DE1923662C3 - Elektronisches LängenmeBgerät - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Längenmeßgerät für die Messung von Maßen und Maßänderungen an bewegten Werkstücken mit glatten und beliebig unterbrochenen Meßflächen mit einem mit einer Dämpfungseinrichtung versehenen Tastorgan, einem Meßwandler, einem Meßverstärker und einem dem Meßverstärker nachgeschalteten elektrischen Analogspeicher für den verstärkten Meßwert, dessen Ausgangssignal zur Auswertung gebracht wird.

Bei Messungen an Werkstücken mit Unterbrechungen hat man in älteren Ausführungen den Tastbolzen in geeigneter Weise mechanisch in seiner Lage fixiert und ihm bei jedem Maschinentakt einmal die Möglichkeit gegeben, sich auf einen neuen Meßwert einzustellen. Andere Verfahren benutzen eine pneumatische oder elektrisch betriebene Klemmung des Tastorgans. Diese wird gezielt von der Arbeitsphase der Bearbeitungsmaschine gelöst und wieder betätigt (Russische Patentschrift 157 120). In weiteren Ausbildungen des bekannten Verfahrens wird die Klemmung des Tastorgans durch vor und hinter dem Tastorgan angeordnete sekundäre pneumatische, mechanische oder induktive Meßfühler gesteuert, so daß das Tastorgan fixiert ist, wenn eine Unterbrechung vorbeiläuft (Zeitschrift »Feingerätetechnik«, Jg. 8/1967, S. 383; USA.-Patentschrift3 210 854).

Ferner ist ein elektronisches Längen meßgerät ähnlich der eingangs angegebenen Art bekannt (OE-PS 230 108), bei dem ein sprunghafter Anstieg des Meßwerts die Verbindung zwischen Meßverstärker und Speicher für eine meßwertunabhängig fest vorgegebene kurze Zeit herstellt Abgesehen von den Schwierigkeiten, die bei dem bekannten Meßgerät der Einschwingvorgang des Tastorgans beim Auflaufen auf die Meßfläche mit sich bringt, besteht der grundsätzliche Nachteil, daß glatte Meßflächen mit dieser bekannten Ausführungsform nicht gemessen werden können, da hierbei der notwendige sprunghafte Meßwertanstieg fehlt. Der Anwendungsbereich dieses Meßgeräts ist daher sehr eingeschränkt.

Weiterhin ist eine pneumatische Meßeinrichtung für genutete Werkstücke beschrieben worden (DL-PS 24 512), bei der ein längsbewegliches Düsensystem fixiert wird, wenn eine sprunghafte Meßwertabsenkung auftritt. Dieses System ist, abgesehen von der für schnelle Messungen unzulänglichen Geschwindigkeit pneumatischer Meßelemente, nicht in der Lage, stetige Übergänge von Meßflächen in Unterbrechungen zu berücksichtigen, so daß auch hier eine wesentliche Einschränkung der Anwendungsmöglichkeiten gegeben ist.

Bei einer anderen bekannten Ausführungsform eines elektronischen Längenmeßgeräts (USA.-Patentschrift 3 345 753) wird auf eine Fixierung des Tastorgans verzichtet. In Unterbrechungen senkt sich das Tastorgan unter dem Einfluß der Meßkraftfeder, jedoch durch einen hydraulischen Dämpfer gebremst, langsam ab, um auf die darauffolgende Meßfläche wieder aufzulaufen. Der Meßwert wird in einem Spitzenwertspeicher festgehalten, der sich in einstellbaren Zeitabständen um einen festen Betrag entleert. Hierdurch wird nur eine sehr unzureichende Überwindung der Unterbrechung der Meßfläche erreicht, wenn auch der Meßwert für eine Zeitspanne zur Verfügung gehalten werden kann. Besonders bei räumlich größeren bzw. zeitlich längeren Unterbrechungen und auf die längere Betriebsdauer gesehen muß bei diesem Gerät auch mit einer Beschädigung der Tastflächen des Tastorgans gerechnet werden. Die Speicherung des Meßwerts im Spitzenwertspeicher schränkt den Anwendungsbereich ein, so daß die Messung aufeinanderfolgender Meßflächen mit stark unterschiedlichen Meßwerten erschwert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem Meßgerät der zuletzt geschilderten Art ein Längenmeßgerät der eingangs angegebenen

