Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Durchflussmessgeräts zur Bestimmung der Position eines Objektes relativ zu einer Bezugsfläche, insbesondere zur Auflagenkontrolle für Werkstücke oder Werkstückträger, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , sowie eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Position eines Objektes relativ zu einer Bezugsfläche, insbesondere eine

Auflagenkontrollvorrichtung für Werkstücke oder Werkstückträger, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7. Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zum Betreiben einer solchen Messeinrichtung.

In der industriellen Prozess- und Fertigungstechnik kommen Durchflussmessgeräte der verschiedensten Arten zum Einsatz. Im Wesentlichen unterscheidet man zwischen Volumendurchflussmessern, wie zum Beispiel Magnetisch-Induktive- Durchflussmesser, Ultraschalldurchflussmesser und

Differenzdruckdurchflussmesser, und Massedurchflussmessern, wie beispielsweise thermische Durchflussmessgeräte und Coriolis-Massendurchflussmesser.

Thermische Durchflussmessgeräte an sich sind bekannt. Sie arbeiten nach dem kalorimetrischen Prinzip, bei dem ein bestimmtes Temperaturverhalten aufgrund des in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit auftretenden Wärmetransports bestimmt wird. Im Wesentlichen gibt es hier zwei Möglichkeiten der

Strömungsmessung. Bei einer ersten Möglichkeit arbeitet man mit einer

Differenztemperaturmessung. An einer ersten Messstelle erzeugt dabei ein Heizer mit konstanter Heizleistung eine lokale Temperaturerhöhung, die von einem ersten Messelement erfasst wird. Weiterhin misst ein zweites Messelement an einem anderen Ort eine Referenztemperatur, welche der Temperatur des Mediums entspricht. Die Strömungsgeschwindigkeit kann nun aus der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Messstellen bestimmt werden. Eine zweite Möglichkeit sieht vor, dass ein Heizelement mit variabler Heizleistung die lokale Temperaturerhöhung erzeugt. Eine Regelung variiert die Heizleistung derart, dass eine vorgegebene, gleichbleibende Temperaturdifferenz von dem entfernt angeordneten Messelement gemessen wird. Diese variierende Heizleistung kann dann als ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit ausgewertet werden. Messgeräte der letztgenannten Art sind bspw. aus der deutschen Patentschrift 10 2004 055 101 bekannt und werden von der Anmelderin unter der Produktbezeichnung SDxxxx vertrieben.

Messeinrichtungen, insbesondere pneumatische Auflagenkontrollvorrichtungen der genannten Art messen und überwachen die Änderung des Abstandes bzw. die korrekte Lage eines Objektes, z.B. eines Werkstücks oder Werkstückträgers, zu einer Bezugsfläche - der sog. Spaltabstand - und werden in verschiedenen

Bereichen der industriellen Fertigungs- und Automatisierungstechnik eingesetzt. Derartige Messeinrichtungen sowie Verfahren zum Betreiben derartiger

Messeinrichtung sind seit vielen Jahren bekannt und werden bspw. von der

Anmelderin unter der Produktbezeichnung PSxxxx vertrieben.

Die DE-A 196 08 879 zeigt eine solche Vorrichtung, bei der in einer Auflagefläche einer Spanneinrichtung Düsen angeordnet sind. Ein Druckmedium, bspw. Druckluft, wird zu den Austrittsdüsen geleitet. Ein der Spannvorrichtung zugeführtes Werkstück nähert sich je nach seiner Lage den Düsen an, so dass es zur Ausbildung eines Staudrucks kommt. Befindet sich allerdings ein Fremdkörper zwischen Auflagefläche und Werkstück, so bildet sich ein Spalt, der zu einem geringeren Druckwert führt. Der Staudruckwert wird erfasst und in Abhängigkeit hiervon ein Signal ausgelöst, welches bei nicht korrekter Lage die Fixierung des Werkstücks in der

Spanneinrichtung verhindert. Bei der in der DE-A 196 08 879 beschriebenen

Vorrichtung wird eine Justierung des zulässigen Druckwerts vorgenommen, indem ein spezieller Spaltleckage-Simulator angeschlossen wird. Abgesehen von

Fremdkörpern können auch Veränderungen am Werkstück selbst Ursache für eine Spaltbildung sein. Derartige Veränderungen können bspw. abweichende Maße, insbesondere durch Verzug resultierend, oder Veränderungen der Oberfläche sein.

Häufig kommen Durchflussmessgeräte zum Einsatz, die sich über eine Messblende ergebende Druckdifferenz messen, um damit auf den Durchfluss zu schließen, da eine Änderung des Durchflusses Aufschluss auf eine Änderung der Objektlage bezüglich der Messdüsen gibt. Die DE-A 102 39 079 zeigt eine solche pneumatische Auflagenkontrolleinrichtung, bei der aus einer Messdüse austretende Druckluft gegen ein gegenüber der Düse angeordnetes Werkstück strömt. In der Zuleitung zur Messdüse ist eine Blende angeordnet. Mittels eines Differenzdrucksensors wird der Druckabfall über die Blende ermittelt, was ein Maß für den Durchfluss bzw. die Strömung und damit für den Spaltabstand ist. Der Differenzdrucksensor ist als Schwellwertschalter ausgebildet und gibt ein elektrisches binäres Signal aus, das davon abhängig ist, ob der Staudruck oberhalb oder unterhalb eines vordefinierten Grenzdifferenzdrucks liegt.

