ES2352157T3 - Método y disposición para determinar el movimiento rotacional. - Google Patents

Abstract

Un método para detectar movimiento giratorio, que comprende los pasos de 5 colocar un sensor (2) en el extremo de un eje de giro de un objeto (1) giratorio y a una distancia del eje de giro, colocar un detector (3) externamente al extremo del eje de giro del objeto giratorio de tal manera que la distancia entre el sensor y el detector cambie cuando el objeto gira alrededor de su eje de giro, 10 transmitir una interrogación desde el detector (3) al sensor (2), recibir la interrogación con el sensor (2) y, en respuesta a la recepción de la interrogación, transmitir una respuesta desde el sensor (2) al detector (3), determinar la potencia usada en la señalización, y detectar movimiento de giro basándose en un cambio en la potencia de la señalización, caracterizado porque el método comprende también pasos en los cuales el detector transmite una interrogación a intervalos regulares y se cambia la potencia de transmisión de la interrogación transmitida por el detector (3) en respuesta a la respuesta transmitida por el sensor (2) de tal manera que si se recibe una respuesta procedente del sensor, se reduce la potencia de transmisión de la siguiente 20 interrogación, y si no se recibe respuesta del sensor, se aumenta la potencia de transmisión de la siguiente interrogación, en cuyo caso la potencia que está siendo determinada es la potencia de transmisión del detector.

Description

ANTECEDENTES DEL INVENTO

El invento se refiere a la determinación del movimiento de giro de un objeto y, en concreto, a una forma preferible de proporcionar duplicación de la medición de velocidad relacionada con la seguridad de máquinas.

5 Las mediciones de velocidad sin contacto convencionales están basadas en soluciones inductivas, capacitivas, magnéticas o que emplean luz, en las cuales un detector, en otras palabras un conmutador de proximidad de corta distancia, está colocado típicamente muy cerca del eje de un objeto giratorio, y el paso de una contraparte o contrapartes sujeta a la superficie cilíndrica del eje se puede detectar

10 con precisión como pulsos del detector. Esta contraparte se puede caracterizar como una parte pasiva del sistema. En este tipo de medición de velocidad una frecuencia de pulso típica es un pulso por giro del eje, en cuyo caso la medición recibe el nombre de medición de pulso disperso. Debido a la naturaleza de la medición de pulso disperso, ésta no es muy precisa, y existen retrasos en la medición cuando cambia la velocidad.

15 El propósito de este tipo de medición de movimiento giratorio es proporcionar información sobre el movimiento de giro real y no tanto un resultado de medición preciso de la velocidad exacta del giro que se pueda usar, por ejemplo, como información de realimentación para el control de la velocidad. Típicamente, la función de la medición de pulso disperso convencional es producir un segundo resultado de

20 medición relacionado con la seguridad de máquinas. En algunas condiciones de funcionamiento se necesitan a menudo dos mediciones independientes de la velocidad de giro y éstas están relacionadas, por ejemplo, con el funcionamiento de equipo de seguridad.

Para la duplicación de la medición no es necesario implementar ambas 25 mediciones duplicadas con detectores precisos y, a menudo, caros, cuando la segunda medición se usa sólo para detectar el movimiento de giro.

Generalmente se usan tacómetros de contacto y detectores de pulsos para realizar mediciones precisas. Además, se puede fijar al eje un anillo codificado magnetizado u otro anillo codificado sin contacto. El uso de un dispositivo de este tipo

30 corresponde a las citadas soluciones de contacto en vista de sus costes relativamente grandes y de la dificultad de su instalación. Los documentos JP2006195798 y WO2006061737 describen dos dispositivos de medición de velocidad sin contacto convencionales.

De esta forma, para conseguir seguridad de máquina y mediciones duplicadas, es necesario producir un método de medición fiable que sea sencillo de instalar y barato y fiable. BREVE DESCRIPCIÓN DEL INVENTO

5 De esta manera, es un objeto del invento desarrollar un método y un aparato que implemente el método de tal forma que se solucionen los problemas anteriores. El objeto del invento es alcanzado por un método y un sistema que están caracterizados por lo que se indica en las reivindicaciones independientes. En las reivindicaciones dependientes se explican realizaciones preferentes del invento.