Art zu schaffen, das sich selbsttätig den unterschiedlichsten Verhältnissen der abzutastenden Meßflächen zu den räumlichen oder zeitlichen Unterbrechungen anpaßt und ferner dabei zusätzlich auch bei glatten Meßflächen eine kontinuierliche Meßwertanzeige erlaubt.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Verbindung des Meßwertverstärkers mit dem Analogspeicher unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts der Änderungsgeschwindigkeit des verstärkten Meßwertverlaufs hergestellt ist, so daß der Speicherinhalt ίο dem Meßwertverlauf ständig folgt, diese Verbindung jedoch bei Überschreiten des vorgegebenen Grenzwerts der Änderungsgeschwindigkeit des Meßwertverlaufs getrennt wird, daß diese Verbindung bei erneuter Annäherung des Meßwerts an den Speicherinhalt wieder hergestellt wird und daß bei Wiederherstellung der Verbindung der Speicherinhalt mit im Vergleich zu den Änderungsgeschwindigkeiten des Meßwertverlaufs großer Geschwindigkeit um einen vorgegebenen Wert abgesenkt wird.

Verläßt das Tastorgan die gerade gemessene Meßfläche, so senkt sich das Tastorgan unter dem Einfluß der jeweiligen Meßkraft gebremst durch die Dämpfungseinrichtung mit konstanter Geschwindigkeit ab. Überschreitet diese Sinkgeschwindigkeit und damit die *5 Änderungsgeschwindigkeit des gemessenen Meßwertverlaufs bei einer Unterbrechung der Meßfläche den vorgegebenen Grenzwert, so wird die Verbindung zwischen dem Meßverstärker und dem Analogspeicher und damit die ständige Verbindung des jeweils gemessenen Meßwerts mit diesem Speicher und damit dem jeweiligen Auswertgerät, z. B. dem Anzeigegerät, unterbrochen. Trifft nun das Tastorgan erneut auf eine Meßfläche, läuft also auf deren Leitkante auf, so wird einerseits der Speicherinhalt kurzzeitig und schnell entladen und andererseits die Verbindung zwischen Meßverstärker und Analogspeicher wieder hergestellt, so daß erneut der Speicherinhalt und damit das Auswertgerät der Veränderung des Meßwerts folgen kann. Bei glatten Meßflächen, deren Maßänderungen die bei Unterbrechungen auftretenden Bewegungsänderungen des Tastorgans in der Geschwindigkeit nicht erreichen, bleibt die ständige Verbindung erhalten, so daß der Meßwert ständig angezeigt werden kann. Es folgt somit das Längenmeßgerät selbsttätig den verschiedensten Verhältnissen von Meßflächen zu Unterbrechungen, so daß die angestrebte große Anpassungsfähigkeit erzielt wird.

Wie eingangs bereits bemerkt worden ist, besteht die Möglichkeit, daß zwischen den einzelnen Meßflächen sehr große Unterbrechungsräume bestehen bzw. vom Arbeitsprozeß oder vom Wechsel der Werkstücke her langdauernde Unterbrechungen in den Meßflächen erforderlich werden. Bei derartigen Betriebsbedingungen ist es zweckmäßig, das Tastorgan während der Unterbrechung in geeigneter Weise so zu beeinflussen, daß ein übermäßiges Absinken des Tastorgans und damit ein nachteiliges starkes Anheben beim Auflaufen auf die nächstfolgende Meßfläche vermieden wird. Dies wird nach einer Ausführungsform der Erfindung dadurch erreicht, daß während der Trennung des Analogspeichers vom Meßverstärker ein Signal erzeugt wird, welches eine in bekannter Weise aus einem Elektromagneten mit Klemmzunge bestehende Arretierungsvorrichtung für das Tastorgan betätigt. Ist infolge einer Unterbrechung die Trennung des Meßverstärkers vom Analogspeicher bewirkt worden, so wird das geschilderte Signal erzeugt und arretiert das Tastorgan in einer vorgegebenen Lage. Somit ist es möglich, völlig unabhängig von der Unterbrechungsdauer das Tastorgan so zu beeinflussen, daß ein übermäßiges Absinken verhindert wird. Dadurch wird insgesamt die Anpassungsfähigkeit des Längenmeßgeräts weiter vergrößert. Die einwandfreie Funktion des Geräts wird durch eine übermäßige Länge oder Dauer der Unterbrechungen nicht nachteilig beeinflußt

