DE2622048C2 - Verfahren und Einrichtung zum Bohren einer Bohrung im elektrischen Mittelpunkt eines Winkellage-Meßgrößenumformer-Elements - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (11) des Bezugs-Rotorelementes (10) gegenüber dessem elektrischen Mittelpunkt (43) merklich exzentrisch versetzt wird, daß die Exzentrizitätsfehler- Signalkomponente in eine x- und eine >-Komponente durch Abtasten der Fehlersignalkomponente an Punkten, die voneinander um 90° beabstandet sind und den Zeitpunkten entsprechen, die bei Durchgang des elektrischen Mittelpunktes des Rotorelementes durch die x- und> >-Achse vorliegen, aufgeteilt wird, und daß die x- und ^-Komponenten angezeigt werden.

2. Einrichtung zum Bohren einer Bohrung im elektrischen Mittelpunkt eines Winkellage-Meßgrö- so ßenumformer-Elementes, mit Halteeinrichtungen (14), die ein zu bohrendes Statorelement-Werkstück (13) und ein Bezugs-Rotorelement (10) in bezug zueinander haltern, einem Antrieb (12), der eines der Elemente bezüglich des jeweils anderen EIe- SS mentes mit konstanter Drehzahl um eine Drehachse

(11) dreht, einer Signalerzeugungsschaltung (15,37), die mit einem der Elemente (10,13) verbunden ist, wobei im jeweils anderen Element (10) ein Signal induziert wird, einer Signalverarbeitungsschaltung '71^ der das induzierte Si°ns! zu°sfuhrt wi^rd uⁿd die aus diesem eine Exzentrizitätsfehler-Signalkomponente ableitet, die eine auftretende Exzentrizität des Statorelement-Werkstückes (13) bezüglich der Drehachse (11) angibt, einer Anzeigeeinrichtung (23,24) zum Anzeigen der auftretenden Exzentrizität und Antriebseinrichtungen (21,22), die das Statorelement-Werkstück (13) entlang der x- und y- Achse verschieben, bis die angezeigte Exzentrizität Null wird, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (11) des Bezugs-Rotorelements (16) gegenüber dessem elektrischen Mittelpunkt merklich exzentrisch versetzt ist und daß die Signalverarbdtungsschaltung (71) mit einer Fehlersignal-Auflösungsschaltung (72) verbunden ist, die eine Schaltung zum Abtasten der Exzentrizitätsfehler-Signalkomponente an vorgewählten Punkten (A, B, C, D) ihres Zyklus aufweist, mit einem Schaltungsteil (97) zur Erzeugung von Tastimpulsen zu Zeitpunkten, wenn die Winkellage des elektrischen Mittelpunktes (43) des Bezugs-Rotorelementes (10) mit den x- und ^-Achsen übereinstimmt, und mit Schaltungsteilen (114,116) zur Momentanspeicherung der abgetasteten Werte der Exzentrizitätsfehler-Signalkomponente, wobei diese Werte die x- und ^-Komponenten der Exzentrizitätsfehler-Signalkomponente sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtungen (21,22), die das Statorelement-Werkstück (13) verschieben, automatische Betätigungseinrichtungen aufweisen, die mit der Fehlersignal-Auflösungsschaltung (72) verbunden sind und das Statorelement-Werkstück (13) in Abhängigkeit der x- undj>-Komponenten, die nicht gleich Null sind, entlang der x- und ^-Achsen verschieben.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungsteil zur Erzeugung der Tastimpulse einen Impulszähler (97), der Impulse von der Signalerzeugungsschaltung (37) zur Zählung erhält und eine Zeitsteuerung der Intervalle zwischen den Tastimpulsen durchführt, und Feststelleinrichtungen (96, 106, 107) für die Drehstellung des Bezugs-Rotorelementes (10) aufweist, die eine Markierung (96) auf einer Halterungseinrichtung für das Bezugs-Rotorelement (10) an einer Winkellage, die etwa der seines elektrischen Mittelpunkts (43) entspricht, und einen Fühler (107) umfaßt, der sich an einer der χ-und^-Achsen befindet und das Passieren der Markierung feststellt, wobei die Feststelleinrichtungen (96,106,107) den Impulszähler (97) auf einen vorgegebenen Wert zurücksetzen, wenn die Markierung (96) und damit der elektrische Mittelpunkt (43) des Bezugs-Rotorelementes (10) durch eine der x- und ^-Achsen laufen, und der Impulszähler (97) danach die Impulse zählt, bis der elektrische Mittelpunkt (43) des Bezugs-Rotorelementes (10) wieder durch eine der x- und j>-Achsen läuft.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungsteil zur Erzeugung der Tastimpulse weiterhin von Hand zu betätigende Schalter (135), welche mit dem Impulszähler (97) verbunden sind, aufweist, um einen Lagefehler der Markierung (96) auszugleichen, so daß, wenn die Markierung (96) nicht genau winkelmäßig zum elektrischen Mittelpunkt (43) des Bezugs-Rotorelementes (10) ausgerichtet ist, diese- Ungeaeuigkeit durch Einstellen der Schalter (135) ausgeglichen wird.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Einrichtung der in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2 genannten Art.

