DE2411627C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 2.The invention relates to a device accordingly the preamble of claim 1 and 2 respectively.

Die wirkliche Gestalt der durch die üblichen Fertigungsverfahren hergestellten Werkstücke weicht von der vorgegebenen idealen geometrischen Gestalt oft erheblich ab, so daß Gestaltabweichungen 1. bis 5. Ordnung festgestellt werden konnten. Unebenheiten, Ungeradheit, Unparallelität, Unrundheit usw. sind Gestaltabweichungen 1. Ordnung, Welligkeit und Vieleckigkeit solche 2. Ordnung. Unter die 3. bis 5. Odnung gehören die verschiedenen Erscheinungsformen der Rauheit.The real shape of through the usual manufacturing processes manufactured work pieces from the given ideal geometric shape often significantly, so that shape deviations 1st to 5th order could be determined. Bumps, straightness, non-parallelism, out-of-roundness etc. are 1st order shape deviations, Waviness and polygonality of such 2nd order. The third to fifth order include the various ones Manifestations of roughness.

Eine Schwierigkeit besteht nun 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 Mikrogestalt wird meist durch Abtasten mit einer Tastspitze erfaßt, die Makroabweichungen werden durch eine an einem Tastbolzen angebrachte Kugel abgetastet. Die durch die Gestaltabweichungen hervorgerufenen Bewegungen dieser Tastorgane werden durch einen elektromechanischen Meßwertwandler in eine elektrische Größe umgeformt, so daß sie auf elektrischem Wege vergrößert und zur Anzeige gebracht werden können. Hierbei hat man schon versucht, durch Einschalten elektronischer Filter in den Ablauf der Meßwertvergrößerung die einzelnen Gestaltabweichungen voneinander zu trennen. Dabei treten jedoch Schwierigkeiten auf, weil die zu trennenden mechanischen Gestaltabweichungen, wenn sie in elektrische Größen umgeformt wurden, sehr langsame, niederstfrequente Schwingungen darstellen, die durch die üblichen elektrischen Filter störende Phasenverschiebungen erfahren. Es beteht daher ein Bedürfnis nach einer Trenneinrichtung, die ohne solche elektrische Filter auskommt.One difficulty now is that this different shape deviations superimposed on each other occur and that on the other hand it is necessary is to separate them from each other when you see theirs Recognize the reason and eliminate it. The Micro-form is usually by scanning with a Stylus tip detected, the macro deviations are by a ball attached to a probe pin scanned. The caused by the shape deviations Movements of these tactile organs through an electromechanical transducer in reshaped an electrical quantity so that it is on electrical path enlarged and displayed can be. Here you have already tried  by turning on electronic filters in the process of increasing the measured value the individual Separate shape deviations from each other. Here however, difficulties arise because of the too separating mechanical shape deviations, if they were transformed into electrical sizes, very much represent slow, low-frequency vibrations, through the usual electrical filters experience disruptive phase shifts. It commits hence a need for a separator, that works without such electrical filters.

Durch die DE-PS 11 00 978 ist eine Rundheitsmeßeinrichtung bekannt, mit der es möglich ist, selbsttätig durch elektrische Kompensation den Exzentrizitätsfehler zu beseitigen, 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, auf dem es steht, ausgerichtet ist. Aber auch wenn der Meßtaster um das zu prüfende Teil rotieren würde, müßte die Achse des Prüfstückes zur Rotationsachse des umlaufenden Meßtasters genau zentriert sein.DE-PS 11 00 978 is a roundness measuring device known with which it is possible to independently the eccentricity error through electrical compensation eliminate that arises when that round shape to be examined for its shape deviation Workpiece is rotated and its axis of rotation not exactly to the axis of the rotating table, on which it stands, is aligned. But even if rotate the probe around the part to be tested the axis of the test piece would have to be the axis of rotation of the rotating probe is exactly centered be.

