DE3704597A1

DE3704597A1 - Schaltungsanordnung zum erkennen wenigstens eines zeitlich begrenzten ereignisses

Info

Publication number: DE3704597A1
Application number: DE19873704597
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Ing Link; Giovanni Ing Grad Quinzio
Original assignee: Euchner GmbH and Co KG
Current assignee: Euchner GmbH and Co KG
Priority date: 1987-02-13
Filing date: 1987-02-13
Publication date: 1988-08-25

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erkennen wenigstens eines zeitlich begrenzten Ereignisses, das zu einer vorübergehenden Erhöhung eines ständig vorhandenen Signalpegels führt, insbesondere zum Erkennen zeitlich begrenzter, Schwingun gen hervorrufender Vorgänge, mit einem auf das Ereignis anspre chenden Sensor, dessen Ausgangssignal einer nachgeschalteten Sig nalauswerteeinrichtung zugeführt wird.

Die bekannten Schaltungsanordnungen dieser Art haben als Sensor einen Schwingungsaufnehmer, welcher aufgrund von verstärkten Schwingungen, wie sie beispielsweise infolge eines unbrauchbar gewordenen Werkzeuges einer Werkzeugmaschine her vorgerufen werden, Ausgangssignale mit einem erhöhten Signal pegel abgibt. Da häufig diese Signale mit erhöhtem Signalpegel, welche das zeitlich begrenzte Ereignis kennzeichnen, sich nur schwer von dem auf die ständig vorhandenen Schwingungen zurückzu führenden Signalpegel unterscheiden lassen, werden bei den be kannten Schaltungsanordnungen die Ausgangssignale des Sensors einer digital arbeitenden Auswerteeinrichtung zugeführt. Die Kosten solcher digitaler Auswerteeinrichtungen sind so hoch, daß sie den Einsatzbereich dieser Schaltungsanordnungen erheblich einschränken. Hinzu kommt noch, daß unterschiedliche Einbauerfor dernisse häufig die Verwendung unterschiedlich langer Signalüber tragungsleitungen zwischen dem Sensor und der Signalauswerteein richtung erforderlich machen, was in der Regel eine Schaltungsan passung unvermeidlich macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanord nung der eingangs genannten Art zu schaffen, die trotz erweiter ter Einsatzmöglichkeiten kostengünstig ist. Diese Aufgabe löst eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Durch die Integration der zuvor gleichgerichteten Signale über einen bestimmten Zeitraum und den erneuten Beginn der Integration mit Beginn des sich anschließenden, gleich langen Zeitraumes er reicht man eine bessere Unterscheidungsmöglichkeit zwischen den auf das zeitlich begrenzte Ereignis zurückzuführenden Signalen und dem ständig vorhandenen Signalpegel, der in der Regel erheb liche Schwankungen aufweist. Trotz dieser einfachen Signalverar beitung, welche sich mit kostengünstigen Analog-Stufen ausführen läßt, kann ein nachgeschalterer Komparator, der auch eine sehr kostengünstige Komponente darstellt, zuverlässig das zeitlich be grenzte Ereignis erkennen. Damit ist eine vielseitige Einsatz möglichkeit gewährleistet, zumal dank der einfachen Schaltungsan ordnung der Sensor und die ihm nachgeschalteten Stufen ohne Schwierigkeiten zu einer Baueinheit vereinigt werden können, was den Einbau vereinfacht und die mit unterschiedlich langen Signal übertragungsleitungen zusammenhängenden Probleme ausschließt.

Handelt es sich bei dem Sensor um einen Schwingungsaufnehmer mit einer ausgeprägten Resonanzfrequenz, dann wird zweckmäßigerweise diese Resonanzfrequenz größer, vorzugsweise deutlich größer ge wählt als die maximale durch das zu erkennende Ereignis anregbare Schwingungsfrequenz. Man kann dann mit geringem Aufwand, nämlich einem Tiefpaß, Störeinflüsse auf die Signalbildung durch den Schwingungsaufnehmer verhindern.

Da es zweckmäßig ist, die Intergrationszeit des Integrators in Abhängigkeit von der Zeitdauer des zu erkennenden Ereignisses zu wählen, weist bei einer bevorzugten Ausführungsform die Integra tionsbegrenzungseinrichtung einen Rückstell- Impulsgenerator mit wählbarer Wiederholfrequenz auf. Es wird dann bei jedem Rückstell -Impuls der augenblicklich laufende Integrationsvorgang beendet und der nächste Integrationsvorgang ausgelöst.

