WO2012160204A1 - Auflagenkontrollvorrichtung - Google Patents
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- WO2012160204A1 WO2012160204A1 PCT/EP2012/059892 EP2012059892W WO2012160204A1 WO 2012160204 A1 WO2012160204 A1 WO 2012160204A1 EP 2012059892 W EP2012059892 W EP 2012059892W WO 2012160204 A1 WO2012160204 A1 WO 2012160204A1
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Classifications
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Definitions
- the invention relates to the use of a flowmeter for determining the position of an object relative to a reference surface, in particular for support control for workpieces or workpiece carriers, according to the preamble of claim 1, and a measuring device for determining the position of an object relative to a reference surface, in particular a
- Pad control device for workpieces or workpiece carriers according to the preamble of claim 7.
- the invention further relates to methods for operating such a measuring device.
- volume flow meters such as, for example, magnetic-inductive flow meters, ultrasonic flow meters and
- Differential pressure flow meters, and mass flow meters such as thermal flow meters and Coriolis mass flow meters.
- Thermal flowmeters are known per se. They work according to the calorimetric principle, in which a specific temperature behavior is determined on the basis of the heat transfer occurring as a function of the flow velocity. Essentially, there are two options here
- a heater with a constant heating power generates a local temperature increase, which is detected by a first measuring element.
- a second measuring element at another location measures a reference temperature, which corresponds to the temperature of the medium.
- the flow velocity can now be determined from the temperature difference between the two measuring points.
- a second possibility provides that a heating element with variable heating power generates the local temperature increase.
- a regulation varies the heating power in such a way that a predetermined, constant temperature difference is measured by the remote measuring element. This varying heating power can then be evaluated as a measure of the flow rate.
- Measuring devices of the latter type are known, for example, from German Patent 10 2004 055 101 and are marketed by the applicant under the product name SDxxxx.
- Measuring devices in particular pneumatic bearing control devices of the type mentioned measure and monitor the change of the distance or the correct position of an object, e.g. a workpiece or workpiece carrier, to a reference surface - the so-called. Gap distance - and are in different
- Measuring devices have been known for many years and are, for example, from the
- DE-A 196 08 879 shows such a device in which nozzles are arranged in a bearing surface of a clamping device.
- a pressure medium for example compressed air
- a workpiece fed to the clamping device approaches the nozzles, so that a dynamic pressure is formed.
- a gap is formed which leads to a lower pressure value.
- the dynamic pressure value is detected and, depending on this, a signal is triggered which, in the case of an incorrect position, fixes the workpiece in the
- Foreign bodies can also cause changes to the workpiece itself cause of a gap. Such changes may be, for example, deviating dimensions, in particular resulting from distortion or changes in the surface.
- DE-A 102 39 079 shows such a pneumatic support control device in which compressed air emerging from a measuring nozzle flows against a workpiece arranged opposite the nozzle. In the supply line to the measuring nozzle, a diaphragm is arranged.
- a differential pressure sensor By means of a differential pressure sensor, the pressure drop across the orifice is determined, which is a measure of the flow or the flow and thus the gap distance.
- the differential pressure sensor is as Threshold designed and outputs an electrical binary signal, which is dependent on whether the dynamic pressure is above or below a predefined limit differential pressure.
- Supply duct a part of a complex, branched pipe system. If a consumer is switched on or off elsewhere in the piping system, the immediate effect on the feed pressure in the other branches of the system, i. on the pressure in front of the aperture device. Since there is no relationship between the pressure changes before and the resulting pressure change after the aperture device - at least this relationship is not readily apparent - can not say for sure if changes, whether the cause is a change in the gap distance. Individual pressure regulator that the
- An alternative edition control device shows the German patent 101 55 135 of the applicant. Again, the back pressure is measured at a reference nozzle, but the effective exit area of the reference nozzle is adjustable. Two parallel diaphragm devices, the reference nozzle and the measuring nozzle are connected to a bridge, which can be similar to a Wheatstone bridge by changes to the reference nozzle, for example. By a micrometer or a perforated disc, adjust so that the diagonal pressure is zero.
- the diaphragm device When flushing operations in which air with increased flow rate and thus increased volume to be blown through the supply channel, the diaphragm device can be a problem, which represents an obstacle and thus the maximum
- Impurities can, for example, be caused by residues of coolants / lubricants whose use is common in many manufacturing processes.
- Impurities can, for example, be caused by residues of coolants / lubricants whose use is common in many manufacturing processes.
- Object of the present invention is to provide a measuring device of the aforementioned type, which does not require aperture device, therefore allows a freely selectable nozzle diameter - in terms of number of measuring nozzles and the diameter itself - and is easy to clean, and occurring
- the object shown is achieved by the use of a flowmeter with the features of claim 1, a measuring device with the features of claim 7 and by a method according to the
- Mass flow sensor 21 the integrated pressure sensor 30 and the longitudinally extending supply duct portion 10 a as part of
- a pressure supply unit 4 generates an air flow with a pressure p, which is conducted via the supply duct 10 through the flow meter 20 to at least one nozzle 2.
- the two nozzles 2 shown in Figure 1 are only exemplary; the invention is not limited to this number. There are both only one nozzle 2 and a plurality of parallel nozzles 2 conceivable. Above the two nozzles 2, a workpiece or a workpiece carrier 3 is arranged, the distance to the nozzle 2 - the so-called gap distance - to be determined.
- Supply passage portion 10 a is measured by the pressure sensor 30.
- the pressure sensor 30 is designed as a sensor board.
- Such sensor boards have a passage opening, with a silicon wafer arranged therein, which can be pressurized on both sides.
- the flow meter 20 has for this purpose a slot-shaped recess into which the sensor board can be inserted.
- the pressure sensor is used as a relative pressure gauge, since a pressure channel is connected to the supply channel section 10a and the other pressure channel 31 with the environment and thus with the
- Mass flow sensor 21 generated, flow-dependent signal to the evaluation unit 5 are supplied.
- this evaluation unit 5 a measurement of the gap spacing is possible from these two signals, which is independent of the mentioned pressure fluctuations, as explained below:
- Nozzle diameter and p the determined pressure.
- the flow, diameter and Pressure reference values have the value 1 to obtain a dimensionless quotient.
- the exponent d lies in the range 1, 2 to 1, 6, is preferably 1.45, and the exponent c in the range 1.3 to 1.7 is preferably 1.5.
- the exponent x it is preferably 0.7, as in the formula for the use of compressed air, that it is in the range 0.5 to 0.9.
- the exponent c is still in the range 1, 3 to 1, 7 and preferably at 1, 5.
- FIG. 2 shows a flow meter 20 of a known from FIG.
- pneumatic support control device 1 in a second embodiment.
- the difference here is that the supply channel section 10a in
- Massedflow sensor having a survey.
- the characteristic here is that by this survey 1 1, the cross section of the
- Air supply duct section 10a not changed.
- elevation 1 1 the formation of puddles of condensate and / or oil is avoided, because through such puddles, the flow measurement signal of the flow sensor 21 can be significantly affected or falsified in part. It is important in any case that the cross-section of the air supply channel 10 or section 10a thereby does not change to the basic idea of the invention, the enabling of a
- Air supply unit 4 is to take place via the supply channel section 10a or via the parallel path 12.
- the difference between these two ways is that the parallel path 12 has an aperture device 13.
