DE3708771C1

DE3708771C1 - Vorrichtung zur beruehrungslosen Ermittlung von Abstaenden eines Gegenstandes von Konturen eines relativ zu diesem bewegbaren Objektes mittels gepulster Funkenentladungen

Info

Publication number: DE3708771C1
Application number: DE3708771A
Authority: DE
Inventors: Heinz-W Dipl-Ing Spaude
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1987-03-18
Filing date: 1987-03-18
Publication date: 1988-01-21
Also published as: JPS63236902A; GB2203552A; FR2612626B1; FR2612626A1; US4827213A; GB8804852D0; GB2203552B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Ober begriff des Anspruches 1.

Es ist eine gattungsgemäße, eine Meß- und Referenzfunken strecke aufweisende Vorrichtung bekannt (DE-PS 35 13 799, insb. Fig. 2b), mittels welcher ein einzuhaltender Ab stand zwischen einer Hochspannungselektrode - welche un mittelbar mit einem Gegenstand, beispielsweise einer Arbeitsgerätschaft verbunden ist - und einem Objekt ermittelt und bezüglich einer eventuellen Nachführung bei einer Abstandsabweichung ein abstandsabhängiges Nachführsignal gebildet werden kann. Wollte man mehrere einzuhaltende Abstände zwischen dem Gegenstand und dem Objekt überwachen, so könnte man unter Anwendung dieses Prinzipien mehrere solcher Vorrichtungen nebeneinander anordnen, was bei beispielsweise zwei zu überwachenden Abständen zur Folge hätte, daß im Meßbereich zwei je aus einer Meß- und Referenzfunkenstrecke bestehende Elektrodenanordnungen vorzusehen wären. Dies würde aber bei den geforderten kleinen Abmessungen der Elektroden anordnungen im Meßbereich und der ebenfalls geforderten räumlichen Nähe von Meß- und Referenzfunkenstrecke zu er heblichen konstruktiven Schwierigkeiten führen.

Aufgabe der Erfindung ist daher, eine gattungsgemäße Vor richtung so auszubilden, daß mit derselben eine Ermittlung von mindestens zwei Abständen ohne wesentliche Vergrößerung des Bauvolumens möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst, wobei vorteilhafte Aus gestaltungen und Weiterbildungen der Vorrichtung durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet sind.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist somit ein zwei kanaliges "Sensor"-System erreicht, welches im Idealfall pro Kanal statt zwei nur eine Elektrode benötigt. Diese Vereinfachung erlaubt einen sehr kompakten Aufbau der Vorrichtung; zusätzlich lassen sich die Elektrodenab stände und damit auch die Referenzabstände derart ver kleinern, daß Abstandsmessungen unter 1 mm möglich sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1a in schematischer Darstellung ein erstes Aus führungsbeispiel der Elektrodenanordnung der Vorrichtung unter Verwendung einer gemein samen Referenzelektrode und

Fig. 1b das zugehörige Schaltbild,

Fig. 2a in schematischer Darstellung ein zweites Aus führungsbeispiel der Elektrodenanordnung der Vorrichtung unter Benutzung der Elektroden als gegenseitige Referenz und

Fig. 2b das zugehörige Schaltbild,

Fig. 3a in schematischer Darstellung ein drittes Aus führungsbeispiel der Elektrodenanordnung der Vorrichtung unter Benutzung der Elektroden als gegenseitige Referenz und

Fig. 3b das zugehörige Schaltbild.

