DE102012208893A1

DE102012208893A1 - Pneumatic pad control device

Info

Publication number: DE102012208893A1
Application number: DE102012208893A
Authority: DE
Inventors: Lorenz Halbinger; Dirk Lippemeyer; Benno Kathan; Martin Clausen
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2011-05-25
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2012-11-29
Anticipated expiration: 2032-05-26
Also published as: DE102012208898B4; WO2012160204A1; DE102012208898A1; DE102012208893B4

Abstract

Messeinrichtungen (1) zur Bestimmung der Position eines Objektes (3) relativ zu einer Bezugsfläche, insbesondere pneumatische Auflagenkontrollvorrichtung für Werkstücke oder Werkstückträger, haben häufig das Problem, das sie Schwankungen im Versorgungsdruck augesetzt sind. Des Weiteren wird zur Durchflussmessung häufig eine Blendeneinrichtung verwendet, was die Spülvorgänge zur Reinigung erschwert. Erfindungsgemäß wird nun die Verwendung eines Durchflussmessgeräts (20) zur Bestimmung der Position eines Objektes (3) relativ zu einer Bezugsfläche, insbesondere zur pneumatischen Auflagenkontrolle für Werkstücke oder Werkstückträger, mit einem thermischen Massedurchflusssensor (21) und einem Versorgungskanalabschnitt (10a), der eingangsseitig, vorzugsweise über einen Versorgungskanal (10), an eine Druckluftquelle (4) anschließbar ist, durch die Luft mit einem Speisedruck p zur Verfügung stellbar ist, und ausgangsseitig an mindestens eine Messdüse (2) anschließbar ist, wobei sich die Austrittsöffnung der Messdüse (2) bzw. die Austrittsöffnungen der Messdüsen (2) in der Bezugsfläche befindet bzw. befinden, vorgeschlagen, wobei der Versorgungskanalabschnitt (10a) einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist, damit im Versorgungskanalabschnitt (10a) ein annähernd gleicher Druck herrscht, und ein Drucksensor (30) zur Bestimmung des im Versorgungskanalabschnitt (10a) herrschenden Drucks vorgesehen ist, wobei der Massedurchflusssensor (21) und der Drucksensor (30) mit einer Auswerteeinheit (5) verbunden sind, die zur Berechnung und Überwachung des Abstands zwischen Düse (2) und Objekt (3) dient. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Position eines Objektes (3) relativ zu einer Bezugsfläche, insbesondere eine pneumatische Auflagenkontrollvorrichtung für Werkstücke oder Werkstückträger, mit mindestens einer Messdüse (2), das ein solches Durchflussmessgerät (20) umfasst, sowie zwei Verfahren zum Betreiben einer solchen Messeinrichtung.Measuring devices (1) for determining the position of an object (3) relative to a reference surface, in particular pneumatic support control device for workpieces or workpiece carriers, often have the problem that they are exposed to fluctuations in the supply pressure. Furthermore, an orifice device is often used for flow measurement, which makes the rinsing processes for cleaning more difficult. According to the invention, the use of a flow measuring device (20) for determining the position of an object (3) relative to a reference surface, in particular for the pneumatic support control for workpieces or workpiece carriers, with a thermal mass flow sensor (21) and a supply duct section (10a) on the input side, Preferably via a supply channel (10), can be connected to a compressed air source (4), through which air with a feed pressure p can be made available, and can be connected on the outlet side to at least one measuring nozzle (2), the outlet opening of the measuring nozzle (2) or the outlet openings of the measuring nozzles (2) are located in the reference surface, the supply channel section (10a) having an essentially constant cross section so that the supply channel section (10a) has approximately the same pressure, and a pressure sensor (30) to determine the in the supply channel section (10a) prevailing pressure is provided, the mass flow sensor (21) and the pressure sensor (30) being connected to an evaluation unit (5) which is used to calculate and monitor the distance between the nozzle (2) and the object (3). The invention further relates to a measuring device for determining the position of an object (3) relative to a reference surface, in particular a pneumatic support control device for workpieces or workpiece carriers, with at least one measuring nozzle (2), which comprises such a flow measuring device (20), and two methods to operate such a measuring device.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Durchflussmessgeräts zur Bestimmung der Position eines Objektes relativ zu einer Bezugsfläche, insbesondere zur pneumatischen Auflagenkontrolle für Werkstücke oder Werkstückträger, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Position eines Objektes relativ zu einer Bezugsfläche, insbesondere eine pneumatische Auflagenkontrollvorrichtung für Werkstücke oder Werkstückträger, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Messeinrichtung Anspruchs 7 sowie ein Verfahren nach dem Anspruch 9. The invention relates to the use of a flowmeter for determining the position of an object relative to a reference surface, in particular for pneumatic support control for workpieces or workpiece carriers, according to the preamble of claim 1, and a measuring device for determining the position of an object relative to a reference surface, In particular, a pneumatic support control device for workpieces or workpiece carriers, according to the preamble of claim 6. The invention further relates to a method for operating such a measuring device claim 7 and a method according to claim 9.

Thermische Durchflussmessgeräte an sich sind bekannt. Sie arbeiten nach dem kalorimetrischen Prinzip, bei dem ein bestimmtes Temperaturverhalten aufgrund des in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit auftretenden Wärmetransports bestimmt wird. Im Wesentlichen gibt es hier zwei Möglichkeiten der Strömungsmessung. Bei einer ersten Möglichkeit arbeitet man mit einer Differenztemperaturmessung. An einer ersten Messstelle erzeugt dabei ein Heizer mit konstanter Heizleistung eine lokale Temperaturerhöhung, die von einem ersten Messelement erfasst wird. Weiterhin misst ein zweites Messelement an einem anderen Ort eine Referenztemperatur, welche der Temperatur des Mediums entspricht. Die Strömungsgeschwindigkeit kann nun aus der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Messstellen bestimmt werden. Eine zweite Möglichkeit sieht vor, dass ein Heizelement mit variabler Heizleistung die lokale Temperaturerhöhung erzeugt. Eine Regelung variiert die Heizleistung derart, dass eine vorgegebene, gleichbleibende Temperaturdifferenz von dem entfernt angeordneten Messelement gemessen wird. Diese variierende Heizleistung kann dann als ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit ausgewertet werden. Messgeräte der letztgenannten Art sind bspw. aus der deutschen Patentschrift 10 2004 055 101 bekannt und werden von der Anmelderin unter der Produktbezeichnung SDxxxx vertrieben. Thermal flowmeters are known per se. They work according to the calorimetric principle, in which a specific temperature behavior is determined on the basis of the heat transfer occurring as a function of the flow velocity. Essentially, there are two ways of measuring flow here. In a first possibility one works with a differential temperature measurement. At a first measuring point, a heater with a constant heating power generates a local temperature increase, which is detected by a first measuring element. Furthermore, a second measuring element at another location measures a reference temperature, which corresponds to the temperature of the medium. The flow velocity can now be determined from the temperature difference between the two measuring points. A second possibility provides that a heating element with variable heating power generates the local temperature increase. A regulation varies the heating power in such a way that a predetermined, constant temperature difference is measured by the remote measuring element. This varying heating power can then be evaluated as a measure of the flow rate. Measuring devices of the latter type are, for example, from the German Patent 10 2004 055 101 are known and sold by the applicant under the product name SDxxxx.

Messeinrichtungen, insbesondere pneumatische Auflagenkontrollvorrichtungen der genannten Art messen und überwachen die Änderung des Abstandes bzw. die korrekte Lage eines Objektes, z.B. eines Werkstücks oder Werkstückträgers, zu einer Bezugsfläche – der sog. Spaltabstand – und werden in verschiedenen Bereichen der industriellen Fertigungs- und Automatisierungstechnik eingesetzt. Derartige Messeinrichtungen sowie Verfahren zum Betreiben derartiger Messeinrichtung sind seit vielen Jahren bekannt und werden bspw. von der Anmelderin unter der Produktbezeichnung PSxxxx vertrieben. Measuring devices, in particular pneumatic bearing control devices of the type mentioned measure and monitor the change of the distance or the correct position of an object, e.g. a workpiece or workpiece carrier, to a reference surface - the so-called. Gap distance - and are used in various areas of industrial manufacturing and automation technology. Such measuring devices and methods for operating such a measuring device have been known for many years and are, for example, marketed by the applicant under the product name PSxxxx.

