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