DD286887A5 - Sensor zur beruehrungslosen erfassung des sollabstandes zwischen einer metallischen flaeche beliebiger geometrie und einer sich ueber der flaeche bewegenden einrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur beruehrungslosen Erfassung des Sollabstandes zwischen einer metallischen Flaeche beliebiger Geometrie und einer sich ueber der Flaeche bewegenden Einrichtung. Der Sensor ermoeglicht die Realisierung einer konstanten Hoehe zwischen Einrichtung (z. B. eines Schweiszbrenners) und metallischer Flaeche. Die Erfindung ist anwendbar im Maschinen- und Anlagenbau, insbesondere beim Schweiszen und Brennschneiden von Blechen und Rohren. Dazu sind zwei an sich bekannte, digitale Ausgangssignale liefernde induktive Naeherungsinitiatoren so nebeneinander angeordnet, dasz der Abstand ihrer Laengsachsen den vorgegebenen Wert cmin nicht unterschreitet und so zur metallischen Flaeche angeordnet, dasz ihre vorgegebenen Schaltabstaende zur metallischen Flaeche eine Differenz b bilden, die die maximal zulaessige Abweichung vom Sollabstand a vorgibt. Die Ausgaenge der Initiatoren stehen mit einer logischen Signalverarbeitung in Verbindung. Fig. 1{Sensor; konstante Hoehe; metallische Flaeche; digitales Ausgangsignal; induktiver Naeherungsinitiator; Sollabstand; Schaltabstand; logische Signalverarbeitungseinheit}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Sensor, mit dem berührungslos eine konstante Höhe einer Einrichtung über einer metallischen Fläche beliebiger Geometrie realisiert werden kann. Die Erfindung ist anwendbar vor allem im Maschinen- und Anlagenbau, insbesondere beim Schweißen und Brennschneiden von Blechen, Bohältern, Rohren, zur Lageerkennung von Objekten und zur Klassifizierung von Objekten.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Gegenwärtig sind zahlreiche Methoden zur berührungslosen Messung von Abständen bekannt. So z.B. optische, akustische, pneumatische o.e. induktive Verfahren. Diese genügen den unterschiedlichsten Anforderungen hinsichtlich Meßbereich und Meßgenauigkeit. Gemeinsam ist ihnen die Notwendigkeit der Auswertung eines analogen, nicht immer linearen Ausgangssignals. In Verbindung mit der Justierung auf unterschiedliche Oberflächen- bzw. Materialeigenschaften wird so der Aufwand zur Auswertung verhältnismäßig hoch, sowie die Störanfälligkeit des gesamten Systems höher. Der Vorteil der analogen Meßwertaufnahme, das Erfassen eines unbekannten Abstandes, wird eingeschränkt durch den meist eng begrenzten Bereich, in dem das System genau auswertbare Meßsignale liefert.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Erfassung eines Abstandes mit einem geringen gerätstechnischen Aufwand und einer unkomplizierten Sensorsignalverarbeitung.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen berührungslos arbeitenden, robusten Sensor, insbesondere für Anwendungsfälle in der Schweißtechnik zu entwickeln, der unter schwierigen Betriebsbedingungen (z. B. in unmittelbaier Nähe eines Lichtbogens) einsetzbar ist, einen konstanten Abstand zwischen einer metallischen Fläche beliebiger Geometrie und einer in Bewegung stehenden, über ihi positionierten Einrichtung realisiert, d. h. Abweichungen vom Soll-Abstand auswertbar registriert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe so gelöst, daß zwei, an sich bekannte, digitale Ausgangssignale liefernde, induktive Näherungsinitiatoren zu einem Abstandssensor kombiniert werden. Beide Initiatoren werden so nebeneinander angeordnet, daß der Abstand ihrer Längsachsen den vorgeschriebenen Wert cmin nicht unterschreitet und ihre vorgeschriebenen Schaltabstände ti undt2 um die Differenz b zueinander verschoben sind, wobei b gleich der maximal zulässigen Abwe.chung vom Soll-Abstand a ist. Der Soll-Abstand a läßt sich als Abstand zwischen zu servierender Fläche und der entsprechenden Einrichtung (z. B. Schweißbrenner) definieren. Dies läßt sich mi) Initiatoren unterschiedlichen Schaltabstandes oder durch das Verschieben von Initiatoren gleichen Schaltabstandes realisieren. Unter Schaltabstand ti wird derjenige des ersten Initiators und unter Sthaltabstanu i2 derjenige des zweiten Initiator? ^erstanden. Die zulässige Abweichung b wird zusätzlich von der Hysterese der Initiatoren beeinflußt, die zur theoretischen Größe b zu addieren ist.

Die Ausgänge des Abstandssensors sind mit einer an sich bekannten logischen Signalverarbeitung verbunden, wodurch Abweichungen vom Soll-Abstand a auswertbar registriert werden. Bei der Verwendung von Relais können Stellglieder direkt angesteuert werden, die eine Positionskorrektur der über der Fläche stehenden Einrichtung vornehmen. Es ist zweckmäßig, den Sensor zum Schutz vor mechanischen Einwirkungen mit einem Gehäuse zu versehen, das außerdem Anschlußmöglichkeiten für eine Kühlung bietet. Wird Luft als Kühlme^'j.Ti vör.vsndet, können die Austrittsöffnungen am Gehäuse so gewählt werden, daß eine kontinuierliche Reinigung zwischen Werkstückoberfläche und Sensor gewährleistet ist. Durch die Auswertung der Initiatorausgänge können drei Positionen des Sensors eindeutig erkannt werden.