Da die Vergrößerungsmöglichkeit für die Gestaltabweichungen um so mehr eingeschränkt wird, je größer die Exzentrizität ist, ist es notwendig, elektrisch ein ideales, aber in seiner Exzentrizität verstellbares Kreisprofil zu erzeugen. Zu diesem Zweck sind bei der Einrichtung gemäß DE-PS 11 00 978 mit der Achse der umlaufenden Spindel zwei elektrische Geber verbunden, von denen der eine Geber eine dem Sinus des Drehwinkels und der andere eine dem Cosinus proportionale elektrische Spannung liefert. Mit Hilfe dieser beiden sin- bzw. cos-Spannungen läßt sich eine Berichtigungsgröße bilden, durch die die Exzentrizität kompensiert wird. Als sin-cos- Geber werden entsprechend gestaltete elektrische Drehkondensatoren, umlaufende induktive Spulensysteme oder Drehwiderstände mit geeigneter Wicklung verwendet.Because the possibility of enlarging the shape deviations the more restricted, ever greater the eccentricity, it is necessary electrically ideal, but in its eccentricity to create an adjustable circular profile. To this purpose are in accordance with the establishment  DE-PS 11 00 978 with the axis of the revolving Spindle two electrical sensors connected, by which the one encoder one the sine of the angle of rotation and the other one proportional to the cosine supplies electrical voltage. With With the help of these two sin and cos voltages a correction factor can be formed by which compensates for the eccentricity. As sin-cos Encoders are designed accordingly electrical Variable capacitors, rotating inductive coil systems or rotary resistors with suitable Winding used.

Es hat sich nun gezeigt, daß die Gestalt der zu prüfenden Werkstücke nicht ideal rund, sondern oval, ein Gleichdick mit drei oder mehr Ecken bis zu einem Vieleck sein kann. Die Werkstücke sind dabei nicht etwa eckig geformt, sondern wirken durchaus noch rund; bei entsprechend hoher Vergrößerung wird aber die innerhalb eines bestimmten Toleranzbereiches vorhandene Eckenzahl erkennbar. Man sieht dies bei der Aufzeichnung auf Kreisdiagrammblättern, während bei der Aufzeichnung auf längsablaufendem Diagrammpapier eine Wellenlinie geschrieben wird. Dies entspricht also der bei der Längsabtastung von Oberflächen erfaßten Welligkeit, die in der Regel von der Rauheit überlagert ist.It has now been shown that the shape of the testing workpieces not ideally round, but oval, an equal thickness with three or more corners up can be to a polygon. The workpieces are do not have an angular shape, but act still round; at a correspondingly high magnification but will be within a certain Tolerance range recognizable existing number of corners. You can see this in the recording Pie chart scrolling while recording a wavy line on longitudinal graph paper is written. So this corresponds the detected during the longitudinal scanning of surfaces Ripple, usually from the roughness is superimposed.

Eine Einrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 2 ist durch die DE-AS 13 02 340 bekannt. Sie ermöglicht jedoch keine Kompensation höherer harmonischer Komponenten der gemessenen mechanischen Größe.A facility according to the preamble of Claim 1 or 2 is by DE-AS 13 02 340 known. However, it does not allow compensation  higher harmonic components of the measured mechanical size.

Auch die in der CH-PS 4 66 590 beschriebene Vorrichtung bewirkt keine echte Kompensation. Soweit zusätzlich zur gemessenen, in Polarkoordinaten dargestellten Profilkurve noch ein Kreis bzw. eine Ellipse als graphische Darstellung der Grundwelle und der nächsten Harmonischen gezeigt ist, ist zur echten Kompensation von harmonischen Komponenten der gemessenen Größe noch eine Auswerteschaltung erforderlich.Also the device described in CH-PS 4 66 590 does not cause real compensation. So far in addition to the measured, in polar coordinates shown profile curve still a circle or a Ellipse as a graphic representation of the fundamental wave and the next harmonic is shown for real compensation of harmonic components an evaluation circuit of the measured size required.

