DE20009336U1

DE20009336U1 - Näherungssensor

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Publication number: DE20009336U1
Application number: DE20009336U
Authority: DE
Original assignee: Balluff GmbH
Current assignee: Balluff GmbH
Priority date: 2000-05-24
Filing date: 2000-05-24
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2010-05-25

Description

Näherungssensor

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

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

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

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Näherungssensor erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Sensor eine Schaltpunkt-Auswerteeinheit integriert ist, durch welche ein

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digitales Ausgangssignal bereitstellbar ist, das die Informationen enthält, ob ein detektierter Meßabstand oberhalb oder unterhalb eines vorgegebenen Schaltpunkts liegt und daß mindestens ein Ausgangsanschluß für das digitale Ausgangssignal vorgesehen ist.

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

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

Es kann je nach Anwendung ein oder mehrere Signale bevorzugt ausgewählt werden. Beispielsweise kann bei einer speziellen Anwendung insbesondere aufgrund der Einstreuung von elektromagnetischer Strahlung die Übertragung eines Analogsignals von dem Näherungssensor zu einer Steuerung hin gestört

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werden. Der Anwender kann dann ein oder mehrere Digital-Signale auswählen, die weitaus unempfindlicher sind gegenüber Störungen bei der Übertragung.

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

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

Durch einen erfindungsgemäßen Näherungssensor kann ein Meßabstand auch mehrfach überwacht werden, insbesondere über das analoge Ausgangssignal und ein oder mehrere digitale Ausgangssignale. Dadurch läßt sich eine hohe Überwachungssicherheit erreichen.

Der erfindungsgemäße Näherungssensor kann beispielsweise für Anwendungen eingesetzt werden, bei denen ein Gegenstand "sanft" abgebremst und/oder beschleunigt werden muß, um eine mechanische Belastung beispielsweise durch mechanisches Anschlagen zu verringern. Durch einen oder mehrere Schaltpunkte lassen sich bei derartigen Anwendungen Abbremsbereiche

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und/oder Beschleunigungsbereiche ermöglichen. In einem anderen Anwendungsbeispiel kann der erfindungsgemäße Näherungssensor zur Ansteuerung ausgewählter Punkte in einem Kennlinienverlauf eingesetzt werden. Er kann beispielsweise auch als Grenztaster eingesetzt werden.

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

Vorteilhaft ist es, wenn eine Mehrzahl von Ausgangsanschlüssen jeweils für ein digitales Ausgangssignal vorgesehen ist, wobei einem bestimmten Ausgangsanschluß ein vorgegebener Schaltpunkt und damit Schaltabstand zuordenbar ist. Dadurch hat ein Anwender große Variationsmöglichkeiten bezüglich der Einstellungen des Näherungssensors. Beispielsweise ist es bekannt, auf einem linear bewegten Gegenstand eine keilförmige Fläche anzuordnen und den Näherungssensor über dieser Keilfläche ortsfest zu positionieren. Bewegt sich die keilförmige Fläche gegenüber dem Näherungssensor, dann ändert sich damit auch der Meßabstand. Aus dem analogen Ausgangssignal läßt sich der Meßabstand ablesen, und daraus wiederum läßt sich die relative Position zwischen dem Gegenstand und dem Näherungssensor quer zur Meßabstandsrichtung bestimmen. Werden nun bestimmte Schaltpunkte eingestellt, so läßt sich mittels der digitalen Ausgangssignale des Näherungssensors überprüfen, ob der Gegenstand auf seiner Bewegung in einer Richtung quer zur Meßabstandsrichtung eine bestimmte Position

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erreicht hat, ohne daß der absolute Wert der Position ausgewertet werden muß. Dadurch läßt sich eine einfache Positionsüberwachung erreichen. Durch den analogen Ausgang hat aber ein Anwender weiterhin die Möglichkeit, auch eine genaue Positionsbestimmung durchführen zu können.

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

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

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Schaltpunkt mittels Vorgabe eines Schaltabstandes einstellbar ist. Ein Anwender gibt dann den Schaltabstand (Meßabstand) vor, bei welchem sich der Signalpegel des digitalen Ausgangssignals ändern soll und die Schaltpunkt-Auswerteeinheit bestimmt automatisch einen zugehörigen Schwellenwert, bei dessen Erreichen eine Pegelumschaltung des Digitalsignals erfolgen soll. Insbesondere ist es günstig, wenn ein Schaltpunkt mittels Vorgabe des Abstands zu einem anderen Schaltpunkt

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einstellbar ist. Neben einer absoluten Schaltpunktvorgabe lassen sich somit also auch relative Schaltpunktabstände, d. h. Schaltpunktabstände bezogen auf einen anderen Schaltpunkt, einstellen.

