DD224924A1

DD224924A1 - TOUCH-FREE SWITCHING BUTTON

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.The invention relates to a contactless switching push-button for the exact positioning of articles or for displaying certain positions of articles. The aim and object of the invention are to provide a switching button that switches berührungslos, wear and bounce and without sparking, much more accurate than conventional limit switch and much cheaper than known measuring or switching button and a reliable work even at high switching frequency allowed. The object is achieved by providing a movable feeler with one or more openings perpendicular to its direction of motion, which moves in a housing that incorporates the reference point, in which a suitable radiation source and a suitable optoelectronic receiver are arranged so that at one or more openings at several positions of the stylus of the radiant flux emitted by the radiation source can hit by the Tastbolzenoeffnungen on the Empfaengerflaeche. The switching operation takes place in that a body edge of the opening is projected as a shadow image onto the radiation-sensitive receiver surface when a certain feeler pin position is reached. The position of the shadow depends on the feeler pin position and affects the output of the receiver. Switching point is an agreed signal level of the receiver signal.

Description

Field of application of the invention

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.The invention relates to a non-contact switching button, which can be used primarily for the accurate positioning of objects or for displaying certain positions of objects. The predominant use lies in the machine tool building as well as in rationalization equipment construction, where such tasks are to be solved. Another area is the quality assurance, especially the use in Mehrstellenprüfgeräten, where to check whether there is a deviation from the nominal size and if many measuring points are available.

Characteristic of the known technical solutions

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.Technical solutions are known in which a feeler pin is movably accommodated in a housing forming the reference point and is moved by the object to be positioned until an electrical contact is mechanically opened or closed by the feeler pin. The electrical contacts are provided with low requirements on the positioning accuracy of copper and copper alloys and higher accuracy requirements with special gold and Berylliumkontaktierungen.

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.The known technical solutions have the disadvantage that either the Positionierunsicherheiten are large, or that at low positioning uncertainties a complex precision mechanism with special contacts is required. In addition, a frequent readjustment is required because the contact elements are mechanically stressed and wear. The so-called "bouncing" and the sparking during the switching process represent further disadvantages.

Object of the invention

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.The aim of the invention is to provide a switching button, which can be used for accurately positioning objects or for displaying a certain position of objects, the much more accurate than conventional limit switches and by a simple mechanical structure cheaper than the known for metrological purposes measuring or switching button is.

Explanation of the essence of the invention

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.The invention has for its object to develop a switching button, in which the switching operation is non-contact, wear and bounce-free and without sparking. Due to a simple mechanical design, small stylus dimensions, large stylus paths as well as high accuracies of the positioning process and reliable work are to be made possible, even at high switching frequencies.

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.According to the invention, this object is achieved in that a movable probe is provided with one or more openings perpendicular to its direction of movement and one or more suitable radiation sources (eg.

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.Luminiszensdioden, laser diodes) and one or more optoelectronic receiver (for example, photodiodes, differential photodiodes) are arranged in a housing embodying the reference point, wherein the feeler bolt is held by a pressure spring located in the housing in its initial position. Radiation sources and optoelectronic receivers are arranged so that in each case a radiation source, a receiver and at a certain Tastbolzenstellung the Tastbolzenöffnung lie on a common central axis.

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.The switching operation is carried out by the probe pin is moved by the object to be positioned in the housing, wherein the radiation flux of the radiation source strikes the receiver only when the opening of the Tastbolzens reaches the receiver. Upon reaching this position, the body edge of the opening is projected onto the radiation-sensitive receiver surface as a shadow image. The position of the shadow is thus dependent on the Tastbolzenposition. When using diffused light, optical magnification can be achieved when the apertures have their smallest dimensions in the region of the radiation source, in a true-to-scale image, the apertures are arranged so that their smallest dimensions lie in the region of the receiver.

