DE2333089A1

DE2333089A1 - Verfahren und vorrichtung zur abstandsregelung

Info

Publication number: DE2333089A1
Application number: DE19732333089
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: PRECITEC GES fur PRAEZ STECHN; Precitec GmbH and Co KG
Current assignee: PRECITEC GES fur PRAEZ STECHN; Precitec GmbH and Co KG
Priority date: 1973-06-29
Filing date: 1973-06-29
Publication date: 1975-01-16
Also published as: GB1458240A; US3970911A

Description

NACKGEREICHT

precitec imbH., 575 Bad en -Ba den, Hebel weg

Verfahren und Vorrichtung zur Abstandsregel unsr.

T>ie Erfindunfr betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung ZUi" Ibstandsre^eluni?, insbesondere zur Reprelunp: und Konstanlhal tun? des ^bstands zwischen einen. '.Yerkzeuf? und der Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstücks mit einem elektronischen Fühler, welcher derart in einen Schwingkreis miteinbezoiren ist, daß der -Abstand zum "'/erkstiick die Schwirifrkreisf requenz bestimmt, und daß die Aus p^nps si finale des Schwingkreises an einen Diskriminator zur Umformunp in TIeichspannunf?ssi gnal e ^eleirt werden, deren Polarität und Amplitude der Richtunp; und dem Betrrer der he^elabweichung entsprechen.

^erartipe /erfahren und Vorrichtungen sind z.B. zur We^elunf? des Abstands zwischen Brenner und 'Verkstück einer autorratischen Brenn-Schneidraaschine in verschiedenen *usfijhrunfren bekannt und crebräuchlich.

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^Tün Problem besteht bei derartigen-Vorrichtungen und Verfahren insbesondere darin, da!? die Diskriminator-Kennlinie im Hinblick auf Regelgenauigkeit mö^-"¹ ichst steil gewählt werden muß; dadurch wird jedoch andererseits der Fangbereich, d.h. also der Bereich, in welchem z.B. nach dem Anfahren das .Verkzeug automatisch durch die Regelung auf den vorbestimmten Abstand gebracht werden kann, verringert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Bekannten zu vermeiden, insbesondere also ein /erfahren und eine Vorrichtung zur Abstandsregelung- zu schaffen, bei welchen einerseits durch hohe steilheit der I)iskriminator-^!i'ennlinie die optimale Rege ι genau ig-' keit gewährleistet wird, andererseits jedoch der fangbereich, d.h. der Bereich, in welchem der lieg¹ er anspricht, erhebl ich vergrößert wird.

lirfindungsgemäß wird dies °ui' optimal einfache '.Yeise dadurch erreicht, daß der Frequenzbereich von Diskriminator und/oder Oszillator mit zunehmendem Fühl er-'Verks tückabstand verstellt wird.

Besonders vorteilhaft läßt sich dies dadurch erreichen, daß die Bandbreite des -Diskrirrinators vergrößert wird, w.as vorzugsweise durch Dämpfung wenigstens eines Piskriminator-Schwingkreises erreicht werden kann.

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⁷jine andere vorteilhafte Realisierungsmöglichkeit ergibt sich, wenn wenigstens ein Diskriminator-Schwingkreis verstimmt wird.

Zuverlässig und mit geringem Bauteil aufwand läßt sich das' erfindungsgerr.äße "•■''erfahren insbesondere anwenden, wenn in wenigstens einem Schwingkreis des Diskrirrinators ein durch eine Steuerspannung veränderlicher Dämpfun?swiderstand vorgesehen ist. Der Widerstand kann dabei als Potentiometer, als stufenweise verstellbarer Widerstand oder auch als Halbleiter-Bauelement ausgebildet sein. Besonders eignet sich zu diesem Zweck ein Feldeffekt-Transistor.

Zur Schwingkreisverstimmung wird erfindungspemäi? insbesondere vorgeschlagen, in wenigstens einem Schwingkreis des Diskriminator und/oder Oszillators eine durch eine Steuersppinnung veränderliche Kapazität, vorzugsweise eine Kapazitäts-Diode, vorzusehen.

Zur Gewinnung der Steuerspannung empfiehlt es sich, einfach den den Diskriminator nachgeschal teten Verstärker ausgangsseit ig einen bestimmten Spannungsanteil abzugreifen und an den Steuereingnng des veränderlichen Widerstands bzw. der veränderlichen Kapazität zu legen.