10 El invento se basa en la idea de que a un objeto giratorio se le coloca un sensor, típicamente en el extremo de su eje, para responder a las interrogaciones hechas por un detector situado externamente al extremo del eje. Basándose en la potencia de estas interrogaciones es posible determinar la posición del sensor con respecto al detector, por lo cual el movimiento de giro es indicado como una variación

15 de velocidad. La combinación de un sensor y un detector es preferiblemente del tipo RFID utilizada para identificar objetos colocando en el objeto un sensor con un identificador y leyendo la información del identificador mediante el detector. Una ventaja del método y sistema del invento es la considerable simplicidad de la instalación del equipo necesario. La instalación no requiere alineamientos o

20 mediciones exactas. La colocación mecánica del detector y del sensor no es crítica para el funcionamiento del sistema y del método. En el sistema también es posible utilizar sensores de tamaños diferentes sin necesidad de ningún ajuste especial. Los dispositivos utilizados en el invento se pueden fabricar muy tolerantes con respecto al medio ambiente, porque los citados dispositivos no dependen de cojinetes

25 o de otras partes mecánicas que sufran desgastes. Esto es una ventaja significativa en el uso industrial, por ejemplo, donde las condiciones para los dispositivos de medida son a menudo difíciles. El aparato del invento es inmune a la vibración y a las correspondientes perturbaciones de los objetos que se están midiendo. Por ejemplo, las vibraciones

30 pueden ser provocadas por las vibraciones de los ejes y de la transmisión de un rodillo que se esté midiendo. El equipo también es sencillo de mantener, porque es suficiente con limpiarlo cuando se hace una limpieza general.

El detector del sistema se puede colocar en condiciones más fáciles que aquellas del eje que se está midiendo, en otras palabras, detrás de un plexiglás, por 35 ejemplo.

El cableado del sistema del invento hacia el controlador del sistema sólo requiere dos pares, uno para el suministro de potencia auxiliar y uno para señalización. BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

5 Se describirá ahora el invento con mayor detalle por medio de realizaciones

preferentes y haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales: La figura 1 muestra una vista general del sistema del invento, y La figura 2 muestra una vista general de las curvas de potencia a obtener.

DESCRIPCION DETALLADA DEL INVENTO

10 La figura 1 muestra una vista general de la configuración del sistema del invento. En el sistema, un sensor 2 está situado en el extremo de un eje 1. Un detector 3 está a su vez fijado en su sitio de tal manera que es externo al extremo del eje y a la superficie envolvente del eje. El sensor está colocado en un objeto giratorio, tal como el extremo del eje de un rodillo, de tal manera que cuando el objeto gira la distancia

15 entre el sensor y el detector varía con el ángulo de posición del objeto. El sensor 2 está además instalado de tal forma que puede leer el detector 3. El detector está conectado a través de una conexión de señalización a un controlador 4 de sistema y el controlador de sistema está además conectado a través de una conexión de señalización a un controlador de proceso o a un sistema de alto nivel correspondiente.

20 El detector y el sensor utilizados en el invento son partes de un sistema RFID (Identificación por Radio Frecuencia) y operan de tal forma que el detector está activo y transmite una interrogación en una frecuencia de sistema. El sensor recibe la interrogación y obtiene de dicha interrogación la energía que necesita para su propia transmisión, y responde a la interrogación sobre un trayecto radio de una forma

25 predefinida. En aplicaciones conocidas relacionadas con identificación de objetos, un sensor RFID transmite su código de identificación único a un detector en respuesta a una interrogación del detector. De acuerdo con el método del invento, el movimiento de giro se determina basándose en la potencia de transmisión entre un detector y un sensor. En el método

30 y sistema del invento, el punto de interés no es tanto la información transmitida por el sensor, sino la potencia de transmisión del detector o del sensor, a partir de la cual se determina el movimiento de giro de acuerdo con el invento.