Der Komparator kann an eine Referenzspannungsquelle mit konstan ter Spannung angeschlossen sein, wobei zweckmäßigerweise die Größe der Referenzspannung einstellbar ist, um möglichst sicher den erhöhten Signalpegel von dem normalerweise vorhandenen Sig nalpegel unterscheiden zu können. Man kann aber auch eine Refe renzspannungsquelle vorsehen, die eine Mittelwertbildungsstufe für die Ausgangsspannung des Integrators aufweist, und damit eine sich ändernde Referenzspannung abgibt. Die Gewinnung der Refe renzspsnnung aus einem geglätteten Verlauf des ständig vorhan denen Signalpegels schließt es aus, daß eine falsche Referenz spannung gewählt oder bei Pegeländerungen eine Korrektur der Re ferenzspannungs-Einstellung vorgenommen werden muß. Damit die Referenzspannung einen ausreichenden Sicherheitsabstand von dem durch die dynamische Mittelwertbildung gewonnenen, geglätteten Verlauf des Signalpegels hat, wird die Ausgangsspannung der Mit telwertbildungsstufe vorzugsweise mittels eines Verstärkers er höht, wobei die Verstärkung dieses Verstärkers vorzugsweise ein stellbar ist. Man kann auch einen manuell betätigbaren Schalter vorsehen, um wahlweise den Komparator an die eine kostante Span nung liefernde Quelle oder an die die Referenzspannung aufgrund des Signalpegels bildende Spannungsquelle anschließen zu können. Geht dem zu erfassenden Ereignis ein erfaßbarer Vorgang voraus, beispielsweise das Öffnen eines Werkstückhalters in einer Ma schine, bei der die Ankunft des freigegebenen Werkstückes in ei ner Auffangeinrichtung das zu überwachende Ereignis darstellt, kann man eine Signalunterdrückungseinrichtung vorsehen, die durch den dem Ereignis vorausgehenden Vorgang in den unwirksamen Zu stand umgeschaltet wird. Es werden dann normalerweise alle vom Sensor gelieferten Signale vor und nach dem Zeitraum, in den das Ereignis fällt, unterdrückt, wodurch noch sicherer das Ereignis erkannt werden kann. Beispielsweise kann die Signalunter drückungseinrichtung durch einen Impulsformer für das Ausgangs signal des Komparators gebildet sein. Ein Ausgangsignal des Kom parators führt hier nur zu einem ein Ereignis kennzeichnenden Impuls, sofern dieser Impuls in den Zeitraum fällt, in dem das Ereignis auftreten kann.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dar gestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert:

Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 Zeitdiagramme der verschiedenen Spannungen und Impulse des Ausführungsbeispiels.

Ein Schwingungsaufnehmer 1 mit der Resonanzfrequenz f ₀ bei dem es sich beispielsweise um einen Piezo-Beschleunigungsaufnehmer handelt, mit Hilfe dessen beispielsweise bei einer Werkzeug maschine das Auftreffen eines zuvor von einer Werkstückaufnahme freigegebenen Werkstückes auf den Boden eines Sammelbehälters oder auf die bereits im Sammelbehälter vorhandenen Werkstücke er kannt werden soll, ist so am Sammelbehälter oder der Maschine angeordnet, daß jedes Auftreffen eines Werkstückes als eine vor übergehende Schwingung erfaßt wird. Am Ausgang eines Verstärkers 2, an dessen Eingang der Schwingungsaufnehmer 1 angeschlossen ist, tritt wegen der ständig vorhandenen Vibrationen der Maschine eine sich ständig ändernde Spannung auf, deren Pegel deutlich geringer ist als der Pegel während der vorübergehenden Schwin gung. Die Ausgangsspannung u ₁ des Verstärkers 2 wird einem Tiefpaß 3 zugeführt, dessen obere Grenzfrequenz f ₁ deutlich kleiner ist als die Resonanzfrequenz f ₀ des Schwingungsaufneh mers 1. Ein Gleichrichter 13 richtet die Ausgangsspannung des Tiefpasses 3 gleich. Seine Ausgangsspannung u ₃ hat deshalb den in Fig. 2 dargestellten zeitlichen Verlauf.

Die gleichgerichtete Spannung u ₃ wird einem Integrator 4 zuge führt. Nach einer einstellbaren Integrationszeit T _R wird der Integrator 4 zurückgestellt, so daß die Integration erneut vom Wert Null aus beginnt. Die Rückstellung erfolgt mit Hilfe je ei nes Rückstellimpulses, den ein Rückstellimpulsgenerator 5 lie fert, dessen Wiederholfrequenz einstellbar ist. Sie wird zweck mäßigerweise so eingestellt, daß die Integrationsdauer etwa das 1,5-fache der Zeitdauer des zu erkennenden Ereignisses beträgt. Die Ausgangsspannung u ₄ des Integrators 4 hat, wie Fig. 2 zeigt, einen sägezahnähnlichen Verlauf, wobei der Spitzenwert der Spannung u ₄ am Ende der Integration über die durch ein Ereig nis vergrößerte Spannung u ₃ deutlich höher liegt als die übri gen Spitzenwerte. Die Rückstellimpulse mit dem Spannungspegel u _R sind zeitrichtig unterhalb des die Spannung u ₄ zeigenden Diagrammes dargestellt.

