JP6489381B2 - センサ装置および／またはアクチュエータ装置を無接触支承するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、センサ装置および／またはアクチュエータ装置を、少なくとも領域的に音響反射性の基板、とりわけ薄板に対して無接触支承するための方法および装置に関するものであり、可動の懸架部と、該懸架部に機械的に接続されたセンサ装置および／またはアクチュエータ装置と、該懸架部に機械的に接続された位置決め装置とを備え、該位置決め装置は前記センサ装置および／またはアクチュエータ装置を基板に対して無接触支承するための少なくとも１つの無接触ベアリングを有する。

測定値を無接触で記録するためのセンサを備えるセンサ装置は、とりわけ、測定データを記録すべき物質が連続的に運動される場合、あるいは該物質および／またはセンサが相互の接触により損傷されるおそれがある場合に必要である。運動する物質とセンサとの間に規定の間隔を維持すべき場合、特許文献１から、エアベアリングを使用してセンサ装置と該物質との間に間隔を形成することが公知である。ここでの欠点は、エアベアリングを形成するために付加的な作動媒体、すなわち圧縮空気を提供しなければならないことであり、圧縮空気の形成はとりわけ経常的な稼働コストの上昇の原因となる。さらにセンサないしセンサ装置と物質との間の間隔はエアクッションの厚さに依存しており、この厚さはさらに、噴出する空気の圧力と量により影響を受ける。したがってセンサと物質との間の間隔を調整することは比較的面倒であり、加えて媒体供給の変動に依存する。

ドイツ特許公開公報第３４３５９０８号

したがって本発明の基礎とする課題は、冒頭に述べた従来技術から出発して、センサ装置および／またはアクチュエータ装置と殊に運動する基板との間の一定の間隔を簡単かつ確実に保証することのできるように装置を改善することである。さらにこの装置は、稼働時に小さな経常的コストしか引き起こさないことが望ましい。

本発明は前記課題を、装置に関しては、位置決め装置が超音波場を照射する少なくとも１つのソノトロードを有し、前記超音波場は、ソノトロードと基板との間にセンサ装置および／またはアクチュエータ装置を基板に対して無接触で支承するための音響的浮揚波を、超音波ベアリングとして構成された無接触ベアリングを介して形成する、ことによって解決する。

前記位置決め装置が、超音波場を照射する少なくとも１つのソノトロードを有していれば、センサ装置および／またはアクチュエータ装置と少なくとも領域的に音響反射性の基板との間の間隔を極めて一定に保つことができる。なぜならソノトロードと基板との間に、センサ装置および／またはアクチュエータ装置を無接触支承するための音響的浮揚波を、超音波ベアリングとして構成された無接触ベアリングを介して形成することができるからである。さらにこれにより、センサ装置および／またはアクチュエータ装置と基板との間の間隔を、付加的な作動媒体を使用せずに維持することができ、とりわけ特に一定にも維持することができる。すなわちセンサ装置および／またはアクチュエータ装置並びに位置決め装置の可動の懸架部により、ソノトロードから照射される超音波場は、センサ装置および／またはアクチュエータ装置と基板との間の間隔を、とりわけ基板が移動する場合でも固定することができる。これにより位置決め装置は近接野に超音波ベアリングを形成し、この超音波ベアリングはセンサ装置および／またはアクチュエータ装置を基板に対して正確な間隔で保持する。超音波場を形成するための電流はほとんどいずれのセンサ装置でも使用可能であるから、超音波ベアリングは、超音波場を形成するための電気エネルギーは別にして付加的な作動媒体無しで構築することができる。したがって本発明による装置は非常にフレキシブルに使用することができ、これにより例えば圧縮空気または他の媒体供給部のような特別の駆動手段が使用可能ではない、または許容されない施設の領域にも当該装置を設置することができる。さらにソノトロードと基板との間に超音波を伝達するのに適するガス状媒体が存在していれば、本発明には十分である。したがって一方では設置コストおよび費用を低減することができ、連続運転に関するコストも低減することができる。

