用于监测旋转系统的系统的制作方法

1.本发明属于用于捕获不同的参数(诸如角速度、三轴加速度和/或温度)的基于传感器的监测系统的领域。更具体地说，本发明涉及用于监督能够围绕轴线(axis)旋转的装置或系统的监测系统。


背景技术：

2.在其中装置或系统围绕轴线旋转的工业过程中，期望监测所述旋转的状况，因为关于该过程的相关信息可从这些状况得到。例如，基于所讨论的旋转系统及其应用，监测旋转装置的角速度、三轴加速度和/或温度以监督其状态和/或操作可以是有用的。
3.可以被监测并且在其中发生围绕轴线的旋转的工业过程的示例是利用辊子(roller)的轧制(rolling)或成型(forming)过程。例如，利用辊子的成型过程是连续的过程，在所述连续的过程中，相对的辊子被用来从连续的金属板生产具有给定厚度和形状的长的材料部分(通常以线材卷或薄板卷的形式)，当它们在每对辊子之间通过时，所述长的材料部分逐步形成。图1中示出了具有辊子的成型系统的常规总体图。若干对辊子121、
……
12i通常需要逐步将材料11弯曲成所期望的形状，并且同时将其向前移动通过成型线。上辊和下辊的几何构造是这样的：它允许材料被给定适当的形状，以获得其所需的最终形状、厚度和尺寸。通过利用辊子成型制备的产品包括，例如，管道(canal)、沟槽(gutter)、(例如，用于房屋的)金属侧轧材(section)、管(duct)、无缝管和各种结构轧材。结构型材(profile)、铁路轨道和管等也可从该操作获得。
4.如可以看出的，在这种类型的过程中，每一对相对的辊子121、
……
12i不仅被用作运送系统，而且还构成了生产过程中的隐含部分。任何不正常的行为(甚至在早期阶段中)可影响产品的质量，这意味着产品甚至可能被丢弃。出于这个原因，监督这种类型的部件在维护层级(例如，必要时更换部件)以及在生产层级(产品质量控制)两者都提供优势。具体来说，期望对辊子的速度和它们的负载(与部件的振动相关联)两者进行监测。
5.目前市场上有旨在监测这种类型的工业过程(诸如利用辊子的轧制过程)的测量装置。例如，erbessd公司提供能够记录振动并将其无线地发送到远程装置的状况监测传感器(https://www.erbessd-instruments.com/condition-monitoring-sensors/？gclid＝eaiaiqobch mi7y_e5vhj9qivxi1ocr09jqsseaayasaaegl7qfd_bwe)。
6.然而，常规监测装置有许多缺点。常规系统的一个基本缺点在于，加速度测量值是在支承旋转部件的结构中测量的。换句话说，它们是静态测量系统。这导致在测量中的不准确性，或者需要更复杂的信号处理来定位误差源或在信号正态性(normality)中的变化，这导致对所讨论的过程的不正确监督。常规系统的另一缺点在于，它们只能捕获一种类型的信号，换句话说，它们或者是加速度计或者是转速计。这意味着，为了获得受监督元件(例如，辊子)的确切速度和与其相关联的振动信号，必须组装两个不同的装置。由于仪器的复杂性以及材料和安装的成本两者，这使得对辊子的广泛监测基本上不可行。


技术实现要素：

7.本发明借助于测量装置来解决常规监测方法和系统的缺点，所述测量装置设计成耦合到能够围绕受监督元件的轴线旋转的受监督元件，以使得测量装置与受监督元件一起旋转。受监督元件的三轴加速度和角速度可在同一个测量装置中测量。
8.在本发明的第一方面中，提供了要耦合到受监督元件的测量装置，该受监督元件能够围绕受监督元件的轴线旋转。该测量装置包括：基座，测量装置能够通过该基座耦合到受监督元件(例如，通过测量装置的杆)，其中在测量装置的使用中，当受监督元件围绕轴线旋转时，基座与受监督元件整体地旋转；电子系统，其固定到基座，以使得当基座旋转时，电子系统与基座整体地旋转，其中电子系统包括三轴加速度计、微控制器、无线通信设备和电源系统，三轴加速度计配置成捕获测量值并将测量值提供给微控制器，所述微控制器又对测量值进行处理并将测量值发送到无线通信设备；外壳，其配置成在基座的旋转期间保持静止；以及马达，其包括耦合到外壳的第一部分和耦合到基座的第二部分，该马达配置成使得当基座由受监督元件的旋转驱动而旋转时马达的第二部分与基座整体地旋转，该马达连接到电子系统并且该马达充当向电源系统提供电力的电力发生器，该电源系统又向微控制器、三轴加速度计和无线通信设备供电。