In der CH-PS 4 66 590 ist zur Erzeugung der Winkelfunktion für den zu einer elliptischen Bezugskurve gehörenden doppelten Winkel der Spindel ein Sinus-Cosinus-Potentiometer vorgesehen, das mit der doppelten Spindelgeschwindigkeit dreht. Eine solche mechanische Vorrichtung bedingt einen unerwünschten technischen Aufwand (ganz abgesehen davon, daß bei dieser bekannten Ausführung keine echte Kompensation von harmonischen Komponenten der gemessenen Größe erfolgt).In CH-PS 4 66 590 is to generate the angular function for that to an elliptical reference curve belonging double angle of the spindle a sine-cosine potentiometer is provided that rotates at twice the spindle speed. Such a mechanical device requires one undesirable technical effort (quite apart of the fact that none in this known embodiment real compensation of harmonic components the measured size).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. Anspruches 2 so auszubilden, daß mit einfachen Mitteln eine Kompensation höherer harmonischer Komponenten der gemessenen mechanischen Größe erfolgt.The invention has for its object a Device according to the preamble of the claim 1 or claim 2 so that a compensation of higher ones with simple means harmonic components of the measured mechanical Size is done.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der nebengeordneten Ansprüche 1 und 2 gelöst.This object is achieved by the characterizing  Characteristics of the subsidiary claims 1 and 2 solved.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung werden - ausgehend von dem der Grundwelle entsprechenden Kompensationssignal - die übrigen, harmonischen Komponenten entsprechenden Kompensationssignale ausschließlich durch die Verwendung elektronischer Mittel erhalten. Eine mechanische Vorrichtung, wie das bei der CH-PS 4 66 590 benötigte Sinus-Cosinus- Potentiometer mit der doppelten Umlaufgeschwindigkeit der Spindel ist somit entbehrlich. Die erfindungsgemäße Einrichtung zeichnet sich daher durch einen sehr einfachen Aufbau aus.In the device according to the invention - starting from that corresponding to the fundamental wave Compensation signal - the rest, harmonic Compensation signals corresponding to components exclusively through the use of electronic Received funds. A mechanical device like the sine-cosine required for CH-PS 4 66 590 Potentiometer with twice the speed the spindle is therefore unnecessary. The invention Furnishing therefore stands out by a very simple structure.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht. Dabei zeigt Abb. 1 bis 3 eine Kompensationseinrichtung gemäß Anspruch 2 und Abb. 4 eine Kompensationseinrichtung entsprechend Anspruch 1.Two embodiments of the invention are illustrated in the drawing. Here Fig 1 shows 4. To 3, a compensation device according to claim 2 and Fig. Compensation means according to claim 1.

Bei der Einrichtung gemäß den Abb. 1 bis 3 befindet sich das Werkstück 1 auf einem mit einer Präzisionsspindel 2 verbundenen Grobzentriertisch 3. Er wird vom Tastbolzen 4 eines elektrischen Längenmeßtasters 5 abgetastet, dessen Meßwertspannung über eine Summierstufe 6 einem Meßverstärker 7 zugeführt wird. Die Präzisionsspindel 2 ist mit einem sin-cos-Geber 8 mechanisch gekuppelt, an den eine Einrichtung 10 angeschlossen ist, die zur Erzeugung der Winkelfunktionen sin2 α, cos2 α . . . sinnα, cosnα aus den Winkelfunktionen sinα, cosα zwecks Erzeugung von Kompensationsspannungen für die höheren Harmonischen der Grundwelle dient.In the device according to Fig. 1 to 3, the workpiece 1 is located on a computer connected with a precision spindle 2 Grobzentriertisch. 3 It is scanned by the probe pin 4 of an electrical length measuring probe 5 , the measured value voltage of which is fed to a measuring amplifier 7 via a summing stage 6 . The precision spindle 2 is mechanically coupled to a sin-cos encoder 8 , to which a device 10 is connected which is used to generate the angular functions sin 2 α , cos 2 α . . . Sinn α , cosn α from the angular functions sin α , cos α for the purpose of generating compensation voltages for the higher harmonics of the fundamental wave.

Die Abb. 2 und 3 zeigen die Schaltungen zur Erzeugung der Winkelfunktionen sin2 α, cos2 α bzw. sin3 α, cos3 α. Fig. 2 and 3 show the circuits for generating the angular functions sin 2 α , cos 2 α and sin 3 α , cos 3 α .