Allerdings wirken sich Schwankungen in der Druckversorgung auf das Messergebnis aus. Druckschwankungen sind unausweichlich, denn häufig ist der einzelne

Versorgungskanal ein Teil eines komplexen, verzweigten Rohrsystems. Wenn an anderer Stelle des Rohrsystems ein Verbraucher zu- oder abgeschaltet wird, hat das unmittelbaren Einfluss auf den Speisedruck in den anderen Zweigen des Systems, d.h. auf den Druck vor der Blendeneinrichtung. Da es keinen Zusammenhang zwischen der Druckänderungen vor und der daraus resultierenden Druckänderung nach der Blendeneinrichtung gibt - zumindest ist dieser Zusammenhang nicht ohne Weiteres feststellbar -, lässt sich bei Änderungen nicht sicher sagen, ob die Ursache dafür eine Änderung des Spaltabstands ist. Individuelle Druckregler, die die

Druckschwankungen glätten und für einen konstanten Speisedruck sorgen, sind zumeist nicht genau genug oder können aus Kostengründen nicht verwendet werden.

Eine alternative Auflagenkontrollvorrichtung zeigt das deutsche Patent 101 55 135 der Anmelderin. Auch hier wird der Staudruck an einer Referenzdüse gemessen, wobei aber die wirksame Austrittsfläche der Referenzdüse einstellbar ist. Zwei parallele Blendeneinrichtungen, die Referenzdüse und die Messdüse sind zu einer Brücke verschaltet, die sich ähnlich wie bei einer Wheatstoneschen Messbrücke durch Veränderungen an der Referenzdüse, bspw. durch eine Bügelmessschraube oder einer gelochten Scheibe, so abgleichen lässt, dass der Diagonaldruck null beträgt.

Problematisch kann bei Spülvorgängen, bei denen Luft mit erhöhter Durchflussrate und damit erhöhtem Volumen durch den Versorgungskanal geblasen werden soll, die Blendeneinrichtung sein, die ein Hindernis darstellt und damit die maximale

Durchflussrate begrenzt. Spülvorgänge sind notwendig, wenn Verunreinigungen im Versorgungskanal oder an den Messdüsen zu erwarten sind. Diese

Verunreinigungen können bspw. durch Reste von Kühl-/Schmiermitteln entstehen, deren Verwendung bei vielen Fertigungsprozessen üblich ist. Dem gegenüber weisen bspw. nach dem kalorimetrischen Prinzip arbeitende

Durchflussmessgeräten, Magnetisch-Induktive-Durchflussmesser, mechatronisch arbeitende Durchflussmesser oder Ultraschalldurchflussmesser zwar keine

Blendeneinrichtung auf, sie können aber bei Änderungen des Durchflusses nicht unterscheiden, ob die Ursache hierfür die Veränderung der Position des Objekts ist oder eine Schwankung im Versorgungsdruck.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Messeinrichtung der vorgenannten Art zur Verfügung zu stellen, die ohne Blendeneinrichtung auskommt, daher eine frei wählbare Düsendurchmesser ermöglicht - hinsichtlich Anzahl der Messdüsen und deren Durchmesser selbst - und leicht zu reinigen ist, sowie auftretende

Druckschwankungen kompensieren kann. Darüber hinaus sollen Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung vorgeschlagen werden.

Die aufgezeigt Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung eines Durchflussmessgeräts mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , eine Messeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie durch ein Verfahren gemäß den

Ansprüchen 8, 10 und 1 1 .

Erfindungswesentlich ist einerseits, dass jegliche Durchflussmessgeräte verwendet werden, bei denen auf eine Blendeneinrichtung verzichtet werden kann, wie z.B. nach dem kalorimetrischen Prinzip arbeitende Durchflussmessgeräten, Magnetisch- Induktive-Durchflussmesser, mechatronische Durchflussmesser oder

Ultraschalldurchflussmesser. Der Versorgungskanal bzw. Versorgungskanalabschnitt - als Teil des Versorgungskanals innerhalb des Durchflussmessgeräts - weist somit erfindungsgemäß einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt auf. Um eine Druckschwankung im Versorgungsdruck zu erkennen, ist für diesen Zweck ein Drucksensor vorgesehen. Eine Druckänderung in der Versorgungsleitung hat unmittelbaren Einfluss auf die gemessene Strömung, obwohl der Spaltabstand und die verwendete Düse gleich geblieben ist. Mit Hilfe des jeweils gemessenen Drucks lässt sich der gemessene Durchfluss druckkompensieren und damit die Ursache für die Änderung des Strömungswertes eliminieren, indem alle Durchflusswerte auf ein Druckniveau kompensiert und damit miteinander verglichen werden können. Hierfür ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, dass die Durchflussmessvorrichtung - d.h. die zur unmittelbaren Messung des Masse- oder Volumendurchflusses erforderlichen Messeinheit - und der Drucksensor zur Berechnung und Überwachung des Abstands zwischen Düse und Objekt mit einer Auswerteeinheit verbunden sind. Wie die Druckkompensation im Einzelnen erfolgt wird nachfolgend im Zusammenhang mit dem Beschreibung der Verfahren erläutert.

