DE1914876B2 - Einrichtung zum Schutz einer Anordnung zur kapazitiven Abstandsmessung - Google Patents

Einrichtung zum Schutz einer Anordnung zur kapazitiven Abstandsmessung

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung b> zum Schutz einer Anordnung zur kapazitiven Abstandsmessung, welche eine Meßelektrode mit nachgeschaltetem Meßwertumformer aufweist, sowie zum Schutz eines der Meßelektrode zugeordneten Werkzeuges und/oder Werkstückes gegen Beschädigung durch Kurzschlußberührung der Meßelektrode mit dem Werkstück.
Anordnungen zur kapazitiven Abstandsmessung werden insbesondere dann für Messungen z. 3. als Fühler in Regelsystemen verwendet, wenn aufgrund ungünstiger Umgebungsbedingungen, z. B. zu hoher Temperatur, staubiger Atmosphäre, hoher Arbeitshäufigkeit und daraus resultierendem Verschleiß, mechanische oder pneumatische Fühler nicht einsetzbar sind.
Bei diesen Anordnungen wird die vom Meßelektroden-Werkstückabstand abhängige Kapazität zur Erzeugung eines dem Abstand proportionalen Signals verwendet. Die Schwierigkeit ist dabei, daß, wenn Bohroder Drehspäne oder sonstige Hindernisse eine Kurzschlußberührung der Meßelektrode mit dem Werkstück herbeiführen, eine Zerstörung der Anordnung und weitergebend eine Zerstörung oder Beschädigung des Werkzeuges bei automatisch gesteuerten Bearbeitungsmaschinen hervorgerufen wird, weil in diesem Fall keine Abstandsermittlung mehr erfolgt und somit das resultierende Regelsignal die Anordnung und/oder das Werkzeug nicht mehr schnell genug aus der Gefahrenzone bringen kann, bzw. weil ein bei Kurzschluß durch betriebsbedingte Potentiale zwischen Meßelektrode und Werkstück entstehendes Stellsignal beispielsweise ein Stellglied für Werkzeug und Meßelektrode letztere völlig unkontrolliert, betätigen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden, insbesondere also eine Vorrichtung zur kapazitiven Abstandsermittlung zu schaffen, welche bei mechanischer Kollision und dabei auftretenden Kurzschlüssen der Meßelektrode nicht zerstört wird und welche darüberhinaus dabei eine Zerstörung oder Beschädigung des Werkstücks und/oder Werkzeugs verhindert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen der Meßelektrode und dem Meßwertumformer ein Kondensator vorgesehen ist und daß ferner der Meßwertumformer im Kurzschlußzustand als Steuersignalgeber mit vom Wert des Kondensators bestimmtem Ausgang geschaltet ist.
Dadurch wird die Anordnung bei Meßelektrodenkurzschluß vor der Zerstörung gesichert und gleichzeitig ein jeden Kurzschluß anzeigendes Signal erhalten, und die obengenannte Aufgabe gelöst.
Einfacher und wirtschaftlicher Aufbau wird insbesondere dadurch gewährleistet, daß an den Ausgang des Meßwertumformers parallel zu einer Auswertungs-Schaltung für die Abstandsermittlung einer Schaltung zur Kurzschlußermittlung angeschlossen ist, welche selektiv nur auf das Steuer-Signal anspricht.
Ein sicherer Betriebsablauf und eine hinsichtlich Streu- und Leitungskapazitäten unkritische Schaltung wird bei Verwendung eines Oszillators, insbesondere eines Clapp-Oszillators als Meßwertumformer, wobei der veränderliche Abstand die Oszillatorfrequenz bestimmt, besonders dadurch erreicht, daß die Oszillatorfrequenz durch einen Serienschwingkreis, bestehend aus der Meßelektroden-Werkstück-Kapazität; den Kondensator und einer Induktivität bestimmt ist, und daß das Steuersignal eine nur durch den Kondensator und die Induktivität bestimmte Oszillatorfrequenz aufweist, wobei vorteilhaft durch die Anordnung des Kondensators eine galvanische Abblockung der Meßelektrode erreicht und somit das aktive Bauelement des Oszillators und/oder das Speisegerät bei Kurzschluß
vor Zerstörung zuverlässig gesichert ist.
