DE2411627A1

DE2411627A1 - Einrichtung zur elektrischen kompensation einer mechanischen groesse

Info

Publication number: DE2411627A1
Application number: DE2411627A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-03-11
Filing date: 1974-03-11
Publication date: 1975-05-28
Also published as: DE2411627C2

Description

Einrichtung zur elektrischen Kompensation einer mechanischen Größe Die wirkliche Gestalt der durch die üblichen Fertigungsverfahren hergestellten Werkstücke weicht von der vorgegebenen idealen geometrischen Gestalt oft erheblich ab, sodaß Gestaltabweichungen 1. bis 5. Ordnung festgestellt werden konnten. Unebenheit, Ungeradheit, Unparallelität, Unrundheit usw. sind Gestaltabweichungen 1. Ordnung, Welligkeit und Vieleckigkeit solche 2.0rdnung Unter die 3. bis 5. Ordnung gehören die verschiedenen Erscheinungsformen der Rauhheit. Die Schwierigkeit besteht darin, daß diese verschiedenen Gestaltabweichungen einander überlagert auftreten, und daß es andererseits notwendig ist, sie voneinander zu trennen, wenn man ihren Grund erkennen und sie beseitigen will. Die Gestalt wird durch Abtasten mit einer Tastspitze für die Mikrogestalt, mit einer Kugel an einem Tastbolten für die Makroabweichungen erfasst. Die Bewegungen dieser Tastorgane, die durch die Gestaltabweichungen hervorgerufen werden, werden durch einen mit den Tastorbanen verbundenen elektromechanischen Meßwertwandler in eine elektrische Größe umgeformt, sodaß sie nunmehr auf elektrischem Wege vergrößert und zur Anzeige gebracht werden können. Hierbei wurde es auch unternommen, durch Einschalten elektroW-scher Filter in den Ablauf der Meßwertvergrößerung die einzelnen Gesttltabweichungen voneinander zu trennen. Dabei sind aber Schwierigkeiten aufgetreten, weil die zu trennenden mechanischen Gestaltabweichungen, wenn sie in elektrische Größen,. beispielsweise Spannungsschwankungen umgeformt worden sind, sehr langsame, niederstfrequente Schwingungen darstellen, für die die üblichen elektrirchen Filter erhebliche Nachteile, insbesondere unangenehme Phasenverschiebungen, besitzen. Es besteht daher ein sehr begründetes Bedürfnis nach einem Trennverfahren, das ohne derartige elektrische Filter arbeitet.
Eine Lösungsmöglichkeit ist in dem DBP 1.100.978 für eine Rundheitsmeßeinrichtung beschrieben, mit der es möglich ist, selbsttätig durch elektrische Kompensation den Exzentrizitätsfehler zu beseitigen, zu d der entsteht, wenn das auf seine Gestaltabweichung zu untersuchende runde Werkstück gedreht wird und dabei seine Drehachse nicht genau zu der Achse des umlaufenden Tisches, aut dem es steht, ausgerichtet ist. Aber auch wenn der Meßtaster un das zu zu prüfende Teil rotieren würde, müßte die Achse des Prüfatückea zur Rotttionsachse des umlaufenden Meßtaster genau zentriert sein.
Da die Vergrößerungsmöglichkeit für iic Gesta1tabsveichungen um so mehr eingeschränkt wird, je gröber dtt Exzentrizität ist, war es notwendig, elektrisch ein ideales, aber in seiner Exzentrizität verstellbares Kreisprofil zu erzeugen. Zu diesem Zweck werden mit der Achse der umlaufenden Genauigkeitsspindel zwei elektrische Geber verbunden, von denen der eine Geber eine dem Sinus deS Drehwinkels, der andere gleichzeitig eine dem Cosinus proportionale elektrische Spannung liefert. Mit Hilfe dieser beiden sin-cos-Spannungen lässt sich eine Berichtigungsgröße bilden, durch die die Exzentrizität kompensiert wird. Einzelheiten sind aus dem oben genannten Patent zu ersehen.
Als-sin-coE-Geber werden entsprecleend gestaltete elektrische Drehkondensatoren, induktive umlaufende Spulensysteme oder Drehwiderstände mit geeigneter Wicklung verwendet.
Es hat sich nun gezeigt, daß die Gestalt der zu prüfenden Werkstücke nicht ideal rund, sondern oval, ein Gleichdick mit 3 oder mehr Ecken bis zu einem Vieleck sein kann. Die Werkstücke sind dabei-nicht etwa eckig geformt, sondern sie wirken durchaus noch rund, aber bei entsprechend hoher Vergrößerung wird die innerhalb eines bestimmten Toleranzbereiches vorhandene Eckenzahl erkennbar. Dies sieht man bei der Aufzeichnung auf Kreisdiagrammblättern während bei der Auf zeichnung auf längs ablaufendes Diagrammpapier eine Wellenlinie geschrieben wird. Dies würde also der Welligkeit entsprechen,die bei der Ilängsabtastung von Oberflächen erfasst wird. Sie ist in der Regel v von der Rauheit überlagert.
Gegenstand der Erfindung ist es nun, ein solches Wellenprofil zu erzeugen und mit ihi die vorhandene Welligkeit oder das eckige Profil des Werkstückes wegzukompensieren, umlas dann übrig bleibende Profil der noch vorhandenen Gestaltabweichungen stärker vergrößern zu können. Dabei wird erfindungsgemäß dieses Wellenprofil aus dem für die Zentrierung vorhandenen Grundprofil des elektrischen Kreises dadurch erzeugt, daß statt sin G bezw. cos t nunmehr sin 2 α und cos 2 α, oder sin 3α cos 3 α usw. bezw. die Harmonischen des Grundprofils gebildet werden. Dies geschieht durch den Einbau elektronischer Multiplikatoren und Addierer.
Abbildung 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer derartigen Meßeinrichtung.
Das Werkstück 1 befindet sich auf dem mit der Präzisionsspindel 2 verbundenen Grobzentriertisch 3. Es wird-iabgetastet von dem Tastbolzen 4 des elektrischen Längenmeßtasters 5, dessen Meßwertspannung über die Summier- bezw.
iompensationsstufe 6 der Verstärker- und Meßeinrichtung 7 zugeführt wird.
Die Präzisionsspindel 2 ist mechanisch gekuppelt iit den sin-cos-Gebern 8/9 deren Ausgangsapannung der Einrichtung 10 zufließen, wo die Funktionen des Grundkreises und der Harionischen gebildet werden. Die Abbildungen 2 und 3 zeigen die Schaltungen für sin 2α und cos 2α sowie sin 3und cos In Abbildung 1 werden dann diese Spannungen den Recheneinheiten 11 für die Frequenzanalyse sowie den Modulatoren 12 für die Kompensation zugeführt.
Der Schalter 14 aktiviert diesen Kreis bei dem ersten Spindelumlauf, worauf bei dem zweiten Spindelumlauf durch den Schalter 13 dann über die Stufe 6 durch 7 das kompensierte Meßergebnis angezeigt wird.
elektronischen Abbildung 2 zeigt die Bildung von sin 2 t unter Verwendung einesjMültipl1-zierers 15 aus den Spannungen 2.sin A und 2.cos α, sowie von cos 2 2ebenfalls aus den vorgenannten Spannungen und einem elektronischen Multipilzierer 16, dem je eine elektronische Addierstufe 17 und 18 vorgeschaltet ist.
Die mathematischen Gleichungen für diese Vorgänge sind: sin 2 fi X 2 e sin 0 cos Q\ cos 2α = 2 . sin ( α + 450) . cos ( α + 450) In Abbildung 3 ist die Schaltung für die 3. Harmonische unter Verwendung der elektronischen Potenzierstufen 19 und 20 sowie der Subtrahierstufen 21 und 22 dargestellt nach der Beziehung sin& 3 K = 3 0 sin A - 4 sin -cos 3α = 4 0 cos3 - 3 . cos Statt der eine Analogspannung liefernden sin-cos-Geber 8 und 9 kann mit der Präzisionsspindel 3 auch ein Impulsgeber verbunden werden, der zwei zueinander versetzte Impulsfolgen liefert. Derartige Impulsgeber sind als Incrementalgeber für Vor- und Rückwärtszählung bekannt. Mit Hilfe eines für sin und cos programmierten Festwertspeichers für die Grundwelle kann so auf digitalem Ziege, wie Abbildung 4 zeigt, die Berichtigungsspannung gebildet werden.
Für die Harmonischen der Grundwelle müssen vor den Festwertspeicher noch elektronische Multiplizierer vorgeschaltet werden um die Winkelwerte 2α , aus dem Grundwert abzuleiten.
Das hier geschilderte Verfahren für die Kompensation bei Rundheitsmeßmaschinen kann aber auch auf die lineare Abtastung übertragen werden, wie sie beispielsweise bei der Längs- bezw. Geradheitsmessung oder bei der Oberflächenmessung auftritt. Zweckmässig wird hier das elektrische Profil der abgetasteten Strecke analog z0B. auf Magnetband oder digital mittels eines Festwertspeichers gespeichert und sodann zyklisch abgespielt bezw. wiederholt. Durch Umwandlung des linearen in einen zyklischen Vorgang kann dann die Kompensation und die Gestaltanalyse wie bei einer Rundheitsmessung vorgenommen werden und zwar ohne die bei Filtern auftretenden Phasenfehler.

