DE2737110C2 - Vorrichtung zur Bestimmung der Abweichung von der mittigen Lage eines festen Körpers zwischen mindestens zwei Elektroden - Google Patents

Vorrichtung zur Bestimmung der Abweichung von der mittigen Lage eines festen Körpers zwischen mindestens zwei Elektroden

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Schweizer Werner Dr 7802 Merzhausen De Molnar
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Abstract

Zweck der Erfindung ist, ein Verfahren fuer solche Anwendungen zu schaffen, wo zu lokalisierende Teile nicht genau positioniert sind und wo schlechte Sichtbedingungen und hohe Temperatur den Einsatz opto-elektronischer Sensoren verhindern. Erfindungsgemaess geschieht dies dadurch, dass die Aenderung des elektrischen Feldes einer Hochfrequenzsonde gemessen wird, die aus mindestens 1 Paar Kondensatoren besteht. Das vorgeschlagene Messprinzip ist in der Lage, durch Wahl geeigneter geometrischer Formen und Winkelstellung der Kondensatoren mit in weiten Grenzen variablen "Sehweiten" des Sensorsystems zu arbeiten (etwa bis 1 m Gegenstand - Sonde). Ein weiterer Vorzug besteht darin, dass die Elektroden der Kondensatoren aus Metallen (evtl. mit Oberflaechenschutz) gefertigt werden koennen, die gegen extreme Umwelteinfluesse (z.B. hohe Temperatur, chemische oder mechanische Einwirkungen) resistent sind. Das heisst, das Sensorsystem ist praedestiniert fuer den Einsatz unter Umweltbedingungen, in denen herkoemmliche Sensoren nicht anwendbar sind. ...U.S.W

