DE8711031U1

DE8711031U1 - Taktiler Sensor

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Publication number: DE8711031U1
Application number: DE8711031U
Authority: DE
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Current assignee: Individual
Priority date: 1987-08-13
Filing date: 1987-08-13
Publication date: 1987-12-03

Description

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3 -

Taktiler Sensor

In Düsenafostands-Regelungen für Leistungslaser können kapazitive Sensoren, die als Spitze einer Laserdüse ausgebildet sind/ zumeist nur bei metallischen oder sehr gut leitenden Werkstoffen verwendet werden.

Soll der Abstand der Düse bei der Bearbeitung von Kunststoffen, die elektrisch schlechte Leiter sind, durch die Abstandsregelung über Sensorik konstant gehalten werden, so lassen sich dafür taktile, also berührende Sensoren verwenden.

Es ist üblich, mechanische Fühleranordnungen zu verwenden, die auf der Oberfläche der Werkstücke schleifen und deren relative Stellung zu der Düse über ein oberhalb der Düse befindliches und über den beweglichen taktilen Sensor angetriebenes Wandlerelement, beispielsweise ein Schiebepotentiometer oder ein induktiver Lagegeber, in ein elektrisches Signal umgesetzt wird. Dieses stellt somit die Auslenkung des taktilen Fühlers aus seiner Ruhelage dar.

Es sind auch taktile Sensor-Zusatzanordnungen für kapazitive Abstandssensoren bekannt, die aus einem ringförmigen, auf dem Werkzeug schleifend betriebenen taktilen Fühler bestehen, der federnd aufgehängt ist und der sich gegenüber der kapazitiven Elektrode, zum Beispiel einer ringförmig um die Düse herum oberhalb des Werkstücks angeordneten Elektrode, bewegen kann. Der Abstand zwischen der kapazitiven Ringelektrode und dem ringförmigen taktilen Schleifer stellt bei solchen Anordnungen den Ersatz für den Abstand zwischen metallischem Werkstück und kapazitiver Ringelektrode dar. Die Abstandsänderung zwischen taktilem Ring und kapazitiver Elektrode bei Annäherung oder Entfernung des Werkstücks relativ zur Düsenspitze

wird somit auch bei Kunststoff-Werkötücken in entsprechende kapazitive Aenderungen der ßensoranordnung übertragen*

Solche zusätzlichen taktilen Sensoranordnungen beanspruchen jedoch im Vergleidh zur Düse selbst relativ viel Platz um die Düse herum. Wenn die Werkstückformen durch Hohlkehlen, Schrägflächen relativ zur Düsenachse oder durch seitliche, nahe zur Schneidfuge verlaufende Erhöhungen, wie dies besonders bei Teilen im Automobilbau auftritt, gekennzeichnet sind, so ist der Einsatz solcher zusätzlicher taktiler Sensoren wegen ihrer Grosse und auch wegen ihrer Massenträgheit bei hohen Schneidgeschwindigkeiten nicht möglich.

Die neue Sensoranordnung ermöglicht es, auch solche Werkstücke aus Kunststoffen oder nichtleitenden Materialien taktil zu erfassen, die durch ihre besonderen Oberflächenformen den bisher bekannten taktilen Sensoren nicht zugänglich sind.

Diese Anordnung ist als Zusatz zu Leistungs-Laserdüsen ausgebildet, die mit kapazitiven Sensoren in Form der Düsenspitze ausgerüstet sind.

Der neue taktile Sensor ist dadurch gekennzeichnet, dass ein an sich bekannter hülsenförmiger und konzentrisch zur Laser-Elektrode angeordneter leichter Fühler in wenigstens einer, vorzugsweise zwei im axialen Abstand vorgesehenen, scheibenartigen Federn gelagert und axial zur Düsen-Längsachse verschiebbar ist, und dass die Hülse derart gegenüber wenigstens einem Teil des Sensorkörpers bzw. der Elektrode durch ein elektrisch nicht leitendes Element elektrisch isoliert angeordnet ist, dass die Oberflächen des Hülsenkörpers und des betreffenden Teils des Sensorkörpers bzw. der Kupferelektrode eine Kapazität darstellen.

