DE10025662A1 - Näherungssensor - Google Patents

Abstract

Um einen Näherungssensor mit einem Oszillator, welcher durch einen von außen heranführbaren Gegenstand beeinflußbar ist, mit Auswerteeinrichtungen zur Erzeugung eines analogen Ausgangssignals in Abhängigkeit eines Meßabstands zwischen Gegenstand und Oszillator und mit einem Ausgangsanschluß, an welchem das analoge Ausgangssignal abgreifbar ist, zu schaffen, welcher universelle Einsatzmöglichkeiten aufweist und der sich an die jeweiligen Einsatzbedingungen anpassen läßt, ist vorgesehen, daß in den Sensor eine Schaltpunkt-Auswerteeinheit integriert ist, durch welche ein digitales Ausgangssignal bereitstellbar ist, das die Information enthält, ob ein detektierter Meßabstand oberhalb oder unterhalb eines vorgegebenen Schaltpunkts liegt und daß ein Ausgangsanschluß für das digitale Ausgangssignal vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Näherungssensor mit einem Oszillator, welcher durch einen von außen heranführbaren Gegenstand beeinflußbar ist, mit Auswerteeinrichtungen zur Erzeugung eines analogen Ausgangssignals in Abhängigkeit eines Meßabstands zwischen Gegenstand und Oszillator und mit einem Ausgangsanschluß, an welchem das analoge Ausgangssignal abgreifbar ist.

Derartige Näherungssensoren sind beispielsweise aus der DE 41 23 828 C2 oder der EP 0 626 595 B1 bekannt. Bei ihnen läßt sich mindestens in einem Arbeitsbereich des Näherungs­ sensors aus dem Ausgangssignal die Größe des Meßabstands ermitteln, wenn beispielsweise die Kennlinie des Näherungs­ sensors herangezogen wird.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Näherungssensor zu schaffen, welcher universelle Einsatzmöglichkeiten aufweist und der sich an die jeweiligen Einsatzbedingungen anpassen läßt.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Näherungssensor erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Sensor eine Schaltpunkt-Auswerteeinheit integriert ist, durch welche ein digitales Ausgangssignal bereitstellbar ist, das die Infor­ mationen enthält, ob ein detektierter Meßabstand oberhalb oder unterhalb eines vorgegebenen Schaltpunkts liegt und daß ein Ausgangsanschluß für das digitale Ausgangssignal vorge­ sehen ist.

Für viele Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn neben einem analogen Ausgangssignal, aus welchem sich ein genauer Meß­ abstand ermitteln läßt, auch noch ein oder mehrere digitale Ausgangssignale bereitgestellt sind, aus denen sich ablesen läßt, ob ein Meßabstand (Schaltabstand) oberhalb oder unter­ halb eines vorgegebenen Schaltpunkts liegt. Mittels zuge­ führten Digitalsignalen kann beispielsweise eine Steuerung permanent einen Ist-Zustand überwachen: Eine Änderung des Signalpegels des Digitalsignals bedeutet eine Änderung des Zustands. Digitalausgänge lassen sich dabei leicht pro­ grammieren, und die Überwachung läßt sich dann an die spezielle Anwendung anpassen. Mittels digitaler Ausgangs­ signale läßt sich insbesondere leicht überwachen, ob der Schaltabstand innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt oder außerhalb.

Über die Überprüfung des Signals eines oder mehrerer Digital­ anschlüsse läßt sich auch die Funktion des Näherungssensors insbesondere bezüglich Störungen überwachen.

Es kann je nach Anwendung ein oder mehrere Signale bevorzugt ausgewählt werden. Beispielsweise kann bei einer speziellen Anwendung insbesondere aufgrund der Einstreuung von elektro­ magnetischer Strahlung die Übertragung eines Analogsignals von dem Näherungssensor zu einer Steuerung hin gestört werden. Der Anwender kann dann ein oder mehrere Digital­ signale auswählen, die weitaus unempfindlicher sind gegenüber Störungen bei der Übertragung.

Drifts oder Schaltpunktungenauigkeiten, die sich insbesondere auf digitale Ausgangssignale auswirken können, lassen sich eliminieren bzw. kompensieren, wenn über ein analoges Aus­ gangssignal ein bestimmter Schaltabstand als Referenzabstand überprüft wird und entsprechend eine Kalibrierung des Oszillators durchgeführt wird. Durch das Nebeneinander der Abgreifbarkeit eines analogen Ausgangssignals und von einem oder mehreren digitalen Ausgangssignalen lassen sich somit Schaltpunktungenauigkeiten kompensieren bzw. eliminieren.