Die DE-A 196 08 879 zeigt eine solche Vorrichtung, bei der in einer Auflagefläche einer Spanneinrichtung Düsen angeordnet sind. Ein Druckmedium, bspw. Druckluft, wird zu den Austrittsdüsen geleitet. Ein der Spannvorrichtung zugeführtes Werkstück nähert sich je nach seiner Lage den Düsen an, so dass es zur Ausbildung eines Staudrucks kommt. Befindet sich allerdings ein Fremdkörper zwischen Auflagefläche und Werkstück, so bildet sich ein Spalt, der zu einem geringeren Druckwert führt. Der Staudruckwert wird erfasst und in Abhängigkeit hiervon ein Signal ausgelöst, welches bei nicht korrekter Lage die Fixierung des Werkstücks in der Spanneinrichtung verhindert. Bei der in der DE-A 196 08 879 beschriebenen Vorrichtung wird eine Justierung des zulässigen Druckwerts vorgenommen, indem ein spezieller Spaltleckage-Simulator angeschlossen wird. Abgesehen von Fremdkörpern können auch Veränderungen am Werkstück selbst Ursache für eine Spaltbildung sein. Derartige Veränderungen können bspw. abweichende Maße, insbesondere durch Verzug resultierend, oder Veränderungen der Oberfläche sein. The DE-A 196 08 879 shows such a device in which nozzles are arranged in a bearing surface of a clamping device. A pressure medium, for example compressed air, is conducted to the outlet nozzles. Depending on its position, a workpiece fed to the clamping device approaches the nozzles, so that a dynamic pressure is formed. However, if there is a foreign body between the bearing surface and the workpiece, a gap is formed which leads to a lower pressure value. The dynamic pressure value is detected and triggered in response to this, a signal which prevents the fixing of the workpiece in the clamping device in the wrong position. In the device described in DE-A 196 08 879 an adjustment of the permissible pressure value is made by a special gap leakage simulator is connected. Apart from foreign bodies, changes to the workpiece itself can also be the cause of a gap formation. Such changes may be, for example, deviating dimensions, in particular resulting from distortion or changes in the surface.

Häufig kommen Durchflussmessgeräte zum Einsatz, die sich über eine Messblende ergebende Druckdifferenz messen, um damit auf den Durchfluss zu schließen, da eine Änderung des Durchflusses Aufschluss auf eine Änderung der Objektlage bezüglich der Messdüsen gibt. Die DE-A 102 39 079 zeigt eine solche pneumatische Auflagenkontrolleinrichtung, bei der aus einer Messdüse austretende Druckluft gegen ein gegenüber der Düse angeordnetes Werkstück strömt. In der Zuleitung zur Messdüse ist eine Blende angeordnet. Mittels eines Differenzdrucksensors wird der Druckabfall über die Blende ermittelt, was ein Maß für den Durchfluss bzw. die Strömung und damit für den Spaltabstand ist. Der Differenzdrucksensor ist als Schwellwertschalter ausgebildet und gibt ein elektrisches binäres Signal aus, das davon abhängig ist, ob der Staudruck oberhalb oder unterhalb eines vordefinierten Grenzdifferenzdrucks liegt. Frequently, flowmeters are used which measure pressure difference resulting from a metering orifice in order to deduce the flow, since a change in the flow gives information about a change in the object position relative to the metering nozzles. The DE-A 102 39 079 shows such a pneumatic support control device in which emerging from a measuring nozzle compressed air flows against a nozzle disposed opposite the workpiece. In the supply line to the measuring nozzle, a diaphragm is arranged. By means of a differential pressure sensor, the pressure drop across the orifice is determined, which is a measure of the flow or the flow and thus the gap distance. The differential pressure sensor is designed as a threshold value and outputs an electrical binary signal, which is dependent on whether the back pressure is above or below a predefined limit differential pressure.

Allerdings wirken sich Schwankungen in der Druckversorgung auf das Messergebnis aus. Druckschwankungen sind unausweichlich, denn häufig ist der einzelne Versorgungskanal ein Teil eines komplexen, verzweigten Rohrsystems. Wenn an anderer Stelle des Rohrsystems ein Verbraucher zu- oder abgeschaltet wird, hat das unmittelbaren Einfluss auf den Speisedruck in den anderen Zweigen des Systems, d.h. auf den Druck vor der Blendeneinrichtung. Da es keinen Zusammenhang zwischen der Druckänderungen vor und der daraus resultierenden Druckänderung nach der Blendeneinrichtung gibt – zumindest ist dieser Zusammenhang nicht ohne Weiteres feststellbar –, lässt sich bei Änderungen nicht sicher sagen, ob die Ursache dafür eine Änderung des Spaltabstands ist. Individuelle Druckregler, die die Druckschwankungen glätten und für einen konstanten Speisedruck sorgen, sind zumeist nicht genau genug oder können aus Kostengründen nicht verwendet werden. However, fluctuations in the pressure supply affect the measurement result. Pressure fluctuations are unavoidable because often the single supply channel is part of a complex, branched pipe system. If a consumer is switched on or off elsewhere in the piping system, this has a direct effect on the feed pressure in the other branches of the system, ie the pressure in front of the visor. Since there is no relationship between the pressure changes before and the resulting pressure change after the aperture device - at least this relationship is not readily apparent - can not say for sure if changes, whether the cause is a change in the gap distance. Individual pressure regulator that the Smoothing pressure fluctuations and ensuring a constant feed pressure are usually not accurate enough or can not be used for cost reasons.

Eine alternative Auflagenkontrollvorrichtung zeigt das deutsche Patent 101 55 135 der Anmelderin. Auch hier wird der Staudruck an einer Referenzdüse gemessen, wobei aber die wirksame Austrittsfläche der Referenzdüse einstellbar ist. Zwei parallele Blendeneinrichtungen, die Referenzdüse und die Messdüse sind zu einer Brücke verschaltet, die sich ähnlich wie bei einer Wheatstoneschen Messbrücke durch Veränderungen an der Referenzdüse, bspw. durch eine Bügelmessschraube oder einer gelochten Scheibe, so abgleichen lässt, dass der Diagonaldruck null beträgt. An alternative overlay control device shows that German Patent 101 55 135 the applicant. Again, the back pressure is measured at a reference nozzle, but the effective exit area of the reference nozzle is adjustable. Two parallel diaphragm devices, the reference nozzle and the measuring nozzle are connected to a bridge, which can be similar to a Wheatstone bridge by changes to the reference nozzle, for example. By an outside micrometer or a perforated disc, adjust so that the diagonal pressure is zero.

Problematisch kann bei Spülvorgängen, bei denen Luft mit erhöhter Durchflussrate und damit erhöhtem Volumen durch den Versorgungskanal geblasen werden soll, die Blendeneinrichtung sein, die ein Hindernis darstellt und damit die maximale Durchflussrate begrenzt. Spülvorgänge sind notwendig, wenn Verunreinigungen im Versorgungskanal oder an den Messdüsen zu erwarten sind. Diese Verunreinigungen können bspw. durch Reste von Kühl-/Schmiermitteln entstehen, deren Verwendung bei vielen Fertigungsprozessen üblich ist. The problem with flushing processes, in which air with increased flow rate and thus increased volume to be blown through the supply channel, be the diaphragm device, which is an obstacle and thus limits the maximum flow rate. Rinses are necessary if impurities in the supply channel or at the measuring nozzles are to be expected. These impurities may, for example, be caused by residues of coolants / lubricants, whose use is common in many manufacturing processes.

Dem gegenüber weisen nach dem kalorimetrischen Prinzip arbeitende Durchflussmessgeräten zwar keine Blendeneinrichtung auf, sie können aber bei Änderungen des Durchflusses nicht unterscheiden, ob die Ursache hierfür die Veränderung der Position des Objekts ist oder eine Schwankung im Versorgungsdruck. On the other hand, flowmeters operating according to the calorimetric principle do not have a diaphragm device, but they can not distinguish when the flow changes, whether the cause for this is the change in the position of the object or a fluctuation in the supply pressure.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Messeinrichtung der vorgenannten Art zur Verfügung zu stellen, die ohne Blendeneinrichtung auskommt, daher eine frei wählbare Düsendurchmesser ermöglicht – hinsichtlich Anzahl der Messdüsen und deren Durchmesser selbst – und leicht zu reinigen ist, sowie auftretende Druckschwankungen kompensieren kann. Darüber hinaus soll ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung vorgeschlagen werden. Object of the present invention is to provide a measuring device of the aforementioned type, which does not require aperture device, therefore allows a freely selectable nozzle diameter - in terms of number of measuring nozzles and their diameter itself - and is easy to clean, and can compensate for pressure fluctuations occurring. In addition, a method for operating such a device should be proposed.