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

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

Günstig ist es, wenn der Näherungssensor einen Steueranschluß zur Programmierung der Schaltpunkt-Auswerteeinheit umfaßt. Durch die Steuerleitung können die Schaltpunkte für die

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digitalen Ausgangssignale auch dann eingestellt werden, wenn der erfindungsgemäße Näherungssensor an schwer zugänglichen Stellen montiert ist.

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

Vorteilhafterweise ist dabei das analoge Ausgangssignal mindestens in einem Arbeitsbereich monoton abhängig vom Meßabstand. Dadurch ist gewährleistet, daß eingestellte Schaltabstände eindeutig verknüpft sind mit bestimmten Schaltpunkten. Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, wenn das analoge Ausgangssignal in einem Arbeitsbereich im wesentlichen linear abhängig ist vom Meßabstand. Dadurch ist eine leichte Anwendbarkeit und auch Programmierbarkeit des erfindungsgemäßen Näherungssensors gegeben.

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

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

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

Figur 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Näherungssensors;

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

Figur 3 eine schematische Darstellung der Anschlüsse des erfindungsgemäßen Näherungsschalters.

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

Ein Gegenstand 12 aus einem elektrisch leitenden Material oder aus einem magnetisch leitenden Material koppelt an die Induktivität des Oszillators 14 (induktive Gegenkopplung),

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verändert die Spulenparameter und verändert dadurch Kenngrößen des Oszillators wie die Oszillatoramplitude durch Bedämpfung und die Frequenz des Oszillators. Die elektromagnetische Ankopplung des Gegenstands 12 an den Oszillator 14 hängt dabei von dem Abstand s zwischen Gegenstand 12 und Schwingkreis 16 ab (Meß ab st and oder Bedämpfungsabstand). Je größer der Meßabstand s, desto geringer ist die induktive Ankopplung des Gegenstands 12 an die Induktivität L des Oszillators 14. Die Kenngrößen des Oszillators 14 sind daher abhängig von dem Meßabstand s des zu detektierenden Gegenstands 12 und aus diesen Kenngrößen läßt sich somit der Meßabstand ermitteln.

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

Insbesondere ist es vorgesehen, daß die Auswerteschaltung 18 für einen Schwingungszustand des Oszillators 14 eine geschlossene adaptive Schleifenstufe umfaßt, welche einen Schleifenstrom für den Schwingkreis 16 liefert und einen von einem Meßabstand zwischen der Induktivität L des Schwingkreises 16 und dem Gegenstand 12 abhängigen Amplitudenwertverlauf erzeugt und eine interne Auswerteschaltung umfaßt, welche eine am Schwingkreis 16 anliegende Oszillatorspannung erfaßt. Die adaptive Schleifenstufe ist dabei so aufgebaut, daß sie einen mit dem Meßabstand variierenden Amplitudenwertverlauf des Schleifenstroms erzeugt, welcher im Bereich kleiner Bedämpfungsabstände mindestens ein schwingungserhaltendes Segment aufweist, dessen Steigung kleiner ist als

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die Steigung des Amplitudenwertverlaufs im Bereich mittlerer Meßabstände. Insbesondere ist dabei ein Resonanzkreiswiderstand des Schwingkreises 16 so abhängig von dem Meßabstand, daß er im Bereich kleiner Meßabstände steil ansteigt, im Bereich mittlerer Meßabstände weniger steil weiter ansteigt und im Bereich großer Meßabstände im wesentlichen einen konstanten Wert aufweist.

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

Durch eine derartige Ausgestaltung läßt sich ein Schaltungsparameter des Oszillators 14 und insbesondere ein den Meßabstand bestimmender Widerstandswert zu einem beliebigen Zeitpunkt einstellen, ohne daß hierzu außer Anschlüssen 22,

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24 für die elektrische Versorgung weitere zusätzliche Kalibrieranschlüsse vorgesehen werden müssen. Dadurch kann die Kalibrierungsprogrammierung eines einzustellenden Schaltungsparameters bei vollkommen fertiggestelltem und bereits vergossenem Näherungsschalter gegebenenfalls sogar erst nach dessen Montage an Ort und Stelle an einer Maschine oder dergleichen erfolgen, bevor der Näherungssensor für seine Überwachungsfunktion eingesetzt wird. Dadurch lassen sich alle wesentlichen Fertigungstoleranzen bei der Herstellung des Näherungssensors kompensieren.