Durch die Integration der Schaltpunkt-Auswerteeinheit in den Näherungssensor wird kein separates Schaltgerät benötigt, welches einen entsprechenden Platzbedarf aufweist und welches verdrahtet werden muß.

Durch einen erfindungsgemäßen Näherungssensor kann ein Meß­ abstand auch mehrfach überwacht werden, insbesondere über das analoge Ausgangssignal und ein oder mehrere digitale Aus­ gangssignale. Dadurch läßt sich eine hohe Überwachungs­ sicherheit erreichen.

Der erfindungsgemäße Näherungssensor kann beispielsweise für Anwendungen eingesetzt werden, bei denen ein Gegenstand "sanft" abgebremst und/oder beschleunigt werden muß, um eine mechanische Belastung beispielsweise durch mechanisches An­ schlagen zu verringern. Durch einen oder mehrere Schaltpunkte lassen sich bei derartigen Anwendungen Abbremsbereiche und/oder Beschleunigungsbereiche ermöglichen. In einem anderen Anwendungsbeispiel kann der erfindungsgemäße Nähe­ rungssensor zur Ansteuerung ausgewählter Punkte in einem Kennlinienverlauf eingesetzt werden. Er kann beispielsweise auch als Grenztaster eingesetzt werden.

Es lassen sich erfindungsgemäß weitere Anwendungsmöglich­ keiten realisieren, indem beispielsweise digitale Ausgänge des Sensors logisch verknüpft werden. Dadurch läßt sich beispielsweise eine Diskriminatorfunktion umsetzen.

Vorteilhaft ist es, wenn eine Mehrzahl von Ausgangsan­ schlüssen jeweils für ein digitales Ausgangssignal vorgesehen ist, wobei einem bestimmten Ausgangsanschluß ein vorgegebener Schaltpunkt und damit Schaltabstand zuordenbar ist. Dadurch hat ein Anwender große Variationsmöglichkeiten bezüglich der Einstellungen des Näherungssensors. Beispielsweise ist es bekannt, auf einem linear bewegten Gegenstand eine keil­ förmige Fläche anzuordnen und den Näherungssensor über dieser Keilfläche ortsfest zu positionieren. Bewegt sich die keil­ förmige Fläche gegenüber dem Näherungssensor, dann ändert sich damit auch der Meßabstand. Aus dem analogen Ausgangs­ signal läßt sich der Meßabstand ablesen, und daraus wiederum läßt sich die relative Position zwischen dem Gegenstand und dem Näherungssensor quer zur Meßabstandsrichtung bestimmen. Werden nun bestimmte Schaltpunkte eingestellt, so läßt sich mittels der digitalen Ausgangssignale des Näherungssensors überprüfen, ob der Gegenstand auf seiner Bewegung in einer Richtung quer zur Meßabstandsrichtung eine bestimmte Position erreicht hat, ohne daß der absolute Wert der Position ausge­ wertet werden muß. Dadurch läßt sich eine einfache Positions­ überwachung erreichen. Durch den analogen Ausgang hat aber ein Anwender weiterhin die Möglichkeit, auch eine genaue Positionsbestimmung durchführen zu können.

Günstig ist es, wenn einem Ausgangsanschluß für ein digitales Ausgangssignal eine optische Anzeigevorrichtung zugeordnet ist, durch welche die Signalbeaufschlagung des Ausgangs­ anschlusses anzeigbar ist. Ein Anwender kann dann unmittelbar am Näherungssensor ablesen, ob der angenäherte Gegenstand sich innerhalb oder außerhalb eines vorgegebenen Schalt­ punktes befindet. Ein erfindungsgemäßer Näherungssensor läßt sich kostengünstig herstellen, wenn die optische Anzeige­ vorrichtung eine Leuchtdiode umfaßt.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schaltpunkt-Aus­ werteeinheit programmierbar ist, um einen oder mehrere Schaltpunkte vorzugeben. Ein Anwender kann dann gezielt die Schaltpunkte so einstellen, wie es für seine Anwendung am vorteilhaftesten ist.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Schaltpunkt mittels Vorgabe eines Schaltabstandes einstellbar ist. Ein Anwender gibt dann den Schaltabstand (Meßabstand) vor, bei welchem sich der Signalpegel des digitalen Ausgangssignals ändern soll und die Schaltpunkt-Auswerteeinheit bestimmt automatisch einen zugehörigen Schwellenwert, bei dessen Erreichen eine Pegelumschaltung des Digitalsignals erfolgen soll. Insbesondere ist es günstig, wenn ein Schaltpunkt mittels Vorgabe des Abstands zu einem anderen Schaltpunkt einstellbar ist. Neben einer absoluten Schaltpunktvorgabe lassen sich somit also auch relative Schaltpunktabstände, d. h. Schaltpunktabstände bezogen auf einen anderen Schalt­ punkt, einstellen.

