DE2912913C3

DE2912913C3 - Vorrichtung zur Erzeugung von Positionssignalen an Maschinen

Info

Publication number: DE2912913C3
Application number: DE2912913A
Authority: DE
Inventors: Eduard 7303 Neuhausen Hermle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-03-31
Filing date: 1979-03-31
Publication date: 1982-01-07
Also published as: DE2912913A1; DE2912913B2; FR2453394A1; IT8021058A0; GB2045443A; JPS55134302A; IT1130375B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Positionssignalen in Abhängigkeit von der Relativstellung zweier Maschinenteile zueinander, von denen mindestens das eine relativ zum anderen längsverschiebbar ist, mit einem sich in Verschieberich' tüng erstreckenden, auf einer im wesentlichen ebenen Fläche mindestens eine Informationsspur tragenden Informationsträger zur Befestigung am einen Maschinenteil und einem berührungslos steuerbaren, am anderen Maschinenteil befestigbaren elektronischen Schalter zur Abtastung der Informationsspur, welche mindestens zwei in Verschieberichtung hintereinander liegende Spurabschnitte zur Erzielung unterschiedlicher Schaltzustände aufweist.

Derartige Positionssignale sind z. B. bei NC-Werkzeugmaschinen erforderlich, um der Maschinensteuerung ständig eine Information über die Position eines Schlittens oder dergleichen liefern zu können. Für

ίο diesen Zweck sind schon lineare Weggeber bekannt, die mit einem Maßstab, beispielsweise einem Glasmaßstab, arbeiten, welcher durch einen Abtastkopf z. B. optisch abgetastet wird, um digitale Positionssignale zu liefern (DE-AS 27 32 909).

Das übliche ist aber, an einem Maschiner.schlitten e^:ne Platte mit einer Schar von sich in Verschieberichtung erstreckenden Schwalbenschwanznuten zu befestigen, in denen metallische Nocken verschieb- und feststellbar montiert werden können. Zu diesem Zweck weist jeder dieser Nocken einen Fuß mit einer Kiemmechanik auf, mit der er in eine der Nuten eingreift, längs dieser verschoben und an jeder beliebigen Stelle festgelegt werden kann. Diese Nocken werden dann von mechanisch betätigten elektrischen Schaltern oder berührungslos ansteuerbaren elektronischen Schallern abgetastet, um Maschinenfunktionen positionsabhängig auszulösen. Durch die Lage und Länge der Nocken können also Phasenlage und Länge der durch die Schalter erzeugten Positionssignale gewählt werden, wobei sich von selbst versteht, daß man zu diesem Zweck auch Nocken unterschiedlicher Länge benötigt.

Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, einen Befehlsgeber für berührungslos steuerbare elektrische Schalter — sogenannte Näherungsschalter — zu entwickeln, der die bekannten Nockenfelder ersetzen kann und einfacher und daher billiger herzustellen ist.

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Vereinigung folgender Mei.' xnale gelöst:

d) mindestens der eine Informationsspurabschnitt ist von einem dünnschichtigen Metallstreifen gebildet,

e) die elektrische Leitfähigkeit und/oder der Querschnitt der Informationsspurabschnitte ist unterschiedlich bemessen, und

f) der Schalter ist im Bereich des einen Informationsspurabschnitts bedämpft, im Bereich des anderen Informationsspurabschnitts jedoch nicht bedämpft.

so In diesem Zusammenhang soll unter den Zuständen »bedämpft« und »unbedämpft« verstanden werden, daß der bistabile Schalter im Bereich des einen Informationsspurabschnitts seinen einen und im Bereich des anderen Informationsspurabschnitts seinen anderen Schaltzustand einnimmt, d. h. »unbedämpft« bedeutet nicht, daß der Oszillator des Schalters überhaupt nicht bedämpft wird, sondern die Bedämpfung liegt lediglich unter einem von der Schaltung bestimmten Schwellwert.

