DE10021491A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln des Schwerpunktes eines anbaubaren Werkstücks, insbesondere einer Kolbenmaschine - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln des Schwerpunktes eines anbaubaren Werkstücks, insbesondere einer KolbenmaschineInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Schwerpunktes (Sw) eines anbaubaren Werkstücks (W), das eine vertikale Anbaufläche (Wa) aufweist, auf einer Meßplatte (3), die an zumindest drei Stützpunkten (5a, 5b, 5c) abgestützt ist, die um den Schwerpunkt (Sm) der Meßplatte (3) verteilt angeordnet sind, und an denen jeweils ein Gewichtskraftsensor (4a, 4b, 4c) zum Ermitteln der an den Stützpunkten (5a, 5b, 5c) wirksamen Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) angeordnet ist, wobei die Stützpunkte (5a, 5b, 5c) einem horizontalen Koordinatensystem mit einer X-Achse und einer Y-Achse zugeordnet sind. Folgende Verfahrensschritte werden durchgeführt: DOLLAR A a) Ermitteln des Gewichtskraftverhältnisses der Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) der nur von der Meßplatte (3) beaufschlagten Gewichtskraftsensoren (4a, 4b, 4c), DOLLAR A b) Auflegen des Werkstücks (W) auf die Meßplatte (3) in einer Orientierung, in der die Anbaufläche (Wa) sich parallel zur X-Achse oder zur Y-Achse erstreckt, DOLLAR A c) Verschieben des Werkstücks (W) in einer bestimmten Orientierung in eine Position, in der das Verhältnis der Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) der Gewichtskraftsensoren (4a, 4b, 4c) dem Gewichtskraftverhältnis vor dem Auflegen des Werkstücks (W) entspricht und DOLLAR A d) Ermitteln des Abstands (a) der Anbaufläche (Wa) von der sich parallel zur ihr erstreckenden X-Achse bzw. Y-Achse.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Ermitteln des Schwerpunktes eines anbaubaren Werkstücks,
insbesondere einer Kolbenmaschine.
Bei solchen anbaubaren Werkstücken übt das Werkstück dann
ein Drehmoment auf seinen Träger aus, wenn es in einer
aufrechten Position seiner Anbaufläche an den Träger
angebaut wird. Ein solches Drehmoment kann beträchtlich groß
sein und den Träger wesentlich belasten. Deshalb ist es
üblich, bei der Datenbestimmung von anbaubaren Werkstücken
auch den Abstand des Schwerpunkts von der Anbaufläche und
das Gewicht des Werkstücks anzugeben. Diese Merkmale
bestimmen im Montagezustand des anbaubaren Werkstücks dessen
Drehmoment, mit dem es einen Träger durch sein Gewicht
belastet.
Im Rahmen der Erfindung geeignete Gewichtskraftsensoren sind
z. B. aus der EP 0 164 862 A2 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung anzugeben, die eine Ermittlung des
Schwerpunktes eines anbaubaren Werkstücks in einfacher Weise
ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 8
oder 4 bzw. 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Gewicht
des Werkstücks und der Meßplatte sich immer in einem durch
die Positionen der Stützpunkte vorgegebenen Verhältnis auf
die an den Stützpunkten wirksamen Gewichtsteilfkräfte
aufteilt. Der Erfindung liegt des weiteren die Erkenntnis
zugrunde, daß dann, wenn das Stützkraftverhältnis oder das
Verhältnis der Gewichtsteilkräfte vor und nach dem Auflegen
des Werkstücks auf die Meßplatte gleich ist, der Schwerpunkt
des Werkstücks mit dem Schwerpunkt der Meßplatte in der
Vertikalen zusammenfällt. Wenn sich dabei das Werkstück
bezüglich seiner Anbaufläche in einer Orientierung befindet,
bei der die Anbaufläche des Werkstücks sich parallel zur
Abszisse bzw. Ordinate eines den Stützpunkten zugeordneten
Koordinatensystems und außerdem vertikal erstreckt, ist
lediglich der Abstand der Anbaufläche von der sich parallel
dazu erstreckenden Hauptachse des Koordinatensystems zu
ermitteln, um den Abstand des Schwerpunktes von der
Anbaufläche zu erhalten. Diese Erkenntnisse macht sich die
Erfindung bezüglich des Verfahrens nach Anspruch 1 und der
Vorrichtung nach Anspruch 8 zu Nutze. Beim erfindungsgemäßen
Verfahren nach Anspruch 1 wird das Werkstück in seiner
Orientierung so weit auf der Meßplatte verschoben, bis das
Verhältnis der Gewichtsteilkräfte in den Stützpunkten nach
dem Auflegen des Werkstücks auf die Meßplatte gleich dem
Verhältnis vor dem Auflegen ist. Dann Bedarf es nur noch der
Ermittlung des Abstands der Anbaufläche von der sich dazu
parallel erstreckenden Hauptachse, um den Schwerpunkt zu
bestimmen. Das Gewicht des Werkstücks läßt sich durch eine
Addition der Stützkräfte in allen Stützpunkten ermitteln.
