DE20118622U1

DE20118622U1 - Vorrichtung zur Positionserfassung

Info

Publication number: DE20118622U1
Application number: DE20118622U
Authority: DE
Original assignee: Elgo Electric GmbH
Current assignee: Elgo Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2001-11-15
Filing date: 2001-11-15
Publication date: 2003-03-27
Anticipated expiration: 2011-11-16

Description

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PATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT AND TRADEMARK ATTORNEYS

Antrag auf Eintragung eines Gebrauchsmusters

(31) Prioritätsnummer / Priority Application Number:

(32) Prioritätstag / Priority Date:

(33) Prioritätsland / Priority Country:

Unser Zeichen: E168DE7 B/mü

(54) Titel /Title:

Vorrichtung zur Positionserfassung

(71) Anmelder/in / Applicant:

Elgo-Electric GmbH Carl-Benz-Str.

78239 Rielasingen Deutschland

(74) Vertreter / Agent:

Dipl.-Ing. Gerhard F. Hiebsch

Dipl.-Ing. Dr. oec. Niels Behrmann M.B.A. (NY)

Heinrich-Weber-Platz 78224 Singen

.^pnci^he Vereinbarungen bedürfen zujhrer Wirksamkeit schriftlicher Bestätigung. • · · · · »Paikemm Ha«»e (Sntehrt!>freiheftst«aeel· * · ·!

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Vorrichtung zur Positionserfassung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionserfassung mittels einer langgestreckten, eine magnetische Längencodierung aufweisenden Trägereinheit sowie einem relativ zu dieser geführten Messschlitten nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs; eine derartige, gattungsbildende Vorrichtung ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster 200 11 703 bekannt.

Eine derartige Vorrichtung ermöglicht es, die durch Verschieben der Messschlitteneinheit relativ zu der typischerweise als ein Magnetband aufweisende Schiene ausgeführten Trägereinheit gegebene Relativposition zu ermitteln, wobei hier prinzipiell sog. relativcodierte und absolutcodierte Systeme bekannt sind. Speziell bei den absolutcodierten Längenmesssystemen sorgt die auf dem Magnetband aufgebrachte absolute Codierung dafür, dass, unabhängig von einer Referenz- oder Anschlagposition, lediglich durch Auslesen der magnetischen Codierung an der betreffenden Position der Messschlitteneinheit die Position derselben quantifiziert werden kann.

Derartige, gattungsgemäße Vorrichtungen werden in zahlreichen Einsatzgebieten, insbesondere im industriellen Kontext, eingesetzt, etwa bei der kontinuierlichen Positionsmessung und -erfassung im Zusammenhang mit Werkzeugmaschinen oder anderen maschinellen Bearbeitungsvorrichtungen. Typischerweise werden jedoch bekannte Positionserfassungs- bzw. Längenmessvorrichtungen der gattungsgemäßen Art fest mit einer jeweiligen Bearbeitungsmaschine od.dgl. Einsatzumgebung verbunden, da es oftmals um eine sehr genaue, deutlich unterhalb dem Millimeterbereich liegende Positionserfassung geht. Daraus ergibt sich jedoch, dass derartige, bekannte Messvorrichtungen bislang schlecht bzw. nicht universell verwendbar und im Zusammenhang auch mit

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anderen, potentiell auch weniger toleranzsensiblen Messumgebungen nicht einsetzbar sind.

Dazu kommt das Problem, dass etwa bei einer Übertragung oder Fremdmontage eines bekannten magnetischen Längenerfassungssystems an einem neuen Messobjekt oftmals keine geeigneten Versorgungs- und Signalleitungen vorhanden sind, so dass hier zusätzlicher Installationsaufwand entstehen würde.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Positionserfassung dahingehend weiterzubilden, dass diese flexibel in beliebigen anderen Einsatzumgebungen und auch losgelöst von einer voreingestellten, fest montierten Messinfrastruktur betrieben werden kann.

Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruches sowie die Positioniervorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 10 gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ist zunächst vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Messschlitteneinheit abnehmbar auf die Trägereinheit aufsetzbar ausgebildet ist; dies ermöglicht das flexible Einsetzen und insbesondere auch manuelle rasche Umrüsten einer bevorzugt standardisierten Messschlitteneinheit bezogen auf mehrere vorliegende, mit der magnetischen Codierung versehene Trägereinheiten .

