DE10223592A1 - Positionsdetektiervorrichtung - Google Patents

Abstract

Von einer Luftzufuhrquelle (16) wird Luft über einen ersten festen Drosselabschnitt (14) einer Detektordüse (44) zugeführt. Die Luft wird von der Detektordüse (44) zu dem Werkstück (W) gestrahlt, um einen Düsengegendruck zu erhalten und die Position des Werkstückes (W) festzustellen. Ein erster Diffusorabschnitt (32) ist stromabwärts des ersten festen Drosselabschnitts (24) angeordnet.

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Positionsdetektiervorrichtung zur Feststellung der Position eines Objektes. Insbesondere bezieht sich die vor­ liegende Erfindung auf eine Positionsdetektiervorrichtung für die Zufuhr eines Fluids von einer Fluidzufuhrquelle zu einer Düse über einen stromaufwärts be­ festigten Drosselabschnitt und zum Aufstrahlen des zugeführten Fluides von einem Ende der Düse auf das Objekt, um dadurch einen Düsengegendruck zu erhalten.

Stand der Technik

Eine bekannte Positionsdetektiervorrichtung hat im Allgemeinen einen Düsen- Prallplatten-Mechanismus oder dgl., der den Düsengegendruck dazu verwendet, die Position eines Werkstückes festzustellen. Eine solche Positionsdetektiervor­ richtung ist in Fig. 4 dargestellt. Ein Luftdurchgang 2 und ein Vergleichsluft­ durchgang 3 stehen mit einer Luftzufuhrquelle (Fluidzufuhrquelle) 1 in Verbin­ dung. Feste Drosseln 4, 5 sind in dem Luftdurchgang 2 und im Vergleichsluft­ durchgang 3 angeordnet.

Eine Detektierdüse 6 ist an dem Ende des Luftdurchganges 2 vorgesehen. Der Vergleichsluftdurchgang 3 ist über eine Vergleichsdrossel 7, die durch eine vari­ able Drossel gebildet wird, nach außen offen. Ein Differenzdruckdetektor 8 ist integral mit dem Luftdurchgang 2 und dem Vergleichsluftdurchgang 3 verbun­ den. Der Differenzdruckdetektor 8 umfasst bspw. eine Membran (Diaphragma), die in einer Membrankammer vorgesehen ist, welche mit dem Luftdurchgang 2 und dem Vergleichsluftdurchgang 3 in Verbindung steht, und einen Proximi­ tätsschalter, der durch die Deformation der Membran betätigt wird (vgl. bspw. die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-141166).

Die Luft wird von der Luftzufuhrquelle 1 abgezogen und verzweigt, so dass sie durch den Luftdurchgang 2 und den Vergleichsluftdurchgang 3 fließt. Die Luft wird über die festen Drosseln 4, 5 der Detektionsdüse 6 und der Vergleichsdüse 7 zugeführt.

Das Ende der Detektionsdüse 6 liegt einer Fläche 9 eines Objektes gegenüber. Die Luft wird von dem Ende der Detektionsdüse 6 auf die Oberfläche 9 ge­ strahlt. Ein Düsengegendruck wird entsprechend der Lücke (Abstand) zwischen dem Ende der Detektionsdüse 6 und der Fläche 9 erzeugt. Ein Vergleichsluft­ druck, der in dem Vergleichsluftdurchgang 3 erzeugt wird, und der Düsenge­ gendruck werden in den Differenzdruckdetektor 8 eingeführt. Es wird auf der Basis des bei der durch den Differenzdruckdetektor 8 durchgeführten Feststell­ vorgangs erhaltenen Resultates festgestellt, ob die Fläche 9 an einer festgeleg­ ten Position angeordnet ist oder nicht.

Eine andere Positionsdetektiervorrichtung ist in Fig. 5 dargestellt. Hierbei ist ein Luftdurchgang 2a mit einer Luftzufuhrquelle 1a verbunden. Eine feste Drossel 4a ist stromaufwärts des Luftdurchganges 2a angeordnet. Eine Feststelldüse 6a ist mit dem Ende des Luftdurchganges 2a verbunden. Ein Druckdetektor 8a zum Feststellen des Düsengegendruckes ist zwischen der Detektordüse 6a und der festen Drossel 4a angeordnet.

