DD276642A1 - DEVICE FOR MONITORING AUTOMATED FACTORY DEVICES - Google Patents

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DD276642A1
DD276642A1 DD32152788A DD32152788A DD276642A1 DD 276642 A1 DD276642 A1 DD 276642A1 DD 32152788 A DD32152788 A DD 32152788A DD 32152788 A DD32152788 A DD 32152788A DD 276642 A1 DD276642 A1 DD 276642A1
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DD
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clamping force
sensor
workpiece
characteristic
monitoring
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DD32152788A
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Inventor
Gerhard Adam
Klaus Schuricht
Achim Trummer
Original Assignee
Karl Marx Stadt Tech Hochschul
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Abstract

Die Einrichtung zur Ueberwachung automatisierter Werkstueckvorrichtungen bezieht sich insbesondere auf automatisierte Fertigungseinrichtungen in der metallverarbeitenden Industrie. Die Erfindung beinhaltet in mindestens einem Bestimmelement einen kapazitiven Sensor, der eine Kennlinie mit mindestens zwei Kennlinienabschnitten unterschiedlichen Anstiegs aufweist. Der Sensor ist derart angeordnet, dass fuer ein Werkstueck sowohl Anwesenheit und/oder Position als auch Spannkraft erfasst werden koennen. Der charakteristische Kennlinienverlauf wird dadurch erreicht, dass mindestens zwei in Wirkrichtung hintereinander angeordnete Federelemente unterschiedliche Federsteifen aufweisen. Durch einen unmittelbar im Sensor angeordneten elektronischen Wandler ist eine genaue Ermittlung der Messgroessen und eine kostenguenstige Realisierung der Einrichtung bei hoher Zuverlaessigkeit moeglich. Fig. 1The device for monitoring automated workpieces relates in particular to automated production facilities in the metalworking industry. The invention includes in at least one determining element, a capacitive sensor having a characteristic curve with at least two characteristic sections of different increase. The sensor is arranged so that both a presence and / or position as well as clamping force can be detected for a workpiece. The characteristic curve is achieved in that at least two in the direction of action successively arranged spring elements have different spring stiffeners. By an electronic transducer arranged directly in the sensor, an accurate determination of the measured variables and a cost-effective implementation of the device with high reliability is possible. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung automatisierter Werkstückvorrichtungen insbesondere für automatisierte Fertigungseinrichtungen in der metallverarbeitenden Industrie.The invention relates to a device for monitoring automated workpiece devices, in particular for automated production facilities in the metalworking industry.

Charakteristik de« bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Bekannt sind tektile Einrichtungen zum Fühlen der ordnungsgemäßen Einspannlage eines Werkstückes nach DD-WP 235044, pneumoelsktrische Sensoren für die Werkstückanwesenheits- bzw. Positionskontrolle nach dem bekanntnn Prinzip Düse/ Prallplatte und hydraulische Einrichtungen zur Spannkraft- oder Spanndrucküberwachung gomäß DE-OS 3043837 sowie elektrische Schalter als Schutzvorrichtungen zur Signalisierung eines Spannkraftabfalls.Known are tectile means for sensing the proper clamping position of a workpiece according to DD-WP 235044, pneumoelectric sensors for Werkstückannissens- or position control according to the principle known nozzle / flapper and hydraulic devices for clamping force or clamping pressure monitoring according to DE-OS 3043837 and electrical switches as Protection devices for signaling a loss of clamping force.