Bei einem solchen, der US-PS 3492 721 entnehmbaren Verfahren wird ein Rotorelement-Werkstück mit konstanter Drehzahl um eine Drehachse gedreht, während ein Bezugs-Statorelement auf dem Reitstock einer Drehbank in deren Längsrichtung verschiebbar angeordnet ist. Die Wicklungen des Bezugs-Statorelementes sind mit einer Anzeigeeinrichtung verbunden. Das Rotorelement-Werkstück ist in Richtungen von x- und ^-Achsen, die senkrecht zur Drehachse verlaufen, verschieblich, um gegenüber dem Bezugs-Statorelement ausgerichtet zu werden. Mit dem Rotoreiement-Werkstück ist eine Signalerzeugungsschaltung verbunden, um dieses mit einem Hochfrequenzsignal zu erregen und dadurch ein entsprechendes Signal im Bezugs-Statorelement zu erzeugen, das nach einer geeigneten Signalverarbeitung, die im einzelnen nicht angegeben ist, von der Anzeigeeinrichtung angezeigt wird, um die jeweilige Exzentrizität des elektrischen Mittelpunktes des Rotorelement-Werkstückes von der Drehachse anzugeben. Das Rotorelement-Werkstück wird dann längs der x- und j>-Achse so lange verschoben, bis die von der Anzeigeeinrichtung angezeigte Exzentrizität gleich Null ist. Obwohl bei diesem bekannten Verfahren das Bohren eines Rotorelement-Werkstückes nach Maßgabe eines Bezugs-Statorelementes im einzelnen erläutert ist, können mit dem bekannten Verfahren selbstverständlich auch Statorelement-Werkstücke nach Maßgabe eines Bezugs-Rotorelementes gebohrt werden.

Aus der DE-AS 2207224 ist ein fehlergesichertes inkrementales Wegmeßsystem insbesondere an einer Waage bekannt, bei dem zwei gegeneinander um 93° phasenverschobene Impulssignale erzeugt werden, die die Relativbewegung zwischen einem Abtastfühler und einer Markierungen aufweisenden Skala angibt. Die Impulse dieser Signale werden in einem Zähler gezählt, dem ein Richtungsdiskriminator vorgeschaltet ist, der ein Vorwärtszählen oder Rückwärtszählen in Abhängigkeit davon befiehlt, ob die Flanken des einen oder des anderen Impulssignals den Flanken des jeweils anderen oder einen Impulssignals voreilen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß eine Exzentrizität des elektrischen Mittelpunktes gegenüber der Drehachse eines zu bohrenden Werkstückes auch dann noch sicher festzustellen ist, wenn diese Exzentrizität nur gering ist. Außerdem solle eine einfache Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden.

Bei einem Verfahren der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei einer Einrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 2 genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 2 angegebenen Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Einrichtung zeichnen sich dadurch aus, daß die Drehachse des Bezugs-Rotorelementes gegenüber dessem elektrischen Mittelpunkt merklich exzentrisch versetzt wird, um auch dann noch ein relativ großes Fehlersignal erzeugen zu können, wenn der elektrische Mittelpunkt des Statorelement-Werkstückes nur noch eine geringe Exzentrizität zur Drehachse hat. Die aufgrund der Signalverarbeitung des induzierten Signals gewonnene Exzentrizitätsfehler-Signalkomponente wird in x- und ^-Komponenten aufgelöst, die dann getrennt angezeigt werden, um das Statorelement-Werkstück z. B.

von Hand längs der x- und y- Achse zu verschieben und solange auszurichten, bis die angezeigten x- und y-Komponenten gleich Null werden. Andererseits können aber auch die x- undy-Komponenien der Exzentris zitätsfehler-Signalkomponente an automatische Betätigungseinrichtungen gegeben weiden, die eine selbsttätige Ausrichtung des Statorelement-Werkstückes bewirken.
Die Auflösung der Exzentrizitätsfehler-Signalkomponente in x- und ^-Komponenten wird durch Abtasten der Fehlersignalkomponente an Punkten durchgeführt, die voneinander um 90 ° beabstandet sind und den Zeitpunkten entsprechen, die bei Durchgang des elektrischen Mittelpunktes des Rotorelementes durch die x- und jK-Achse vorliegen.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Im einzelnen zeigt:

Fig. 1 eine teilweise perspektivische und teilweise schematische Darstellung der wichtigsten Bauteile und Einzelheiten der erfindungsgemäßen Einrichtung,
F i g. 2 ein Blockschaltbild der in F i g. 1 dargestellten Einrichtung,

F i g. 3 eine schematische Ansicht eines Rotorelementes und einer Rotorhalte rung der in F i g. 1 dargestellten Einrichtung in einem Querschnitt senkrecht zur Drehachse der Rotorhalterung,

Fig. 4a bis 4e typische Signalformen an verschiedenen Schaltungspunkten in der in Fig. 2 dargestellten Schaltung und

Fig. 5 bis 12 ins einzelne gehende Schaltungsdarstellungen von Schaltungsteilen, die in der in Fig. 2 dargestellten elektrischen Schaltung enthalten sind.

Das Verfahren und die Einrichtung dienen zur lagemäßigen Festlegung des »elektrischen Mittelpunktes« eines Elementes eines Winkellagen-Meßumformers, so daß das Element an dieser Stelle gebohrt werden kann.

Der elektrische Mittelpunkt ist der Punkt, um den sich eine symmetrische Gruppe leitender Streifen auf einem Meßgrößenumformer-Element drehen sollte, damit die elektrischen Fehler, die auf Grund der Exzentrizität der Streifengruppierung auftreten, möglichst klein sind.

Der elektrische Mittelpunkt entspricht nicht immer genau dem optischen oder geometrischen Mittelpunkt der Gruppierung, weil die Größen der leitenden Streifen oder der Abstand zwischen ihnen schwanken kann. Die Exzentrizität der Meßgrößenumformer-Elemente kann deren Genauigkeit wesentlich beeinflussen, da diese Elemente so arbeiten, daß ein Signal, das — üblicherweise durch Induktionsvorgänge von einem Element auf das andere übertragen wird — sich periodisch ändert, wenn ein Element bezüglich des anderen EIementes gedreht wird. Die Exzentrizität der Elemente kann zusätzlich zu den periodischen Änderungen, durch die die relative Winkellage gemessen wird, unerwünschte Signalschwankungen verursachen.
Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Verfahren wird ein Bezugs-Rotorelement (im weiteren Rotor) 10 mit vorgegebener Drehzahl von einem Motor 12 und einem Getriebe bzw. mit einer Übersetzung um eine Drehachse 11 gedreht und ein Statorelement-Werkstück 13, das gebohrt werden soll, ist in einer beweglichen Halterung 14 in einer Arbeitslage bezüglich des Rotors gehalten. Das Werkstück erhält ein Signal von einem eine Signalerzeugungsschaltung bildenden Hochfrequenz-Signalgenerator 15 zugeleitet. Ein ent-

entsprechendes Signal wird im Rotor 10 induziert und in einer Fehlernachweis- und Auflösungsschaltung 17 analysiert, die Signale bereitstellt, welche die waagerechten und senkrechten x- und .y-Komponenten der Exzentrizität des Werkstückes 13 bezüglich der s Drehachse U des Rotors 10 wiedergeben.

Die Halterung 14 läßt sich in waagerechter (x)-Richtung und in senkrechter (y)-Richtung verschieben und die x- und ^-Fehler oder Komponentensignale der Fehler-Nachweis- und Auflösungsschaltung 17, die an den Leitungen 18 und 19 auftreten, können direkt Betätigungseinrichtungen 21 bzw. 22 zugeleitet werden, die die Halterung 14 in x- und ^-Richtung verschieben, bis die Fehlersignale Null sind. Die x- und .y-Fehlersignale können auch einer Anzeigeeinrichtung, beispielsweise den Anzeigegeräten 23 und 24 zugeleitet werden und eine Bedienungsperson kann dann die Halterung 14 verschieben, bis die Anzeigeeinrichtungen eine Null-Anzeige, d. h. keinen Exzentrizitätsfehler mehr anzeigen. Wenn das Werkstück 13 an einer Stelle mit Null-Exzentrizität liegt, wird ein Bohrwerkzeug 26, das sich um die Drehachse 11 des Rotors 10 dreht, auf das Werkstück zu bewegt und die Mittelbohrung bohrt.