9.在本发明的实施例中，测量装置进一步包括超级电容器，该超级电容器配置成存储来自马达且由电源系统提供的电力。
10.在本发明的实施例中，测量装置进一步包括温度传感器，该温度传感器布置在电子系统中，并且配置成在测量装置的使用中量取温度测量值并将温度测量值提供给微控制器和/或提供给无线通信设备。
11.在本发明的实施例中，测量装置进一步包括用于从马达的正弦信号获得与马达的角速度成比例的脉冲波并将所述脉冲波递送到微控制器以计算受监督元件的角速度的装置。
12.在本发明的实施例中，电源系统包括整流器电路和升压-降压调节器电路。
13.整流器电路可由在马达的第一相的输出处第一整流级和在马达的第二相的输出处的第二整流级的串联布置形成。
14.升压-降压调节器电路可配置成管理输出超级电容器的电荷，使得升压-降压调节器电路既能在输入电压低于超级电容器的最大电荷电压的情况下执行超级电容器的功能从而增加输出电压，又能在输入电压高于超级电容器的最大电荷电压的情况下执行超级电容器的功能从而降低输出电压。
15.在本发明的实施例中，马达配置成以20rpm和1500rpm之间的速度操作。
16.在本发明的实施例中，该马达是步进马达。
17.在本发明的实施例中，受监督元件是轧制或成型机器的辊子。
18.在本发明的第二个方面中，提供了无线监测系统。它包括耦合到相应的多个受监督元件的多个根据本发明的第一方面的测量装置。该系统配置成使得在测量装置的使用中，每个测量装置将获取的、处理的和/或计算的数据发送到接入点，该接入点包括配置成与测量装置通信的无线通信块。
19.在本发明的实施例中，接入点配置成获取来自测量装置的信息并将该信息存储在数据库中。
20.与其中加速度测量值是在支承部件的结构中测量的常规测量系统相比，本发明的装置允许在旋转轴线本身上测量加速度。换句话说，加速度计与受监督元件的轴线一起旋转。该事实使得以下成为可能：在轴线上并且因此在围绕轴线旋转的装置(例如，辊子或多个辊子)中，更准确地测量可能的速度变化。
21.除了加速度之外，测量装置还读取角速度。常规传感器不能在同一装置上实现速度和加速度的集成读取。通常，放置两个传感器来量取这两个读数是必要的。因此，本发明的装置显著减少了对工业过程进行全面监督所必要的测量装置的数量。
22.本发明的装置的自供电能力也值得注意，其不需要电池，并且因此不需要与更换电池相关联的维护工作。
23.本发明的这些和其它优点将从接下来的详细描述中变得明白，并将在所附的权利要求中特别指出。
附图说明
24.作为对描述的补充并为了有助于使本发明的特征更容易地可理解，根据其实践的示例性实施例，所述描述附有一组构成其整体部分的图，所述图以说明的方式而非限制的方式表示如下：
25.图1示出具有辊子的成型系统的常规图。
26.图2a示出根据本发明的可能的实施例的测量装置。图2b示出图2a的测量装置的分解图，以示意性地示出其内部元件。图2c示出根据本发明的测量装置，其耦合到轴(shaft)，由一个接一个布置的成对的辊子组成的轧制机(mill)的辊子围绕所述轴旋转。图2d示出测量装置20的视图，其包括设计成被插入通过图2c中所示的支承件中的孔的轴(轴杆(axle))。图2e示出根据本发明的实施例的测量装置的纵向截面。图2f示出根据本发明的实施例的测量装置的纵向截面，其耦合到辊子的纵向轴。
27.图3示出能合并到本发明测量装置中的三轴加速度计的示例。
28.图4示出本发明的测量装置的电子系统的可能的电源块和用于从马达获得角速度的可能的块。
29.图5示出根据本发明的实施例的测量装置的操作。
30.图6示意性地示出由测量装置的组件组成的无线监测系统，每个测量装置都耦合到受监督元件。
具体实施方式
31.不要将接下来的描述理解为限制性的，而是理解为出于描述本发明的广泛原理而提供的。接下来的实施例通过示例的方式参考前文提及的附图来描述，并且示出根据本发明的设备、系统和结果。