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Auch kann die Steuerspannung zur ^requenzbereichsänderunir auf einfache Weise am Reglerausgang gewonnen werden, sofern dieser Analogsignale an das Stellglied abgibt.

'irsichtl icherweise werden der erfinderische Inhalt und technische Portschritt des Anmel dunp;sgegenstandes sowohl durch die neuen Einzelmerkmal e als auch insbesondere durch Kombination und Unterkombination aller Verwendung findenden Werkmale gewährleistet.

Die Erfindung ist im folgenden in Ausführunfsbeispiel en anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Rs zeigen:

ig. 1 das Blockschaltbild eines Refflers mit den ^werk tralen der Erfindung,

^vig. 2 das Schaltbild eines Diskriminator,

Fig. 3 die Ausgangskennlinie des Diskriminators ^?ig. 2, ■

^?is;. 4 die schematische Darstellung der Zusammenschaltung eines Diskrirr.inators und eines Oszillators

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mit den Merkmalen der Erfindung und

Pig. 5 die Spannungskennlinie am Diskrituina tor-Ausgang der Schaltung gemäß Fig. 4.

Gemäß Fig. 1 ist die Düse 2 einer nicht dargestellten Brenn-Schneidmaschine mit einem Fühler 3 versehen, der seinerseits an einen Oszillator 4 angeschlossen ist. Die Düse 2 wird über einer Stahlplatte 5 bewegt, welche ihrerseits ebenfalls mit dem Oszillator 4 verbunden ist. Die Kapazität zwischen Fühler 3 und Stahlplatte 5 ist derart mit in den Schwingkreis des Oszillators 4 miteinbezogen, daß jede Abstandsänderung zwischen Düse 2 und Stahlplatte 5 zu einer Frequenzänderung des Oszillators 4 führt. Die Ausgangssignale des Oszillators 4 sind an einen Diskriminator 6 gelegt, der seinerseits eine Spannung an einen Regler 7 legt, welche in Amplitude und Polarität der Abweichung des Oszillators 4 von der Mttenfrequenz des Diskriminators 6, die den Sollwert darstellt, entspricht. Sobald am Ausgang des Diskriminators 6 eine Spannung anliegt, was einer Regelabweichung entspricht, wird durch den Regler 7 ein Stell-, glied 8 derart mit Stellsignalen beaufschlagt, daß durch letzteres die Düse 5 wieder auf den vorgewählten Abstand geregelt wird. Der Diskriminator 6 ist dabei im

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Hinblick auf Regel genauigkeit mit einer äußerst steilen Kennlinie ausgebildet. Um trotzdem den Regelbereich, d.h. den Bereich, in welchem die Düse 2 automatisch auf den vorbestimmten Abstand zur Stahlplatte 5 hin geregelt wird, zu vergrößern, ist der Ausgang des Reglers 7 über Steuerleitungen 7a und 7b mit dem Oszillator 4 bzw. dem Diskriminator 6 derart verbunden, daß beim Absinken der am Reglerausgang anliegenden Analogspannung der Frequenzbereich des Diskriminator 6 vergrößert wird und zusätzlich der Oszillator 4 verstimmt wird. Die Verstimrrung ist dabei derart ausgelegt, daß die Freauenz der an den Diskriminator 6 abgegebenen Signal e in Richtung auf eine scheinbare Annäherung des Fühlers 3 an die Stahlplatte 5 verstimmt wird, d.h. also, daß die Frequenz in Richtung auf die Mittenfrequenz des Diskriminators 6 zu verstimmt wird, wodurch letzterer auch bei größerem Abstand der Düse 2 von der Stahlplatte 5 noch Signale an den Regler 7 abgibt. Sobald sich durch Aktivierung des Stellglieds 8 die Düse 2 der Stahlplatte 5 nähert, verringert sich die Spannung am Ausgang des Reglers 7, so daß der Diskriminator 6 in seinen vorgesehenen Frequenzbereich zurückkehrt und der Oszillator ebenfalls wieder seine Normal frequenz erreicht.

