DE4200616A1 - Wegmesssystem mit grenzwegmarken zum schutz gegen ein ueberfahren einer oder mehrerer grenzlagen eines arbeitsbereiches durch bewegte teile einer maschine oder eines messgeraetes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wegmeßsystem mit Grenzwegmarken zum Schutz gegen ein Überfahren einer oder mehrerer Grenzla­ gen eines Arbeitsbereiches durch bewegte Teile einer Maschine oder eines Meßgerätes zur Vermeidung von Havarien und Un­ fällen, wobei die Arbeitsbereiche mittels Wegmeßsystemen überwacht werden.

In der DIN VDE 0113 "Elektrische Ausrüstungen von Industrie­ maschinen", Febr. 1986, Punkt 6.2.4.6 "Schutz gegen Überfah­ ren" ist vorgeschrieben, daß einem jeden Wegfühler, der eine betriebsmäßige Funktion im Arbeitsablauf hat, ein zusätz­ licher Grenzwegfühler zuzuordnen ist, der die entsprechende Bewegung zuverlässig stillsetzt. Dabei wird empfohlen, als zweiten Wegfühler ein Gerät einzusetzen, das den Motor­ stromkreis unmittelbar ausschaltet oder den Halt der gesamten Maschine bewirkt. Zu den Wegfühlern wird unter Punkt 8.1.4 ausgesagt, daß, wenn es im Hinblick auf eine ausreichende Zugänglichkeit und auf einen Schutz gegen Wasser, Öl oder Schmutz usw. erforderlich ist, ein Wegfühler entfernt vom zu überwachenden Teil, z. B. einem Schlitten oder Support, einzubauen ist. In einem solchen Fall muß ein mechanisches Übertragungselement zwischen dem beweglichen Teil und dem Bedienteil des Wegfühlers vorgesehen sein.

Bei der Mehrzahl der bekannten Anordnungen wird dieses Prob­ lem durch mechanisch schaltbare Endlagenschalter gelöst, die beim Betätigen z. B. den Motorstromkreis direkt oder aber indirekt über einen Schaltschutz unterbrechen. Das Schalten wird mittels Nocken oder Mitnehmer realisiert, die am beweg­ lichen Teil der Maschine oder des Meßgerätes angeordnet sind. Da diese Lösungen unabhängig vom jeweils eingesetzten Wegmeßsystem arbeiten, führt dieses zu hohen Material- und Montagekosten, da für die exakte Einstellung des Abschalt­ punktes eine eigene Einstellvorrichtung am Wegfühler oder eine Justiermöglichkeit der eingesetzten Nocken an der Ma­ schine vorgesehen werden muß.

Nach obengenannter DIN müssen die Wegfühler so konstruiert sein, daß sie während des Betriebes mindestens Schutzart IP 55 besitzen. Daraus resultiert u. a., daß die eingesetzten Wegfühler relativ teuer sind. Bei der Verwendung nur eines Nockens oder nur eines Wegfühlers bietet diese Lösung keine hohe Sicherheit, da eine sichere Abschaltfunktion nicht mehr gewährleistet ist, wenn sich einerseits der Nocken löst oder sich auf den häufig verwendeten Nockenleisten ver­ schiebt oder sich andererseits der Wegfühler verschiebt oder löst.

In der DE-OS 30 21 802 ist ein oft verwendetes anderes Prin­ zip der Endlagenabschaltung von elektrischen Antriebsmotoren beschrieben. Die von einem Elektromotor angetriebene Gewinde­ spindel besitzt neben einer axial verfahrbaren Mutter, die ein Maschinenteil bewegt, zusätzlich beiderseits von der verfahrbaren Mutter eine ortsfeste Endlagenmutter mit Auf­ laufflächen für die Schaltmittel, die sich an der verfahr­ baren Mutter befinden und ständig mitbewegt werden. Für diese Lösung gelten sinngemäß die Nachteile analog wie sie bei der oben beschriebenen Wegfühler-Nocken-Lösung ange­ führt sind.

In der DE-PS 33 27 946 wird ein durch einen endlagenfesten Elektromotor angetriebener Schubantrieb beschrieben. Auch hier wird eine zur Gewindespindel einstellbare Anschlagmutter verwendet, und durch einen Tellerfedermechanismus wird beim Erreichen einer gewissen Deformation über eine Antriebshül­ se die Bewegungübertragung auf das Spindel-Mutter-System direkt mechanisch unterbrochen. Auch hier ist der technische Aufwand hoch, und die eingesetzten Schaltmittel sind sehr hohen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Zum anderen ist die Genauigkeit der Abschaltung relativ gering.