Der Erfindung liegt bezüglich des Verfahrens nach Anspruch 4
und der Vorrichtung nach Anspruch 10 die Erkenntnis
zugrunde, daß sich der Abstand der Anbaufläche vom
Schwerpunkt berechnen läßt und zwar aus den
unterschiedlichen Verhältnissen der Gewichtsteilfkräfte an
den Stützpunkten vor und nach dem Auflegen des Werkstücks in
einer bestimmten Position bezüglich den Hauptachsen des
Koordinatensystems. Diese Berechnung wird dann durchgeführt
und kann mittels eines Rechners automatisch erfolgen. Das
Ergebnis der Berechnung kann abgerufen oder z. B. angezeigt
werden. Für die Bedienungsperson bedarf es somit lediglich
des Auflegens des Werkstücks in der bestimmten Position auf
die Meßplatte, wonach nach manueller Einschaltung des
Verfahrensschrittes oder automatisch der Abstand der
Anbaufläche berechnet wird und vorzugsweise angezeigt wird.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen nach den Ansprüchen 8
und 10 ermöglichen die Durchführung der zugehörigen
erfindungsgemäßen Verfahren, wobei sie sich durch einfache,
handhabungsfreundliche und kostengünstige Bauweisen und mit
einer Meßplatte gut kombinierbare Merkmale auszeichnen und
dabei eine lange Lebensdauer und sichere Funktion
gewährleisten.
Im Rahmen der Erfindung können zur Ermittlung des
Schwerpunktes des Werkstücks anstelle der Gewichtsteilkräfte
analoge Größen dienen, z. B. den Gewichtsteilkräften
entgegengesetzt wirksame Stützkräfte, deren Größen den
Größen der Gewichtsteilkräfte im wesentlichen entsprechen.
Als analoge Größen können auch z. B. Druckgrößen von die
Meßplatte samt Werkstück tragenden Tragelementen dienen, bei
denen es sich z. B. um Fluid- oder Hydraulikzylinder handeln
kann.
Die Erfindung eignet sich zur Ermittlung des Schwerpunktes
von Werkstücken, die bezüglich einer sich rechtwinklig und
vorzugsweise symmetrisch zur Anbaufläche erstreckenden Achse
und bezüglich einer diese Achse enthaltenden Horizontalebene
symmetrisch oder unsymmetrisch sind. Des weiteren ermöglicht
die Erfindung auch die Ermittlung des räumlichen
Schwerpunktes von vorgenannten Werkstücken, die in ihrer der
Achse enthaltenden Vertikalebene unsymmetrisch sind. Der
räumliche Schwerpunkt läßt sich dadurch ermitteln, daß die
erfindungsgemäßen Verfahren jeweils in einer um die Achse um
90° gedrehten Position des Werkstücks nochmals durchgeführt
werden.
Dabei ist es im Rahmen der Erfindung vorteilhaft, das
Gewicht des Werkstücks und/oder den Abstand seiner
Anbaufläche vom Schwerpunkt visuell anzuzeigen, z. B. durch
Anzeige an einem Display oder durch Ausdruck, so daß diese
Daten lediglich abgelesen zu werden brauchen, z. B. an einer
Digitalanzeige.
Es ist außerdem vorteilhaft, den Schwerpunkt am auf die
Meßplatte gelegten Werkstück anzuzeigen, vorzugsweise
mittels eines Lichtstrahles. Hierdurch wird die Ermittlung
des Abstands des Schwerpunkts von der Anbaufläche
erleichtert.
Weitere Weiterbildungsmerkmale der Erfindung führen zu einer
einfachen, stabilen, funktionssicheren und kostengünstig
herstellbaren Bauweise für eine erfindungsgemäße
Vorrichtung.
Nachfolgend werden die Erfindung und weitere durch sie
erzielbare Vorteile anhand von vorteilhaften
Ausgestaltungsmerkmalen eines Ausführungsbeispiels näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln
des Schwerpunktes eines anbaubaren Werkstücks in
perspektivischer Draufsicht, wobei die Vorrichtung
ohne Werkstück dargestellt ist;
Fig. 2 die Vorrichtung in der Draufsicht mit einem
Werkstück;
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in
perspektivischer Draufsicht ohne Werkstück in
abgewandelter Ausgestaltung;
Fig. 4 die Vorrichtung in schematischer Draufsicht mit
einem Werkstück in abgewandelter Ausgestaltung;
Fig. 5 die Vorrichtung nach Fig. 4 in schematischer
Draufsicht bei Ausführung eines abgewandelten
Verfahrensschrittes; und
Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der
Berechnung des Schwerpunkts des Werkstücks.