一般的に、少なくとも領域的に音響反射性の基板とは、相接する媒体よりも大きな音響抵抗を有する基板であると理解することができ、したがって相接する媒体、とりわけガス、ガス混合気、保護ガスまたは空気は、特に音響的に柔らかいと理解される。少なくとも領域的の音響反射性の基板に対しては、特に金属製の基板、とりわけ薄板、好ましくはスチール薄板が適する。この金属製の薄板は被覆しても被覆しなくても良い。しかし他の金属製製品、半製品またはその前駆材料における当該装置の使用も同様に考えられる。本発明は、ガラス、セラミックまたはそれらの複合材料から成る少なくとも領域的の音響反射性の基板に対しても適する。さらにセンサ装置とは、少なくとも領域的に音響反射性の基板からの測定データを記録するためのいずれかの装置であると考えられる。例えば誘導性センサ、温度センサ、デジタルセンサ等である。アクチュエータ装置とは、金属製の基板に作用することができ、この基板が例えば押圧、洗浄、注油等されるいずれかの装置であると理解することができる。

ソノトロードが、センサ装置および／またはアクチュエータ装置の少なくとも１つのセンサおよび／またはアクチュエータに対する開口部を有していれば、センサおよび／またはアクチュエータを側方でソノトロードにより完全に包囲することができ、これにより特に均等で一定の支承を形成し維持することが可能になる。さらにこれによって、機械的保護をセンサ装置およびアクチュエータ装置に提供することが可能である。

センサおよび／またはアクチュエータが側方の遊びをもって少なくとも部分的にソノトロードの開口部に突入していれば、このことは測定データの検出を改善する。センサおよび／またはアクチュエータとソノトロードとの間の遊びに基づいて、すなわち例えば振動による干渉を阻止ないし少なくとも低減することができる。とりわけ障害なしで動作するセンサ装置および／またはアクチュエータ装置をこのようにして創出することができ、これは当該装置の安定性の向上にも寄与することができる。

さらにセンサ装置および／またはアクチュエータ装置の少なくとも１つのセンサおよび／またはアクチュエータがソノトロードに対して側方に、該ソノトロードに対して遊びをもって設けられていれば、センサ装置および／またはアクチュエータ装置はソノトロードの縁部を越えて作動することができる。とりわけこれにより、基板のエッジ領域にもセンサ装置および／またはアクチュエータ装置がアクセスすることができる。好ましくはセンサおよび／またはアクチュエータは、ソノトロードに対して芯合わせして配置されている。このことは、基板の縁部領域を検出する場合に有利であり、とりわけプリント基板形状のスチール薄板の場合に有利であり得る。さらにこの芯合わせにより、ソノトロードの平衡状態を維持することができ、これにより特に頑強で安定した装置が可能となる。

当該装置が基板として運動する薄板、とりわけスチール薄板と、運動する基板を案内するための偏向ローラとを有する場合には、ソノトロードを用いたセンサ装置および／またはアクチュエータ装置の位置決めを特徴とすることができる。すなわち公知のように可運動する薄板は振動に脆弱であるが、それでもなお本発明によりソノトロードを用いることによって、センサ装置および／またはアクチュエータ装置の正確な位置決めを保証することができる。

センサ装置および／またはアクチュエータ装置のセンサおよび／またはアクチュエータもソノトロードも基板上に配置されている場合、このことは当該装置の構造的な単純性および安定性の点で有利であり得る。すなわちセンサ装置および／またはアクチュエータ装置が基板に対して上方に間隔をおいて位置決めされていれば、場合により測定結果を誤らせる汚れ、すなわち基板の輸送により基板の下側に生じている汚れはほとんど無視できる。センサ装置および／またはアクチュエータ装置の重量の力の相応の一部が懸架によって補償される場合、超音波ベアリングの形成に基づき、センサ装置および／またはアクチュエータ装置は上方からも基板に間隔をおいて保持することができる。センサ装置および／またはアクチュエータ装置とソノトロードが偏向ローラの上ないし上方に配置されていれば、このことは測定データの検出も改善する。なぜなら運動する基板における振動が偏向ローラの領域では緩和された程度でしか発生しないからである。さらに薄板は、偏向ローラにあるその支持部により超音波ベアリングによって押し離されることはない。これにより基板の振動傾向をさらに緩和することが可能である。

センサ装置および／またはアクチュエータ装置のセンサおよび／またはアクチュエータもソノトロードも、偏向ローラにより湾曲された基板の領域に配置されていれば、このことは当該装置の安定性および機能確実性のさらなる改善を引き起こすことができる。すなわち湾曲された領域では基板が全面で偏向ローラに当接し、このことは超音波ベアリングに起因する振動を付加的に防止することができる。