Eine noch stärkere Anpassung und Genauigkeit in der Einstellung des Tastorgans während derartiger langdauernder Unterbrechungen kann in weiterer Ausbildung der Erfindung dadurch erreicht werden, daß während der Trennung des Analogspeicher vom Meßverstärker mit Hilfe eines Regelkreises das Tastorgan in eine vom Speicherinhalt abhängige Sollstellung gebracht wird. Dieser Regelkreis kann nach einer Ausführungsform der Erfindung aus dem Tastorgan, dem Meßwandler, dem Meßverstärker, einer das Differenzsignal zwischen dem Ausgangssignal des Meßwandlers und dem Speicherinhalt bildenden Baugruppe und einem Leistungsverstärker zur Erregung eines das Tastorgan in die Sollstellung einstellenden Elektromagneten bestehen. Auf diese Weise wird eine sehr feinfühlige Beeinflussung des Tastorgans während langdauernden Unterbrechungen erzielt

Es besteht bei verschiedenen Anwendungsfällen die Möglichkeit, daß die auf die gerade gemessene Meßfläche nach der Unterbrechung folgende Meßfläche wesentlich geringere Abmessungen aufweist was z. B. bei großer Materialabnahme am Werkstück geschehen kann. Dabei besteht die Möglichkeit, daß das Tastorgan den Kontakt mit dem Werkstück und somit den darauffolgenden Meßflächen verliert. Dies wird in weiterer Ausbildung der Erfindung dadurch vermieden, daß der Speicherinhalt nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne, beginnend mit dem Zeitpunkt der Trennung des Analogspeichers vom Meßverstärker, mit konstanter Geschwindigkeit abgesenkt wird. Überschreitet daher die Dauer des kontaktlosen Zustands die vorgegebene Zeitspanne, so wird das Tastorgan selbsttätig dem absinkenden Speicherinhalt folgend über den geschilderten Regelkreis abgesenkt, bis es auf die Meßfläche erneut auftrifft. Dabei kann in weiterer Ausbildung der Erfindung die vorgegebene Zeitspanne durch externe Zeitgeber bestimmt werden, z. B. durch den Zyklus der Arbeitsmaschine, die das Werkstück trägt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. t das Längenmeßgerät nach der Erfindung in schematischer Darstellung mit einem Blockschaltbild der verwendeten elektronischen Baueinheiten,

F i g. 2 eine diagrammartige Darstellung des Verlaufs der Bewegung des Tastorgans, des Meßwerts und des Speicherinhalts über unterbrochenen Meßflächen,

F i g. 3 eine Darstellung ähnlich F i g. 2 mit Regelung der Lage des Tastorgans nach dem Inhalt des Analogspeichers über einer Unterbrechung der Meßfläche,

F i g. 4 ebenfalls eine Darstellung ähnlich F i g. 2 mit Regelung der Lage des Tastorgans nach dem Inhalt des Analogspeichers und selbsttätiger Absenkung des Tastorgans nach einer vorgegebenen Zeitspanne.