En una realización del método del invento, el detector transmite una interrogación a intervalos de tiempo regulares, y la potencia de transmisión del 35 detector 3 se ajusta de tal forma que sea sólo la suficiente para que el sensor 2 reciba la interrogación del detector. Cuando el sensor responde a la interrogación, la potencia de transmisión de la siguiente interrogación se reduce en una cantidad preestablecida, por ejemplo un escalón de 3 dB. Si no se recibe respuesta del sensor a la interrogación del detector, la potencia de transmisión se aumenta a su vez en una 5 cantidad pre-establecida, por ejemplo un escalón de 1 dB. Cuando continúa el funcionamiento en la forma descrita anteriormente reduciendo y aumentando la potencia de transmisión dependiendo de la respuesta o no respuesta del sensor, se obtiene una curva de onda senoidal cíclica de la gráfica de potencia de la interrogación periódicamente transmitida, y la frecuencia de la curva corresponde a la frecuencia de

10 giro del objeto giratorio, y de esta forma la curva indica el giro del objeto. La potencia de transmisión se ajusta de acuerdo con la realización en respuesta a si se recibe o no una respuesta a la interrogación enviada por el detector. La cantidad de potencia de transmisión necesaria es aproximadamente proporcional al cuadrado de la distancia. La menor potencia de transmisión posible para establecer

15 una conexión está entonces en su mínimo cuando el sensor situado sobre el eje está más cerca del detector. De forma similar, cuando la distancia entre el detector y el sensor está en su máximo, la menor potencia de transmisión posible para establecer una conexión está entonces también en su máximo. De acuerdo con un método conocido, el detector 3 transmite interrogaciones a

20 intervalos regulares utilizando una potencia constante. El sensor 2 recibe la interrogación y transmite su respuesta al detector 3. En este ejemplo, se determina la potencia recibida por el detector para detectar y determinar el movimiento de giro. En la forma anteriormente explicada existe una relación cuadrática entre la potencia y la distancia, por la cual la potencia recibida por el detector cambia cuando cambia la

25 distancia entre el detector y el sensor como resultado del movimiento de giro. De esta forma, midiendo la potencia recibida se obtiene una curva de onda senoidal con un ciclo que corresponde a un giro del objeto giratorio.

En una realización del sistema del invento, el controlador 4 ajusta la potencia de transmisión del detector 3 en la forma anteriormente explicada y recoge información 30 sobre si se recibió o no una respuesta a la interrogación transmitida. El controlador de sistema determina a partir de la información sobre potencia recogida la velocidad de giro y transmite ésta a un nivel de control superior. Además de la velocidad de giro, también es posible definir cantidades derivadas dependientes, tales como aceleración angular, velocidad de funcionamiento, o ángulo de giro. Dichas cantidades derivadas

también se pueden definir en el controlador 4 de sistema, de modo que el controlador del sistema transmita valores calculados al nivel superior. La realización del sistema y del método en la cual se busca la menor potencia de transmisión posible, también funciona incluso en conexión con perturbaciones

5 electromagnéticas relativas. El sistema también es inmune a la suciedad, dado que la suciedad es típicamente transparente a la radiación electromagnética. Resulta evidente que hay que dejar algo de espacio para necesidades de ajuste para condiciones variables con el propósito de aumentar los niveles de señal.

Debido a que la señalización es digital, el nivel de decisión está siempre libre.

10 La comprensión de interrogaciones y respuestas termina cuando el cociente señal-ruido de la respuesta es menor que aproximadamente 15 dB. La potencia transmitida a la contraparte es al menos 6 dB mayor que esto, es decir, el cociente señal-ruido de la interrogación es de al menos 22 dB. La velocidad de giro, o velocidad angular, se calcula basándose en la curva de

15 potencia obtenida, de tal manera que el ángulo de giro obtenido directamente a partir de la curva de potencia se divide entre el tiempo de giro transcurrido. En otras palabras, el ciclo de la curva de potencia obtenida se estudia por ejemplo desde el menor valor de la potencia usada hasta el siguiente menor valor, cuando el objeto que gira ha completado un giro. De esta forma el tiempo transcurrido durante este ciclo es

20 el tiempo de un giro, y se puede calcular con facilidad la velocidad angular. En lugar de un giro completo, también es posible definir el tiempo desde el pico de la potencia de transmisión mínima hasta su menor valor, cuando el objeto ha completado medio giro. Las resoluciones de las mediciones de ángulo y de velocidad dependen de la frecuencia de las interrogaciones, del intervalo de actualización y de la resolución de