Die Luft wird von der Luftzufuhrquelle 1a herangeführt und über die feste Dros­ sel 4a der Detektionsdüse 6a zugeführt. Die Luft wird von dem Ende der Detek­ tionsdüse 6a auf eine Fläche 9a eines Objektes gestrahlt. Ein Düsengegendruck wird entsprechend dem Abstand zwischen dem Ende der Detektionsdüse 6a und der Fläche 9a erzeugt. Der Druckdetektor 8a detektiert den Düsenge­ gendruck, wodurch er den Abstand zwischen dem Ende der Detektordüse 6a und der Fläche 9a erfasst, d. h. er stellt fest, ob die Fläche 9a an einer festgeleg­ ten Position angeordnet ist oder nicht.

Herkömmlicherweise kann der Düsengegendruck genau festgestellt werden, wenn das Ende der Detektordüse 6, 6a relativ nahe an der Oberfläche 9, 9a liegt. Dagegen kann ein korrekter Düsengegendruck an einer Position, an wel­ cher das Ende der Detektordüse 6, 6a relativ weit von der Fläche 9, 9a beabstandet ist, nicht erhalten werden. Dadurch ist die Genauigkeit der Positi­ onsfeststellung der Fläche 9, 9a gering.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache Positionsdetek­ tiervorrichtung vorzuschlagen, die die Genauigkeit beim Feststellen der Position eines Werkstückes verbessert.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale der Ansprüche 1 oder 6 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprü­ chen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fluid von einer Fluidzufuhrquelle über einen festen Drosselabschnitt einer Düse zugeführt und von einem Ende der Düse auf das Objekt gestrahlt. Dadurch wird ein Düsengegendruck erhalten, um die Position des Objektes festzustellen. Stromabwärts des festen Drossel­ abschnittes ist ein Diffusorabschnitt angeordnet.

Das der Düse über den Diffusorabschnitt zugeführte Fluid wird einer Energie­ umwandlung unterworfen, um ein Hochdruckfluid zu erhalten, welches dann auf das Objekt gestrahlt wird. Dadurch ist es auch dann, wenn der Abstand (Detek­ tionsposition) zwischen dem Ende der Düse und dem Objekt relativ groß ist, möglich, die Fluktuation des Düsengegendruckes zuverlässig zu unterdrücken. Es ist möglich, die Position des Objektes mit einer einfachen Anordnung genau­ er festzustellen.

Die erfindungsgemäße Positionsdetektiervorrichtung umfasst außerdem einen Vergleichsfluiddurchgang. Der Vergleichsfluiddurchgang verläuft kontinuierlich von der Fluidzufuhrquelle über einen anderen festen Drosselabschnitt zu der Außenseite der Vorrichtung und führt einen Vergleichsdruck in einen Differenz­ druckdetektor ein, in welchen auch der Düsengegendruck eingeführt wird. Der Vergleichsfluiddurchgang weist einen weiteren Diffusorabschnitt auf, der strom­ abwärts des festen Drosselabschnittes angeordnet ist. Dementsprechend ist es möglich, die Druckfluktuation in dem Vergleichsfluiddurchgang einfach und zu­ verlässig festzustellen. Außerdem ermöglicht es der Differenzdruckdetektor, die Position des Objektes sehr genau festzustellen.

Der Diffusorabschnitt ist vorzugsweise ein Fluiddurchgang mit einem Abschnitt, dessen Durchmesser abnimmt, einem geraden Rohrabschnitt und einem Ab­ schnitt, dessen Durchmesser zunimmt. Dadurch wird die Anordnung des Diffu­ sorabschnittes vereinfacht und die gewünschte Energieumwandlung wird zuver­ lässig durchgeführt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt - teilweise geschnitten - eine Anordnung einer Positionsdetek­ tiervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung.

Fig. 2 zeigt den Vergleich der Detektionsposition und des Düsenge­ gendruckes bei einer herkömmlichen Positionsdetektiervorrichtung und bei der Positionsdetektiervorrichtung gemäß der ersten Aus­ führungsform.

Fig. 3 zeigt - teilweise geschnitten - eine Positionsdetektiervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 zeigt eine schematische Anordnung einer herkömmlichen Positi­ onsdetektiervorrichtung.

Fig. 5 zeigt eine schematische Anordnung einer anderen herkömmlichen Positionsdetektiervorrichtung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, umfasst eine Positionsdetektiervorrichtung 10 ge­ mäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen ersten Grundkörperabschnitt 12 und einen zweiten Grundkörperabschnitt 14, die mit­ einander verbunden sind. Der erste Grundkörperabschnitt 12 weist einen Fluid­ durchgang 18 auf, der mit einer Luftzufuhrquelle (Fluidzufuhrquelle) 16 in Ver­ bindung steht. Der Zufuhrdurchgang 18 verzweigt sich in einen Detektionsfluid­ durchgang 20 und einen Vergleichsfluiddurchgang 22.

