環境に適合された再構成可能な指向性RFビームを有する、請求項1、9~16のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの質問アンテナが、前記少なくとも1つの質問アンテナを適用環境に合わせて調整するための最適化アルゴリズムを備える、請求項1、9~17のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記最適化アルゴリズムが、前記少なくとも1つの質問アンテナの共振周波数および/またはRF送信電力レベルを調整するように構成されている、請求項18に記載のシステム。
- 前記1つ以上の被試験物体上に装着されるように構成された歪み倍増器構成(9060)をさらに備え、前記歪み倍増器が、前記1つ以上の被試験物体から、前記少なくとも1つのSAWセンサ(530,9050)が装着されている表面へと歪みを伝達するように構成されている、請求項1~19のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記歪み倍増器構成(9060)が、測定されるべき前記歪みの軸に沿った、前記歪み倍増器構成のいずれかの端部の固定点において前記1つ以上の被試験物体に固定されている、請求項20に記載のシステム。
- 前記歪み倍増器構成(9060)が、張力または圧縮力を受けたときに容易に変形する固定点間の長さの一部分を含む感知領域を含む、請求項21に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つのSAWセンサ(530,9050)が、前記1つ以上の被試験物体上に配置されている、請求項1~22のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つのSAWセンサ(530,9050)が、2つ以上のSAWセンサ(530,9050)を含む、請求項23に記載のシステム。
- 前記2つ以上のSAWセンサ(530,9050)が、差分歪み測定値を感知するように構成されており、第1のSAWセンサ(530,9050)が、前記1つ以上の被試験物体の第1の表面上に装着されるように構成されており、第2のSAWセンサ(530,9050)が、前記1つ以上の被試験物体の第2の表面上に装着されるように構成されている、請求項24に記載のシステム。
- 前記第1のSAWセンサおよび前記第2のSAWセンサ(530,9050)が、曲げ歪みの方向に装着されるように構成されている、請求項25に記載のシステム。
- 前記1つ以上の被試験物体の各々が固有のアイデンティティを有し、各被試験物体の前記SAWセンサ(530,9050)および送受信アンテナを結合した組み合わせが、前記固有のアイデンティティの基礎を形成する固有のデジタル署名をともに生成する、請求項1~26のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記SAWセンサ(530,9050)が、前記1つ以上の被試験物体の各々の上でマルチバンドアンテナを共有して、RFIDタグと併置されている、請求項27に記載のシステム。
- 前記1つ以上の被試験物体のうちの選択された被試験物体を部分的または完全に封入するように構成されたモジュール式の再構成可能な保護筐体を備える、請求項1~28のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記保護筐体が、クランプ構成において、被試験物体の再現可能な装着を容易にするように、前記被試験物体をクランプするためのクランプ機構に対して位置付け可能である、請求項29に記載のシステム。
- 前記検出された歪み応答信号を処理するためのコンピューティングデバイスを備え、前記コンピューティングデバイスが、前記少なくとも1つの質問アンテナに接続されており、前記コンピューティングデバイスが、前記質問信号および送信エネルギーを、前記少なくとも1つの質問アンテナを介して前記少なくとも1つの送受信アンテナ(540,9040)および前記少なくとも1つのSAWセンサ(530,9050)に送信するように構成されており、
前記コンピューティングデバイスが、前記少なくとも1つの質問アンテナを介して、前記検出された歪み応答信号を受信するように構成されている、請求項1、9~30のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記コンピューティングデバイスが、前記検出された歪み応答信号を定量化可能なメトリックとして使用し、前記定量化可能なメトリックが、前記製造プロセスの前記力経路内で経験された前記歪みを表し、前記製造プロセス中のプロセス力を計算するためのデジタルツインへの入力として使用することができ、前記デジタルツインは、前記物理的な製造プロセスのリアルタイムデジタルレプリカである、請求項31に記載のシステム。
- 前記デジタルツインからの出力が、被試験物体の制約、摩耗および破損の検出、ならびに寿命の予測を考慮したプロセス安全性限界設定、プロセス力のインプロセス最適化を可能にする、請求項32に記載のシステム。
- 前記1つ以上の被試験物体が、切削工具、加工片、および工作物保持デバイスのうちの少なくとも1つを含む、請求項1~33のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記製造プロセスが、加工片の機械加工、研削、ブローチ加工を含む材料除去プロセス、バニシ仕上げ、ローレット加工および衝撃ピーニングを含む表面変形プロセス、スピニング加工およびロール成形を含む成形プロセス、インクリメンタル形成を含む形成プロセス、および、摩擦攪拌プロセス、摩擦溶接を含む接合プロセス、ならびに、前述の前記製造プロセスの振動および超音波支援を含む、請求項1~34のいずれか一項に記載のシステム。
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