Das in F i g. 1 dargestellte Längenmeßgerät besteht aus einem als Tastspitze 1 dargestellten Tastorgan mit einem Elektromagneten 2 als Klemm- oder Stellmagnet und einem Meßwandler 3, der ein dem mechanischen Meßwert entsprechendes elektrisches Signal abgibt. An den Meßwandler 3 ist eine elektronische Baueinheit 4 angeschlossen, in der die Verstärkung und die

Demodulation des elektrischen Meßsignals erfolgt. Diese elektronische Baueinheit 4 wird im folgenden der Einfachheit wegen als Meßverstärker bezeichnet. Dem Meßverstärker 4 ist nachgeschaltet eine weitere elektronische Baueinheit 5, die zur Verbindung und zur Trennung des Meßverstärkers 4 mit oder vom nachgeschalteten Analogspeicher 6 dient.

Das Ausgangssignal des Analogspeichers 6, also der Speicherinhalt, wird in einem Auswertgerät 7 ausgewertet, z. B. angezeigt, und gegebenenfalls weiterverarbeitet.

Eine In F i g. 1 gezeichnete Baueinheit 8 ist zwischen der Baueinheit 5 und dem Analogspeicher 6 eingeschaltet. Diese Baueinheit 8 erzeugt nach Beendigung der durch die Baueinheit 5 bewirkten Trennung des Meßverstärkers 4 vom Analogspeicher 6 einen Entladungsstoß für den Analogspeicher 6.

Wie in F i g. 1 ferner mit gestrichelten Linien eingezeichnet ist, kann an die Baueinheit 5 eine weitere Baueinheit 9, z. B. ein Leistungsverstärker, angeschlossen sein, der entweder die Ein- oder Ausschaltung des Kiemmagneten 2 bzw. die Erregung des Stellmagneten 2 bewirkt.

Die Wirkungsweise des beschriebenen Längenmeßgeräts wird an Hand der F i g. 2 bis 4 erläutert.

In F i g. 2 ist die prinzipielle Wirkungsweise des Längenmeßgeräts verdeutlicht. Der Linienzug 11 zeigt den Verlauf der Bewegung der Tastspitze 1 beim Abtasten der Meßflächen 12 des Werkstücks. Der Linienzug 11 entspricht dem Verlauf des elektrischen Meßwerts am Ausgang des Meßverstärkers 4. Der Linienzug 16 zeigt den Verlauf des Speicherinhalts des Analogspeichers 6 und damit den Verlauf des auf das Auswertgerät 7 gegebenen Signals.

Solange sich der Meßwert 11 nicht oder nur mit einer unterhalb des vorgegebenen Grenzwerts liegenden Änderungsgeschwindigkeit verändert, ist der Analogspeicher 6 über die Baueinheit 5 unmittelbar mit dem Ausgang des Meßverstärkers 4 verbunden. Der Speicherinhalt entspricht daher dem elektrischen Meßwert Sobald jedoch die Tastspitze 1 gemäß dem Linienzug 11 die Meßfläche 12 verläßt und sich unter dem Einfluß der Meßkraft, gebremst durch die Dämpfungseinrichtung, mit konstanter Geschwindigkeit abwärts bewegt und damit den vorgegebenen Grenzwert der Änderungsgeschwindigkeit überschreitet, trennt die Baueinheit 5 den Ausgang des Meßverstärkers 4 vom Analogspeicher 6. Der Speicherinhalt bleibt somit unabhängig vom Meßwert konstant. Beim Abtrennen spricht die Baueinheit 5 auf die Änderungsgeschwindigkeit der Meßtasterbewegung an und ist entsprechend ausgelegt

Wird die Tastspitze 1 im Sinn des Linienzugs 11 von der nächstfolgenden Meßfläche 12 wieder angehoben, so nähert sich der elektrische Meßwert dem Speicherinhalt des Analogspeichers 6. Auf diese Annäherung des Meßwerts auf den Speicherinhalt spricht die entsprechend ausgelegte Baueinheit 5 an und stellt die unmittelbare Verbindung des Meßverstärkers 4 mit dem Analogspeicher 6 wieder her. Gleichzeitig wird von der von der Baueinheit 5 beeinflußten Baueinheit 8 ein sehr schneller Entladeimpuls für den Analogspeicher 6 erzeugt Der Speicherinhalt wird dadurch mit im Vergleich zu den Änderungsgeschwindigkeiten des Meßwerts großer Geschwindigkeit um einen vorgegebenen Wert abgesenkt Der Analogspeicher 6 stellt sich durch die Wiederherstellung seiner Verbindung mit dem Meßwertverstärker 4 auf den durch die jetzt abgetastete Meßfläche 12 gegebenen elektrischen Meßwert erneut ein. Während der Berührung der jetzt gemessenen Meßfläche 12 durch die Tastspitze 1 folgt der Speicherinhalt unmittelbar dem elektrischen Meßwert, wie es bei der mittleren Meßfläche 12 in F i g. 2 schematisch dargestellt ist.