32.下文详细描述根据本发明的实施例的监测装置和系统，其在接下来的实施例中应用于对基于辊子的轧制/成型机的监督。本领域的技术人员将理解，该监测装置和系统可适用于其中在轴线上发生旋转移动的其它工业系统。
33.图2a示出配置成耦合到旋转系统(例如，耦合到要受监督的元件围绕其旋转的旋转轴线)的传感器或测量装置20。在图2a中，测量装置20与受监督元件(能够旋转的元件)的
支承件30一起示出。例如，测量装置20可耦合到轴，由一个接一个布置的成对的辊子组成的轧制机的辊子围绕所述轴旋转。这在图2c中示意性地示出，其中测量装置20已经被画在支承件30旁边，该测量装置20耦合到辊子60的轴。图2d示出测量装置20，其中示出其杆100，所述杆100设计成被插入通过图2c中所示的支承件30中的孔(其中没有示出装置20的杆100，以允许支承件30中的孔被看到)。例如，杆100将借助于螺纹接头耦合到辊子60的轴。备选地，装置20通过任何常规机械耦合手段耦合到辊子60。
34.通常，一个装置20可供轧制机的每个辊子60使用。图2b示出测量装置20的分解图。图2e示出装置20和其杆100的截面。该装置20由基座24组成，该基座24设计成耦合到辊子60，例如，借助于螺纹接头。备选地，基座24也可通过其它常规固定方式耦合到辊子60。基座24是可移动的(旋转的)，换句话说，它配置成随着受监督元件(例如，辊子60)的轴旋转而旋转，测量装置20耦合到所述轴(在所示实施例中通过杆100)。装置20的电子系统23被布置在基座24内侧(例如，锚定、附接或牢固耦合)。电子系统23由一个或多个印刷电路板组成，所述一个或多个印刷电路板包括捕获测量值并将其发送到远程监测系统以及为组件供电所必要的电子器件。存在一个或多个印刷电路板的事实取决于装置20的设计及其大小(对于电子系统在其中剩余的空间取决于此)。在装置20的其它元件之中，下文描述电子系统23。
35.该装置20还包括由马达(通常是微马达)22实现的发生器(也叫微发生器)。马达22是电马达。例如，它可以是交流马达，诸如步进马达。马达22提供能量，以便为组件供电，组件又从受监督元件(例如，辊子60)的旋转移动获得能量。马达22还提供受监督元件的旋转速度。为了做到这个，马达22连接到电子系统23，以便向电子系统23发送旋转速度数据和用于为电子系统23供电的能量。图2e示出可能的布线225，通过该布线225，马达22与电子系统23通信。
36.最后，装置20具有外壳21，外壳21具有保护和绝缘的目的等。外壳21例如由塑料材料制成。外壳21配置成在测量装置20的使用期间保持静止。换句话说，外壳21是测量装置20的固定部分。例如，外壳21被固定或锚定到支承受监督元件的支承件结构30。为了这样做，外壳21能合并一个或多个防旋转元件，诸如当装置20在操作中时防止外壳21移动的一个或多个机械止动件(stop)。外壳21可以用螺钉(screw)固定到支承件30，或以任何其它方式固定到支承件30，例如借助于磁铁。图2b的装置20示出由鳍状物(fin)表示的防旋转元件215的示例，该防旋转元件215允许装置20(其外壳21)停留在结构30上以防止其移动。备选地，防旋转元件可以是磁性设备或其它机械设备，诸如螺钉、其它保持设备，或固定元件(例如，螺钉)和支承元件的组合。
37.布置在可移动基座24与固定部分(外壳)21之间的轴承(bearing)25允许基座24相对于外壳21移动。如图2e中所示出的，马达22具有牢固地锚定到外壳21的固定部分(轴杆或杆)221，以及与基座24整体地移动的可移动部分222。马达22的可移动部分222通过固定设备245(诸如固定螺钉)固定到基座24。当测量装置20通过其轴杆100耦合到受监督元件(例如，辊子60)的轴时，受监督元件的驱动及其围绕其纵向轴线(z轴线)的旋转导致装置20的可移动基座24移动(旋转)，以使电子系统23和马达22的部分222与其移动(旋转)。
38.在该移动期间，测量装置20在电子系统23中获取不同参数、诸如角速度、三轴加速度以及可选地其它参数(诸如测量装置20所耦合到的受监督元件(例如，辊子60)的温度之类的参数的读数。这在之后解释。测量装置20的组件(例如，每个测量装置耦合到相应的辊