Die aufgezeigt Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung eines Durchflussmessgeräts mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Messeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 7 und Anspruch 9. The object shown is achieved by the use of a flow meter with the features of claim 1, a measuring device with the features of claim 6 and by a method according to claim 7 and claim 9.

Erfindungswesentlich ist einerseits, dass aufgrund der Verwendung eines thermischen Durchflussmessgeräts auf eine Blendeneinrichtung verzichtet werden kann. Der Versorgungskanal bzw. Versorgungskanalabschnitt – als Teil des Versorgungskanals innerhalb des Durchflussmessgeräts – weist somit erfindungsgemäß einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt auf. Um eine Druckschwankung im Versorgungsdruck zu erkennen, ist für diesen Zweck ein Drucksensor vorgesehen. Eine Druckänderung in der Versorgungsleitung hat unmittelbaren Einfluss auf die gemessene Strömung, obwohl der Spaltabstand und die verwendete Düse gleich geblieben ist. Mit Hilfe des jeweils gemessenen Drucks lässt sich der gemessene Durchfluss druckkompensieren und damit die Ursache für die Änderung des Strömungswertes eliminieren, indem alle Durchflusswerte auf ein Druckniveau kompensiert und damit miteinander verglichen werden können. Mit Hilfe des jeweils gemessenen Drucks lässt sich der gemessene Massedurchfluss druckkompensieren, d.h. alle Massedurchflusswerte können auf ein Druckniveau kompensiert und damit miteinander verglichen werden. Hierfür ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, dass der Massedurchflusssensor und der Drucksensor zur Berechnung und Überwachung des Abstands zwischen Düse und Objekt mit einer Auswerteeinheit verbunden sind. Wie die Druckkompensation im Einzelnen erfolgt wird nachfolgend im Zusammenhang mit dem Beschreibung des Verfahrens erläutert. On the one hand, it is essential to the invention that on account of the use of a thermal flow meter an aperture device can be dispensed with. The supply channel or supply channel section - as part of the supply channel within the flowmeter - thus according to the invention has a substantially constant cross-section. In order to detect a pressure fluctuation in the supply pressure, a pressure sensor is provided for this purpose. A pressure change in the supply line has a direct influence on the measured flow, although the gap distance and the nozzle used have remained the same. The measured pressure can be used to pressure-compensate the flow measured, eliminating the cause of the change in the flow rate by compensating and comparing all flow values to one pressure level. With the aid of the respectively measured pressure, the measured mass flow can be pressure compensated, i. All mass flow rates can be compensated to a pressure level and compared with each other. For this purpose, it is advantageous according to the invention that the mass flow sensor and the pressure sensor for calculating and monitoring the distance between nozzle and object are connected to an evaluation unit. How the pressure compensation is carried out in detail is explained below in connection with the description of the method.

Durch den im Wesentlichen konstanten Querschnitt des Vorsorgungskanals, d.h. ohne etwaige Verjüngungen, Drossel- bzw. Blendeneinrichtungen oder dergleichen, die den Druck im Versorgungskanal beeinflussen, ist es möglich, mit hohem Durchfluss Luft durch den Versorgungskanal durchzuspülen. Auf diese Weise lassen sich auf einfache Weise Ablagerungen und Verunreinigungen, bspw. durch Reste von Kühl-/Schmiermitteln, entfernen, ohne dass ein manuelles Eingreifen notwendig ist. Voraussetzung dafür ist natürlich, dass sich kein Objekt, d.h. Werkstück oder Werkstückträger, auf den Düsen bzw. in naher Umgebung der Düsen befindet, was den freien Luftaustritt aus den Düsen einschränken würde. Due to the substantially constant cross-section of the supply channel, i. without any tapers, throttles, or the like that affect the pressure in the supply duct, it is possible to flush air through the supply duct at high flow rates. In this way, deposits and impurities, for example. By residues of coolants / lubricants can be removed in a simple manner, without manual intervention is necessary. Of course, the prerequisite for this is that no object, i. Workpiece or workpiece carrier, located on the nozzles or in the vicinity of the nozzles, which would restrict the free air outlet from the nozzles.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass durch den „freien“ Versorgungskanal eine Analogwert-Ermittlung des Abstands zwischen Messdüse und Objekt möglich ist. Somit ist es möglich, definierte Schaltpunkte festzulegen, die die verschiedenen Situationen – wie „Nullspalt“, „kein Objekt vorhanden“ oder Soll-Abstand – definieren. Sind die gemessenen Werte außerhalb eines definierten Fensters um den Schaltpunkt herum, lassen sich auf diese Weise Fehler erkennen. Wenn im Zustand „kein Objekt vorhanden“ ein Schaltpunkt von 25 l/min Durchfluss definiert ist, kann bei einer Überschreitung eine Fensters von bspw. 23–27 l/min auf eine Leckage geschlossen werden, d.h. im Versorgungskanal oder an den Messdüsen sind Undichtigkeiten vorhanden, an denen Luft ungewollt ausströmt. Wird dieses Fenster unterschritten deutet dies darauf hin, dass eine Verschmutzung bzw. Verstopfung innerhalb des Versorgungskanals oder an den Messdüsen vorliegt, eine Verschmutzung der Messelemente des Durchflussmessers vorhanden ist oder ein Knick im Versorgungskanal für den geringen Durchfluss verantwortlich ist. A further advantage of the invention is that an "analog value determination of the distance between the measuring nozzle and the object is possible through the" free "supply channel. Thus, it is possible to define defined switching points that define the various situations - such as "zero gap", "no object present" or nominal distance. If the measured values outside a defined window are around the switching point, errors can be detected in this way. If a switching point of 25 l / min flow is defined in the state "no object present", a window of, for example, 23-27 l / min can be closed for leakage, ie there are leaks in the supply duct or at the measuring nozzles where air escapes unintentionally. If this window is undershot, this indicates that There is contamination or blockage within the supply channel or at the measuring nozzles, contamination of the measuring elements of the flow meter is present or a kink in the supply channel is responsible for the low flow.

Es hat sich als großer Nachteil herausgestellt, wenn sich im Bereich des Massedurchflusssensors Ölpfützen oder Kondensatablagerungen bilden, weil dadurch der Versorgungskanal verengt werden kann und die Messelemente des Durchflussmessgeräts verschmutzen können. Im Resultat kann dies zu einer Beeinflussung des Messergebnisses der Durchflussmessung führen. Zu Vermeidung dessen ist in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Versorgungskanalabschnitt im Bereich des thermischen Massedurchflusssensors eine den Querschnitt nicht verändernde Erhebung zur Vermeidung von Kondensat- oder Pfützenbildung aufweist. So kann auf einfache Weise die Pfützenbildung verhindert werden. Wichtig ist allerdings, dass der Querschnitt des Versorgungskanalabschnitts dabei nicht wesentlich verändert wird, was einen Blendeneffekt nachsichziehen würde. Der Hauptgedanke der Erfindung ist, dass der Durchmesser bzw. Querschnitt des Versorgungskanalabschnitts über die gesamte Länge im weitesten Sinne gleichmäßig verläuft. It has turned out to be a great disadvantage if oil puddles or condensate deposits form in the region of the mass flow sensor, because this can narrow the supply channel and contaminate the measuring elements of the flowmeter. As a result, this can lead to an influence on the measurement result of the flow measurement. In order to avoid this, it is provided in a development of the invention that the supply channel section in the region of the thermal mass flow sensor has a survey that does not change the cross section to avoid condensate or puddle formation. Thus, the puddling can be prevented in a simple manner. However, it is important that the cross-section of the supply channel section is not changed significantly, which would cause a glare effect. The main idea of the invention is that the diameter or cross section of the supply channel section runs uniformly over the entire length in the broadest sense.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass einem Teilbereich des Versorgungskanalabschnitts ein Parallel-Pfad mit einer Blendeneinrichtung zugeordnet ist, wobei über eine Einstellvorrichtung auswählbar ist, ob die Druckluft über den Versorgungskanalabschnitt oder über den Parallel-Pfad strömt. Hintergrund dieser Weiterbildung ist, dass es im Wesentlichen zwei Arten von Spülvorgängen gibt: zum einen die bereits erwähnte Methode, bei der Luft mit hohem Durchfluss durch den Versorgungskanal gespült wird, um bereits in die Messdüsen eingedrungene und z. T. angetrocknete Ablagerungen und Verunreinigungen, bspw. Reste von Kühl-/Schmiermitteln, zu entfernen, und zum anderen zur Verhinderung des Eindringens von Substanzen, wie bspw. Kühl-/Schmiermittel, wenn sich – was relativ häufig auftritt – kein Objekt auf den Messdüsen befindet. Im ersteren Fall muss die Luft mit hohem Durchfluss durchgespült werden, da sich bspw. angetrocknete Reste nur schwer entfernen lassen. Der Druckluftverbrauch bei einem solchen Spülvorgang ist entsprechend hoch. Im anderen Fall, wenn lediglich verhindert werden soll, dass Substanzen in die Messdüsen eindringen, reicht es auch aus, Luft mit einem wesentlich geringeren Durchfluss durchzuspülen. Studien haben ergeben, dass es ein enormes Einsparpotential gibt, wenn der Druckluftausstoß an die Anforderung der jeweiligen Anwendung angepasst und damit eine Verschwendung von Druckluft vermieden wird. Aus ökonomischen Gründen ist es daher vorteilhaft, durch Zuschalten einer Blendeneinrichtung die Luftmenge zu begrenzen, wenn sich kein Objekt auf den Messdüsen befindet und damit auch keine Abstandsmessung erfolgt. Die durchströmende Luftmenge wird somit auf einfache Weise auf ein Minimum reduziert, was aber ausreicht, um ein Eindringen von Substanzen in die Düsenöffnungen zu verhindern. A further advantageous development of the invention provides that a partial path of the supply channel section is assigned a parallel path with a diaphragm device, it being possible to select via an adjustment device whether the compressed air flows via the supply channel section or via the parallel path. Background of this development is that there are essentially two types of rinsing: on the one hand, the already mentioned method in which high-flow air is purged through the supply channel to already penetrated into the measuring nozzles and z. T. dried deposits and impurities, for example. Remains of coolants / lubricants to remove, and on the other to prevent the ingress of substances such as. Coolant / lubricant, if - which is relatively common - no object on the measuring nozzles located. In the former case, the air must be flushed through with high flow, because, for example, dried residues are difficult to remove. The compressed air consumption in such a flushing process is correspondingly high. In the other case, if it is only intended to prevent substances from penetrating into the measuring nozzles, it is also sufficient to purge air at a much lower flow rate. Studies have shown that there is an enormous savings potential if the compressed air output is adapted to the requirements of the respective application, thus avoiding a waste of compressed air. For economic reasons, it is therefore advantageous to limit the amount of air by connecting an aperture device when there is no object on the measuring nozzles and therefore no distance measurement takes place. The amount of air flowing through is thus reduced to a minimum in a simple manner, but this is sufficient to prevent the penetration of substances into the nozzle openings.