Die in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnete Vorrichtung weist
ein z. B. rahmenförmiges, insbesondere längliches Basisteil
2 auf, auf dem eine Meßplatte 3 mit Hilfe von mehreren
dazwischen angeordneten Gewichtskraftsensoren 4a, 4b, 4c
gelagert ist. Das Basisteil 2 und die Meßplatte 3 weisen z. B.
eine längliche rechteckige Form auf. Beim vorliegenden
Ausführungsbeispiel sind drei Gewichtskraftsensoren 4a, 4b,
4c vorgesehen, die sich an einander gegenüberliegender Enden
der Meßplatte 3 befinden, wobei an einem Ende zwei
Gewichtskraftsensoren 4a, 4b in den Eckenbereichen
angeordnet sind und an dem gegenüberliegenden Ende ein
Gewichtskraftsensor 4c mittig angeordnet ist. Die durch die
Position der Gewichtskraftsensoren 4a, 4b, 4c bestimmten
Stützpunkte sind mit 5a, 5b, 5c bezeichnet. Die
Gewichtskraftsensoren 4a, 4b, 4c bzw. Stützpunkte 5a, 5b, 5c
sind bezüglich des Nullpunktes eines Koordinatensystems mit
an der oberen Tragfläche 3a verlaufenden Hauptachsen
systemorientiert angeordnet, d. h., die Stützpunkte 5a, 5b
weisen gleiche Abstände y' von der z. B. längsverlaufenden
X-Achse auf, wobei der Stützpunkt 5c sich auf der X-Achse
befindet, und alle drei Stützpunkte 5a, 5b, 5c weisen
gleiche Abstände x' von der Y-Achse auf. Außerdem ist der
Nullpunkt des Koordinatensystems zugleich Schwerpunkt Sm der
Meßplatte 3, die bezüglich des Koordinatentsystems
symmetrisch angeordnet ist.
Die Gewichtskraftsensoren 4a, 4b, 4c sind so ausgebildet,
daß die im Schwerpunkt Sm wirksame Gewichtskraft Gm der
Meßplatte 3 sich gleichmäßig auf die Gewichtskraftsensoren
4a, 4b, 4c verteilt. Es kann sich bei den
Gewichtskraftsensoren um Fluidzylinder, z. B.
Hydraulikzylinder handeln, deren z. B. nach oben ragende
Kolbenstangen die Meßplatte 3 abstützen, wobei deren
Signale, hier Drucksignale, jeweils mittels einer
Signalleitung SLa, SLb, SLc einer zugehörigen
Auswerteeinrichtung 6a, 6b, 6c einer elektronischen
Auswerteschaltung zugeführt werden, die aus dem zugehörigen
Signal die jeweilige Stützkraft 7a, 7b, 7c des Stützpunktes
5a, 5b, 5c ermittelt und speichert und/oder anzeigt, z. B.
an einem Display Da, Db, Dc.
Die Meßplatte 3 kann zur Vermeidung einer seitlichen
Verschiebung auf den Gewichtskraftsensoren 4a, 4b, 4c bzw.
diese bildenden Trägern, z. B. Fluidzylinder, formschlüssig
gesichert sein. Hierzu können z. B. an der Unterseite der
Meßplatte 3 befestigte oder gehaltene Zentrierelemente 3b,
z. B. Zentrierscheiben, dienen, in deren Ausnehmungen die
Gewichtskraftsensoren 4a, 4b, 4c bzw. Teile davon,
formschlüssig einfassen.