Die elektronische Baueinheit 5 ist in geeigneter Weise für diese Schaltungsaufgaben derart ausgebildet, daß bei Überschreiten der Grenzgeschwindigkeit beim Absinken des Meßwerts am Meßverstärker 4 die Trennung dieses Meßverstärkers vom Analogspeicher 6 erfolgt, bei einer erneuten Annäherung des Meßwerts an den Speicherinhalt jedoch diese Verbindung wieder hergestellt wird.

Bei der vorstehend beschriebenen Betriebsweise wird die Tastspitze 1 nur vom Werkstück selbst her beeinflußt, nicht jedoch vom Längenmeßgerät her. Es ist daher die beschriebene Ausführungsform nur für eine gewisse Maximallänge der jeweiligen Unterbrechungen geeignet, bei denen sich die Tastspitze 1 nicht übermäßig tief absenken kann. Für lange Unterbrechungen, also entweder räumlich große Unterbrechungen oder zeitlich langdauernde Unterbrechungen, die von der Arbeitsweise der jeweiligen Bearbeitungsmaschine herrühren, ist eine Arretierung des Tastorgans während der Unterbrechung zweckmäßig, um ein übermäßiges Absinken während der Unterbrechung zu vermeiden. Hierfür sind die im folgenden beschriebenen Mittel bereitgestellt:

Für die Beschreibung wird auf F i g. 3 Bezug genommen. Hier zeigt wieder der Linienzug 11 den Verlauf der Bewegung der Tastspitze 1 und der Linienzug 16 den Verlauf des Speicherinhalts.

Verläßt die Tastspitze 1 die erste, in der Zeichnung links liegende Meßfläche 12, so wird in der beschriebenen Weise mit Hilfe der Baueinheit 5 die Verbindung zwischen dem Meßverstärker 4 und dem Analogspeicher 6 getrennt. Gleichzeitig jedoch wird über die Baueinheit 5 ein elektrisches Signal abgegeben, das einen Regelkreis einschaltet, der aus dem Tastorgan 1, dem Meßwandler 3, dem Meßverstärker 4, dem Stellmagneten 2, dem Leistungsverstärker 9 zur Erregung des Stellmagneten 2 und der elektronischen Baueinheit 5 besteht. Die Baueinheit 5 gibt ein aus der Differenz aus elektrischem Meßwert und Speicherinhalt bestehendes Signal auf den Leistungsverstärker 9. Dieser Leistungsverstärker 9 erregt den Stellmagneten 2, wodurch die Tastspitze 1 abgebremst und in eine Stellung angehoben wird, deren entsprechendes Signal um ein geringes Maß unter dem Speicherinhalt des Analogspeichers 6 liegt Es ist dadurch der elektrische Meßwert an den Speicherinhalt geknüpft, d. h, die Tastspitze 1 verharrt in der durch den Stellmagneten 2 eingestellten Stellung solange der Speicherinhalt den bestehenden Wert behält. Die Unterbrechung zwischen den aufeinanderfolgenden Meßflächen kann nun unbeschränkt andauern.