子)形成无线监测系统，在图6中通过示例的方式示意性地示出。例如，该系统旨在监督生产线中的材料成型/轧制辊子的操作，其中这些轧制元件(辊子)是过程的关键部分。因此，该系统设计成监督基于旋转元件(例如，辊子)的完整的轧制/成型机，其中多个测量装置20(传感器)可沿着链分布，以允许过程的若干元件被监测。
39.测量装置20的操作原理基于在操作条件下(即，一旦机械组件(具有其轴承的辊子)在轧制周期中)对信息进行捕获、处理和随后的无线转发(retransmission)。如下文所解释的，正是由于通过辊子的旋转的自供电的能力，该装置20能够在没有电池的情况下操作。此外，正是鉴于三轴加速度计与受监督元件(例如，辊子60)的轴线整体地旋转，获得的测量值高度精确。
40.因此，测量装置20具有旋转部分和固定部分。装置20的旋转部分(基座24、电子板23和马达22的可移动部分)通过机械连接(例如，基于螺纹接头)固定到受监督元件(本实施例中的辊子60)的旋转轴。例如，装置20的固定部分借助于防旋转设备215(例如，借助于保持元件)固定到支承受监督元件的结构。因此，由于仪器(传感器和测量仪器，包括使受监督元件的角速度能够被获得的马达22的可移动部分)在装置20的旋转部分中，相对于其中测量仪器被静态地放在辊子旁边的常规测量装置，受监督元件(在这种情况下，是辊子)的操作参数以更高的效率获得，因为本发明的装置20直接接收来自辊子的信号并且这允许测量点被完美参照。换句话说，测量装置20在旋转轴线本身上测量装置20所耦合到其上的轴的加速度(因此，辊子的加速度)，因为加速度计(被包括在电子板23上)与装置20所耦合到的轴一起旋转。此外，测量装置20通过马达22本身测量受监督元件的旋转速度(角速度)。
41.装置20的电子系统(具有其电子器件的盘(plate)23)由若干元件或块组成。其中之一是测量块本身。该测量块包括示意性地示出在图3中的三轴加速度传感器(也叫三轴加速度计)(三轴加速度计235)。可选地，它还可以包括温度传感器和/或取决于应用而可能必要的其它传感器。图3示意性地图示集成在一个或多个电子板23(电子系统)中的三轴加速度计235的操作。如所解释的，测量装置20的电子系统23位于装置20的旋转部分上，以使得当辊子60(通常是受监督元件)正旋转时，三轴加速度计235旋转。因此，装置20既正是受到受监督元件的振动的影响，又受到重力的影响。三轴加速度计235可以测量各种参数。
42.在一方面，三轴加速度计235测量与受监督元件(例如，辊子)的未对准(misalignment)相关联的第一参数(例如称为unb参数)。为了计算第一参数(与元件的未对准相关联)，只考虑加速度计235的读数的纵向轴线(辊子的旋转轴线，例如，z轴线)。该轴线与受监督元件(例如，辊子)的旋转轴线重合，并且理想地，在平衡系统的情况下，所述轴线的不同读数中的变量将随着时间的推移是恒定的。基于该测量，可计算三个指标(indicator)：(1)rms，(均方根)。它是信号的rms系数，与受监督元件根据重力平面的安装角成比例。(2)std，(标准偏差)。标准偏差旨在观察轴线的不平衡程度。(3)波峰系数。波峰系数是(最大值/rms)。旨在检测快速事件。由突然变化导致的加速度峰值。
43.三轴加速度计235使与受监督元件(例如，辊子)的振动相关联的第二参数(例如称为acc参数)能够被获得。为了计算第二参数(与元件的振动相关联)，必须考虑到x轴线和y轴线两者(即，两个轴向的轴线，其是与受监督元件围绕其旋转的纵向轴线不同的轴线)。这两个x轴线和y轴线上的读数被整合为一个单个的变量acc(在每个轴线上的测量值：abs(accx)、abs(accy)的绝对值之和)，通过该单个的变量acc变量acc提取与前述情况中的指
标相同的指标(acc＝abs(accx)+abs(accy))：
44.·
acc_rms＝rms(acc)
45.·
acc_std＝std(acc)
46.·
acc_cf＝max(acc)/rms(acc)
