DE102012208893B4 - Method for operating a measuring device of a pneumatic support control device - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Messeinrichtung zur Bestimmung einer Position
eines Objektes (3) relativ zu einer Bezugsfläche,
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 Druckluftquelle (4), mittels derer Luft mit einem Speisedruck p zur Verfügung stellbar ist und
zwischen der Druckluftquelle (4) und der Messdüse (2) bzw. den Messdüsen (2)ein Versorgungskanal (10) mit einem Versorgungskanalabschnitt (10a) angeordnet ist,
und einem einen thermischen Massedurchflusssensor (21) und einen Drucksensor (30) umfassenden Durchflussmessgerät (20) zur Bestimmung einer Strömungsgeschwindigkeit eines in dem Versorgungskanal (10) strömenden Mediums,
mit folgenden Verfahrensschritten:
■ Einstellen eines definierten Abstandes A_Ref zwischen der Messdüse (2) mit einem Durchmesser D und dem Objekt (3) und Ermitteln eines Massedurchflusses M_Ref eines aus der Messdüse (2) austretenden Luftstromes und eines im Versorgungskanal (10) herrschenden Drucks p_Ref,
■ Ermitteln eines aktuellen Massedurchfluss M und eines im Versorgungskanals (10) herrschenden Drucks p,
■ Berechnen eines aktuellen Abstands A durch die Formel $A=A_{Ref}\ast \frac{\frac{M}{M_{Ref}}}{{\left(\frac{p}{p_{Ref}}\right)}^x},$

wobei der Exponent x im Bereich 0,5 bis 0,9 liegt.

Method for operating a measuring device for determining a position
an object (3) relative to a reference surface,
with at least one measuring nozzle (2), the outlet opening of the measuring nozzle (2) or the outlet openings of the measuring nozzles (2) being located in the reference surface,
a compressed air source (4), by means of which air with a feed pressure p can be made available and
A supply duct (10) with a supply duct section (10a) is arranged between the compressed air source (4) and the measuring nozzle (2) or the measuring nozzles (2),
and a flow measuring device (20) comprising a thermal mass flow sensor (21) and a pressure sensor (30) for determining a flow velocity of a medium flowing in the supply channel (10),
with the following process steps:
Setting a defined distance A _Ref between the measuring nozzle (2) with a diameter D and the object (3) and determining a mass flow M _{Ref of} an air flow emerging from the measuring nozzle (2) and a pressure p _Ref prevailing in the supply duct (10),
Determining a current mass flow M and a pressure p prevailing in the supply channel (10),
■ Calculate a current distance A using the formula $A=A_{Ref}\ast \frac{\frac{M}{M_{Ref}}}{{\left(\frac{p}{p_{Ref}}\right)}^x},$

where the exponent x is in the range 0.5 to 0.9.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Messeinrichtung zur Bestimmung der Position eines Objektes relativ zu einer Bezugsfläche, insbesondere zur pneumatischen Auflagenkontrolle für Werkstücke oder Werkstückträger.The invention relates to a method for operating a measuring device for determining the position of an object relative to a reference surface, in particular for pneumatic support control for workpieces or workpiece carriers.

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 DE 10 2004 055 101 B4 bekannt und werden von der Anmelderin unter der Produktbezeichnung SDxxxx vertrieben.Thermal flowmeters per se are known. They work according to the calorimetric principle, in which a certain temperature behavior is determined on the basis of the heat transport that occurs as a function of the flow velocity. There are essentially two ways of measuring flow. The first option is to use a differential temperature measurement. At a first measuring point, a heater with a constant heating output generates a local temperature increase, which is recorded by a first measuring element. Furthermore, a second measuring element measures a reference temperature at another location, which corresponds to the temperature of the medium. The flow rate can now be determined from the temperature difference between the two measuring points. A second possibility provides for a heating element with a variable heating output to generate the local temperature increase. A regulation varies the heating power in such a way that a predetermined, constant temperature difference is measured from the remotely located measuring element. This varying heating power can then be evaluated as a measure of the flow rate. Measuring devices of the latter type are, for example, from the German patent specification DE 10 2004 055 101 B4 known and are sold by the applicant under the product name SDxxxx.

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.Measuring devices, in particular pneumatic support control devices of the type mentioned measure and monitor the change in distance or the correct position of an object, e.g. of a workpiece or workpiece carrier, to a reference surface - the so-called gap distance - and are used in various areas of industrial manufacturing and automation technology. Such measuring devices and methods for operating such measuring devices have been known for many years and are marketed, for example, by the applicant under the product name PSxxxx.

Die DE 196 08 879 A1 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 196 08 879 A1 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.The DE 196 08 879 A1 shows such a device in which nozzles are arranged in a support surface of a clamping device. A pressure medium, for example compressed air, is directed to the outlet nozzles. Depending on its position, a workpiece fed to the clamping device approaches the nozzles, so that a dynamic pressure is created. However, if there is a foreign body between the contact surface and the workpiece, a gap is formed, which leads to a lower pressure value. The dynamic pressure value is recorded and, depending on this, a signal is triggered which prevents the workpiece from being fixed in the clamping device if it is not in the correct position. At the in the DE 196 08 879 A1 described device, an adjustment of the permissible pressure value is carried out by connecting a special gap leakage simulator. Apart from foreign bodies, changes to the workpiece itself can also cause gaps to form. Such changes can be, for example, deviating dimensions, resulting in particular from warping, or changes in the surface.