- Contaminants for example. Remains of cooling lubricants to remove, and on the other to prevent the ingress of substances, such as. Coolant / lubricant, if - which is relatively common - no object on the
- Measuring nozzles 2 is located. Thus, during the operation of the system always a certain air flow must be flushed through the supply channel 10. If no object is now located on the nozzle 2, not shown in FIG. 3, it is therefore advantageous to have the air supplied via the parallel deposit 12 in order to avoid wasting compressed air.
- the parallel path 12 has an air flow limitation, which can ensure that only air reaches the nozzles 2 with a certain pressure. This pressure is preferably just so great that the entry of cooling / cooling lubricants into the nozzles 2 is avoided.
- the supply channel 10a is switched on again, the one over
- FIG. 4 shows by way of example an example of an application, such as FIG. 4
- Measuring system according to the invention can be used in addition to a circulation control 1 according to Figure 1 as a presence or proximity switch.
- the flow sensor 20 which supplies three nozzles 2 via the supply channel 10 with compressed air.
- the hatched part is intended to represent a workpiece carrier on which a workpiece 3 is arranged.
- the arrow cross in the middle should make it clear that the workpiece 3 is movable in different directions.
- a device is provided with which the exact positioning or alignment of the workpiece 3 can be determined in hundredths of a millimeter range. The distance can be measured as an analogue value, since a 4-20 mA measuring signal can be tapped over a certain distance range. This results in an alternative to known proximity switches, which operate in an inductive, capacitive or optical manner.
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Abstract
Messeinrichtungen (1) zur Bestimmung der Position eines Objektes (3) relativ zu einer Bezugsfläche, insbesondere Auflagenkontrollvorrichtung für Werkstücke oder Werkstückträger, haben häufig das Problem, das sie Schwankungen im Versorgungsdruck ausgesetzt sind. Des Weiteren wird zur Durchflussmessung häufig eine Blendeneinrichtung verwendet, was die Spülvorgänge zur Reinigung erschwert. Erfindungsgemäß wird nun die Verwendung eines Durchflussmessgeräts (20) zur Bestimmung der Position eines Objektes (3) relativ zu einer Bezugsfläche, insbesondere zur Auflagenkontrolle für Werkstücke oder Werkstückträger, mit einer Masse- oder Volumendurchflussmessvorrichtung (21) und einem Versorgungskanalabschnitt (10a), der eingangsseitig, vorzugsweise über einen Versorgungskanal (10), an eine Mediumsquelle (4) anschließbar ist, durch die eine Flüssigkeit oder Luft mit einem Speisedruck p zur Verfügung gestellt wird, und ausgangsseitig an mindestens eine Messdüse (2) anschließbar ist, wobei sich die Austrittsöffnung der Messdüse (2) bzw. die Austrittsöffnungen der Messdüsen (2) in der Bezugsfläche befindet bzw. befinden, vorgeschlagen, wobei der Versorgungskanalabschnitt (10a) einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist, damit im Versorgungskanalabschnitt (10a) ein annähernd gleicher Druck herrscht, und ein Drucksensor (30) zur Bestimmung des im Versorgungskanalabschnitt (10a) herrschenden Drucks vorgesehen ist, wobei die Durchflussmessvorrichtung (21) und der Drucksensor (30) mit einer Auswerteeinheit (5) verbunden sind, die zur Berechnung und Überwachung des Abstands zwischen Düse (2) und Objekt (3) dient. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Position eines Objektes (3) relativ zu einer Bezugsfläche, insbesondere eine Auflagenkontrollvorrichtung für Werkstücke oder Werkstückträger, mit mindestens einer Messdüse (2), das ein solches Durchflussmessgerät (20) umfasst, sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Messeinrichtung.
Description
AUFLAGENKONTROLLVORRICHTUNG
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Durchflussmessgeräts zur Bestimmung der Position eines Objektes relativ zu einer Bezugsfläche, insbesondere zur Auflagenkontrolle für Werkstücke oder Werkstückträger, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , sowie eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Position eines Objektes relativ zu einer Bezugsfläche, insbesondere eine
Auflagenkontrollvorrichtung für Werkstücke oder Werkstückträger, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7. Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zum Betreiben einer solchen Messeinrichtung.
In der industriellen Prozess- und Fertigungstechnik kommen Durchflussmessgeräte der verschiedensten Arten zum Einsatz. Im Wesentlichen unterscheidet man zwischen Volumendurchflussmessern, wie zum Beispiel Magnetisch-Induktive- Durchflussmesser, Ultraschalldurchflussmesser und
Differenzdruckdurchflussmesser, und Massedurchflussmessern, wie beispielsweise thermische Durchflussmessgeräte und Coriolis-Massendurchflussmesser.
Thermische Durchflussmessgeräte an sich sind bekannt. Sie arbeiten nach dem kalorimetrischen Prinzip, bei dem ein bestimmtes Temperaturverhalten aufgrund des in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit auftretenden Wärmetransports bestimmt wird. Im Wesentlichen gibt es hier zwei Möglichkeiten der
Strömungsmessung. Bei einer ersten Möglichkeit arbeitet man mit einer
Differenztemperaturmessung. An einer ersten Messstelle erzeugt dabei ein Heizer mit konstanter Heizleistung eine lokale Temperaturerhöhung, die von einem ersten Messelement erfasst wird. Weiterhin misst ein zweites Messelement an einem anderen Ort eine Referenztemperatur, welche der Temperatur des Mediums entspricht. Die Strömungsgeschwindigkeit kann nun aus der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Messstellen bestimmt werden. Eine zweite Möglichkeit sieht vor, dass ein Heizelement mit variabler Heizleistung die lokale Temperaturerhöhung erzeugt. Eine Regelung variiert die Heizleistung derart, dass eine vorgegebene, gleichbleibende Temperaturdifferenz von dem entfernt angeordneten Messelement gemessen wird. Diese variierende Heizleistung kann dann als ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit ausgewertet werden. Messgeräte der letztgenannten Art
sind bspw. aus der deutschen Patentschrift 10 2004 055 101 bekannt und werden von der Anmelderin unter der Produktbezeichnung SDxxxx vertrieben.
Messeinrichtungen, insbesondere pneumatische Auflagenkontrollvorrichtungen der genannten Art messen und überwachen die Änderung des Abstandes bzw. die korrekte Lage eines Objektes, z.B. eines Werkstücks oder Werkstückträgers, zu einer Bezugsfläche - der sog. Spaltabstand - und werden in verschiedenen
Bereichen der industriellen Fertigungs- und Automatisierungstechnik eingesetzt. Derartige Messeinrichtungen sowie Verfahren zum Betreiben derartiger
Messeinrichtung sind seit vielen Jahren bekannt und werden bspw. von der
Anmelderin unter der Produktbezeichnung PSxxxx vertrieben.
Die DE-A 196 08 879 zeigt eine solche Vorrichtung, bei der in einer Auflagefläche einer Spanneinrichtung Düsen angeordnet sind. Ein Druckmedium, bspw. Druckluft, wird zu den Austrittsdüsen geleitet. Ein der Spannvorrichtung zugeführtes Werkstück nähert sich je nach seiner Lage den Düsen an, so dass es zur Ausbildung eines Staudrucks kommt. Befindet sich allerdings ein Fremdkörper zwischen Auflagefläche und Werkstück, so bildet sich ein Spalt, der zu einem geringeren Druckwert führt. Der Staudruckwert wird erfasst und in Abhängigkeit hiervon ein Signal ausgelöst, welches bei nicht korrekter Lage die Fixierung des Werkstücks in der
Spanneinrichtung verhindert. Bei der in der DE-A 196 08 879 beschriebenen
Vorrichtung wird eine Justierung des zulässigen Druckwerts vorgenommen, indem ein spezieller Spaltleckage-Simulator angeschlossen wird. Abgesehen von
Fremdkörpern können auch Veränderungen am Werkstück selbst Ursache für eine Spaltbildung sein. Derartige Veränderungen können bspw. abweichende Maße, insbesondere durch Verzug resultierend, oder Veränderungen der Oberfläche sein.
