BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine taktile Sensoreinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Solche Sensoreinrichtungen werden beispielsweise verwendet, wenn der Sensorkörper Teil eines Werkzeuges ist, z. B. eines Laserschneidkopfes, und der Gegenstand ein Werkstück ist, um den Abstand des Werkzeuges vom Werkstück zu messen oder mit Hilfe eines Positionierantriebes auf einen vorbestimmten Wert zu regeln.
In einer bekannten Sensoreinrichtung der angegebenen Art wird die Relativverschiebung zwischen Sensorkörper und Tastelement mit Hilfe eines mit Hochfrequenz betriebenen kapazitiven Abstandsmesssystems ermittelt. Die Auswertung der HF-Signale erfordert jedoch HF-Schaltungen, welche relativ kompliziert und kostspielig sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Sensoreinrichtung der angegebenen Art zur Verfügung zu stellen, in der die Relativverschiebung zwischen Sensorkörper und Tastelement wirtschaftlicher und kostengünstiger ermittelt wird.
Die erfindungsgemässe taktile Sensoreinrichtung, mit der die
Aufgabe gelöst wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Ermitteln der Relativlage zwischen Sensorkörper und Tast element einen vom Tastelement getragenen Permanentmagnet und einen mit diesem zusammenwirkenden, vom Sensorkörper getragenen Differential-Hallgenerator aufweisen.
Der Differential-Hallgenerator besitzt zwei Hallgeneratoren, die einander entgegengeschaltet sind und zweckmässig so ange ordnet sind, dass sie die Summenspannung null abgeben, wenn das Tastelement eine vorbestimmte Lage einnimmt, in der der
Permanentmagnet den beiden Hallgeneratoren mittig gegen übersteht. Bei abweichender Relativlage zwischen Sensorkörper und Tastelement gibt der Differential-Hallgenerator eine Gleich spannung ab, die beispielsweise mit einfachen Instrumentenver stärkern verarbeitet werden kann. Die verstärkte Gleichspan nung kann direkt einen Positionierantrieb betätigen, der dann einen vorbestimmten Abstand zwischen Sensorkörper und
Gegenstand und damit die vorbestimmte Lage des den Gegen stand berührenden Tastelementes bezüglich des Sensorkörpers einstellt.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen taktilen
Sensoreinrichtung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Die gezeichnete Einrichtung besitzt einen Sensorkörper 1, der Teil eines Werkzeuges ist, nämlich eines Laserschneidkop fes. Insbesondere ist der Sensorkörper 1 als Düse dargestellt, durch die ein Schneidgas oder Schutzgas zugeführt werden kann und durch deren Öffnung ein von einer Linse 2 fokussierter
Laserstrahl austritt.
Unter der Düse 1 liegt ein Gegenstand 3, der ein Werkstück ist, das mit dem Laserstrahl bearbeitet werden soll.
Der Abstand zwischen der Spitze der Düse 1 und dem
Werkstück 3 wird mittels eines Tastelementes gemessen, welches das Werkstück 3 berührt und dessen Relativlage zum Körper 1 ermittelt. Das Tastelement besteht aus einer Gleithülse 4, die auf dem Körper 1 axial verschiebbar geführt ist, und einem das
Werkstück 3 berührenden Gleitring 5, der mit der Gleithülse 4 über Stäbe 6 oder in anderer Weise starr verbunden ist. Die
Verschiebbarkeit der Gleithülse 4 auf dem Körper 1 ist durch einen in der Gleithülse befestigten Führungsstift 7 begrenzt, der in eine achsparallele Nut 8 im Körper 1 eingreift und die
Verdrehung der Gleithülse bezüglich des Körpers verhindert.
Mit einer zwischen dem Körper 1 und der Gleithülse 4 wirkenden
Feder 9 ist die Gleithülse 4 gegen ihre untere Endlage federbela stet. Die Feder 9 erzeugt einen definierten Auflagedruck des
Gleitrings 5 auf dem Werkstück 3.
Für die Ermittlung der Relativverschiebung zwischen dem
Körper 1 und dem Tastelement 4,5,6 ist in der Gleithülse 4 des letzteren, die aus nichtmagnetischem Material besteht, ein Per manentmagnet 10 befestigt, der auf einen ihm gegenüberstehen den, im Körper 1 befestigten Differential-Hallgenerator 11, 12 einwirkt. Der Differential-Hallgenerator besteht aus zwei einan der eng benachbarten, in der Verschieberichtung der Gleithülse
4hintereinander angeordneten Hallgeneratoren 11 und 12, die ; elektrisch gegeneinander geschaltet sind.
Bei der dargestellten
Lage der Teile, in der der Körper 1 vom Werkstück 3 einen vorbestimmten Sollabstand hat, steht der Magnet 10 den beiden
Hallgeneratoren 11 und 12 genau mittig gegenüber, so dass am
Ausgang des Differential-Hallgenerators 11, 12 die Summen spannung null erscheint.
