DD224924A1

DD224924A1 - Beruehrungslos schaltender taster

Info

Publication number: DD224924A1
Application number: DD26442284A
Authority: DD
Inventors: Rolf Kuester; Christoph Kinze; Hartmut Preuss
Original assignee: Forsch Entwickl U Rationalis D
Priority date: 1984-06-22
Filing date: 1984-06-22
Publication date: 1985-07-17

Abstract

Die Erfindung betrifft einen beruehrungslos schaltenden Taster zum genauen Positionieren von Gegenstaenden oder zum Anzeigen bestimmter Positionen von Gegenstaenden. Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen in der Schaffung eines schaltenden Tasters, der beruehrungslos, verschleiss- und prellungsfrei sowie ohne Funkenbildung schaltet, wesentlich genauer als uebliche Endschalter und erheblich billiger als bekannte messende oder schaltende Taster ist und ein zuverlaessiges Arbeiten auch bei grosser Schalthaeufigkeit gestattet. Geloest wird die Aufgabe dadurch, dass ein beweglicher Tastbolzen mit einer oder mehreren Oeffnungen senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung versehen wird, der sich in einem den Bezugspunkt verkoerpernden Gehaeuse bewegt, in dem eine geeignete Strahlungsquelle und ein geeigneter optoelektronischer Empfaenger so angeordnet sind, dass bei einer oder bei mehreren Stellungen des Tastbolzens der von der Strahlungsquelle ausgesendete Strahlungsfluss durch die Tastbolzenoeffnungen auf die Empfaengerflaeche treffen kann. Der Schaltvorgang erfolgt, indem eine Koerperkante der Oeffnung als Schattenbild auf die strahlungsempfindliche Empfaengerflaeche projiziert wird, wenn eine bestimmte Tastbolzenposition erreicht ist. Die Lage des Schattenbildes ist von der Tastbolzenposition abhaengig und beeinflusst das Ausgangssignal des Empfaengers. Schaltpunkt ist ein vereinbarter Signalpegel des Empfaengersignals.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen berührungslos schaltenden Taster, der vorrangig zum genauen Positionieren von Gegenständen oder zum Anzeigen bestimmter Positionen von Gegenständen angewendet werden kann. Der vorwiegende Einsatz liegt im Werkzeugmaschinenbau sowie im Rationalisierungsmittelbau, wo solche Aufgaben zu lösen sind. Ein weiteres Gebiet ist die Qualitätssicherung, speziell der Einsatz in Mehrstellenprüfgeräten, wo geprüft werden soll, ob eine Abweichung vom Sollmaß vorliegt und wenn sehr viele Meßstellen vorhanden sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind technische Lösungen bekannt, bei denen ein Tastbolzen beweglich in einem den Bezugspunkt bildenden Gehäuse untergebracht ist und durch den zu positionierenden Gegenstand solange bewegt wird, bis ein elektrischer Kontakt durch den Tastbolzen mechanisch geöffnet oder geschlossen wird. Die elektrischen Kontakte sind bei geringen Anforderungen an die Positioniergenauigkeit aus Kupfer- und Kupferiegierungen und bei höheren Genauigkeitsanforderungen mit speziellen GoId- und Berylliumkontaktierungen versehen.

Die bekannten technischen Lösungen haben den Nachteil, daß entweder die Positionierunsicherheiten groß sind, bzw. daß bei geringen Positionierunsicherheiten eine aufwendige Präzisionsmechanik mit speziellen Kontaktierungen erforderlich wird. Außerdem ist ein häufiges Nachjustieren erforderlich, da die Kontaktelemente mechanisch belastet werden und verschleißen. Das sogenannte „Prellen" und die Funkenbildung beim Schaltvorgang stellen weitere Nachteile dar.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen schaltenden Taster zu schaffen, der zum genauen Positionieren von Gegenständen oder zum Anzeigen einer bestimmten Position von Gegenständen eingesetzt werden kann, der wesentlich genauer als übliche Endschalter und durch einen einfachen mechanischen Aufbau billiger als die für meßtechnische Zwecke bekannten messenden oder schaltenden Taster ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen schaltenden Taster zu entwickeln, bei dem der Schaltvorgang berührungslos, verschleiß- und prellungsfrei sowie ohne Funkenbildung erfolgt. Durch einen einfachen mechanischen Aufbau sollen kleine Tasterabmessungen, große Tasterwege sowie hohe Genauigkeiten des Positioniervorganges und ein zuverlässiges Arbeiten auch bei großer Schalthäufigkeit ermöglicht werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein beweglicher Tastbolzen mit einer oder mehreren Öffnungen senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung versehen wird und eine oder mehrere geeignete Strahlungsquellen (z. B.

Luminiszensdioden, Laserdioden) und eine oder mehrere optoelektronische Empfänger (z. S. Fotodioden, Differentialfotodioden) in einem den Bezugspunkt verkörpernden Gehäuse angeordnet sind, wobei der Tastbolzen durch eine in dem Gehäuse befindliche Druckfeder in seiner Ausgangsstellung gehalten wird. Strahlungsquellen und optoelektronische Empfänger sind so angeordnet, daß jeweils eine Strahlungsquelle, ein Empfänger und bei einer bestimmten Tastbolzenstellung die Tastbolzenöffnung auf einer gemeinsamen Mittelachse liegen.