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 102 39 079 A1 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.Flowmeters are often used, which measure the pressure difference resulting from an orifice plate in order to infer the flow, since a change in the flow indicates a change in the object position with respect to the measuring nozzles. The DE 102 39 079 A1 shows such a pneumatic support control device in which compressed air emerging from a measuring nozzle flows against a workpiece arranged opposite the nozzle. An orifice is arranged in the feed line to the measuring nozzle. The pressure drop across the orifice plate is determined by means of a differential pressure sensor, which is a measure of the flow or the flow and thus of the gap distance. The differential pressure sensor is designed as a threshold switch and outputs an electrical binary signal that depends on whether the dynamic pressure is above or below a predefined limit differential pressure.

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 den 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.However, fluctuations in the pressure supply affect the measurement result. Pressure fluctuations are inevitable because the individual supply channel is often part of a complex, branched pipe system. If a consumer is switched on or off elsewhere in the pipe system, this has a direct impact on the feed pressure in the other branches of the system, i.e. on the pressure in front of the aperture device. Since there is no connection between the pressure changes before and the resulting pressure change after the orifice device - at least this connection is not readily ascertainable - it cannot be said in the case of changes whether the cause of this is a change in the gap distance. Individual pressure regulators, which smooth the pressure fluctuations and ensure a constant feed pressure, are usually not precise enough or cannot be used for cost reasons.

Eine alternative Auflagenkontrollvorrichtung zeigt das deutsche Patent DE 101 55 135 B4 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.An alternative edition control device shows the German patent DE 101 55 135 B4 the applicant. Here too, the dynamic pressure is measured at a reference nozzle, but the effective one Outlet surface of the reference nozzle is adjustable. Two parallel orifice plates, the reference nozzle and the measuring nozzle are connected to form a bridge, which can be adjusted in a similar way to a Wheatstone measuring bridge by changing the reference nozzle, e.g. using a micrometer or a perforated disc, so that the diagonal pressure is zero.

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.In the case of flushing processes in which air is to be blown through the supply duct at an increased flow rate and thus increased volume, the diaphragm device, which represents an obstacle and thus limits the maximum flow rate, can be problematic. Flushing processes are necessary if contamination in the supply channel or at the measuring nozzles is to be expected. These contaminants can arise, for example, from residues of coolants / lubricants, the use of which is common in many manufacturing processes.

Dem gegenüber weisen nach dem kalorimetrischen Prinzip arbeitende Durchflussmessgeräten 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.In contrast, flowmeters operating on the calorimetric principle do not have an orifice device, but when the flow changes, they cannot distinguish whether the reason for this is the change in the position of the object or a fluctuation in the supply pressure.

Weiterer Stand der Technik hinsichtlich der pneumatischen Positionsbestimmung eines Objekts stellen die Dokumente US 5 356 225 A , DE 197 45 216 A1 , US 2011 0 099 827 A1 , DE 10 2008 058 198 A1 und DE 10 2010 005 372 A1 dar.The documents provide further prior art with regard to the pneumatic position determination of an object US 5,356,225 A , DE 197 45 216 A1 , US 2011 0 099 827 A1 , DE 10 2008 058 198 A1 and DE 10 2010 005 372 A1 represents.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Messeinrichtung der vorgenannten Art zur Verfügung zu stellen, die ohne Blendeneinrichtung auskommt, daher einen frei wählbaren Düsendurchmesser ermöglicht - hinsichtlich Anzahl der Messdüsen und deren Durchmesser selbst - und leicht zu reinigen ist, sowie auftretende Druckschwankungen kompensieren kann. Darüber hinaus soll ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung vorgeschlagen werden.The object of the present invention is to provide a measuring device of the aforementioned type which does not require an orifice device, therefore allows a freely selectable nozzle diameter - with regard to the number of measuring nozzles and their diameter itself - and is easy to clean, and can compensate for pressure fluctuations that occur. In addition, a method for operating such a device is to be proposed.

Die aufgezeigte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.The stated object is achieved according to the invention by a method according to claim 1.