Die an den Stützpunkten 5a, 5b, 5c wirksamen
Gewichtsteilkräfte Ga, Gb, Gc oder Stützkräfte 7a, 7b, 7c
stehen in einem Größenverhältnis zueinander, das durch die
Positionenen der Stützpunkte 5a, 5b, 5c im Koordinatensystem
bestimmt ist. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die
Gewichtsteilkraft Gc oder die Stützkraft 7c doppelt so groß
wie die Gewichtsteilkräfte Ga, Gb oder die Stützkräfte 7a
und 7b, die gleich groß sind. Wenn z. H. die Gewichtskraft
Gm der Meßplatte 3 100 N beträgt, betragen die
Gewichtsteilkräfte Ga, Gb jeweils 25 N und die
Gewichtsteilkraft Gc 50 N. Beim vorliegenden
Ausführungsbeispiel läßt sich das Gewicht oder das
Verhältnis an den Displays Da, Db, Dc ablesen.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Ermitteln des
Schwerpunktes Sw eines anbaubaren Werkstücks W anhand Fig. 2
beschrieben, das eine Anbaufläche Wa zum Anbau an einem
Träger aufweist. Bei dem Werkstück W kann es sich z. B. um
eine hydraulische Maschine, insbesondere eine
Kolbenmaschine, handeln mit einer Triebwelle Wb, die sich
rechtwinklig zur Anbaufläche Wa erstreckt. Zur
Schwerpunktbestimmung wird das Werkstück W in seiner
Einbauposition auf die Meßplatte 3 gestellt und zwar in
einer solchen Orientierung, daß die Anbaufläche Wa sich
parallel zur X- oder Y-Achse und parallel zur vertikalen Z-
Achse erstreckt. In dieser Orientierung wird das Werkstück W
soweit auf der Meßplatte 3 verschoben, bis die
Gewichtsteilkräfte Ga, Gb, Gc im gleichen Verhältnis stehen
wie vor dem Auflegen des Werkstücks W. Dies kann durch eine
visuelle Beobachtung der Gewichtsteilkraftwerte geschehen.
Wenn das Gewichtsteilkraftverhältnis gleich dem vorherigen
Gewichtsteilkraftverhältnis ist, befinden sich der
Schwerpunkt Sm der Meßplatte 3 und der Schwerpunkt Sw des
Werkstücks W übereinander bzw. in der vertikalen Z-Achse.
Durch Abmessen des Abstandes a der Anbaufläche Wa von der
sich dazu parallel erstreckenden Y-Achse und des Abstands b
zwischen der Triebwellenachse Wc und der Y-Achse läßt sich
der Schwerpunkt Sw des Werkstücks W bezüglich seinen
Abstände a und b ermitteln.
Das Gewicht des Werkstücks W läßt sich durch eine Addition
der Gewichtsteilkraftwerte nach dem Auflegen des Werkstücks
W abzüglich der Summe Gewichtsteilkraftwerte vor dem
Auflegen des Werkstücks W ermitteln und durch die
Bedienungsperson anzeigen oder abrufen, z. B. anzeigen an
einem Display oder abrufen durch Ausdrucken.
Der Schwerpunkt Sw eines Werkstücks W, das bezüglich einer
der Triebwellenachse Wc entsprechenden Mittelachse
symmetrisch ist, befindet sich auf der Mittelachse. Deshalb
ist bei einem solchen Werkstück (nicht dargestellt) der
Abstand b gleich Null und braucht nicht ermittelt bzw.
gemessen zu werden.
Es ist vorteilhaft, die X- und Y-Achse oder nur den
Schwerpunkt Sm auf der ebenen Tragfläche 3a der Meßplatte 3
sichtbar anzuzeigen, z. B. mittels Rillen bzw. einer
Vertiefung oder durch gefärbte Linien bzw. einem kleinen
Farbklecks. Da der Schwerpunkt SM auf der Tragfläche 3a bei
einem aufgesetzten Werkstück durch dieses verdeckt ist, ist
es vorteilhaft, der Vorrichtung 1 oberhalb der Meßplatte 3
eine Anzeigevorrichtung 11 zuzuordnen, die den Schwerpunkt
Sm bzw. Sw durch einen vertikalen Lichtstrahl 12 z. B. als
Fadenkreuz oder Lichtpunkt auf der Meßplatte 3 abbildet oder
auf dem ausgesetzten Werkstück W abbildet. Hierbei handelt
es sich um eine gemeinsame Anzeige für den Schwerpunkt Sm
der Meßplatte 3 und den Schwerpunkt Sw der Werkstücks W.
Hierdurch wird das Ermitteln des Abstands des Schwerpunkts
Sw von der Anbaufläche Wa wesentlich erleichtert, weil die
Messung an der Oberseite des Werkstücks W erfolgen kann. In
Fig. 1 ist eine solche Anzeigevorrichtung 11 andeutungsweise
dargestellt. Sie kann durch einen Lichtstrahlerzeuger 13
gebildet sein, der an einem die Vorrichtung 1 übergreifenden
Traggestell oder an der Decke des die Vorrichtung 1
aufnehmenden Raumes befestigt sein kann und zu seiner
Energieversorgung mit einem elektrischen Versorgungsteil der
Vorrichtung 1 oder mit einem im Raum vorhandenen
elektrischen Stromnetz verbunden sein kann.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, bei dem gleiche oder
vergleichbare Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen
sind, unterscheidet sich vom vorbeschriebenen
Ausführungsbeispiel dadurch, daß eine für die Signale der
Gewichtskraftsensoren 4a, 4b, 4c gemeinsame
Auswerteeinrichtung 6 vorgesehen ist, die einen Rechner
aufweist, der unter Berücksichtigung des
Verhältnisunterschiedes der Gewichtsteilkräfte Ga, Gb, Gc
vor und nach dem Aufsetzen des Werkstücks W und unter
Berücksichtigung einer bestimmten Position, mit der das
Werkstück W auf die Meßplatte 3 aufgesetzt wird, die
Abstände des Schwerpunkts Sw des Werkstücks W von der
Anbaufläche Wa und von der Drehachse Wc der Triebwelle Wb
des Werkstücks W oder einer entsprechenden Werkzeug-Achse
berechnet. Diese Abstände lassen sich z. B. abrufen oder
anzeigen, z. B. durch Ausdruck oder an einem Display Da, Db.
