DE2556218A1 - Verfahren und vorrichtung zur selbsttaetigen regelung des werkzeugabstandes beim bearbeiten metallischer werkstuecke - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung des Werkzeugabstandes beim Bearbeiten metallischer Werkstücke Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur selbsttätigen Regelung des Abstandes zwischen dem Werkzeug und der Werkstückoberfläche beim Bearbeiten metallischer Werkstücke, bei dem die Abstandsmessung mit Hilfe kapazitiv wirkender Meßelektroden durchgeführt wird; außerdem betrifft die Erfindung Vorrichtungen zur Durchführung eines solchen Verfahrens, Im folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit dem Brennschneiden metallischer Werkstücke näher erläutert; das Werkzeug ist hier also eine Schneiddüse0 Für einen einwandfreien und sauberen Brennschnitt ist es notwendig, daß der Abstand zwischen der Werkstückoberfläche und der oder den Brennschneiddüsen weitgehend konstant gehalten wird, Dies ist bei unebenen oder nicht waagerecht aufliegenden Werkstücken ohne besondere Maßnahmen nicht gewährleistet, Wird in diesem Fall der Düsenabstand nicht nachgeregelt, kommt es zu unsauberen Brennschnitten, Nun ist bei Maschinen mit großem Arbeitsbereich oder bei Einsatz von mehreren Schneiddüsen ein Nachregeln des notwendigen Düsenabstandes praktisch nur über eine automatisch arbeitende Abstandsregelung möglich, Es ist dabei bekannt, als Abstandsmesser einen kapazitiven Geber zu verwenden, d0h.
• einen Kondensator, dessen eine Platte eine an der Brennschneiddüse isoliert befestigte Meßelektrode bildet, während die gegenüberstehende Platte durch die Oberfläche des zu schneidenden metallischen Werkstückes dargestellt wird, Die Abstandsregelung läuft nun so ab, daß im zugehörigen Meßverstärker der Elektrodenabstand d über eine Messung der Elektrodenkapazität C = £° F/d (& = Dielektrizitätskonstante, F = Elektrodenfläche, d = Elektrodenabstand) bestimmt wird, Dieser Wert von d wird dann mit einem vorgegebenen Abstandssollwert d soll verglichen und als Regelabweichung d-d5011 einem Regler zugeführt, Anschließend steuert dieses Regelkreisglied ein Stellglied, das zum Heben und Senken der Brennschneiddüsen einschließlich Meßelektroden dient, so an, daß der vorgebene Sollwert d - d5011 erreicht wird, Der Schneiddüsenabstand wird hiermit also über eine Messung des Elektrodenabstandes geregelt, Nachteilig ist bei die ser bekannten Art der Abstandsregelung, daß eine verminderte Regelgenauigkeit in Kauf genommen werden muß, wenn ein Schnitt am Rand ausgeführt werden soll, doho wenn die Meß elektrode über das Werkstück 1 hinausragt, In diesem Fall verringert sich nämlich die effektiv wirksame Plattenfläche F der Meßelektrode, so daß der Meßverstärker einen Abstand d* = d + #d* vorgibt, der also größer als der tatsächlich vorhandene Abstand d ist, Diese Fehlmessung hat ein Nach regeln von d auf einen Wert zur Folge, der um den Wert #d* kleiner als d5011 ist, Durch geringe Abmessungen der Meßelektrode 2, kann dieser Effekt zwar in gewissen Grenzen gehalten werden, er wirkt sich aber dennoch, und zwar insbesondere bei großen Schnittiefen, die eine hohe Regelgenauigkeit erfordern, sehr nachteilig auf die Größe des Werkstückabfalls aus, Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den vorgenannten Nachteil zu überwinden und ein Verfahren zu entwickeln, mit dem auch am Rand eines Werkstückes eine genaue Regelung des Abstandes zwischen Brennschneiddüsen und Werkstückoberfläche ermöglicht wird, Es hat sich nun gezeigt, daß diese Aufgabe bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelost werden kann, daß in un mittelbarer Nähe der Meßelektroden einige zusätzliche, ebenfalls kapazitiv wirkende Korrekturelektroden angeordnet werden, mit deren Meßsignalen über eine an Sich bekannte Kom pensationsschaltung die Abstandsregelung ständig korrigiert wird, In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsge mäßen Verfahrens werden sowohl die Meßelektroden als auch die Korrekturelektroden in Form von gemeinsam bei der Abstandsregelung verstellbaren Elektroden ausgebildet und derart angeordnet, daß beim Brennschneiden am Rand die Differenz ihrer über dem Werkstück befindlichen Flächenanteile, korrigiert mit bestimmten Faktoren, unabhängig vom Randab stand der Schneiddüsen konstant gehalten werden, Erfindungsgemäß können die Meßelektroden und die Kompensationselektroden durch in Form von zentrisch angeordneten Voll- oder Teilkreiselektroden, U-förmige Elektroden oder dgl, ausgebildet sein, Weitere Merkmale, Vorteile und Answendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung weiterer Einzelheiten anhand der beigefügten Abbildungen hervor Es zeigen: Figur 1 in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf eine Brennschneiddüse, die sich über einer Metallplatte befindet, mit den angefügten Elektroden und dem zugehörigen Regelkreis, Figur 2 in Seitenansicht eine Teildarstellung der Anordnung nach Figur 1, Figur 3 in ähnlicher Darstellung wie Figur i, allerdings nur einen Teil dieser Anordnung, eine weitere Ausführungsart der Erfindung, und Figur 4 schematisch vereinfacht, das Profil weiterer bevorzugter Elektrodenformen.
• Nach Figur 1 besteht also die Anordnung zum Brennschneiden von Metallplatten 1 im Prinzip aus der Schneiddüse 3 mit den zugehörigen Meß- und Korrekturelektroden 2, 7 und dem rechts in dieser Figur dargestellten Regel- und Korrekturkreis, In Verbindung mit der Teildarstellung Figur 2 ist ersieht lich, daß ohne die erfindungsgemäße Korrektur- und Kompensationselemente bei der kapazitiven Messung des Abstandes d zwischen der Schneiddüse 3 und der Platte 1 Meßfehler und demzufolge Fehler in der Abstandsregelung eintreten, wenn die Meßelektrode 2 beim Schneiden der Platte, wie hier gezeigt, teilweise über den Rand der Platte 1 hrnaustritt, Erfindungsgemäß ist daher - siehe wieder Figur 1 - zusätzlich zu der eigentlichen Meßelektrode 2 eine Korrekturelektrode 7 vorgesehen, die beim Schneiden ebenfalls über den Rand des Werkstückes 1 hinausragtO Die Elektroden 2 und 7 sind nun so geformt, daß die Differenz der über der Platte 1 befindlichen Flächenanteile Fm und Fk unabhängig vom Randabstand x immer konstant ist, d.h. es gilt: Fm(x) - Kk/KmFk (x) = konstant mit Kk/Km>O# konst In diesem Fall ist das an der Korrekturelektrode 7 anliegende Meßsignale der Regelabwei chung # d* = d* - d, deren Ursache ja die Verkleinerung der effektiven Plattenfläche der Meßelektrode 2 ist, proportional, Dieses Signal wird daher durch Einspeisen über ein geeignetes Anpaßglied 8 in den Regelkreis zur Kompensation der Regelabweichung td* herangezogen. In Figur 1 ist dieses Signal am Soll-Ist-Wert-Vergleich eingespeist, so daß am Eingang des Reglers 5 die ursprüngliche Regelabweichung d* - dsoll ad = d + ad* - d5011 - #d* = d-dsoll anliegt0 Zur Kompensation dieser Regelabweichung ßd* ist das Einspeisen des Meßsignals der Korrekturelektrode 7 aber praktisch an jeder beliebigen Stelle dieses Regelkreises möglich In Figur 1 ist noch ein Komparator 9 undein Schalter 10 eingezeichnet, Diese Elemente bewirken, daß die Kompensation der Regelabweichung #d* erst dann wirkt, wenn die Meßeliktrode 2 den Werkstückrand erreicht hat, Hierzu wird der Vergleichswert d' so eingestellt, daß nun für x 2 0 der Schalter 10 geschlossen ist, Diese Anordnung setzt aber voraus, daß die Korrekturelektrode 7 eine geringere Entfernung vom Rand hat als die Meßelektrode 20 Die oben beschriebene Kompensation der Regelabweichung t #d* setzt voraus, daß die Differenz der über dem Werkstück befindlichen Flächenanteile (Fk und Fm) unabhängig vom Randabstand x immer konstant ist, Nun kommen in der Praxis aber auch Geometrien der Meßsonde 2 zur Anwendung, wie sie in Figur 3 und Figur 4 dargestellt sind, also z oB ring-, halbring- oder U-förmige Elektroden, Bei diesen Elektrodenformen ist es vorteilhaft, die Korrekturelektroden 7' zentrisch zur Meßelektrode 2' anzuordnen Im Fall einer ringförmigen Meßelektrode ist dies ein konzentrischer Ring (Figur 3). Für derartige Elektrodenformen ist die Differenz der über dem Werkstück befindlichen Flächenanteile Fm und Fk aber eine Funktion des Randabstandes x.
• Die Differenz Fm (x) - Kk/Km Fk (x) ist daher nicht mehr konstant, so daß bei Verwendung eines Anpaßgliedes 8' mit linearer Kennlinie, d.h. konstantem Verstärkungsfaktor Kk eine vollständige Kompensation der Regelabweichung hd* nicht mehr möglich ist. Abhilfe bringt in diesem Fall eine entsprechend nichtlineare Kennlinie des Anpaßgliedes 8' also eine Kennlinie, deren Verstärkungsfaktor Kk in geeigneter Weise vom Flächenanteil Fk abhängt,