Erfindungswesentlich ist einerseits, dass aufgrund der Verwendung eines thermischen Durchflussmessgeräts auf eine Blendeneinrichtung verzichtet werden kann. 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 gleichgeblieben 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. Mit Hilfe des jeweils gemessenen Drucks lässt sich der gemessene Massedurchfluss druckkompensieren, d.h. alle Massedurchflusswerte können auf ein Druckniveau kompensiert und damit miteinander verglichen werden. Hierfür ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, dass der Massedurchflusssensor 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 der Beschreibung des Verfahrens erläutert.It is essential to the invention that, on the one hand, an orifice device can be dispensed with due to the use of a thermal flow measuring device. The supply duct or supply duct section - as part of the supply duct within the flow measuring device - thus has an essentially constant cross section according to the invention. In order to detect a pressure fluctuation in the supply pressure, a pressure sensor is provided for this purpose. A change in pressure in the supply line has a direct influence on the measured flow, although the gap distance and the nozzle used have remained the same. With the help of the pressure measured in each case, the measured flow can be pressure-compensated and thus the cause of the change in the flow value can be eliminated by compensating all flow values to a pressure level and thus comparing them with one another. With the help of the pressure measured in each case, the measured mass flow can be pressure-compensated, i.e. all mass flow values can be compensated to a pressure level and thus compared with each other. For this purpose, it is advantageous according to the invention that the mass flow sensor and the pressure sensor for calculating and monitoring the distance between the nozzle and the object are connected to an evaluation unit. How the pressure compensation takes place in detail is explained below in connection with the description of the method.

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, mit hohem Durchfluss Luft durch den Versorgungskanal durchzuspülen. Auf diese Weise lassen sich auf einfache Weise Ablagerungen und Verunreinigungen, bspw. durch Reste von Kühl-/Schmiermitteln, 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.Due to the essentially constant cross-section of the supply channel, i.e. Without any tapering, throttling or orifice devices or the like, which influence the pressure in the supply channel, it is possible to flush air through the supply channel at high flow. In this way, deposits and impurities, for example through residues of coolants / lubricants, can be removed in a simple manner, without manual intervention being necessary. The prerequisite for this is, of course, that no object, i.e. Workpiece or workpiece carrier located on the nozzles or in the vicinity of the nozzles, which would restrict the free air outlet from the nozzles.

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 eines 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 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.Another advantage of the invention is that the “free” supply channel enables an analog value determination of the distance between the measuring nozzle and the object. It is thus possible to define defined switching points that define the different situations - such as "zero gap", "no object available" or target distance. If the measured values are outside a defined window around the switching point, errors can be identified in this way. If a switching point of 25 l / min flow is defined in the "No object present" state, a leak can be concluded when a window of 23 - 27 l / min is exceeded, i.e. There are leaks in the supply duct or at the measuring nozzles, at which air flows out unintentionally. If this window is not reached, this indicates that there is contamination or clogging within the supply duct or at the measuring nozzles, that the measuring elements of the flow meter are contaminated or that a kink in the supply duct is responsible for the low flow.

Es hat sich als großer Nachteil herausgestellt, wenn sich im Bereich des Massedurchflusssensors 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 vorgesehen, dass der Versorgungskanalabschnitt im Bereich des thermischen Massedurchflusssensors 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. It has proven to be a great disadvantage if oil puddles or condensate deposits form in the area of the mass flow sensor, because this can narrow the supply channel and contaminate the measuring elements of the flow meter. As a result, this can influence the measurement result of the flow measurement. To avoid this, it is provided that the supply channel section in the area of the thermal mass flow sensor has a raised portion that does not change the cross section in order to avoid the formation of condensate or puddles. In this way, puddling can be prevented in a simple manner. It is important, however, that the cross section of the supply duct section is not changed significantly, which would create an aperture effect. The main idea of the invention is that the diameter or cross section of the supply duct section runs uniformly over the entire length in the broadest sense.

Vorteilhaft ist es, wenn einem Teilbereich des Versorgungskanalabschnitts ein Parallel-Pfad mit einer Blendeneinrichtung zugeordnet ist, wobei über eine Einstellvorrichtung auswählbar ist, ob die Druckluft über den Versorgungskanalabschnitt oder über den Parallel-Pfad strömt. Hintergrund ist, dass es im Wesentlichen zwei Arten von Spülvorgängen gibt: zum einen die bereits erwähnte Methode, bei der Luft mit hohem Durchfluss durch den Versorgungskanal gespült wird, um bereits in die Messdüsen eingedrungene und z. T. angetrocknete Ablagerungen und Verunreinigungen, bspw. Reste von Kühl-/Schmiermitteln, 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 befindet. Im ersteren Fall muss die Luft mit hohem Durchfluss durchgespült werden, da sich bspw. angetrocknete Reste nur schwer entfernen lassen. Der Druckluftverbrauch 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, Luft mit einem wesentlich geringeren Durchfluss durchzuspülen. Studien haben ergeben, dass es ein enormes Einsparpotential gibt, wenn der Druckluftausstoß an die Anforderung der jeweiligen Anwendung angepasst und damit eine Verschwendung von Druckluft vermieden wird. Aus ökonomischen Gründen ist es daher vorteilhaft, durch Zuschalten einer Blendeneinrichtung die Luftmenge zu begrenzen, wenn sich kein Objekt auf den Messdüsen befindet und damit auch keine Abstandsmessung erfolgt. Die durchströmende Luftmenge wird somit auf einfache Weise auf ein Minimum reduziert, was aber ausreicht, um ein Eindringen von Substanzen in die Düsenöffnungen zu verhindern.It is advantageous if a partial path of the supply duct section is assigned a parallel path with an orifice device, it being possible to use an adjusting device to select whether the compressed air flows via the supply duct section or via the parallel path. The background to this is that there are essentially two types of flushing processes: firstly, the method already mentioned, in which air is flushed through the supply duct at a high flow rate in order to prevent air that has already penetrated into the measuring nozzles and, for. Partly remove dried deposits and contaminants, e.g. residues of coolants / lubricants, and secondly to prevent the penetration of substances, such as coolants / lubricants, if - which occurs relatively often - there is no object on the measuring nozzles located. In the former case, the air has to be flushed with a high flow rate, because dried residues, for example, are difficult to remove. The compressed air consumption in such a flushing process is correspondingly high. In the other case, if it is only intended to prevent substances from penetrating the measuring nozzles, it is also sufficient to purge air with a significantly lower flow rate. Studies have shown that there is enormous potential for savings if the compressed air output is adapted to the requirements of the respective application and thus waste of compressed air is avoided. For economic reasons, it is therefore advantageous to limit the amount of air by switching on an aperture device when there is no object on the measuring nozzles and therefore no distance measurement is carried out. The amount of air flowing through is thus reduced to a minimum in a simple manner, but this is sufficient to prevent substances from penetrating into the nozzle openings.