Häufig kommen Durchflussmessgeräte zum Einsatz, die sich über eine Messblende ergebende Druckdifferenz messen, um damit auf den Durchfluss zu schließen, da eine Änderung des Durchflusses Aufschluss auf eine Änderung der Objektlage bezüglich der Messdüsen gibt. Die DE-A 102 39 079 zeigt eine solche pneumatische Auflagenkontrolleinrichtung, bei der aus einer Messdüse austretende Druckluft gegen ein gegenüber der Düse angeordnetes Werkstück strömt. In der Zuleitung zur Messdüse ist eine Blende angeordnet. Mittels eines Differenzdrucksensors wird der Druckabfall über die Blende ermittelt, was ein Maß für den Durchfluss bzw. die Strömung und damit für den Spaltabstand ist. Der Differenzdrucksensor ist als
Schwellwertschalter ausgebildet und gibt ein elektrisches binäres Signal aus, das davon abhängig ist, ob der Staudruck oberhalb oder unterhalb eines vordefinierten Grenzdifferenzdrucks liegt.
Allerdings wirken sich Schwankungen in der Druckversorgung auf das Messergebnis aus. Druckschwankungen sind unausweichlich, denn häufig ist der einzelne
Versorgungskanal ein Teil eines komplexen, verzweigten Rohrsystems. Wenn an anderer Stelle des Rohrsystems ein Verbraucher zu- oder abgeschaltet wird, hat das unmittelbaren Einfluss auf den Speisedruck in den anderen Zweigen des Systems, d.h. auf den Druck vor der Blendeneinrichtung. Da es keinen Zusammenhang zwischen der Druckänderungen vor und der daraus resultierenden Druckänderung nach der Blendeneinrichtung gibt - zumindest ist dieser Zusammenhang nicht ohne Weiteres feststellbar -, lässt sich bei Änderungen nicht sicher sagen, ob die Ursache dafür eine Änderung des Spaltabstands ist. Individuelle Druckregler, die die
Druckschwankungen glätten und für einen konstanten Speisedruck sorgen, sind zumeist nicht genau genug oder können aus Kostengründen nicht verwendet werden.
Eine alternative Auflagenkontrollvorrichtung zeigt das deutsche Patent 101 55 135 der Anmelderin. Auch hier wird der Staudruck an einer Referenzdüse gemessen, wobei aber die wirksame Austrittsfläche der Referenzdüse einstellbar ist. Zwei parallele Blendeneinrichtungen, die Referenzdüse und die Messdüse sind zu einer Brücke verschaltet, die sich ähnlich wie bei einer Wheatstoneschen Messbrücke durch Veränderungen an der Referenzdüse, bspw. durch eine Bügelmessschraube oder einer gelochten Scheibe, so abgleichen lässt, dass der Diagonaldruck null beträgt.
Problematisch kann bei Spülvorgängen, bei denen Luft mit erhöhter Durchflussrate und damit erhöhtem Volumen durch den Versorgungskanal geblasen werden soll, die Blendeneinrichtung sein, die ein Hindernis darstellt und damit die maximale
Durchflussrate begrenzt. Spülvorgänge sind notwendig, wenn Verunreinigungen im Versorgungskanal oder an den Messdüsen zu erwarten sind. Diese
Verunreinigungen können bspw. durch Reste von Kühl-/Schmiermitteln entstehen, deren Verwendung bei vielen Fertigungsprozessen üblich ist.
Dem gegenüber weisen bspw. nach dem kalorimetrischen Prinzip arbeitende
Durchflussmessgeräten, Magnetisch-Induktive-Durchflussmesser, mechatronisch arbeitende Durchflussmesser oder Ultraschalldurchflussmesser zwar keine
Blendeneinrichtung auf, sie können aber bei Änderungen des Durchflusses nicht unterscheiden, ob die Ursache hierfür die Veränderung der Position des Objekts ist oder eine Schwankung im Versorgungsdruck.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Messeinrichtung der vorgenannten Art zur Verfügung zu stellen, die ohne Blendeneinrichtung auskommt, daher eine frei wählbare Düsendurchmesser ermöglicht - hinsichtlich Anzahl der Messdüsen und deren Durchmesser selbst - und leicht zu reinigen ist, sowie auftretende
Druckschwankungen kompensieren kann. Darüber hinaus sollen Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung vorgeschlagen werden.
Die aufgezeigt Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung eines Durchflussmessgeräts mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , eine Messeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie durch ein Verfahren gemäß den
Ansprüchen 8, 10 und 1 1 .
Erfindungswesentlich ist einerseits, dass jegliche Durchflussmessgeräte verwendet werden, bei denen auf eine Blendeneinrichtung verzichtet werden kann, wie z.B. nach dem kalorimetrischen Prinzip arbeitende Durchflussmessgeräten, Magnetisch- Induktive-Durchflussmesser, mechatronische Durchflussmesser oder
Ultraschalldurchflussmesser. Der Versorgungskanal bzw. Versorgungskanalabschnitt - als Teil des Versorgungskanals innerhalb des Durchflussmessgeräts - weist somit erfindungsgemäß einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt auf. Um eine Druckschwankung im Versorgungsdruck zu erkennen, ist für diesen Zweck ein Drucksensor vorgesehen. Eine Druckänderung in der Versorgungsleitung hat unmittelbaren Einfluss auf die gemessene Strömung, obwohl der Spaltabstand und die verwendete Düse gleich geblieben ist. Mit Hilfe des jeweils gemessenen Drucks lässt sich der gemessene Durchfluss druckkompensieren und damit die Ursache für die Änderung des Strömungswertes eliminieren, indem alle Durchflusswerte auf ein Druckniveau kompensiert und damit miteinander verglichen werden können. Hierfür ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, dass die Durchflussmessvorrichtung - d.h. die zur unmittelbaren Messung des Masse- oder Volumendurchflusses erforderlichen Messeinheit - und der Drucksensor zur Berechnung und Überwachung des
Abstands zwischen Düse und Objekt mit einer Auswerteeinheit verbunden sind. Wie die Druckkompensation im Einzelnen erfolgt wird nachfolgend im Zusammenhang mit dem Beschreibung der Verfahren erläutert.
Durch den im Wesentlichen konstanten Querschnitt des Vorsorgungskanals, d.h. ohne etwaige Verjüngungen, Drossel- bzw. Blendeneinrichtungen oder dergleichen, die den Druck im Versorgungskanal beeinflussen, ist es möglich, das Medium mit hohem Durchfluss durch den Versorgungskanal durchzuspülen. Auf diese Weise lassen sich auf einfache Weise Ablagerungen und Verunreinigungen, bspw. durch Reste von KühlVSchmiermitteln, entfernen, ohne dass ein manuelles Eingreifen notwendig ist. Voraussetzung dafür ist natürlich, dass sich kein Objekt, d.h.