Wie aus Fig. 1a und Fig. 1b ersichtlich ist, wird mittels einer Hochspannungselektrode 1 ein Abstand zu einer Kontur 4.1 eines Objekts 4 und mit einer Hochspannungselektrode 2 ein Abstand zu einer Kontur 4.2 des Objektes 4 überwacht. Zwischen den beiden Hochspannungselektroden 1, 2 ist eine Referenzelektrode 3 so angeordnet, daß zum einen der Abstand zwischen den beiden Hochspannungselektroden 1, 2 größer ist, als die Abstände der Referenzelektrode 3 von den beiden Hochspannungselektroden 1, 2 und daß zum anderen sämtliche Elektroden innerhalb des Gasraumes 11 liegen, welcher sich bei einer Funkenentladung über eine der Funkenstrecken aus bildet. Von der ersten Hochspannungselektrode 1 ist hierbei zur Kontur 4.1 des an Masse 4.3 liegenden Objekts 4 eine erste Meßfunkenstrecke (1.MF) und zur Referenzelektrode 3 eine erste Referenzfunkenstrecke (1.RF) und von der zweiten Hochspannungselektrode 2 zur Kontur 4.2 eine zweite Meßfunkenstrecke (2.MF) und zur Referenzelektrode 3 eine zweite Referenzfunkenstrecke (2.RF) ausgebildet. Des weiteren ist die erste Hochspannungselektrode 1 mit einem ersten Hochspannungsteil 5 (Transformator) und die zweite Hochspannungselektrode 2 mit einem zweiten Hochspannungs teil 6 verbunden, wobei der Hochspannungsteil 5 wiederum über eine Verbindung 5.1 und der Hochspannungsteil 6 über eine Verbindung 6.1 mit einem Oszillator 7 verbunden sind, wobei der Oszillator und die beiden Hochspannungsteile den Hochspannungsgenerator bilden. Über Zweigleitungen 5.1.1 und 6.1.1 ist der Oszillator 7 auch noch mit je einem Demultiplexer mit einem UND-Glied 8 und 9 verbunden, welche wiederum über eine Verbindung 8.1 und 9.1 mit einem Sensor 10 verbunden sind.

Von dem Oszillator 7 werden nun über die Hochspannungsteile 5, 6 die Hochspannungselektroden 1, 2 abwechselnd aktiviert und zwar entsprechend den positiven Taktflanken der von ihm erzeugten Spannungssignale 7.1 und 7.2, welche um die Taktphase T zeitlich versetzt sind. Dies bedeutet, daß zunächst von der ersten Hochspannungselektrode 1 und dann von der zweiten Hochspannungselektrode 2 eine Funkenent ladung ausgehen wird. Solange nun eine Funkenentladung von der ersten Hochspannungselektrode 1 über die erste Referenzfunkenstrecke (1.RF) und von der zweiten Hoch spannungselektrode 2 über die zweite Referenzfunken strecke (2.RF) stattfindet, bedeutet dies, daß sowohl der Abstand zwischen der ersten Hochspannungselektrode 1 und der Kontur 4.1 als auch der Abstand zwischen der zweiten Hochspannungselektrode 2 und der Kontur 4.2 zu groß ist, Nachführeinrichtungen also so angesteuert werden müssen, daß sich die Abstände verkleinern, bis die Funkenentladung von der ersten Hochspannungselektrode 1 über die erste Meßfunkenstrecke (1.MF) und von der zweiten Hochspannungselektrode 2 über die zweite Meßfunkenstrecke (2.MF) stattfindet. Das Umspringen der Funkenentladung be deutet aber, daß der Sensor 10 keinen Impuls mehr erzeugt, was zur Folge hat, daß die Nachführeinrichtungen so an gesteuert werden, daß sich die Abstände wieder vergrößern, bis die Funkenentladung wieder über die entsprechende Referenzfunkenstrecke (1.RF und/oder 2.RF) stattfindet und der Vorgang sich wiederholt.

Zur Feststellung, ob der vom Sensor 10 erzeugte Impuls von einer Funkenentladung über die erste oder die zweite Referenzfunkenstrecke herrührt, dienen die UND-Glieder der Demultiplexer 8, 9. Da jedem UND-Glied sowohl das Spannungssignal 7.1 bzw. 7.2 als auch der Impuls des Sensors 10 zugeführt wird, kann durch die UND-Funktion entschieden werden, ob der Impuls des Sensors 10 inner halb der Taktphase T ₁ des Spannungssignals 7.1 für die erste Hochspannungselektrode 1 oder innerhalb der Takt phase T ₂ des Spannungssignals 7.2 für die zweite Hoch spannungselektrode 2 auftritt. Dementsprechend stehen dann am jeweiligen Ausgang der Demultiplexer Nachführ signale 8.2, 9.2 (0- oder 1-Signal) an, welche die zuge ordnete Nachführeinrichtung des Gegenstandes - beispiels weise den Schweißarm eines Schweißgerätes oder eine Roboterhand -, welcher mit der Vorrichtung verbunden ist, zur Nachführung an das Objekt ansteuern.