Eine Alternative zur Zuschaltung dieses, die Blendeneinrichtung aufweisenden Parallel-Pfads, ist, ein Regulierventil vorzusehen, womit gewünschtenfalls der Durchfluss begrenzt werden kann.An alternative to connecting this parallel path, which has the diaphragm device, is to provide a regulating valve, with which the flow can be limited if desired.

Besonders vorteilhaft ist es, 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.It is particularly advantageous to design the pressure sensor as a sensor board, the sensor board having a pressure measuring cell with two surfaces in contact with the medium, which are provided opposite one another on the front and rear of the sensor board. The essence of such sensor boards is that the measuring cell arranged on them - preferably a silicon wafer - can be pressurized on both sides. The pressure is supplied via small pressure channels, which are arranged in such a way that they preferably meet the inserted sensor board vertically, in such a way that at least one pressure channel can advantageously act on the measuring cell from the first side and a second pressure channel from the opposite second side . If a pressure is present in the first pressure channel and in the second pressure channel, the difference between the pressures can be deduced by measuring the deflection of the silicon wafer. In the present case, the pressure sensor is used as a relative pressure measuring device, since the difference in the system pressure is to be measured in relation to the atmospheric pressure. For this purpose, the ambient pressure is passed to the measuring cell via a pressure channel. Such sensor boards have u. a. the advantage that they can be exchanged in a simple manner, since they are simply pushed into a slot-shaped recess provided for this purpose and are held therein. Of course, the pressure within the supply duct or the supply duct section can also be measured with any other pressure measuring device.

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 vom Massedurchflusssensor übermittelten Signale, aus denen dann die Berechnung des Spaltabstands möglich ist. Dies kann bspw. in einer übergeordneten SPS erfolgen.It is particularly advantageous to integrate the evaluation unit and the pressure sensor in the flow meter, since the calculation and monitoring of the gap distance can then take place in one device and the user therefore only needs a single measuring device in order to realize the advantages of the invention. Alternatively, it is of course also conceivable to integrate only one of the two, that is to say the pressure sensor or evaluation unit, in the flow meter. Since the pressure within the supply channel is the same at every point, it can be advantageous in certain applications to carry out the pressure measurement away from the flow measurement. The same applies to the processing of the signals transmitted by the pressure sensor and the mass flow sensor, from which the gap distance can then be calculated. This can be done, for example, in a higher-level PLC.

Die Messeinrichtung zur Bestimmung der Position eines Objektes relativ zu einer Bezugsfläche, insbesondere eine pneumatische Auflagenkontrollvorrichtung für Werkstücke oder Werkstückträger, besteht aus 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 und zwischen der Druckluftquelle und der Messdüse bzw. den Messdüsen ein Luftversorgungskanal mit einem Versorgungskanalabschnitt angeordnet ist und einem einen thermischen Massedurchflusssensor und einen Drucksensor umfassenden Durchflussmessgerät zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des in dem Versorgungskanal strömenden Mediums.The measuring device for determining the position of an object relative to a reference surface, in particular a pneumatic support control device for workpieces or workpiece carriers, consists of at least one measuring nozzle, the outlet opening of the measuring nozzle or the outlet openings of the measuring nozzles being located in the reference surface, a compressed air source by means of which air with a supply pressure p can be provided and between the compressed air source and the measuring nozzle or the Measuring nozzles, an air supply duct is arranged with a supply duct section and a flow measuring device comprising a thermal mass flow sensor and a pressure sensor for determining the flow velocity of the medium flowing in the supply duct.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer solchen Messeinrichtung umfasst dabei sind folgende Verfahrensschritte:

• ■ Einstellen eines definierten Abstandes A_Ref zwischen der Düse mit dem Durchmesser D und dem Objekt und Ermitteln des Massedurchflusses M_Ref des aus der Düse austretenden Luftstromes und des im Versorgungskanal herrschenden Drucks p_Ref ,
• ■ Ermitteln des aktuellen Massedurchfluss M und des im Versorgungskanals herrschenden Drucks p,
• ■ Berechnen des aktuellen Abstands A durch die Formel $A=A_{Ref}\ast \frac{\frac{M}{M_{Ref}}}{{\left(\frac{p}{p_{Ref}}\right)}^x},$
  

wobei der Exponent x im Bereich 0,5 bis 0,9 liegt, bevorzugt 0,7 beträgt, besonders bevorzugt 0,72 beträgt.The method according to the invention for operating such a measuring device comprises the following method steps:

• ■ Setting a defined distance A _Ref between the nozzle with the diameter D and the object and determining the mass flow M _Ref the air flow emerging from the nozzle and the pressure prevailing in the supply duct p _Ref ,
• ■ Determine the current mass flow M and the pressure prevailing in the supply channel p ,
• ■ Calculate the current distance A through the formula $A=A_{Ref}\ast \frac{\frac{M}{M_{Ref}}}{{\left(\frac{p}{p_{Ref}}\right)}^x},$
  

being the exponent x is in the range 0.5 to 0.9, preferably 0.7, particularly preferably 0.72.

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 A_Ref in der Auswerteeinheit eingetragen. Gleiches gilt für die dabei gemessenen Werte des Massedurchflusses M_Ref und des innerhalb des Versorgungskanals bzw. Versorgungskanalabschnitts herrschenden Druckes p_Ref . Sind diese drei Werte in der Auswerteeinheit hinterlegt, kann mit den eigentlichen Messungen begonnen werden.First of all, with the help of a gauge, a predetermined distance is set or taught, and the resulting values of mass flow and pressure are recorded. This gauge can be a micrometer with a nozzle integrated in the anvil, with which a defined distance in the 1/100 millimeter range can be set. There are also sheets with a thickness in the 1/100 millimeter range, into which a recess can be provided and which is placed between the measuring nozzle and the object. A defined distance could also be set in this way. The amount of this predetermined distance is as A _Ref entered in the evaluation unit. The same applies to the measured mass flow values M _Ref and the pressure prevailing within the supply duct or supply duct section p _Ref . If these three values are stored in the evaluation unit, the actual measurements can be started.

Durch empirische Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass, nachdem die Werte für M_Ref und p_Ref bei einem vorgegebenen Abstand A_Ref bekannt sind, sich der Spaltabstand nach folgender Formel berechnen lässt: $$A=A_{Ref}\ast \frac{\frac{M}{M_{Ref}}}{{\left(\frac{p}{p_{Ref}}\right)}^x},$$

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.Empirical studies have shown that after the values for M _Ref and p _Ref at a given distance A _Ref are known, the gap distance can be calculated using the following formula: $$A=A_{Ref}\ast \frac{\frac{M}{M_{Ref}}}{{\left(\frac{p}{p_{Ref}}\right)}^x},$$

being the exponent x is in the range 0.5 to 0.9, preferably 0.7, particularly preferably 0.72. With the help of this formula, pressure fluctuations in the supply pressure can now be compensated. In this way, absolute values of the gap distance can now be calculated independently of fluctuations in the supply pressure.

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 Massedurchfluss- und Druckwerte stehen in Relation zueinander, so dass bei einem sich ändernden Durchmesser auch andere Werte für Massedurchfluss und Druck gemessen werden.It should be noted that this formula assumes that it is always the same measuring nozzle that was used in the teaching process. The nozzle diameter as well as the mass flow and pressure values are related to each other, so that if the diameter changes, other values for mass flow and pressure are also measured.

Eine Alternative zur Vorgabe eines absoluten Abstandswertes A_Ref ist eine Relativmessung, indem A_Ref = 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 M_Ref und p_Ref 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 A_Ref = 1 ist, kann ein Abstandswert A berechnet werden, wobei A dann nur ein Relativwert ist, der nicht dem tatsächlichen Abstand entspricht bzw. entsprechen muss.An alternative to specifying an absolute distance value A _Ref is a relative measurement by setting A _Ref = 1. The teach process then takes place by specifying a TARGET state. For this purpose, an object with a gap distance defined as permissible is placed on the measuring nozzles. It is irrelevant how large the distance actually is. The measured values for M _Ref and p _Ref are stored in the evaluation unit as explained above. After teaching, the measured values for M and p used in the above formula and since A _Ref = 1 is independent of the actual reference distance value, a distance value can A are calculated, where A is then only a relative value that does not or does not have to correspond to the actual distance.

Alternativ kann statt der o. g. Formel auch ein zuvor eingemessenes Kennlinienfeld verwendet werden. Hierfür werden zunächst Wertesätze, bestehend aus Massedurchfluss, Druck und zugehörigem Abstand, ermittelt. Aus diesen Wertsätzen wird über alle Massedurchfluss- und Druckszenarien eine mehrdimensionale Interpolationsfunktion gebildet, die in der Auswerte-/Speichereinheit 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.Alternatively, a previously measured characteristic field can be used instead of the above formula. For this purpose, sets of values consisting of mass flow, pressure and associated distance are first determined. A multidimensional interpolation function is formed from these value sets across all mass flow and pressure scenarios and is stored in the evaluation / storage unit. The evaluation / storage unit is preferably arranged in the measuring device and particularly preferably in the flow meter itself. During operation of the measuring device, the currently available parameters of mass flow and pressure are measured and, based on this, the current distance between measuring nozzle and object determined by the previously determined interpolation function.