Mit dem Verfahren lassen sich Winkellagen-Meßgrößenumformer verschiedenster Art herstellen. Ein EIe- 2s ment eines üblichen Meßumformers weist jedoch die in Fig. 1 dargestellte Form des Rotors 10 und des Stators 13 auf. Das Meßgrößenumformer-Element, also entweder der Rotor 10 oder der Stator 13 besteht aus einer flachen Scheibe aus elektrisch isolierendem Material mit mehreren radialen, leitenden Streifen 27, die auf einer Seite der Scheibe in einen ringförmigen Bereich gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Die Streifen sind elektrisch in Reihe geschaltet und bilden eine Endlos-Windung. Die Streifen 27 und deren Verbindungen werden üblicherweise durch ein Photoätzverfahren oder ein ähnliches Verfahren ausgebildet und die Zahl der Streifen 27 hängt von der gewünschten Winkelauflösung des fertiggestellten Meßgrößenumformers ab. Normalerweise ist der Rotor 10 und der Stator 13 auf derselben Achse ausgerichtet, so daß eine relative Drehung durchgeführt werden kann und einem der Elemente wird ein Hochfrequenzsignal zugeführt. Das im anderen Element induzierte Signal weist dann eine Amplitude auf, die von der relativen Winkellage der Streifen 27 der beiden Elemente abhängt, d. h. die relative Drehung verursacht einen Amplitudenänderungs-Zyklus im induzierten Signal für jede inkrementelle Winkellagenänderung. Durch elektrische Analyse des induzierten Signales kann daher die rela- so tive Winkellage mit einer Auflösung erhalten werden, die von der Zahl der leitenden Streifen 27 auf Rotor 10 und Stator 13 abhängt.

Der Hochfrequenz-Signalgenerator 15 (vgl. Fig. 1) kann auch über die Leitung 28 direkt mit dem Stator verbunden sein, diese Verbindung muß jedoch mit einer sich drehenden Windung hergestellt werden, um das im Rotor 10 induzierte Signal zu erhalten. Zu diesem Zwecke können Schleifring- und Bürstenkontakte verwendet werden. Die Schleifringe und Bürstenkontakte können jedoch zu elektrischem Rauschen und elektrischen Störsignalen führen, die ein auf Grund der Exzentrizität auftretendes Fehlersignal stören könnten. Daher ist der Rotor 10 bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit einem Drehtransformator 31 verbunden, der eine, mit dem Rotor elektrisch verbundene, drehbare Wicklung 32 aufweist Die stationäre Wicklung 33 des Drehtransformators 21 ist über die Leitung 34 mit der Fehlernachweis- und Auflösungsschaltung 17 verbunden.

Drehtransformatoren sind auch unter der Bezeichnung Dynamo und Einankerumformer für Wechselstrom-Wechselstrom bekannt. Die Wicklungen 32 und 33 sind üblicherweise um getrennte Hälften eines Zentralkernes gewickelt, wobei die Hälften durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind. Die Wicklungen

32 und 33 sind über einen Magnetkreis miteinander gekoppelt, der den Zentralkern und die End- und Seitenflächen der beiden Zylinderhälften, die die Wicklungen umgeben, umfaßt. Obgleich im Magnetkreis ein kleiner Luftspalt vorhanden ist, wird das im Rotor 10 induzierte Signal von der Wicklung 32 auf die Wicklung

33 des Drehtransformators 31 ohne wesentliche Verluste und ohne nachweisbare Verzerrungen oder Störungen übertragen.

Wie aus der nachfolgenden Beschreibung noch deutlich wird, ist es wesentlich, daß hier ein einziger Taktgeber 37 (vgl. Fig. 1) zur Synchronisation verwendet wird. Der Taktgeber 37 steht über die Leitung 38 mit dem Hochfrequenz-Signalgenerator 17, über die Leitung 40 mit einem Drehzahlregler 39 und über die Leitung 41 mit der Exzentrizitäts-Fehlernachweis- und Auflösungsschaltung 17 in Verbindung. Die Erzeugung des Trägersignals, der Fehlernachweis und die Fehlerauflösung sowie die Drehzahl des Rotors 10 werden daher mit dem gleichen Taktgeber 37 getaktet bzw. zeitlich gesteuert.