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Pig. 2 zeigt einen Diskriminator 6 mit einem ersten Schwingkries 9 und einem zweiten Schwingkreis 1o, welche durch einen Kondensator 11 kapazitiv sowie über die Schwingkreis-Spulen induktiv gekoppelt sind. Die beiden Schwingkreise sind in bekannter Weise auf unterschiedliche frequenz abgestimmt, so daß je nach der Frequenz, welche an den ersten Schwingkreis 9 angelegt wird, über Dioden 11a und Widerstände 12 eine in der Polarität und in der i\mplitude schwankende Spannung an die Eingänge des Differenzverstärkers gelegt wird. Die vom Differenzverstärker 13 abgegebene Spannung ist in Fig. 3 in Abhängigkeit von der Fre-

fo
quenz dargestellt, wobei/die Frequenz des ersten Schwingkreises 9 und fu die Frequenz des zweiten Schwinfrkriese 1o darstellt.

Ersieht! icherweise erstreckt sich der zur Ansteuerung des Reglers 7 (Fig. 1) verwendbare Frequenzbereich aufgrund der steilen Diskriminator-Rennlinie kaum über die untere und obere frequenz. Damit ist auch der Fangbereich des Regelkreises limitiert, da ein ReFrI eraus?ang und damit eine Ansteuerung eines Stellglieds nur erreichbar ist, wenn am Diskriminator-Ausgang Spannunrrswerte mit einer gewissen Windest-Airpl itude abgegeben werden. Um den Fangbereich eines mit einem derartigen Diskriminators ausgerüsteten Regelkreises zu vergrößern, wird

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gemäß Fig. 2 am Ausgang des Differenzverstärkers 13 ein Spannungswert abgegriffen und über einen Verstärker 14 einem symbolisch dargestellten veränderlichen Widerstand 15 zugeführt. Beim Sinken der Spannung am Ausgang des Differenzverstärkers 13 wird dabei der Widerstand 15 derart angesteuert, daß - wie in Fig. gestrichelt dargestellt - der Diskriminator 6 bedampft wird und somit durch eine neue obere frequenz fo und eine neue untere Frequenz fu ein wesentlich größerer Frequenzbereich begrenzt wird, in welchem durch den Diskriminator 6 verwertbare Signale abgegeben werden. Auf diese Weise läßt sich mit einfachsten Wittein der Fangbereich eines derart bestückten Regelkreises vergrößern. Dabei kann ersichtlicherweise als veränderlicher Widerstand ein Stell-Widerstand oder aber auch ein Halbleiter-Bauelement, wie insbesondere ein Feldeffekt-Transistor, Anwendung finden. Sofern der Frequenzbereich des Diskriminator durch die Bedämpfung ausreichend vergrößert wird, kann auch auf eine zusätzliche Frequenzänderung des Oszillators wie in Fig. 1 dargestellt - verzichtet werden.

Fig. 4 zeigt ein abgewandeltes Ausführun^sbeispiel eines Diskritninators 6, welcher über einen Schwingkreis 16 an einen Oszillator 4 gekoppelt ist. Ein erster

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Diskriminator-Schwingkreis 9a und ein zweiter Diskriminator-Schwingkreis 9b sind über Dioden 11a an Widerstände 17, 18 geschaltet, wobei die Schwingkreise 9a, 9b auf jeweils verschiedene Frequenz fu bzw. fo gemäß Fig. 5 abgestimmt sind. In Abhängigkeit von der Frequenz des Oszillators 4 wird in bekannter Weise über die Dioden 11a und die Widerstände 17, 18 sowie den Koppel-Kondensator 19 eine Spannung schwankender Amplitude und Polarität an den Ausgangsverstärker 2o ge legt, welcher an den Eingang eines nicht dargestellten Reglers angeschlossen ist.

Wie schematisch dargestellt ist, weist der Oszillator 4 eine veränderliche Kapazität 21 auf, welche dem Abstand eines Wühlers von einem Werkstück (z.B. fühler 3 von Stahlplatte 5 gem. Fig. 1) entspricht. Die Frequenz der Schwingkreise 9a, 9b sowie des Oszillators 4 ist derart abgestimmt, daß beim Erreichen des vorbestimmten Werkstück-Werkzeugsabstandes die Mittenfrequenz des Diskriminator erreicht ist und folglich kein Signal durch den Ausgangsverstärker 2o abgegeben wird. Um den Fangbereich der Schaltung zu vergrößern, ist parallel zum zweiten Schwingkreis 9b eine veränderliche Kapazität 24 geschaltet, welche durch eine Steuereinrichtung 22 in Abhängigkeit von der Spannung am Ausgangsverstärker 2o angesteuert wird.