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

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

Die Zwischenstufe 30 ist mit einer in den Näherungssensor integrierten Schaltpunkt-Auswerteeinheit 32 verbunden. Die

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Schaltpunkt-Auswerteeinheit 32 verfügt über einen Steueranschluß 34, über welchen sich die Schaltpunkt-Auswerteeinheit 32 programmieren läßt. Ferner umfaßt die Schaltpunkt-Auswerteeinheit 32 mindestens einen Ausgang für ein digitales Ausgangssignal. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei Ausgangsanschlüsse 36, 38, 40 für digitale Ausgangssignale vorgesehen. Jedem Ausgangsanschluß 36, 38, ist dabei jeweils eine Leuchtdiode 42, 44, 46 zugeordnet, welche die Signalbeaufschlagung des zugehörigen Ausgangsanschlusses optisch anzeigt.

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

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Der erfindungsgemäße Näherungssensor funktioniert wie folgt:

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

An dem Ausgangsanschluß 28 steht folglich ein analoges Ausgangssignal 29 an, welches in dem Arbeitsbereich des Näherungssensors zwischen s_max und s_min im wesentlichen linear abhängig ist vom Meßabstand.

Durch die Schaltpunkt-Auswerteeinheit 32 lassen sich bestimmte Schaltpunkte und damit Schaltabstände innerhalb des Arbeitsbereichs vorgeben. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit drei Ausgangsanschlüssen 36, 38, 40 für digitale Ausgangssignale lassen sich drei Schaltpunkte S₁, S₂ und S₃ beliebig vorgeben (Figur 2). Ein Schaltpunkt läßt sich dabei durch Teach-In-Programmieren der Schaltpunkt-Auswerteeinheit 32 mittels Schwellenvorrichtungen 48 einstellen. Dazu wird die Programmierfunktion der Schaltpunkt-Auswerteeinheit

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32 aktiviert, indem beispielsweise der Steueranschluß 34 für eine bestimmte Zeit mit dem Plusanschluß 22 über einen internen oder externen Taster verbunden wird. Nach Aktivierung der Programmierfunktion wird ein bestimmter Ausgangsanschluß ausgewählt. Es wird dann bei einer Variante der Gegenstand 12 in dem vorgesehenen Schaltabstand von dem Oszillator 14 positioniert und dann dieser Schaltabstand gespeichert. Dadurch ist dann der Schaltpunkt bezüglich dieses vorgegebenen Schaltabstands eingestellt.

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

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

Bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Ausgangsanschlüsse 36, 38, 40 so eingestellt, daß diese geschaltet sind, d. h. einen hohen Signalpegel 54 liefern, wenn der Gegenstand 12 weiter von dem Näherungssensor 10 entfernt

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ist als der durch den vorgegebenen Schaltpunkt eingestellte Schaltabstand (NC-Betrieb). Detektiert der Komparator 50, daß bei Annäherung des Gegenstands der vorgegebene Schwellenwert überschritten ist, dann wird das entsprechende digitale Ausgangssignal auf einen niedrigen Signalpegel 56 gesetzt. Mit dem Wechsel des Signalpegels des digitalen Ausgangssignals ist eine Änderung der Anzeige der zugeordneten Leuchtdiode verbunden. Beispielsweise ist ein hoher Signalpegel mit einer Leuchtanzeige verbunden und ein niedriger Signalpegel mit einer Nicht-Leuchtanzeige. Ein Benutzer erkennt dann optisch am Näherungssensor 10, ob ein bestimmter Schaltpunkt und damit ein bestimmter Schaltabstand überschritten oder unterschritten ist.

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

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

Die Schaltpunkte, wie beispielsweise S₁, S₂, S₃ werden von einem Anwender durch Programmierung (Teach-I&eegr;-Programmierung) eingestellt. Ein Teach-In-Vorgang umfaßt die drei grundsätzlichen Schritte Aktivierung des Programmiermodus, Auswahl des zu programmierenden Ausgangs und Einstellen eines bestimmten Schaltabstands auf dem ausgewählten Ausgang. Da einem Ausgang eine Leuchtdiode zugeordnet ist, zeigt diese den jeweiligen

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Zustand des Ausgangs zu jedem Zeitpunkt an. Im Programmiermodus kann insbesondere ein Ausgang und die zugeordnete Leuchtdiode einen Einstellzustand aufweisen, der intermittent ist. Beispielsweise blinkt die Leuchtdiode. Dadurch kann der Zustand des erfindungsgemäßen Näherungssensors lokal abgefragt werden (über die Leuchtdioden) und/oder in einer Entfernung über den Signalzustand, welcher an den Ausgängen abgreifbar ist. Dies gilt sowohl für Einstellung als auch Überwachung.