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.In an advantageous embodiment, the evaluation unit is given a range of distance values or relative values within which the distance is defined as “in order”. If the distance values or relative values move outside of this range, a switching signal is generated, which, for example, generates the output of an optical and / or acoustic signal. In the case of safety systems, the transfer of the system to the safe state can also be agreed.

Das Hauptanwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Messeinrichtung liegt in der pneumatischen 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.The main area of application of the measuring device according to the invention is in the pneumatic support control. In addition, such measuring devices can also be used as a proximity switch or presence control, e.g. for querying the position of a workpiece during a manufacturing process or moving objects (slides), the exact position of a gripper arm when gripping an object, monitoring the chuck holder or the exact fit in manufacturing processes an installation part, such as an O-ring. In the latter case, a gripper with integrated nozzles grips the object at the location where the O-ring (s) is or are located. Due to the accuracy in the 1/100-millimeter range, it can be automatically determined whether the O-ring itself is present, whether it is exactly in the intended position and of the correct type - for example, can be determined by recognizing the cord thickness. The gripper can only pass the object on for further processing if this has been positively determined.

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.Furthermore, the measuring device can be used to identify objects if they have a distinctive surface structure. There are applications in this regard, e.g. to identify brake discs for different vehicles, but with essentially identical geometries. If the brake disks differ, for example, by a groove or groove, identification and thus sorting is possible with the measuring device according to the invention. The advantage is based on the fact that analog measurement is possible since a 4-20 mA measurement signal can be tapped over a certain distance range.

Nachfolgend wird die Erfindung im Zusammenhang mit Figuren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below in connection with figures on the basis of exemplary embodiments.

Es zeigen:

• 1 eine Anordnung einer pneumatischen Auflagenkontrollvorrichtung,
• 2 ein Durchflussmessgerät einer pneumatischen Auflagenkontrollvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
• 3 ein Durchflussmessgerät einer pneumatischen Auflagenkontrollvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform und
• 4 ein Anwendungsbeispiel in Form einer Anwesenheitskontrolle für ein Werkstück.

Show it:

• 1 an arrangement of a pneumatic support control device,
• 2nd a flow meter of a pneumatic support control device according to a second embodiment,
• 3rd a flow meter of a pneumatic pad control device according to a third embodiment and
• 4th an application example in the form of presence control for a workpiece.

In den nachfolgenden Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.In the following figures, unless otherwise stated, the same reference symbols designate the same parts with the same meaning.

In 1 ist eine 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 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.In 1 is a pad control device 1 pictured. The central component here is the flow meter 20th with the thermal mass flow sensor 21 , the integrated pressure sensor 30th and the longitudinally extending supply channel section 10a as part of the supply channel 10th . A pressure supply unit 4th creates an air flow with a pressure p that over the supply channel 10th through the flow meter 20th to at least one nozzle 2nd is directed. In the 1 shown two nozzles 2nd are only exemplary; the invention is not limited to this number. It is both just a nozzle 2nd as well as several nozzles connected in parallel 2nd conceivable. Above the two nozzles 2nd is a workpiece or a workpiece carrier 3rd arranged, its distance to the nozzles 2nd - the so-called gap distance - should be determined.

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 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.The pressure p of the pressure supply unit 4th generated airflow can vary widely. Such pressure fluctuations are inevitable because the individual supply channel is often 10th part of a complex, branched pipe system. If a consumer is switched on or off elsewhere in the pipe system, this has a direct impact on the feed pressure in the other branches of the system. The pressure within the supply duct section 10a is through the pressure sensor 30th measured. In the in 1 The embodiment shown is the pressure sensor 30th designed as a sensor board. Such sensor boards have a through opening, with a silicon wafer arranged therein, which can be pressurized on both sides. The flow meter 20th has a slot-shaped recess into which the sensor board can be inserted.

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 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 Massedurchfluss 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 A_Ref in der Auswerteeinheit eingetragen. Gleiches gilt für die dabei gemessenen Werte des Massedurchflusses M_Ref und des innerhalb des Versorgungskanals bzw. Versorgungskanalabschnitts herrschenden Druckes p_Ref . 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 M_Ref und p_Ref bei einem vorgegebenen Abstand A_Ref bekannt sind, sich der Spaltabstand nach folgender Formel berechnen lässt: $$A=A_{Ref}\ast \frac{\frac{M}{M_{Ref}}}{{\left(\frac{p}{p_{Ref}}\right)}^x},$$
  