Auch in den zur Zeit neuesten Lieferangeboten bzw. Ferti­ gungsübersichten Wegmeßsysteme herstellender Firmen wird dokumentiert, daß die angebotenen Wegmeßsysteme ausschließ­ lich der Positionsmessung des beweglichen Teils der Maschine oder des Meßgerätes dienen und keine vom Wegmeßsystem unabhängige und zuverlässige Grenzwegerfassung zulassen.

Dazu werden folgende Firmendruckschriften genannt:
Firma Dr. Johannes Heidenhain GmbH, Traunreut, DE, Liefer­ übersicht "Präzisionsteilungen, Längenmeßsysteme, Drehge­ ber, Winkelmeßsysteme, Numerische Positionsanzeigen, Numeri­ sche Steuerungen", Nr. 20 870 811/11/89 E.
Firma Mitutoyo, JP, "Präzisionswerkzeuge", - Mechanik, Op­ tik, Elektronik -, D 4001, 1. Auflage, Ausgabe 1990.
Firma RSF-Elektronik Gesellschaft GmbH, Tarsdorf, AT, "Inkre­ mentale Längenmeßsysteme - Geschlossene und offene Baufor­ men", Ausgabe 6/91.

Es ist ferner ein Meß- und Grenzweggebersystem vorgeschlagen worden, das ein Wegmeßsystem mit zugeordneten, mechanisch schaltbaren, eigenständigen Grenzweggebern umfaßt. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind diese Grenzweggeber im Gehäuse des Wegmeßsystems angeordnet. Bei kleinen Meß­ systemen ist jedoch diese Lösung konstruktiv nur mit größe­ ren Schwierigkeiten realisierbar, da neben den Grenzwegge­ bern auch die elektrische Leitungsführung im Gehäuse zu integrieren ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wegmeßsystem mit Grenzwegmarken zum Schutz gegen ein Überfahren einer oder mehrerer Grenzlagen eines Arbeitsbereiches durch ange­ triebene Teile einer Maschine oder eines Meßgerätes zu schaffen, welche die Überwachung des Arbeitsbereiches mit­ tels eines Wegmeßsystems und eine zusätzliche Sicherung gegen ein Überfahren des Arbeitsbereiches realisiert, um einerseits eine kostengünstige Anordnung mit minimalem kon­ struktiven Aufwand und geringen Abmessungen zu schaffen, die auch die Montageaufwendungen beim Maschinenhersteller deut­ lich reduziert, und andererseits die Sicherheit bei Maschinen und Meßgeräten durch eine optimale Abstimmung der Grenzweg­ marken mit dem Wegmeßsystem erhöht und einen Havarieschutz gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Wegmeßsystem mit Grenzwegmarken mit den Merkmalen des Anspruches 1 ge­ löst. In den Unteransprüchen ist die spezielle Ausgestal­ tung der erfindungsgemäßen Lösung beschrieben.