Nachteilig ist, daß mit den bekannten Einrichtungen eine vollständige Überwachung automatisierter WerkstücVvorrichtungen nur durch Anbau mehrerer Einrichtungen zur Lage- bzw. Positionskotrolle und zur Spannkraftüberwachung möglich ist, wodurch hohe Kosten und ein großer Platzbedarf für diese Einrichtungen innerhalb der Werkstückvorrichtung entstehen. Pneumoelektrische Sensoren sind aufgrund ihrer funktionsbedingten offenen Bauweise des Signalgebers sehr störanfällig gegenüb u Verschmutzungen und fluidischen Medien, z.B. Kühl- und Schmiermittel und aufwendig in der Signalwandlung. Mit den hydraulischen Einrichtungen wird c<ie Spannkraft indirekt über den Öldruck ermittelt, wodurch Ungenauigkeiton bei der Spannkraftbestimmung entstehen und eine definierte Kraft an der Wirkstelle des Bestimmelementes - wie sie bei instabilen Werkstücken gefordert werden muß - nicht gewährleistet werden kann.The disadvantage is that with the known devices a complete monitoring of automated WerkstücVvorrichtungen only by cultivation of several facilities for position or position control role and for clamping force monitoring is possible, resulting in high costs and a large space requirement for these devices within the workpiece device. Pneumoelectric sensors are due to their function-related open construction of the signal generator very susceptible to u soils and fluidic media, e.g. Coolants and lubricants and expensive in signal conversion. With the hydraulic devices, the clamping force is determined indirectly via the oil pressure, which results in inaccuracy in the determination of the clamping force and a defined force at the point of action of the determining element - as it must be required for unstable workpieces - can not be guaranteed.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die Erfindung hat das Ziel, eine Einrichtung zur Überwachung aiitori.Misiortor Werkstückvorrichtungen zu schaffe.!, die bei geringem technischen Aufwand kostengünstig, univoisell einsetzbar und zuvorlässig ist sowie eine genaue Bestimmung des Werkstückes ermöglicht.The invention has the goal to provide a means for monitoring aiitori.Misiortor workpiece devices.! Which is inexpensive, univoisell use and negligible with little technical effort and allows accurate determination of the workpiece.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liogt dio Aufgabo zugrunde, oino Einrichtung zur Überwachung automatisierter Werkstückvorrichtungen zu entwickeln, die durch Kombination an sich bekannter Bauelemente keinen zusätzlichen Raum in der Vorrichtung benötigt und Funktionsstörungen durch äußoro Einflüsso sowie MoßwortvGrfalschungon woitostgehond ausgeschlossen werden, woLei mit oinor Einrichtung dio Erfassung von Anwosonhoit und Position dos Werkstückes sowio Spannkraft am Workstück erreichbar soin solion.The invention is based on the object of developing an apparatus for monitoring automated workpiece devices which, by combining known components, does not require any additional space in the apparatus and excludes malfunctions due to external influence and damage to the housing Position of the workpiece as well as clamping force at the workpiece reachable soin solion.

Dioso Aufgabo wird orfindungsgomaß unlor Kombination von Bostimmolomonton mit oinom kapazitiven Moßwortorfassungssystom dadurch golöst, daß in rnindostons einem Bostimmelomont einer Workstückvorrichtung, das sich in Wirkrichtung dor Spannkraft bofindot, oin kapazitiver Sonsor angoordnot ist, dor oino Sonsorkonnliniu nut mindostons zwei Kunnilnlonabsuhnitton mit stork unterschiedlichem Anstiog aufweist.Dioso task is orgelungsgomaß unlor combination of Bostimmolomonton with oinom capacitive Moewordorfassungssystom by the fact that in rnindostons a Bostimmelomont of a Workstückvorrichtung that is bofindot in the effective direction bofindot the capacitive Sonsor angoordnot, dor oino Sonsorkonnliniu nut mindostons two Kunnilnlonabsuhnitton with stork of different Anstiog has.