In Fig. 3 ist die gemeinsame Auswerteeinrichtung dargestellt
und mit 6 bezeichnet. Der Rechner ist in die
Auswerteeinrichtung 6 integriert.
Zur Ermittlung des Schwerpunktes Sw wird das Werkstück W so
auf die Meßplatte 3 aufgesetzt, daß die Anbaufläche Wa und
die Achse Wc sich in Vertikalebenen befinden, die die X-
Achse und die Y-Achse enthalten. Hierbei kann die
Mittelachse Wc sich über der Y-Achse oder über der X-Achse
befinden, wie es Fig. 4 zeigt. In der aufgesetzten Stellung
der Werkzeugs W weist dessen Schwerpunkt Sw die Abstände c,
d, von der Y- bzw. X-Achse auf. Die Auswerteeinrichtung 6
berechnet diese Abstände c, d automatisch, wobei diese durch
die Bedienungsperson abgerufen werden können oder
ausgedruckt werden können oder an den Displays Da, Db
angezeigt werden können.
Mit den erfindunsgemäßen Verfahren läßt sich der Schwerpunkt
Sw des Werkstücks W ermitteln, der in der Einbauposition des
Werkstücks W bzw. in der rechtwinklig zur die X-Achse und
die Y-Achse enthaltenden Horizontalebene wirksam ist.
Hierbei kann es sich um ein Werkstück handeln,
- - das bezüglich der Triebwellenachse Wc bzw. einer entsprechenden Mittelachse symmetrisch ist
- - oder das bezüglich der Triebwellenachse Wc oder einer entsprechenden Mittelachse in der die X-Achse und die Y- Achse enthaltenden Horizontalebene symmetrisch oder unsymmetrisch ist
- - oder das bezüglich der Triebwellenachse Wc bzw. einer entsprechenden Mittelachse in der die X-Achse und die Z- Achse enthaltenden Vertikalebene symmetrisch oder unsymmetrisch ist.
Der räumliche Schwerpunkt (nicht dargestellt) eines
Werkstücks, das bezüglich der Triebwellenachse Wc bzw. einer
entsprechenden Mittelachse in der die X-Achse und die Y-
Achse enthaltenden Vertikalebene unsymmetrisch ist, läßt
sich durch den erfindungsgemäßen Verfahren entsprechende
Verfahrensschritte nach einer um 90° um die Triebwellenachse
Wc bzw. die Mittelachse verdrehten Anordnung des Werkstücks
W auf der Meßplatte 3 ermitteln. Der räumliche Schwerpunkt
unterscheidet sich bezüglich des Schwerpunktes Sw nur
hinsichtlich des sich quer zur Triebwellenachse Wc bzw.
Mittelachse erstreckenden Abstands b bzw. d, da der sich
parallel zur Triebwellenachse Wc bzw. Mittelachse
erstreckende Abstand a bzw. c bei der Drehung um 90° keine
Veränderung erfährt.
