DE102012216073A1

DE102012216073A1 - Auflagenkontrolleinrichtung

Info

Publication number: DE102012216073A1
Application number: DE201210216073
Authority: DE
Inventors: Benno Kathan; Hans-Peter Müller; Lorenz Halbinger
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-03-13

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist eine Auflagenkontrolleinrichtung zur Überprüfung der relativen Positionierung eines Objektes (3) bezüglich einer Anlagefläche (1) durch Bestimmung des Gegendruckes einer aus der Anlagefläche (1) im Bereich des Objekts (3) austretenden und das Objekt (3) im Wesentlichen senkrecht mit Druckluft oder einer Flüssigkeit anstrahlenden Messdüse (2), wobei in einen zur Messdüse (2) führenden Messkanal (4) eine Blende (5) angeordnet ist, zu welcher ein den Druckabfall pdiff über der Blende (5) ermittelnder Differenzdrucksensor (6) parallelgeschaltet ist. Um auftretende Druckschwankungen innerhalb des Messkanals kompensieren zu können ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mittels eines weiteren Drucksensors (7) ein Relativdruck prel ermittelt wird und sich der Abstand X des Objekts (3) bezüglich einer Anlagefläche (1) berechnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Auflagenkontrolleinrichtung zur Überprüfung der relativen Positionierung eines Objektes bezüglich einer Anlagefläche durch Bestimmung des Gegendruckes einer aus der Anlagefläche im Bereich des Objekts austretenden und das Objekt im Wesentlichen senkrecht mit Druckluft oder einer Flüssigkeit anstrahlenden Messdüse, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Auflagenkontrolleinrichtung kommt gewöhnlich in Verbindung mit einer Objekthaltevorrichtung, bspw. einer Werkzeugmaschine zum Einsatz. Um das Objekt relativ zum Werkzeug genau zu positionieren, kommt das Objekt an mindestens einer Anlagefläche der Objekthaltevorrichtung zur Anlage. Die Auflagenkontrolleinrichtung dient hierbei der Beurteilung, ob das Objekt an der mindestens einen korrespondierenden Anlagefläche der Objekthaltevorrichtung korrekt anliegt oder nicht. Insbesondere in der Serienfertigung wird durch diese Art von Auflagenkontrolle ein genaues Bearbeiten jedes Objekt, d.h. Werkstücks sichergestellt.
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.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Auflagenkontrolleinrichtung zur Verfügung zu stellen, die auftretende Druckschwankungen kompensieren kann.
Die aufgezeigte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Auflagenkontrolleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist in dem rückbezogenen Anspruch angegeben.
Erfindungsgemäß wird mittels eines weiteren Drucksensors der Relativdruck p_rel in dem Messkanal ermittelt und der Abstand X des Objekts bezüglich einer Anlagefläche nach folgender Formel berechnet:
Dabei ist D_Düse der Durchmesser der Düse, D_Blende der Durchmesser der Blende, a ein Skalierungsfaktor mit einem Betrag zwischen bevorzugt 1,5 und 2, b ein Offsetbetrag von bevorzugt 0,02 ist. Der Exponent d liegt im Bereich 1,2 bis 1,6, der Exponent c im Bereich 1,7 bis 2,3 und der Exponent e im Bereich 1,2 bis 1,7.
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.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Differenzdrucksensor aus zwei Relativdrucksensoren besteht und der Differenzdruck aus deren Messwerte berechnet wird. Vorteilhafterweise ist dabei einer der beiden Relativdrucksensoren der bereits vorhandene Drucksensor zur Ermittlung des Relativdrucks p_rel.
Das Hauptanwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Messeinrichtung liegt in der 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.
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.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Figur näher erläutert.
Vorab sei darauf hingewiesen, dass sich der Einfachheit halber die nachfolgenden Erläuterungen auf eine pneumatische Auflagekontrollvorrichtung beziehen, die Erfindung jedoch auch Ausführungsformen umfasst, die sowohl pneumatisch, d.h. mittels Druckluft, als auch mittels einer Flüssigkeit, insbesondere mit Kühl-/Schmierflüssigkeit arbeiten. Der grundsätzliche Aufbau ist in jedem Fall der gleiche, so dass die Erfindung nicht auf die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist.
In der Figur ist eine Auflagenkontrolleinrichtung zur Überprüfung der relativen Positionierung eines Objektes 3 bezüglich einer Anlagefläche 1 dargestellt. Das zentrale Bauteil hierbei ist eine Messanordnung, die einen Differenzdrucksensor 6, einen Relativdrucksensor 7 und eine Blende 5 umfasst. Der Differenzdrucksensor 6 misst den über der Blende 5 entstehenden Differenzdruck p_diff und arbeitet damit als Durchflussmesser.
Eine Druckversorgungseinheit 8 erzeugt einen Luftstrom mit einem Druck p, der über den Messkanal 4 durch die Messanordnung zu wenigstens einer Düse 2 geleitet wird. Die in der Figur 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 das Objekt 3 angeordnet – das bspw. ein Werkstück oder ein Werkstückträger sein kann –, dessen Abstand X zu den Düsen 2 – der sogenannte Spaltabstand – ermittelt werden soll.
Der Druck p des durch die Druckversorgungseinheit 4 erzeugten Luftstroms kann stark variieren. Derartige Druckschwankungen sind unausweichlich, denn häufig ist der einzelne Messkanal 4 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 Messkanals 4 wird durch den Drucksensor 7 gemessen. Der Drucksensor 7 kann bspw. als Sensorplatine ausgeführt sein. Derartige Sensorplatinen weisen eine Durchgangsöffnung auf, mit einer darin angeordneten Siliziumscheibe, die beidseitig mit Druck beaufschlagt werden kann. Die Messanordnung weist dann hierfür eine schlitzförmige Ausnehmung auf, in die die Sensorplatine eingeschoben werden kann.
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 der Figur wird der Drucksensor 7 als Relativdruckmessgerät eingesetzt, da ein Druckkanal mit dem Messkanal 4 verbunden ist und der andere Druckkanal 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 strömungsabhängige Signal des Differenzdrucksensors 6 werden einer Auswerteeinheit 9 zugeführt, die Teil der Messanordnung, aber auch als externe Einheit ausgeführt sein kann und optional auch eine Anzeige zur Darstellung der Messwerte bzw. des gemessenen Spaltabstands X umfässt. In dieser Auswerteeinheit 9 wird aus diesen beiden Signalen eine Messung des Spaltabstands möglich, die unabhängig von den genannten Druckschwankungen ist. Durch empirische Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass, nachdem die Werte der Blenden- und Düsendurchmesser bekannt sind, sich der Spaltabstand X mit den ermittelten Druckmesswerten p_rel und p_diff nach folgender Formel berechnen lässt:
Dabei ist D_Düse der Durchmesser der Messdüse(n) 2, D_Blende der Durchmesser der Blende 5, a ein Skalierungsfaktor mit einem Betrag zwischen bevorzugt 1,5 und 2, b ein Offsetbetrag von bevorzugt 0,02 ist, der Exponent d im Bereich 1,2 bis 1,6, der Exponent c liegt im Bereich 1,7 bis 2,3 und der Exponent e im Bereich 1,2 bis 1,7.