Ein wichtiges Merkmal ist nicht in Fig. 1, sondern in Fig. 3 dargestellt. Dieses wichtige Merkmal besteht darin, daß der Rotor 10 mit seinem elektrischen Mittelpunkt, der mit 43 bezeichnet ist, bezüglich der Drehachse exzentrisch gedreht wird. Der Grund hierfür besteht darin, daß die Exzentrizität von einem von Rotor oder Stator keinen wesentlichen Einfluß auf das Signal ausübt, das von einem Element im anderen induziert wird. Wenn der Rotor 10 beispielsweise zur Drehachse 11 genau konzentrisch, der Stator 13 jedoch nicht konzentrisch liegt, wirkt sich die Exzentrizität des Stators in jedem Teil der Rotorwindung nacheinander aus. Jeder Teil wird jedoch gleich beeinflußt und es tritt kein endgültiger Effekt in der in Reihe geschalteten Rotorwindungen auf. Natürlich ergibt sich auf Grund der Exzentrizität des Stators eine Verringerung des induzierten Signales, aber es tritt keine Signalkomponente, die die Exzentrizität des Stators wiedergibt, bei einer ganzen Umdrehung auf. Wenn der Rotor bezüglich der Drehachse 11 jedoch auch exzentrisch ist, tritt im induzierten Rotorsignal eine Signalkomponente pro ganzer Umdrehung auf. Der größte Wert der bei einer ganzen Umdrehung auftretenden Komponente ist bezüglich der Drehachse 11 des Rotors 10 direkt proportional zur Exzentrizität des Stators 13 und der momentane Wert der Komponente ändert sich entsprechend der relativen Winkellage der Exzentrizität von Rotor und Stator etwa sinusförmig.

Es wird ein Hochfrequenz-Trägersignal dem zu bohrenden Werkstück bzw. Stator 13 zugeleitet, in einem mit konstanter Drehzahl laufenden Rotor 10 induziert und mit den Lageangaben moduliert. Das heißt, die zyklische Amplitude ändert sich auf Grund der Änderungen in der elektromagnetischen Kopplung zwischen dem Stator und dem Rotor, wenn sich der Rotor dreht. Das induzierte Signal wird weiterhin durch eine bei einer ganzen Umdrehung auftretenden Komponente moduliert, die nur auf Grund der Exzentrizität des Stators 13 bezüglich der Drehachse 11 auftritt Die Exzen-

trizität-Fehlernachweis- und Auflösungsschaltung 17, die nachfolgend anhand von F i g. 2 im einzelnen erläutert wird, trennt die pro ganzer Umdrehung auftretende Komponente vom induzierten Rotorsignal und löst diese Komponente in zwei zueinander senkrecht stehende Komponenten auf, die dann der x- und der y-Betätigungseinrichtung 21 und 22 oder der x- und y-Anzeigeeinrichtung 23 und 24 zugeleitet werden.

Die mechanischen Merkmale der Bohreinrichtung sind hier von untergeordneter Bedeutung und werden daher nicht näher erläutert. Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, ist die Halterung 14 beispielsweise so angebracht, daß sie sich in der x- und y-Richtung, d. h. in einer senkrecht zur Drehachse 11 liegenden Ebene mit bei Werkzeugmaschinen bekannten Einrichtungen verschieben läßt. Solche Einrichtungen besitzen üblicherweise von Hand zu betätigende Einstell- und Steuerungselemente 43 und 44, um die Verschiebung in der x- bzw. ^-Richtung durchzuführen. Das Bohrwerkzeug 26 ist üblicherweise an einer Drehspindel 46 angebracht, die auf der Drehachse 11 verschiebbar ist, wie dieses durch den Pfeil 47 angedeutet ist. Die Halterung 14 weist vorteilhafterweise einen geeigneten Klemmbackenmechanismus 48 bzw. ein Futter 48 auf, aus dem der Stator schnell entfernt werden kann, wobei das Futter bzw. die Klemmbacken 48 über geeignete Gestänge und Verbindungen 49 pneumatisch oder hydraulisch betätigt werden können.

In Fig. 2 sind die wesentlichsten Teile der Fehlernachweis- und Auflösungsschaltung 17 (vgl. Fig. 1) als Blockschaltbild dargestellt. Wie bereits erwähnt, wird ein einziger Taktgeber 37 zur Synchronisation der verschiedenen Funktionen, Arbeitsschritte und Vorgänge verwendet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Taktgeber 37 einen Kristalloszillator 51 auf, der mit einer Frequenz von 1,92 MHz arbeitet, wobei eine Frequenzteilerkette 62 in herkömmlicher, digitaler Bauart Ausgangsimpulse mit 480 kHz an der Leitung 38, Ausgangsimpulse mit 400 Hz an der Leitung 41 und Ausgangsimpulse mit 25 Hz an der Leitung 40 erzeugt. Die tatsächlich verwendeten Frequenzen sind hier natürlich von untergeordneter Bedeutung.