Weiter ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die elektronische Auswerteeinheit zusammen mit der Messschlitteneinheit angeordnet ist, wobei hier ein gemeinsames Gehäuse besonders günstig ist. Auf diese Weise entsteht eine besonders kompakte und im Sinne der erfindungsgemäßen Lösung einfach handhabbare Einheit. Zur weiteren Vereinfachung und

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Verbesserung des flexiblen Einsatzes der vorliegenden Erfindung ist zudem vorgesehen, traditionelle Kabelverbindungen durch eine drahtlose, bevorzugt als Funksignalverbindung ausgebildete Anbindung an eine stationäre Einheit zu ersetzen. Hiermit wird nicht nur der Verlegeaufwand für entsprechende Kabel vermieden (was sich insbesondere auch dann bemerkbar macht, wenn zusätzlich, wie weiterbildungsgemäß vorgesehen, die Einheit aus Messschlitten und Auswerteeinheit auch durch geeignete portable Stromversorgungseinheiten, z.B. (ggf. aufladbare) Batterien ersetzt wird).

Zur Vereinfachung des Betriebes hat es sich insbesondere als bevorzugt herausgestellt, die Längencodierung einspurig vorzusehen und mit einer Absolutcodierung zu versehen; durch diese Absolutcodierung wird erreicht, dass die aus Messschlitteneinheit und elektronischer Auswerteeinheit gebildete Vorrichtung beliebig auf die langgestreckte Trägereinheit aufgesetzt werden kann und der Positionsmessbetrieb durchführbar ist, ohne dass etwa eine Referenzoder Eichposition angefahren werden muss.

Während es sich als besonders bevorzugt herausgestellt hat, eine bi-direktionale Funkverbindung, welche weiter bevorzugt im 868 MHz-Band (Europa) bzw. 915 MHz-Band (USA) realisiert sein kann, ist es alternativ vorgesehen, auch andere drahtlose Kommunikationsverbindungen, etwa optische mittels Infrarot, Bluetooth od.dgl., vorzusehen, wobei je nach Einsatzumgebung, gewünschter Reichweite und am Einsatzort auftretenden Störungen das geeignete Übertragungsmedium gewählt werden kann.

In praktisch besonders bedeutsamer Weise ermöglicht es die erfindungsgemäß an" der elektronischen Auswerteeinheit vorgesehene Positionsanzeige, einer Bedienperson mittels visueller oder akustischer Mittel, z.B. einem Anzeigedisplay, eine aktuelle Absolutposition anzuzeigen, wobei zur weiteren Erhöhung des Bedienkomforts hier ggf. zusätzlich eine

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Sollposition anzeigbar ist (wie sie bevorzugt etwa von der stationären Steuereinheit drahtlos herangeführt werden kann), ergänzend oder alternativ auch Symbole anzeigbar sind, welche der Bedienperson vorgeben, in welche Richtung die Messschlitteneinheit zu verfahren ist, um diese auf der vorgegebenen Sollposition zu plazieren. Bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang zudem, der Bedienperson eine Wegdifferenz (d.h. einen effektiven Abstand zwischen einer Sollposition und einer aktuellen Ist-Position) anzuzeigen.

In diesem Zusammenhang bietet insbesondere die Ausgestaltung der Positionsanzeige mittels eines visuell ablesbaren Displays zahlreiche weitergehende Möglichkeiten, Bedienkomfort und Betriebssicherheit zu erhöhen, neben der Möglichkeit, etwa mittels eines mehrzelligen Displays weitere, nachfolgende Positions-Sollangaben (z.B. im Wege einer rollenden Anzeige) anzuzeigen, kann dieses Display zusätzlich Betriebsmodi (z.B. den Status einer Verbindung mit der stationären Steuereinheit) anzeigen, oder aber einer Bedienperson konkrete Hinweise in Form von Anleitungstexten od.dgl. geben.

Um den praktischen Betrieb und die Handhabung durch eine Bedienperson zu optimieren, ist es zudem weiterbildungsgemäß vorgesehen, an der Messschlitteneinheit bzw. der elektronischen Auswerteeinheit Mittel zur manuellen Interaktion, insbesondere in Form einer Tastatur od.dgl., vorzusehen. Hierdurch ist es der Bedienperson ermöglicht, in einfacher Weise mit der stationären Steuereinheit drahtlos zu kommunizieren, etwa nächste (nachfolgende) Sollpositionen anzufordern oder aktuelle Anzeigemodi der Anzeigeeinheit zu ändern (z.B. etwa Hilfetexte oder andere Hilfestellungen anzufordern).