25 potencia. Un segundo ejemplo determina la cantidad de potencia recibida por el detector, y el controlador de sistema calcula a partir de la curva de potencia obtenida la velocidad de giro y las posibles cantidades derivadas de la forma antes explicada. De acuerdo con ello, también es posible que el controlador de sistema calcule la velocidad

30 de giro, y las cantidades derivadas se calculen a un nivel superior. Cuando se usa el invento, con una selección adecuada de la tasa de bits, de la frecuencia de transmisión, es decir, la frecuencia de la onda portadora, y de la frecuencia de la interrogación, es posible influir en la resolución temporal y en la velocidad máxima que se está midiendo. En cualquier caso, el invento proporciona una

35 mejor resolución angular que los métodos de pulsos dispersos tradicionales.

De acuerdo con una realización del sistema del invento, se colocan dos sensores 2, 5 en un objeto giratorio. El uso de dos sensores también permite averiguar la dirección de giro del objeto giratorio. Las posiciones relativas de estos dos sensores no tienen por qué estar definidas con exactitud. Una adecuada diferencia angular entre

5 los sensores es por ejemplo aproximadamente 60 a 90 grados con respecto al eje de giro. Se puede determinar la dirección de giro, dado que cada sensor sólo responde a sus propias interrogaciones. Las curvas de potencia relacionadas con cada sensor tienen entonces una diferencia de tiempo que corresponde a la diferencia de ángulo de fase de los sensores. Se puede detectar la dirección de giro a partir del orden de los

10 picos de las curvas senoidales de potencia, por ejemplo. Una realización de un sistema y método de este tipo proporciona la ventaja de que esto se puede implementar con un solo detector.

La figura 2 muestra una vista general de las curvas 12, 15 de potencia obtenidas con el invento. Estas curvas de potencia se han obtenido usando dos 15 sensores 2, 5. La figura muestra que la dirección de giro del objeto giratorio es tal que el sensor que proporciona la curva 12 de potencia alcanza el punto más cercano al detector antes de que el sensor proporcione la curva 15 de potencia. Las curvas de la figura 2 no contienen la discretización típica del sistema y del método, sino que las curvas están conformadas como ejemplos continuos. Sin embargo, es evidente qué

20 tipo de curvas formadas por puntos discretos produce el invento. El intervalo de tiempo entre los puntos discretos de estas curvas de potencia obtenidas con el invento es constante cuando se usa una frecuencia de interrogación constante.

En lo anterior se describe el invento haciendo referencia a los componentes de un sistema RFID en particular. Sin embargo, el invento también se puede implementar 25 con otras técnicas correspondientes, en las cuales la energía de la interrogación se

utilice en la transmisión de la respuesta.

El objeto giratorio cuyo giro puede ser determinado por el invento puede ser casi arbitrario. El objeto giratorio puede ser un carrete o un rodillo con un radio de eje de giro de al menos aproximadamente 5 cm.

30 Resulta evidente para una persona con experiencia en la técnica que, según avanza la tecnología, la idea básica del invento se puede implementar de muchas maneras diferentes. De esta forma el invento y sus realizaciones no están restringidos a los ejemplos anteriormente descritos, sino que pueden variar dentro del alcance de las reivindicaciones.

35

Claims (8)

1. Un método para detectar movimiento giratorio, que comprende los pasos de 5 colocar un sensor (2) en el extremo de un eje de giro de un objeto (1) giratorio y a una distancia del eje de giro,

colocar un detector (3) externamente al extremo del eje de giro del objeto giratorio de tal manera que la distancia entre el sensor y el detector cambie cuando el objeto gira alrededor de su eje de giro,

10 transmitir una interrogación desde el detector (3) al sensor (2), recibir la interrogación con el sensor (2) y, en respuesta a la recepción de la interrogación, transmitir una respuesta desde el sensor (2) al detector (3), determinar la potencia usada en la señalización, y detectar movimiento de giro basándose en un cambio en la potencia de la

15 señalización, caracterizado porque el método comprende también pasos en los cuales el detector transmite una interrogación a intervalos regulares y se cambia la potencia de transmisión de la interrogación transmitida por el detector (3) en respuesta a la respuesta transmitida por el sensor (2) de tal manera que si se recibe una respuesta procedente del sensor, se reduce la potencia de transmisión de la siguiente