Das zur Steuerung von Arbeitsabläufen für angetriebene bewegliche Teile von Maschinen und Meßgeräte notwendige Wegmeßsystem und die dazugehörigen Grenzwegsensoren - bezo­ gen auf eine Arbeitsachse - sind dabei auf einem gemeinsamen Grundkörper als eigenständig handhabbare und montierbare Einheit ausgeführt. Das Wegmeßsystem besteht aus einem Teilungsträger mit mindestens einer Meßmarkenspur und min­ destens einer Referenzmarkenspur, wobei vorteilhafterweise sowohl in der Referenzmarkenspur als auch in der Meßmarken­ spur Grenzwegmarken vorgesehen sind. Durch an sich bekannte elektrische Mittel sind die Grenzwegmarken in der Referenz­ markenspur durch die Referenzmarkensensoren der Referenzein­ heit und die Grenzwegmarken in der Meßmarkenspur durch die Abtastsensoren der Meßeinheit abtastbar, und die dabei er­ zeugten elektrischen Signale werden in einer Auswerteeinheit weiterverarbeitet. Die in der Referenzeinheit angeordneten Referenzmarkensensoren sind über ein erstes mechanisches Übertragungsteil mit dem beweglichen Teil der Maschine, z. B. einem Support oder Schlitten, verbunden, und die in der Meßeinheit angeordneten Abtastsensoren sind aus sicherheits­ technischen Gründen mittels eines zweiten mechanischen Über­ tragungsteils am beweglichen Teil der Maschine befestigt. Dabei ist es vorteilhaft, die Sensoren der Meß- und Refe­ renzeinheit entgegengesetzt aktiv (low- und high-aktiv) zu schalten, um die Bewegung des beweglichen Teils zuverlässig stillzusetzen, wenn die sichere Schaltfunktion der Sensoren nicht mehr gewährleistet ist, was z. B. beim Lösen des Teilungsträgers, bei Verschmutzung oder Zerstörung des Teilungsträgers oder bei Ausfall der Stromversorgung für die Sensoren der Fall sein kann. Damit wird ein zuverlässi­ ger Schutz der der Maschine oder des Meßgerätes beim Überfah­ ren des Arbeitsbereiches durch das bewegliche Teil mit gerin­ gem technischen Aufwand und geringem Raumbedarf bei geringen Montageaufwendungen erreicht.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung ist ein fotoelek­ trisches Wegmeßsystem stark vereinfacht dargestellt.

Das in der Zeichnung vereinfacht dargestellte Wegmeßsystem mit Grenzwegmarken zur Überwachung eines Arbeitsbereiches 1 und einer Maschine 2 oder eines Meßgerätes, beispielsweise einer Drehmaschine, und zur Sicherheitsabschaltung des An­ triebes eines beweglichen Teiles 15 der Maschine 2 beim Überfahren dieses Arbeitsbereiches 1 umfaßt einen Teilungs­ träger 3, der eine Meßmarkenspur 4 mit Teilungsmarken 5 und mindestens eine Referenzmarkenspur 6 mit Referenzmarken 7 aufweist. Ein Abtastkopf des Wegmeßsystems, der mit dem beweglichen Teil 15 der Maschine 2 in Wirkverbindung steht, umfaßt eine Meßeinheit 10 und eine Referenzeinheit 12, wobei in der Meßeinheit 10 Meßteilungssensoren 9 und 9a zur Abtastung der Teilungsmarken 5 der Meßmarkenspur 4 und in der Referenzeinheit 12 Referenzmarkensensoren 11 zur Abta­ stung der Referenzmarken 7 der Referenzmarkenspur 6 angeord­ net sind.

Die Meßeinheit 10 ist durch ein mechanisches Übertragungs­ teil 13, und die Referenzeinheit 12 ist durch ein weiteres mechanisches Übertragungsteil 14 mit dem beweglichen Teil 15 der Maschine 2 verbunden. Wie die Zeichnung ferner zeigt, sind an den beiden Enden der Meßmarkenspur 4 erste Grenzweg­ marken 16 und 16a und an den beiden Enden der Referenzmarken­ spur 6 zweite Grenzwegmarken 17 und 17a angeordnet. Die Grenzwegmarken 16 und 16a der Meßmarkenspur 4 werden durch in der Meßeinheit 10 angeordnete Abtastsensoren 18 und 18a abgetastet, wobei der linken Grenzwegmarke 16 der Abtastsen­ sor 18 und der rechten Grenzwegmarke 16a der Abtastsensor 18a zugeordnet ist. Die Grenzwegmarken 17 und 17a der Referenz­ markenspur 6 werden vorteilhaft durch den Referenzmarkensen­ sor 11 der Referenzeinheit 12 abgetastet. Ein gesonderter Abtastsensor für die Grenzwegmarken 17 und 17a ist nicht unbedingt erforderlich. Durch die getrennte Ankopplung der Meßeinheit 10 mit ihren Abtastsensoren 18 und 18a durch das Übertragungsteil 13 einerseits und der Referenzeinheit 12 mit dem Referenzmarkensensor 11 andererseits am beweglichen Teil 15 wird eine hohe Abschaltsicherheit für den Antrieb (nicht dargestellt) des beweglichen Teils 15 gewährleistet. Wenn beispielsweise die Schaltfunktion des Referenzmarkensen­ sors 11 der Referenzmarkenspur 12 oder die Schaltfunktion der Abtastsensoren 18 und 18a der Meßeinheit 10 durch Defekt eines der Übertragungsteile 13; 14 nicht mehr gegeben ist, dann bewirkt immer noch die jeweils andere Einheit (Meß- oder Referenzeinheit) ein Abschalten des Antriebes des beweg­ lichen Teils 15.

Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung wird dadurch realisiert, daß die Abtastsensoren 18 und 18a für die Grenzwegmarken 16 und 16a high-aktiv und der Referenzmarken­ sensor 11 für die Grenzwegmarken 17 und 17a low-aktiv ausge­ legt sind, oder umgekehrt, die Abtastsensoren 18 und 18a low- aktiv und der Referenzmarkensensor 11 high-aktiv sind. Auf diese Weise schaltet dann immer bei einem Defekt des Tei­ lungsträgers 3 oder bei einer unbeabsichtigten Verlagerung des Teilungsträgers 3 mindestens der Referenzmarkensensor 11 oder einer der Abtastsensoren 18; 18a, so daß durch hier nicht dargestellte elektrische Schaltmittel die Sicherheits­ abschaltung des Antriebes für das bewegliche Teil 15 mit hoher Zuverlässigkeit erfolgt.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Wegmeßsystems wird dadurch erreicht, daß die Grenzwegmarken 16 und 16a der Meßmarkenspur 4 im Bezug auf die Grenzwegmar­ ken 17 und 17a der Referenzmarkenspur 6 so auf dem Teilungs­ träger 3 angeordnet sind, daß, bezogen auf die jeweilige Verfahrrichtung des Abtastkopfes, die Schaltpunkte der Ab­ tastsensoren 18 und 18a in einem bestimmten auswertbaren Abstand A nach den Schaltpunkten des Referenzmarkensensors 11 liegen. Durch die Zuordnung dieser insgesamt vier Schaltpunk­ te zu den Koordinaten des Wegmeßsystems kann in speziellen Testroutinen auf einfache Weise festgestellt werden, ob die Schaltfunktion vom Referenzmarkensensor 11 oder von den Ab­ tastsensoren 18 und 18a ausgelöst werden. Wird z. B. eine Schaltfunktion von den Abtastsensoren 18; 18a ausgelöst, so liegt ein Defekt am Übertragungsteil 14 oder am Referenzmar­ kensensor 11 oder an den Grenzwegmarken 17; 17a vor. Im anderen Falle löst der Referenzmarkensensor 11 dann eine Schaltfunktion aus, wenn ein Defekt an den Abtastsensoren 18; 18a oder am Übertragungsteil 13 oder an den Grenzwegmarken 16; 16a vorliegt. Es wird also stets eine sichere Abschaltung des Antriebes des beweglichen Teils 15 vorgenommen werden.

Der Gegenstand der Erfindung ist jedoch nicht nur auf foto­ elektrische Wegmeßsysteme beschränkt. Vielmehr kann dieser auch bei induktiven und kapazitiven Wegmeßmeßsystemen mit Er­ folg angewendet werden. Bei diesen Wegmeßsystemen sind dann die Grenzwegmarken ebenfalls auf den Teilungsträgern vorzu­ sehen, und die Abtastköpfe sind dann mit entsprechenden Abtastsensoren ausgestattet, die die Grenzwegmarken abtasten.

Bezugszeichenzusammenstellung

 1 Arbeitsbereich
 2 Maschine
 3 Teilungsträger
 4 Meßmarkenspur
 5 Teilungsmarken
 6 Referenzmarkenspur
 7 Referenzmarken
 9 Meßteilungssensor
 9a Meßteilungssensor
10 Meßeinheit
11 Referenzmarkensensor
12 Referenzeinheit
13 Übertragungsteil
14 Übertragungsteil
15 bewegliches Teil
16 Grenzwegmarke
16a Grenzwegmarke
17 Grenzwegmarke
17a Grenzwegmarke
18 Abtastsensor
18a Abtastsensor

Claims (8)