Damit sind überraschender Weise mit einer Einrichtung sowohl die Anwesenheit und Position als auch die Spannkraft erfaßbar. Die Sensorkennlinie mit unterschiedlichem Anstieg ergibt sich dadurch, daß zwei in Kraftlichtung hintereinander angeordnete Federelemente stark unterschiedlicher Steife in einem staub- und wasserdichten Gehäuse untergebracht sind, wobei sich i/nmittelbafan einer Elektrode, vorzugsweise bestehend aus einer metallbedampften ebenen Oberfläche eines isolierenden Materials mit hoher Oberflächenqualität, ein elektronischer Wandler innerhalb eines der Federelemente befindet. Damit werden Meßwertverfälschungen infolge elektrischer und magnetischer Störfelder und anderer Störeinflüsse reduziert und eine hohe Empfindlichkeit des Sensors erreicht. Durch Einwirkung geringer Gewichts- oder Positionierkräfte auf die Bestimmfläche des Bestimmelementes wird ein weiches Federelement um einen Federweg derart deformiert, daß ein vorgewählter Spalt zwischen einem harten Federelement und einem Gehäuse ζ,ι Null wird. Durch die zusätzliche Ausbildung des harten Federelementes als Gegenelektrode wird der Elektrodenabstand des Kapazitätsänderung in einem elekronischen Wandler zu einem Anwesenheitsbzw. Positionssißnal verarbeitet.Thus, surprisingly, with a device both the presence and position and the clamping force can be detected. The sensor characteristic curve with a different rise results from the fact that two spring elements of widely differing stiffness arranged in power clearing are accommodated in a dustproof and watertight housing, wherein an electrode, preferably consisting of a metallised flat surface of an insulating material with high surface quality , an electronic converter is located within one of the spring elements. This reduces measured value distortions as a result of electrical and magnetic interference fields and other disturbing influences and achieves high sensitivity of the sensor. By applying low weight or positioning forces on the determining surface of the determining element, a soft spring element is deformed by a spring travel such that a preselected gap between a hard spring element and a housing ζ, ι becomes zero. Due to the additional design of the hard spring element as a counter electrode, the electrode spacing of the capacitance change in an electronic converter to a presence or Zwzw. Position snatch processed.

Bei Erhöhung der auf das Bestimmelement wirkenden Kraft bewirkt diese am harten Federelement eine weitere Eletrodenabstandsänderung derart, daß die Kapazitätsänderung im elektronischen Wandler als Spannkraftsignal genutzt werden kann und die am harten Federelement hervorgerufene Stauchung trotzdem nicht die Funktion der Werkstückvorrichtung beeinträchtigt.When increasing the force acting on the determining element causes this on the hard spring element another Eletrodenabstandsänderung such that the capacitance change in the electronic converter can be used as a clamping force signal and the hard spring element caused compression does not affect the function of the workpiece device.

Der Elektrodenabstand wird so gewählt, daß bei maximal zulässiger Spannkraft eine Berührung dor Elektroden verhindert wird, indem ein bestimmtes Verhältnis zu einem Spalt zwischen weichem Fedr.relemont und hartem Federelement eingestellt ist.The distance between the electrodes is chosen so that contact with the electrodes is prevented at the maximum permissible clamping force by setting a specific ratio to a gap between the soft Fedr.relemont and hard spring element.

AusführungtbelspielAusführungtbelspiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigenThe invention will be explained below using an exemplary embodiment. The accompanying drawings show

Fig. 1: Prinzipskizze Fig.2: Sensorkennlinie Fig.3: SensoraufbauFig. 1: Schematic diagram Fig.2: Sensor characteristic Fig.3: Sensor structure

Figur 1 zeigt die Einrichtung zur Überwachung einer automatisierten Werkstückvorrichtung 5, die einen in einem Bestimmelement 1 integrierten kapazitiven Sensor 2 enthält, der in Wirkrichtung einer Bestimmkraft 3 und/oder einer Spannkraft 4 angeordnet ist. Im Sensor befinden sich zwei in Wirkrichtung hintereinander angeordnete Federelementp 12; 13, die durch die erfindungsgemäße Wahl d9r Federstreifen eine Kennlinie 16 nach Fig. 2 mit mindestens zwei Kennlinienabschnitten 14 und 15 mit stark unterschiedlichem Anstieg ergeben.FIG. 1 shows the device for monitoring an automated workpiece device 5, which contains a capacitive sensor 2 integrated in a determining element 1, which is arranged in the effective direction of a determining force 3 and / or a clamping force 4. The sensor has two in the direction of action successively arranged spring element p 12; 13, the result of the inventive choice d9r spring strips a characteristic 16 of FIG. 2 with at least two characteristic sections 14 and 15 with greatly differing increase.