Claims

Paten ausrüche

Einrichtung zur elektrischen Kompensation einer mechanischen Größe, die mittels eines elektromechanischen Meßwertwandlers in eine elektrische Größe umgeformt und verstärkt wurde, und die aus der Überlagerung mehrerer elektrischer Signale besteht, welche steigend höhere Harmonische einer Grundwelle sind, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Kompensation benötigte Grundwelle, die beispielsweise mechanisch einem Kreis entspricht, in an sich bekannter Weise aus zwei Spannungen sinX und co6 W gebildet werden, die durch mit dem Meßvorgang gekuppelte sini-co6-Meßwertgeber erzeugt werden und daß durch elektronische Multiplizierer und Addierer aus den Spannungen für die Grundwelle die Kowmpensationsspannungen für die höheren Harmonischen gebildet werden.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß statt deg Analogspannungen erzeugenden sin-cos-Meßwertgebet ein an sich bekannter incrementaler Impulsgeber für Vor- und Rückwärtszählung verwendet wird, aus dessen Impulsfolge sowohl die Kompensationsspannungen für die Grundwelle, als auch unter Verwendung elektronischer Multiplizierer und Addierer die Kompensationsspannungen für die höheren Harmonischen gebildet werden
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daßvin einer Längsstrecke aufgenommene bezw. abgetastete mechanische Größe nach Umwandlung in eine elektrische Größe entweder analog oder digital gespeixhchert, darauf aber zyklisch wiederholt wird und daß nunmehr ihre Grundwelle sowie die höheren Harmonischen unter Verwendung elektronischer Nultiplizierer und Addierer kompensiert werden.