ソノトロードが少なくとも領域的に湾曲した基面を有していれば、このことは偏向ローラにおける位置決めの際に特に有利に作用する。ソノトロードの湾曲した基面により、ソノトロードないしセンサ装置および／またはアクチュエータ装置と偏向ローラの上を走行する基板との間の支承間隔を均等にすることができる。有利には基面の曲率は、偏向ローラで偏向される薄板の曲率に、薄板とソノトロードとの間の空隙を考慮して相当することができる。

位置決め装置とセンサ装置および／またはアクチュエータ装置が懸架部を介して回転可能に支承されていれば、このことはセンサ装置および／またはアクチュエータ装置の場合により付加的な使用可能性を許容することができる。このように構成されたセンサ装置および／またはアクチュエータ装置により、水平とは異なって運動する、または位置決めされた基板でも確実に位置を維持することができる。

回転ベアリングを介してソノトロードを有するレバーアームから分離された別のレバーアームに負荷軽減重りが設けられていれば、基板へのソノトロードの設置を受動的に行うことができる。

懸架部がソノトロードの少なくとも１つの振動ノードを介して当該ソノトロードと機械的に接続されていれば、このことはセンサ装置および／またはアクチュエータ装置の安定性を高めることができる。したがってソノトロードの超音波振動は、懸架部を介してセンサ装置および／またはアクチュエータ装置に伝達することができない。なぜならこの振動ノードでは、超音波振動の振幅が小さいか、それどころか十分に無視できることが見込まれるからである。

懸架部が少なくとも１つの線形案内部を有していれば、例えば基板の全幅にわたる水平および垂直の線形案内部により、センサ装置および／またはアクチュエータ装置を基板に対してより良く位置決めすることができる。さらに垂直の線形案内部は、センサ装置および／またはアクチュエータ装置と基板との間で最初の間隔調整を実施することを可能にする。なぜなら超音波ベアリングはソノトロードの近接野で初めて作用することができるからである。そして最小間隔の信頼性のある維持は、超音波により形成される超音波ベアリングによって行うことができる。

懸架部が弾性ベアリングを有していれば、ソノトロードはある程度の運動自由度をその固定部に付与することができる。

センサ装置および／またはアクチュエータ装置が誘導性センサ、とりわけ渦電流センサを有していれば、スチール薄板から検出した測定データを、欠陥および汚れの検査のために利用することができる。さらにこの種のセンサは、とりわけ運動するスチール薄板で発生し得る不利な環境の影響に対して比較的不感である。

さらに本発明の課題は、センサ装置および／またはアクチュエータ装置を、冒頭に述べた形式の運動する基板の上に位置決めするための方法を簡素化し、その際に連続運転コストを低く保つことである。

本発明はこの方法に関する課題を、超音波ベアリングのために少なくとも１つのソノトロードにより超音波場を照射し、音響的浮揚波をソノトロードと運動する基板との間に形成し、これによりソノトロードと機械的に接続されたセンサ装置および／またはアクチュエータ装置を基板から離間することによって解決する。

少なくとも１つのソノトロードが超音波場を照射し、これにより音響的浮揚波がソノトロードと少なくとも領域的に音響反射性の運動する基板との間に形成される場合、これにより形成された超音波ベアリングによって、ソノトロードに機械的に接続されたセンサ装置および／またはアクチュエータ装置が基板から離間されると、センサ装置および／またはアクチュエータ装置の位置をエレガントに安定して正確に調整することができる。さらにこれにより、基板がセンサ装置および／またはアクチュエータ装置によって接触されることを常に回避することができる。さらに近接野作用によって超音波に形成されたベアリングは、センサ装置および／またはアクチュエータ装置が非常に小さな間隔で接近することを許容し、その際に接触する危険性はない。したがって超音波ベアリングを形成するためにソノトロードを使用することにより、センサ装置および／またはアクチュエータ装置を運動する基板の上に位置決めするための簡単で安定性がありかつ確実な方法を達成することができる。

図面には例として本発明が、複数の実施形態に基づき詳細に示されている。

第１実施例による装置の断面図である。 位置決め装置、センサ装置および懸架部の図１の一部拡大図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩに対応する断面図である。 第２実施例による装置を示す図である。 第３実施例による位置決め装置、センサ装置および懸架部を示す図である。 第４実施例による装置の部分図である。

図１によれば例として、第１実施例の装置１の側面が断面図で示されている。この装置１は、可動かつ音響反射性の基板２、すなわちスチール薄板と構成群３を有する。構成群３は可動の懸架部４を含み、この懸架部には位置決め装置５とセンサ装置６の両方が機械的に接続されている。センサ装置６の代わりにまたはそれに加えてアクチュエータ装置６を設けることも考えられる。これは分かり易くするために図示されていない。センサ装置６は、基板２に対して無接触で位置決めないし保持されている。