Initiatorausgang Sensorposition Manipulation

Initiator 1 Initiator 2

2uhoch

senken

Initiator 1 Initiator 2

korrekt

keine

Initiator 1 Initiator 2

zu tief

heben

es gilt 11 >t2

Die Funktionstüchtigkeit der Initiatoren kann über die zusätzliche Abfrage der invertierten Ausgänge kontrolliert werden. Als Einsatzgebiete sind vorzugsweise die Regelung des Abstandes zwischen Schweiß- bzw. Schneidbrenner und Blechoberfläche vorgesehen. Des weiteren ist der beschriebene Sensor in der Lage, metallische Objekte entsprechend ihrer Höhe zu klassifizieren oder mit Hilfe der trigonometrischen Beziehungen ihre geometrische Beschaffenheit zu bestimmen. Der beschriebene Sensor zeichnet sich aus durch:

- minimale Materialkosten

- minimalen Einstell- und Umrüstaufwand

- gegenüber anderen Sensoren sehr einfache Auswertemöglichkeit der Sensorsignale.

Ausführungsbeispiel Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben werden.

Fig. 1 zeigt die Anordnung der Initiatoren beim Einsatz in der Schweißtechnik, Stumpfnahtschweißen von Blechen. Über der zu sensierenden Werkstückoberfläche 1 sind zwei handelsübliche Näherungsinitiatoren 2 und 3 im Abstand ihrer Längsachsen cmin = 30mm angeordnet. Beide Initiatoren 2 und 3 sind in einem Gehäuse 4 in ihren Längsachsen verschiebbar angebracht, welches über ein Zwischenstück 5 am Pulverring β des Schweißbrenners 7 angebracht ist. Durch das Gehäuse werden die Initiatoren 2 und 3 vor mechanischen sowie thermischen Einflüssen geschützt. Der Schutz vor zu hohen Temperaturen ist durch den Anschluß des Gehäuses 4 an eine (nicht dargestellte) Luftkühlung noch verstärkt worden. Das Anbringen von entsprechenden Lufiaustrittsdüsen ermöglicht außeidem eine kontinuierliche Reinigung des Sensors. Über das Zwischenstück 5 wird der durch die Initiatoren 2 und 3 sowie das Gehäuse 4 gebildete Sensor an die Lage der zu sensierenden Oberfläche 1 angepaßt und außerdem der zwischen der Einrichtung, also dem Schweißbrenner 7 und Werkstückoberfläche 1 konstant zu haltende Abstand ,^"eingestellt. Im vorliegenden Anwendungsfall soll a = 30mm konstant gehalten werden. Praktisch wird diese Einstellung mit einer Skala 8 vorgenommen, die auf den Arbeitsabstand ((ti - t2)/2)dcs Sonsors einjustiert ist. Die Skala 8 ist dazu fest mit dem Pulverring 6, bewegbar mit dem Zwischenstück 5, das Zwischenstück fest mit einer Schiene 9 und Schiene 9 fest mit dem Gehäuse 4 verbunden. Dadurch ist es möglich, der. Sensor auch für unterschiedlich gekrümmte Flächen 1 zu verwenden (die im rechten Winkel zu den Längsachsen der Initiatoren vorlaufende gedachte Achse sollte parallel zur jeweiligen Krümmungsachse der Fläche 1 liegen). Die Ausgänge 10 und 11 des Sensors werden direkt einer Signalverarbeitung 12 zugeführt. Über (in der Zeichnung nicht dargestellte) Zeitglieder und das bekannte dynamische Verhalten der Schweißanlage kann dor Informationsgehalt der Sensorsignale erhöht werden.

Claims (3)

1. Sensor zur berütirungslosen Erfassung des Soll-Abstandes zwischen einer metallischer, Fläche beliebiger Geometrie und einer sich über der Fläche bewegenden Einrichtung, dadurch gekenn celchnet, daß zwei an sich bekannte induktive, digitale Ausgangssignale liefernde Näherungsinitiatoren (2,3) so nebeneinander angeordnet sind, daß der Abstand ihrer Längsachsen den vorgegebenen Wert cmin nicht unterschreitet und so zur metallischen Fläche (1) angeordnet sind, daß ihre vorgegebenen Schaltabstände ti und t2 eine Differenz b bilden, die die maximal zufässige Abweichung vom Soll-Abstand a vorgibt und die Ausgänge (10,11) der Initiatoren (2,3) mit einer logischen Signalverarbeitungseinheit (12) in Verbindung stehen.

2. Sen-or nacn Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Initiatoren (2,3) in einem Gehäuse (4) untergebracht sind.

3. Sensor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4) mit Anschlußmöglichkeiten für ein Kühlmedium versehen ist.