47.获得的指标是：(1)rms，(均方根)。acc参数或变量的rms系数。(2)std，(标准偏差)。标准偏差，旨在观察轴承的振动率。(3)波峰系数。波峰系数，(最大值/rms)。旨在检测快速事件。由突然变化、材料缺陷、轴承故障等导致的加速度峰值。
48.在本发明的实施例中，优选对提取的指标进行差异化处理(优选在远程目的地装置中)，同时考虑到被引入系统的材料和过程的速度两者。该系统能够存储每个测量装置20的原信号，以便转发所述信号以用于深入分析故障拓扑。以下是可能的：实现用于提取是对现有特征进行补充的特征的其它类型的算法。
49.装置20的电子系统(具有其电子器件的板23)也具有微控制器块。该块包括低功率的微控制器(图5中的236)。加速度和角速度是在微控制器236中计算的。它还负责将结果发送到通信设备，以用于无线递送到其它设备，例如，以用于进一步处理。
50.装置20的电子系统(具有其电子器件的板23)也具有与马达22(优选步进马达，诸如步进微马达)一起的电源块420，为系统(微控制器236、通信系统238和传感器234、235)提供必要的电源(电压)以用于工作。指出以下是重要的：系统的元件保持在低功率状态中，直到需要它们的介入。例如，加速度计235在低功率模式中，直到它必须量取测量值，或者通信模块238在低功率模式中，直到它需要被激活以发送数据。此外，马达22本身充当编码器(角速度传感器)，以使得它提供受监督元件(例如，辊子)的旋转速度。图4示出马达22和电源电路420和编码器电路(用于获得速度)415。马达(诸如步进马达22)具有提供两个相应的电压的两个相。
51.当要受监督的元件(例如，辊子)静止时，电源块420(在电子系统23中实现)处于待命状态，并且当要受监督的元件(例如，辊子)正移动时，优选在取决于应用的旋转范围中向系统供应电力。马达22的旋转范围可以变化，例如，从20到1500rpm，诸如从20到1200rpm，或从10到900rpm，或从30到600rpm，或从60到600rpm。当要受监督的元件正在移动时，装置20的可移动基座24移动，以使电子系统23和马达22的可移动部分与可移动基座24移动。然后，移动马达22的相中的一个相(图4中已经选择了相1，但可以可替换地是相2)向电子系统23的微控制器236提供其频率与要受监督的元件的旋转成比例的信号(递送到电路415的信号)。因此，马达22为微处理器236提供用于获得要受监督的元件的角速度的手段。
52.除了提供受监督元件的旋转速度外，马达22是系统(即装置20)的主要生成器，因为马达22(具体地，其转子)一旦移动并被可移动基座24拉动，就是在其相(图4中的相1和相2)的输出处提供将用于能量提取(并且也用于获得受监督装置的角速度)的正弦信号的那个马达22。
53.电力供应级(收集)420由整流级425和另一升压/降压调节级428实现。整流级425用来将信号从交流电流ac转换为直流电流dc。在图4的实现中，整流级425由两个串联的整流器电路实现(一个来自相1，并且另一个来自相2)。每一个都实现了由两个二极管和电容组成的电压提升电路(电压倍增器)，其允许马达22的相应绕组中的现有电压加倍。换句话说，马达22的每个相(相1和相2)都使用升压电路(两个升压电路彼此串联连接)，以在最小
能量损耗的情况下获得最大可能电压。因此，获得由马达22提供的某一电压(图4中的收集电压)。在整流级425之后，实现升压/降压调节级428(可使用商业集成电路)，其负责管理输出超级电容器429的电荷，以使得它既可在比超级电容器429的最大电荷电压更低的输入电压(增加输出电压)的情况下执行其功能，也可以在比超级电容器429的最大电荷电压更高的输入电压(降低输出电压)的情况下执行其功能。集成电路428又提供通知微控制器236超级电容器429是否完全充电(图4中的“超级电容器状态”)的数字输出，以使得优选地仅当超级电容器完全充电时，或至少当其电荷超过某一阈值时，才开始获取和转发信息(加速度、速度和可选地，温度和/或其它参数)的过程。在该上下文中，术语“超级电容器”用于指具有大于约1mf(1毫法)电容的电容器。