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.The dependent of the Tastbolzenposition output of the receiver can be converted by means of known analog-to-digital converters into a digital value, in this case, the probe has its own measuring range, which depends on the optical image and the length of the radiation-sensitive surface in the direction of movement of the Tastbolzens ,

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.A switching button is formed when only an agreed output signal (trigger signal) is detected by means of a suitable electronic circuit and further processed. With an opening two switch positions can be realized.

Sind mehrere Schaltstellungen erforderlich, können mehrere Öffnungen im Tastbolzen untergebracht werden.If several switching positions are required, several openings can be accommodated in the sensing pin.

Weiterhin ist es möglich, Strahlungsquelle und Empfänger so anzuordnen, daß vom Empfänger die vom Tastbolzen reflektierteFurthermore, it is possible to arrange the radiation source and the receiver in such a way that the receiver reflects the signal from the feeler pin

Strahlung ausgewertet wird (Reflexionsprinzip) oder daß der Empfänger außerhalb des Tasters angeordnet ist und das Schattenbild durch Lichtleitkabel übertragen wird.Radiation is evaluated (reflection principle) or that the receiver is located outside the button and the shadow image is transmitted by fiber optic cable.

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.With the contactless switch according to the invention an accurate positioning of objects is possible, since the switching operation takes place wear and bounce. The use of optoelectronic components a mechanically simple structure and thus a cost-effective solution with high reliability is achieved.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiei näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment.

In der dazugehörigen Zeichnung zeigt:In the accompanying drawing shows:

Fig. 1 — einen berührungslos schaltenden Taster im SchnittFig. 1 - a contactless switching button in section

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.The feeler pin 1 is movably arranged in a housing 2 and can be moved in the direction 3 by the object to be positioned. In Tastboizen an opening 5 is mounted perpendicular to the direction of movement of the Tastbolzens. In the housing 2 are as a radiation source 6, a luminescent diode and optoelectronic receiver 7 as a differential photodiode arranged so that at a certain position of the Tastbolzens the emitted from the radiation source 6 photons hit the receiver 7 and generate a signal there. The opening in the sensing pin 1 is formed so that two blade-shaped body edges are formed, which are displayed in diffuse radiation of the radiation source 6 as an enlarged silhouette (one body edge) on the radiation-sensitive receiver surface. As is known, the output signal of the receiver 7 depends on the number of photons incident on the radiation-sensitive receiver surface and thus on the position of the shadow image or the feeler pin position.

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.By an evaluation electronics, not shown in the drawing, the switching signal is given upon reaching an agreed amplitude value of the receiver signal. Since two body edges of the opening are imaged in succession, two switching positions can be realized with one opening. After completion of the positioning of the probe pin is moved back by a coil spring 4 in the starting position. Since in the described arrangement aberrations, diffraction and reflection are systematic in nature and repeat each other in the same way with a differential photodiode a very high accuracy and a very low Reproduzierunsicherheit (<1 / im) realized.

Claims

Invention claims: -

1. Contactless switching button, particularly suitable for accurately positioning objects or for displaying certain positions of objects, characterized in that a movable sensing pin is provided with one or more openings perpendicular to its direction of movement and one or more suitable radiation sources and optoelectronic receiver in one Housing are arranged and the probe pin is held by a compression spring in its initial position.

2. Contactless switching button according to item 1, characterized in that the radiation source and optoelectronic receiver are arranged so that they lie at a certain Tastbolzenstellung with the Tastbolzenöffnung on a common center axis.

3. Contactless switching push button to Punk + 1 and 2, characterized in that the opening or the openings in the sensing pin are conical and the small opening of the radiation source or the optoelectronic receiver is associated.

4. Contactless switching button according to item 1 and 2, characterized in that the radiation source and receiver are arranged at a certain angle to each other on a side of the housing.

5. Non-contact switching push-button according to item 1 and 2, characterized in that the receiver is arranged outside the button and the transmission of the shadow image by light guide cable.

For this a page drawing