Günstig ist es auch, wenn ein Schaltpunkt mittels Vorgabe eines Spannungssignals und/oder Stromsignals einstellbar ist, welches einem analogen Ausgangssignal für den Schaltpunkt entspricht. Ein solches Signal kann beispielsweise einer Kennlinie des Näherungssensors entnommen werden. Eine solche Vorgehensweise ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine Programmierung des Schaltpunkts über den Schaltabstand bei­ spielsweise deshalb nicht möglich ist, weil der Schalter in einer Maschine an einer unzugänglichen Stelle montiert ist.

Günstig ist es, wenn die Schaltpunkt-Auswerteeinheit je Aus­ gangsanschluß für ein digitales Ausgangssignal eine Ein­ richtung zur Vorgabe einer Schwelle zur Vorgabe eines Schalt­ punkts und eines Komparators umfaßt. Durch eine solche Ein­ richtung zur Vorgabe einer Schwelle läßt sich auf einfache Weise ein Schaltpunkt vorgeben und insbesondere über Pro­ grammierung einstellen. Der Komparator vergleicht dann, ob ein Oszillatorsignal oberhalb oder unterhalb der Schwelle liegt und je nach Ergebnis dieser Prüfung wird das digitale Ausgangssignal generiert bzw. geändert. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schwellenvorgabe einstellbar ist, um so die Schaltpunkt-Auswerteeinheit programmieren zu können.

Günstig ist es, wenn der Näherungssensor einen Steueranschluß zur Programmierung der Schaltpunkt-Auswerteeinheit umfaßt. Durch die Steuerleitung können die Schaltpunkte für die digitalen Ausgangssignale auch dann eingestellt werden, wenn der erfindungsgemäße Näherungssensor an schwer zugänglichen Stellen montiert ist.

Günstig ist es, wenn die Schaltpunkt-Auswerteeinheit mittels Teach-in programmierbar ist. Dadurch sind für einen Anwender keine spezifischen Programmierkenntnisse für die Programmie­ rung der Schaltpunkt-Auswerteeinheit erforderlich und die Einstellung eines Schaltpunkts ist direkt verknüpft mit der zu detektierenden Größe, dem Schaltabstand, bei einer An­ wendung. Es ist zur Programmierung auch keine weitere Hardware und Software nötig, sondern in den erfindungsgemäßen Näherungssensor ist die entsprechende Funktionalität integriert.

Vorteilhafterweise ist dabei das analoge Ausgangssignal mindestens in einem Arbeitsbereich monoton abhängig vom Meß­ abstand. Dadurch ist gewährleistet, daß eingestellte Schalt­ abstände eindeutig verknüpft sind mit bestimmten Schalt­ punkten. Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, wenn das analoge Ausgangssignal in einem Arbeitsbereich im wesent­ lichen linear abhängig ist vom Meßabstand. Dadurch ist eine leichte Anwendbarkeit und auch Programmierbarkeit des er­ findungsgemäßen Näherungssensors gegeben.

Günstigerweise sind dann ein oder mehrere Schaltpunkte inner­ halb des Arbeitsbereichs einstellbar. Es kann dadurch ins­ besondere verhindert werden, daß der Anwender Schaltpunkte in einem Bereich einstellt, in welchem der Näherungssensor nicht mehr günstig arbeitet.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erfindungsgemäße Näherungssensor ein induktiver Näherungssensor ist. Durch einen solchen Sensor lassen sich Meßabstände mit guter Genauigkeit ermitteln und er ist einfach und kostengünstig einsetzbar und herstellbar.

Die nachfolgende Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Näherungssensors;

Fig. 2 die Abhängigkeit eines analogen Ausgangssignals (U_a) vom Meßabstand (s) und die Abhängigkeit von digitalen Ausgangssignalen vom Schaltabstand und

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Anschlüsse des erfindungsgemäßen Näherungsschalters.

Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Näherungs­ sensors, welche in Fig. 1 in einem Blockschaltbild gezeigt ist und als Ganzes mit 10 bezeichnet ist, umfaßt als auf die Annäherung eines Gegenstands 12 sensitives Element einen Oszillator 14 mit einem Schwingkreis 16, welcher eine Induk­ tivität L und einer Kapazität C umfaßt.

