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Die
Erfindung betrifft den Betrieb einer Messvorrichtung, die die Unterbrechung
oder Wiederherstellung eines Strahls einer Strahlung zum Detektieren
eines Objekts verwendet, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich eine
Messvorrichtung zur Verwendung als ein Schneidwerkzeugdetektor mit
einem Strahlungssender zum Übertragen
eines Strahls einer Strahlung und einem Strahlungsdetektor, der von
dem Sender beabstandet ist, um den Strahl einer Strahlung zu detektieren.
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Messvorrichtungen
der oben erwähnten
Art sind bekannt. Eine solche Vorrichtung ist in dem
US-Patent Nr. 6 496 273 beschrieben.
Die beschriebene optische Vorrichtung ist grundsätzlich zur Verwendung in Detektionsschneidwerkzeugen
an Werkzeugmaschinen entworfen und ist zu einer sehr genauen Messung
in der Lage.
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Um
die Vielseitigkeit der in dem obigen Patent gezeigten Vorrichtung
zu erhöhen,
müssen
der Lichtsender und der Lichtdetektor unter variierenden Distanzen
beabstandet sein. Große
Werkzeuge erfordern eine größere Distanz
zwischen dem Sender und dem Detektor als die für ein kleines Werkzeug erforderliche
Distanz, sodass sie zwischen dem Sender und dem Detektor eingerichtet
sein können.
Eine große
Werkzeugmaschine kann eine große
Distanz zwischen dem Sender und dem Detektor benötigen, sodass ein Werkzeug überall in
dem Strahl gemessen werden kann, ohne dass es notwendig ist, das Werkzeug über lange
Distanzen zu einer spezifischen Messstelle zu verschieben. Kleine
Werkzeugmaschinen besitzen nicht den Raum, um eine übermäßig lange
Messvorrichtung zu umfassen, die eine große Distanz zwischen dem Sender
und dem Detektor aufweist.
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Nachfolgende
Einstellungen des Verstärkungsfaktors
der Verstärker
an dem Detektor müssen
vorgenommen werden, wenn die Distanz zwischen dem Sender und dem
Detektor variiert wird. In der Praxis wird der Verstärkungsfaktor
eingestellt, indem eine Abdeckung entfernt wird, um Zugang zu Schaltern
in dem Detektorgehäuse
zu erlangen, die verwendet werden, um den erforderlichen Verstärkungsfaktor
auf der Basis der Distanz zwischen dem Detektor und dem Sender zu
wählen.
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Probleme
treten auf, wenn der Benutzer die Abdeckung nicht richtig wiedereinsetzt
oder eine Verunreinigung in dem Gehäuse zurücklässt. Auch kann der Benutzer
einen Schaden an der Schaltung im Inneren des Gehäuses verursachen
oder die Schalter nicht korrekt stellen. Andere bekannte handelsübliche Systeme
verwenden Potenziometer anstelle von Schaltern, um den Verstärkungsfaktor
einzustellen, aber diese Systeme weisen dieselben Nachteile auf.
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Somit
wäre ein
dauerhaft abgedichtetes System von Vorteil, würde jedoch keine herkömmliche Einstellung
des Verstärkungsfaktors
eines Detektorverstärkers
zulassen.
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Die
FR 2 787 589 beschreibt
einen lageempfindlichen Detektor. Der Sensor umfasst eine lichtempfindliche
Zone und eine verschiebbare Maske, die bewegt werden kann, um einen
Teil der lichtempfindlichen Zone abzudecken.
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Die
vorliegende Erfindung sieht eine Messvorrichtung zum Detektieren
von Objekten vor, die einen Strahl einer Strahlung unterbrechen,
zur Verwendung an einer Maschine, wobei die Vorrichtung umfasst:
einen
Sender, der einen Strahlungssender zum Senden eines Strahls einer
Strahlung aufweist;
einen Detektor, der einen Strahlungsdetektor
zum Detektieren des Strahlungsstrahles aufweist; und
wobei
zumindest einer des Senders oder des Detektors einen Strahlungsbegrenzer
aufweist, der die den Detektor erreichende Strahlungsmenge begrenzt, wobei
der Strahlungsbegrenzer eine Einstellung zur Änderung der den Detektor erreichenden
Strahlungsmenge umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsbegrenzer
eine Vielzahl von Kappen umfasst, von denen jede an dem Sender und/oder
Detektor einrichtbar ist und jede einen Durchgang verschiedener Mengen
an Strahlung, die den Detektor erreichen, zulässt.