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In besonders bevorzugter Weise findet die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Positionserfassung Verwendung in einer Positioniervorrichtung für die nachfolgende Bearbeitung von Werkstücken. Hier ist es kritisch, sorgfältig Haltepositionen für geeignete Werkstückauflageelemente aufzufinden, wofür sich die Vorrichtung zur Positionserfassung gemäß der vorliegenden Erfindung in herausragender Weise eignet. Nicht nur ist es hierdurch möglich, eine Mehrzahl derartige Werkstückauflagen flexibel durch Aufsetzen und Wechseln einer Messschlitteneinheit mit zugehöriger Auswerteeinheit zuverlässig zu positionieren, auch sorgt die drahtlose Anbindung dieser Einheiten an die stationäre Steuereinheit dafür, dass kein Verdrahtungsaufwand existiert, oder gar lose verlegte Verbindungskabel den Positioniervorgang behindern.

Im Ergebnis entsteht durch die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, die im Hinblick auf Bedienung, Betriebssicherheit, Positionstreue und Unempfindlichkeit gegen externe Einflüsse besonders vorteilhaften Eigenschaften einer magnetischen Längenmessung zu übertragen auf eine flexible Einsatzumgebung, ohne dass es des aufwendigen Verlegens von Versorgungs- und Signalkabeln bedarf, und ohne dass für vorbestimmte Messaufgaben jeweils eine gesonderte, dezidierte magnetische Messvorrichtung eingerichtet sein muss. Neben diesem zusätzlichen Einrichtungsaufwand lassen sich damit auch beachtliche Kostenreduktionen erreichen.

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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in

Fig. 1: ein schematisches Schaubild der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Positionserfassung gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2: ein Blockschaltbild der Anordnung gemäß Fig. 1 und

Fig. 3: ein schematisches Schaubild einer bevorzugten Einsatzform der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit einer erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung für plattenförmige Werkstücke.

Wie in der Fig. 1 gezeigt, ist eine in einem geeigneten Gehäuse aufgenommene Messeinheit 30 abnehmbar und verschiebbar relativ zu einer Schiene 32 geführt, welche in ansonsten bekannter und nicht näher gezeigter Weise einen mit einer Absolutcodierung versehenen Magnetstreifen aufweist. Die Messeinheit 30, vgl. das Blockschaltbild der Fig. 2, besitzt eine ebenfalls in bekannter Weise realisierte Positionserfassungseinheit 10, welche, typischerweise mittels einer Mehrzahl von geeignet plazierten Magnetfeldsensoren, das Magnetfeld einer Mehrzahl gegenüberliegender, codierter Abschnitte der Trägereinheit 32 erfasst und in ein durch eine Mikroprozessoreinheit 12 auswertbares Positionssignal umsetzt; diese ist dann über eine geeignete LCD-Displayeinheit 14 für eine Bedienperson anzeig- und ablesbar.

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Gleichzeitig findet über eine der zentralen Steuereinheit 12 zugeordnete Hochfrequenz-Funkeinheit 20 (schematisch ist eine Antenne in Fig. 1 gezeigt) eine bi-direktionale Funkanbindung 22 mit einer als PC gezeigten stationären Steuereinheit 26 statt, wobei dieser typischerweise eine geeignet zum Zusammenwirken mit der Hochfrequenz-Einheit 20 ausgebildete Funkmodemeinheit 24 (ist ebenfalls ansonsten bekannt) zugeordnet ist.

Wie in der Fig. 1 bzw. der Fig. 2 gezeigt, ist zudem die zentrale Steuereinheit in der Messeinrichtung 30 mittels geeigneter Bedientasten einer Tastatureinheit 16 bedienbar, wobei diese Bedientasten insbesondere der Bedienperson ermöglichen, eine neue (Soll-) Position von der stationären Steuereinheit 26 (PC) anzufordern, selbst eine Referenzmarke zu setzen, oder aber einen aktuellen Verbindungsstatus der Funkstrecke 22 zum PC 26 anzuzeigen. Weitere, über diese Tasten aktivier- und einstellbare Bedienmodi sind denkbar, so etwa das Aufrufen von Hilfetexten oder anderen schriftlichen Anweisungen, das Umschalten zwischen verschiedenen Anzeigen und Symbolen (etwa das Gegenüberstellen von Soll- und Istposition, alternativ das Anzeigen einer Istposition und einer Differenz zu einer Sollposition, oder etwa lediglich das Anzeigen von Symbolen, etwa von Pfeilen od.dgl., die der Bedienperson die jeweils noch manuell auszuführende Verschieberichtung anzeigen).