Die in Fig. 2 dargestellten Kästchen, beispielsweise die Frequenzteilerkette 62, sind in üblicher Weise ausgebildet. Die genauer dargestellten Schaltungsteile, die hier verwendet werden können, sind in den F i g. 5 bis 12 dargestellt und sollen nachfolgend beschrieben werden.

Die Taktimpulse von 480 kHz werden dem Hochfrequenz-Signalgenerator 16 über die Leitung 38 und dann dem Stator 13 über die Leitung 28 zugeführt. Der Hoch- so frequenz-Signalgenerator 16 weist eine übliche Bauform auf. Er enthält einen abgestimmten Kreis 63,' an den über die Leitung 38 Rechteckimpulse von 480 kHz gelangen, und welcher ein an der Leitung 64 auftretendes, im wesentlichen sinusförmiges Signal mit dersel- ben Grundfrequenz erzeugt Das an der Leitung 64 liegende Ausgangssignal wird vom Verstärker 66 verstärkt, und über die Leitung 67 einem Tiefpaßfilter 68 zugeleitet, der die restlichen harmonischen Frequenzen aus dem Ausgangssignal ausfiltert, bevor es dem Stator 13 über die Leitung 28 zugeleitet wird.

Das im Rotor 10 induzierte Hochfrequenzsignal wird der Fehlernachweis- und Auflösungsschaltung 17 (Fig. 1) über einen Drehtransformator 31 zugeführt, wie dieses bereits beschrieben wurde. Die in F i g. 2 dargestellte Fehlernachweis- und Auflösungsschaltung kann in eine Fehlernachweisschaltung 71, die durch ein gestricheltes Kästchen umgeben ist, und in eine Fehler- Auflösungsschaltung, die durch das gestrichelte Kästchen 72 umgeben ist, aufgeteilt sein.

Die Fehlernachweisschaltung 71 enthält einen Hochfrequenzverstärker 73, der über die Leitung 34 mit dem Drehtransformator 31 verbunden ist, einen Demodulator 74, einen Niederfrequenzverstärker 76, einen Zweiwege-Gleichrichter 77, ein Zwischenfilter 78, ein abgestimmtes Filter 79 und eine Empfindlichkeitseinstellung 81, wobei alle diese Schaltungselemente in der angegebenen Reihenfolge über die jeweiligen Leitungen 82 bis 87 in Reihe geschaltet sind. Der Hochfrequenzverstärker 73 ist räumlich möglichst nahe am Rotor 10 angeordnet, da das induzierte Signal relativ schwach ist. Das vom Hochfrequenzverstärker 73 bereitgestellte, verstärkte Ausgangssignal wird dem Demodulator 74 über die Leitung 82 zugeleitet, der die Hochfrequenzkomponenten abtrennt und nur die Signalschwankungen im Signal beläßt, die aufgrund von Winkellage-Änderungen des Rotors 10 und aufgrund von möglichen pro ganzer Umdrehung auftretenden Effekten der Statorexzentrizität herrühren. Der Demodulator 74 erhält ein Bezugs-Trägersignal vom Taktgeber 37 zugeleitet, das über die Leitung 88 an den Demodulator 74 gelangt. Wenn die Exzentrizitäts-Komponente beispielsweise negativ ist, so kann das dem Demodulator 74 über die Leitung 82 bereitgestellte Eingangssignal durch die in F i g. 4(a) gezeigte Kurve dargestellt werden, d. h. es besteht aus einem mit einer Sinusschwingung 91 amplitudenmodulierten Trägersignal 89. Das an der Leitung 83 auftretende Ausgangssignal des Demodulators 74 kann durch die in Fig. 4(b) gezeigte Kurve dargestellt werden, die lediglich eine Sinusschwingung ist. Natürlich wurde aus Darstellungsgründen in Fig. 4 ein anderer Maßstab gewählt. Die Frequenz des Trägersignals 89 ist um einige lOOmal größer als die Frequenz, die auf Grund inkrementeller Winkellageänderungen auftritt.

Angenommen, es tritt eine Fehlersignal-Komponente auf, die auf Grund der Exzentrizität des Stators 13 entsteht, dann ist das an der Leitung 83 auftretende, demodulierte Signal ähnlich dem in Fig. 4(c) dargestellten Signal, d. h., das auf Grund der Winkellageänderungen entstehende sinusförmige Signal wird seinerseits durch die pro ganzer Umdrehung auftretende Exzentrizitätskomponente 92 amplitudenmoduliert. Auch hier sei bemerkt, daß der Zeitmaßstab von Fig. 4(c) der Darstellung halber verändert wurde; denn es treten normalerweise einhundert oder mehr Winkel-Inkremente pro Drehung des Rotors 10 auf und nicht so wenige, wie sie in der Figur dargestellt sind.