Ein Gegenstand 12 aus einem elektrisch leitenden Material oder aus einem magnetisch leitenden Material koppelt an die Induktivität des Oszillators 14 (induktive Gegenkopplung), verändert die Spulenparameter und verändert dadurch Kenn­ größen des Oszillators wie die Oszillatoramplitude durch Bedämpfung und die Frequenz des Oszillators. Die elektro­ magnetische Ankopplung des Gegenstands 12 an den Oszillator 14 hängt dabei von dem Abstand s zwischen Gegenstand 12 und Schwingkreis 16 ab (Meßabstand oder Bedämpfungsabstand). Je größer der Meßabstand s, desto geringer ist die induktive Ankopplung des Gegenstands 12 an die Induktivität L des Oszillators 14. Die Kenngrößen des Oszillators 14 sind daher abhängig von dem Meßabstand s des zu detektierenden Gegen­ stands 12 und aus diesen Kenngrößen läßt sich somit der Meß­ abstand ermitteln.

Der Oszillator 14 umfaßt eine Auswerteschaltung 18 für einen Schwingungszustand des Oszillators 14. Eine solche Auswerte­ schaltung ist in der EP 0 626 595 B1 (US 5,504,425) be­ schrieben, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.

Insbesondere ist es vorgesehen, daß die Auswerteschaltung 18 für einen Schwingungszustand des Oszillators 14 eine ge­ schlossene adaptive Schleifenstufe umfaßt, welche einen Schleifenstrom für den Schwingkreis 16 liefert und einen von einem Meßabstand zwischen der Induktivität L des Schwing­ kreises 16 und dem Gegenstand 12 abhängigen Amplitudenwert­ verlauf erzeugt und eine interne Auswerteschaltung umfaßt, welche eine am Schwingkreis 16 anliegende Oszillatorspannung erfaßt. Die adaptive Schleifenstufe ist dabei so aufgebaut, daß sie einen mit dem Meßabstand variierenden Amplitudenwert­ verlauf des Schleifenstroms erzeugt, welcher im Bereich kleiner Bedämpfungsabstände mindestens ein schwingungs­ erhaltendes Segment aufweist, dessen Steigung kleiner ist als die Steigung des Amplitudenwertverlaufs im Bereich mittlerer Meßabstände. Insbesondere ist dabei ein Resonanzkreiswider­ stand des Schwingkreises 16 so abhängig von dem Meßabstand, daß er im Bereich kleiner Meßabstände steil ansteigt, im Bereich mittlerer Meßabstände weniger steil weiter ansteigt und im Bereich großer Meßabstände im wesentlichen einen konstanten Wert aufweist.

Mit der Auswerteschaltung 18 für einen Schwingungszustand des Schwingkreises 16 ist eine Kalibriereinrichtung 20 verbunden, durch die sich der Oszillator 14 kalibrieren läßt. Es lassen sich dann einstellbare Schaltungsparameter wie ein den Meß­ abstand beeinflußbarer Widerstand oder ein Verstärkungsfaktor des Oszillators 14 einstellen. Eine solche Kalibrier­ einrichtung 20 ist beispielsweise in der DE 41 23 828 C2 oder der US 5 408 132 beschrieben, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Insbesondere ist die Kalibrier­ einrichtung 20 dabei als frei programmierbare, einen Daten­ speicher umfassende Einrichtung ausgebildet, und es ist eine ausgangsseitig mit der Kalibriereinrichtung 20 verbundene Demodulationsschaltung vorgesehen, welche eingangsseitig über einen der für die Schalterfunktion des Näherungssensors er­ forderlichen äußeren elektrischen Anschlüsse 22, 24 Pro­ grammierdaten in Form von den Ausgangssignalen und/oder elek­ trischen Potentialen an dem betreffenden äußeren elektrischen Anschluß überlagerter aufmodulierter Daten zuführbar sind.

Durch eine derartige Ausgestaltung läßt sich ein Schaltungs­ parameter des Oszillators 14 und insbesondere ein den Meß­ abstand bestimmender Widerstandswert zu einem beliebigen Zeitpunkt einstellen, ohne daß hierzu außer Anschlüssen 22, 24 für die elektrische Versorgung weitere zusätzliche Kalibrieranschlüsse vorgesehen werden müssen. Dadurch kann die Kalibrierungsprogrammierung eines einzustellenden Schaltungsparameters bei vollkommen fertiggestelltem und bereits vergossenem Näherungsschalter gegebenenfalls sogar erst nach dessen Montage an Ort und Stelle an einer Maschine oder dergleichen erfolgen, bevor der Näherungssensor für seine Überwachungsfunktion eingesetzt wird. Dadurch lassen sich alle wesentlichen Fertigungstoleranzen bei der Her­ stellung des Näherungssensors kompensieren.