Beispielsweise sind an der Schaltpunkt-Auswerteeinheit 32 drei Schaltpunkte S₁, S₂ und S₃ so eingestellt, daß bei Annäherung des Gegenstands 12 an den Schwingkreis 16 von größeren Entfernungen her innerhalb des Arbeitsbereichs des Oszillators 14 bei Erreichen eines ersten Schaltabstands S₁ das Signal 58 am Ausgangsanschluß 36 von einem hohen Signalpegel 54 auf einen niedrigeren Signalpegel 56 geht. Entsprechend ändert sich die Anzeige der zugeordneten Leuchtdiode 42. Bei weiterer Annäherung des Gegenstands an den Näherungssensor 10 ändert sich das Signal an dem Ausgangsanschluß 36 nicht mehr. Wird der Gegenstand 12 weiter angenähert, dann wird entsprechend bei einem Schaltabstand s_2/ welcher kleiner ist als S₁, der Ausgangsanschluß 38 so geschaltet, daß das dort anstehende Signal 60 von einem hohen Signalpegel auf einen niedrigen Signalpegel geht. Entsprechend schaltet die zugeordnete Leuchtdiode. Nähert sich der Gegenstand 12 noch weiter dem Näherungssensor an, dann wird durch die Schaltpunkt-Auswerteeinheit 32 bei Erreichen eines Schaltabstands S₃ das an dem Ausgangsanschluß 40 anstehende Signal 62 von einem hohen Pegel auf einen niederen

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Pegel geschaltet. Entsprechend wird die zugeordnete Leuchtdiode 46 geschaltet.

Sind alle Ausgangsanschlüsse 36, 38, 40 auf einem niedrigen Signalpegel, so bedeutet dies folglich, daß der Schaltabstand kleiner ist als S₃. Ist der Ausgangsanschluß 40 auf einem hohen Pegel, die Ausgangsanschlüsse 36, 38 dagegen auf niedrigem Pegel, so ist der Schaltabstand zwischen Gegenstand 12 und Schwingkreis 16 größer als S₃ aber kleiner als S₂. Ist schließlich der Ausgangsanschluß 36 durchgeschaltet (hoher Signalpegel) und sperren die Ausgangsanschlüsse 38, 40 (niedriger Signalpegel), so bedeutet dies, daß der Schaltabstand zwischen Gegenstand 12 und Schwingkreis 16 zwischen S₁ und S₂ liegt.

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

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

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Weiterhin ist mindestens ein Ausgangsanschluß zur Bereitstellung eines digitalen Signals in Abhängigkeit eines Schaltpunkts vorgesehen. Bei dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei Ausgangsanschlüsse 36, 38, 40 vorgesehen. Die Bezeichnung NO deutet dabei an, daß diese Schaltanschlüsse auf niedrigem Pegel sind, wenn der Gegenstand außerhalb des Schaltpunkts liegt.

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

Claims

1. Näherungssensor mit einem Oszillator (14), welcher durch einen von außen heranführbaren Gegenstand (12) beeinflußbar ist, mit Auswerteeinrichtungen (18, 26) zur Erzeugung eines analogen Ausgangssignals (29) in Abhängigkeit eines Meßabstands (s) zwischen Gegenstand (12) und Oszillator (14) und mit einem Ausgangsanschluß (28), an welchem das analoge Ausgangssignal (29) abgreifbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Sensor eine Schaltpunkt-Auswerteeinheit (32) integriert ist, durch welche ein digitales Ausgangssignal (58) bereitstellbar ist, das die Information enthält, ob ein detektierter Meßabstand oberhalb oder unterhalb eines vorgegebenen Schaltpunkts (S₁) liegt und daß mindestens ein Ausgangsanschluß (36) für das digitale Ausgangssignal (58) vorgesehen ist.

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

3. Näherungssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einem Ausgangsanschluß (36) für ein digitales Ausgangssignal (58) eine optische Anzeigevorrichtung (42) zugeordnet ist, durch welche die Signalbeaufschlagung des Ausgangsanschlusses (36) anzeigbar ist.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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