Kurze Sensor-Hülsen lassen sich durch eine Feder lagern; hilfsweise kann auch die Hülse in einer Schiebe-Hülse oder

einem anderweitigen Schiebesitz zusätzlich zur Feder geführt werden, um Seitenversatz zu vermeiden.

Als Beispiel für die neue Anordnung ist in Figur 1 ein taktiler Zusatz für eine schlanke Leistungslaser-Düse gezeigt.

Figur 1 zeigt den Düsenkörper 1 mils der Kupfer-Düsen-Elektrode 6. Ein Sensorkörper 3 wird von unten her auf den Düsenkörper 1 aufgeschoben und mittels Klemme 4 befestigt; er kann also vorteilhaft jederzeit ausgetauscht oder nachträglich angebracht werden. Einstellschrauben 2 dienen zur Ausrichtung Und zum Einstellen der konzentrischen Lage. Im Sensorkörper 3 ist über die beiden übereinander liegenden Federn 9 ein als Hülsenkörper 5 ausgebildeter Sensor gelagert. Dieser kann sich in vertikaler Richtung parallel zur vertikalen Achse des Düsisnkörpers 1 bzw. der Elektrode 6 bewegen. Als Abstandshalter in vertikaler Richtung für die Federn 9 dienen die Ringe 12 und 13. In der unteren Stellung, d.h. dann, wenn die Hülse !5 ein Werkstück 14 nicht berührt, sind beide Federn 9 leicht vorgespannt und drücken die Hülse 5 mit ihrer Kante 5a gegen den. unteren Anschlag, der durch den Abschlussring 11 dargestellt wird.

Sobald die Hülse 5 mit ihrem unteren Ring 5b das Werkstück 14 berührt und die Annäherung der Elektrode 6 zum Werkstück 14 hin fortschreitet, wird die Federanordnung 9 nach oben hin ausgelenkt und die Hülse 5 verschiebt sich im unteren Teil gegen den tellerförmigen Ring 5b der Elektrode 6, welcher mit der Hülse 5 nicht-leitend verbunden ist, also eine Kapazität darstellt. Diese verändert sich entsprechend der Abstandsverringerung zwischen Ring 5b und Elektrodenring 6a zu höheren Kapazitäts-Werten hin, wodurch die taktile Annäherung der Hülse durch eine bekannte, nicht dargestellte kapazitive Sensorelektronik in ein elektrisches Signal umgesetzt werden kann. Das Signal kann z.B. als Analogsignal zur Regelung des Abstands zwischen Elektrode 6 und Werkstück 14 über einen

Servoantrieb des DüsenHörpers 1 dienen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Elektrode 6 einerseits durch eiKo Keramik-Hülse IS isoliert gegen den Sensorkörper 3 angeordnet ist, und dass die Elektrode 6 andererseits mittels einer nicht dargestellten elektrischen Leitung an einen Eingang einer Sensorelektronik angeschlossen ist, deren anderer Eingang über Sensorkörper 3 und Federn 9 mit der Hülse 5, speziell mit deren Kapazitäts-Ring 5b verbunden ist.

Eine bestimmte Auslenkung der Hülse 5 entspricht somit einem bestimmten Düsenabstand zum Werkstück 14. Die Kapazitätsänderung kann auch dafür ausgewertet werden, dass der Abstand vott Elektrode 6 und Werkstück 14 unabhängig von Oberflächen-Veränderungen konstant bleibt.

Für die Genauigkeit des neuen taktilen Censors sorgt die besondere Ausbildung der beiden Federn S als Ringfedern.

Grundsätzlich können verschiedene Ringfederformen eingesetzt werden. Eine besonders gut geeignete Ringfederkonstruktion ist in Figur 2 gezeigt. Diese Ringfeder 9 ist beim Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildet und besteht aus einem Aussen-Ringteil 7 und dem dazu senkrecht zur Federebene beweglichen Innen-Ringteil 8 sowie den beide Ringteile elastisch verbindenden Federstreifen 9a, die durch Schlitze in der Federscheibe 9 gebildet werden.