Durch den im Wesentlichen konstanten Querschnitt des Vorsorgungskanals, d.h. ohne etwaige Verjüngungen, Drossel- bzw. Blendeneinrichtungen oder dergleichen, die den Druck im Versorgungskanal beeinflussen, ist es möglich, das Medium mit hohem Durchfluss durch den Versorgungskanal durchzuspülen. Auf diese Weise lassen sich auf einfache Weise Ablagerungen und Verunreinigungen, bspw. durch Reste von KühlVSchmiermitteln, entfernen, ohne dass ein manuelles Eingreifen notwendig ist. Voraussetzung dafür ist natürlich, dass sich kein Objekt, d.h.

Werkstück oder Werkstückträger, auf den Düsen bzw. in naher Umgebung der Düsen befindet, was den freien Luftaustritt aus den Düsen einschränken würde.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass durch den„freien" Versorgungskanal eine Analogwert-Ermittlung des Abstands zwischen Messdüse und Objekt möglich ist. Somit ist es möglich, definierte Schaltpunkte festzulegen, die die verschiedenen Situationen - wie„Nullspalt",„kein Objekt vorhanden" oder Soll-Abstand - definieren. Sind die gemessenen Werte außerhalb eines definierten Fensters um den

Schaltpunkt herum, lassen sich auf diese Weise Fehler erkennen. Wenn im Zustand „kein Objekt vorhanden" ein Schaltpunkt von 25 l/min Durchfluss definiert ist, kann bei einer Überschreitung eine Fensters von bspw. 23 - 27 l/min auf eine Leckage geschlossen werden, d.h. im Versorgungskanal oder an den Messdüsen sind

Undichtigkeiten vorhanden, an denen das Medium, insbesondere Luft ungewollt ausströmt. Wird dieses Fenster unterschritten deutet dies darauf hin, dass eine Verschmutzung bzw. Verstopfung innerhalb des Versorgungskanals oder an den Messdüsen vorliegt, eine Verschmutzung der Messelemente des Durchflussmessers vorhanden ist oder ein Knick im Versorgungskanal für den geringen Durchfluss verantwortlich ist.

Bevorzugt handelt es sich bei der Flüssigkeit um Kühl-/Schmierflüssigkeit.

Es hat sich bei der Verwendung von Druckluft als Medium als großer Nachteil herausgestellt, wenn sich im Bereich der Durchflussmessvorrichtung Ölpfützen oder Kondensatablagerungen bilden, weil dadurch der Versorgungskanal verengt werden kann und die Messelemente des Durchflussmessgeräts verschmutzen können. Im Resultat kann dies zu einer Beeinflussung des Messergebnisses der

Durchflussmessung führen. Zu Vermeidung dessen ist in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Versorgungskanalabschnitt im Bereich der

Durchflussmessvorrichtung eine den Querschnitt nicht verändernde Erhebung zur Vermeidung von Kondensat- oder Pfützenbildung aufweist. So kann auf einfache Weise die Pfützenbildung verhindert werden. Wichtig ist allerdings, dass der

Querschnitt des Versorgungskanalabschnitts dabei nicht wesentlich verändert wird, was einen Blendeneffekt nachsichziehen würde. Der Hauptgedanke der Erfindung ist, dass der Durchmesser bzw. Querschnitt des Versorgungskanalabschnitts über die gesamte Länge im weitesten Sinne gleichmäßig verläuft.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass einem

Teilbereich des Versorgungskanalabschnitts ein Parallel-Pfad mit einer

Blendeneinrichtung zugeordnet ist, wobei über eine Einsteilvorrichtung auswählbar ist, ob das Medium - also die Kühl-/Schmierflüssigkeit oder die Druckluft - über den Versorgungskanalabschnitt oder über den Parallel-Pfad strömt. Hintergrund dieser Weiterbildung ist, dass es im Wesentlichen zwei Arten von Spülvorgängen gibt: zum einen die bereits erwähnte Methode, bei der das Medium mit hohem Durchfluss durch den Versorgungskanal gespült wird, um bereits in die Messdüsen

eingedrungene und z. T. angetrocknete Ablagerungen und Verunreinigungen, bspw. Reste von KühlVSchmiermitteln, zu entfernen, und zum anderen insbesondere bei einer pneumatischen Anlage zur Verhinderung des Eindringens von Substanzen, wie bspw. Kühl-/Schmiermittel, wenn sich - was relativ häufig auftritt - kein Objekt auf den Messdüsen befindet. Im ersteren Fall muss das Medium mit hohem Durchfluss durchgespült werden, da sich bspw. angetrocknete Reste nur schwer entfernen lassen. Der Mediumsverbrauch bei einem solchen Spülvorgang ist entsprechend hoch. Im anderen Fall, wenn lediglich verhindert werden soll, dass Substanzen in die Messdüsen eindringen, reicht es auch aus, das Medium mit einem wesentlich geringeren Durchfluss durchzuspülen. Studien haben ergeben, dass es ein enormes Einsparpotential insbesondere bei pneumatischen Anlagen gibt, wenn der

Mediumsausstoß an die Anforderung der jeweiligen Anwendung angepasst und damit eine Verschwendung des Mediums, insbesondere von Druckluft vermieden wird. Aus ökonomischen Gründen ist es daher vorteilhaft, durch Zuschalten einer Blendeneinrichtung die Mediumsmenge zu begrenzen, wenn sich kein Objekt auf den Messdüsen befindet und damit auch keine Abstandsmessung erfolgt. Die durchströmende Mediumsmenge wird somit auf einfache Weise auf ein Minimum reduziert, was aber ausreicht, um ein Eindringen von Substanzen in die

Düsenöffnungen zu verhindern.