Werkstück oder Werkstückträger, auf den Düsen bzw. in naher Umgebung der Düsen befindet, was den freien Luftaustritt aus den Düsen einschränken würde.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass durch den„freien" Versorgungskanal eine Analogwert-Ermittlung des Abstands zwischen Messdüse und Objekt möglich ist. Somit ist es möglich, definierte Schaltpunkte festzulegen, die die verschiedenen Situationen - wie„Nullspalt",„kein Objekt vorhanden" oder Soll-Abstand - definieren. Sind die gemessenen Werte außerhalb eines definierten Fensters um den
Schaltpunkt herum, lassen sich auf diese Weise Fehler erkennen. Wenn im Zustand „kein Objekt vorhanden" ein Schaltpunkt von 25 l/min Durchfluss definiert ist, kann bei einer Überschreitung eine Fensters von bspw. 23 - 27 l/min auf eine Leckage geschlossen werden, d.h. im Versorgungskanal oder an den Messdüsen sind
Undichtigkeiten vorhanden, an denen das Medium, insbesondere Luft ungewollt ausströmt. Wird dieses Fenster unterschritten deutet dies darauf hin, dass eine Verschmutzung bzw. Verstopfung innerhalb des Versorgungskanals oder an den Messdüsen vorliegt, eine Verschmutzung der Messelemente des Durchflussmessers vorhanden ist oder ein Knick im Versorgungskanal für den geringen Durchfluss verantwortlich ist.
Bevorzugt handelt es sich bei der Flüssigkeit um Kühl-/Schmierflüssigkeit.
Es hat sich bei der Verwendung von Druckluft als Medium als großer Nachteil herausgestellt, wenn sich im Bereich der Durchflussmessvorrichtung Ölpfützen oder Kondensatablagerungen bilden, weil dadurch der Versorgungskanal verengt werden kann und die Messelemente des Durchflussmessgeräts verschmutzen können. Im
Resultat kann dies zu einer Beeinflussung des Messergebnisses der
Durchflussmessung führen. Zu Vermeidung dessen ist in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Versorgungskanalabschnitt im Bereich der
Durchflussmessvorrichtung eine den Querschnitt nicht verändernde Erhebung zur Vermeidung von Kondensat- oder Pfützenbildung aufweist. So kann auf einfache Weise die Pfützenbildung verhindert werden. Wichtig ist allerdings, dass der
Querschnitt des Versorgungskanalabschnitts dabei nicht wesentlich verändert wird, was einen Blendeneffekt nachsichziehen würde. Der Hauptgedanke der Erfindung ist, dass der Durchmesser bzw. Querschnitt des Versorgungskanalabschnitts über die gesamte Länge im weitesten Sinne gleichmäßig verläuft.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass einem
Teilbereich des Versorgungskanalabschnitts ein Parallel-Pfad mit einer
Blendeneinrichtung zugeordnet ist, wobei über eine Einsteilvorrichtung auswählbar ist, ob das Medium - also die Kühl-/Schmierflüssigkeit oder die Druckluft - über den Versorgungskanalabschnitt oder über den Parallel-Pfad strömt. Hintergrund dieser Weiterbildung ist, dass es im Wesentlichen zwei Arten von Spülvorgängen gibt: zum einen die bereits erwähnte Methode, bei der das Medium mit hohem Durchfluss durch den Versorgungskanal gespült wird, um bereits in die Messdüsen
eingedrungene und z. T. angetrocknete Ablagerungen und Verunreinigungen, bspw. Reste von KühlVSchmiermitteln, zu entfernen, und zum anderen insbesondere bei einer pneumatischen Anlage zur Verhinderung des Eindringens von Substanzen, wie bspw. Kühl-/Schmiermittel, wenn sich - was relativ häufig auftritt - kein Objekt auf den Messdüsen befindet. Im ersteren Fall muss das Medium mit hohem Durchfluss durchgespült werden, da sich bspw. angetrocknete Reste nur schwer entfernen lassen. Der Mediumsverbrauch bei einem solchen Spülvorgang ist entsprechend hoch. Im anderen Fall, wenn lediglich verhindert werden soll, dass Substanzen in die Messdüsen eindringen, reicht es auch aus, das Medium mit einem wesentlich geringeren Durchfluss durchzuspülen. Studien haben ergeben, dass es ein enormes Einsparpotential insbesondere bei pneumatischen Anlagen gibt, wenn der
Mediumsausstoß an die Anforderung der jeweiligen Anwendung angepasst und damit eine Verschwendung des Mediums, insbesondere von Druckluft vermieden wird. Aus ökonomischen Gründen ist es daher vorteilhaft, durch Zuschalten einer Blendeneinrichtung die Mediumsmenge zu begrenzen, wenn sich kein Objekt auf
den Messdüsen befindet und damit auch keine Abstandsmessung erfolgt. Die durchströmende Mediumsmenge wird somit auf einfache Weise auf ein Minimum reduziert, was aber ausreicht, um ein Eindringen von Substanzen in die
Düsenöffnungen zu verhindern.
Eine Alternative zur Zuschaltung dieses, die Blendeneinrichtung aufweisenden Parallel-Pfads, ist, ein Regulierventil vorzusehen, womit gewünschtenfalls der Durchfluss begrenzt werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es, bei der Verwendung von Druckluft den Drucksensor als Sensorplatine auszubilden, wobei die Sensorplatine eine Druckmesszelle mit zwei medienberührenden Flächen aufweist, die gegenüberliegend auf der Vorder- und Rückseite der Sensorplatine vorgesehen sind. Das Wesentliche derartiger
Sensorplatinen ist, dass die auf ihr angeordnete Messzelle - vorzugsweise eine Siliziumscheibe -, beidseitig mit Druck beaufschlagt werden kann. Die
Druckzuführung erfolgt über kleine Druckkanäle, die so angeordnet sind, dass sie bevorzugt senkrecht auf die eingeschobene Sensorplatine stoßen, und zwar so, dass vorteilhafterweise wenigstens ein Druckkanal die Messzelle von der ersten Seite und ein zweiter Druckkanal die Messzelle von der gegenüberliegenden zweiten Seite beaufschlagen kann. So kann bei Anliegen eines Druckes im ersten Druckkanal und im zweiten Druckkanal durch Messen der Auslenkung der Siliziumscheibe auf die Differenz zwischen den Drücken geschlossen werden. Im vorliegenden Fall wird der Drucksensor als Relativdruckmessgerät eingesetzt, da die Differenz des
Systemdrucks in Relation zum Atmosphärendruck gemessen werden soll. Zu diesem Zweck wird über einen Druckkanal der Umgebungsdruck an die Messzelle geleitet. Derartige Sensorplatinen haben u. a. den Vorteil, dass sie auf einfache Weise austauschbar sind, da sie einfach in eine dafür vorgesehene schlitzförmige
Ausnehmung eingeschoben und darin gehalten werden. Selbstverständlich kann der Druck innerhalb des Versorgungskanals bzw. des Versorgungskanalabschnitts auch mit jedem anderen Druckmessgerät gemessen werden.
Bei der Verwendung einer Flüssigkeit sind wegen der besseren Druckfestigkeit Drucksensoren mit einer kapazitiven oder resistiven Druckmesszelle zu bevorzugen.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, die Auswerteeinheit und den Drucksensor in das Durchflussmessgerät zu integrieren, da dann die Berechnung und die Überwachung
des Spaltabstands in einem Gerät erfolgen kann und der Anwender somit nur ein einzelnes Messgerät benötigt, um die Vorteile der Erfindung zu realisieren. Alternativ ist natürlich auch denkbar, jeweils nur eines von beiden, also Drucksensor oder Auswerteeinheit im Durchflussmessgerät zu integrieren. Da der Druck innerhalb des Versorgungskanals an jeder Stelle gleich groß ist, kann es bei bestimmten
Anwendungen vorteilhaft sein, die Druckmessung entfernt von der
Durchflussmessung durchzuführen. Gleiches gilt für die Verarbeitung der vom
Drucksensor und von der Durchflussmessvorrichtung übermittelten Signale, aus denen dann die Berechnung des Spaltabstands möglich ist. Dies kann bspw. in einer übergeordneten SPS erfolgen.