Ein erster fester Drosselabschnitt 24 und ein zweiter fester Drosselabschnitt 26 sind in dem Detektionsfluiddurchgang 20 bzw. dem Vergleichsfluiddurchgang 22 angeordnet. Die Enden 24a, 26a der ersten und zweiten festen Drosselabschnit­ te 24, 26 sind in einen Detektionsfluiddurchgang 28 bzw. einen Vergleichsfluid­ durchgang 30 in dem zweiten Grundkörperabschnitt 14 unter Verwendung von O-Ringen 31a, 31b eingesetzt. Der Detektionsfluiddurchgang 28 und der Vergleichsfluiddurchgang 30 verlaufen koaxial zu dem Detektionsfluiddurchgang 20 bzw. dem Vergleichsfluiddurchgang 22.

Erste und zweite Diffusorabschnitte 32, 34 sind koaxial stromabwärts des Detek­ tionsfluiddurchganges 28 bzw. des Vergleichsfluiddurchganges 30 angeordnet. Die ersten und zweiten Diffusorabschnitte 32, 34 sind jeweils Fluiddurchgänge mit einem Abschnitt 36a, 36b mit abnehmendem Durchmesser, einem geraden Rohrabschnitt 38a, 38b und einem Abschnitt 40a, 40b mit zunehmendem Durchmesser, die in dieser Reihenfolge in Strömungsrichtung angeordnet sind.

Eine Detektordüse 44 ist über ein Rohrelement 42 stromabwärts des Abschnit­ tes 40a mit zunehmendem Durchmesser angeschlossen. Ein variabler Drossel­ abschnitt 46 ist stromabwärts des Abschnittes 40b mit zunehmendem Durch­ messer angeordnet. Der variable Drosselabschnitt 46 weist eine Einstellnadel 48 auf. Die Einstellnadel 48 ist in eine Gewindeöffnung 50 eingeschraubt, die in dem zweiten Grundkörperabschnitt 14 ausgebildet ist. Die Position der Einstell­ nadel 48 ist in Richtung des Pfeiles A einstellbar, wodurch die Drosselwirkung des variablen Drosselabschnittes 46 eingestellt wird. Eine Ablassöffnung 52 zum Ablassen der Luft nach außen, steht mit dem variablen Drosselabschnitt 46 in Verbindung.

Der zweite Grundkörperabschnitt 14 umfasst einen Feststelldruckdurchgang 54, der mit dem Detektierfluiddurchgang 28 in Verbindung steht, und einen Ver­ gleichsdruckdurchgang 56, der mit dem Vergleichsfluiddurchgang 30 in Verbin­ dung steht. Ein Differenzdruckdetektor 58 ist mit dem Feststelldruckdurchgang 54 und dem Vergleichsdruckdurchgang 56 verbunden. Obwohl dies nicht darge­ stellt ist, umfasst der Differenzdruckdetektor 58 eine Membran und einen Proxi­ mitätsschalter. Der Differenzdruckdetektor 58 stellt fest, dass ein Werkstück W an einer gewünschten Position ankommt, wenn der festgestellte Druck des Feststelldruckdurchgangs 54 den Vergleichsdruck des Vergleichsdruckdurch­ gangs 56 überschreitet. Zu dieser Zeit betätigt der Differenzdruckdetektor 58 bspw. eine Lampe.

Die Betriebsweise der Positionsdetektiervorrichtung 10 wird nachfolgend erläu­ tert.

Die Luft wird von der Luftzufuhrquelle 16 dem Zufuhrdurchgang 18 zugeführt und verzweigt, so dass sie durch den Detektierfluiddurchgang 20 und den Vergleichsfluiddurchgang 22 fließt, die mit dem Zufuhrdurchgang 18 in Verbin­ dung stehen. Die Luft, die in den Detektierfluiddurchgang 20 und den Vergleichsfluiddurchgang 22 eingeführt wurde, wird durch die ersten und zwei­ ten festen Drosselabschnitte 24, 26 gedrosselt. Dann wird die Luft in die ersten und zweiten Diffusorabschnitte 32, 34 eingeführt.

Die in den ersten Diffusorabschnitt 32 eingeführt Luft wird der Detektordüse 44 über das Rohrelement 42 zugeführt. Die Detektordüse 44 ist an einer Position angeordnet, die von der Sitzfläche des Werkstückes W (Objekt) um einen fest­ gelegten Detektionsabstand S beabstandet ist. Die Luft wird von der Detektor­ düse 44 zu dem Werkstück W gestrahlt. Der Düsengegendruck wird über den Feststelldruckdurchgang 54 in den Differenzdruckdetektor 58 eingeführt.