Eine Alternative zur Zuschaltung dieses, die Blendeneinrichtung aufweisenden Parallel-Pfads, ist, ein Regulierventil vorzusehen, womit gewünschtenfalls der Durchfluss begrenzt werden kann.

Besonders vorteilhaft ist es, bei der Verwendung von Druckluft den Drucksensor als Sensorplatine auszubilden, wobei die Sensorplatine eine Druckmesszelle mit zwei medienberührenden Flächen aufweist, die gegenüberliegend auf der Vorder- und Rückseite der Sensorplatine vorgesehen sind. Das Wesentliche derartiger

Sensorplatinen ist, dass die auf ihr angeordnete Messzelle - vorzugsweise eine Siliziumscheibe -, beidseitig mit Druck beaufschlagt werden kann. Die

Druckzuführung erfolgt über kleine Druckkanäle, die so angeordnet sind, dass sie bevorzugt senkrecht auf die eingeschobene Sensorplatine stoßen, und zwar so, dass vorteilhafterweise wenigstens ein Druckkanal die Messzelle von der ersten Seite und ein zweiter Druckkanal die Messzelle von der gegenüberliegenden zweiten Seite beaufschlagen kann. So kann bei Anliegen eines Druckes im ersten Druckkanal und im zweiten Druckkanal durch Messen der Auslenkung der Siliziumscheibe auf die Differenz zwischen den Drücken geschlossen werden. Im vorliegenden Fall wird der Drucksensor als Relativdruckmessgerät eingesetzt, da die Differenz des

Systemdrucks in Relation zum Atmosphärendruck gemessen werden soll. Zu diesem Zweck wird über einen Druckkanal der Umgebungsdruck an die Messzelle geleitet. Derartige Sensorplatinen haben u. a. den Vorteil, dass sie auf einfache Weise austauschbar sind, da sie einfach in eine dafür vorgesehene schlitzförmige

Ausnehmung eingeschoben und darin gehalten werden. Selbstverständlich kann der Druck innerhalb des Versorgungskanals bzw. des Versorgungskanalabschnitts auch mit jedem anderen Druckmessgerät gemessen werden.

Bei der Verwendung einer Flüssigkeit sind wegen der besseren Druckfestigkeit Drucksensoren mit einer kapazitiven oder resistiven Druckmesszelle zu bevorzugen.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, die Auswerteeinheit und den Drucksensor in das Durchflussmessgerät zu integrieren, da dann die Berechnung und die Überwachung des Spaltabstands in einem Gerät erfolgen kann und der Anwender somit nur ein einzelnes Messgerät benötigt, um die Vorteile der Erfindung zu realisieren. Alternativ ist natürlich auch denkbar, jeweils nur eines von beiden, also Drucksensor oder Auswerteeinheit im Durchflussmessgerät zu integrieren. Da der Druck innerhalb des Versorgungskanals an jeder Stelle gleich groß ist, kann es bei bestimmten

Anwendungen vorteilhaft sein, die Druckmessung entfernt von der

Durchflussmessung durchzuführen. Gleiches gilt für die Verarbeitung der vom

Drucksensor und von der Durchflussmessvorrichtung übermittelten Signale, aus denen dann die Berechnung des Spaltabstands möglich ist. Dies kann bspw. in einer übergeordneten SPS erfolgen.

In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Position eines Objektes relativ zu einer Bezugsfläche, insbesondere eine

Auflagenkontrollvorrichtung für Werkstücke oder Werkstückträger,

mit mindestens einer Messdüse, wobei sich die Austrittsöffnung der Messdüse bzw. die Austrittsöffnungen der Messdüsen in der Bezugsfläche befindet bzw. befinden, einer Druckluftquelle, mittels derer Luft mit einem Speisedruck p zur Verfügung stellbar ist, zwischen der Druckluftquelle und der Messdüse bzw. den Messdüsen ein Luftversorgungskanal mit einem Versorgungskanalabschnitt angeordnet ist und einem Durchflussmessgerät zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des in dem Versorgungskanal strömenden Mediums.

In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Messeinrichtung. Dabei sind bei der Verwendung von Druckluft folgende Verfahrensschritte vorgesehen:

^■ Einstellen eines definierten Abstandes A _Ref zwischen der Düse mit dem Durchmesser D und dem Objekt und Ermitteln des Durchflusses Q _Ref des aus der Düse austretenden Luftstromes und des im Versorgungskanal herrschenden Drucks pRet,

^■ Ermitteln des aktuellen Durchfluss Q und des im Versorgungskanals

herrschenden Drucks p, Q

Q Ref

Berechnen des aktuellen Abstands A durch die Formel A = A Ref

wobei der Exponent x im Bereich 0,5 bis 0,9 liegt, bevorzugt 0,7 beträgt, besonders bevorzugt 0,72 beträgt.

Zunächst wird bspw. mit Hilfe einer Lehre ein vorgegebener Abstand eingestellt bzw. geteacht, und die sich dabei ergebenden Werte von Massedurchfluss und Druck festgehalten. Diese Lehre kann eine Bügelmessschraube mit einer in den Amboss integrierten Düse sein, mit der ein definierter Abstand im 1/100-Millimeter-Bereich einstellbar ist. Auch gibt es Bleche mit einer Dicke in 1 /100-Millimeter-Bereich, in die eine Aussparung vorgesehen werden kann und die zwischen Messdüse und Objekt gelegt wird. Auch so ließe sich ein definierter Abstand einstellen. Dieser

vorgegebene Abstand wird betragsmäßig als A _Ref in der Auswerteeinheit eingetragen. Gleiches gilt für die dabei gemessenen Werte des Durchflusses QR _e f und des innerhalb des Versorgungskanals bzw. Versorgungskanalabschnitts herrschenden Druckes p _Ref . Sind diese drei Werte in der Auswerteeinheit hinterlegt, kann mit den eigentlichen Messungen begonnen werden.