Wird von der Vorrichtung eine besonders hohe Konturauf lösung verlangt, so müssen einerseits die Referenzfunken strecken entsprechend klein sein und andererseits müssen die Hochspannungselektroden relativ dicht beieinander liegen. Um diesen Bedingungen gerecht zu werden, werden gemäß Fig. 2a und 2b nur zwei Hochspannungselektroden 1, 2 verwendet, wobei von der ersten Hochspannungselektrode 1 zur Kontur 4.1 eine erste Meßfunkenstrecke (1.MF) und von der zweiten Hochspannungselektrode 2 zur Kontur 4.2 eine zweite Meß funkenstrecke (2.MF) ausgebildet ist. Des weiteren sind zwischen den beiden Hochspannungselektroden 1, 2 die Referenzfunkenstrecken ausgebildet, nämlich von der ersten Hochspannungselektrode 1 zur dann als Referenz elektrode (3) dienenden zweiten Hochspannungselektrode 2 eine erste Referenzfunkenstrecke (1.RF) und von der zweiten Hochspannungselektrode 2 zur dann als Referenzelektrode (3) dienenden ersten Hochspannungselektrode 1 eine zweite Referenzfunkenstrecke (2.RF). Damit sich eine Funkenent ladung über die Referenzfunkenstrecken ebenso unbehindert ausbilden kann wie über die Meßfunkenstrecken, müsen beide Wege vergleichbare Impedanzen aufweisen. Beträcht liche Impedanzen würden jedoch die Sekundärwicklungen der Hochspannungsteile 5, 6 (Transformatoren) darstellen, über welche der Entladungsstrom nach Masse abfließen würde, beispielsweise bei einer Funkenentladung über die erste Referenzfunkenstrecke (1.RF) über die an Masse liegende Sekundärwicklung des Hochspanungsteils 6 und umgekehrt. Diese Impedanzen werden deshalb durch zwei Hochspannungs dioden 12.1, 13.1 kurzgeschlossen, wobei die Hochspannungs diode 12.1 zwischen der zweiten Hochspannungselektrode 2 und Masse 4.3 in Reihe mit dem Sensor 10 und die Hoch spannungsdiode 13.1 zwischen der ersten Hochspannungs elektrode 1 und Masse 4.3 in Reihe mit dem Sensor 10 ge schaltet ist. Da sich aber auch diese Hochspannungsdioden letztendlich währnd einer Funkenentladung nicht neutral verhalten, sondern kleine Impedanzen darstellen, wird deren Einfluß mit zwei weiteren Hochspannungsdioden 12, 13 mit gleichen Eigenschaften nachgebildet und damit kompensiert. Die Hochspannungsdiode 12 ist hierbei zwischen die erste Hochspannungselektrode 1 und deren Hochspannungs teil 5, die Hochspannungsdiode 13 hingegen zwischen die zweite Hochspannungselektrode 2 und deren Hochspannungs teil 6 geschaltet und zwar derart, daß die Flußrichtungen der Dioden 12, 12.1 einerseits und der Dioden 13, 13.1 andererseits gleich sind und der jeweiligen Polarität der Hochspannungsteile 5, 6 zugeordnet sind, wobei der Hochspannungsteil 5 mit positiver Hochspannung und der Hochspannungsteil 6 mit negativer Hochspannung arbeitet.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel werden nun vom Oszillator 7 über die Hochspannungsteile 5, 6 die Hoch spannungselektroden 1, 2 abwechselnd aktiviert. Findet nun von der ersten Hochspannungselektrode 1 über die erste Referenzfunkenstrecke (1.RF) eine Funkenentladung statt, so dient die zweite Hochspannungselektrode 2 als Referenzelektrode 3, wobei der Entladungsstrom über die Diode 12.1 und den Widerstand des Sensors 10 nach Masse 4.3 fließt. Findet umgekehrt danach eine Funkenentladung von der zweiten Hochspannungselektrode 2 über die zweite Referenzfunkenstrecke (2.RF) statt, so dient die erste Hochspannungselektrode 1 als Referenzelektrode 3 und der Strom fließt über die Diode 13.1 und den Widerstand des Sensors 10 nach Masse 4.3 ab. Funkenentladungen über die Referenzfunkenstrecken bedeuten aber, daß die Abstände zwischen den Hochspannungselektroden 1, 2 und den Konturen 4.1, 4.2 zu groß sind, Nachführeinrichtungen also so an gesteuert werden müssen, daß sich die Abstände verkleinern.