Das Ausgangssignal des Demodulators 74 wird dem Niederfrequenzverstärker 76 über die Leitung 83 zugeleitet. Das Signal an dieser Schaltungsstelle weist im wesentlichen die in Fig. 4(c) dargestellte Form auf und da der Rotor 10 mit 6,25 Umdrehungen pro Sekunde gedreht wird und die Zahl der schrittweisen Änderungen pro Umdrehung normalerweise etwa 100 oder mehr ist, liegt die sich ergebende Signalfrequenz nach der Demodulation im Niederfrequenz- bzw. im Tonfrequenzbereich.

Nach Verstärkung des Niederfrequenzsignales muß das Signal nochmals demoduliert werden, damit die »Lageangaben«, die auf Grund der inkrementellen Winkellageänderungen zustande kommen, abgetrennt werden. Diese zweite Demodulation wird durch den Zweiwege-Gleichrichter 77 bewirkt, der das niederfrequenzverstärkte Signal über die Leitung 84 zugeführt erhält und an der Leitung 85 ein gleichgerichtetes, jedoch

nicht gefiltertes Signal bereitstellt, das in Fig. 4(d) dargestellt ist.

Der Ausgang des Gleichrichters 77 steht über die Leitung 85 mit dem Zwischenfilter 78 in Verbindung, das die meisten Harmonischen des vom Gleichrichter 77 bereitgestellten Ausgangssignale ausfiltert. Der Zwischenfilter 78 steht seinerseits über die Leitung 86 mit dem abgestimmten Filter in Verbindung, das lediglich die pro ganzer Umdrehung auftretende Exzentrizitätskomponente 92 [vgl. Fig. 4(c)] durchläßt. Das Filter 79 ist genau auf die Frequenz abgestimmt, mit der sich der Rotor 10 dreht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt diese Frequenz 6,25 Hz. Alle anderen Frequenzen einschließlich der Gleichspannungskomponente werden abgetrennt und das an der Ausgangsleitung 87 des abgestimmten Filters 79 auftretende Signal ist bezüglich der Null-Bezugsachse symmetrisch, wie dieses aus Fig. 4(e) hervorgeht.

Das letzte Bauteil der Fehlernachweisschaltung 71 ist die Empfmdlichkeitseinstellung 81, die im wesentlichen aus einem in Reihe geschalteten, veränderlichen Widerstand in der Leitung 87 besteht. Bis zu diesem Schaltungspunkt wurde das Exzentrizitäts-Fehlersignal, das in F i g. 4(e) dargestellt ist, nachgewiesen und isoliert, es muß jedoch noch in eine Form umgewandelt werden, die zu Steuerung der Statorlage herangezogen werden kann, so daß der Exzentrizitätsfehler ganz verhindert wird. Dieser Schritt wird durch die Auflösungsschaltung 72 durchgeführt, die nachfolgend im einzelnen beschrieben werden soll.

Der Rotor 10 weist eine an ihm angebrachte Winkellagen-Markierung 96 auf, wie dieses am besten aus Fig. 3 zu ersehen ist, die die Winkellage des Punktes mit größter Exzentrizität des Rotors 10 angibt. Die Aufgabe der Auflösungsschaltung 72 besteht darin, die in Fig. 4(e) dargestellte Exzentrizitäts-Signalkomponente an vier um jeweils 90 ° beabstandeten Punkten abzutasten, die mit A, B, C bzw. D bezeichnet sind. Die Abtastung A erfolgt bei Durchgang des Punktes größter Rotorexzentrizität durch die positive χ-Achse, die Abtastung B beim Durchgang des Punktes durch die positive y-Achse, die Abtastung C beim Durchgang des Punktes durch die negative x-Achse und die Abtastung D beim Durchgang des Punktes durch die negative y-Achse.

Aus F i g. 4(e) ist ersichtlich, daß dann, wenn die Winkellage der Statorexzentrizität bezüglich der positiven x-Achse mit # bezeichnet wird und #wie üblich von der positiven x-Achse gegen den Uhrzeigersinn gemessen wird, und wenn E die größte Amplitude der in F i g. 4(e) dargestellten sinusförmigen Exzentrizitäts-Fehlerkomponente ist, die Abtastungen A bis D die Werte E cos &, E sin ΰ, -E cos ϋ bzw. -E sin ϋ haben. Natürlich erhält man die x-Achsenkomponente des Exzentrizitätsfehlers aus der Abtastung A oder der Abtastung C und die .y-Achsenkomponente aus der Abtastung B oder aus der Abtastung D.