Eine Alternative zur Zuschaltung dieses, die Blendeneinrichtung aufweisenden Parallel-Pfads, ist, ein Regulierventil vorzusehen, womit gewünschtenfalls der Durchfluss begrenzt werden kann. An alternative to the connection of this, the diaphragm device having parallel path, is to provide a regulating valve, which if desired, the flow can be limited.

Besonders vorteilhaft ist es, den Drucksensor als Sensorplatine auszubilden, wobei die Sensorplatine eine Druckmesszelle mit zwei medienberührenden Flächen aufweist, die gegenüberliegend auf der Vorder- und Rückseite der Sensorplatine vorgesehen sind. Das Wesentliche derartiger Sensorplatinen ist, dass die auf ihr angeordnete Messzelle – vorzugsweise eine Siliziumscheibe –, beidseitig mit Druck beaufschlagt werden kann. Die Druckzuführung erfolgt über kleine Druckkanäle, die so angeordnet sind, dass sie bevorzugt senkrecht auf die eingeschobene Sensorplatine stoßen, und zwar so, dass vorteilhafterweise wenigstens ein Druckkanal die Messzelle von der ersten Seite und ein zweiter Druckkanal die Messzelle von der gegenüberliegenden zweiten Seite beaufschlagen kann. So kann bei Anliegen eines Druckes im ersten Druckkanal und im zweiten Druckkanal durch Messen der Auslenkung der Siliziumscheibe auf die Differenz zwischen den Drücken geschlossen werden. Im vorliegenden Fall wird der Drucksensor als Relativdruckmessgerät eingesetzt, da die Differenz des Systemdrucks in Relation zum Atmosphärendruck gemessen werden soll. Zu diesem Zweck wird über einen Druckkanal der Umgebungsdruck an die Messzelle geleitet. Derartige Sensorplatinen haben u. a. den Vorteil, dass sie auf einfache Weise austauschbar sind, da sie einfach in eine dafür vorgesehene schlitzförmige Ausnehmung eingeschoben und darin gehalten werden. Selbstverständlich kann der Druck innerhalb des Versorgungskanals bzw. des Versorgungskanalabschnitts auch mit jedem anderen Druckmessgerät gemessen werden. It is particularly advantageous to design the pressure sensor as a sensor board, wherein the sensor board has a pressure measuring cell with two media-contacting surfaces, which are provided opposite one another on the front and rear side of the sensor board. The essence of such sensor boards is that the measuring cell arranged on it - preferably a silicon wafer -, can be pressurized on both sides with pressure. The pressure is supplied via small pressure channels, which are arranged so that they preferably push perpendicular to the inserted sensor board, in such a way that advantageously at least one pressure channel the measuring cell from the first side and a second pressure channel can act on the measuring cell from the opposite second side , Thus, when a pressure is applied in the first pressure channel and in the second pressure channel, the difference between the pressures can be deduced by measuring the deflection of the silicon wafer. In the present case, the pressure sensor is used as a relative pressure measuring device, since the difference of the system pressure is to be measured in relation to the atmospheric pressure. For this purpose, the ambient pressure is fed to the measuring cell via a pressure channel. Such sensor boards have u. a. the advantage that they are easily replaceable, since they are simply inserted into a slot-shaped recess provided and held therein. Of course, the pressure within the supply channel or the supply channel section can also be measured with any other pressure gauge.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, die Auswerteeinheit und den Drucksensor in das Durchflussmessgerät zu integrieren, da dann die Berechnung und die Überwachung des Spaltabstands in einem Gerät erfolgen kann und der Anwender somit nur ein einzelnes Messgerät benötigt, um die Vorteile der Erfindung zu realisieren. Alternativ ist natürlich auch denkbar, jeweils nur eines von beiden, also Drucksensor oder Auswerteeinheit im Durchflussmessgerät zu integrieren. Da der Druck innerhalb des Versorgungskanals an jeder Stelle gleich groß ist, kann es bei bestimmten Anwendungen vorteilhaft sein, die Druckmessung entfernt von der Durchflussmessung durchzuführen. Gleiches gilt für die Verarbeitung der vom Drucksensor und vom Massedurchflusssensor übermittelten Signale, aus denen dann die Berechnung des Spaltabstands möglich ist. Dies kann bspw. in einer übergeordneten SPS erfolgen. It is particularly advantageous to integrate the evaluation unit and the pressure sensor in the flow meter, since then the calculation and monitoring of the gap spacing can be done in a device and the user thus requires only a single meter to realize the advantages of the invention. Alternatively, of course, it is also conceivable to integrate only one of the two, ie pressure sensor or evaluation unit in the flowmeter. Because the pressure within the supply channel is the same at each location, in some applications it may be advantageous to keep the pressure measurement away from the flow measurement perform. The same applies to the processing of the signals transmitted by the pressure sensor and the mass flow sensor, from which then the calculation of the gap distance is possible. This can be done, for example, in a higher-level PLC.

In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Position eines Objektes relativ zu einer Bezugsfläche, insbesondere eine pneumatische Auflagenkontrollvorrichtung für Werkstücke oder Werkstückträger, mit mindestens einer Messdüse, wobei sich die Austrittsöffnung der Messdüse bzw. die Austrittsöffnungen der Messdüsen in der Bezugsfläche befindet bzw. befinden, einer Druckluftquelle, mittels derer Luft mit einem Speisedruck p zur Verfügung stellbar ist und zwischen der Druckluftquelle und der Messdüse bzw. den Messdüsen ein Luftversorgungskanal mit einem Versorgungskanalabschnitt angeordnet ist und einem Durchflussmessgerät zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des in dem Versorgungskanal strömenden Mediums. In a second aspect, the invention relates to a measuring device for determining the position of an object relative to a reference surface, in particular a pneumatic support control device for workpieces or workpiece carriers, with at least one measuring nozzle, wherein the outlet opening of the measuring nozzle or the outlet openings of the measuring nozzles is in the reference surface or are located, a compressed air source, by means of which air with a feed pressure p is adjustable and between the compressed air source and the measuring nozzle or the measuring nozzles an air supply channel is arranged with a supply channel section and a flow meter for determining the flow velocity of the flowing medium in the supply channel.