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Vorzugsweise
umfasst der Strahlungsbegrenzer einen Strahlungsdurchlassbereich
in der Form einer Öffnung
und die Größe der Öffnung ist veränderbar,
um die Einstellung zu bilden.
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Vorzugsweise
umfasst der Strahlungsbegrenzer eine Vielzahl von Kappen, von denen
jede an dem Sender und/oder Detektor einrichtbar ist und jede einen
Durchgang verschiedener Mengen an Strahlung durch ihre jeweiligen
Strahlungsdurchlassbereiche zulässt.
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Vorzugsweise
ist die Menge an Strahlung von der Distanz der Ausbreitung der Strahlung
abhängig.
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Somit
besitzen Ausführungsformen
der so gekennzeichneten Erfindung den Vorteil, dass der Sender und
der Detektor unter jeder praktischen Distanz beabstandet sein könne und
Kappen an einem oder beiden eingerichtet sein können, die einen Durchgang einer
Menge an Strahlung (z. B. Licht) zulassen, die für die Distanz zwischen dem
Sender und dem Detektor geeignet ist.
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Vorzugsweise
ist die Strahlung Licht.
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Vorteilhafterweise
weisen sowohl der Sender als auch der Detektor Gehäuse auf,
die mit einer Kappe versehen sind, und jede Kappe kann durch eine
andere ersetzt sein, die einen Durchgang von mehr Licht zulässt, wenn
die Distanz zwischen den beiden Gehäusen vergrößert ist, oder einen Durchgang
von weniger Licht zulässt,
wenn die Gehäuse näher zueinander
beabstandet sind.
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Vorzugsweise
weist zumindest eines der Gehäuse
einen Innenhohlraum auf, der im Gebrauch auf einen Druck druckbeaufschlagt
ist, der größer als
der Druck außerhalb
des Gehäuses
ist, und die Öffnung steht
in Fluidverbindung mit dem Hohlraum steht, so dass eine Fluidströmung durch
die Öffnung
von dem Hohlraum zu der Außenseite
des Gehäuses
bewirkt wird.
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Somit
weist die Öffnung
in Ausführungsformen
der Erfindung im Gebrauch eine Strömung eines Fluids, das von
ihr ausströmt,
z. B. Luft, auf, was die Öffnung
frei von Verunreinigungen hält.
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Die
Erfindung erstreckt sich somit auf ein Verfahren nach Anspruch 6
zum Einstellen der Menge an Strahlung, die in einer Messvorrichtung
empfangen wird, die einen Strahlungsstrahlsender und einen Strahlungsstrahldetektor
aufweist. Zumindest einer des Senders und des Detektors weist einen Strahlungsbegrenzer
mit einem Strahlungsdurchlassbereich auf, um einen Durchgang einer
Strahlung zuzulassen, der von einem undurchlässigen Bereich umgeben ist,
wobei das Verfahren den Schritt umfasst, dass die Menge an Licht,
die durch den Bereich hindurchgelangen kann, eingestellt wird.
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Das
Verfahren umfasst den Schritt, dass ein geeigneter Strahlungsbegrenzer
in der Form einer Kappe aus einer Vielzahl von Kappen gewählt wird, um
zu ermöglichen,
dass variierende Mengen an Strahlung hindurchgelangen, wobei die
gewählte Kappe
zulässt,
dass eine geeignete Menge an Licht hindurch übertragen wird, die durch die
Distanz der Ausbreitung der Strahlung bestimmt ist.
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Vorzugsweise
umfasst das Verfahren den Schritt, dass der Strahlungsstrahlsender
in beabstandeter Beziehung zu dem Strahlungsdetektor positioniert
wird.