Der erfindungsgemäße Näherungssensor 10 umfaßt weiterhin einen Ausgangstreiber 26, an welchen die Versorgungs­ anschlüsse 22, 24 geführt sind und der einen Ausgangsanschluß 28 für ein analoges Ausgangssignal 29 aufweist. Der Ausgangs­ treiber 26 dient als Schnittstelle zwischen Sensor und An­ wendung, d. h. stellt die Schnittstelle zur Umwelt dar.

Zwischen der Auswerteschaltung 18 für einen Schwingungs­ zustand des Oszillators 14 und dem Ausgangstreiber 26 ist eine Zwischenstufe 30 angeordnet, die insbesondere als Zwischenverstärker ausgebildet ist und ein Ausgangssignal der Auswerteschaltung 18 für einen Schwingungszustand und damit ein von dem Meßabstand zwischen Gegenstand 12 und Schwing­ kreis 16 abhängiges Signal dem Ausgangstreiber 26 zuführt. Dieser konvertiert das Signal in ein vorgegebenes Format bei­ spielsweise derart, daß das analoge Ausgangssignal in einem bestimmten Spannungsbereich liegt (vgl. Fig. 2).

Die Zwischenstufe 30 ist mit einer in den Näherungssensor 10 integrierten Schaltpunkt-Auswerteeinheit 32 verbunden. Die Schaltpunkt-Auswerteeinheit 32 verfügt über einen Steuer­ anschluß 34, über welchen sich die Schaltpunkt-Auswerte­ einheit 32 programmieren läßt. Ferner umfaßt die Schaltpunkt- Auswerteeinheit 32 mindestens einen Ausgang für ein digitales Ausgangssignal. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungs­ beispiel sind drei Ausgangsanschlüsse 36, 38, 40 für digitale Ausgangssignale vorgesehen. Jedem Ausgangsanschluß 36, 38, 40 ist dabei jeweils eine Leuchtdiode 42, 44, 46 zugeordnet, welche die Signalbeaufschlagung des zugehörigen Ausgangs­ anschlusses optisch anzeigt.

Der Schaltpunkt-Auswerteeinheit 32 wird über die Zwischen­ stufe 30 von der Auswerteschaltung 18 für einen Schwingungs­ zustand des Oszillators 14 ein analoges Signal und insbe­ sondere ein Spannungssignal bereitgestellt, dessen Größe ab­ hängig ist von dem Meßabstand zwischen dem Gegenstand 12 und dem Schwingkreis 16. Einem Ausgangsanschluß 36, 38, 40 ist dabei jeweils eine einstellbare Schwellenvorrichtung 48 zur Vorgabe eines Schaltpunkt-Schwellenwerts zugeordnet und ein Komparator 50, welcher prüft, ob das von der Zwischenstufe 30 erhaltene Signal oberhalb oder unterhalb der vorgegebenen Schwelle liegt. (In Fig. 1 ist nur die dem Ausgangsanschluß 36 zugeordnete Schwellenvorrichtung und der entsprechend zugeordnete Komparator gezeigt.) Eine Schwellenvorrichtung 48 und ein Komparator 50 können beispielsweise durch ent­ sprechende elektronische Schaltungen realisiert sein (Hardware-Lösung) oder vorteilhafterweise durch in einen Mikrocontroller implementierte Funktionen realisiert sein (Software-Lösung).

Der erfindungsgemäße Näherungssensor funktioniert wie folgt:

Der Oszillator 14 ist mittels der Kalibriereinrichtung 20 so eingestellt, daß an dem Ausgangsanschluß 28 für ein analoges Ausgangssignal, bei dem es sich insbesondere um ein Spannungssignal oder ein Stromsignal handelt, dieses analoge Ausgangssignal 29 innerhalb eines Arbeitsbereichs des Nähe­ rungssensors 10 zwischen einem minimalen Meßabstand s_min und einem maximalen Meßabstand s_max im wesentlichen linear ab­ hängig ist vom Meßabstand. Es ergibt sich dann die in Fig. 2 gezeigte Abhängigkeit des analogen Ausgangssignals U_a vom Meßabstand s, wenn der Ausgangstreiber 26 so eingestellt ist, daß sich die Ausgangsspannung am Ausgangsanschluß 28 er­ niedrigt, wenn sich der Gegenstand 12 dem Schwingkreis 16 nähert. Die Linearität des Ausgangssignals ist dabei inner­ halb eines Toleranzbereichs 52 gewährleistet.