Wenn der Abstand des Körpers 1 vom Werkstück 3 grösser wird, dann bewegt sich entsprechend das Tastelement 4,5,6 mit dem Magnet 10 bezüglich des Körpers 1 und damit bezüglich des
Differential-Hallgenerators 11, 12 nach unten. Die beiden Hall generatoren 11 und 12 werden vom Magnet 10 nicht mehr symmetrisch beeinflusst, so dass am Ausgang des Differential
Hallgenerators eine beispielsweise positive Ausgangsspannung erscheint. Die Grösse dieser Ausgangsspannung ist ein Mass für den Abstand zwischen dem Körper 1 und dem Werkstück 3. Die Ausgangsspannung kann als Regelsignal einem Regler mit einem Positionierantrieb (nicht dargestellt) zugeführt werden, der den Körper 1 nach unten bewegt, bis dieser vom Werkstück 3 wieder den Sollabstand hat.
Wenn der Abstand des Körpers 1 vom Werkstück 3 kleiner als der Sollabstand wird, dann bewegt sich der Magnet 10 bezüglich des Differential-Hallgenerators 11,12 nach oben und beeinflusst den oberen Hallgenerator 11 stärker, so dass eine negative Ausgangsspannung erscheint.
DESCRIPTION
The invention relates to a tactile sensor device according to the preamble of claim 1.
Such sensor devices are used, for example, when the sensor body is part of a tool, e.g. B. a laser cutting head, and the object is a workpiece to measure the distance of the tool from the workpiece or to regulate to a predetermined value with the aid of a positioning drive.
In a known sensor device of the specified type, the relative displacement between the sensor body and the probe element is determined with the aid of a capacitive distance measuring system operated at high frequency. However, the evaluation of the RF signals requires RF circuits, which are relatively complicated and expensive.
The object of the invention is to provide a sensor device of the type specified, in which the relative displacement between the sensor body and the sensing element is determined more economically and cost-effectively.
The tactile sensor device according to the invention, with which the
The object is achieved, characterized in that the means for determining the relative position between the sensor body and the sensing element have a permanent magnet carried by the sensing element and a cooperating differential Hall generator carried by the sensor body.
The differential Hall generator has two Hall generators which are connected in opposition to one another and are expediently arranged so that they emit the total voltage zero when the probe element assumes a predetermined position in which
Permanent magnet protrudes from the center of the two Hall generators. If the relative position between the sensor body and the probe element differs, the differential Hall generator outputs a DC voltage that can be processed, for example, with simple instrumentation amplifiers. The amplified direct voltage can directly actuate a positioning drive, which is then a predetermined distance between the sensor body and
Object and thus the predetermined position of the object touching touch element with respect to the sensor body.
An embodiment of the tactile according to the invention
Sensor device is shown schematically in the drawing.
The device shown has a sensor body 1, which is part of a tool, namely a Laserschneidkop fes. In particular, the sensor body 1 is shown as a nozzle through which a cutting gas or protective gas can be supplied and through the opening of which a lens 2 focuses
Laser beam emerges.
Under the nozzle 1 is an object 3, which is a workpiece that is to be processed with the laser beam.
The distance between the tip of the nozzle 1 and the
Workpiece 3 is measured by means of a probe element which touches the workpiece 3 and determines its relative position to the body 1. The sensing element consists of a sliding sleeve 4, which is guided axially displaceably on the body 1, and a
Workpiece 3 touching slide ring 5, which is rigidly connected to the sliding sleeve 4 via rods 6 or in another way. The
Slidability of the sliding sleeve 4 on the body 1 is limited by a guide pin 7 fastened in the sliding sleeve, which engages in an axially parallel groove 8 in the body 1 and the
Prevents twisting of the sliding sleeve in relation to the body.
With one acting between the body 1 and the sliding sleeve 4
Spring 9, the sliding sleeve 4 is spring loaded against its lower end position. The spring 9 generates a defined contact pressure of the
Slide ring 5 on the workpiece 3.
For the determination of the relative shift between the
Body 1 and the sensing element 4,5,6 is fixed in the sliding sleeve 4 of the latter, which consists of non-magnetic material, a permanent magnet 10, which acts on a face it, the differential Hall generator 11, 12 attached in the body 1. The differential Hall generator consists of two close to each other, in the direction of displacement of the sliding sleeve
4 arranged in series Hall generators 11 and 12; are electrically connected to each other.
In the illustrated
Position of the parts in which the body 1 has a predetermined desired distance from the workpiece 3, the magnet 10 is the two
Hall generators 11 and 12 exactly opposite each other, so that on
Output of the differential Hall generator 11, 12, the sum voltage appears zero.
If the distance between the body 1 and the workpiece 3 increases, then the sensing element 4, 5, 6 moves with the magnet 10 with respect to the body 1 and thus with respect to the
Differential Hall generator 11, 12 down. The two Hall generators 11 and 12 are no longer influenced symmetrically by the magnet 10, so that at the output of the differential
Hall generator, for example, a positive output voltage appears. The size of this output voltage is a measure of the distance between the body 1 and the workpiece 3. The output voltage can be fed as a control signal to a controller with a positioning drive (not shown) which moves the body 1 down until it is off the workpiece 3 again has the target distance.
If the distance of the body 1 from the workpiece 3 becomes smaller than the target distance, then the magnet 10 moves upward with respect to the differential Hall generator 11, 12 and influences the upper Hall generator 11 more strongly, so that a negative output voltage appears.