54.关于马达22的第二功能，在图4的下部中，示出用于获得马达22(发生器)的旋转速度(角速度)的作为马达22的编码器415的功能性。马达22的转子的旋转速度越高(又由受监督元件(例如，辊子60)的旋转驱动)，马达22相中的任何相的正弦信号的频率就越高。因此，从通过去耦电容器4150去耦的马达的正弦信号(在图4中从相1获得，但它可用类似的方式从相2获得)，去耦信号经窗口比较器(例如，施密特比较器)4151获得与马达22的旋转速度成比例的数字脉冲信号(脉冲波)4152。脉冲波4152被发送4153到微控制器236，以使得微控制器236考虑到马达22的分辨率(即，每转的步数)而计算辊子的速度4153。角速度是在微控制器236中从脉冲波4152的频率(每秒的脉冲)计算的。例如，角速度可从脉冲波的频率进一步应用马达22的常数来计算。
55.微控制器236负责管理传感器(加速度和可选地，温度或其它)的捕获，从加速度计的测量值获得加速度，以及从马达22获得的脉冲波获得角速度信号。它还负责处理并通过是电子系统23的一部分的通信块(收发器，其优选在射频rf中操作)(图5中的238)发送(转发)处理的信息。在一个可能的实施方式中，微控制器236通过从信号中提取对应于旋转敏感轴线(x轴线和y轴线)和元件的静态轴线(z轴线)两者的rms、标准偏差和波峰系数来处理来自加速度计235的读数，以便提供受监督元件(例如，辊子60)的状态指标。在另一可能的实施方式中，微控制器236也可从传感器获取并转发对应于测量周期的原数据。
56.电子系统23的通信块238用于无线传输和接收(收发器)测量值和任何其它要在一个方向或另一方向发送的信息。在一个可能的实施方式中，收发器在射频(rf)中操作。备选地，它可以根据其它无线通信协议(诸如蓝牙、wi-fi和其它)操作。例如，通信块238将具有测量值的信号发送到远程数据收集器。举例来说，它可以在具有专有协议的ism波段(868mhz)中工作。
57.图5中示意性地示出耦合到受监督元件(例如，辊子60)的旋转轴的测量装置20在其使用期间的操作，其中示出微马达(或微发生器)22、受监督元件60(其表示测量装置20的旋转，因为测量装置20耦合到元件60并与元件60整体地旋转)和电子系统23的各个部件(其与元件60整体地旋转)。考虑到其中受监督元件是辊子的特殊情况而描述了它。一旦辊子60开始旋转，测量装置20就开始给超级电容器429充电，并且当它达到某一电平时，电子器件然后就启动。电子器件是通过由电源系统420提供的能量来通电的。换句话说，测量装置20是通过辊子60的旋转来供电(或“自供电”)的，辊子60使马达22的转子旋转，马达22的转子又通过电源或收集电路420给超级电容器429充电，以使得它在没有电池或其它电力供应设备的情况下操作。一旦电源稳定下来，在编码器电路415以及在微控制器236中通过由马达
22和编码器电路415提供的脉冲读取角速度，从而导致组件的rpm的计算。一旦微控制器236中的角速度已经被计算出来，来自三轴传感器235的加速度就在对应于辊子60至少一次旋转的时间窗口期间被读取。备选地，在速度计算之前或速度计算期间测量加速度。如果装置20合并温度传感器234，则读取温度传感器234并将其测量值提供给微控制器236。如果装置20包括其它传感器，则其读数和测量值也被提供给微控制器236。
58.如上文所解释的，加速度计235的测量值反映在取决于它们的效用的两种类型的输出变量中。在一方面，对应于辊子的纵向轴线的加速度的轴线(图3中的z轴线)作为系统的不平衡的指标被关联起来，又具有以下标记作为参考kpi：(a)rms值。加速度的有效值指标。该值与元件相对于重力的倾斜程度成比例。(b)std值或标准偏差。该值理想地应是0。该kpi中的任何增加将指示辊子的未对准。(c)峰值因子。将rms值与最大值相关的系数。该指标旨在检测虚假的不平衡。在另一方面，轴向加速度(图3中的x轴线和y轴线)被共轭(conjugate)，以便获得单个加速度，其旨在测量与不平衡无关的辊子缺陷。它具有与先前的措施相同的kpi：(a)rms值。加速度的有效值指标。该值或多或少地与辊子的负载成比例地作用(其除了别的以外可由材料的类型、辊子的距离等确定)。(b)std值或标准偏差。该值理想地应等于在振幅为1g的情况下在正弦信号中存在的标准偏差(因为当加速度计旋转时标准偏差对重力敏感)。在该kpi中的任何显著的增加将指示在材料和辊子两者中的粗糙度或不完善。(c)峰值因子。将rms值与最大值相关的系数。该指标旨在检测虚假的故障。一旦变量的获取(例如，在传感器234、235中)和计算(在微控制器236中)是完全的，结果就通过通信块238(在图6中由收发器238和天线239来示意性地表示)无线发送。当该时期结束时，测量周期又再次开始。