Im Gegensatz dazu wird die in den zweiten Diffusorabschnitt 34 eingeführte Luft durch den variablen Drosselabschnitt 56 gedrosselt und über die Ablassöffnung 52 abgelassen. Ein festgelegter Vergleichsdruck wird über den Vergleichs­ druckdurchgang 56 in den Differenzdruckdetektor 58 eingeführt. Der Differenz­ druckdetektor 58 stellt auf der Basis des Düsengegendruckes, der von der De­ tektordüse 44 festgestellt wird, und des Vergleichsdruckes, der von dem Vergleichsfluiddurchgang 30 zugeführt wird, fest, ob das Werkstück W korrekt auf der festgelegten Sitzfläche aufsitzt oder nicht.

Die Positionsdetektiervorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform fördert die Luft von der Luftzufuhrquelle 16 über den ersten festen Drosselabschnitt 24 zu der Detektordüse 44 und strahlt die zugeführte Luft zu dem Werkstück W, wodurch der Düsengegendruck erhalten wird. Die Positionsdetektiervorrichtung 10 weist den ersten Diffusorabschnitt 32 stromabwärts des ersten festen Dros­ selabschnitts 24 auf. Die Luft wird von dem ersten festen Drosselabschnitt 24 dem Feststellfluiddurchgang 28 zugeführt und einer Energieumwandlung unter­ worfen, so dass Luft mit hohem Druck erhalten wird. Die Hochdruckluft wird von der Detektordüse 44 zu dem Werkstück W gestrahlt.

Dadurch ist es auch dann, wenn der Detektionsabstand S zwischen der Sitzflä­ che des Werkstückes W und der Detektordüse 44 relativ groß ist, möglich, den hochgenauen Düsengegendruck zu erhalten. Die Genauigkeit der Detektion der Position des Werkstückes W wird wesentlich verbessert.

Fig. 2 zeigt die Ergebnisse der Detektion des Düsengegendruckes an festgeleg­ ten Detektionspositionen unter Verwendung einer herkömmlichen Positionsde­ tektiervorrichtung ohne Diffusorabschnitt und der Positionsdetektiervorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform.

In Fig. 2 wird die Genauigkeit der Detektion des Düsengegendruckes herkömm­ licherweise verringert, wenn der Detektionsabstand S zunimmt. Der Detektions­ bereich ist für festgelegte Detektionspositionen groß. Im Gegensatz dazu variiert bei der ersten Ausführungsform der Düsengegendruck linear, auch wenn der Detektionsabstand S zunimmt. Die Detektionsgenauigkeit wird nicht verringert und der Detektionsbereich für die festgelegten Detektionspositionen ist wesent­ lich kleiner. Der erste Diffusorabschnitt 32 lässt die Notwendigkeit entfallen, die Genauigkeit des Differenzdruckdetektors 58 zu verbessern, und die Positionsde­ tektiervorrichtung 10 stellt die Position des Werkstückes W mit verbesserter Ge­ nauigkeit und Wirksamkeit fest.

Die Positionsdetektiervorrichtung 10 umfasst außerdem den zweiten Diffu­ sorabschnitt 34, der in dem Vergleichsfluiddurchgang 30 vorgesehen ist. Da­ durch wird der gewünschte Vergleichsdruck dem Differenzdruckdetektor 58 zu­ verlässig zugeführt, was die Positionsdetektiervorrichtung 10 in die Lage ver­ setzt, die Position des Werkstückes W mit zuverlässiger Genauigkeit festzustel­ len.

Eine Positionsdetektiervorrichtung 70 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt.

Die Positionsdetektiervorrichtung 70 hat einen im Wesentlichen zylindrischen Grundkörperabschnitt 72. Ein fester Drosselabschnitt 74, ein Diffusorabschnitt 76 und ein Düsenabschnitt 78 sind koaxial in dem Grundkörperabschnitt 72 an­ geordnet. Ein Detektionsfluiddurchgang 80 verbindet eine Luftzufuhrquelle 16 mit dem festen Drosselabschnitt 74. Ein Feststelldruckdurchgang 84, der mit einem Drucksensor 82 in Verbindung steht, ist stromabwärts des festen Dros­ selabschnitts 74 angeordnet. Der Diffusorabschnitt 76 ist ein Fluiddurchgang mit einem Abschnitt 85 mit abnehmenden Durchmesser, einem geraden Rohrab­ schnitt 76 und einem Abschnitt 88 mit zunehmenden Durchmesser, die in dieser Reihenfolge in Strömungsrichtung der Luft angeordnet sind.