In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Messeinrichtung. Dabei sind folgende Verfahrensschritte vorgesehen:

– Einstellen eines definierten Abstandes A_Ref zwischen der Düse mit dem Durchmesser D und dem Objekt und Ermitteln des Massedurchflusses M_Ref des aus der Düse austretenden Luftstromes und des im Versorgungskanal herrschenden Drucks p_Ref,
– Ermitteln des aktuellen Massedurchfluss M und des im Versorgungskanals herrschenden Drucks p,
– Berechnen des aktuellen Abstands A durch die Formel
wobei der Exponent x im Bereich 0,5 bis 0,9 liegt, bevorzugt 0,7 beträgt, besonders bevorzugt 0,72 beträgt.

In a third aspect, the invention relates to a method for operating such a measuring device. The following process steps are provided:

Setting a defined distance A _Ref between the nozzle with the diameter D and the object and determining the mass flow M _Ref of the air flow exiting the nozzle and the pressure p _Ref prevailing in the supply _channel ,
Determining the current mass flow M and the pressure p prevailing in the supply channel,
Calculate the current distance A by the formula
wherein the exponent x is in the range 0.5 to 0.9, preferably 0.7, more preferably 0.72.

Zunächst wird bspw. mit Hilfe einer Lehre ein vorgegebener Abstand eingestellt bzw. geteacht, und die sich dabei ergebenden Werte von Massedurchfluss und Druck festgehalten. Diese Lehre kann eine Bügelmessschraube mit einer in den Amboss integrierten Düse sein, mit der ein definierter Abstand im 1/100-Millimeter-Bereich einstellbar ist. Auch gibt es Bleche mit einer Dicke in 1/100-Millimeter-Bereich, in die eine Aussparung vorgesehen werden kann und die zwischen Messdüse und Objekt gelegt wird. Auch so ließe sich ein definierter Abstand einstellen. Dieser vorgegebene Abstand wird betragsmäßig als A_Ref in der Auswerteeinheit eingetragen. Gleiches gilt für die dabei gemessenen Werte des Massedurchflusses M_Ref und des innerhalb des Versorgungskanals bzw. Versorgungskanalabschnitts herrschenden Druckes p_Ref. Sind diese drei Werte in der Auswerteeinheit hinterlegt, kann mit den eigentlichen Messungen begonnen werden. First, for example, with the aid of a gauge, a predetermined distance is set or taught, and the resulting values of mass flow and pressure are recorded. This gauge can be an outside micrometer with a built-in anvil nozzle, with a defined distance in the 1/100-millimeter range is adjustable. There are also sheets with a thickness in 1/100-millimeter range, in which a recess can be provided and which is placed between the measuring nozzle and the object. Even so, a defined distance could be set. This predetermined distance is entered in terms of amount as A _Ref in the evaluation. The same applies to the measured values of the mass flow M _Ref and of the pressure p _Ref prevailing within the supply channel or supply channel section. If these three values are stored in the evaluation unit, the actual measurements can be started.

Durch empirische Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass, nachdem die Werte für M_Ref und p_Ref bei einem vorgegebenen Abstand A_Ref bekannt sind, sich der Spaltabstand nach folgender Formel berechnen lässt:

wobei der Exponent x im Bereich 0,5 bis 0,9 liegt, bevorzugt 0,7 beträgt, besonders bevorzugt 0,72 beträgt. Mit Hilfe dieser Formel lassen sich nun Druckschwankungen im Versorgungsdruck kompensieren. Auf diese Weise lassen sich nunmehr unabhängig von Schwankungen im Versorgungsdruck Absolutwerte des Spaltabstands berechnen. Empirical investigations have shown that, after the values for M _Ref and p _{Ref are known} at a given distance A _Ref , the gap distance can be calculated according to the following formula:

wherein the exponent x is in the range 0.5 to 0.9, preferably 0.7, more preferably 0.72. With the help of this formula pressure fluctuations in the supply pressure can now be compensated. In this way, absolute values of the gap spacing can now be calculated independently of fluctuations in the supply pressure.

Zu dieser Formel ist anzumerken, dass sie davon ausgeht, dass es sich immer um dieselbe Messdüse handelt, die auch beim Teach-Vorgang verwendet wurde. Der Düsendurchmesser sowie die Massedurchfluss- und Druckwerte stehen in Relation zueinander, so dass bei einem sich ändernden Durchmesser auch andere Werte für Massedurchfluss und Druck gemessen werden. It should be noted that this formula assumes that it is always the same gauge that was used during the teach process. The nozzle diameter as well as the mass flow and pressure values are in relation to each other, so that with a changing diameter also other values for mass flow and pressure are measured.

Eine Alternative zur Vorgabe eines absoluten Abstandswertes A_Ref ist eine Relativmessung, indem A_Ref = 1 gesetzt wird. Der Teach-Vorgang erfolgt dann durch Vorgabe eines SOLL-Zustands. Dafür wird ein Objekt mit einem als zulässig definierten Spaltabstand auf die Messdüsen gelegt. Dabei ist es unerheblich, wie groß der Betrag des Abstands tatsächlich ist. Die gemessenen Werte für M_Ref und p_Ref werden wie oben ausgeführt in der Auswerteeinheit abgelegt. Nach dem Teachen werden die gemessenen Werte für M und p in die obige Formel eingesetzt und da unabhängig von dem tatsächlichen Referenzabstandswert A_Ref = 1 ist, kann ein Abstandswert A berechnet werden, wobei A dann nur ein Relativwert ist, der nicht dem tatsächlichem Abstand entspricht bzw. entsprechen muss. An alternative to specifying an absolute distance value A _Ref is a relative measurement by setting A _Ref = 1. The teach process is then performed by specifying a desired state. For this purpose, an object with a gap distance defined as permissible is placed on the measuring nozzles. It does not matter how big the amount of the gap actually is. The measured values for M _ref and p _ref are stored in the evaluation unit as stated above. After teaching, the measured values for M and p are substituted into the above formula, and since _Ref = 1 irrespective of the actual reference distance value A, a distance value A can be calculated, where A is then only a relative value that does not correspond to the actual distance or must correspond.

Alternativ kann statt der o. g. Formel auch ein zuvor eingemessenes Kennlinienfeld verwendet werden. Hierfür werden zunächst Wertesätze, bestehend aus Massedurchfluss, Druck und zugehörigem Abstand, ermittelt. Aus diesen Wertsätzen wird über alle Massedurchfluss- und Druckszenarien eine mehrdimensionale Interpolationsfunktion gebildet, die in der Auswerte-/Speichereinheit abgelegt wird. Die Auswerte-/Speichereinheit ist bevorzugt in der Messeinrichtung und besonders bevorzugt im Durchflussmessgerät selbst angeordnet. Während des Betriebs der Messeinrichtung werden die aktuell vorliegenden Größen Massedurchfluss und Druck gemessen und auf deren Basis der aktuelle Abstand zwischen Messdüse und Objekt durch die zuvor bestimmte Interpolationsfunktion ermittelt. Alternatively, a previously measured characteristic field can be used instead of the above-mentioned formula become. For this purpose, value sets are first determined, consisting of mass flow, pressure and associated distance. From these sets of values, a multi-dimensional interpolation function is formed across all mass flow and pressure scenarios, which is stored in the evaluation / storage unit. The evaluation / storage unit is preferably arranged in the measuring device and particularly preferably in the flowmeter itself. During operation of the measuring device, the currently available variables mass flow rate and pressure are measured and on the basis of which the actual distance between measuring nozzle and object is determined by the previously determined interpolation function.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Auswerteeinheit ein Bereich von Abstandswerten oder Relativwerten vorgegeben, innerhalb dessen der Abstand als „in Ordnung“ definiert ist. Wenn sich die Abstandswerte bzw. Relativwerte außerhalb dieses Bereiches bewegen, wird ein Schaltsignal erzeugt, was bspw. die Ausgabe eines optischen und/oder akustischen Signals erzeugt. Bei Sicherheitsanlagen kann auch die Überführung der Anlage in den sicheren Zustand vereinbart sein. In an advantageous embodiment, the evaluation unit is given a range of distance values or relative values within which the distance is defined as "in order". When the distance values or relative values move outside this range, a switching signal is generated, which, for example, generates the output of an optical and / or acoustic signal. For safety systems, the transfer of the system to the safe state can also be agreed.