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.The pressure supply to the sensor board takes place via small pressure channels which are arranged in such a way that they preferably meet the inserted sensor board perpendicularly, in such a way that at least one pressure channel advantageously the measuring cell from the first side and a second pressure channel can act on the measuring cell from the opposite second side. If a pressure is present in the first pressure channel and in the second pressure channel, the difference between the pressures can be deduced by measuring the deflection of the silicon wafer. In 1 the pressure sensor is used as a relative pressure measuring device, since there is a pressure channel with the supply channel section 10a is connected and the other pressure channel 31 with the environment and thus with the ambient air pressure. This allows the difference in system pressure to be measured in relation to atmospheric pressure. The silicon wafer is now subjected to a pressure impact from two sides and deflects differently in one direction in accordance with the difference between the two pressures. This deflection can be recorded electronically and converted into a signal dependent on this pressure difference. This signal and that from the thermal mass flow sensor 21 generated, flow-dependent signals are the evaluation unit 5 fed. In this evaluation unit 5 it is possible to measure the gap distance from these two signals, which is independent of the pressure fluctuations mentioned, as explained below:

• First of all, with the help of a gauge, a predetermined distance is set or taught, and the resulting values of mass flow and pressure are recorded. This gauge can be a micrometer with a nozzle integrated in the anvil, with which a defined distance can be set in 1/100-millimeter increments. There are also sheets with a thickness in the 1/100 millimeter range, into which a recess can be provided and which is placed between the measuring nozzle and the object. A defined distance could also be set in this way. The amount of this predetermined distance is as A _Ref entered in the evaluation unit. The same applies to the measured mass flow values M _Ref and the pressure prevailing within the supply duct or supply duct section p _Ref . If these three values are stored in the evaluation unit, the actual measurements can be started. Empirical studies have shown that after the values for M _Ref and p _Ref at a given distance A _Ref are known, the gap distance can be calculated using the following formula: $$A=A_{Ref}\ast \frac{\frac{M}{M_{Ref}}}{{\left(\frac{p}{p_{Ref}}\right)}^x},$$
  

being the exponent x is in the range 0.5 to 0.9, preferably 0.7, particularly preferably 0.72. With the help of this formula, pressure fluctuations in the supply pressure can now be compensated because the change in the mass flow behaves differently when the pressure changes than when the gap distance changes A . In this way, absolute values of the gap distance can now be calculated independently of fluctuations in the supply pressure.

Eine Alternative zur Vorgabe eines absoluten Abstandswertes A_Ref ist, eine Relativmessung erfolgt, indem A_Ref = 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 M_Ref und p_Ref werden wie oben ausgeführt in der Auswerteeinheit 5 abgelegt. Nach dem Teachen werden die gemessenen Werte für M und p in die obige Formel eingesetzt und da unabhängig von dem tatsächlichen Referenzabstandswert A_Ref = 1 ist, kann ein Abstandswert A berechnet werden, wobei A dann nur ein Relativwert ist, der nichts mit dem tatsächlichem Abstand zu tun hat.An alternative to specifying an absolute distance value A _Ref a relative measurement is made by A _Ref = 1 is set. The teach process then takes place by specifying a TARGET state. For this purpose, an object with a gap distance defined as permissible is placed on the measuring nozzles. It is irrelevant how large the distance actually is. The measured values for M _Ref and p _Ref are carried out in the evaluation unit as explained above 5 filed. After teaching, the measured values for M and p used in the above formula and there regardless of the actual reference distance value A _Ref = 1, can be a distance value A are calculated, where A then it's just a relative value that has nothing to do with the actual distance.

2 zeigt ein Durchflussmessgerät 20 einer aus 1 bekannten pneumatischen Auflagekontrollvorrichtung 1 in einer zweiten Ausführungsform. Der Unterschied hierbei besteht darin, dass der Versorgungskanalabschnitt 10a im Bereich des thermischen Massedurchflusssensors 21 eine Erhebung aufweist. Das Charakteristische hierbei ist, dass sich durch diese Erhebung 11 der Querschnitt des Luftversorgungskanalabschnitts 10a nicht verändert. Durch die Erhebung 11 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. 2nd shows a flow meter 20th one out 1 known pneumatic support control device 1 in a second embodiment. The difference here is that the supply channel section 10a in the area of the thermal mass flow sensor 21 has a survey. The characteristic here is that this elevation 11 the cross section of the air supply duct section 10a not changed. By collecting 11 the formation of puddles of condensate and / or oil is avoided, because such puddles can cause the flow measurement signal of the flow sensor 21 sometimes significantly impaired or falsified. It is important in any case that the cross section of the air supply duct 10th or section 10a is not changed thereby in order to realize the basic idea of the invention, the enabling of a resistance-free flushing, also in this embodiment.

In 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 2nd is the pressure measuring unit, consisting of the pressure sensor 30th and the pressure channel 31 represented in a different way. However, the functionality is the same in both cases. In both figures, it is only a schematic representation anyway.