本発明によればこのことは、位置決め装置５のソノトロード７が超音波場を照射することによって達成される。超音波場により生じた音響的浮揚波は、センサ装置６と運動する基板２との間の空隙８に超音波ベアリング１７を形成する。図２を参照。したがってセンサ装置６と運動する基板２との間の間隔は固定され、そのために付加的な作動媒体は必要ない。これにより装着の際の簡素化と連続運転コストの低減の両方が達成される。

とりわけ図２と３の詳細図から分かるように、ソノトロード７は、センサ装置６ないしそのセンサ１６に対する開口部９を有する。センサ１６は側方に遊びをもってこの開口部９に突入しており、これにより基板２から測定データを検出する。センサ１６はすべての側面でソノトロード７により取り囲まれているから、センサ装置６と運動する基板２との間にも均等な超音波ベアリング１７が保証される。

センサ装置６はいずれの形式のセンサ１６でも有することができるが、基板２での測定のためには渦電流センサが特に良く適する。

図１に基づき分かるように、特に偏向ローラ１０による基板２の湾曲領域においてセンサ装置６とソノトロード７を基板２上に配置することにより、基板２がセンサ装置６の領域では偏向ローラ１０の上に全面で載置されるという利点を利用することができる。したがって基板２は、超音波ベアリング１７に起因する力によってその位置ないし状態から移動されることはあり得ない。したがって力は位置決め装置５にだけ作用することができ、本発明によればこの位置決め装置を基板２に対して固定の間隔で保持することができる。基板２の振動はこれにより排除され、安定した装置ないし測定データの正確な検出が保証される。ソノトロード７は基板２の湾曲領域に超音波ベアリング１７を形成するから、ソノトロード７は湾曲した基面１１を有し、この湾曲した基面は偏向ローラ１０による湾曲領域の曲率に相当する。湾曲した基面１１によって、偏向ローラ１０の上ないし上方に位置決めする際でも超音波ベアリング１７に対する均等な空隙８を保証することができる。

図４の第２実施例に示すように、懸架部４は、構成群３の回転点１２を介して回転可能に支承されている。これにより装置１００の位置決め装置５を、偏向ローラ１０の領域でも正確に基板２の湾曲領域に支承し、位置決めすることができる。この位置決めおよび支承も、回転可能な支承部１２を介してだけではなく、水平線形案内部１４および垂直線形案内部１５の支援によっても行うことができる。

さらに図３から分かるように、ソノトロード７は懸架部４と振動ノード１３において接続されている。振動ノード点１３を懸架部４に対する作用点として選択することにより、有利には構成群３の他の部分への超音波振動の伝達が回避される。したがって本発明による測定値は、ソノトロード振動の障害的影響無しでセンサ装置６によって記録することができる。

さらに図１および４には位置決め装置の機械的固定部における弾性支承部１８が示されており、この弾性支承部はソノトロード７の運動に対して補償的に作用する。この弾性支承部１８は、構造的に簡単にはバネ１９とこれにより負荷された案内ロッド２０を有するが、別の実施形態ももちろん同様に考えられる。

図５による第３実施例では装置１０１が２つのセンサ１６を、ソノトロード７に対して空隙をもってソノトロード７の側方に有する。２つのセンサ１６は、ソノトロード７の側面に対してセンタリングされており、これにより装置の測定重心がソノトロードの領域では直立に維持される。図５ではアクチュエータを設けることも考えられる。さらにソノトロード７は、さらなるセンサ１６およびアクチュエータに対する開口部も図３に示すように有することができるが、図５では詳細に図示されていない。

一般的に述べると、もちろん複数のソノトロード７をセンサおよび／またはアクチュエータと共に並べて、それらの中間領域および／またはソノトロードにある開口部に設けることができる。

一般的に述べると、装置にはさらに制御および／または調整装置を配設することができ、これにより付加的なセンサからおよび／またはソノトロード自体を介して記録されたセンサ信号によりソノトロードの照射特性に作用するために、例えば実際間隔を目標間隔に調整ないし制御することができる。これらのセンサ信号は、例えば間隔測定データおよび／または間隔に依存する他の測定データを含むことができ、これらの測定データを介してソノトロードと基板との間の実際間隔を推定することができる。このことは詳細には図示されていない。