Diese Ringfeder 9 besitzt eine hohe Steifigkeit in der Federebene, und eine durch geeignete Wahl von Materialstärke und Federstreifenbreite in beiden Grenzen variable Federkonstante im rechten Winkel zur Federebene und konzentrisch durch diese hindurch. Durch Verwendung der drei Federstreifen 9a wird jedes Kippen bei der axialen Auslenkung vermieden un<? air-Oh= zeitig grosse Länge und damit grosser Hub der Federstreifen 9a gewährleistet. Als Material für die Feder 9 eignen sich sowohl Feö^rstahl als auch Federbronze und andere Materialien

mit entsprechenden federnden Eigenschaften, die vorzugsweise
elektrisch leitend sind, damit der Kontakt zwischen dem Sensorkörper 3 und der Sensorhülse 5 ohne zusätzliche Leitung
gewährleistet ist.

Die Sensorhülse 5 ist in ihrem unteren Teil durchbrochen. In |

Figur 1 ist dies durch eine Durchbrechung 10 verdeutlicht. |

Damit wird die Möglichkeit gegeben, dass Spritzer des Mate- %

rials des Werkstücks 14 beim Bearbeitungsvorgang austreten \

können. '

Die Hülse 5 kann auch in dem dem Ring 5b gegenüberliegenden |

Bereich als Ringscheibe ausgebildet und durch vorzugsweise %

drei drahtförmige Stützen mit der Sensorhülse 5 verbunden ''

werden, welche dann entsprechend kürzer airsgebildet ist. \

Dadurch kann der Austritt von Spritzern noch weiter verbes- I sert werden. Ausserdem wird die Beobachtung der Schneidfuge

im Schneidpunkt erleichtert. t

Durch entsprechende konstruktive Ausbildung des Sensorkörpers & 3 lässt sich der neue taktile Sensor auch für andere, von der f Form der in Figur 1 gezeigten Düse abweichenden Leistungslaser-Düsen anpassen.

Gemäss Figur 1 ist der Abschlussring 11 des Sensorkörpers 3
vorzugsweise durch drei Schrauben im Sensorkörper 3 befestigt. Dadurch wird der Austausch der Hülse mit den daran
fest montierten beiden Federn 9 sehr einfach ermöglicht. Der
äussere Abstands-Ring 12 wird dabei mit herausgezogen; er
bildet mit der Hülsen-Federeinheit eine Baugruppe als Austauschteil.

Anstelle der dargestellten Ringfeder können auch andere zentrierende, axial bewegliche ringförmige Feder-Anordnungen,
wie z.B. Wellmembranen, eingesetzt werden. (·

Claims

Karl Heinz Schmall, Ingenieur Waldstrasse 20 Bsiden-Baden 19 5. August 1987 S chut zanspruche

1. T?ktiler Sensor für Leistungslaser, dadurch gekennzeichnet, dass ein an sich bekannter hülsenförmiger und konzentrisch zur Laser-Elektrode (6) angeordneter leichter Fühler (5) in wenigstens einer scheibenartigen Feder (9) gelagert und axial zur Düsen-Längsachse verschiebbar ist, und dass die Hülse (5) derart gegenüber wenigstens einem Teil des Sensorkörpers (3) bzw. der Elektrode (6) durch ei»i elektrisch nicht leitendes Element (16) elektrisch isoliert angeordnet ist, dass die Oberflächen des Hülsenkörpers (5) VLid des betreffenden Teils des Sensorkörpers (3) bzw. der Kupferelektrode (6) eine Kapazität darstellen.

2. Taktiler Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (5) in wenigstens zwei, in axialem Abstand zueinander angeordneten Federn (9) gelagert ist.

3. Taktiler Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Hülse (5) ein ringartiges Element (5b) vorgesehen ist, das zusammen mit einer isoliert angeordneten Elektrode (6) eine Kapazität bildet.

4. Taktiler Sensor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (9) wenigstens drei, etwa im Abstand von 120° angeordnete, federnde Verbindungsstege (9a) zwischen Hülse (5) und Sensorkörper (3) aufweisen.

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5. Taktiler Sensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, f dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (9) durch mäander-

i artig ausgesparte Stege (9a) aus einer Scheibe (9) gebil-

I det wird, welche Stege (9) einsn Innenring (8) und einen

Aussenring (7) verbinden.

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