In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Position eines Objektes relativ zu einer Bezugsfläche, insbesondere eine
Auflagenkontrollvorrichtung für Werkstücke oder Werkstückträger,
mit mindestens einer Messdüse, wobei sich die Austrittsöffnung der Messdüse bzw. die Austrittsöffnungen der Messdüsen in der Bezugsfläche befindet bzw. befinden, einer Druckluftquelle, mittels derer Luft mit einem Speisedruck p zur Verfügung stellbar ist, zwischen der Druckluftquelle und der Messdüse bzw. den Messdüsen ein Luftversorgungskanal mit einem Versorgungskanalabschnitt angeordnet ist und einem Durchflussmessgerät zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des in dem Versorgungskanal strömenden Mediums.
In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Messeinrichtung. Dabei sind bei der Verwendung von Druckluft folgende Verfahrensschritte vorgesehen:
■ Einstellen eines definierten Abstandes ARef zwischen der Düse mit dem Durchmesser D und dem Objekt und Ermitteln des Durchflusses QRef des aus der Düse austretenden Luftstromes und des im Versorgungskanal herrschenden Drucks pRet,
■ Ermitteln des aktuellen Durchfluss Q und des im Versorgungskanals
herrschenden Drucks p,
Q
Q Ref
Berechnen des aktuellen Abstands A durch die Formel A = A Ref
wobei der Exponent x im Bereich 0,5 bis 0,9 liegt, bevorzugt 0,7 beträgt, besonders bevorzugt 0,72 beträgt.
Zunächst wird bspw. mit Hilfe einer Lehre ein vorgegebener Abstand eingestellt bzw. geteacht, und die sich dabei ergebenden Werte von Massedurchfluss und Druck festgehalten. Diese Lehre kann eine Bügelmessschraube mit einer in den Amboss integrierten Düse sein, mit der ein definierter Abstand im 1/100-Millimeter-Bereich einstellbar ist. Auch gibt es Bleche mit einer Dicke in 1 /100-Millimeter-Bereich, in die eine Aussparung vorgesehen werden kann und die zwischen Messdüse und Objekt gelegt wird. Auch so ließe sich ein definierter Abstand einstellen. Dieser
vorgegebene Abstand wird betragsmäßig als ARef in der Auswerteeinheit eingetragen. Gleiches gilt für die dabei gemessenen Werte des Durchflusses QRef und des innerhalb des Versorgungskanals bzw. Versorgungskanalabschnitts herrschenden Druckes pRef. Sind diese drei Werte in der Auswerteeinheit hinterlegt, kann mit den eigentlichen Messungen begonnen werden.
Durch empirische Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass, nachdem die Werte für QRef und pRef bei einem vorgegebenen Abstand ARef bekannt sind, sich der
Spaltabstand nach folgender Formel berechnen lässt:
wobei der Exponent x im Bereich 0,5 bis 0,9 liegt, bevorzugt 0,7 beträgt, besonders bevorzugt 0,72 beträgt. Mit Hilfe dieser Formel lassen sich nun Druckschwankungen im Versorgungsdruck kompensieren. Auf diese Weise lassen sich nunmehr unabhängig von Schwankungen im Versorgungsdruck Absolutwerte des
Spaltabstands berechnen.
Zu dieser Formel ist anzumerken, dass sie davon ausgeht, dass es sich immer um dieselbe Messdüse handelt, die auch beim Teach-Vorgang verwendet wurde. Der
Düsendurchmesser sowie die Durchfluss- und Druckwerte stehen in Relation zueinander, so dass bei einem sich ändernden Durchmesser auch andere Werte für Durchfluss und Druck gemessen werden.
Eine Alternative zur Vorgabe eines absoluten Abstandswertes ARef ist eine
Relativmessung, indem ARef = 1 gesetzt wird. Der Teach-Vorgang erfolgt dann durch Vorgabe eines SOLL-Zustands. Dafür wird ein Objekt mit einem als zulässig definierten Spaltabstand auf die Messdüsen gelegt. Dabei ist es unerheblich, wie groß der Betrag des Abstands tatsächlich ist. Die gemessenen Werte für QRef und pRef werden wie oben ausgeführt in der Auswerteeinheit abgelegt. Nach dem
Teachen werden die gemessenen Werte für M und p in die obige Formel eingesetzt und da unabhängig von dem tatsächlichen Referenzabstandswert ARef = 1 ist, kann ein Abstandswert A berechnet werden, wobei A dann nur ein Relativwert ist, der nicht dem tatsächlichem Abstand entspricht bzw. entsprechen muss.
Alternativ kann statt der o. g. Formel auch ein zuvor eingemessenes Kennlinienfeld verwendet werden. Hierfür werden zunächst Wertesätze, bestehend aus Durchfluss, Druck und zugehörigem Abstand, ermittelt. Aus diesen Wertsätzen wird über alle Massedurchfluss- und Druckszenarien eine mehrdimensionale Interpolationsfunktion gebildet, die in der AuswerteVSpeichereinheit abgelegt wird. Die Auswerte- /Speichereinheit ist bevorzugt in der Messeinrichtung und besonders bevorzugt im Durchflussmessgerät selbst angeordnet. Während des Betriebs der Messeinrichtung werden die aktuell vorliegenden Größen Massedurchfluss und Druck gemessen und auf deren Basis der aktuelle Abstand zwischen Messdüse und Objekt durch die zuvor bestimmte Interpolationsfunktion ermittelt.
Wird statt Luft eine Flüssigkeit, bspw. KühlVSchmierflüssigkeit verwendet, ist zur Berechnung des Abstands folgende Formel zu verwenden, die sich ebenfall empirisch ermitteln ließ, wobei sie im Wesentlichen - unter geringfügiger Anpassung der Konstanten - auch bei der Verwendung mit Druckluft eingesetzt werden kann:
Offsetbetrag von bevorzugt 0,04, Q der ermittelte Durchfluss, D der
Düsendurchmesser und p der ermittelte Druck. Die Durchfluss-, Durchmesser- und Druckreferenzwerte haben den Betrag 1 , um einen dimensionslosen Quotienten zu erhalten. Der Exponent d liegt im Bereich 1 ,2 bis 1 ,6, beträgt bevorzugt 1 ,45, und der Exponent c im Bereich 1 ,3 bis 1 ,7, beträgt bevorzugt 1 ,5.
Wenn der Düsendurchmesser D bekannt und konstant ist, lässt sich die o.g. Formel wie folgt vereinfachen:
Dabei gilt für den Exponent x, dass er wie in der Formel für die Verwendung von Druckluft im Bereich 0,5 bis 0,9 liegt, bevorzugt 0,7 beträgt. Der Exponent c liegt nach wie vor im Bereich 1 ,3 bis 1 ,7 und bevorzugt bei 1 ,5.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Auswerteeinheit ein Bereich von
Abstandswerten oder Relativwerten vorgegeben, innerhalb dessen der Abstand als „in Ordnung" definiert ist. Wenn sich die Abstandswerte bzw. Relativwerte außerhalb dieses Bereiches bewegen, wird ein Schaltsignal erzeugt, was bspw. die Ausgabe eines optischen und/oder akustischen Signals erzeugt. Bei Sicherheitsanlagen kann auch die Überführung der Anlage in den sicheren Zustand vereinbart sein.