In 3 ist eine dritte Ausführungsform des Durchflussmessgeräts 20 aus 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 Kühl-/Schmiermitteln, 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 3 nicht gezeigten Düsen 2 befindet, ist es daher vorteilhaft die Luftzufuhr über den Parallelpfad 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 3rd is a third embodiment of the flow meter 20th out 1 shown. The difference here is that the supply channel section 10a a parallel path in one area 12th assigned. Via a selection device 14 can be set whether the air supply from the air supply unit, not shown here 4th over the supply channel section 10a or via the parallel path 12th should be done. The difference between these two paths is that the parallel path 12th via an aperture device 13 disposes. There are essentially two types of purging processes: firstly, the method in which air with high pressure flows through the supply duct 10th is flushed to remove deposits and contaminants, for example residues of coolants / lubricants, and on the other hand to prevent the penetration of substances, for example coolants / lubricants, if - which occurs relatively frequently - no object is on the Measuring nozzles 2nd located. This means that there must always be a certain air flow through the supply duct while the system is operating 10th be rinsed. If there is no object on the in 3rd nozzles not shown 2nd it is therefore advantageous to supply air via the parallel path 12th to be done to avoid wasted compressed air. Through the aperture device 13 has the parallel path 12th via an air volume limit, which ensures that only air with a certain pressure is supplied to the nozzles 2nd reached. This pressure is preferably so great that the entry of cooling / cooling lubricants into the nozzles 2nd is avoided. During the measuring process or during rinsing processes, the deposits inside the nozzle 2nd the supply channel 10a switched on again, which has no restriction and thus guarantees a maximum supply pressure.

In 4 ist beispielhaft ein Anwendungsbeispiel gezeigt, wie das Messsystem neben einer Auflagenkontrolle 1 gemäß 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.In 4th An example of an application is shown, such as the measuring system in addition to a print run check 1 according to 1 can also be used as a presence or proximity switch. The flow sensor is shown schematically 20th , the three nozzles 2nd over the supply channel 10th supplied with compressed air. The hatched part is intended to represent a workpiece carrier on which a workpiece 3rd is arranged. The arrow cross in the middle should clarify that the workpiece 3rd is movable in different directions. With the help of the nozzles 2nd there is a device with which the exact positioning or alignment of the workpiece 3rd can be determined in the hundredths of a millimeter range. The distance can be measured as an analog value since a 4-20 mA measurement signal can be tapped over a certain distance range. This results in an alternative to known proximity switches that work in an inductive, capacitive or optical manner.

Claims (5)

Verfahren zum Betreiben einer Messeinrichtung zur Bestimmung einer Position eines Objektes (3) relativ zu einer Bezugsfläche, 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 Druckluftquelle (4), mittels derer Luft mit einem Speisedruck p zur Verfügung stellbar ist und zwischen der Druckluftquelle (4) und der Messdüse (2) bzw. den Messdüsen (2)ein Versorgungskanal (10) mit einem Versorgungskanalabschnitt (10a) angeordnet ist, und einem einen thermischen Massedurchflusssensor (21) und einen Drucksensor (30) umfassenden Durchflussmessgerät (20) zur Bestimmung einer Strömungsgeschwindigkeit eines in dem Versorgungskanal (10) strömenden Mediums, mit folgenden Verfahrensschritten: ■ Einstellen eines definierten Abstandes A_Ref zwischen der Messdüse (2) mit einem Durchmesser D und dem Objekt (3) und Ermitteln eines Massedurchflusses M_Ref eines aus der Messdüse (2) austretenden Luftstromes und eines im Versorgungskanal (10) herrschenden Drucks p_Ref, ■ Ermitteln eines aktuellen Massedurchfluss M und eines im Versorgungskanals (10) herrschenden Drucks p, ■ Berechnen eines aktuellen Abstands A durch die Formel $A=A_{Ref}\ast \frac{\frac{M}{M_{Ref}}}{{\left(\frac{p}{p_{Ref}}\right)}^x},$

wobei der Exponent x im Bereich 0,5 bis 0,9 liegt.Method for operating a measuring device for determining a position of an object (3) relative to a reference surface, with at least one measuring nozzle (2), the outlet opening of the measuring nozzle (2) or the outlet openings of the measuring nozzles (2) being located in the reference surface ., a compressed air source (4), by means of which air with a feed pressure p can be made available, and between the compressed air source (4) and the measuring nozzle (2) or the measuring nozzles (2), a supply duct (10) with a supply duct section (10a ) and a thermal mass flow sensor (21) and a pressure sensor (30) comprising a flow measuring device (20) for determining a flow velocity of a medium flowing in the supply channel (10), with the following method steps: ■ Setting a defined distance A _Ref between the Measuring nozzle (2) with a diameter D and the object (3) and determining a mass flow M _{Ref of} an au s air flow exiting the measuring nozzle (2) and a pressure p _Ref prevailing in the supply duct (10), ■ determining a current mass flow M and a pressure p prevailing in the supply duct (10), ■ calculating a current distance A using the formula $A=A_{Ref}\ast \frac{\frac{M}{M_{Ref}}}{{\left(\frac{p}{p_{Ref}}\right)}^x},$

where the exponent x is in the range 0.5 to 0.9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Relativmessung erfolgt und A_Ref = 1 gesetzt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that a relative measurement is carried out and A _Ref = 1 is set. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, 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.Procedure according to one of the Claims 1 or 2nd , characterized in that an area with an upper and lower limit distance is specified for the distance A and a switching signal is output when this range is exceeded or undershot. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Exponent x 0,7 beträgt.Procedure according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that the exponent is 0.7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Exponent x 0,72 beträgt.Procedure according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that the exponent is 0.72.

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