Die Signale hierzu liefert der Sensor 10, denn aufgrund der unterschiedlichen Polarität der Hochspannungsteile stehen an seinem Ausgang positive Impulse 10.1 und/oder negative Impulse 10.2 an, welche in der Auswerteeinheit 14 zu entsprechenden Nachführsignalen 14.1, 14.2 für die entsprechenden Nachführeinrichtungen aufgelöst werden. Ein positiver Impuls oder ein negativer Impuls wird vom Sensor 10 erst dann nicht mehr erzeugt, wenn die Hochspannungselektrode 1 oder die Hochspannungs elektrode 2 so weit an das Objekt angenähert wurde, daß nunmehr die Funkenentladung über die erste Meß funkenstrecke (1.MF) oder die zweite Meßfunkenstrecke (2.MF) stattfindet. Dies bedeutet, daß die Nachführ einrichtungen wieder umgekehrt angesteuert werden und der Vorgang sich wiederholt.

Eine den Fig. 2a und 2b entsprechende, jedoch um eine Hochspannungselektrode 15 erweiterte Anordnung zeigen die Fig. 3a und 3b. Die Hochspannungselektrode 15 ist hierbei analog zur Hochspannungselektrode 1 mit gleichem Abstand der Kontur 4.1 des Objektes 4 zugeordnet und ferner elektrisch mit der Hochspannungselektrode 1 über einen Stromsensor 16 verbunden, so daß sie ebenfalls von dem Hochspannungsteil 5 versorgt wird. In Verbindung mit der Hochspannungselektrode 1 dient die Hochspannungselektrode 15 dazu, den Abstand der beiden Hochspannungselektroden 1, 15 z. B. zu der Kontur 4.1 zu symmetrieren und damit die Elektrodenanordnung z. B. senkrecht zum Objekt aus richten zu können. Bei einer von der Hochspannungselektrode 15 zur vom Objekt dargestellten Masseelektrode erfolgenden Funkenentladung wird von dem Stromsensor 16 ein Impuls erzeugt, welcher ebenfalls der Auswerteeinheit 14 zuge führt wird und dort in ein der zugeordneten Nachführein richtung entsprechendes Nachführsignal 14.3 aufgelöst wird. Die den einzelnen Elektroden zugewiesenen Funktionen sind hierbei folgende:

- Hochspannungselektrode 2 → Objekt 4.2 bzw. Hochspannungslektrode 2 → Hochspannungselektrode 1 Abstand nach unten (zur Kontur 4.2),
- Hochspannungselektrode 1 → Objekt 4.1 bzw. Hochspannungselektrode 1 → Hochspannungselektrode 2 Abstand zur Seite (zur Kontur 4.1),
- Hochspannungselektrode 1 → Objekt 4.1 bzw. Hochspannungselektrode 15 → Objekt 4.1 Symmetrie.

Claims

1. Vorrichtung zur berührungslosen Ermittlung von mindestens einem Abstand eines Gegenstandes - Arbeitsgerätschaft - von mindestens einer Kontur eines relativ zum Gegenstand be wegbaren Objekts mittels einer von einem Hochspannungs generator - bestehend aus einem Oszillator und einem Hoch spannungsteil - ausgelösten gepulsten Funkenentladung ent weder über eine Meßfunkenstrecke - welche von einer mit dem Hochspannungsteil verbundenen Hochspannungselektrode und einer das Objekt darstellenden Masseelektrode gebildet ist oder über eine Referenzfunkenstrecke - welche von der Hochspannungselektrode und einer an Masse liegenden Referenzelektrode gebildet ist -, wobei zum Nachweis des Entladungsweges im Stromkreis mindestens einer Funken strecke ein Sensor angeordnet ist, welcher bei über diese Funkenstrecke stattfindender Funkenentladung einen Impuls erzeugt, welcher in einer Auswerteeinheit zur Bildung eines abstandsabhängigen Signals entsprechend ausgewertet wird und zur Nachführung des mit der Vorrich tung verbindbaren Gegenstandes dient, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung von einem weiteren Abstand des Gegen standes von einer weiteren Kontur (4.2) des Objektes (4) noch eine zweite, mit einem weiteren Hochspannungsteil (6) verbundene Hochspannungselektrode (2) vorgesehen ist, durch welche gegenüber der das Objekt (4) dar stellenden Masseelektrode (4.3) eine zweite Meßfunken strecke (2.MF) gebildet wird, wobei die zweite Hochspannungselektrode (2)

