DE2524975C2 - Einrichtung zur berührungslosen Messung des Abstandes zu elektrisch oder magnetisch leitenden Gegenständen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur berührungslosen Messung des Abstandes zu elektrisch oder magnetisch leitenden Gegenständen mittels eines elektromagnetischen Feldes, das mit Hilfe einer Sendespule erzeugt ist, und in dem sich ferner mit loser Kopplung eine Induktionsspule befindet.

Einrichtungen der genannten Art werden beispielsweise benötigt zur Steuerung von Werkzeugen an Metallbearbeitungsmaschinen oder zur Messung des Abstandes eines über Schienen geführten Schwebefahrzeuges.

Es sind induktive Meßeinrichtungen der z. B. in den DE-OS 21 41 123 und 16 23 303 beschriebenen Art bekannt, bei denen ein nachzuweisender oder in seiner Dicke zu bestimmender metallischer Körper sich zwischen einer Sende- und Empfangsspule befindet, die in getrennten Gehäusen untergebracht sind. Für eine genaue Ortung, insbesondere die genaue Messung des Abstandes zwischen einer der beiden Spulen und dem leitenden Gegenstand sind derartige Einrichtungen aufgrund ihrer Ausbildungsform ungeeignet.

Weitere bekannte induktive Geräte, die beispielsweise nach der DE-OS 19 23 879 ausgebildet sind, weisen je eine flache Sende- und Empfangsspule in einem gemeinsamen Gehäuse auf, deren Längsachsen senkrecht zu einer Fläche eines nachzuweisenden metallischen Gegenstandes verlaufen. Das elektromagnetische Feld der Meßeinrichtung ist bei dieser Spulenanordnung empfindlich für äußere Einflüsse, wie Fremdfeldstörungen und Temperatureinflüsse, weshalb auch derartige Einrichtungen für genaue Abstandsmessungen nicht geeignet sind. Entsprechend der Offenlegungsschrift ausgebildete und angeordnete Induktionsspulen haben für Abstandsmessungen den Nachteil, daß das Meßsignal eine quadratische Funktion aufweist, weshalb genaue Abstandsmessungen in einem linearen Bereich von beispielsweise 0 bis 50 mm mit hoher Ungenauigkeit behaftet sind. Enthält der zu messende Gegenstand auch nur eine kurzgeschlossene Leiterschleife oder eine entsprechende Ausnehmung, so wird durch deren Einfluß das Meßsignal überdeckt. Ähnlich störend wirken sich neben oder hinter der Spulenanordnung befindliche Metallteile und Störfelder aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Einrichtung der eingangs genannten Art zur berührungslosen Messung des Abstandes zu elektrisch oder magnetisch leitenden Gegenständen eine Induktionsspulenausbildung und -anordnung zu finden, die ein möglichst lineares Signal für Abstandsmessungen ergibt und die unempfindlich gegen Störeinflüsse der vorherbeschriebenen Art ist

Für eine Einrichtung zur berührungslosen Messung des Abstandes zu elektrisch oder magnetisch leitenden

ίο Gegenständen mittels eines elektromagnetischen Feldes, das mit Hilfe einer Sendespule erzeugt ist, und in dem sich ferner mit loser Kopplung eine Induktionsspule befindet, ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Sendespule, deren Länge groß gegenüber ihrem Durchmesser ist, und die Induktionsspule parallelachsig und in einer parallelen Ebene zur offenen Seite eines einseitig offenen Abschirmgehäuses angeordnet sind und die Meßsignale aus der Differenz eines der Sendespule zugeführten Signals und eines in der Induktionsspule induzierten Signales gewonnen sind.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Sendespule mit einer an beiden Stirnseiten offenen Abschirmung versehen.

Durch diese Maßnahme, die annähernd auch durch Wicklungen mit eng aneinanderliegenden Windungen realisierbar ist, wird der Streufluß verringert und damit eine für den jeweiligen Anwendungsfall günstige Feldverteilung geschaffen.

Dabei könntn die Spulen dem vorgesehenen Anwendungszweck entsprechend parallelachsig nebeneinander oder in Achsrichtung hintereinander angeordnet sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung;

F i g. 2 eine Einrichtung zum Messen kleiner Abstände in schräger Parallelprojektion mit Blick auf die Spulenanordnung;

Fig.3 eine Ansicht der längs der Linie H-II aufgeschnittenen Einrichtung nach F i g. 2.