Das Hauptanwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Messeinrichtung liegt in der Auflagekontrolle. Daneben sind derartige Messeinrichtungen aber auch als
Näherungsschalter bzw. Anwesenheitskontrolle einsetzbar, bspw. zur
Positionsabfrage eines Werkstücks während eines Fertigungsprozesses oder auch von beweglichen Objekten (Schlitten), die exakte Position eines Greiferarms beim Greifen eines Objekts, Überwachung der Spannfutteraufnahme oder in
Fertigungsprozessen der exakte Sitz eines Einbauteils, wie bspw. ein O-Ring. Im letzteren Fall greift ein Greifer mit integrierten Düsen das Objekt an der Stelle, wo sich der oder die O-Ring(e) befindet bzw. befinden. Aufgrund der Genauigkeit im 1/100-Millimeter-Bereich kann automatisiert festgestellt werden, ob der O-Ring an sich vorhanden ist, ob er sich exakt in der vorgesehenen Lage befindet und vom
richtigen Typ ist - bspw. feststellbar durch Erkennen der Schnurstärke. Erst wenn dies positiv festgestellt wurde, kann der Greifer das Objekt zur weiteren Bearbeitung weitergeben.
Ferner kann die Messeinrichtung zur Identifizierung von Objekten eingesetzt werden, wenn diese über eine markante Oberflächenstruktur verfügen. Diesbezügliche Anwendungen gibt es z.B. zum Erkennen von Bremsscheiben für verschiedene Fahrzeuge, aber mit im Wesentlichen identischen Geometrien. Unterscheiden sich die Bremsscheiben bspw. durch eine Nut bzw. Rille, ist eine Identifikation und damit eine Sortierung mit der erfindungsgemäßen Messeinrichtung möglich. Der Vorteil begründet sich darin, dass ein analoges Messen möglich ist, da über einen bestimmten Abstandsbereich ein 4-20 mA-Messsignal abgreifbar ist.
Nachfolgend wird die Erfindung im Zusammenhang mit Figuren anhand von
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Anordnung einer pneumatischen
Auflagenkontrollvorrichtung,
Figur 2 ein Durchflussmessgerät einer pneumatischen
Auflagenkontrollvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
Figur 3 ein Durchflussmessgerät einer pneumatischen
Auflagenkontrollvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform und
Figur 4 ein Anwendungsbeispiel in Form einer Anwesenheitskontrolle für ein
Werkstück.
In den nachfolgenden Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
Vorab sei darauf hingewiesen, dass die nachfolgend in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele zwar lediglich pneumatische Auflagekontrollvorrichtungen mittels eines thermischen Massedurchflussmessers beschreiben, sämtliche
Ausführungsformen aber analog auch auf andere, eingangs erwähnte
Durchflussmessgeräte übertragbar sind und dabei sowohl pneumatisch, d.h. mittels
Druckluft, als auch mittels einer Flüssigkeit, insbesondere mit Kühl- /Schmierflüssigkeit betriebenen Auflagekontrollvorrichtungen umfassen. Der grundsätzliche Aufbau ist in jedem Fall der gleiche, so dass die Erfindung nicht auf die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist.
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Auflagenkontrollvorrichtung 1 abgebildet. Das zentrale Bauteil hierbei ist das Durchflussmessgerät 20 mit dem thermischen
Massedurchflusssensor 21 , dem integrierten Drucksensor 30 und dem sich in Längsrichtung erstreckenden Versorgungskanalabschnitt 10a als Teil des
Versorgungskanals 10. Eine Druckversorgungseinheit 4 erzeugt einen Luftstrom mit einem Druck p, der über den Versorgungskanal 10 durch das Durchflussmessgerät 20 zu wenigstens einer Düse 2 geleitet wird. Die in Figur 1 dargestellten zwei Düsen 2 sind nur beispielhaft; die Erfindung ist nicht auf diese Anzahl beschränkt. Es sind sowohl nur eine Düse 2 als auch mehrere parallel geschaltete Düsen 2 denkbar. Oberhalb der beiden Düsen 2 ist ein Werkstück oder ein Werkstückträger 3 angeordnet, dessen Abstand zu den Düsen 2 - der sogenannte Spaltabstand - ermittelt werden soll.
Der Druck p des durch die Druckversorgungseinheit 4 erzeugten Luftstroms kann stark variieren. Derartige Druckschwankungen sind unausweichlich, denn häufig ist der einzelne Versorgungskanal 10 ein Teil eines komplexen, verzweigten
Rohrsystems. Wenn an anderer Stelle des Rohrsystems ein Verbraucher zu- oder abgeschaltet wird, hat das unmittelbaren Einfluss auf den Speisedruck in den anderen Zweigen des Systems. Der Druck innerhalb des
Versorgungskanalabschnitts 10a wird durch den Drucksensor 30 gemessen. In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist der Drucksensor 30 als Sensorplatine ausgeführt. Derartige Sensorplatinen weisen eine Durchgangsöffnung auf, mit einer darin angeordneten Siliziumscheibe, die beidseitig mit Druck beaufschlagt werden kann. Das Durchflussmessgerät 20 weist hierfür eine schlitzförmige Ausnehmung auf, in die die Sensorplatine eingeschoben werden kann.
Die Druckzuführung zur Sensorplatine erfolgt über kleine Druckkanäle, die so angeordnet sind, dass sie bevorzugt senkrecht auf die eingeschobene Sensorplatine stoßen, und zwar so, dass vorteilhafterweise wenigstens ein Druckkanal die
Messzelle von der ersten Seite und ein zweiter Druckkanal die Messzelle von der gegenüberliegenden zweiten Seite beaufschlagen kann. So kann bei Anliegen eines
Druckes im ersten Druckkanal und im zweiten Druckkanal durch Messen der
Auslenkung der Siliziumscheibe auf die Differenz zwischen den Drücken
geschlossen werden. In Figur 1 wird der Drucksensor als Relativdruckmessgerät eingesetzt, da ein Druckkanal mit dem Versorgungskanalabschnitt 10a verbunden ist und der andere Druckkanal 31 mit der Umgebung und damit mit dem
Umgebungsluftdruck. Dadurch kann die Differenz des Systemdrucks in Relation zum Atmosphärendruck gemessen werden. Die Siliziumscheibe erfährt nun von zwei Seiten einen Druckaufschlag und lenkt sich entsprechend der Differenz der beiden Drücke unterschiedlich stark in eine Richtung aus. Diese Auslenkung kann
elektronisch erfasst und in ein von dieser Druckdifferenz abhängiges Signal umgewandelt werden. Dieses Signal und das vom thermischen
Massedurchflusssensor 21 erzeugte, strömungsabhängige Signal werden der Auswerteeinheit 5 zugeführt. In dieser Auswerteeinheit 5 wird aus diesen beiden Signalen eine Messung des Spaltabstands möglich, die unabhängig von den genannten Druckschwankungen ist, wie nachfolgend erläutert:
Zunächst wird bspw. mit Hilfe einer Lehre ein vorgegebener Abstand eingestellt bzw. geteacht, und die sich dabei ergebenden Werte von Durchfluss und Druck
festgehalten. Diese Lehre kann eine Bügelmessschraube mit einer in den Amboss integrierten Düse sein, mit der ein definierter Abstand in 1 /100-Millimeter-Schritten einstellbar ist. Auch gibt es Bleche mit einer Dicke in 1 /100-Millimeter-Bereich, in die eine Aussparung vorgesehen werden kann und die zwischen Messdüse und Objekt gelegt wird. Auch so ließe sich ein definierter Abstand einstellen. Dieser
vorgegebene Abstand wird betragsmäßig als ARef in der Auswerteeinheit
eingetragen. Gleiches gilt für die dabei gemessenen Werte des Massedurchflusses QRef und des innerhalb des Versorgungskanals bzw. Versorgungskanalabschnitts herrschenden Druckes pRef. Sind diese drei Werte in der Auswerteeinheit hinterlegt, kann mit den eigentlichen Messungen begonnen werden. Durch empirische
Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass, nachdem die Werte für QRef und pRef bei einem vorgegebenen Abstand ARef bekannt sind, sich der Spaltabstand nach folgender Formel berechnen lässt:
wobei der Exponent x im Bereich 0,5 bis 0,9 liegt, bevorzugt 0,7 beträgt, besonders bevorzugt 0,72 beträgt. Mit Hilfe dieser Formel lassen sich nun Druckschwankungen im Versorgungsdruck kompensieren, weil sich bei einer Druckänderung die
Änderung des Massedurchflusses anders verhält als bei einer Änderung des
Spaltabstands A. Auf diese Weise lassen sich nunmehr unabhängig von
Schwankungen im Versorgungsdruck Absolutwerte des Spaltabstands berechnen.