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Abweichung von der mittigen Lage eines festen Körpers zwischen mindestens zwei Elektroden.
Verfahren zur berührungslosen Positionsbestimmung sind bekannt, bei dem die Änderung des elektrischen Feldes einer Hochfrequenzsonde gemessen wird.
In der DAS 1 05 152 wird z. B. eine kapazitive Spannungsteilung benutzt Eine elektrische Leitfähigkeit des Prüflings ist vorausgesetzt
Bei der Methode nach der DAS 19 14 045 bildet der Prüfling eine Elektrode des Kondensators, auch hier wird die elektrische Leitfähigkeit wiederum vorausgesetzt
Bei einer Anordnung nach der DE-OS 21 48 946 wird der Absolutbetrag der Kapazität gemessen, dabei muß notwendigerweise das Dielektrikum konstant sein oder wenigstens gemessen werden. Der Prüfling wird als leitend bezeichnet (Serienschaltung von 2 Kapazitäten).
Die Veröffentlichung im Industrie-Anzeiger 1962, 24. April, S. 99—101 faßt die wesentlichen physikalisch bekannten Methoden einer Kapazitätsbestimmung zusammen bis hin zur Differenzmessung in einer Brückenschaltung, wie sie in der Anmeldung im Prinzip auch benützt wird.
Aus A.T.M., Blatt J 86—13 (1966), ist eine Abstandsmessung bekannt, bei der 2 Kondensatoren mit je zwei Fühlelektroden vorgesehen sind.
Aus der GB-PS 13 80 388 ist es weiterhin bekannt, eine Abweichung eines Körpers von einer mittigen Lage zu bestimmen, die Abweichung wird als Differenz von Teilimpedanzen dargestellt.
Auch aus der DE-OS 26 37 686 ist es bekannt, die Position des Greiferarmes in bezug auf das zu fassende oder zu bearbeitende Werkstück als Anwendung zu erfassen, was hier optisch geschieht.
Die beiden letztgenannten Verfahren erfassen jedoch bestimmte Werkstücke und der Computeraufwand ist
außerordentlich hoch.
Zweck der Erfindung ist, eine Vorrichtung für solche Anwendungen zu schaffen, wo zu lokalisierende Teile nicht genau positioniert sind und wo schlechte Sichtbe-
5, dingungen und hohe Temperatur den Einsatz opto-elektronischer Sensoren verhindern.
Erfindungsgemäß geschieht dies durch die Merkmale des Kennzeichens des Hauptanspruches.
Das vorgeschlagene Meßprinzip ist in der Lage, durch Wahl geeigneter geometrischer Formen und Winkelstellung der Kondensatoren mit in weiten Grenzen variablen »Sehweiten« des Sensorsystems zu arbeiten (etwa bis 1 m Gegenstand — Sonde). Ein weiterer Vorzug besteht darin, daß die Elektroden der Kondensatoren aus Metallen (evtl. mit Oberflächenschutz) gefertigt werden können, die gegen extreme Umwelteinflüsse (z. B. hohe Temperatur, chemische oder mechanische Einwirkungen) resistent sind. Das heißt, das Sensorsystem ist prädestiniert für den Einsatz unter Um-Weitbedingungen, in denen herkömmliche Sensoren nicht anwendbar sind.
Bevorzugte Ausgestaltungen zur Durchführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das Meßprinzip ist anhand eines Ausführungsbeispiels im Bild (Schematische Darstellung eines sensorgesteuerten Manipulators) gezeigt:
Das System besteht aus einem in eine gabelförmige Halterung eingebauten Sensor Cd, C2) in Kombination mit einem Industrieroboter.
Der Gegenstand (G), dessen Position bestimmt werden soll, befindet sich im Raum vor der Gabel, wobei die seitliche Abweichung von der λΤκ-Achse bei der gezeigten Geometrie nicht größer als ungefähr halbe Gabelweite sein darf. Die Gabel kann zum Ergreifen des Gegenstandes bewegbar ausgebildet sein.
Der Sensor besteht aus zwei Kondensatoren (Q, C2) die mit zwei Widerständen (R\, R2) als Phasenschieberbrücke geschaltet sind. Die Brücke ist mit einer hochfrequenten Wechselspannung gespeist Die Phasenverschiebungen in den beiden Kondensatoren werden mit zwei Nullkomparatoren (K\, K2) bestimmt, die um 180° phasenverschoben arbeiten. Die Ausgangsimpulse der Komparatoren werden zur Ansteuerung eines Flip-Flops (F) benutzt, wobei ein Impuls entsteht Dieser wird einem Integrator (I) zugeführt und ergibt ein analoges Ausgangssignal, mit dem ein Regelungssystem angesteuert werden kann.
Nicht gezeigt ist ein automatischer Nullabgleich der Brücke, mit dem der Einfluß störender Gegenstände in der Umgebung des Sensors eliminiert werden kann.
Bei symmetrischen Feldverhältnissen, das heißt wenn sich der Gegenstand (G) außerhalb der »Sehweite« des Sensors befindet oder aber eine Annäherung auf der Symmetrieachse Xr erfolgt, entsteht am Ausgang des Flip-Flops (F) ein Impuls mit einem Tastverhältnis von 500/0.
Bei asymmetrischer Annäherung an einen Gegenstand tritt eine verschieden große Kapazitätsänderung der Kondensatoren auf, die eine Phasenverschiebung in der Brücke bewirkt und die Impulsbreite am Ausgang des Flip-Flops entsprechend moduliert. Die Lageinformation ergibt sich aus der Impulsbreitenänderung.
Das Ausgangssignal kann nun dazu benützt werden, über das Regelungssystem die rotatorische Bewegungsmöglichkeit (Cr) des Roboters anzusteuern und die Gabel wieder symmetrisch zum Gegenstand einzustellen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Bestimmung der Abweichung der Position eines festen Körpers von der Mittellage zwischen mindestens zwei Elektroden zweier in die Greifarme eines Roboters integrierten Kondensatoren, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Kondensatoren CCi, C2) mit zwei Widerständen als Phasenschieberbrücke geschaltet sind und die durch die Abweichung der Position des festen Körpers von der Mittellage in den Kondensatoren hervorgerufenen Phasenverschiebungen in zwei Komparatoren (Ki, K2) Ausgangssignale erzeugen, die einen Flip-Flop ansteuern, dessen Ausgangsimpuls einem Integrator zugeführt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei um 180° phasenverschobene Nullkomparatoren vorgesehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Ausgangsimpulses ein Maß für die Position fester Körper ist
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Integrators einem Regel- und Steuerungssystem zugeführt wird.
DE19772737110 1977-08-17 1977-08-17 Vorrichtung zur Bestimmung der Abweichung von der mittigen Lage eines festen Körpers zwischen mindestens zwei Elektroden Expired DE2737110C2 (de)

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