An dem Ausgangsanschluß 28 steht folglich ein analoges Aus­ gangssignal 29 an, welches in dem Arbeitsbereich des Nähe­ rungssensors zwischen s_max und S_min im wesentlichen linear abhängig ist vom Meßabstand.

Durch die Schaltpunkt-Auswerteeinheit 32 lassen sich be­ stimmte Schaltpunkte und damit Schaltabstände innerhalb des Arbeitsbereichs vorgeben. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Aus­ führungsbeispiel mit drei Ausgangsanschlüssen 36, 38, 40 für digitale Ausgangssignale lassen sich drei Schaltpunkte S₁, S₂ und S₃ beliebig vorgeben (Fig. 2). Ein Schaltpunkt läßt sich dabei durch Teach-In-Programmieren der Schaltpunkt-Auswerte­ einheit 32 mittels Schwellenvorrichtungen 48 einstellen. Dazu wird die Programmierfunktion der Schaltpunkt-Auswerteeinheit 32 aktiviert, indem beispielsweise der Steueranschluß 34 für eine bestimmte Zeit mit dem Plusanschluß 22 über einen internen oder externen Taster verbunden wird. Nach Akti­ vierung der Programmierfunktion wird ein bestimmter Ausgangs­ anschluß ausgewählt. Es wird dann bei einer Variante der Gegenstand 12 in dem vorgesehenen Schaltabstand von dem Oszillator 14 positioniert und dann dieser Schaltabstand gespeichert. Dadurch ist dann der Schaltpunkt bezüglich dieses vorgegebenen Schaltabstands eingestellt.

Alternativ dazu kann der Schaltpunkt auch dadurch eingestellt werden, daß nicht der Schaltabstand, d. h. der Meßabstand, bei dem der Ausgang seinen Pegel ändert, eingestellt wird, sondern die Spannung bzw. der Strom vorgegeben wird, welche einem Schaltpunkt entspricht und an dem Ausgangsanschluß 28 abgreifbar ist.

Beim Betrieb des Näherungssensors 10 prüft nun der jeweils einem Ausgangsanschluß 36, 38, 40 zugeordnete Komparator 50, ob das erhaltene Spannungssignal oberhalb des vorgegebenen Schwellenwerts liegt oder unterhalb. Je nach Ergebnis dieser Prüfung wird ein Signal abgegeben; bei dem abgegebenen Signal handelt es sich um ein Digitalsignal, da nur geprüft wird, ob der tatsächliche Meßabstand unterhalb oder oberhalb des ein­ gestellten Schaltpunkts liegt, d. h. ob der Schaltabstand erreicht ist oder nicht.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Ausgangsanschlüsse 36, 38, 40 so eingestellt, daß diese ge­ schaltet sind, d. h. einen hohen Signalpegel 54 liefern, wenn der Gegenstand 12 weiter von dem Näherungssensor 10 entfernt ist als der durch den vorgegebenen Schaltpunkt eingestellte Schaltabstand (NC-Betrieb). Detektiert der Komparator 50, daß bei Annäherung des Gegenstands der vorgegebene Schwellenwert überschritten ist, dann wird das entsprechende digitale Aus­ gangssignal auf einen niedrigen Signalpegel 56 gesetzt. Mit dem Wechsel des Signalpegels des digitalen Ausgangssignals ist eine Änderung der Anzeige der zugeordneten Leuchtdiode verbunden. Beispielsweise ist ein hoher Signalpegel mit einer Leuchtanzeige verbunden und ein niedriger Signalpegel mit einer Nicht-Leuchtanzeige. Ein Benutzer erkennt dann optisch am Näherungssensor 10, ob ein bestimmter Schaltpunkt und damit ein bestimmter Schaltabstand überschritten oder unter­ schritten ist.

In einer alternativen Betriebsweise (NO-Betrieb) liefert ein Ausgang einen niedrigen Signalpegel, wenn ein Gegenstand sich jenseits eines Schaltpunkts befindet. Der Meßabstand ist dann größer als der Schaltabstand.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel steht, wie bereits erwähnt, am Ausgangsanschluß 28 ein ana­ loges Ausgangssignal bereit, welches linear abhängig ist von dem Meßabstand.