Wie zudem in der Fig. 2 gezeigt, wird die Einheit 30 betrieben durch eine netzspannungsunabhängige Stromversorgungseinheit 18, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch wiederaufladbare Batterien in ansonsten bekannter Weise realisiert ist.

Im Betrieb setzt die Bedienperson nunmehr die Messeinheit 30 geeignet auf eine vorgesehene Schiene 32 auf. In einem geeigneten Anzeigemodus, einzustellen durch die Tastatur 16, wird diesem dann über das Display 14 umgehend eine aktuelle Absolutposition angezeigt, welche von der Einheit 10 ··· ;··· ·· ·· &diams; · ·· ······ · f ·

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aus den absolutcodierten Magnetabschnitten der Schiene 32 abgelesen und durch die zentrale Verarbeitungseinheit 12 zur Anzeige aufbereitet wurde. Gleichzeitig kann die Bedienperson durch Betätigen eines Tasters eine Sollposition anfordern, die diesem dann über die Funkstrecke 22 bzw. die beteiligten Funkeinheiten 20, 24 zur Einheit 30 übertragen und auf dem Display 14 angezeigt wird. Mittels geeigneter Differenzanzeigen, z.B. eine Anzeige des Restweges zwischen aktueller Istposition und vorgegebener Sollposition, alternativ oder ergänzend mittels geeigneter Symbole, etwa Pfeilen od.dgl., erhält die Bedienperson dann den Hinweis, in welche Richtung und wie weit die Einheit 30 (mit entsprechend daran vorgesehenen, zu positionierenden Aggregaten) auf der Schiene 32 zu verschieben ist, bevor die Sollposition erreicht ist. Dann kann vorgesehen werden, dass automatisch eine neue Sollposition herangeführt wird, alternativ etwa diese durch Betätigen einer geeigneten Taste abzurufen wird, oder aber gar das Anzeigedisplay so ausgebildet ist, dass kontinuierlich eine Mehrzahl von jeweils neuen Positionen der Bedienperson signalisiert wird.

Die Fig. 3 verdeutlicht eine praktisch besonders bedeutsame Anwendung der vorliegenden Erfindung; es handelt sich hierbei um eine sog. Saugerpositionierung innerhalb einer Holzbearbeitungsmaschine zur Konturfräsung größerer (Holz-) Werkstückplatten. Die einstellungskritische Aufgabe liegt darin, eine Mehrzahl von Werkstückauflagen, sog. Saugereinheiten, welche mittels Unterdruck das Werkstück fixieren, so zu positionieren, dass diese einer späteren Werkzeug-(Fräs-) Bewegung nicht im Wege stehen, so dass eine Befestigung der Werkstückplatte die eigentliche, spätere spanende Bearbeitung unbeeinflusst läßt. Erfindungsgemäß wird die Positionierung dieser sog. Saugereinheiten 36 realisiert durch die erfindungsgemäßen Messeinheiten 30, wobei, wie in Fig. 3 gezeigt, eine Mehrzahl von Schienen 32 in vertikaler (Y-) Richtung entlang einer voreingestellten Horizontalschiene positioniert sind und die vorliegende Erfindung benutzt wird, um drahtlos, flexibel und mit gerin-

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gem Aufwand eine zuverlässige Vertikaleinstellung zu gewährleisten .

Dies geschieht dadurch, dass die Einheit 30 -- abnehmbar -auf einer jeweiligen positionierenden Saugereinheit 36 aufgesteckt wird und dann, nach Vorgabe durch eine stationäre Rechnereinheit 26, eine einer jeweiligen Saugereinheit 36 zugewiesene Absolutposition angefahren wird. In der vorbeschriebenen Weise erhält die Bedienperson durch das Display 14 die jeweilige Soll- und Istposition und ist damit in der Lage, positionsgenau — typischerweise mit einer Auflösungsgenauigkeit von 1 mm oder besser -- die Positionierung vorzunehmen. Nach erfolgter Positionierung einer Saugereinheit 36 wird dann die Messeinheit 30 auf eine benachbarte Saugereinheit und mithin eine benachbarte Schiene gewechselt, wo dann eine weitere Einstellung gemäß Vorgabe erfolgt (unabhängig davon ist die X-Positionierung entlang einer Schiene 34 bereits gewährleistet und kann ggf. auch unter Zuhilfenahme der vorliegenden Erfindung, etwa mittels Anzeigeeinheiten 38, siehe gestrichelte Linien in Fig. 3, erreicht werden).