Durch empirische Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass, nachdem die Werte für Q _Ref und p _Ref bei einem vorgegebenen Abstand A _Ref bekannt sind, sich der

Spaltabstand nach folgender Formel berechnen lässt:

wobei der Exponent x im Bereich 0,5 bis 0,9 liegt, bevorzugt 0,7 beträgt, besonders bevorzugt 0,72 beträgt. Mit Hilfe dieser Formel lassen sich nun Druckschwankungen im Versorgungsdruck kompensieren. Auf diese Weise lassen sich nunmehr unabhängig von Schwankungen im Versorgungsdruck Absolutwerte des

Spaltabstands berechnen.

Zu dieser Formel ist anzumerken, dass sie davon ausgeht, dass es sich immer um dieselbe Messdüse handelt, die auch beim Teach-Vorgang verwendet wurde. Der Düsendurchmesser sowie die Durchfluss- und Druckwerte stehen in Relation zueinander, so dass bei einem sich ändernden Durchmesser auch andere Werte für Durchfluss und Druck gemessen werden.

Eine Alternative zur Vorgabe eines absoluten Abstandswertes A _Ref ist eine

Relativmessung, indem A _Ref = 1 gesetzt wird. Der Teach-Vorgang erfolgt dann durch Vorgabe eines SOLL-Zustands. Dafür wird ein Objekt mit einem als zulässig definierten Spaltabstand auf die Messdüsen gelegt. Dabei ist es unerheblich, wie groß der Betrag des Abstands tatsächlich ist. Die gemessenen Werte für Q _Ref und p _Ref werden wie oben ausgeführt in der Auswerteeinheit abgelegt. Nach dem

Teachen werden die gemessenen Werte für M und p in die obige Formel eingesetzt und da unabhängig von dem tatsächlichen Referenzabstandswert A _Ref = 1 ist, kann ein Abstandswert A berechnet werden, wobei A dann nur ein Relativwert ist, der nicht dem tatsächlichem Abstand entspricht bzw. entsprechen muss.

Alternativ kann statt der o. g. Formel auch ein zuvor eingemessenes Kennlinienfeld verwendet werden. Hierfür werden zunächst Wertesätze, bestehend aus Durchfluss, Druck und zugehörigem Abstand, ermittelt. Aus diesen Wertsätzen wird über alle Massedurchfluss- und Druckszenarien eine mehrdimensionale Interpolationsfunktion gebildet, die in der AuswerteVSpeichereinheit abgelegt wird. Die Auswerte- /Speichereinheit ist bevorzugt in der Messeinrichtung und besonders bevorzugt im Durchflussmessgerät selbst angeordnet. Während des Betriebs der Messeinrichtung werden die aktuell vorliegenden Größen Massedurchfluss und Druck gemessen und auf deren Basis der aktuelle Abstand zwischen Messdüse und Objekt durch die zuvor bestimmte Interpolationsfunktion ermittelt.

Wird statt Luft eine Flüssigkeit, bspw. KühlVSchmierflüssigkeit verwendet, ist zur Berechnung des Abstands folgende Formel zu verwenden, die sich ebenfall empirisch ermitteln ließ, wobei sie im Wesentlichen - unter geringfügiger Anpassung der Konstanten - auch bei der Verwendung mit Druckluft eingesetzt werden kann:

Dabei ist a ein Skalierungsfaktor mit einem Betrag von bevorzugt 1 ,1 , b ein

Offsetbetrag von bevorzugt 0,04, Q der ermittelte Durchfluss, D der

Düsendurchmesser und p der ermittelte Druck. Die Durchfluss-, Durchmesser- und Druckreferenzwerte haben den Betrag 1 , um einen dimensionslosen Quotienten zu erhalten. Der Exponent d liegt im Bereich 1 ,2 bis 1 ,6, beträgt bevorzugt 1 ,45, und der Exponent c im Bereich 1 ,3 bis 1 ,7, beträgt bevorzugt 1 ,5.

Wenn der Düsendurchmesser D bekannt und konstant ist, lässt sich die o.g. Formel wie folgt vereinfachen:

Dabei gilt für den Exponent x, dass er wie in der Formel für die Verwendung von Druckluft im Bereich 0,5 bis 0,9 liegt, bevorzugt 0,7 beträgt. Der Exponent c liegt nach wie vor im Bereich 1 ,3 bis 1 ,7 und bevorzugt bei 1 ,5.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Auswerteeinheit ein Bereich von

Abstandswerten oder Relativwerten vorgegeben, innerhalb dessen der Abstand als „in Ordnung" definiert ist. Wenn sich die Abstandswerte bzw. Relativwerte außerhalb dieses Bereiches bewegen, wird ein Schaltsignal erzeugt, was bspw. die Ausgabe eines optischen und/oder akustischen Signals erzeugt. Bei Sicherheitsanlagen kann auch die Überführung der Anlage in den sicheren Zustand vereinbart sein.