Verbesserte Betriebssicherheit und Einsparung von Bedienungspersonal bei halbautomatischen Werkzeugmaschinen wird in erster Linie dadurch erreicht, daß eine Einrichtung zur Auslösung eines akustischen und/oder optischen Warnzeichens bei Auftreten des Steuer-Signals vorgesehen ist, wogegen bei vollautomatischen Werkzeugmaschinen insbesondere dadurch, d'iß eine Einrichtung zum Trennen von Werkzeug und Werkstück und/oder Abschalten der Werkzeugmaschine bei Auftreten des Steuer-Signals vorgesehen ist, eine einfache und wirtschaftliche Kombinierbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit herkömmlichen Regelsystemen ermöglicht wird.
Besonders vorteilhaft ist auch, daß infolge der verbesserten Betriebssicherheit bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nunmehr eine Automatisierung von Bearbeitungsvorgängen vorgenommen werden kann, welche bisher mit Rücksicht auf das überdurchschnittlich hohe Ausmaß eines etwa durch Ausfall des Fühlers entstehenden Schadens nicht mit Regelsystemen ausgestattet werden konnte.
Die Erfindung ist im folgenden in einem Ausführungsbeispiel anhand einer schematischen Darstellung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt dabei eine Vorrichtung zur kapazitiven Abstandsermittlung mit den Merkmalen der Erfindung.
Ein flächiges Werkstück 1 wird durch eine Meßelektrode 2 abgetastet, welche mechanisch mit einem nicht dargestellten Werkzeug verbunden ist. Durch die zwischen Werkstück 1 und Meßelektrode 2 bestehende Kapazität 3, einen Kondensator 4 und eine Spule 5 wird die Frequenz eines Oszillators 6 bestimmt. Der Kondensator 4 ist so bemessen, daß er im Normalbetrieb praktisch gegenüber der Meßeiektroden-Werkstück-Kapazität vernachlässigbar ist und nur ganz geringen Einfluß auf die Oszillatorfrequenz hat, wobei er gleichzeitig die Meßelektrode 2 gleichspar.nungsmäßig abblockt und eine Zerstörung des Oszillators 6 bei Masseschluß verhindert. Die vom Meßelektroden-Werkstück-Abstand abhängige Oszillatorfrequenz, welche entsprechend der möglichen Veränderung des Abstandes nur innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs schwanken kann, wird durch einen selektiv auf diesen Frequenzbereich abgestimmten Abtastverstärker 7 verstärkt und in einem Diskriminator 8 in ein proportionales Ausgangssignal umgeformt, welches am Ausgang 9 anliegt.
Bei einem Kurzschluß der Meßelektrode 2 mit dem Werkstück, wie er etwa durch Metallspäne verursacht werden kann, existiert die Kapazität 3 nicht mehr. Der Oszillator schwingt dadurch auf einer wesentlich tieferen, nur durch den Kondensator 4 und die Spule 5 bestimmten Steuer-Frequenz, welche außerhalb des Frequenzbereichs des Verstärkers 7 liegt. Ein auf diese charakteristische Steuer-Frequenz abgestimmter selektiver Kurzschluß-Verstärker 10 verstärkt das Oszillatorsignal, welches sodann durch einen Gleichrichter 11 gleichgerichtet und an den Trigger-Schaltverstärker 12 gelegt wird, welcher am Ausgang 13 ein Signal zur Anzeige eines Masse-Kurzschlusses abgibt.
Dieses Signal kann zur Ansteuerung beliebiger Warnoder Regeleinrichtungen je nach dem Aufbau der gesamten Anlage verwendet werden.