Durch die vorliegende Erfindung wird es damit möglich, in überaus flexibler und einfacher Weise selbst großflächige, komplexe Positionierungs- und Längenmessaufgaben zu lösen, ohne dass es beträchtlicher Installtions- und Verlegeaufwendungen bedarf. Vielmehr ermöglicht es die vorliegende Erfindung in überraschend einfacher Weise, die Vorteile der magnetischen Längenerfassung einer Vielzahl von Messaufgaben flexibel zugänglich zu machen.

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Claims

1. Vorrichtung zur Positionserfassung mit
einer langgestreckten, eine magnetische Längencodierung aufweisenden Trägereinheit (32) und einer relativ zu der Trägereinheit bewegbaren, an dieser längsverschieblich geführten Messschlitteneinheit (30), die zum Aufnehmen einer mit der Längencodierung zusammenwirkenden magnetischen Sensoreinheit (10) ausgebildet und mit einer dieser nachgeschalteten elektronischen Auswerteeinheit (12) verbindbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Messschlitteneinheit abnehmbar auf die Trägereinheit aufsetzbar ausgebildet ist,
die elektronische Auswerteeinheit auf oder an der Messschlitteneinheit, bevorzugt in einem gemeinsamen Gehäuse, vorgesehen ist und Mittel (14) zur visuellen und/oder akustischen Positionsanzeige aufweist
und die elektronische Auswerteeinheit über eine drahtlose Verbindung (20, 22, 24) zum Kommunizieren von Positionsdaten an eine stationäre Steuereinheit (26) angebunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längencodierung als magnetische Spur mit einer in Längsrichtung periodisch wechselnden Absolutcodierung ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtlose Verbindung eine bevorzugt bidirektionale Funkverbindung zum Übertragen von durch die Messschlitteneinheit erfassten Positionsdaten und/oder von durch die Steuereinheit vorgegebenen Sollpositionsdaten ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Positionsanzeige (14) zum Anzeigen einer Verschieberichtung der Messschlitteneinheit relativ zur Trägereinheit und bezogen auf einen Positions-Sollwert ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Positionsanzeige zum Anzeigen einer Wegdifferenz zwischen einem von der stationären Steuereinheit vorgegebenen Positions-Sollwert und einem von der Messschlitteneinheit erfassten Positions-Istwert ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Positionsanzeige zum Anzeigen eines Verbindungsstatus mit der stationären Steuereinheit ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Auswerteeinheit manuell betätigbare Eingabemittel (16), insbesondere Tasten, aufweist, die zur Kommunikationssteuerung mit der stationären Steuereinheit durch einen Benutzer, insbesondere zum Erzeugen von Anforderungssignalen für Sollpositionsdaten, ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die stationäre Steuereinheit zum Empfangen von Sollpositionsdaten von einer vorgeschalteten Datenverarbeitungseinheit, insbesondere von einer Konstruktions- oder Fertigungssteuerungs-Rechenanlage, ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Sensoreinheit sowie die elektronische Auswerteeinheit durch ein portables, netzunabhängiges Stromversorgungsmedium, insbesondere eine Batteriestromversorgung, mit elektrischer Energie, versorgt werden.

10. Positioniervorrichtung zum Einstellen bevorzugt einer Mehrzahl von Werkstückauflagepositionen in einer zweidimensionalen Auflagefläche, insbesondere zum Positionieren von mit Unterdruck betriebenen Werkstückauflagen (36) für Werkstückplatten,
gekennzeichnet durch eine zweidimensionale Anordnung aus mit einer magnetischen Längencodierung versehenen Trägereinheit (32) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, entlang welchen eine Werkstückauflage (36), insbesondere durch manuelle Betätigung durch eine Bedienperson, zum Positionieren verschoben werden kann,
und wobei die Werkstückauflage zum abnehmbaren Verbinden mit der Messschlitteneinheit (30) sowie der elektronischen Auswerteeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.

11. Positioniervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung Teil einer Holzbearbeitungsvorrichtung, insbesondere einer Anlage zum Konturfräsen von Spanplatten, ist.