Gegenüber den üblichen Vorrichtungen mit von Näherungsschaltern abgetasteten Nockenfeldern zeichnet sich die erfindungsgemäße Konstruktion also durch außerordentliche Einfachheit aus, da die Herstellung der Nuten entfällt und an die Stelle der verhältnismäßig komplizierten Nocken einfache dünnschichtige, d. h. flache, Metallstreifen treten.

Da sich die bekannten induktiven Näherungsschalter durch die Annäherung eines beliebigen Teils aus

elektrisch leitendem Material betätigen lassen, wird bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung der eine Informationsspurabschnitt von einer Kunststoffoberfläche gebildet, auf die der den anderen Informationsspurabschnitt bildende Metallstreifen aufgebracht ist, wobei man zweckmäßigerweise so vorgeht, daß man den Metallstreifen abnehmbar anbringt und insbesondere einfach aufklebt, um die Vorrichtung leicht umprogrammieren zu können. Die Länge der Metallstreifen bestimmen also die Dauer und die Lage der Metallstreifen die Phasenlage der Steuersignale.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird von dem bekannten Folien- oder Skin-Effekt Gebrauch gemacht: Je größer die Frequenz des vor der Ansprechfläche der bekannten induktiven Näherungsschalter gebildeten elektromagnetischen Wechselfeids ist, desto geringer ist die Dicke derjenigen Oberflächenschicht des metallischen Körpers, der zur Betätigung des Schalters diesem genähert wird, in welcher durch das Wechselfeld Wirbelströme erzeugt werden Andererseits spricht ein solcher induktiver Näherungsschalter umso früher an, je meh Energie diese Wirbelströme dem den Schalter speisenden Oszillator entziehen. Diese beiden Effekte führen nun dazu, daß, wenn man z. B. Kupferfolien unterschiedlicher Dicke einem solchen bekannten induktiven Näherungsschalter nähert, dessen Ansprechabstand (Abstand der Kupferfolie von der aktiven Fläche des Näherungsschalters, wenn dieser bei Annäherung der Folie schaltet) umso größer ist, je geringer die Dicke der Metallfolie ist, d. h. ein und derselbe Schalter spricht früher an, wenn man ihm eine dünne Metallfolie nähert, wie wenn man eine Metallfolie mit größerer Querschnittsfläche an ihn heranführt. Diese Gesetzmäßigkeit gilt natürlich nur so lange, als nicht Folien verwendet werden, deren Schichtdicke über der Eindringtiefe des Wechselfelds des jeweiligen Schalters liegt. Deshalb ist es nicht unbedingt erforderlich, Informationsspurabschnitte unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit, d.h. also r B. aus Metall bzw. aus Kunststoff, vorzuziehen, sondern es ist auch eine Ausführungsform möglich, bei der die Informationsspurabschnitte von Metallschichten unterschiedlichen Querschnitts gebildet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird deshalb der eine lnformationsspurabichnitt von einer i.ietallischen Oberfläche und der andere Informationsspurabschnitt von dem Metallstreifen gebildet, welcher aus einem anderen Metall als die metallische Oberfläche des einen Informationsspurabschnii .5 besteht und/oder eine andere Schichtdicke als die metallische Oberfläche des einen Informatiof.sspurabschnitts aufweist. Es ist also auch möglich, auf einen mit einer dünnen Metallfolie beschichteten Kunststoff-informationsträger Metallstreifen als Positionssignale erzeugende Elemente aufzubringen, die aus einem anderen Metall als die Metallschicht des Informationsträgers bestehen oder lediglich dicker sind als die metallische Schicht des Informationsträgers; sobald nämlich die Dicke eines solchen Metallstreifens so groß ist, daß bei dem gegebenen Abstand vom Näherungsschalter dieser durch den Metallstreifen nicht hinreichend bedämpft wird, hebt der Metallstreifen die bedämpfende Wirkung der darunter liegenden Metallfolie auf, weiche natürlich so bemessen sein muß, daß der gegebene Schalter bei dem vorgegebenen Abstand durch die Grundfolie geschaltet wird. Zu bj Jenken ist dabei, daß die Schaltschwellwerte der Näherungsschalter stets so eingestellt werden können, daß der dickere Metallstreifen den Schalter nicht hinreichend bedampft, hingegen eine einen Schaltvorgang auslösende Bedämpfung durch die dünne metallische Grundfolie hervorgerufen wird.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; es zeigt