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Zur Verstärkung der Spannung am Ausgangsverstärker ist der Steuereinrichtung 22 ein Verstärker 23 vorgeschaltet. Beim Unterschreiten eines vorbestimmten Mindestwerts am Ausgangsverstärker 2o wird die veränderliche Kapazität 24 derart mit Steuersignalen beaufschlagt, daß der zweite Schwingkreis 9b auf eine neue untere Frequenz fu verstimmt wird, so daß sich der Frequenzbereich des Diskriminator vergrößert. Zusätzlich wird durch die Steuereinrichtung 22 eine zweite veränderliche Kapazität 25 mit Steuersignalen beaufschlagt, die parallel zum Schwingkreis des Oszillators 4 geschaltet ist. Sobald die von der Steuereinrichtung abgegebenen Signale einen bestimmten Maximalwert überschreiten, was einer minimalen Spannung am Ausgangsverstärker 2o entspricht, wird die Schwellspannung des schematisch dargestellten Begrenzers 26 überwunden und die Frequenz des Oszillators 4 derart verstimmt, daß eine Annäherung an die Di3kriminator-Frequenz erreicht wird. Damit weist der Diskriminator eine scheinbare neue untere Frequenz fu auf, womit wie aus Fig. 5 eindeutig ersichtlich ist - der Frequenzbereich der ^esamtschal tung und damit der Fangbereich des Regelkreises weiter vergrößert wird.

Die Dimensionierung und Auswahl der in den Ausführungsbeispielen schematisch dargestellten Bauteile bereitet dem Fachmann keinerlei Schwierigkeiten, so daß auf detaillierte Schilderung verzichtet wird.

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Claims

Pat e η tan sprüc h_e

1. Verfahren zur

Abstandsregelung, insbesondere zur .iep-el uns und Konstanthaltung des Abst^finäs zwischen einem Verkzeu.T und der Oberfläche eines zu bearbeitenden Yerkstiicks mit einem θ"Ό1?- tronischen fühler, welcher derart in einen Schwingkreis mi te in bezogen ist, daß der Abstand zum A'erkstiick die Schwingkreis frequenz bestimmt, und dai? die Insp^n^ssi finale des Schwingkreises an einen Diskriminator zur Un.-formung in CHeichspannunprssipnnl e pe¹ epft werden, deren Polarität und Amplitude der Richtung und dem Betrat der Repel abweichuni? entsprechen dadurch gekennzeichnet , daß der ^Trenuenzbereich von Diskriminator und/oder Oszillator mit zunehmendem ^;'ühl er-Terks tuck abstand verstellt wird.

2. Verfahren nnch Anspruch 1 d a d u r c h π e k en η zeichnet , daf? die Bind brei te des DiFkriminators verp-rößert wird.

3. Verfahren nach Anspruch ? dadurch pr e k -ο η η zeichnet ;■ daß wenirntens ein Diskriminator· ochwinskreis bedämpft wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens ein Diskriminator-Schwin^kreis verstimmt wird.

5. Vorrichtung¹ zur "Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem Schwingkreis des Diskriminators ein durch eine Steuerspannunp- veränderl icher Dämpfung-Widerstand vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch p· e kenn ζ eic hn et , daß der veränderliche Widerstand ein Feldeffekt-Transistor ist.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem Schwingkreis des Diskriminators und/oder Oszillators eine durch eine Steuerspannung veränderl iche Kapazität, vorzugsweise eine Kapazitätsdiode, vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7 mit einerr dem Diskriminator nachfreschal teten Verstärker, dadurch gekennzeichnet", daß der Verstärker-Ausfrang an den Steuereir.i?ancr des veränderlichen Widerstands bzw. der veränderlichen Kapazität beschäl tet ist.

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9. Vorrichtung nach 'einem der Ansprüche 5 bis 7 mit einem dem Diskriminator nachgeschal teten Regler, welcher zur Ansteuerung eines Stellglieds mit diesem verbunden ist, dadurch ge kennzeichnet , daß . der Reglerausgang an den Steuereingang der veränderlichen Kapazität geschaltet ist. ·

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