Gemäß Abb. 2 erfolgt die Bildung der Winkelfunktion sin2 α unter Verwendung eines elektronischen Multiplizierers 15 aus den Spannungen 2sinα und 2cosa. Die Winkelfunktion cos2 α wird aus den Spannungen 2sinα und 2cosα unter Verwendung eines elektronischen Multiplizierers 16 erzeugt, dem je eine elektronische Addierstufe 17 und 18 vorgeschaltet ist. Die mathematischen Gleichungen für diese Vorgänge sind:According to Fig. 2, the angular function sin 2 α is formed using an electronic multiplier 15 from the voltages 2 sin α and 2 cos a . The angular function cos 2 α is generated from the voltages 2 sin α and 2 cos α using an electronic multiplier 16 , which is preceded by an electronic adder 17 and 18 . The mathematical equations for these processes are:

sin2 α = 2 · sinα · cosα
cos2 α = 2 · sin (α + 45°) · cos (α + 45°)sin 2 α = 2 · sin α · cos α
cos 2 α = 2sin ( α + 45 °) cos ( α + 45 °)

Die in Abb. 3 dargestellte Schaltung für die 3. Harmonische erzeugt die Winkelfunktionen sin3 α, cos3 α unter Verwendung der elektronischen Potenzierstufen 19, 20 sowie der Addier- bzw. Subtrahierstufen 21, 22 nach der Beziehung:The circuit for the 3rd harmonic shown in Fig. 3 generates the angular functions sin 3 α , cos 3 α using the electronic potentiating stages 19, 20 and the adding or subtracting stages 21 , 22 according to the relationship:

sin3 α = 3 · sinα - 4 · sin³α
cos3 α = 4 · cos³α - 3 · cosα sin 3 α = 3 · sin α - 4 · sin³ α
cos 3 α = 4 · cos³ α - 3 · cos α

Die Winkelfunktionen sinα, cosα . . . sinna, cosnα werden von der Einrichtung 10 (Abb. 1) Recheneinheiten 11 für die Frequenzanalyse sowie Modulatoren 12 für die Kompensation zugeführt. Ein Schalter 14 aktiviert diesen Kreis beim ersten Spindelumlauf, worauf beim zweiten Spindelumlauf über einen Schalter 13 der Summierstufe 6 die Kompensationsspannungen für die höheren Harmonischen der Grundwelle zugeführt werden. Das kompensierte Meßergebnis wird dann nach Verstärkung im Meßverstärker 7 angezeigt.The angular functions are sin α , cos α . . . Sinn a , cosn α are supplied by the device 10 ( FIG. 1) to computing units 11 for frequency analysis and modulators 12 for compensation. A switch 14 activates this circuit during the first spindle revolution, whereupon the compensation voltages for the higher harmonics of the fundamental wave are supplied via a switch 13 of the summing stage 6 during the second spindle revolution. The compensated measurement result is then displayed in amplifier 7 after amplification.

Bei der in Abb. 4 dargestellten Einrichtung ist mit der Präzisionsspindel 3 statt des sin/cos-Gebers 8 ein inkrementaler Impulsgeber 9 für Vorwärts- und Rückwärtszählung verbunden.In the device shown in Fig. 4, the precision spindle 3 instead of the sin / cos encoder 8 is connected to an incremental pulse generator 9 for up and down counting.

An diesen Impulsgeber 9 sind Multiplizierer 31, 32, 33 usw. angeschlossen, die zur Erzeugung von Kompensationsspannungen für die höheren Harmonischen der Grundwelle dienen, und die die Vielfachen (α, 2 α . . . nαf) der Winkelwerte  α der Spindelumdrehung ermitteln. Mit diesen Multiplizierern 31, 32, 33 usw. sind sin/cos-Festwertspeicher 34, 35, 36 usw. verbunden.Multipliers 31, 32, 33 etc. are connected to this pulse generator 9 , which serve to generate compensation voltages for the higher harmonics of the fundamental wave and which determine the multiples ( α , 2 α... N α f) of the angle values α of the spindle revolution . Sin / cos read-only memories 34, 35, 36 etc. are connected to these multipliers 31, 32, 33 etc.

Die weitere Verarbeitung der Winkelfunktionen sinα, cosα . . . sinnα, cosnα erfolgt wie bereits anhand von Abb. 1 beschrieben.The further processing of the angular functions sin α , cos α . . . Sinn α , cosn α takes place as already described with reference to Fig. 1.