Die Schaltpunkte, wie beispielsweise S₁, S₂, S₃ werden von einem Anwender durch Programmierung (Teach-In-Programmierung) eingestellt. Ein Teach-In-Vorgang umfaßt die drei grundsätz­ lichen Schritte Aktivierung des Programmiermodus, Auswahl des zu programmierenden Ausgangs und Einstellen eines bestimmten Schaltabstands auf dem ausgewählten Ausgang. Da einem Ausgang eine Leuchtdiode zugeordnet ist, zeigt diese den jeweiligen Zustand des Ausgangs zu jedem Zeitpunkt an. Im Programmier­ modus kann insbesondere ein Ausgang und die zugeordnete Leuchtdiode einen Einstellzustand aufweisen, der intermittent ist. Beispielsweise blinkt die Leuchtdiode. Dadurch kann der Zustand des erfindungsgemäßen Näherungssensors lokal abge­ fragt werden (über die Leuchtdioden) und/oder in einer Ent­ fernung über den Signalzustand, welcher an den Ausgängen abgreifbar ist. Dies gilt sowohl für Einstellung als auch Überwachung.

Beispielsweise sind an der Schaltpunkt-Auswerteeinheit 32 drei Schaltpunkte S₁, S₂ und S₃ so eingestellt, daß bei An­ näherung des Gegenstands 12 an den Schwingkreis 16 von größeren Entfernungen her innerhalb des Arbeitsbereichs des Oszillators 14 bei Erreichen eines ersten Schaltabstands s₁ das Signal 58 am Ausgangsanschluß 36 von einem hohen Signal­ pegel 54 auf einen niedrigeren Signalpegel 56 geht. Ent­ sprechend ändert sich die Anzeige der zugeordneten Leucht­ diode 42. Bei weiterer Annäherung des Gegenstands an den Näherungssensor 10 ändert sich das Signal an dem Ausgangs­ anschluß 36 nicht mehr. Wird der Gegenstand 12 weiter ange­ nähert, dann wird entsprechend bei einem Schaltabstand s₂, welcher kleiner ist als s₁, der Ausgangsanschluß 38 so ge­ schaltet, daß das dort anstehende Signal 60 von einem hohen Signalpegel auf einen niedrigen Signalpegel geht. Ent­ sprechend schaltet die zugeordnete Leuchtdiode. Nähert sich der Gegenstand 12 noch weiter dem Näherungssensor an, dann wird durch die Schaltpunkt-Auswerteeinheit 32 bei Erreichen eines Schaltabstands s₃ das an dem Ausgangsanschluß 40 an­ stehende Signal 62 von einem hohen Pegel auf einen niederen Pegel geschaltet. Entsprechend wird die zugeordnete Leucht­ diode 46 geschaltet.

Sind alle Ausgangsanschlüsse 36, 38, 40 auf einem niedrigen Signalpegel, so bedeutet dies folglich, daß der Schaltabstand kleiner ist als s₃. Ist der Ausgangsanschluß 40 auf einem hohen Pegel, die Ausgangsanschlüsse 36, 38 dagegen auf niedrigem Pegel, so ist der Schaltabstand zwischen Gegenstand 12 und Schwingkreis 16 größer als s₃ aber kleiner als s₂. Ist schließlich der Ausgangsanschluß 36 durchgeschaltet (hoher Signalpegel) und sperren die Ausgangsanschlüsse 38, 40 (niedriger Signalpegel), so bedeutet dies, daß der Schalt­ abstand zwischen Gegenstand 12 und Schwingkreis 16 zwischen s₁ und s₂ liegt.

Über den Ausgangsanschluß 28 für das analoge Ausgangssignal 29 läßt sich innerhalb des Arbeitsbereichs des Oszillators 14 aus der Signalhöhe der Meßabstand ablesen, während aus den digitalen Ausgangssignalen sich ablesen läßt, ob innerhalb des gesamten Arbeitsbereichs der Schaltabstand innerhalb bestimmter, durch die eingestellten Schaltpunkte vorgegebenen Bereiche liegt.

In Fig. 3 ist schematisch der erfindungsgemäße Näherungs­ sensor 10 mit seinen Anschlüssen gezeigt. Die Abkürzungen symbolisieren dabei Anschlußfarben. Der erfindungsgemäße Näherungssensor weist Versorgungsanschlüsse 22 und 24 auf. Weiterhin weist er einen Ausgangsanschluß 28 für ein analoges Ausgangssignal 29 auf. Über einen Steueranschluß 24 läßt sich die Programmierung der Schaltpunkt-Auswerteeinheit 32 zur Einstellung der Schaltpunkte aktivieren.