Das Hauptanwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Messeinrichtung liegt in der Auflagekontrolle. Daneben sind derartige Messeinrichtungen aber auch als

Näherungsschalter bzw. Anwesenheitskontrolle einsetzbar, bspw. zur

Positionsabfrage eines Werkstücks während eines Fertigungsprozesses oder auch von beweglichen Objekten (Schlitten), die exakte Position eines Greiferarms beim Greifen eines Objekts, Überwachung der Spannfutteraufnahme oder in

Fertigungsprozessen der exakte Sitz eines Einbauteils, wie bspw. ein O-Ring. Im letzteren Fall greift ein Greifer mit integrierten Düsen das Objekt an der Stelle, wo sich der oder die O-Ring(e) befindet bzw. befinden. Aufgrund der Genauigkeit im 1/100-Millimeter-Bereich kann automatisiert festgestellt werden, ob der O-Ring an sich vorhanden ist, ob er sich exakt in der vorgesehenen Lage befindet und vom richtigen Typ ist - bspw. feststellbar durch Erkennen der Schnurstärke. Erst wenn dies positiv festgestellt wurde, kann der Greifer das Objekt zur weiteren Bearbeitung weitergeben.

Ferner kann die Messeinrichtung zur Identifizierung von Objekten eingesetzt werden, wenn diese über eine markante Oberflächenstruktur verfügen. Diesbezügliche Anwendungen gibt es z.B. zum Erkennen von Bremsscheiben für verschiedene Fahrzeuge, aber mit im Wesentlichen identischen Geometrien. Unterscheiden sich die Bremsscheiben bspw. durch eine Nut bzw. Rille, ist eine Identifikation und damit eine Sortierung mit der erfindungsgemäßen Messeinrichtung möglich. Der Vorteil begründet sich darin, dass ein analoges Messen möglich ist, da über einen bestimmten Abstandsbereich ein 4-20 mA-Messsignal abgreifbar ist.

Nachfolgend wird die Erfindung im Zusammenhang mit Figuren anhand von

Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine erfindungsgemäße Anordnung einer pneumatischen

Auflagenkontrollvorrichtung,

Figur 2 ein Durchflussmessgerät einer pneumatischen

Auflagenkontrollvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform,

Figur 3 ein Durchflussmessgerät einer pneumatischen

Auflagenkontrollvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform und

Figur 4 ein Anwendungsbeispiel in Form einer Anwesenheitskontrolle für ein

Werkstück.

In den nachfolgenden Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.

Vorab sei darauf hingewiesen, dass die nachfolgend in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele zwar lediglich pneumatische Auflagekontrollvorrichtungen mittels eines thermischen Massedurchflussmessers beschreiben, sämtliche

Ausführungsformen aber analog auch auf andere, eingangs erwähnte

Durchflussmessgeräte übertragbar sind und dabei sowohl pneumatisch, d.h. mittels Druckluft, als auch mittels einer Flüssigkeit, insbesondere mit Kühl- /Schmierflüssigkeit betriebenen Auflagekontrollvorrichtungen umfassen. Der grundsätzliche Aufbau ist in jedem Fall der gleiche, so dass die Erfindung nicht auf die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist.

In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Auflagenkontrollvorrichtung 1 abgebildet. Das zentrale Bauteil hierbei ist das Durchflussmessgerät 20 mit dem thermischen

Massedurchflusssensor 21 , dem integrierten Drucksensor 30 und dem sich in Längsrichtung erstreckenden Versorgungskanalabschnitt 10a als Teil des

Versorgungskanals 10. Eine Druckversorgungseinheit 4 erzeugt einen Luftstrom mit einem Druck p, der über den Versorgungskanal 10 durch das Durchflussmessgerät 20 zu wenigstens einer Düse 2 geleitet wird. Die in Figur 1 dargestellten zwei Düsen 2 sind nur beispielhaft; die Erfindung ist nicht auf diese Anzahl beschränkt. Es sind sowohl nur eine Düse 2 als auch mehrere parallel geschaltete Düsen 2 denkbar. Oberhalb der beiden Düsen 2 ist ein Werkstück oder ein Werkstückträger 3 angeordnet, dessen Abstand zu den Düsen 2 - der sogenannte Spaltabstand - ermittelt werden soll.

Der Druck p des durch die Druckversorgungseinheit 4 erzeugten Luftstroms kann stark variieren. Derartige Druckschwankungen sind unausweichlich, denn häufig ist der einzelne Versorgungskanal 10 ein Teil eines komplexen, verzweigten

Rohrsystems. Wenn an anderer Stelle des Rohrsystems ein Verbraucher zu- oder abgeschaltet wird, hat das unmittelbaren Einfluss auf den Speisedruck in den anderen Zweigen des Systems. Der Druck innerhalb des

Versorgungskanalabschnitts 10a wird durch den Drucksensor 30 gemessen. In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist der Drucksensor 30 als Sensorplatine ausgeführt. Derartige Sensorplatinen weisen eine Durchgangsöffnung auf, mit einer darin angeordneten Siliziumscheibe, die beidseitig mit Druck beaufschlagt werden kann. Das Durchflussmessgerät 20 weist hierfür eine schlitzförmige Ausnehmung auf, in die die Sensorplatine eingeschoben werden kann.