Das Hauptanwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Messeinrichtung liegt in der pneumatischen Auflagekontrolle. Daneben sind derartige Messeinrichtungen aber auch als Näherungsschalter bzw. Anwesenheitskontrolle einsetzbar, bspw. zur Positionsabfrage eines Werkstücks während eines Fertigungsprozesses oder auch von beweglichen Objekten (Schlitten), die exakte Position eines Greiferarms beim Greifen eines Objekts, Überwachung der Spannfutteraufnahme oder in Fertigungsprozessen der exakte Sitz eines Einbauteils, wie bspw. ein O-Ring. Im letzteren Fall greift ein Greifer mit integrierten Düsen das Objekt an der Stelle, wo sich der oder die O-Ring(e) befindet bzw. befinden. Aufgrund der Genauigkeit im 1/100-Millimeter-Bereich kann automatisiert festgestellt werden, ob der O-Ring an sich vorhanden ist, ob er sich exakt in der vorgesehenen Lage befindet und vom richtigen Typ ist – bspw. feststellbar durch Erkennen der Schnurstärke. Erst wenn dies positiv festgestellt wurde, kann der Greifer das Objekt zur weiteren Bearbeitung weitergeben. The main field of application of the measuring device according to the invention is in the pneumatic support control. In addition, such measuring devices but also as a proximity switch or presence control can be used, for example. For positional inquiry of a workpiece during a manufacturing process or moving objects (slide), the exact position of a gripper arm when gripping an object, monitoring the chuck recording or manufacturing processes of the exact seat a built-in part, such as an O-ring. In the latter case, a gripper with integrated nozzles grips the object at the point where the O-ring (s) is or are located. Due to the accuracy in the 1/100 millimeter range, it can be automatically determined whether the O-ring itself is present, whether it is exactly in the intended position and of the right type - for example, detectable by detecting the cord thickness. Only when this has been determined positively, the gripper can pass on the object for further processing.

Ferner kann die Messeinrichtung zur Identifizierung von Objekten eingesetzt werden, wenn diese über eine markante Oberflächenstruktur verfügen. Diesbezügliche Anwendungen gibt es z.B. zum Erkennen von Bremsscheiben für verschiedene Fahrzeuge, aber mit im Wesentlichen identischen Geometrien. Unterscheiden sich die Bremsscheiben bspw. durch eine Nut bzw. Rille, ist eine Identifikation und damit eine Sortierung mit der erfindungsgemäßen Messeinrichtung möglich. Der Vorteil begründet sich darin, dass ein analoges Messen möglich ist, da über einen bestimmten Abstandsbereich ein 4–20 mA-Messsignal abgreifbar ist. Furthermore, the measuring device can be used to identify objects if they have a distinctive surface structure. There are applications in this regard, e.g. for detecting brake discs for different vehicles, but with substantially identical geometries. If the brake disks differ, for example, through a groove or groove, an identification and thus a sorting with the measuring device according to the invention is possible. The advantage lies in the fact that analogue measurement is possible because a 4-20 mA measuring signal can be picked up over a certain distance range.

Nachfolgend wird die Erfindung im Zusammenhang mit Figuren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention will be explained in more detail in connection with figures with reference to embodiments.

Es zeigen: Show it:

1 eine erfindungsgemäße Anordnung einer pneumatischen Auflagenkontrollvorrichtung, 1 an inventive arrangement of a pneumatic support control device,

2 ein Durchflussmessgerät einer pneumatischen Auflagenkontrollvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform, 2 a flow meter of a pneumatic pad control device according to a second embodiment,

3 ein Durchflussmessgerät einer pneumatischen Auflagenkontrollvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform und 3 a flow meter of a pneumatic pad control device according to a third embodiment and

4 ein Anwendungsbeispiel in Form einer Anwesenheitskontrolle für ein Werkstück. 4 an application example in the form of a presence control for a workpiece.

In den nachfolgenden Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung. In the following figures, unless otherwise stated, like reference numerals designate like parts with the same meaning.

In 1 ist eine erfindungsgemäße Auflagenkontrollvorrichtung 1 abgebildet. Das zentrale Bauteil hierbei ist das Durchflussmessgerät 20 mit dem thermischen Massedurchflusssensor 21, dem integrierten Drucksensor 30 und dem sich in Längsrichtung erstreckenden Versorgungskanalabschnitt 10a als Teil des Versorgungskanals 10. Eine Druckversorgungseinheit 4 erzeugt einen Luftstrom mit einem Druck p, der über den Versorgungskanal 10 durch das Durchflussmessgerät 20 zu wenigstens einer Düse 2 geleitet wird. Die in 1 dargestellten zwei Düsen 2 sind nur beispielhaft; die Erfindung ist nicht auf diese Anzahl beschränkt. Es sind sowohl nur eine Düse 2 als auch mehrere parallel geschaltete Düsen 2 denkbar. Oberhalb der beiden Düsen 2 ist ein Werkstück oder ein Werkstückträger 3 angeordnet, dessen Abstand zu den Düsen 2 – der sogenannte Spaltabstand – ermittelt werden soll. In 1 is a pad control device according to the invention 1 displayed. The central component here is the flowmeter 20 with the thermal mass flow sensor 21 , the integrated pressure sensor 30 and the longitudinally extending supply channel section 10a as part of the supply channel 10 , A pressure supply unit 4 generates an air flow at a pressure p, which flows through the supply channel 10 through the flowmeter 20 to at least one nozzle 2 is directed. In the 1 illustrated two nozzles 2 are only examples; the invention is not limited to this number. There are only one nozzle 2 as well as several nozzles connected in parallel 2 conceivable. Above the two nozzles 2 is a workpiece or a workpiece carrier 3 arranged, whose distance from the nozzles 2 - The so-called gap distance - to be determined.

Der Druck p des durch die Druckversorgungseinheit 4 erzeugten Luftstroms kann stark variieren. Derartige Druckschwankungen sind unausweichlich, denn häufig ist der einzelne Versorgungskanal 10 ein Teil eines komplexen, verzweigten Rohrsystems. Wenn an anderer Stelle des Rohrsystems ein Verbraucher zu- oder abgeschaltet wird, hat das unmittelbaren Einfluss auf den Speisedruck in den anderen Zweigen des Systems. Der Druck innerhalb des Versorgungskanalabschnitts 10a wird durch den Drucksensor 30 gemessen. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Drucksensor 30 als Sensorplatine ausgeführt. Derartige Sensorplatinen weisen eine Durchgangsöffnung auf, mit einer darin angeordneten Siliziumscheibe, die beidseitig mit Druck beaufschlagt werden kann. Das Durchflussmessgerät 20 weist hierfür eine schlitzförmige Ausnehmung auf, in die die Sensorplatine eingeschoben werden kann. The pressure p of the pressure supply unit 4 generated airflow can vary widely. Such pressure fluctuations are inevitable, because often is the single supply channel 10 part of a complex, branched pipe system. If a consumer is switched on or off elsewhere in the piping system, this has a direct impact on the feed pressure in the other branches of the system. The pressure within the supply duct section 10a is through the pressure sensor 30 measured. In the in 1 illustrated embodiment, the pressure sensor 30 designed as a sensor board. Such sensor boards have a through opening, with one in it arranged silicon wafer, which can be pressurized on both sides with pressure. The flowmeter 20 has for this purpose a slot-shaped recess into which the sensor board can be inserted.

Die Druckzuführung zur Sensorplatine erfolgt über kleine Druckkanäle, die so angeordnet sind, dass sie bevorzugt senkrecht auf die eingeschobene Sensorplatine stoßen, und zwar so, dass vorteilhafterweise wenigstens ein Druckkanal die Messzelle von der ersten Seite und ein zweiter Druckkanal die Messzelle von der gegenüberliegenden zweiten Seite beaufschlagen kann. So kann bei Anliegen eines Druckes im ersten Druckkanal und im zweiten Druckkanal durch Messen der Auslenkung der Siliziumscheibe auf die Differenz zwischen den Drücken geschlossen werden. In 1 wird der Drucksensor als Relativdruckmessgerät eingesetzt, da ein Druckkanal mit dem Versorgungskanalabschnitt 10a verbunden ist und der andere Druckkanal 31 mit der Umgebung und damit mit dem Umgebungsluftdruck. Dadurch kann die Differenz des Systemdrucks in Relation zum Atmosphärendruck gemessen werden. Die Siliziumscheibe erfährt nun von zwei Seiten einen Druckaufschlag und lenkt sich entsprechend der Differenz der beiden Drücke unterschiedlich stark in eine Richtung aus. Diese Auslenkung kann elektronisch erfasst und in ein von dieser Druckdifferenz abhängiges Signal umgewandelt werden. Dieses Signal und das vom thermischen Massedurchflusssensor 21 erzeugte, strömungsabhängige Signal werden der Auswerteeinheit 5 zugeführt. In dieser Auswerteeinheit 5 wird aus diesen beiden Signalen eine Messung des Spaltabstands möglich, die unabhängig von den genannten Druckschwankungen ist, wie nachfolgend erläutert:
Zunächst wird bspw. mit Hilfe einer Lehre ein vorgegebener Abstand eingestellt bzw. geteacht, und die sich dabei ergebenden Werte von Massedurchfluss und Druck festgehalten. Diese Lehre kann eine Bügelmessschraube mit einer in den Amboss integrierten Düse sein, mit der ein definierter Abstand in 1/100-Millimeter-Schritten einstellbar ist. Auch gibt es Bleche mit einer Dicke in 1/100-Millimeter-Bereich, in die eine Aussparung vorgesehen werden kann und die zwischen Messdüse und Objekt gelegt wird. Auch so ließe sich ein definierter Abstand einstellen. Dieser vorgegebene Abstand wird betragsmäßig als A_Ref in der Auswerteeinheit eingetragen. Gleiches gilt für die dabei gemessenen Werte des Massedurchflusses M_Ref und des innerhalb des Versorgungskanals bzw. Versorgungskanalabschnitts herrschenden Druckes p_Ref. Sind diese drei Werte in der Auswerteeinheit hinterlegt, kann mit den eigentlichen Messungen begonnen werden. Durch empirische Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass, nachdem die Werte für M_Ref und p_Ref bei einem vorgegebenen Abstand A_Ref bekannt sind, sich der Spaltabstand nach folgender Formel berechnen lässt:

wobei der Exponent x im Bereich 0,5 bis 0,9 liegt, bevorzugt 0,7 beträgt, besonders bevorzugt 0,72 beträgt. Mit Hilfe dieser Formel lassen sich nun Druckschwankungen im Versorgungsdruck kompensieren, weil sich bei einer Druckänderung die Änderung des Massedurchflusses anders verhält als bei einer Änderung des Spaltabstands A. Auf diese Weise lassen sich nunmehr unabhängig von Schwankungen im Versorgungsdruck Absolutwerte des Spaltabstands berechnen. The pressure supply to the sensor board via small pressure channels, which are arranged so that they preferably perpendicular to the inserted sensor board encounter, in such a way that advantageously at least one pressure channel, the measuring cell from the first side and a second pressure channel, the measuring cell from the opposite second side can apply. Thus, when a pressure is applied in the first pressure channel and in the second pressure channel, the difference between the pressures can be deduced by measuring the deflection of the silicon wafer. In 1 the pressure sensor is used as a relative pressure gauge, since a pressure channel with the supply channel section 10a is connected and the other pressure channel 31 with the environment and thus with the ambient air pressure. Thereby, the difference of the system pressure in relation to the atmospheric pressure can be measured. The silicon wafer now experiences a pressure impact from two sides and deflects differently in one direction according to the difference between the two pressures. This deflection can be detected electronically and converted into a signal dependent on this pressure difference. This signal and that of the thermal mass flow sensor 21 generated, flow-dependent signal are the evaluation unit 5 fed. In this evaluation unit 5 becomes from these two signals, a measurement of the gap distance possible, which is independent of the pressure fluctuations mentioned, as explained below:
First, for example, with the aid of a gauge, a predetermined distance is set or taught, and the resulting values of mass flow and pressure are recorded. This gauge can be a micrometer with a built-in anvil nozzle, with a defined distance in 1/100-millimeter increments is adjustable. There are also sheets with a thickness in 1/100-millimeter range, in which a recess can be provided and which is placed between the measuring nozzle and the object. Even so, a defined distance could be set. This predetermined distance is entered in terms of amount as A _Ref in the evaluation. The same applies to the measured values of the mass flow M _Ref and of the pressure p _Ref prevailing within the supply channel or supply channel section. If these three values are stored in the evaluation unit, the actual measurements can be started. Empirical investigations have shown that, after the values for M _Ref and p _{Ref are known} at a given distance A _Ref , the gap distance can be calculated according to the following formula:

wherein the exponent x is in the range 0.5 to 0.9, preferably 0.7, more preferably 0.72. With the help of this formula, pressure fluctuations in the supply pressure can now be compensated, because the change of the mass flow behaves differently with a change in pressure than with a change in the gap distance A. In this way, absolute values of the gap distance can be calculated independently of fluctuations in the supply pressure.

Eine Alternative zur Vorgabe eines absoluten Abstandswertes A_Ref ist, eine Relativmessung erfolgt, indem A_Ref = 1 gesetzt wird. Der Teach-Vorgang erfolgt dann durch Vorgabe eines SOLL-Zustands. Dafür wird ein Objekt mit einem als zulässig definierten Spaltabstand auf die Messdüsen gelegt. Dabei ist es unerheblich, wie groß der Betrag des Abstands tatsächlich ist. Die gemessenen Werte für M_Ref und p_Ref werden wie oben ausgeführt in der Auswerteeinheit 5 abgelegt. Nach dem Teachen werden die gemessenen Werte für M und p in die obige Formel eingesetzt und da unabhängig von dem tatsächlichen Referenzabstandswert A_Ref = 1 ist, kann ein Abstandswert A berechnet werden, wobei A dann nur ein Relativwert ist, der nichts mit dem tatsächlichem Abstand zu tun hat. An alternative to specifying an absolute distance value A _Ref is, a relative measurement is made by setting A _Ref = 1. The teach process is then performed by specifying a desired state. For this purpose, an object with a gap distance defined as permissible is placed on the measuring nozzles. It does not matter how big the amount of the gap actually is. The measured values for M _Ref and p _Ref are as stated above in the evaluation unit 5 stored. After teaching, the measured values for M and p are substituted into the above formula, and since, independent of the actual reference distance value A _Ref = 1, a distance value A can be calculated, where A is then only a relative value that is not the actual distance has to do.

2 zeigt ein Durchflussmessgerät 20 einer aus 1 bekannten pneumatischen Auflagekontrollvorrichtung 1 in einer zweiten Ausführungsform. Der Unterschied hierbei besteht darin, dass der Versorgungskanalabschnitt 10a im Bereich des thermischen Massedurchflusssensors 21 eine Erhebung aufweist. Das Charakteristische hierbei ist, dass sich durch diese Erhebung 11 der Querschnitt des Luftversorgungskanalabschnitts 10a nicht verändert. Durch die Erhebung 11 wird die Bildung von Pfützen aus Kondensat und/oder Öl vermieden, denn durch derartige Pfützen kann das Strömungsmesssignal des Durchflusssensors 21 zum Teil erheblich beeinträchtigt bzw. verfälscht werden. Wichtig ist in jedem Fall, dass sich der Querschnitt des Luftversorgungskanals 10 bzw. -abschnitt 10a dadurch nicht verändert, um den Grundgedanken der Erfindung, die Ermöglichung einer widerstandsfreien Spülung, auch in dieser Ausführungsform zu realisieren. 2 shows a flow meter 20 one out 1 known pneumatic support control device 1 in a second embodiment. The difference here is that the supply channel section 10a in the area of the thermal mass flow sensor 21 has a survey. The characteristic here is that through this survey 11 the cross section of the air supply duct section 10a not changed. By the survey 11 the formation of puddles of condensate and / or oil is avoided, because through such puddles, the flow measuring signal of the flow sensor 21 sometimes significantly impaired or falsified. It is important in any case that the cross section of the air supply duct 10 or section 10a not changed in order to realize the basic idea of the invention, the provision of a resistance-free flushing, also in this embodiment.

In 2 ist die Druckmesseinheit, bestehend aus dem Drucksensor 30 und dem Druckkanal 31 in einer anderen Weise dargestellt. Die Funktionalität ist aber in beiden Fällen die Selbe. Es handelt sich in beiden Abbildungen ohnehin nur um eine schematische Darstellung. In 2 is the pressure measuring unit, consisting of the pressure sensor 30 and the pressure channel 31 presented in a different way. But the functionality is the same in both cases. It is in both illustrations anyway only to a schematic representation.