Die Positionsdetektiervorrichtung 70 wird wie folgt betrieben. Die Luft wird von der Luftzufuhrquelle 16 über den Detektionsfluiddurchgang 80 dem festen Dros­ selabschnitt 74 zugeführt und durch den festen Drosselabschnitt 74 gedrosselt. Dann wird die Luft in den Diffusorabschnitt 76 eingeführt und von dem Ende des Düsenabschnitts 78 zu dem Werkstück W gestrahlt. Der Drucksensor 82 detek­ tiert den Düsengegendruck, wodurch der Detektionsabstand S zwischen dem Werkstück W und dem Düsenabschnitt 78 festgestellt wird.

Bei der zweiten Ausführungsform ist der Diffusorabschnitt 76 stromabwärts des festen Drosselabschnitts 74 angeordnet. Die von dem Düsenabschnitt 78 aus­ gestrahlte Luft hat einen hohen Druck. Dadurch wird auch dann, wenn der De­ tektionsabstand S relativ groß ist, der Düsengegendruck korrekt festgestellt und die Genauigkeit der Positionsfeststellung wird wirksam verbessert.

Claims (6)

1. Positionsdetektiervorrichtung zum Feststellen der Position eines Objektes durch Zufuhr eines Fluides von einer Fluidzufuhrquelle (16) zu einer Düse (44) über einen festen Drosselabschnitt (24) und durch Strahlen des zugeführten Fluids von einem Ende der Düse (44) auf das Objekt, um einen Düsenge­ gendruck zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass ein Diffusorabschnitt (32) stromabwärts des festen Drosselabschnitts (24) angeordnet ist.

2. Positionsdetektiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass ein Vergleichsfluiddurchgang (22), der von der Fluidzufuhrquelle (16) über einen weiteren festen Drosselabschnitt (26) zu der Außenseite der Positi­ onsdetektiervorrichtung verläuft, einen Vergleichsdruck in einen Differenzdruck­ detektor (58) einführt, in welchen auch der Düsengegendruck eingeführt wird, und dass der Vergleichsfluiddurchgang (22) einen weiteren Diffusorabschnitt (34) aufweist, der stromabwärts des weiteren festen Drosselabschnitts (26) an­ geordnet ist.

3. Positionsdetektiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass der Diffusorabschnitt (32) ein Fluiddurchgang mit einem Abschnitt (36a) mit abnehmenden Durchmesser, einem geraden Rohrabschnitt (38a) und einem Abschnitt (40a) mit zunehmenden Durchmesser ist, wobei die Abschnitte in Richtung der Düse (44) in dieser Reihenfolge angeordnet sind.

4. Positionsdetektiervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, dass der andere Diffusorabschnitt (34) ein Fluiddurchgang mit einem Ab­ schnitt (36b) mit abnehmenden Durchmesser, einem geraden Rohrabschnitt (38b) und einem Abschnitt (40b) mit zunehmenden Durchmesser ist, wobei die Abschnitte in Richtung eines Ablassauslasses in dieser Reihenfolge angeordnet sind.

5. Positionsdetektiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet,
dass die Positionsdetektiervorrichtung (10) einen ersten Grundkörperabschnitt (12) und einen zweiten Grundkörperabschnitt (14) aufweist, die unabhängig voneinander und miteinander verbunden sind,
dass der feste Drosselabschnitt (24) in einem Detektionsfluiddurchgang (20, 28) angeordnet ist und dass der andere feste Drosselabschnitt (26) in einem Vergleichsfluiddurchgang (22, 30) angeordnet ist,
dass eine Fläche, an welcher der erste Grundkörperabschnitt (12) und der zwei­ te Grundkörperabschnitt (14) miteinander verbunden sind, sich durch den festen Drosselabschnitt (24) und den anderen festen Drosselabschnitt (26) erstreckt, und
dass der Diffusorabschnitt (32) und der andere Diffusorabschnitt (34) stromab­ wärts des festen Drosselabschnitts (24) bzw. des anderen festen Drosselab­ schnitts (26) angeordnet sind.

6. Positionsdetektiervorrichtung zum Feststellen der Position eines Objektes durch Zufuhr eines Fluides von einer Fluidzufuhrquelle (16) zu einer Düse (78) über einen festen Drosselabschnitt (74) und durch Strahlen des zugeführten Fluides von einem Ende der Düse (78) auf das Objekt, um einen Düsenge­ gendruck zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsdetektier­ vorrichtung (70) einen zylindrischen Grundkörperabschnitt (72) aufweist und dass ein fester Drosselabschnitt (74), ein Diffusorabschnitt (76) und eine Düse (78) koaxial in dem Grundkörperabschnitt (72) angeordnet sind.