DE4200616C2 - Wegmesssystem mit Grenzwegmarken zum Schutz gegen ein Überfahren einer oder mehrerer Grenzlagen eines Arbeitsbereiches durch bewegte Teile einer Maschine oder eines Messgerätes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wegmesssystem mit Grenzwegmarken zum Schutz gegen ein Überfahren einer oder mehrerer Grenzlagen eines Arbeitsbereiches durch bewegte Teile einer Maschine oder eines Messgerätes zur Vermeidung von Havarien und Unfällen, wobei die Arbeitsbereiche mittels Wegmesssystemen überwacht werden.

In der DIN VDE 0113 "Elektrische Ausrüstungen von Industriemaschinen", Febr. 1986, Punkt 6.2.4.6 "Schutz gegen Überfahren" ist vorgeschrieben, dass einem jeden Wegfühler, der eine betriebsmäßige Funktion im Arbeitsablauf hat, ein zusätzlicher Grenzwegfühler zuzuordnen ist, der die entsprechende Bewegung zuverlässig stillsetzt. Dabei wird empfohlen, als zweiten Wegfühler ein Gerät einzusetzen, das den Motorstromkreis 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 Falle muss ein mechanisches Übertragungselement zwischen dem beweglichen Teil und dem Bedienteil des Wegfühlers vorgesehen sein.

Bei der Mehrzahl der bekannten Anordnungen wird dieses Problem durch mechanisch schaltbare Endlagenschalter gelöst, die beim Betätigen z. B. den Motorstromkreis direkt oder aber indirekt über einen Schaltschütz unterbrechen. Das Schalten wird mittels Nocken oder Mitnehmer realisiert, die am beweglichen 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 Abschaltpunktes eine eigene Einstellvorrichtung am Wegfühler oder eine Justiermöglichkeit der eingesetzten Nocken an der Maschine vorgesehen werden muss.

Nach oben genannter 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 verschiebt oder sich andererseits der Wegfühler verschiebt oder löst.

In der DE-OS 30 21 802 ist ein oft verwendetes anderes Prinzip der Endlagenabschaltung von elektrischen Antriebsmotoren beschrieben. Die von einem Elektromotor angetriebene Gewindespindel besitzt neben einer axial verfahrbaren Mutter, die ein Maschinenteil bewegt, zusätzlich beiderseits von der verfahrbaren Mutter eine ortsfeste Endlagenmutter mit Auflaufflächen für die Schaltmittel, die sich an der verfahrbaren Mutter befinden und ständig mitbewegt werden. Für diese Lösung gelten sinngemäß die Nachteile analog wie sie bei der oben beschriebenen Wegfühler-Nocken-Lösung angeführt 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 Antriebshülse die Bewegungsübertragung 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. Fertigungsübersichten Wegmesssysteme herstellender Firmen wird dokumentiert, dass die angebotenen Wegmesssysteme ausschließlich der Positionsmessung des beweglichen Teils der Maschine oder des Messgerätes dienen und keine vom Wegmesssystem unabhängige und zuverlässige Grenzwegerfassung zulassen.

Dazu werden folgenden Firmendruckschriften genannt:
Firma Dr. Johannes Heidenhain GmbH, Traunreut, DE, Lieferübersicht "Präzisionsteilungen, Längenmesßsysteme, Drehgeber, Winkelmeßsysteme, Numerische Positionsanzeigen, Numerische Steuerungen", Nr. 20870811/11/89 E.
Firma RSF-Elektronik Gesellschaft GmbH, Tarsdorf, AT, "Inkrementale Längenmeßsysteme - Geschlossene und offene Bauformen", Ausgabe 6191.

In der EP 0 171 383 A1 ist ein inkrementales Wegmesssystem beschrieben, bei dem Grenzwegmarken in einer Referenzmarkenspur angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wegmesssystem mit Grenzwegmarken zum Schutz gegen ein Überfahren einer oder mehrerer Grenzlagen eines Arbeitsbereiches durch angetriebene Teile einer Maschine oder eines Messgerätes zu schaffen, welche die Überwachung des Arbeitsbereiches mittels eines Wegmesssystems und eine zusätzliche Sicherung gegen ein Überfahren des Arbeitsbereiches realisiert, um einerseits eine kostengünstige Anordnung mit minimalem konstruktiven Aufwand und geringen Abmessungen zu schaffen, die auch die Montageaufwendungen beim Maschinenhersteller deutlich reduziert, und andererseits die Sicherheit bei Maschinen und Messgeräten durch eine optimale Abstimmung der Grenzwegmarken mit dem Wegmesssystem erhöht und einen Havarieschutz gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Wegmesssystem mit Grenzwegmarken mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. In den Unteransprüchen ist die spezielle Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung beschrieben.

Das zur Steuerung von Arbeitsabläufen für angetriebene bewegliche Teile von Maschinen und Messgeräte notwendige Wegmesssystem und die dazugehörigen Grenzwegsensoren - bezogen 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 mindestens einer Referenzmarkenspur, wobei sowohl in der Refe­ renzmarkenspur als auch in der Messmarkenspur Grenzwegmarken vorge­ sehen sind. Durch an sich bekannte elektrische Mittel sind die Grenzmarken in der Referenzmarkenspur durch die Referenzmarkensensoren der Refe­ renzeinheit und die Grenzwegmarken in der Messmarkenspur durch die Abtastsensoren der Messeinheit abtastbar, und die dabei erzeugten elektri­ schen Signale werden in einer Auswerteeinheit weiterverarbeitet. Die in der Referenzeinheit angeordneten Referenzmarkensensoren sind über ein ers­ tes mechanisches Übertragungsteil mit dem beweglichen Teil der Maschine, z. B. einem Support oder Schlitten, verbunden, und die in der Messeinheit angeordneten Abtastsensoren sind aus sicherheitstechnischen Gründen mittels eines zweiten mechanischen Übertragungsteils am beweglichen Teil der Maschine befestigt. Dabei ist es vorteilhaft, die Sensoren der Mess- und Referenzeinheit 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 zuverlässiger Schutz der Maschine oder des Messgerätes beim Überfahren des Arbeitsbereiches durch das bewegliche Teil mit geringem technischen Aufwand und geringem Raumbedarf bei geringen Montageaufwendungen erreicht.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung ist ein fotoelektrisches Wegmesssystem stark vereinfacht dargestellt.