F i g. 1 eine schaubildliche Darstellung einiger Teile einer Werkzeugmaschine mit einem Maschinenachlitten und einem diesen abtastenden Befehlsgeber und

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in F i g. 1.

Die F i g. 1 zeigt einige Teile einer Werkzeugmaschine mit einem in Richtung des Doppelpfeils A hin- und herfahrbaren Schlitten 10, der sich entweder zusammen mit dem zu bearbeitenden Werkstück oder zusammen mit dem dieses Werkstück bearbeitenden Werkzeug hin- und herbewegen kann. Diese Schlitten ist ein Befehlsgeber in Form eines bekannten sogenannten Reihengrenztasters 12 zugeordnet, welcher auf einem stationären Maschinenteil 14 befestigt ist. Zur Auslösung bestimmter Maschinenfunktionen in gan*: bestimmten Stellungen des Schlittens 10 und zur Aufrecnterhaltung dieser Maschiner.funktionen bis zur Erreichung anderer bestimmter Positionen des Schlittens ist an diesem ein den Reihengrenztaster 12 steuernder Programmspeicher 16 angebracht, welcher bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Informationsträger in Form einer Kunststoffplatte 18, einer sich über die ganze Oberfläche dieser Kunststoffplatte erstreckenden unteren Metallschicht 20 und Metallfolienstreifen 22'. 24²,26^J, 28³,30⁴ etc. zusammengesetzt ist. Er umfaßt mehrere Informationsspuren, nämlich bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Spuren 1-4. die von den Metallfolienstreifen und den gestrichelt markierten Bereichen der Metallschicht 20 gebildet werden. Erfindungsgemäß handelt es sich bei den Metallfolienstreifen 22'-3O⁴ um selbstklebende Me'allfolienstreifen, die leicht angebracht und ausgetauscht werden können.

Wie die F i g. 2 zeigt, enthält der Reihengrenztaster 12 für jede der vier Spuren einen bekannten induktiven Näherungsschalter 40", 40², 40³. 40Λ deren aktive Flächen 42. hinter denen sich die nicht dargestellten Tastspulen der Schalter befinden, dem Programmspeicher 16 zugekehrt sind. Wie die Fig. 2 erkennen läßt, baut die erfindungsgemäße Vorrichtung außerordentlich flach, da der Reihengrenztaster 12 nahe an den"¹ Schlitten 10 herangerückt werden kann, da sich die Metallfolienstreifen 22' -30⁴ im Gegensatz zu den sonst üblichen Nocken kaum über die Oberfläche der Metallschicht 20 erheben.

Erfindungsgemäß sind nun Material und Dicke der Metallschicht 20 so gewählt und auf die Eigenschaften der Näherungsschalter 40' -40⁴ sowie den Abstand der Metallschicht 20 von den Näherungsschaltern abgestimmt, daß die e Schalter außerhalb derjenigen Informatiopsspurbereiche, die von den Metallfolienstreifen 22¹ -30⁴ gebildet werden, d. h. in den Informationsspurbereichen 23¹J 25²t 27³, 29³, 31* tue, bedämpft sind und sich infolgedessen in einem ersten Schaltzustand befinden, während das Material für die Metallfolienstreifen 22¹ —30' bzw. der Querschnitt dieser Metallfolienstreifen, insbesondere deren Dicke, so ausgewählt und auf die Eigenschaften der Näherungs-

schalter 4O'-40⁴ abgestimmt werden, daß bei dem gegebenen Abstand der Metallfolienstreifen von den Näherungsschaltern diese durch die Metallfolienstreifen nicht bedämpft werden und sich in ihrem zweiten Schaltzustand befinden, wenn sich ihre aktiven Flächen 42 über einem der Metallfolienstreifen befinden.