Die Ausgangsspannung u ₄ des Integrators 4 liegt sowohl am ei nen Eingang eines Komparators 6 als auch am einen Eingang einer Mittelwertbildungsstufe 7 einer ersten Referenzspannungsquelle 8. Die Mittelwertbildungsstufe 7 enthält zum Zwecke der dynamischen Mittelwertbildung ein RC-Glied, das bewirkt, daß am Ausgang der MittelwertbiIdungstufe 7 eine geglättete Mittelwertspannung u ₅ der Ausgangsspannung u ₄ des Integrators 4 auftritt, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Ein Verstärker 9, dessen Verstärkungsfak tor v ₂ wählbar ist, erhöht die Spannung u ₅ auf die Referenz spannung u ₆.

Der zweite Eingang des Komparators 6 ist mittels eines manuell betätigbaren Schalters 10 wahlweise mit dem Ausgang des Verstär kers 9 oder mit einer zweiten Referenzspannungsquelle 11 verbind bar, die eine konstante, in ihrer Größe jedoch einstellbare zwei te Referenzspannung u _6a liefert.

Der Komparator 6 zeugt dann, wenn die Ausgangsspannung u ₄ des Integrators 4 die Referenzspannung u ₆ oder, wenn die Referenz spannungsquelle 11 angeschaltet ist, die Referenzspannung u _6a überschreitet, ein Ausgangssignal u ₇ das einem nachgeschalte ten Ausgangsverstärker und Impulsformer 12 zugeführt wird. Liegt an diesem Ausgangsverstärker und Impulsformer 12 ein Freigabesig nal an, dann gibt er aufgrund des vom Komparator 6 gelieferten Signals eine impulsförmige Ausgangsspannung u _A ab die im Aus führungsbeispiel eine Größe von 24 Volt hat. Das Freigabesignal wird beispielsweise von einem Schalter ausgelöst, der an der Werkstückaufnahme vorgesehen ist und geschlossen wird, wenn sich die Werkzeugaufnahme öffnet und damit das Werkstück freigibt.

Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten sowie auch die nur allein aus der Zeichnung entnehmbaren Merkmale sind als wei tere Ausgestaltungen Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und insbesondere nicht in der An sprüchen erwähnt sind.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Erkennen wenigstens eines zeitlich begrenzten Ereignisses, das zu einer vorübergehenden Er höhung eines ständig vorhandenen Signalpegels führt, insbesondere zum Erkennen zeitlich begrenzter, Schwingungen hervorrufender Vorgänge, mit einem auf das Ereignis ansprechenden Sensor, dessen Ausgangssignal einer nachgeschalteten Signalauswerteeinrichtung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalauswerte einrichtung folgende analoge Stufen aufweist:

a) einen Gleichrichter (13) für das vom Sensor (1) gelie ferte Signal,
b) einen Integrator (4) für das gleichgerichtete Signal mit einer Integrationsbeendigungseinrichtung zur Rückstel lung auf den beim Integrationsbeginn vorhandenen Wert in einstellbaren Zeitabständen,
c) einen den lntegrationswert mit einer Referenzgröße ver gleichenden Komparator (6) und
d) einen auf ein Überschreiten der Referenzgröße durch den Integrationswert ansprechenden Signalgeber (12).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß bei einem Sensor in Form eines Schwingungsaufneh mers (1) die Resonanzfrequenz des Schwingungsaufnehmers (1) größer gewählt ist als die maximale durch das Ereignis anregbare Schwingungsfrequenz und daß zwischen dem Schwingungsaufnehmer (1) und dem Gleichrichter (13) ein Tiefpaß (3) vorgesehen ist, dessen Grenzfrequenz kleiner als die Resonanzfrequenz des Schwingungs aufnehmers (1) ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationsbegrenzungseinrichtung einen Rückstellimpulsgenerator (5) mit wählbarer Impulsfrequenz auf weist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (6) an eine Referenz spannungaquelle (11) mit in konstanter, vorzugsweise einstellbarer Spannung angeschlossen ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Referenzgröße für den Kompa rator (6) liefernde Referenzspannungsquelle (8) eine Mittelwert bildungsstufe (7) der Ausgangsspannung des Integrators (4) aufweist.

6. Schaltungsanordung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Mittelwertbildungsstufe (7) durch ein RC-Glied gebildet ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwertbildungsstufe (7) ein Verstär ker (9) mit vorzugsweise einstellbarer Verstärkung nachgeschaltet ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch einen manuell betätigbaren Schalter (10) für einen wahlweisen Anschluß des Komparators (6) an eine der beiden Referenzspannungsquellen (8, 11).

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Signalunterdrückungseinrichtung, die durch einen dem Ereignis zeitlich vorausgehenden Vorgang vorübergehend in ihrem unwirksamen Zustand umschaltbar ist.

10. Schaltungsanordung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalunterdrückungseinrichtung einen durch ein Freigabesignal aktivierbaren Impulsformer für das Ausgangssignal des Komparators (6) aufweist.