1. Wegmeßsystem mit Grenzwegmarken zum Schutz gegen ein Überfahren einer oder mehrerer Grenzlagen eines Arbeitsbe­ reiches einer Maschine oder eines Meßgerätes durch bewegte Teile mittels mindestens eines, einem Wegmeßsystem zugeord­ neten, die Bewegung des beweglichen Teiles beim Überfahren eines Arbeitsbereiches stillsetzenden Grenzwegsignalgebers, wobei das Wegmeßsystem aus einem Teilungsträger mit minde­ stens einer Meßteilungsspur und mindestens einer Referenz­ markenspur besteht und die Spuren mit zugeordneten Abtastsen­ soren eines Abtastkopfes des Wegmeßsystems abtastbar sind, dadurch gekennzeichnet,
daß in mindestens einer Referenzmarkenspur (6) und/oder in mindestens einer Meßmarkenspur (4) abtastbare Grenzwegmarken (16; 16a; 17; 17a) vorgesehen sind,
daß eine aus Referenzmarkensensoren (11) für die Referenz­ markenspur (6) bestehende Referenzeinheit (12) und eine vor­ zugsweise Abtastsensoren (18; 18a) und Meßteilungssensoren (9; 9a) für die Abtastung der Meßmarkenspur (4) umfassende (10) Meßeinheit vorgesehen sind, wobei die Referenzeinheit (12) mittels eines ersten Übertragungsteiles (14) am beweg­ lichen Teil (15) befestigt ist und die Meßeinheit (10) mittels eines weiteren Übertragungsteiles (13) am beweg­ lichen Teil (15) befestigt ist,
und daß die Referenzmarkenspur (6) und, bei Koinzidenz der Referenzeinheit (12) mit den Grenzwegmarken (17; 17a) der Referenzmarkenspur (6), diese Grenzwegmarken (17; 17a) durch die Referenzmarkensensoren (11) der Referenzeinheit (12) abtastbar sind, und/oder daß die Meßmarkenspur (4) und, bei Koinzidenz der Meßeinheit (10) mit den Grenzwegmarken (16; 16a) der Meßmarkenspur (4), diese Grenzwegmarken (16; 16a) durch die Abtastsensoren (18; 18a) der Meßeinheit (10) abtastbar sind, und daß daraus weiterverarbeitbare Refe­ renz-, Meßmarken- und Grenzwegsignale ableitbar sind.

2. Wegmeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grenzmarkensignal bei Ausfall der Referenzeinheit (12) von der Meßeinheit (10) ableitbar ist oder daß das Grenzmarkensignal bei Ausfall der Meßeinheit (10) von der Referenzeinheit (12) ableitbar ist.

3. Wegmeßsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen der Abgabe des Grenzmarkensignals von der Refe­ renzeinheit (12) und der Abgabe des Referenzmarkensignals von der Meßeinheit (10) ein Abstand A liegt, wobei die Abgabe der Grenzmarkensignale vom Wegmeßsystem ableitbar ist.

4. Wegmeßsystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bezüglich der Bildung des Referenzsignals die Referenz­ einheit (12) low-aktiv ist und die Meßeinheit (10) high- aktiv ist.

5. Wegmeßsystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bezügllich der Bildung des Referenzsignals die Referenz­ einheit (12) high-aktiv und die Meßeinheit (10) low-aktiv ist.

6. Wegmeßsystem nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an sich bekannte schaltende elektrische Mittel vorgesehen sind, mit welchen die Bewegung des beweglichen Teils (15) dann stillsetzbar ist, wenn sich die Lage des gesamten Weg­ meßsystems relativ zur Maschine oder des Meßgerätes ver­ ändert hat.

7. Wegmeßsystem nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Abtastung der in der Referenzmarkenspur (6) angeord­ neten Referenz- (7) und Grenzwegmarken (17; 17a) jeweils gesonderte Abtastsensoren in der Referenzeinheit (12) vorge­ sehen sind und/oder daß zur Abtastung der in der Meßmar­ kenspur (4) angeordneten Meß- und Grenzwegmarken (16; 16a) ebenfalls jeweils gesonderte Abtastsensoren (18, 18a) in der Meßeinheit (10) vorgesehen sind.

8. Wegmeßsystem nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die in der Referenzmarkenspur (6) angeordneten Referenz­ marken (7) und die darin angeordneten Grenzwegmarken (17; 17a) durch gleiche Abtastsensoren der Referenzeinheit (12) abtastbar sind und/oder daß die in der Meßmarkenspur (10) angeordneten Teilungsmarken (5) und die darin angeordneten Grenzwegmarken (16, 16a) durch gleiche Abtastsensoren der Meßeinheit (10) abtastbar sind.