In 3 ist eine dritte Ausführungsform des Durchflussmessgeräts 20 aus 1 dargestellt. Der Unterschied hierbei ist, dass dem Versorgungskanalabschnitt 10a in einem Teilbereich ein Parallelpfad 12 zugeordnet ist. Über eine Auswahlvorrichtung 14 kann eingestellt werden, ob die Luftzufuhr aus der hier nicht dargestellten Luftversorgungseinheit 4 über den Versorgungskanalabschnitt 10a oder über den Parallelpfad 12 erfolgen soll. Der Unterschied dieser beiden Wege ist, dass der Parallelpfad 12 über eine Blendeneinrichtung 13 verfügt. Im Wesentlichen gibt es zwei Arten von Spülvorgängen: zum einen die Methode, bei der Luft mit hohem Druck durch den Versorgungskanal 10 gespült wird, um Ablagerungen und Verunreinigungen, bspw. Reste von Kühl-/Schmiermitteln, zu entfernen, und zum anderen zur Verhinderung des Eindringens von Substanzen, wie bspw. Kühl-/Schmiermittel, wenn sich – was relativ häufig auftritt – kein Objekt auf den Messdüsen 2 befindet. Somit muss während des Betriebs der Anlage immer ein gewisser Luftstrom durch den Versorgungskanal 10 gespült werden. Wenn sich nun kein Objekt auf den in 3 nicht gezeigten Düsen 2 befindet, ist es daher vorteilhaft die Luftzufuhr über den Parallelpfand 12 erfolgen zu lassen, um eine Verschwendung von Druckluft zu vermeiden. Durch die Blendeneinrichtung 13 verfügt der Parallelpfad 12 über eine Luftmengenbegrenzung, wodurch sichergestellt werden kann, dass nur Luft mit einem bestimmten Druck zu den Düsen 2 gelangt. Dieser Druck ist vorzugsweise genau so groß, dass der Eintritt von Kühl-/Kühlschmiermitteln in die Düsen 2 vermieden wird. Während des Messvorgangs oder während Spülvorgängen, die Ablagerungen innerhalb der Düse 2 beseitigen sollen, wird der Versorgungskanal 10a wieder zugeschaltet, der über keine Verengung verfügt und damit einen maximalen Versorgungsdruck gewährleistet. In 3 is a third embodiment of the flowmeter 20 out 1 shown. The difference here is that the supply duct section 10a in a subarea a parallel path 12 assigned. About a selection device 14 can be adjusted whether the air supply from the air supply unit, not shown here 4 over the supply channel section 10a or via the parallel path 12 should be done. The difference between these two ways is that the parallel path 12 via a diaphragm device 13 features. Essentially, there are two types of flushing: first, the method of high pressure air through the supply duct 10 is rinsed to remove deposits and impurities, such as residues of coolants / lubricants, and on the other to prevent the ingress of substances such as. Cooling / lubricants, if - which is relatively common - no object on the measuring nozzle 2 located. Thus, during operation of the system always a certain air flow through the supply channel 10 be rinsed. If now no object on the in 3 not shown nozzles 2 is therefore advantageous, the air supply via the parallel deposit 12 to avoid waste of compressed air. Through the aperture device 13 has the parallel path 12 about an airflow limitation, which can be ensured that only air at a certain pressure to the nozzles 2 arrives. This pressure is preferably just so great that the entry of cooling / cooling lubricants in the nozzles 2 is avoided. During the measuring process or during rinsing, the deposits within the nozzle 2 will eliminate the supply channel 10a switched back on, which has no constriction and thus ensures a maximum supply pressure.

In 4 ist beispielhaft ein Anwendungsbeispiel gezeigt, wie das erfindungsgemäße Messsystem neben einer Auflagenkontrolle 1 gemäß 1 auch als Anwesenheits- bzw. Näherungsschalter eingesetzt werden kann. Schematisch dargestellt ist der Durchflusssensor 20, der drei Düsen 2 über den Versorgungskanal 10 mit Druckluft versorgt. Der schraffierte Teil soll dabei einen Werkstückträger darstellen, auf dem ein Werkstück 3 angeordnet ist. Das Pfeilkreuz in der Mitte soll verdeutlichen, dass das Werkstück 3 in verschiedene Richtungen beweglich ist. Mit Hilfe der Düsen 2 ist eine Vorrichtung gegeben, mit der die exakte Positionierung bzw. Ausrichtung des Werkstücks 3 in hundertstel Millimeter-Bereich festgestellt werden kann. Der Abstand kann als analoger Wert gemessen werden, da über einen bestimmten Abstandsbereich ein 4–20 mA-Messsignal abgreifbar ist. Somit ergibt sich eine Alternative zu bekannten Näherungsschaltern, die auf induktive, kapazitive oder optische Weise arbeiten. In 4 By way of example, an application example is shown, as the measuring system according to the invention in addition to a circulation control 1 according to 1 can also be used as presence or proximity switch. Schematically represented is the flow sensor 20 , the three nozzles 2 via the supply channel 10 supplied with compressed air. The hatched part is intended to represent a workpiece carrier on which a workpiece 3 is arranged. The arrow cross in the middle should clarify that the workpiece 3 is movable in different directions. With the help of the nozzles 2 is given a device with which the exact positioning or alignment of the workpiece 3 in hundredths of a millimeter range. The distance can be measured as an analogue value, since a 4-20 mA measuring signal can be tapped over a certain distance range. This results in an alternative to known proximity switches, which operate in an inductive, capacitive or optical manner.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102004055101 [0002]
DE 19608879 A [0004]
DE 10239079 A [0005]
DE 10155135 [0007]

Claims

Using a flowmeter ( 20 ) for determining the position of an object ( 3 ) relative to a reference surface, in particular for pneumatic support control for workpieces or workpiece carriers, with a thermal mass flow sensor ( 21 ) and a supply channel section ( 10a ), the input side, preferably via a supply channel ( 10 ), to a compressed air source ( 4 ) can be connected, by the air with a feed pressure p is available, and the output side to at least one measuring nozzle ( 2 ) is connectable, wherein the outlet opening of the measuring nozzle ( 2 ) or the outlet openings of the measuring nozzles ( 2 ) are located in the reference surface, characterized in that the supply channel section ( 10a ) has a substantially constant cross-section so that in the supply channel section ( 10a ) there is an approximately equal pressure, and a pressure sensor ( 30 ) for determining in the supply channel section ( 10a ) is provided, wherein the mass flow sensor ( 21 ) and the pressure sensor ( 30 ) with an evaluation unit ( 5 ) used to calculate and monitor the distance between nozzles ( 2 ) and object ( 3 ) serves.

Use according to claim 1, characterized in that the supply channel section ( 10a ) in the region of the thermal mass flow sensor ( 21 ) a non-cross-section survey ( 11 ) to avoid condensation or puddling.

Use according to claim 1 or 2, characterized in that a partial region of the supply channel section ( 10a ) a parallel path ( 12 ) with a diaphragm device ( 13 ), wherein an adjusting device ( 14 ), whether the compressed air is supplied via the supply channel section ( 10a ) or via the parallel path ( 12 ) flows.

Use according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure sensor ( 30 ) is formed as a sensor board, wherein the sensor board has a pressure measuring cell with two media-contacting surfaces, which are provided opposite to the front and back of the sensor board.

Use according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit ( 5 ) and / or the pressure sensor ( 30 ) in the flowmeter ( 20 ) are integrated.

Measuring device ( 1 ) for determining the position of an object ( 3 ) relative to a reference surface, in particular a pneumatic support control device for workpieces or workpiece carriers, with at least one measuring nozzle ( 2 ), wherein the outlet opening of the measuring nozzle ( 2 ) or the outlet openings of the measuring nozzles ( 2 ) located in the reference surface, a compressed air source ( 4 ), by means of which air with a feed pressure p is adjustable and between the compressed air source ( 4 ) and the measuring nozzle ( 2 ) or the measuring nozzles ( 2 ) an air supply duct ( 10 ) with a supply channel section ( 10a ), and a flow meter ( 20 ) for determining the flow velocity of the in the supply channel ( 10 ) flowing medium.

Method for operating a measuring device according to claim 6, comprising the following method steps: - setting a defined distance A _ref between the nozzle ( 2 ) with the diameter D and the object ( 3 ) and determining the mass flow M _ref of the nozzle ( 2 ) leaving the air stream and in the supply channel ( 10 ) prevailing pressure p _Ref , - determining the current mass flow M and the in the supply channel ( 10 ) prevailing pressure p, - calculating the current distance A by the formula

wherein the exponent x is in the range 0.5 to 0.9, preferably 0.7, more preferably 0.72.

A method according to claim 7, characterized in that a relative measurement takes place and A _Ref = 1 is set.

Method for operating a measuring device according to claim 6, comprising the following method steps: - determining value sets, consisting of mass flow M, pressure p and associated distance A, - determining an interpolation function for all mass flow and pressure scenarios, - storing the interpolation function in an evaluation / Storage unit ( 5 ), preferably in the measuring device ( 1 ), particularly preferably in the flowmeter ( 20 ), determining the actual mass flow M and of the supply channel ( 10 ) prevailing current pressure p, - determining the current distance A on the basis of the currently measured variables - mass flow M and pressure p - through the previously determined interpolation function.

Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that for the distance A, a range is given with an upper and lower limit distance and when exceeding or falling below this range, a switching signal is output.