Die Druckzuführung zur Sensorplatine erfolgt über kleine Druckkanäle, die so angeordnet sind, dass sie bevorzugt senkrecht auf die eingeschobene Sensorplatine stoßen, und zwar so, dass vorteilhafterweise wenigstens ein Druckkanal die

Messzelle von der ersten Seite und ein zweiter Druckkanal die Messzelle von der gegenüberliegenden zweiten Seite beaufschlagen kann. So kann bei Anliegen eines Druckes im ersten Druckkanal und im zweiten Druckkanal durch Messen der

Auslenkung der Siliziumscheibe auf die Differenz zwischen den Drücken

geschlossen werden. In Figur 1 wird der Drucksensor als Relativdruckmessgerät eingesetzt, da ein Druckkanal mit dem Versorgungskanalabschnitt 10a verbunden ist und der andere Druckkanal 31 mit der Umgebung und damit mit dem

Umgebungsluftdruck. Dadurch kann die Differenz des Systemdrucks in Relation zum Atmosphärendruck gemessen werden. Die Siliziumscheibe erfährt nun von zwei Seiten einen Druckaufschlag und lenkt sich entsprechend der Differenz der beiden Drücke unterschiedlich stark in eine Richtung aus. Diese Auslenkung kann

elektronisch erfasst und in ein von dieser Druckdifferenz abhängiges Signal umgewandelt werden. Dieses Signal und das vom thermischen

Massedurchflusssensor 21 erzeugte, strömungsabhängige Signal werden der Auswerteeinheit 5 zugeführt. In dieser Auswerteeinheit 5 wird aus diesen beiden Signalen eine Messung des Spaltabstands möglich, die unabhängig von den genannten Druckschwankungen ist, wie nachfolgend erläutert:

Zunächst wird bspw. mit Hilfe einer Lehre ein vorgegebener Abstand eingestellt bzw. geteacht, und die sich dabei ergebenden Werte von Durchfluss und Druck

festgehalten. Diese Lehre kann eine Bügelmessschraube mit einer in den Amboss integrierten Düse sein, mit der ein definierter Abstand in 1 /100-Millimeter-Schritten einstellbar ist. Auch gibt es Bleche mit einer Dicke in 1 /100-Millimeter-Bereich, in die eine Aussparung vorgesehen werden kann und die zwischen Messdüse und Objekt gelegt wird. Auch so ließe sich ein definierter Abstand einstellen. Dieser

vorgegebene Abstand wird betragsmäßig als A _Ref in der Auswerteeinheit

eingetragen. Gleiches gilt für die dabei gemessenen Werte des Massedurchflusses Q _Ref und des innerhalb des Versorgungskanals bzw. Versorgungskanalabschnitts herrschenden Druckes pRef. Sind diese drei Werte in der Auswerteeinheit hinterlegt, kann mit den eigentlichen Messungen begonnen werden. Durch empirische

Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass, nachdem die Werte für Q _Ref und p _Ref bei einem vorgegebenen Abstand A _Ref bekannt sind, sich der Spaltabstand nach folgender Formel berechnen lässt: wobei der Exponent x im Bereich 0,5 bis 0,9 liegt, bevorzugt 0,7 beträgt, besonders bevorzugt 0,72 beträgt. Mit Hilfe dieser Formel lassen sich nun Druckschwankungen im Versorgungsdruck kompensieren, weil sich bei einer Druckänderung die

Änderung des Massedurchflusses anders verhält als bei einer Änderung des

Spaltabstands A. Auf diese Weise lassen sich nunmehr unabhängig von

Schwankungen im Versorgungsdruck Absolutwerte des Spaltabstands berechnen.

Eine Alternative zur Vorgabe eines absoluten Abstandswertes A _Ref ist, eine

Relativmessung erfolgt, indem A _Ref = 1 gesetzt wird. Der Teach-Vorgang erfolgt dann durch Vorgabe eines SOLL-Zustands. Dafür wird ein Objekt mit einem als zulässig definierten Spaltabstand auf die Messdüsen gelegt. Dabei ist es unerheblich, wie groß der Betrag des Abstands tatsächlich ist. Die gemessenen Werte für Q _Ref und p _Ref werden wie oben ausgeführt in der Auswerteeinheit 5 abgelegt. Nach dem Teachen werden die gemessenen Werte für Q und p in die obige Formel eingesetzt und da unabhängig von dem tatsächlichen Referenzabstandswert A _Ref = 1 ist, kann ein Abstandswert A berechnet werden, wobei A dann nur ein Relativwert ist, der nichts mit dem tatsächlichem Abstand zu tun hat.

Wird statt Luft eine Flüssigkeit, bspw. KühlVSchmierflüssigkeit verwendet, ist zur Berechnung des Abstands folgende Formel zu verwenden, die sich ebenfall empirisch ermitteln ließ, wobei sie im Wesentlichen - unter geringfügiger Anpassung der Konstanten - auch bei der Verwendung mit Druckluft eingesetzt werden kann:

Dabei ist a ein Skalierungsfaktor mit einem Betrag von bevorzugt 1 ,1 , b ein

Offsetbetrag von bevorzugt 0,04, Q der ermittelte Durchfluss, D der

Düsendurchmesser und p der ermittelte Druck. Die Durchfluss-, Durchmesser- und Druckreferenzwerte haben den Betrag 1 , um einen dimensionslosen Quotienten zu erhalten. Der Exponent d liegt im Bereich 1 ,2 bis 1 ,6, beträgt bevorzugt 1 ,45, und der Exponent c im Bereich 1 ,3 bis 1 ,7, beträgt bevorzugt 1 ,5.