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Verschiedene
Ausführungsformen
der Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben, wobei:
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1 eine
Messvorrichtung gemäß der Erfindung
zeigt, die an einer Werkzeugmaschine befestigt ist;
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2 einen
vereinfachten Schnitt durch die Mitte einer Messvorrichtung der
in 1 gezeigten Art zeigt;
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3a,
b und c Lichtbegrenzer zur Verwendung mit der Messvorrichtung von 2 zeigen;
und
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4 die Öffnung durch
die in den 3a, b und c gezeigten Lichtbegrenzer
im Detail zeigt.
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1 zeigt
eine Werkzeugmessvorrichtung 5, die zur Verwendung an einer
Werkzeugmaschine, z. B. einer computergesteuerten Werkzeugmaschine mit
einem Werkzeugmaschinen-Controller 56 und einem automatischen
Werkzeugwechsler 54, geeignet ist. Im Betrieb sendet die
Vorrichtung 5 einen Strahl von Licht 20 aus. Eine
Lichtaussendeeinheit 12 sendet den Strahl aus und eine
Lichtdetektionseinheit 32 detektiert den Strahl. Die beiden
Einheiten sind in Gehäusen 10 bzw. 30 angeordnet
und jedes ist an einer Basis 40 befestigt.
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Im
Gebrauch wird ein Werkzeug, z. B. das Werkzeug 50, durch
seine Halterung 52 in Richtung des Strahls 20 (oder
von diesem weg) bewegt, bis es den Strahl verdeckt (oder wiederherstellt).
Die Messung des Werkzeugs erfolgt in dem Augenblick, in dem der
Lichtstrahl unterbrochen oder wiederhergestellt wird. Herkömmlicherweise
wird ein Auslösesignal
von der Vorrichtung zu dem Maschinen-Controller 56 gesendet,
um anzuzeigen, dass der Strahl unterbrochen oder wiederhergestellt
ist. Das Auslösesignal
wird erzeugt, wenn eine Spannung an dem Detektor überschritten
wird.
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2 zeigt
einen Schnitt durch die Mitte einer Messvorrichtung der in 1 gezeigten
Art. In dieser Vorrichtung ist die Lichtaussendeeinheit innerhalb
des Gehäuses 10 abgedichtet.
Die Einheit weist eine Laserdiode 16 auf, die den Lichtstrahl 20 aussendet.
Die Breite des Lichtstrahls 20 kann durch eine von einer
Anzahl von Lichtbegrenzerkappen 14 begrenzt sein. Die Kappen 14 sind
in den 3a, b und c in größerem Detail
gezeigt, sie besitzen aber im Wesentlichen eine Öffnung 11 zum Begrenzen
der Menge an Licht, die hindurchgelangt. Die Öffnung 11 ist zu einem
Innenhohlraum 18 in dem Gehäuse 10 offen, der
durch eine Druckluftversorgung 42 druckbeaufschlagt ist.
Somit entweicht Luft konstant von der Öffnung 11 zu der Außenseite
des Gehäuses,
sodass die Öffnung
nicht durch eine Verunreinigung blockiert wird.
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Der
Lichtstrahl kann sich zu einer weiteren Kappe 34 ausbreiten,
die an der Lichtdetektionseinheit 32, welche in einem Gehäuse 30 untergebracht ist,
befestigt ist. Eine Fotodiode 36 detektiert den Lichtstrahl,
wenn er vor handen ist. Die Menge an Licht und somit die Fotodiodenspannung
ist in dieser Ausführungsform
durch die Größe der Öffnung in
der Kappe 14 steuerbar. Eine automatische Verstärkungsschaltung
ist vorgesehen, um die Änderung
der Lichtniveaus zu berücksichtigen,
sodass weniger Kappen 14 verwendet werden müssen.
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Luft
entweicht auch aus einer Öffnung 31 in der
Kappe 34 aus einem druckbeaufschlagten Hohlraum 38.
Druckluft, Energie und Signale werden über eine Versorgung 42 bzw.