Das in der Zeichnung vereinfacht dargestellte Wegmesssystem mit Grenzwegmarken zur Überwachung eines Arbeitsbereiches 1 einer Maschine 2 oder eines Messgerätes, beispielsweise einer Drehmaschine, und zur Sicherheitsabschaltung des Antriebes eines beweglichen Teiles 15 der Maschine 2 beim Überfahren dieses Arbeitsbereiches 1 umfasst einen Teilungsträger 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 Abtastung der Referenzmarken 7 der Referenzmarkenspur 6 angeordnet sind.

Die Messeinheit 10 ist durch ein mechanisches Übertragungsteil 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 Grenzwegmarken 16 und 16a und an den beiden Enden der Referenzmarkenspur 6 zwei 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 Abtastsensor 18 und der rechten Grenzwegmarke 16a der Abtastsensor 18a zugeordnet ist. Die Grenzwegmarken 17 und 17a der Referenzmarkenspur 6 werden vorteilhaft durch den Referenzmarkensensor 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 Referenzmarkensensors 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 beweglichen 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 Referenzmarkensensor 11 für die Grenzwegmarken 17 und 17a low-aktiv ausgelegt 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 Teilungsträgers 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 Sicherheitsabschaltung 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 Grenzwegmarken 17 und 17a der Referenzmarkenspur 6 so auf dem Teilungsträger 3 angeordnet sind, dass, bezogen auf die jeweilige Verfahrrichtung des Abtastkopfes, die Schaltpunkte der Abtastsensoren 18 und 18a in einem bestimmten auswertbaren Abstand A nach den Schaltpunkten des Referenzmarkensensors 11 liegen. Durch die Zuordnung dieser insgesamt vier Schaltpunkte zu den Koordinaten des Wegmesssystems kann in speziellen Testroutinen auf einfache Weise festgestellt werden, ob die Schaltfunktion vom Referenzmarkensensor 11 oder von den Abtastsensoren 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 Referenzmarkensensor 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 fotoelektrische Wegmesssysteme beschränkt. Vielmehr kann dieser auch bei induktiven und kapazitiven Wegmesssystemen mit Erfolg angewendet werden. Bei diesen Wegmesssystemen sind dann die Grenzwegmarken ebenfalls auf den Teilungsträgern vorzusehen, und die Abtastköpfe sind dann mit entsprechenden Abtastsensoren ausgestattet, die die Grenzwegmarken abtasten.

Claims (6)

1. Wegmesssystem, besehend aus einem Teilungsträger mit einer Messmarkenspur und einer Referenzmarkenspur, wobei die Spuren mit zugeordneten Abtastsensoren abtastbar sind und in der Referenzmarkenspur abtastbare Grenzwegmarken zum Schutz gegen ein Überfahren einer oder mehrerer Grenzlagen eines Arbeitsbereiches einer Maschine oder eines Messgerätes durch bewegte Teile vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der Messmarkenspur (4) weitere Grenzwegmarken (16, 16a) vorgesehen sind, wobei die Grenzwegmarken (17, 17a) in der Referenzmarkenspur (6) von den Grenzwegmarken (16, 16a) der Messmarkenspur (4) in Messrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind.

2. Wegmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzwegmarken (17; 17a) der Referenzmarkenspur (6) von einem Referenzmarkensensor (11) abtastbar sind, und dass die Grenzwegmarken (16, 16a) der Messmarkenspur (4) von Abtastsensoren (18, 18a) abtastbar sind, wobei der Referenzmarkensensor (11) und die Abtastsensoren (18, 18a) in Messrichtung voneinander beabstandet am beweglichen Teil (15) befestigt sind.

3. Wegmesssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Referenzmarkensensor (11) und Abtastsensor (18, 18a) vom Abstand zwischen einer Grenzwegmarke (17, 17a) der Referenzmarkenspur (6) und einer weiteren Grenzwegmarke (16, 16a) der Messmarkenspur (4) abweicht.

4. Wegmesssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzmarkensensor (11) mittels eines ersten Übertragungsteiles (14) am beweglichen Teil (15) befestigt ist und die Abtastsensoren (18, 18a) mittels eines weiteren Übertragungsteiles (13) am beweglichen Teil (15) befestigt ist.

5. Wegmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastsensoren (18, 18a) für die Grenzwegmarken (16, 16a) der Messmarkenspur (4) high-aktiv und der Referenzmarkensensor (11) für die Grenzwegmarken (17, 17a) der Referenzmarkenspur (6) low-aktiv ausgelegt sind.

6. Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastsensoren (18, 18a) für die Grenzwegmarken (16, 16a) der Messmarkenspur (4) low-aktiv und der Referenzmarkensensor (11) für die Grenzwegmarken (17, 17a) der Referenzmarkenspur (6) high-aktiv ausgelegt sind.