20 interrogación, y si no se recibe respuesta del sensor, se aumenta la potencia de transmisión de la siguiente interrogación, en cuyo caso la potencia que está siendo determinada es la potencia de transmisión del detector. 2.Un método como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizado porque la potencia de transmisión se reduce en respuesta a la recepción de una

25 respuesta procedente del sensor más de lo que se aumenta la potencia de transmisión en respuesta a no recibir una respuesta, preferiblemente la potencia de transmisión se reduce por escalones de 3 dB y se aumenta por escalones de 1 dB.

3.Un método como se reivindica en la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el método también comprende un paso de determinar la velocidad de giro del 30 objeto giratorio basándose en la potencia determinada, mientras que la potencia

determinada cambia en función del ángulo de posición del objeto giratorio.

4.Un método como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el objeto giratorio tiene dos sensores (2, 5) colocados en él y las interrogaciones de los sensores se producen usando códigos que se diferencian

35 unos de otros, por lo que el detector (3) está dispuesto para transmitir las

interrogaciones de forma alternativa a los sensores para determinar dos potencias diferentes usadas en la señalización, y la dirección de giro del objeto giratorio se determina a partir de las dos potencias.

5.Un método como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a

5 4, caracterizado porque el sensor es un componente pasivo que recibe energía procedente de la interrogación transmitida por el detector, y el sensor y el detector son en concreto componentes RFID.

6.Un sistema para detectar movimiento de giro, que comprende un sensor (2) colocado en el extremo de un eje de giro de un objeto (1)

10 giratorio a una distancia del eje de giro, un detector (3) colocado externamente al extremo del eje de giro del objeto giratorio de una manera tal que la distancia entre el sensor (2) y el detector (3) cambia cuando el objeto gira alrededor de su eje de giro, de modo que el detector (3) está dispuesto para transmitir una interrogación al sensor

15 (2), el sensor (2) está dispuesto para recibir la interrogación y en respuesta a la recepción de la interrogación, el sensor está dispuesto para transmitir una respuesta al detector (3), y el sistema también comprende medios para determinar la potencia usada en la señalización, y

20 medios para detectar movimiento de giro basándose en un cambio en la potencia de señalización, caracterizado porque el detector (3) está dispuesto para transmitir una interrogación a intervalos regulares, y la potencia de la interrogación transmitida por el detector (3) está dispuesta para que se pueda ajustar de tal forma que cuando el detector (3) recibe una respuesta, se reduce la potencia de la siguiente

25 interrogación, y si el detector (3) no recibe una respuesta, se aumenta la potencia de la siguiente interrogación, de modo que la potencia de señalización usada que es determinada en el sistema es la potencia usada por el detector en la interrogación. 7.Un sistema como se reivindica en la reivindicación 6, caracterizado porque la potencia de transmisión del detector (3) se reduce en respuesta a la

30 recepción de una respuesta más de lo que se aumenta en respuesta a no recibir una respuesta, preferiblemente la potencia de transmisión se reduce por escalones de 3 dB y se aumenta por escalones de 1 dB.

8.Un sistema como se reivindica en la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque el sistema también comprende un controlador (4) de sistema que tiene una 35 conexión de señalización con el detector y está dispuesto para determinar la velocidad

50

1

de giro del objeto giratorio basándose en la potencia usada en la señalización, mientras que la potencia determinada cambia en función del ángulo de posición del objeto giratorio.

9.

Un sistema como se reivindica en la reivindicación 6 ó 7, caracterizado

porque dos sensores (2, 5) están colocados en el objeto giratorio y los sensores están colocados a un ángulo uno de otro con respecto al eje de giro, por lo que el detector está dispuesto para transmitir interrogaciones de forma alternativa a los sensores con códigos de identificación únicos, y el sistema determina dos potencias usadas en la señalización para determinar la dirección de giro del objeto giratorio.

0.

1

Un sistema como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 6

a 9, caracterizado porque el sensor (2, 5) es un componente pasivo que recibe energía para su transmisión de la interrogación transmitida por el detector, de modo que el sensor y el detector son en concreto componentes RFID.