Kabel 44 innerhalb der Basis 40 zugeführt. In
diesem Beispiel ist jedes der Gehäuse 10 und 30 auch
an der Basis 40 befestigt. Die Gehäuse können jedoch direkt an einer
Maschinenfläche
wie z. B. der in 1 gezeigten Werkzeugmaschinenfläche 58 befestigt
sein.
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Im
Sinne der Vielseitigkeit kann die Distanz zwischen den Gehäusen 10 und 30 variieren.
Dies kann z. B. durch eine Wiederbefestigung der Gehäuse an verschiedenen
Positionen an der Basis 40 oder durch Verwendung von Basen 40 mit
unterschiedlichen Längen
erfolgen. Eine Trennung von wenigen Millimetern bis 5 m oder mehr
ist möglich.
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Eine Änderung
der Distanz zwischen der Aussendeeinheit 12 und der Detektionseinheit 32 ändert die
Menge an an der Detektionseinheit einfallendem Licht und verursacht
möglicherweise
einen Überschuss
oder einen Mangel an Licht an dem Detektor. Dieses Problem wird
durch Vorsehen eines Bereiches von in den 3a, b
und c gezeigten Lichtbegrenzungskappen überwunden, die die Breite des
detektierten Strahls ändern. Überdies
ist ein schmalerer Strahl zur Messung kleinerer Werkzeuge nützlicher.
Ein Bereich von Kappen lässt
zu, dass nur eine Art von Sender und Detektor mit einer geeigneten
Kappe hergestellt und eingerichtet wird.
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Nach
der Fertigung sind keine Einstellungen an den Schaltungen des Senders
und des Detektors erforderlich.
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Die 3a,
b und c zeigen Beispiele von Begrenzerkappen 14 und 34.
In 3a ist eine kleine Distanz 'a' zwischen
den Kappen ist vorhanden, sodass ein schmalerer Strahl 20a verwendet
werden kann, da Lichtverluste im Strahlengang, z. B. infolge einer
Streuung des Strahls, gering sind.
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3b zeigt
eine größere Distanz 'b' zwischen den Kappen 14b und 34b.
Eine größere Distanz 'b' führt
zu Verlusten, sodass ein breiterer Strahl von Licht 20b erforderlich
ist. Dies wird in dieser Ausführungsform
durch das Vorsehen größerer Öffnungen 11b und 31b erreicht.
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In
gleicher Weise zeigt 3c eine noch größere Distanz 'c' und noch größere Öffnungen 11c und 31c.
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Seitlich
von jeder der 3a, b und c ist eine Darstellung
einer jeden Kappe in der Richtung der Achse der jeweiligen Strahlen 20a,
b und c gezeigt. Die unterschiedlichen Größen der Öffnungen sind aus diesen Fig.
offensichtlich.
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Es
ist ersichtlich, dass die Achse einer jeden der Öffnungen relativ zu der Achse
des Strahls 20 (um einen in 4 gezeigten
Winkel θ)
versetzt ist. Es ist bekannt, dass Luft, die auf derselben Achse verläuft wie
der Strahl, ein Rauschen in dem Signal an dem Detektor verursacht,
wohingegen Luft, die schräg
durch die Öffnung
strömt,
eine weit geringere Wirkung besitzt.
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Eine
typische verwendete Öffnung
ist in 4 gezeigt. Bisher wurde eine kreisförmige Öffnung verwendet,
was bei Betrachtung in der Richtung des Strahls zu einem lidförmigen Strahl
führte.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Öffnung oder einen anderen Lichtdurchlassbereich
mit Haupt- und Nebenachsen
(z. B. x und y) vor, wobei die Hauptachse länger als die Nebenachse ist,
die Öffnung
oder der andere Strahlungsdurchlassbereich sich schräg (z. B.
unter den Winkel θ)
zu der Achse der Strahlungsausbreitung durch die Öffnung im
Gebrauch erstreckt und die Hauptachse sich ebenfalls schräg (z. B.
unter 90 Grad) zu der Achse der Strahlung erstreckt.
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Vorzugsweise
beträgt
der Winkel θ etwa
5-45 Grad, bevorzugter etwa 15-30
Grad, noch bevorzugter etwa 30 Grad.