Bei Verwendung in Servosystemen, bei welchen z. B. durch das Signal am Ausgang 9 Stellglieder zur automatischen Höhenverstellung der Meßelektrode 2 und des Werkzeugs vorgesehen sind, kann der Kondensator 4 auch derart dimensioniert sein, daß er bei Meßelektroden-Kurzschluß den Oszillator 6 derart verstimmt, daß am Ausgang 9 ein »Aufwärtsw-Signal anliegt und somit z. B. vor oder auch gleichzeitig mit der Auslösung von Warneinrichtungen die Meßelektrode 2 vom Werkstück 1 entfernt wird. Selbstverständlich kann auch durch das Signal am Ausgang 13 ein »Aufwärts-Befehl« für Meßelektrode 2 und Werkzeug gegeben werden. Dabei kann gegebenenfalls auch das Bearbeitungswerkzeug abgeschaltet werden, um Schaden zu verhindern.
Durch die Erfindung wird somit eine Vielzahl von Möglichkeiten für die Verbesserung hinsichtlich Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit von Regel- und Steuersystemen mit Vorrichtungen zur kapazitiven Abstandsermittlung gegeben, wobei selbstverständlich der Erfindungsgedanke analog zum Ausführungsbeispie! auf mit Meßbrücken- oder Spannungsteilerschaltungen arbeitende Einrichtungen zur Abstandsermittlung anwendbar ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Einrichtung zum Schutz einer Anordnung zur kapazitiven Abstandsmessung, welche eine Meßelektrode mit nachgeschaltetem Meßwertumformer aufweist, sowie zum Schutz eines der Meßelektrode zugeordneten Werkzeuges und/oder Werkstückes gegen Beschädigung durch Kurzschlußberührung der Meßelektrode mit dem Werkstück, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Meßelektrode (2) und dem Meßwertumformer (6) ein Kondensator (4) vorgesehen ist, und daß ferner der Meßwertumformer (6) im Kurzschlußzustand als Steuersignalgeber mit vom Wert des Kondensators (4) bestimmten Ausgang geschaltet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Meßwertumformers (6) parallel zu einer Auswertungs-Schaltung (7,
8) für die Abstandsermittlung eine Schaltung (10, Ii, 12) zur Kurzschlußermittlung angeschlossen ist, welche selektiv nur auf das Steuer-Signal anspricht.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Oszillator als Meßwertumformer, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatorfrequenz durch einen Serienschwingkreis, bestehend aus einer Elektroden-Werkstück-Kapazität (3), dem Kondensator (4) und einer Induktivität (S) bestimmt ist, und daß das Steuer-Signal eine nur durch den Kondensator (4) und die Induktivität (5) bestimmte Oszillatorfrequenz aufweist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (10, 11, 12) zur Kurzschlußermittlung einen selektiven Verstärker (10) für die Oszillatorfrequenz des Steuersignals und nachgeschaltete Einrichtungen (11, 12) zur Abgabe eines Spannungs- oder Stromsignals in Abhängigkeit vom Anliegen des Steuersignals aufweist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einer die Elektroden-Werkstück-Kapazität in einem Zweig einschließenden Spannungsteiler- oder Brükkenschaltung als Meßwertumformer, dadurch gekennzeichnet, daß in diesen Zweig direkt in Serie zur Elektroden-Werkstück-Kapazität der Kondensator (4) geschaltet ist, und daß das Kontroll-Signal eine durch die Einschaltung allein des Kondensators (4) in diesen Zweig am Ausgang der Spannungsteileroder Brückenschaltung hervorgerufene Ausgangsspannung ist.
6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Auslösung eines akustischen und/ oder optischen Warnzeichens bei Auftreten des Steuer-Signals vorgesehen ist.
7. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zum Trennen von Werkzeug und Werkstück und/oder Abschalten der Werkzeugmaschine bei Auftreten des Steuer-Signals vorgesehen ist. ω)
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