Das Gewicht des Werkstücks W läßt sich auch bei diesem
Ausführungsbeispiel durch eine Addition der
Gewichtsteilkraftwerte nach dem Auflegen des Werkstücks W
abzüglich der Summe der Gewichtsteilkraftwerte vor dem
Auflegen des Werkstücks W ermitteln und durch die
Bedienungsperson anzeigen oder abrufen, z. B. anzeigen an
einem Display Dc oder abrufen durch Ausdruck.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit vier Stützpunkten
5a, 5b, 5c, 5d, an welchen jeweils ein Gewichtskraftsensor
4a, 4b, 4c, 4d angeordnet ist. Die Meßplatte 3 ist bei
diesem Ausführungsbeispiel also nicht an drei Stützpunkten
sondern an vier Stützpunkten gelagert. Bei diesem
Ausführungsbeispiel ist die Berechnung der x-Koordinate c
des Schwerpunkts Sw des Werkstücks W und der y-Koordinate d
des Schwerpunkts Sw des Werkstücks W deshalb besonders
einfach, weil sich der Stützpunkt 5b im Koordinaten-
Nullpunkt, der Stützpunkt 5a auf der y-Achse und der
Stützpunkt 5d auf der x-Achse befindet und der vierte
Stützpunkt 5c die drei Stützpunkte 5a, 5b, und 5d zu einem
rechtwinkligen Viereck ergänzt. Dabei befinden sich die
Stützpunkte 5c und 5d in einem Abstand C von der y-Achse und
die Stützpunkte 5a und 5c in einem Abstand D von der x-
Achse.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird wie folgt
vorgegangen:
Zunächst wird ohne Auflegen des Werkstücks W die
Gewichtskraft Gm der Meßplatte 3 vermessen. Die Summe der
von den vier Gewichtskraftsensoren 4a, 4b, 4c, 4d gemessenen
Kräfte Ga', Gb', Gc', Gd' entspricht der Gewichtskraft Gm
der Meßplatte 3, so daß gilt:
Ga' + Gb' + Gc' + Gd' = Gm (1)
Ga' + Gb' + Gc' + Gd' = Gm (1)
an. Diese Eichmessung kann einmal vorgenommen werden und
dann in einem Speicher fest abgespeichert werden.
Anschließend wird das Werkstück W an einem beliebigen Punkt
auf die Meßplatte 3 aufgelegt. Dabei kann die Meßplatte 3
zunächst um die beiden Stützpunkte 5b und 5d entlang der x-
Achse als schwenkbar betrachtet werden und aufgrund des
Hebelgesetzes ergibt sich unter Berücksichtigung der
Gewichtskraft Gm der Meßplatte 3 und der in dem Schwerpunkt
Sw mit der gesuchten y-Koordinate d angreifenden
Gewichtskraft Gw des Werkstücks W folgende Gesetzmäßigkeit:
Ga + Gc = 1/2 . Gm + d/D . Gw (2)
Analog kann die Meßplatte 3 auch als in den Stützpunkten 5a
und 5b um die y-Achse als schwenkbar gelagert betrachtet
werden, wobei dann analog folgende Gesetzmäßigkeit gilt:
Gc + Gd = 1/2 . Gm + c/C . Gw (3).
Hierbei bedeuten c die gesuchte x-Koordinate des
Schwerpunkts Sw, die Größen Ga, Gb, Gc, Gd werden gemessen;
die Größen D und C sind bekannt. Außerdem gilt:
Ga + Gb + Gc + Gd = Gm + Gw (4)
Die Gewichtskraft Gm der Meßplatte 3 ist aus der vorstehend
beschriebenen Eichmessung ohne aufgelegtem Werkstück W aus
der Formel (1) bekannt. Für die gesuchten
Koordinatenabschnitte d und c ergibt sich somit nach
Einsetzen der Formel (4) in die Formel (2) bzw. die Formel
(3) und Auflösen nach d bzw. c:
d = D (Ga + Gc - 1/2 . Gm)/(Ga + Gb + Gc + Gd - Gm) (5)
c = C (Gc + Gd - 1/2 . Gm)/(Ga + Gb + Gc + Gd - Gm) (6)
Die so erhaltenen Koordinaten x = c und y = d des
Schwerpunkts Sw des Werkstücks W können beispielsweise
mittels eines Laserstrahls oder einer anderen Anzeige auf
das Werkstück W projeziert werden und dann entweder
automatisch oder händisch bezüglich der Anbaufläche Wa
vermessen werden. Die Lage des Werkstücks W auf der
Meßplatte 3 kann beispielsweise auch durch ein automatisches
Bilderfassungsystem erfaßt werden, so daß die Lage des
Schwerpunkts Sw auf der Meßplatte 3 in Bezug auf die durch
Bilderfassung erfaßte Lage der Anbaufläche Wa auf der
Meßplatte 3 ausgerechnet werden kann.
Die vorstehend beschriebene Messung ist auch grundsätzlich
bei den anhand der Fig. 1 bis 5 beschriebenen
Ausführungsbeispiele möglich. Die mathematische Berechnung
ist dort jedoch aufgrund der nicht rechtwinkligen Anordnung
der Gewichtskraftsensoren 4a, 4b und 4c erschwert. Die
konkrete Berechnung stellt jedoch für den Fachmann keine
Schwierigkeit dar, so daß auf die konkrete mathematische
Berechnung hier verzichtet werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten
Ausführungsbeispiele beschränkt und eignet sich
beispielsweise auch bei Vorrichtungen mit mehr als vier
Gewichtskraftsensoren, wobei aufgrund der Überbestimmung der
Koordinaten des Schwerpunkts Sw des Werkstücks W sich die
Meßgenauigkeit erhöht.