Claims

Auflagenkontrolleinrichtung zur Überprüfung der relativen Positionierung eines Objektes (3) bezüglich einer Anlagefläche (1) durch Bestimmung des Gegendruckes einer aus der Anlagefläche (1) im Bereich des Objekts (3) austretenden und das Objekt (3) im Wesentlichen senkrecht mit Druckluft oder einer Flüssigkeit anstrahlenden Messdüse (2), wobei in einen zur Messdüse (2) führenden Messkanal (4) eine Blende (5) angeordnet ist, zu welcher ein den Druckabfall p_diff über der Blende (5) ermittelnder Differenzdrucksensor (6) parallelgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines weiteren Drucksensors (7) ein Relativdruck p_rel ermittelt wird und sich der Abstand X des Objekts (3) bezüglich einer Anlagefläche (1) nach der Formel
berechnet wird, wobei D_Düse der Durchmesser der Messdüse (2), D_Blende der Durchmesser der Blende (5), a ein Skalierungsfaktor mit einem Betrag zwischen bevorzugt 1,5 und 2, b ein Offsetbetrag von bevorzugt 0,02 ist, der Exponent d im Bereich 1,2 bis 1,6, der Exponent c im Bereich 1,7 bis 2,3 und der Exponent e im Bereich 1,2 bis 1,7 liegt.
Auflagenkontrolleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Flüssigkeit um Wasser oder Kühl-/Schmierflüssigkeit handelt.
Auflagenkontrolleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzdrucksensor (6) aus zwei Relativdrucksensoren besteht und der Differenzdruck aus deren Messwerte berechnet wird.
Auflagenkontrolleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden Relativdrucksensoren der Drucksensor (7) ist.