Durch Aufbringen einer Bestimmkraft 3 bzw. des Werkstückgewichtes, dio im Betrag wesentlich geringer sind als die Spannkraft 4, wird ein Werkstück 6 gegen die Bestimmfläche eines harten Federelementes 13, das vorzugsweise als Stauchkörper ausgebildet ist, und gemeinsam mit diesem um einen durc'i einen Spalt 17 vorgebbaren Weg gegen ein Gehäuse 7 in seine vorgegebene definierte Bestimmlage bewegt. Mit der Bewegung des harten Federelementes 13 relativ zu einer in Bezug zum Gehäuse 7 ortsfesten Elektrode 8 wird ein Elektrodenabstand 11 und damit die Kapazität eines du'ch die Elektrode 8 und eine als Gegenelektrode 9 ausgebildete lnnens*irnfläche des harten Fedorelementes 13 gebildeten Plattenkondensators geändert, was zur Bildung eines Anwesenhoits- bzw. Positionssignals in Verbindung mit einem elektronischen Wandler 10 gr-nutztwird.By applying a determining force 3 or the workpiece weight, dio in amount are substantially less than the clamping force 4, a workpiece 6 against the determining surface of a hard spring element 13, which is preferably designed as compression body, and together with this to a durc'i a Gap 17 predetermined path moves against a housing 7 in its predetermined defined destination. With the movement of the hard spring element 13 relative to an electrode 8 fixed relative to the housing 7, an electrode gap 11 and thus the capacitance of a plate capacitor formed between the electrode 8 and an inner surface of the hard fedor element 13 formed as a counterelectrode 9 are changed. which is used to form a property strike signal in conjunction with an electronic converter 10.

Bei Aufbringen einer im Betrag gegenüber der Bestimmkraft 3 wesentlich größeren Spannkraft 4 wird das harte Federeloment 13 proportional im Mikromoterbereich deformiert, wobei die Funktion der Werkstückvorrichtung 5 nicht beeinträchtigt wird. Die Deformation bewirkt oine weitere Verringerung des Elektrodenabstandes 11, die in Verbindung mit dem elektronischen Wandler 10 zur Kontrolle der Spannkraft 4 gonutzt wird.When applying an amount that is substantially greater than the determination force 3, the hard spring torque 13 is deformed proportionally in the micromoter region, whereby the function of the workpiece device 5 is not impaired. The deformation causes oine further reduction of the electrode spacing 11, which is used in conjunction with the electronic transducer 10 to control the clamping force 4.

Nach dem Ausspannen des Werkstückes 6 wird das harto Federelemente 13 durch das vorzugsweise als Verformungskörper mit geringer Federsteife ausgeführte weiche Federelement 12 in die definierte Ausgangslage zurückgeführt.After the clamping of the workpiece 6, the harto spring elements 13 is returned by the preferably designed as a deformation body with low spring stiffness soft spring element 12 in the defined starting position.

Mit der vorgenannten Funktion der erfindungsgemäßen Einrichtung ergibt sich gemäß Fig. 2 eine charakteristische Sensorkennlinie 16, die mindestens zwei Kennlinienabschnitte 14; 15 unterschiedlichen Anstiegs aufweist.With the aforementioned function of the device according to the invention results in accordance with Figure 2, a characteristic sensor characteristic 16, the at least two characteristic sections 14; 15 different increases.