Claims (15)
1. Verfahren zum Ermitteln des Schwerpunktes (Sw) eines
anbaubaren Werkstücks (W), insbesondere einer
Kolbenmaschine, das eine vertikale Anbaufläche (Wa)
aufweist, auf einer Meßplatte (3), die an zumindest drei
Stützpunkten (5a, 5b, 5c) abgestützt ist, die um den
Schwerpunkt (Sm) der Meßplatte (3) verteilt angeordnet sind,
und an denen jeweils ein Gewichtskraftsensor (4a, 4b, 4c)
zum Ermitteln der an den Stützpunkten (5a, 5b, 5c) wirksamen
Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) angeordnet ist, wobei die
Stützpunkte (5a, 5b, 5c) einem horizontalen
Koordinatensystem mit einer X-Achse und einer Y-Achse
zugeordnet sind, mit folgenden Verfahrensschritten:
- a) Ermitteln des Gewichtskraftverhältnisses der Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) der nur von der Meßplatte (3) beaufschlagten Gewichtskraftsensoren (4a, 4b, 4c),
- b) Auflegen des Werkstücks (W) auf die Meßplatte (3) in einer Orientierung, in der die Anbaufläche (Wa) sich parallel zur X-Achse oder zur Y-Achse erstreckt,
- c) Verschieben des Werkstücks (W) in einer bestimmten Orientierung in eine Position, in der das Verhältnis der Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) der Gewichtskraftsensoren (4a, 4b, 4c) dem Gewichtskraftverhältnis vor dem Auflegen des Werkstücks (W) nach a) entspricht und
- d) Ermitteln des Abstands (a) der Anbaufläche (Wa) von der sich parallel zu ihr erstreckenden X-Achse bzw. Y-Achse.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schwerpunkt (Sw) des Werkstücks (W) bezüglich einer
sich rechtwinklig zur Anbaufläche (Wa) erstreckenden Achse
(Wc) des Werkstücks (W) horizontal versetzt ist,
daß der Abstand (b) der Achse (Wc) von der sich dazu
parallel erstreckenden X- bzw. Y-Achse ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Werkstück (W) um seine Achse (Wc) um 90° gedreht und in der Orientierung in eine Position verschoben wird, in der das Verhältnis der Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) gleich ist dem Verhältnis der Gewichtsteilkräfte vor dem Auflegen des Werkstücks (W) und
daß der Abstand (b) der Achse (Wc) von der sich dazu parallel erstreckenden X-Achse oder Y-Achse ermittelt wird.
daß das Werkstück (W) um seine Achse (Wc) um 90° gedreht und in der Orientierung in eine Position verschoben wird, in der das Verhältnis der Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) gleich ist dem Verhältnis der Gewichtsteilkräfte vor dem Auflegen des Werkstücks (W) und
daß der Abstand (b) der Achse (Wc) von der sich dazu parallel erstreckenden X-Achse oder Y-Achse ermittelt wird.
4. Verfahren zum Ermitteln des Schwerpunktes (Sw) eines
anbaubaren Werkstücks (W), insbesondere einer
Kolbenmaschine, das eine vertikale Anbaufläche (Wa)
aufweist, auf einer Meßplatte (3), die an zumindest drei
Stützpunkten (5a, 5b, 5c) abgestützt ist, die um den
Schwerpunkt (Sm) der Meßplatte (3) verteilt angeordnet sind,
und an denen jeweils ein Gewichtskraftsensor (4a, 4b, 4c)
zum Ermitteln der an den Stützpunkten (5a, 5b, 5c) wirksamen
Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) angeordnet ist, wobei die
Stützpunkte (5a, 5b, 5c)) einem horizontalen
Koordinatensystem mit einer X-Achse und einer Y-Achse
zugeordnet sind, mit folgenden Verfahrensschritten:
- a) Ermitteln des Gewichtskraftverhältnisses der Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) der nur von der Meßplatte (3) beaufschlagten Gewichtskraftsensoren (4a, 4b, 4c),
- b) Auflegen des Werkstücks (W) auf die Meßplatte (3) in einer Position, in der die Anbaufläche (Wa) und eine sich rechtwinklig zur Anbaufläche (Wa) erstreckende Achse (Wc) des Werkstücks (W) sich in Vertikalebenen erstrecken, die die X-Achse und die Y-Achse enthalten oder sich dazu parallel erstrecken,
- c) Ermitteln des Gewichtskraftverhältnisses der Gewichtsteilfkräfte (Ga, Gb, Gc) der die Meßplatte (3) und das Werkstück (W) berücksichtigenden Gewichtskraftsensoren (4a, 4b, 4c),
- d) Berechnen des Abstands (c) des Schwerpunkts (Sw) des Werkstücks (W) von dessen Anbaufläche (Wa) unter Berücksichtigung des Verhältnisunterschiedes der vor und nach dem Auflegen des Werkstücks (W) wirksamen Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) in Abhängigkeit von der Position des Werkstücks (W) auf der Meßplatte (3).