Claims (1)

1. Patentansprüche Verfahren zur selbsttätigen Regelung des Abstandes zwischen dem Werkzeug und der Werkstückoberfläche beim Bearbeiten von metallischen Werkstücken, bei dem die Abstandsmessung mit Hilfe kapazitiv wirkender Meßelektroden erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß in unmittelbarer Nähe der Meßelektroden (2, 2') einige zusätzliche, ebenfalls kapazitiv wirkende Korrekturelektroden (7, 7') angeordnet werden, mit deren Meßsignalen über eine an sich bekannte Kompensationsschaltung die Abstandsregelung am Werkstückrand ständig korrigiert wird, 20 Verfahren nach Anspruch 1, da-durch gekennzeichnet, daß sowohl die Meßelektroden (2, 2') als auch die Korrekturelektroden (7, 7') in Form von gemeinsam bei der Abstand einstellung verstellbaren Elektroden ausgebildet und derart angeordnet werden, daß beim Bearbeiten des Werkstücks (1) an dessen Rand eine vorgegebene Differenz schen den über dem Werkstück (1) befindlic Fk) der Meßelektroden (2, 2') einerseits und Korrekturelektroden (7, 7') andererseits unabhängig vom Abstand (x) des Werkzeugs (3) vom Rand konstant gehalten wird.

   30 Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektroden und die Korrekturelektroden in Form von zentrisch angeordneten Voll- oder Teilkreiselektroden, U-förmigen Elektroden oder ähnlichen ausgebildet sind (Fig. 4).

   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Randdetektierung die Korrekturelektron (7, 7') in einer geringeren Entfernung vom Rand als die Meßelektroden (2, 2') angeordnet sind,