Erfindungsgemäß könnten dünnere Metallfolienstreifen aber auch unmittelbar auf einer elektrisch nicht leitenden Platte, wie der Kunststoffplatte 18, befestigt werden, um eine Umkehrung der Schalterzustände zu !erreichen. In diesem Fall treten dann die Metallfolienstreifen 22'-3O⁴ an die Stelle der Nocken bekannter Befehlsgeber mit durch die Nocken betätigten elektromechanischen Schaltern eines Reihengrenztasters.

Nach einer weiteren Variante der Erfindung könnte der Programmspeicher an seiner dem ReShengrenzta-

ster zugewandten Oberfläche mit einer aufgalvanisierten, aufgedampften oder in anderer geeigneter Weise aufgebrachten Metallschicht versehen sein, die dem gewünschten Programm entsprechend mit länglichen Fenstern anstelle der Metallfolienstreifen 22' -3O⁴ oder der Informationsspurbereiche 23¹ —31⁴ versehen ist, wobei diese Fenster z. B. durch Ätzen erzeugt worden sein können. Wenn eine solche Metallschicht zum Beispiel auf eine schwarze Kunststoffplatte wie die Kunststoffplatte 18 aufgebracht wird, leuchtet es ohne weiteres ein, daß an die Stelle der induktiven Näherungsschalter 40'—40⁴ optische Abtastelemente treten können, die z. B. aus einer Leuchtdiode und einem Fototransistor für die Aufnahme des von der Metall·¹ schicht reflektierten Lichts bestehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Positionssignalen in Abhängigkeit von der Relativstellung zweier Maschinenteile zueinander, von denen mindestens das eine relativ zum anderen längsverschiebbar ist, mit

a) einem sich in Verschieberichtung erstreckenden, auf einer im wesentlichen ebenen Fläche mindestens eine Informationsspur tragenden Informationsträger zur Befestigung am einen Maschinenteil und

b) einem berührungslos steuerbaren, am anderen Maschinenteil befestigbaren elektronischen Schalter zur Abtastung der Informationsspur,

c) weiche Informationsspur mindestens zwei in Verschieberichtung hintereinander liegende Spurabschnitte zur Erzielung unterschiedlicher Schaltzustände aufweist,

gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

d) mindestens der eine Informationsspurabschnitt (z. B. 22>) ist von einem dünnschichtigen Metallstreifen gebildet;

e) die elektrische Leitfähigkeit und/oder der Querschnitt der Informationsspurabschnitte (22'-3O⁴ bzw. 23'-3I⁴) ist unterschiedlich bemessen;

f) der Schalter (40¹ -40⁴) ist im Bereich des einen Informatiknsspurabschnitts (z.B. 23', 25²) bedämpft, im Bereich des ärgeren Informationsspurabschnitts (z.B. 22', 30⁴) jedoch nicht bedämpft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Informationsspurabschnitt (z. B. 23') von einer metallischen Oberfläche (Oberfläche von 20) und der andere Informationsspurabschnitt (z. B. 22¹) von dem Metallstreifen gebildet wird, welcher aus einem anderen Metall als die metallische Oberfläche des einen Informationsspurabschnitts besteht und/oder eine andere Schichtdicke als die metallische Oberfläche des einen Informationsspurabschnitts aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Informationsspurabschnitt von einer Kunststoffoberfläche gebildet wird, auf die der den anderen Informationsspurabschnitt bildende Metallstreifen aufgebracht ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallstreifen (z. B. 22¹) abnehmbar angebracht, insbesondere aufgeklebt ist.