図６によれば、第４実施例によるさらなる装置１０２が示されている。この装置１０２は、ソノトロード７の位置決めのために受動的な措置だけで足りており、図１と４による実施形態に比較して線形案内部が省略されている。例えば図６の装置１０２は、懸架部４に２つのレバーアーム２１と２２を有し、これらのレバーアームは共通の回転ベアリング１２に接続している。レバーアーム２１はソノトロード７を支持し、他方のレバーアーム２２には負荷軽減重り２３が設けられている。これによりソノトロード７は重量負荷軽減することができ、このことは制御コストを有利に低減し、センサ１６を基板２に対して無接触で支承するためのソノトロード７の電力消費も有利に低減する。

Claims (15)

1. センサ装置および／またはアクチュエータ装置（６）を、少なくとも領域的に音響反射性の基板（２）、とりわけ薄板に対して無接触支承するための装置であって、可動の懸架部（４）と、該懸架部（４）に機械的に接続されたセンサ装置および／またはアクチュエータ装置（６）と、該懸架部（４）に機械的に接続された位置決め装置（５）とを備え、該位置決め装置は前記センサ装置および／またはアクチュエータ装置（６）を基板（２）に対して無接触支承するための少なくとも１つの無接触ベアリングを有する装置において、
   前記位置決め装置（５）は、超音波場を照射するために少なくとも１つのソノトロード（７）を有しており、該超音波場は、ソノトロード（７）と基板（２）との間に、センサ装置および／またはアクチュエータ装置（６）を基板（２）に対して無接触で支承するための音響的浮揚波を、超音波ベアリング（１７）として構成された無接触ベアリングを介して形成する、ことを特徴とする装置。
2. 前記ソノトロード（７）は、センサ装置および／またはアクチュエータ装置（６）の少なくとも１つのセンサ（１６）および／またはアクチュエータに対する開口部（９）を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. センサ（１６）および／またはアクチュエータは、側方の遊びをもって少なくとも部分的に前記ソノトロード（７）の開口部（９）に突入している、ことを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. センサ装置および／またはアクチュエータ装置（６）の少なくとも１つのセンサ（１６）および／またはアクチュエータは、ソノトロードに対して側方に当該ソノトロードに対して遊びをもって設けられている、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 当該装置（１，１００，１０１，１０２）は、基板（２）として薄板、とりわけスチール薄板と、該基板（２）を案内するための偏向ローラ（１０）とを有する、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. センサ装置および／またはアクチュエータ装置（６）の少なくとも１つのセンサ（１６）および／またはアクチュエータとソノトロード（７）の両方が、基板（２）上に、とりわけ偏向ローラ（１０）上に配置されている、ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. センサ装置および／またはアクチュエータ装置（６）の少なくとも１つのセンサ（１６）および／またはアクチュエータとソノトロード（７）の両方が、偏向ローラ（１０）により湾曲された基板（２）の領域に配置されている、ことを特徴とする請求項５または６に記載の装置。
8. ソノトロード（７）は、少なくとも領域的に湾曲した基面（１１）を有する、ことを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 位置決め装置（５）とセンサ装置および／またはアクチュエータ装置（６）は、懸架部（４）を介して回転可能に支承されている、ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
10. 回転ベアリング（１２）を介してソノトロード（７）を備えるレバーアーム（２１）から分離された別のレバーアーム（２２）には負荷軽減重り（２３）が設けられている、ことを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記懸架部（４）は、ソノトロード（７）の少なくとも１つの振動ノード（１３）を介して当該ソノトロード（７）と機械的に接続されている、ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記懸架部（４）は、少なくとも１つの線形案内部（１４，１５）を有する、ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記懸架部（４）は弾性支承部（１８）を有する、ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
14. センサ装置および／またはアクチュエータ装置（６）は、誘導性センサ（１６）、とりわけ渦電流センサを有する、ことを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
15. センサ装置および／またはアクチュエータ装置（６）を、少なくとも領域的に音響反射性の運動する基板（２）、とりわけスチール薄板に対して無接触で支承するための方法であって、無接触ベアリングを介して前記センサ装置および／またはアクチュエータ装置（６）は基板（２）から離間される方法において、
    超音波ベアリング（１７）のために、少なくとも１つのソノトロード（７）により超音波場を照射し、音響的浮揚波を該ソノトロード（７）と運動する基板（２）との間に形成し、これによりソノトロード（７）と機械的に接続されたセンサ装置および／またはアクチュエータ装置（６）を基板（２）から離間する、ことを特徴とする方法。

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