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Während die
Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben und veranschaulicht
wurde, werden dem Fachmann Abwandlungen der Erfindung ohne Weiteres
einsichtig sein.
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Während ein
Werkzeugdetektor zur Verwendung an einer Werkzeugmaschine beschrieben
und veranschaulicht wurde, erstreckt sich die Erfindung auf einen
Detektor für
ein beliebiges Objekt. Während
die Verwendung mit einem Lichtdetektionsstrahl gezeigt wurde, ist
verständlich,
dass ein beliebiger Strahl von elektromagnetischer Strahlung wie
z. B. Infrarotstrahlung verwendet werden könnte. Anstelle einer Öffnung in
einer Reihe von Kappen könnte
eine Öffnung
mit variabler Größe verwendet
werden. Alternativ könnte
ein lichtdurchlässiges
Fenster verwendet werden (z. B. Glas). Das Fenster könnte verschiedene
Größen in einer
Reihe von Kappen sein und/oder könnte
variierende Grade an Lichtdurchlässigkeit
aufweisen, sodass variierende Mengen an Licht durch jedes Fenster
gelangen können.
Ein Fenster mit variabler Größe könnte z.
B. in der Form eines Lichtventils mit variabler Größe wie z.
B. einer Flüssigkristallanzeige
ver wendet werden, die Abschnitte aufweist, welche bedienbar sind,
um die Menge an Licht, das hindurchgelangt, zu erhöhen oder
zu verringern.
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Die
Ausführungsformen
zeigen, dass beide Gehäuse
eine Kappe 14 und 34 aufweisen. Es kann allerdings
an nur einem der Gehäuse
ein/e Öffnung oder
Fenster wie oben beschrieben vorgesehen sein, um die gewünschte Menge
an Licht an dem Detektor zu erzielen. Die in den 3a,
b und c gezeigte Kappe könnte
durch eine austauschbare ebene Platte mit einer Öffnung oder einem Fenster darin
ersetzt sein.
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Das
Einstellen der Beabstandung zwischen den Gehäusen 10 und 30 kann
durch ein beliebiges geeignetes Mittel erreicht werden, z. B. durch
Befestigen dieser Gehäuse
an verschiedenen Positionen an einer Basis 40, durch Fixieren
einer gewünschten Beabstandung
direkt an einem Werkzeugmaschinenbett 58, oder durch Vorsehen
von Basen, die die gewünschte
Beabstandung aufweisen.
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Ein
weiter Bereich von Beabstandungen zwischen dem Gehäuse (wenige
Millimeter bis 5 m oder mehr) kann, wie gezeigt, mit nur drei verschiedenen Kappenöffnungen
erzielt werden. Eine automatische Verstärkungsschaltung wird verwendet,
um die Betriebsspannung zu korrigieren, wenn verschiedene Beabstandungen
mit derselben Kappe verwendet werden. Diese Schaltung ist hilfreich,
um den Beabstandungsbereich zu erhöhen, der von einer Kappe untergebracht
werden kann. Weniger oder mehr Kappen könnten verwendet werden. Es
könnten
auch weniger oder mehr als drei Lichtbegrenzer verwendet werden.
Es können
Lichtdurchlassbereiche verschiedener Größe verwendet werden, wenn zwei
Bereiche gebraucht werden. Die Lichtaussendeeinheit 10 und die
Lichtdetektionseinheit können
nebeneinander, unter Umständen
in demselben Gehäuse,
angeordnet sein. In diesem Fall sucht die Lichtdetektionseinheit
nach Licht oder einer anderen Strahlung, das/die von einem Objekt
reflektiert wird, wenn es den durch die Lichtaussendeeinheit 10 ausgesendeten
Strahl passiert. Somit mag es notwendig sein, die Menge an Strahlung
in dem Strahl abhängig
von der ungefähren
Distanz zwischen dem Objekt und dem Sender/Detektor 10/30 zu ändern.
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Es
ist daher die Distanz der Ausbreitung der Strahlung, die die erforderliche
Menge an Strahlung des Strahls definiert und nicht nur die Distanz
zwischen den beiden Gehäusen
der Sender- und der Detektoreinheit.