Eine Alternative zur Vorgabe eines absoluten Abstandswertes ARef ist, eine
Relativmessung erfolgt, indem ARef = 1 gesetzt wird. Der Teach-Vorgang erfolgt dann durch Vorgabe eines SOLL-Zustands. Dafür wird ein Objekt mit einem als zulässig definierten Spaltabstand auf die Messdüsen gelegt. Dabei ist es unerheblich, wie groß der Betrag des Abstands tatsächlich ist. Die gemessenen Werte für QRef und pRef werden wie oben ausgeführt in der Auswerteeinheit 5 abgelegt. Nach dem Teachen werden die gemessenen Werte für Q und p in die obige Formel eingesetzt und da unabhängig von dem tatsächlichen Referenzabstandswert ARef = 1 ist, kann ein Abstandswert A berechnet werden, wobei A dann nur ein Relativwert ist, der nichts mit dem tatsächlichem Abstand zu tun hat.
Wird statt Luft eine Flüssigkeit, bspw. KühlVSchmierflüssigkeit verwendet, ist zur Berechnung des Abstands folgende Formel zu verwenden, die sich ebenfall empirisch ermitteln ließ, wobei sie im Wesentlichen - unter geringfügiger Anpassung der Konstanten - auch bei der Verwendung mit Druckluft eingesetzt werden kann:
Dabei ist a ein Skalierungsfaktor mit einem Betrag von bevorzugt 1 ,1 , b ein
Offsetbetrag von bevorzugt 0,04, Q der ermittelte Durchfluss, D der
Düsendurchmesser und p der ermittelte Druck. Die Durchfluss-, Durchmesser- und
Druckreferenzwerte haben den Betrag 1 , um einen dimensionslosen Quotienten zu erhalten. Der Exponent d liegt im Bereich 1 ,2 bis 1 ,6, beträgt bevorzugt 1 ,45, und der Exponent c im Bereich 1 ,3 bis 1 ,7, beträgt bevorzugt 1 ,5.
Wenn der Düsendurchmesser D bekannt und konstant ist, lässt sich die diese Formel vereinfachen zu:
Dabei gilt für den Exponent x, dass er wie in der Formel für die Verwendung von Druckluft, dass er im Bereich 0,5 bis 0,9 liegt, bevorzugt 0,7 beträgt. Der Exponent c liegt nach wie vor im Bereich 1 ,3 bis 1 ,7 und bevorzugt bei 1 ,5.
Figur 2 zeigt ein Durchflussmessgerät 20 einer aus Figur 1 bekannten
pneumatischen Auflagekontrollvorrichtung 1 in einer zweiten Ausführungsform. Der Unterschied hierbei besteht darin, dass der Versorgungskanalabschnitt 10a im
Bereich der Durchflussmessvorrichtung 21 , vorliegend des thermischen
Massedurchflusssensors, eine Erhebung aufweist. Das Charakteristische hierbei ist, dass sich durch diese Erhebung 1 1 der Querschnitt des
Luftversorgungskanalabschnitts 10a nicht verändert. Durch die Erhebung 1 1 wird die Bildung von Pfützen aus Kondensat und/oder Öl vermieden, denn durch derartige Pfützen kann das Strömungsmesssignal des Durchflusssensors 21 zum Teil erheblich beeinträchtigt bzw. verfälscht werden. Wichtig ist in jedem Fall, dass sich der Querschnitt des Luftversorgungskanals 10 bzw. -abschnitt 10a dadurch nicht verändert, um den Grundgedanken der Erfindung, die Ermöglichung einer
widerstandsfreien Spülung, auch in dieser Ausführungsform zu realisieren.
In Figur 2 ist die Druckmesseinheit, bestehend aus dem Drucksensor 30 und dem Druckkanal 31 in einer anderen Weise dargestellt. Die Funktionalität ist aber in beiden Fällen die Selbe. Es handelt sich in beiden Abbildungen ohnehin nur um eine schematische Darstellung.
In Figur 3 ist eine dritte Ausführungsform des Durchflussmessgeräts 20 aus Figur 1 dargestellt. Der Unterschied hierbei ist, dass dem Versorgungskanalabschnitt 10a in
einem Teilbereich ein Parallelpfad 12 zugeordnet ist. Über eine Auswahlvorrichtung 14 kann eingestellt werden, ob die Luftzufuhr aus der hier nicht dargestellten
Luftversorgungseinheit 4 über den Versorgungskanalabschnitt 10a oder über den Parallelpfad 12 erfolgen soll. Der Unterschied dieser beiden Wege ist, dass der Parallelpfad 12 über eine Blendeneinrichtung 13 verfügt. Im Wesentlichen gibt es zwei Arten von Spülvorgängen: zum einen die Methode, bei der Luft mit hohem Druck durch den Versorgungskanal 10 gespült wird, um Ablagerungen und
Verunreinigungen, bspw. Reste von KühlVSchmiermitteln, zu entfernen, und zum anderen zur Verhinderung des Eindringens von Substanzen, wie bspw. Kühl- /Schmiermittel, wenn sich - was relativ häufig auftritt - kein Objekt auf den
Messdüsen 2 befindet. Somit muss während des Betriebs der Anlage immer ein gewisser Luftstrom durch den Versorgungskanal 10 gespült werden. Wenn sich nun kein Objekt auf den in Figur 3 nicht gezeigten Düsen 2 befindet, ist es daher vorteilhaft die Luftzufuhr über den Parallelpfand 12 erfolgen zu lassen, um eine Verschwendung von Druckluft zu vermeiden. Durch die Blendeneinrichtung 13 verfügt der Parallelpfad 12 über eine Luftmengenbegrenzung, wodurch sichergestellt werden kann, dass nur Luft mit einem bestimmten Druck zu den Düsen 2 gelangt. Dieser Druck ist vorzugsweise genau so groß, dass der Eintritt von Kühl- /Kühlschmiermitteln in die Düsen 2 vermieden wird. Während des Messvorgangs oder während Spülvorgängen, die Ablagerungen innerhalb der Düse 2 beseitigen sollen, wird der Versorgungskanal 10a wieder zugeschaltet, der über keine
Verengung verfügt und damit einen maximalen Versorgungsdruck gewährleistet.