Trifft nach der Unterbrechung die Tastspitze 1 aul eine neue Meßfläche, so wird der bisher bestehende Regelvorgang in der weiter oben beschriebenen Weise durch die Baueinheit 5 unterbrochen, es setzt die ge schilderte kurzzeitige Speicherentladung über die Bau

einheit 8 ein, und der Analogspeicher 6 übernimmt der neuen Meßwert

Es besteht, wie dies in F i g. 4 angedeutet ist, di<

Möglichkeit, daß die Tastspitze t bei stark unterschied Hoher Höhe der Meßflächen den Kontakt mit den Meß flächen verliert, was insbesondere bei großer Material abnähme am Werkstück geschehen kann. Um auch die

Io

sen Betriebsfall zu erfassen, weist die Baueinheit 8 zweckmäßig ein Zeitglied auf, das nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne, beginnend mit der letzten Trennung von Meßverstiirker 4 und Analogspeicher 6, eine konstante Entladung des Speicherinhalts einleitet, so daß sich die Tastspitze 1 auf Grund der geschilderten Verknüpfung mit dem Regelkreis dem Speicherinhalt folgend mit konstanter Geschwindigkeit abwärts bewegt, bis sie auf eine neue Meßfläche 12 auftrifft. F i g. 4 zeigt in der Zeichnung rechts das erneute Auftreffen auf eine Meßfläche 12.

Die Beeinflussung des Tastorgans kann an Stelle des geschilderten Regelkreises auch durch eine einfache Arretierung mit Hilfe eines Kiemmagneten und einer Klemm/.unge erfolgen. Dabei wird die Dämpfungseinrichtung für die Taslspitze 1 so schwergängig ausgebildet, daß beim Verlassen der jeweils vorhergehenden Meßfläche keine unzulässig großen Sinkgeschwindigkeiten für die Tastspitze 1 auftreten. Die Baueinheit 9 stellt dann ein Ein- und Ausschaltorgan für die Erregung des Kiemmagneten 2 dar, wobei dieses Ein- und Ausschaltorgan das Signal von der Baueinheit 5 erhält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektronisches Längenmeßgerät für die Messung von Maßen und Maßänderungen an bewegten Werkstücken mit glatten und beliebig unterbrochenen Meßflächen mit einem mit einer Dämpfungseinrichtung versehenen Tastorgan, einem Meßwandler, einem Meßverstärker und einem dem Meßverstärker nachgeschalteten elektrischen Analogspeicher für den verstärkten Meßwert, dessen Ausgangssignal zur Auswertung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Meßverstärkers (4) mit dem Analogspeicher (6) unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts der Änderungsgeschwindigkeit des verstärkten MeUwertverlaufs hergestellt ist, so daß der Speicherinhalt (6) dem Meßwertverlauf ständig folgt, diese Verbindung jedoch bei Überschreiten des vorgegebenen Grenzwerts der Änderungsgeschwindigkeit des Meßwertverlaufs getrennt wird, daß diese Verbindung bei erneuter Annäherung des Meßwerts an den Speicherinhalt wieder hergestellt wird und daß bei Wiederherstellung der Verbindung der Speicherinhalt mit im Vergleich zu den Änderungsgeschwindigkeiten des Meßwertverlaufs großer Geschwindigkeit um einen vorgegebenen Wert abgesenkt wird.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Trennung des Analogspeichers (6) vom Meßverstärker (4) ein Signal erzeugt wird, welches eine in bekannter Weise aus einem Elektromagneten (2) mit Klemmzunge bestehende Arretierungsvorrichtung für das Tastorgan (1) betätigt.

3. Gerät nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß während der Trennung des Analogspeichers (6) vom Meßverstärker (4) mit Hilfe eines Regelkreises das Tastorgan (1) in eine vom Speicherinhalt abhängige Sollstellung gebracht wird.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis aus dem Tastorgan (1), dem Meßwandler (3), dem Meßverstärker (4), einer das Differenzsignal zwischen dem Ausgangssignal des Meßwandlers (3) und dem Speicherinhalt bildenden Baugruppe (5) und einem Leistungsverstärker (9) zur Erregung eines das Tastorgan (1) in die Sollstellung einstellenden Elektromagneten (2) besteht.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherinhalt nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne, beginnend mit dem Zeitpunkt der Trennung des Analogspeichers (6) vom Meßverstärker (4), mit konstanter Geschwindigkeit abgesenkt wird.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Zeitspanne durch einen externen Zeitgeber bestimmt wird.