Die Einrichtung nach F i g. 1 weist einen Hochfrequenzgenerator 1 auf, dessen Frequenz und Amplitude stabilisiert sind und der beispielsweise auf einer Frequenz von um ein Megahertz arbeitet An diesen Generator I ist eine Spule 2 rückwirkungsfrei angeschlossen, die ein mit einer geschlossenen Linie 3 angedeutetes hochfrequentes elektromagnetisches Feld erzeugt, das auch eine Induktionsspule 4 durchsetzt die parallelachsig neben der mit einer Abschirmung 2a versehenen Sendespule 2 angeordnet ist. Bei Annäherung eines mit unterbrochenen Linien angedeuteten elektrisch leitenden Körpers 5 wird dieses Feld im Bereich der Spulen 2 und 4 verdichtet, wobei die in der Induktionsspule 4 induzierte Spannung ansteigt. Diese Spannung kann nun über einen Verstärker 6 und einen Gleichrichter 7 direkt einem Anzeigegerät zugeführt werden und stellt ein Maß für den Abstand des elektrisch leitenden Körpers 5 vom Spulensystem 2 und 4 dar. Zur Verringerung der Driftempfindlichkeit und zur Kompensation von Umwelteinflüssen kann ein weiterer Verstärker 8 und ein weiterer Gleichrichter 9 vorgesehen sein, denen ein Referenzsignal aus dem Hochfrequenzgenerator 1 zugeführt ist. An die Ausgänge beider Gleichrichter 7 und 9 ist dann ein Differenzverstärker 11 angeschlossen, dessen Ausgang 12 zu einer nicht dargestellten Anzeigeeinrichtung führt.
Ein Ausrührungsbeispiel für diese Anwendung zeigen

die F i g. 2 und 3. Eine anhand der F i g. 1 beschriebene Einrichtung ist in einem zweiteiligen Aluminiumgehäuse 20 und 21 untergebracht Im Gehäuseteil 20 ist eine Sendespule 22 angeordnet, die auf einen Ferritkorper 23 gewickelt ist und die mit einer metallischen Abschir-

fmung 25 versehen ist Die Länge dieser Spule ist groß pg gegenüber ihrem Durchmesser. Parallelachsig zur Sen-H despule 22 ist ferner eine auf einen Isolierkörper 29 P gewickelte Induktionsspule 24 angeordnet, die ebenfalls tf mit einer nicht dargestellten Abschirmung versehen sein H kann. Beid? Spulen sind mittels Druckplatten 26 und 27 pä sowie Schrauben 28 in justierter Lage festgehalten und V'" können im Bedarfsfalle zusätzlich in Gießharz eingebettet sein. Im Gehäuseieil 21 sind auf einer Platine 30 die p elektronischen Bauteile 31 eines frequenz- und amplitupi denstabilen Hochfrequenzgenerators angeordnet, an «Ι den rückwirkungsfrei die Wicklung der Sendespule 22

fangeschlossen ist Auf einer weiteren Platine 32 befinden sich elektronische Bauelemente 33, die das Meßsi- S gnal bezüglich des zu vermessenden Abiiands lineari-[Jf sieren und die die Nullpunkteinstellung und die Einstelr| lung der Signalhöhe ermöglichen. Die Ausgangsleitun-,;■ gen des Differenzverstärkers führen an einen Anschluß-Ei stecker 34, der am Gehäuseteil 22 befestigt ist Mit der Il beschriebenen Anordnung läßt sich beispielsweise ein i| Abstand von 35 min zu einem leitenden Körper in ei- ;^!; nem Temperaturbereich von —20° C bis +50⁰C mit ei- ii. ner Genauigkeit messen, deren Fehler unter 0,5 mm ύ liegt

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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

35

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur berührungslosen Messung des Abstandes zu elektrisch oder magnetisch leitenden Gegenständen mittels eines elektromagnetischen Feldes, das mit Hilfe einer Sendespule erzeugt ist, und in dem sich ferner mit loser Kopplung eine Induktionsspule befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendespule (2), deren Länge groß gegenüber ihrem Durchmesser ist, und die Induktionsspule (4) parallelachsig und in einer parallelen Ebene zur offenen Seite eines einseitig offenen Abschirmgehäuses angeordnet sind und die Meßsignale aus der Differenz eines der Sendespule (2) zugeführten Signals und eines in der Induktionsspule induzierten Signales gewonnen sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Sendespule (2) mit einer an beiden Stirnseiten offenen Abschirmung versehen ist