Der Schaltvorgang erfolgt, indem der Tastbolzen durch den zu positionierenden Gegenstand im Gehäuse verschoben wird, wobei der Strahlungsfluß der Strahlungsquelle erst auf den Empfänger trifft, wenn die Öffnung des Tastbolzens den Empfänger erreicht. Die Körperkante der Öffnung wird bei Erreichen dieser Position als Schattenbild auf die strahlungsempfindliche Empfängerfläche projiziert. Die Lage des Schattenbildes ist damit von der Tastbolzenposition abhängig. Bei der Verwendung von diffusem Licht kann eine optische Vergrößerung erreicht werden, wenn die Öffnungen ihre kleinsten Abmessungen im Bereich der Strahlungsquelle haben, bei einer maßstabgerechten Abbildung sind die Öffnungen so angeordnet, daß ihre kleinsten Abmessungen im Bereich des Empfängers liegen.

Das von der Tastbolzenposition abhängige Ausgangssignal des Empfängers kann mittels bekannter Analog-Digital-Wandler in einen digitalen Wert umgesetzt werden, in diesem Fall besitzt der Taster einen eigenen Meßbereich, der von der optischen Abbildung und von der Länge der strahlungsempfindlichen Fläche in Bewegungsrichtung des Tastbolzens abhängt.

Ein schaltender Taster entsteht dann, wenn lediglich ein vereinbartes Ausgangssignal (Triggersignal) mittels einer geeigneten elektronischen Schaltung erfaßt und weiter verarbeitet wird. Mit einer Öffnung können zwei Schaltstellungen realisiert werden.

Sind mehrere Schaltstellungen erforderlich, können mehrere Öffnungen im Tastbolzen untergebracht werden.

Weiterhin ist es möglich, Strahlungsquelle und Empfänger so anzuordnen, daß vom Empfänger die vom Tastbolzen reflektierte

Strahlung ausgewertet wird (Reflexionsprinzip) oder daß der Empfänger außerhalb des Tasters angeordnet ist und das Schattenbild durch Lichtleitkabel übertragen wird.

Mit dem erfindungsgemäß berührungslos schaltenden Taster wird ein genaues Positionieren von Gegenständen möglich, da der Schaltvorgang verschleiß- und prellungsfrei erfolgt. Durch den Einsatz optoelektronischer Bauelemente wird ein mechanisch einfacher Aufbau und damit eine kostengünstige Lösung mit hoher Zuverlässigkeit erreicht.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiei näher erläutert.

In der dazugehörigen Zeichnung zeigt:

Fig. 1 — einen berührungslos schaltenden Taster im Schnitt

Der Tastbolzen 1 ist beweglich in einem Gehäuse 2 angeordnet und kann durch den zu positionierenden Gegenstand in Richtung 3 verschoben werden. Im Tastboizen ist eine Öffnung 5 senkrecht zur Bewegungsrichtung des Tastbolzens angebracht. Im Gehäuse 2 sind als Strahlungsquelle 6 eine Luminiszensdiode und als optoelektronischer Empfänger 7 eine Differentialfotodiode so angeordnet, daß bei einer bestimmten Stellung des Tastbolzens die von der Strahlungsquelle 6 ausgesendeten Photonen auf den Empfänger 7 treffen und dort ein Signal erzeugen. Die Öffnung im Tastbolzen 1 ist so ausgebildet, daß zwei schneidenförmige Körperkanten entstehen, die bei diffuser Strahlung der Strahlungsquelle 6 als vergrößertes Schattenbild (jeweils einer Körperkante) auf der strahlungsempfindlichen Empfängerfläche abgebildet werden. Das Ausgangssignal des Empfängers 7 ist bekanntermaßen von der Zahl der auf die strahlungsempfindliche Empfängerfläche treffenden Photonen und somit von der Lage des Schattenbildes bzw. der Tastbolzenstellung abhängig.

Durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Auswerteelektronik wird bei Erreichen eines vereinbarten Amplitudenwertes des Empfängersignals das Schaltsignal gegeben. Da zwei Körperkanten der Öffnung nacheinander abgebildet werden, sind mit einer Öffnung zwei Schaltstellungen realisierbar. Nach Beendigung des Positioniervorganges wird der Tastbolzen durch eine Schraubenfeder 4 in die Ausgangsposition zurückbewegt. Da bei der beschriebenen Anordnung Abbildungsfehler, Beugung und Reflexion systematischer Natur sind und sich bei jedem Schaltvorgang in gleicher Weise wiederholen, wird mit einer Differentialfotodiode eine sehr hohe Genauigkeit und eine sehr geringe Reproduzierunsicherheit (< 1 /im) realisiert.

Claims

Erfindungsansprüche: --

1. Berührungslos schaltender Taster, besonders geeignet zum genauen Positionieren von Gegenständen oder zum Anzeigen bestimmter Positionen von Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, daß ein beweglicher Tastbolzen mit einer oder mehreren Öffnungen senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung versehen wird und eine oder mehrere geeignete Strahlungsquellen und optoelektronische Empfänger in einem Gehäuse angeordnet sind und der Tastbolzen durch eine Druckfeder in seiner Ausgangsstellung gehalten wird.
2. Berührungslos schaltender Taster nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß Strahlungsquelle und optoelektronischer Empfänger so angeordnet sind, daß sie bei einer bestimmten Tastbolzenstellung mit der Tastbolzenöffnung auf einer gemeinsamen Mittelachse liegen.
3. Berührungslos schaltender Taster nach Punk+1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung bzw. die Öffnungen im Tastbolzen konisch ausgebildet sind und die kleine Öffnung der Strahlungsquelle oder dem optoelektronischen Empfänger zugeordnet ist.
4. Berührungslos schaltender Taster nach Punkt 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß Strahlungsquelle und Empfänger unter einen bestimmten Winkel zueinander auf einer Gehäuseseite angeordnet sind.
5. Berührungslos schaltender Taster nach Punkt 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger außerhalb des Tasters angeordnet ist und die Übertragung des Schattenbildes durch Lichtleitkabel erfolgt.

Hierzu eine Seite Zeichnung