59.图6示意性地示出由测量装置20的组件组成的无线监测系统700，每个测量装置20都耦合到受监督元件(能够旋转的元件)，例如，辊子60。因此，监测系统700监督一条或多条生产线上的旋转元件(例如，材料成型/轧制辊子)的操作。测量装置20中的每个测量装置将在其相应的微处理器中获取、处理和/或计算的数据发送到接入点710，诸如网关或网桥。接入点710至少具有一个无线通信块，该无线通信块根据与测量装置20相同的通信协议操作，以使得它接收来自不同测量装置20的数据。接入点710优选在机器或线层级。主要用作信息接收器的接入点710例如通过工业通信协议从传感器20获取信息并将其存储在共同的数据库中，该数据库可以从任何外部系统访问。这允许将由系统的传感器20获得的辊子60队列(train)的行为与由机器的中央单元控制的过程参数进行比较。因此，过程中的若干元件(例如，辊子)被同时监测。接入点710可以另外具有某一存储和/或处理能力。来自辊子的数据可经由接入点710发送到监测系统的其它元件，诸如数据服务器720(例如，在工厂层级处)和/或云数据服务器730(例如，用于从工厂以外的位置进行远程监督)。
60.指出以下是重要的：由于当确定系统的正常行为模式时，操作状态(板材类型、厚度、材料等)是相关的，因此有必要将由系统700获得的测量值与机器本身的参数化相关联，甚至与插入成型机器中的原材料的参考相关联。为了解决这一挑战，测量装置20(以及作为整体的系统700)提供了必要的工业连接性，所述工业连接性用于将传感器数据提取到系统的plc和可深入分析过程的状态的人工智能系统两者。
61.在该上下文中，词“约”应在指示非常接近该词所附术语的值的意义上理解。换句话说，必须接受在合理限度内与准确值的偏差，因为本领域的技术人员将理解，由于例如测
量不准确或电子器件的限制，与所指示的值的这样的偏差是不可避免的。这同样适用于术语“大约”和“基本上”。
62.在该上下文中，词“包括(comprises)”及其变体(诸如“包括(comprising)”等)不应在排他性的意义上理解，即，它们不排除所描述的内容包括其它元件、步骤等的可能性。
63.此外，本发明并不局限于本文中所描述的具体的实施例，而是涵盖例如在可以从权利要求中推断出的范围内具有本领域平均技能的人可以进行的变型(例如，在选择材料、尺寸、部件、设计等方面)。

技术特征：
1.一种要耦合到受监督元件(60)的测量装置(20)，所述受监督元件(60)能够围绕所述受监督元件(60)的轴线旋转，所述测量装置(20)包括基座(24)，通过所述基座(24)，所述测量装置(20)能够耦合到所述受监督元件(60)，其中在所述测量装置(20)的使用中，当所述受监督元件(60)围绕所述轴线旋转时，所述基座(24)与所述受监督元件(60)整体地旋转；电子系统(23)，其固定到所述基座(24)，以使得当所述基座(24)旋转时，所述电子系统(23)与所述基座(24)整体地旋转，其中所述电子系统(23)包括三轴加速度计(235)、微控制器(236)、无线通信设备(238)和电源系统(420)，所述三轴加速度计(235)配置成捕获测量值并将所述测量值提供给所述微控制器(236)，所述微控制器(236)又对所述测量值进行处理并将所述测量值发送到所述无线通信设备(238)；外壳(21)，其配置成在所述基座(24)的旋转期间保持静止；以及马达(22)，其包括耦合到所述外壳(21)的第一部分(221)和耦合到所述基座(24)的第二部分(222)，所述马达(22)配置成使得当所述基座(24)由所述受监督元件(60)的所述旋转驱动而旋转时，所述马达(22)的所述第二部分(222)与所述基座(24)整体地旋转，所述马达(22)连接到所述电子系统(23)并且所述马达(22)充当向所述电源系统(420)提供电力的电力发生器，所述电源系统(420)又向所述微控制器(236)、所述三轴加速度计(235)和所述无线通信设备(238)供电。