Weiterhin ist mindestens ein Ausgangsanschluß zur Bereit­ stellung eines digitalen Signals in Abhängigkeit eines Schaltpunkts vorgesehen. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Aus­ führungsbeispiel sind drei Ausgangsanschlüsse 36, 38, 40 vorgesehen. Die Bezeichnung NO deutet dabei an, daß diese Schaltanschlüsse auf niedrigem Pegel sind, wenn der Gegen­ stand außerhalb des Schaltpunkts liegt.

Der erfindungsgemäße Näherungssensor weist daher bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel vier Ausgangsanschlüsse auf, nämlich einen Ausgangsanschluß 28 für ein analoges Aus­ gangssignal 29 und drei Ausgangsanschlüsse 36, 38, 40 für digitale Ausgangssignale 58, 60, 62.

Claims (16)

1. Näherungssensor mit einem Oszillator (14), welcher durch einen von außen heranführbaren Gegenstand (12) beein­ flußbar ist, mit Auswerteeinrichtungen (18, 26) zur Er­ zeugung eines analogen Ausgangssignals (29) in Abhängig­ keit eines Meßabstands (s) zwischen Gegenstand (12) und Oszillator (14) und mit einem Ausgangsanschluß (28), an welchem das analoge Ausgangssignal (29) abgreifbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Sensor eine Schaltpunkt-Auswerteeinheit (32) inte­ griert ist, durch welche ein digitales Ausgangssignal (58) bereitstellbar ist, das die Information enthält, ob ein detektierter Meßabstand oberhalb oder unterhalb eines vorgegebenen Schaltpunkts (51) liegt und daß ein Ausgangsanschluß (36) für das digitale Ausgangssignal (58) vorgesehen sind.

2. Näherungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Ausgangsanschlüssen (36, 38, 40) jeweils für ein digitales Ausgangssignal (58, 60, 62) vorgesehen ist, wobei einem bestimmten Ausgangsanschluß (36; 38; 40) ein vorgegebener Schaltpunkt (S₁; S₂; S₃) zuordenbar ist.

3. Näherungssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einem Ausgangsanschluß (36) für ein digi­ tales Ausgangssignal (58) eine optische Anzeigevor­ richtung (42) zugeordnet ist, durch welche die Signal­ beaufschlagung des Ausgangsanschlusses (36) anzeigbar ist.

4. Näherungssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Anzeigevorrichtung eine Leuchtdiode (42) umfaßt.

5. Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltpunkt-Auswerte­ einheit (32) programmierbar ist, um einen oder mehrere Schaltpunkte (S₁; S₂; S₃) vorzugeben.

6. Näherungssensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltpunkt (S₁) mittels Vorgabe eines Schalt­ abstands (s₁) einstellbar ist.

7. Näherungssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltpunkt mittels Vorgabe des Abstands zu einem anderen Schaltpunkt einstellbar ist.

8. Näherungssensor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltpunkt (S₁; S₂; S₃) mittels Vorgabe eines Spannungssignals und/oder Strom­ signals einstellbar ist, welches einem analogen Aus­ gangssignal für den Schaltpunkt entspricht.

9. Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltpunkt-Auswerte­ einheit (32) je Ausgangsanschluß (36; 38; 40) für ein digitales Ausgangssignal (58; 60; 62) eine Einrichtung (48) zur Vorgabe einer Schwelle zur Vorgabe eines Schaltpunkts (S₁; S₂; S₃) und einen Komparator (50) umfaßt.

10. Näherungssensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenvorgabe einstellbar ist.

11. Näherungssensor nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Näherungssensor einen Steueranschluß (34) zur Programmierung der Schaltpunkt- Auswerteeinheit (32) umfaßt.

12. Näherungssensor nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltpunkt-Auswerte­ einheit (32) mittels Teach-in programmierbar ist.

13. Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das analoge Ausgangssignal (29) mindestens in einem Arbeitsbereich monoton abhängig ist vom Meßabstand (s).

14. Näherungssensor nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das analoge Ausgangssignal (29) in einem Arbeitsbereich im wesentlichen linear abhängig ist von dem Meßabstand (s).

15. Näherungssensor nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Schalt­ punkte (S₁; S₂; S₃) innerhalb des Arbeitsbereichs ein­ stellbar sind.

16. Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Näherungssensor ein induktiver Näherungssensor ist.