- entweder gegenüber der Referenzelektrode (3) eine zweite Referenzfunkenstrecke (2.RF) bildet
- oder als zeitweise an Masse (4.3) liegende Referenzelektrode (3) in der ersten Referenz funkenstrecke (1.RF) zur ersten Hochspannungs elektrode (1) dient, in welchem Fall wiederum auch die erste Hochspannungselektrode (1) als zeitweise an Masse (4.3) liegende Referenz elektrode (3) in der zweiten Referenzfunken strecke (2.RF) zur zweiten Hochspannungselektrode (2) dient,

und wobei die Funkenstrecken (1.MF, 2.MF, RF) räumlich eng zueinander - innerhalb des Gasraumes (11) derselben liegend - benachbart angeordnet sind,
und wobei ferner die erste und zweite Hochspannungselektrode (1, 2) vom Oszillator (7) über ihre Hochspannungsteile (5, 6) abwechselnd angesteuert werden,
daß der Sensor (10) im Stromkreis der Referenzfunken strecken (RF) angeordnet ist,
und daß zur Identifikation des Impulses des Sensors (10) bei über die erste oder zweite Referenzfunkenstrecke (1.RF oder 2.RF) stattfindender Funkenentladung die selbe eine entsprechende, vom Hochspannungsgenerator (7; 5, 6) eingeprägte Kennzeichnung besitzt
und die so identifizierten Impulse in der Auswerteein heit (8, 9; 14) zur Bidung eines abstandsabhängigen Nachführsignals (8.2, 9.2; 14.1, 14.2, 14.3) entweder zur Korrektur des einen oder des weiteren Abstandes verarbeitet werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennzeichnung der Funkenentladungen durch unter schiedlich Amplituden, Pulsdauer oder Zeitpunkte der selben erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennzeichnung der Funkenentladungen dadurch er folgt, daß die Hochspannungselektroden (1, 2) mit unter schiedlicher Polarität (+, -) betrieben werden, wobei zwischen der jeweiligen Hochspannungselektrode (1, 2) und ihrem Hochspannungsteil (5, 6) eine Hochspannungs diode (12, 13) in Flußrichtung geschaltet ist, und die beiden Hochspannungselektroden (1, 2) jeweils über eine weitere Hochspannungsdiode (12.1, 13.1) in Reihe mit dem Sensor (10) an Masse (4.3) gelegt sind, wobei die in jedem Zweig liegende weitere Hochspannungsdiode (12.1, 13.1) mit jeweils der Polarität der anderen Hochspannungselektrode (12, 13) zugeordneter Flußrichtung geschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungsteile (5, 6) der Hochspannungselektroden (1, 2) von den Spannungssignalen (7.1, 7.2) des Oszillators (7) zeitlich versetzt (Zeitmultiplex) angesteuert werden, wobei jedes Spannungssignal des weiteren auf einen Demulti plexer mit einem UND-Glied (8, 9) gefürt ist, dessen anderem Eingang noch der Impuls des Sensors (10) zugeführt wird und an dessen Ausgang das Nachführsignal (8.2, 9.2) ansteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Referenzfunkenstrecken (RF) gleich oder kleiner der als der Abstand zwischen den beiden Hochspannungs elektroden (1, 2) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Hochspannungselektrode (1) über einen Strom sensor (16) noch eine weitere Hochspannungselektrode (15) verbunden ist, welche entsprechend der Hochspannungs elektrode (1) mit gleichem Abstand gegenüber dem die Masse elektrode (4.3) darstellenden Objekt (4, 4.1) angeordnet ist und daß der Stromsensor (16) bei über diese Funken strecke stattfindender Funkenentladung einen Impuls erzeugt, welcher ebenfalls der Auswerteeinheit (14) zur Bildung eines entsprechenden Nachführsignals (14.3) zu geführt wird.