In Figur 4 ist beispielhaft ein Anwendungsbeispiel gezeigt, wie das
erfindungsgemäße Messsystem neben einer Auflagenkontrolle 1 gemäß Figur 1 auch als Anwesenheits- bzw. Näherungsschalter eingesetzt werden kann.
Schematisch dargestellt ist der Durchflusssensor 20, der drei Düsen 2 über den Versorgungskanal 10 mit Druckluft versorgt. Der schraffierte Teil soll dabei einen Werkstückträger darstellen, auf dem ein Werkstück 3 angeordnet ist. Das Pfeilkreuz in der Mitte soll verdeutlichen, dass das Werkstück 3 in verschiedene Richtungen beweglich ist. Mit Hilfe der Düsen 2 ist eine Vorrichtung gegeben, mit der die exakte Positionierung bzw. Ausrichtung des Werkstücks 3 in hundertstel Millimeter-Bereich festgestellt werden kann. Der Abstand kann als analoger Wert gemessen werden, da über einen bestimmten Abstandsbereich ein 4-20 mA-Messsignal abgreifbar ist.
Somit ergibt sich eine Alternative zu bekannten Näherungsschaltern, die auf induktive, kapazitive oder optische Weise arbeiten.
Claims
1 . Verwendung eines Durchflussmessgeräts (20) zur Bestimmung der Position eines Objektes (3) relativ zu einer Bezugsfläche mittels eines Mediums, insbesondere zur Auflagenkontrolle für Werkstücke oder Werkstückträger, wobei als Medium eine Flüssigkeit oder Druckluft verwendet wird,
mit einer Durchflussmessvorrichtung (21 ) und einem
Versorgungskanalabschnitt (10a), der eingangsseitig, vorzugsweise über einen Versorgungskanal (10), an die Mediumsquelle (4) anschließbar ist, durch die das Medium mit einem Speisedruck p zur Verfügung gestellt wird, und ausgangsseitig an mindestens eine Messdüse (2) anschließbar ist, wobei sich die Austrittsöffnung der Messdüse (2) bzw. die Austrittsöffnungen der Messdüsen (2) in der Bezugsfläche befindet bzw. befinden,
dadurch gekennzeichnet, dass der Versorgungskanalabschnitt (10a) einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist, damit im
Versorgungskanalabschnitt (10a) ein annähernd gleicher Druck herrscht, und ein Drucksensor (30) zur Bestimmung des im Versorgungskanalabschnitt (10a) herrschenden Drucks vorgesehen ist, wobei die
Durchflussmessvorrichtung (21 ) und der Drucksensor (30) mit einer
Auswerteeinheit (5) verbunden sind, die zur Berechnung und Überwachung des Abstands zwischen Düse
(2) und Objekt (3) dient.
Verwendung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Flüssigkeit
/Schmierflüssigkeit handelt.
3. Verwendung nach Anspruch 1 , wobei als Medium Druckluft verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Versorgungskanalabschnitt (10a) im Bereich der Durchflussmessvorrichtung (21 ) eine den Querschnitt nicht verändernde Erhebung (1 1 ) zur Vermeidung von Kondensat- oder
Pfützenbildung aufweist.
4. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass einem Teilbereich des
Versorgungskanalabschnitts (10a) ein Parallel-Pfad (12) mit einer
Blendeneinrichtung (13) zugeordnet ist, wobei über eine Einsteilvorrichtung (14) auswählbar ist, ob das Medium über den Versorgungskanalabschnitt (10a) oder über den Parallel-Pfad (12) strömt.
5. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung von Druckluft der
Drucksensor (30) als Sensorplatine ausgebildet ist, wobei die Sensorplatine eine Druckmesszelle mit zwei medienberührenden Flächen aufweist, die gegenüberliegend auf der Vorder- und Rückseite der Sensorplatine vorgesehen sind, und bei der Verwendung einer Flüssigkeit der Drucksensor (30) eine kapazitive oder resistive Druckmesszelle aufweist.
6. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (5) und/oder der
Drucksensor (30) in dem Durchflussmessgerät (20) integriert sind.
7. Messeinrichtung (1 ) zur Bestimmung der Position eines Objektes (3) relativ zu einer Bezugsfläche mittels eines Mediums, insbesondere
Auflagenkontrollvorrichtung für Werkstücke oder Werkstückträger, wobei als Medium eine Flüssigkeit oder Druckluft verwendet wird,
mit mindestens einer Messdüse (2), wobei sich die Austrittsöffnung der Messdüse (2) bzw. die Austrittsöffnungen der Messdüsen (2) in der
Bezugsfläche befindet bzw. befinden,
einer Mediumsquelle (4), mittels derer das Medium mit einem Speisedruck p zur Verfügung gestellt wird,
zwischen der Mediumsquelle (4) und der Messdüse (2) bzw. den Messdüsen (2) ein Versorgungskanal (10) mit einem Versorgungskanalabschnitt (10a) angeordnet ist,
und einem Durchflussmessgerät (20) zur Bestimmung der
Strömungsgeschwindigkeit des in dem Versorgungskanal (10) strömenden Mediums.
8. Verfahren zum Betreiben einer Messeinrichtung mit Druckluft als Medium gemäß Anspruch 7, mit folgenden Verfahrensschritten:
■ Einstellen eines definierten Abstandes ARef zwischen der Düse (2) mit dem Durchmesser D und dem Objekt (3) und Ermitteln des Durchflusses QRef des aus der Düse (2) austretenden Mediumsstromes und des im
Versorgungskanal (10) herrschenden Drucks pRet,
■ Ermitteln des aktuellen Durchfluss Q und des im Versorgungskanals (10) herrschenden Drucks p,
Q
Q Ref
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Relativmessung erfolgt und ARef = 1 gesetzt wird.
10. Verfahren zum Betreiben einer Messeinrichtung mit einer Flüssigkeit als Medium gemäß Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung des Abstands A die Formel
wobei a ein Skalierungsfaktor mit einem Betrag von bevorzugt 1 ,1 , b ein Offsetbetrag von bevorzugt 0,04, Q der ermittelte Durchfluss, D der
Düsendurchmesser und p der ermittelte Druck ist, die Durchfluss-,
Durchmesser- und Druckreferenzwerte den Betrag 1 haben sowie der Exponent d im Bereich 1 ,2 bis 1 ,6 liegt, bevorzugt 1 ,45 beträgt, und der Exponent c im Bereich 1 ,3 bis 1 ,7 liegt, bevorzugt 1 ,5 beträgt .
1 1 . Verfahren zum Betreiben einer Messeinrichtung gemäß Anspruch 7, mit folgenden Verfahrensschritten:
■ Ermitteln von Wertesätzen, bestehend aus Durchfluss Q , Druck p und zugehörigem Abstand A,
■ Ermitteln einer Interpolationsfunktion für alle Durchfluss- und
Druckszenarien,
■ Ablegen der Interpolationsfunktion in einer Auswerte-/Speichereinheit (5), die bevorzugt in der Messeinrichtung (1 ), besonders bevorzugt im
Durchflussmessgerät (20) angeordnet ist,
■ Ermitteln des aktuellen Durchflusses Q und des im Versorgungskanal (10) herrschenden aktuellen Drucks p,
■ Ermitteln des aktuellen Abstands A auf Basis der aktuell gemessenen Größen - Durchfluss Q und Druck p - durch die zuvor bestimmte
Interpolationsfunktion.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass für den Abstand A ein Bereich mit einem oberen und unteren Grenzabstand vorgegeben ist und bei Über- oder Unterschreitung dieses Bereichs ein Schaltsignal ausgegeben wird.
Applications Claiming Priority (2)
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