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Werkstück (W) um seine Achse (Wc) um 90° gedreht
wird und der Abstand (d) des Schwerpunkts (Sw) von der Achse
(Wc) unter Berücksichtigung des Verhältnisunterschiedes der
Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) vor und nach dem Drehen des
Werkstücks (W) berechnet wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gewicht des Werkstücks (W) durch Addition der von
den Gewichtskraftsensoren ermittelten Gewichtsteilkräfte
(Ga, Gb, Gc) ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstand der Anbaufläche (Wa) von der sich dazu
parallel erstreckenden X-Achse oder Y-Achse und/oder das
Gewicht des Werkstücks (W) gespeichert und/oder angezeigt
werden.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 3 und 6 oder 7,
mit einer Meßplatte (3), die an zumindest drei Stützpunkten
(5a, 5b, 5c) abgestützt ist, die um den Schwerpunkt (Sm) der
Meßplatte (3) verteilt angeordnet sind, und denen jeweils
ein Gewichtskraftsensor (4a, 4b, 4c) zum Ermitteln der an
den Stützpunkten (5a, 5b, 5c) wirksamen Gewichtsteilkräfte
(Ga, Gb, Gc) zugeordnet ist, wobei die Stützpunkte (5a, 5b,
5c) einem horizontalen Koordinatensystem mit einer X-Achse
und einer Y-Achse zugeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß jedem Gewichtskraftsensor (4a, 4b, 4c) eine
Anzeigevorrichtung zum Anzeigen der zugehörigen
Gewichtsteilkraft (Ga, Gb, Gc) zugeordnet ist.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 4 bis 7,
mit einer Meßplatte (3), die an zumindest drei Stützpunkten (5a, 5b, 5c) abgestützt ist, die um den Schwerpunkt (Sm) der Meßplatte (3) verteilt angeordnet sind, und denen jeweils ein Gewichtskraftsensor (4a, 4b, 4c) zum Ermitteln der an den Stützpunkten (5a, 5b, 5c) wirksamen Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) zugeordnet ist,
mit einer Auswerteeinrichtung (6), der die von den Gewichtskraftsensoren (4a, 4b, 4c) ermittelten Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) übermittelt werden und
mit einem Rechner, der unter Berücksichtigung der Gc) vor und nach dem Auflegen des Werkstücks (W) auf die Meßplatte (3) den Abstand (c) zwischen der Anbaufläche (Wa) und dem Schwerpunkt (Sw) des Werkstücks (W) berechnet.
mit einer Meßplatte (3), die an zumindest drei Stützpunkten (5a, 5b, 5c) abgestützt ist, die um den Schwerpunkt (Sm) der Meßplatte (3) verteilt angeordnet sind, und denen jeweils ein Gewichtskraftsensor (4a, 4b, 4c) zum Ermitteln der an den Stützpunkten (5a, 5b, 5c) wirksamen Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) zugeordnet ist,
mit einer Auswerteeinrichtung (6), der die von den Gewichtskraftsensoren (4a, 4b, 4c) ermittelten Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) übermittelt werden und
mit einem Rechner, der unter Berücksichtigung der Gc) vor und nach dem Auflegen des Werkstücks (W) auf die Meßplatte (3) den Abstand (c) zwischen der Anbaufläche (Wa) und dem Schwerpunkt (Sw) des Werkstücks (W) berechnet.
11. Vorrichtung einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die die
Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) addiert und die Differenz
der Summe der Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) vor und der
Summe der Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) nach dem Auflegen
des Werkstücks (W) als Gewicht des Werkstücks (W) ermittelt.
12. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 8 bis
11,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen des Gewichts des
Werkstücks (W) und/oder des sich parallel und/oder quer zur
Achse (Wc) des Werkstücks (W) erstreckenden Abstands (a, b,
c, d) des Schwerpunkts (Sw) des Werkstücks (W) von der
Anbaufläche (Wa) bzw. von der Achse (Wc) vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schwerpunkt (Sm) der Meßplatte (3) im Nullpunkt des
Koordinatensystems liegt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Stützpunkte (5a, 5b) einen gleichen Abstand von
einer Hauptachse X des Koordinatensystems aufweisen und der
dritte Stützpunkt (5c) auf dieser Hauptachse X liegt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß alle drei Stützpunkte (5a, 5b, 5c) von der anderen
Hauptachse Y einen gleichen Abstand aufweisen.
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