2.根据权利要求1所述的测量装置(20)，进一步包括超级电容器(429)，所述超级电容器(429)配置成存储来自所述马达(22)且由所述电源系统(420)提供的所述电力。3.根据权利要求1-2中任一项所述的测量装置(20)，进一步包括温度传感器(234)，所述温度传感器(234)布置在所述电子系统(23)中，并且配置成在所述测量装置(20)的使用中量取温度测量值并将所述温度测量值提供给所述微控制器(236)和/或提供给所述无线通信设备(238)。4.根据权利要求1-3中任一项所述的测量装置(20)，其中所述电子系统(23)进一步包括设备(415)，所述设备(415)用于从所述马达(22)的正弦信号获得与所述马达(22)的所述角速度成比例的脉冲波(4152)并将所述脉冲波(4152)递送(4153)到所述微控制器(236)以计算所述受监督元件(60)的所述角速度。5.根据权利要求1-4中任一项所述的测量装置(20)，其中所述电源系统(420)包括整流器电路(425)和升压-降压调节器电路(428)。6.根据权利要求5所述的测量装置(20)，其中所述整流器电路(425)由在所述马达(22)第一相的所述输出处的第一整流级和在所述马达(22)的第二相的所述输出处的第二整流级的串联布置形成。7.根据权利要求5所述的测量装置(20)，其中所述升压-降压调节器电路(428)配置成管理输出超级电容器(429)的所述电荷，使得所述升压-降压调节器电路(428)既能在输入电压低于所述超级电容器(429)的所述最大电荷电压的情况下执行所述超级电容器(429)的功能从而增加所述输出电压，又能在输入电压高于所述超级电容器(429)的所述最大电荷电压的情况下执行所述超级电容器(429)的功能从而降低所述输出电压。8.根据权利要求1-7中任一项所述的测量装置(20)，其中所述马达(22)配置成以20rpm和1500rpm之间的速度操作。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的测量装置(20)，其中所述马达(22)是步进马达。10.根据权利要求1-9中任一项所述的测量装置(20)，其中所述受监督元件(60)是轧制或成型机器的辊子。11.一种无线监测系统(700)，其包括耦合到相应的多个受监督元件(60)的多个根据权利要求1-10中任一项所述的测量装置(20)，所述系统(700)配置成使得在所述测量装置(20)的使用中，每个测量装置(20)将所述获取的、处理的和/或计算的数据发送到接入点(710)，所述接入点(710)包括配置成与所述测量装置(20)通信的无线通信块。12.根据权利要求11所述的系统(700)，其中所述接入点(710)配置成获取来自所述测量装置(20)的所述信息并将所述信息存储在数据库中。

技术总结
本发明涉及测量装置，包括：测量装置通过其能够通过测量装置的轴杆耦合到受监督元件的基座，在测量装置的使用中，当受监督元件围绕轴线旋转时基座与受监督元件整体地旋转；固定到基座以使得当基座旋转时与基座整体地旋转的电子系统，其包括配置成捕获测量值并提供给微控制器的三轴加速度计、微控制器、无线通信设备和电源系统，微控制器又对测量值进行处理并发送到无线通信装置；外壳；以及包括耦合到外壳的第一部分和耦合到基座的第二部分马达，其配置成使得当基座由受监督元件的旋转驱动而旋转时第二部分与基座整体地旋转，其连接到电子系统并且充当提供电力的电力发生器，电源系统又向微控制器、三轴加速度计和无线通信设备供电。设备供电。设备供电。


技术研发人员：O
受保护的技术使用者：泰克纳利尔研究与创新基金会
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/10/19