Wenn der Düsendurchmesser D bekannt und konstant ist, lässt sich die diese Formel vereinfachen zu:

Dabei gilt für den Exponent x, dass er wie in der Formel für die Verwendung von Druckluft, dass er im Bereich 0,5 bis 0,9 liegt, bevorzugt 0,7 beträgt. Der Exponent c liegt nach wie vor im Bereich 1 ,3 bis 1 ,7 und bevorzugt bei 1 ,5.

Figur 2 zeigt ein Durchflussmessgerät 20 einer aus Figur 1 bekannten

pneumatischen Auflagekontrollvorrichtung 1 in einer zweiten Ausführungsform. Der Unterschied hierbei besteht darin, dass der Versorgungskanalabschnitt 10a im

Bereich der Durchflussmessvorrichtung 21 , vorliegend des thermischen

Massedurchflusssensors, eine Erhebung aufweist. Das Charakteristische hierbei ist, dass sich durch diese Erhebung 1 1 der Querschnitt des

Luftversorgungskanalabschnitts 10a nicht verändert. Durch die Erhebung 1 1 wird die Bildung von Pfützen aus Kondensat und/oder Öl vermieden, denn durch derartige Pfützen kann das Strömungsmesssignal des Durchflusssensors 21 zum Teil erheblich beeinträchtigt bzw. verfälscht werden. Wichtig ist in jedem Fall, dass sich der Querschnitt des Luftversorgungskanals 10 bzw. -abschnitt 10a dadurch nicht verändert, um den Grundgedanken der Erfindung, die Ermöglichung einer

widerstandsfreien Spülung, auch in dieser Ausführungsform zu realisieren.

In Figur 2 ist die Druckmesseinheit, bestehend aus dem Drucksensor 30 und dem Druckkanal 31 in einer anderen Weise dargestellt. Die Funktionalität ist aber in beiden Fällen die Selbe. Es handelt sich in beiden Abbildungen ohnehin nur um eine schematische Darstellung.

In Figur 3 ist eine dritte Ausführungsform des Durchflussmessgeräts 20 aus Figur 1 dargestellt. Der Unterschied hierbei ist, dass dem Versorgungskanalabschnitt 10a in einem Teilbereich ein Parallelpfad 12 zugeordnet ist. Über eine Auswahlvorrichtung 14 kann eingestellt werden, ob die Luftzufuhr aus der hier nicht dargestellten

Luftversorgungseinheit 4 über den Versorgungskanalabschnitt 10a oder über den Parallelpfad 12 erfolgen soll. Der Unterschied dieser beiden Wege ist, dass der Parallelpfad 12 über eine Blendeneinrichtung 13 verfügt. Im Wesentlichen gibt es zwei Arten von Spülvorgängen: zum einen die Methode, bei der Luft mit hohem Druck durch den Versorgungskanal 10 gespült wird, um Ablagerungen und

Verunreinigungen, bspw. Reste von KühlVSchmiermitteln, zu entfernen, und zum anderen zur Verhinderung des Eindringens von Substanzen, wie bspw. Kühl- /Schmiermittel, wenn sich - was relativ häufig auftritt - kein Objekt auf den

Messdüsen 2 befindet. Somit muss während des Betriebs der Anlage immer ein gewisser Luftstrom durch den Versorgungskanal 10 gespült werden. Wenn sich nun kein Objekt auf den in Figur 3 nicht gezeigten Düsen 2 befindet, ist es daher vorteilhaft die Luftzufuhr über den Parallelpfand 12 erfolgen zu lassen, um eine Verschwendung von Druckluft zu vermeiden. Durch die Blendeneinrichtung 13 verfügt der Parallelpfad 12 über eine Luftmengenbegrenzung, wodurch sichergestellt werden kann, dass nur Luft mit einem bestimmten Druck zu den Düsen 2 gelangt. Dieser Druck ist vorzugsweise genau so groß, dass der Eintritt von Kühl- /Kühlschmiermitteln in die Düsen 2 vermieden wird. Während des Messvorgangs oder während Spülvorgängen, die Ablagerungen innerhalb der Düse 2 beseitigen sollen, wird der Versorgungskanal 10a wieder zugeschaltet, der über keine

Verengung verfügt und damit einen maximalen Versorgungsdruck gewährleistet.

In Figur 4 ist beispielhaft ein Anwendungsbeispiel gezeigt, wie das

erfindungsgemäße Messsystem neben einer Auflagenkontrolle 1 gemäß Figur 1 auch als Anwesenheits- bzw. Näherungsschalter eingesetzt werden kann.

Schematisch dargestellt ist der Durchflusssensor 20, der drei Düsen 2 über den Versorgungskanal 10 mit Druckluft versorgt. Der schraffierte Teil soll dabei einen Werkstückträger darstellen, auf dem ein Werkstück 3 angeordnet ist. Das Pfeilkreuz in der Mitte soll verdeutlichen, dass das Werkstück 3 in verschiedene Richtungen beweglich ist. Mit Hilfe der Düsen 2 ist eine Vorrichtung gegeben, mit der die exakte Positionierung bzw. Ausrichtung des Werkstücks 3 in hundertstel Millimeter-Bereich festgestellt werden kann. Der Abstand kann als analoger Wert gemessen werden, da über einen bestimmten Abstandsbereich ein 4-20 mA-Messsignal abgreifbar ist. Somit ergibt sich eine Alternative zu bekannten Näherungsschaltern, die auf induktive, kapazitive oder optische Weise arbeiten.