Wie in Fig. 3 dargestellt, werden durch die Anordnung des elektronischen Wandlers 10 innerhalb des harten Federelementos 13 eine kompakte Bauweise und ein kurzer Übertragungsweg für das kapazitive Meßsignal zum elektronischen Wandler 10 ermöglicht. Die Kombination elektronischer Wandler 10, Federelemento 12; 13 mit Gegenelektrode 9 und Elektrode 8 wird durch das Gehäuse 7 weitestgehend vor Umwelteinflüssen geschützt.As shown in Fig. 3, a compact design and a short transmission path for the capacitive measurement signal to the electronic transducer 10 are made possible by the arrangement of the electronic transducer 10 within the hard Federelementos 13. The combination of electronic transducers 10, spring element 12; 13 with counter electrode 9 and electrode 8 is largely protected by the housing 7 from environmental influences.

Durch Austausch dos harten Fodorelemontes 13 ist in einfacher Weise eine Anpassung des Sensors an unterschiedliche Spannkraftberoicho möglicht.By exchanging hard hard fodder clay 13 an adjustment of the sensor to different Spannkraftberoicho is possible in a simple manner.

Claims (3)

1. Einrichtung zur Überwachung automatisierter Werkstückvorrichtungen unter Kombination von Bestimmelementen mit einem kapazitiven Meßwerterfassungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß in bzw. an mindestens einem Bei>timmelement (1) der Werkstückvorrichtung (5) ein die Anwesenheit, Position und Spannkraft direkt erfassender kapazitiver Sensor (2), der eine Sensorkennlinie (16) mit mindestens zwei Kennlinienabschnitten (14,15) mit unterschiedlichem Anstieg aufweist, angeordnet ist.1. A device for monitoring automated workpiece devices with combination of determining elements with a capacitive Meßwerterfassungssystem, characterized in that in or on at least one> timming element (1) of the workpiece device (5) a presence, position and clamping force directly detecting capacitive sensor (2 ), which has a sensor characteristic (16) with at least two characteristic sections (14, 15) with different increases. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse (7) sowohl der kapazitive Sensor (2) mit mindestens zwei in Wirkrichtung der Bestimmkraft (3) und der Spannkraft (4) hintereinander angeordneten Federelementen (12,13) unterschiedlicher Steife als auch unmittelbar an einer Elektrode (8) bzw. Gegenelektrode (9), vorzugsweise innerhalb des biegesteifen Federelementes (13), ein elektronischer Wandler (10) angeordnet ist, so daß am elektrischen Ausgang (18) ein nach Anwesenheit, Position und Spannkraft auswertbares Signal anliegt.2. Device according to claim 1, characterized in that in a housing (7) both the capacitive sensor (2) with at least two in the effective direction of the determining force (3) and the clamping force (4) successively arranged spring elements (12,13) of different stiffness as well as directly to an electrode (8) or counter electrode (9), preferably within the rigid spring element (13), an electronic transducer (10) is arranged so that the electrical output (18) evaluable for presence, position and clamping force Signal present. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elekrodenabstand (11) im Verhältnis zu einem Spalt (17) nur um ro viel größer ist, daß bei maximal zulässiger Spannkraft (4) eine Berührung von Elekrode (8) und Gegenelektrode (9) verhindert wird.3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the Elekrodenabstand (11) in relation to a gap (17) only to ro is much larger that at maximum allowable clamping force (4) contact of Elekrode (8) and counter electrode (9) is prevented.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011011552B3 (en) * 2011-02-17 2012-05-16 Hohenstein Vorrichtungsbau Und Spannsysteme Gmbh Controller for controlling workpiece support unit of clamping apparatus, has inner supporting element of power cable that is equipped with electrically insulating hollow cylinder containing ceramic coated bottom plate
CN102974844A (en) * 2012-11-26 2013-03-20 安徽长青电子机械(集团)有限公司 Lathe with automatic control function

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