Claims (2)

1. Einrichtung zur elektrischen Kompensation harmonischer Komponenten einer mechanischen Größe, die bei der Abtastung der Oberfläche eines durch eine Spindel gedrehten Meßobjektes mittels eines elektromechanischen Wandlers als elektrische Meßgröße gewonnen wird, die eine der Exzentrizität von Meßobjekt und Spindel entsprechende Grundwelle sowie den Gestaltabweichungen des Meßobjektes entsprechende höhere Harmonische dieser Grundwelle enthält, wobei ein Kompensationsspannungsgeber vorgesehen ist, der ein mit der Spindel umlaufendes Element enthält und eine der Grundwelle entsprechende Kompensationsspannung erzeugt,

• a) das mit der Spindel (2) umlaufende Element des Kompensationsspannungsgebers wird durch einen inkrementalen Impulsgeber (9) für Vorwärts- und Rückwärtszählung gebildet;
• b) an den Impulsgeber (9) angeschlossene Einrichtungen zur Erzeugung von Kompensationsspannungen für die höheren Harmonischen der Grundwelle enthalten Multiplizierer (32, 33 . . .), die die Vielfachen (2 a, 3 α . . . nα) der Winkelwerte (α) der Spindelumdrehung ermitteln, sowie mit diesen Multiplizierern verbundene sin/cos-Festwertspeicher (35, 36 . . .).

1.Device for the electrical compensation of harmonic components of a mechanical variable which is obtained by scanning the surface of a test object rotated by a spindle by means of an electromechanical transducer as an electrical measured variable which corresponds to a basic wave corresponding to the eccentricity of the test object and spindle and to the shape deviations of the test object contains higher harmonics of this fundamental wave, a compensation voltage transmitter being provided which contains an element rotating with the spindle and which generates a compensation voltage corresponding to the fundamental wave,

• a) with the spindle ( 2 ) rotating element of the compensation voltage generator is formed by an incremental pulse generator ( 9 ) for up and down counting;
• b) Devices connected to the pulse generator ( 9 ) for generating compensation voltages for the higher harmonics of the fundamental wave contain multipliers ( 32, 33 ...), which multiples ( 2 a , 3 α ... n α ) of the angle values ( α ) of the spindle revolution and the sin / cos read-only memory ( 35, 36 ...) connected to these multipliers.

2. Einrichtung zur elektrischen Kompensation harmonischer Komponenten einer mechanischen Größe, die bei der Abtastung der Oberfläche eines durch eine Spindel gedrehten Meßobjektes mittels eines elektromechanischen Wandlers als elektrische Meßgröße gewonnen wird, die eine der Exzentrizität von Meßobjekt und Spindel entsprechende Grundwelle sowie den Gestaltabweichungen des Meßobjektes entsprechende höhere Harmonische dieser Grundwelle enthält, wobei ein Kompensationsspannungsgeber vorgesehen ist, der einen mit der Spindel umlaufenden sin/cos- Geber enthält und eine der Grundwelle entsprechende Kompensationsspannung erzeugt, gekennzeichnet durch eine an den sin/cos- Geber (8) angeschlossene, aus Multiplizierern (15, 16), Addierstufen (17, 18, 21, 22) und Potenzierstufen (19, 20) bestehende Einrichtung (10) zur Erzeugung der Winkelfunktionen sin2 α, cos2 α . . . sinnα, cosnα aus den Winkelfunktionen sinα, cosα der Winkelwerte (α) der Spindelumdrehung zur Erzeugung von Kompensationsspannungen für die höheren Harmonischen der Grundwelle.2.Device for the electrical compensation of harmonic components of a mechanical variable which is obtained by scanning the surface of a test object rotated by a spindle by means of an electromechanical transducer as an electrical measured variable which corresponds to a basic wave corresponding to the eccentricity of the test object and the spindle and to the shape deviations of the test object contains higher harmonics of this fundamental wave, a compensation voltage transmitter being provided which contains a sin / cos encoder rotating with the spindle and which generates a compensation voltage corresponding to the fundamental wave, characterized by a multiplier ( 8 ) connected to the sin / cos encoder ( 8 ). 15, 16 ), adding stages ( 17, 18, 21, 22 ) and potentiating stages ( 19, 20 ) existing device ( 10 ) for generating the angular functions sin 2 α , cos 2 α . . . Sinn α , cosn α from the angular functions sin α , cos α of the angular values ( α ) of the spindle rotation to generate compensation voltages for the higher harmonics of the fundamental wave.