Bei der dargestellten Ausführungsform werden die Tastimpulse für die Abtastungen A bis D vom Tastimpulsgenerator 97 erzeugt, die an den jeweiligen Ausgangsleitungen 98 bis 101 auftreten. Der Tastimpulsgenerator 97 besitzt als wesentliches Bauteil einen (in Fig. 2 nicht dargestellten) Zähler, dem Zählimpulse mit 400 Hz über die Leitung 41 von der Frequenzteilerkette 62 des Taktgebers 37 zugeführt werden, sowie einen (nicht dargestellten) Decoder, der die erforderlichen Tastimpulse erzeugt, wenn der Zähler die Zählerwerte erreicht, die den 90-Grad-Intervallen entsprechen. Der Zähler des Tastimpulsgenerators 97 wird durch ein an der Leitung 104 auftretendes Signal zurückgesetzt. Dieses Signal wird in einer Triggerschaltung 106 in Abhängigkeit eines schwachen Signales erzeugt, das von einem Rotorlagefühler 107 bereitge-S stellt wird, wenn die Markierung 96 am Fühler vorbeiläuft. Das vom Fühler 107 bereitgestellte Signal wird über die Leitungen 108 der Triggerschaltung 106 zugeleitet.
Während des normalen Betriebes setzt dann, wenn

ίο der Punkt größter Rotorexzentrizität durch die positive x-Achse geht, ein Rücksetzimpuls auf der Leitung 103 den Tastimpulsgenerator 97 auf Null zurück. Dadurch wird sofort der Tastimpuls A an der Leitung 98 erzeugt und der Tastimpulsgenerator 97 zählt dann die entspre-

IS chende Zahl von Impulsen weiter, bis die nachfolgenden B, C und B-Impulse erzeugt werden. Die Leitungen 98 bis 101 stehen mit vier entsprechenden Verknüpfungsgliedern 110 bis 113, nämlich jeweils mit dem A-Verknüpfungsglied 110, dem B -Verknüpfungsglied 111, dem C-Verknüpfungsglied 112 und dem ^-Verknüpfungsglied 113 in Verbindung. Diese Verknüpfungsglieder führen zusammen mit den beiden Momentanwertspeichern bzw. den Abfrage- und Speichergliedern 114 und 116 zu geeigneten Zeitpunkten die Abtastung des Exzentrizitäts-Signales durch.

Das detektierte und isolierte Exzentrizitäts-Fehlersignal auf der Leitung 87 wird von einem weiteren Verstärker 117 verstärkt und dann den C- und D-Gliedern 112 und 113 über die Leitungen 118 bzw. 119 als Eingangssignale zugeführt. Das verstärkte Signal wird weiterhin über die Leitung 121 einem Inverter 122 zugeleitet, dessen Ausgang über die Leitung 123 bzw. 124 mit dem Λ-Glied 110 bzw. mit dem 5-Glied Ul verbunden ist. Die Ausgänge der A- und C-Glieder UO und 112 sind beide mit einem Momentanwertspeicher 114 über die Leitungen 126 bzw. 127 verbunden und die Ausgänge der B- und !»-Glieder Ul und 113 liegen über die Leitungen 128 bzw. 129 am anderen Festwertspeicher 116. Auf diese Weise wird der erste Momentanwertspeieher 114 durch die Tastimpulse A und C angesteuert und speichert einen Wert, der der χ-Achsen-Komponente des Exzentrizitätsfehlers entspricht. Wegen des Inverters 122 und auf Grund der Verbindungen der A- und C-Verknüpfungsglieder HO und 112 ist der im ersten Momentanwertspeicher 114 gespeicherte Wert die x-Achsen-Exzentrizitätskorrektur und nicht der x-Achsen-Exzentrizitätsfehler und dieser gespeicherte Korrekturwert kann direkt einem x-Achsen-Lage-Servomechanismus oder -Betätigungsglied 21 zugeleitet werden, der automatisch arbeitet und den Stator 13 auf der x-Achse verschiebt, bis derx-AchsenfehlerNull ist. In entsprechender Weise speichert der zweite Momentanwertspeicher 16 die ji-Achsen-Komponente der Exzentrizitätskorrektur, die direkt dem j>-Achsen-Lage-Servomechanismus oder -Betätigungsglied 22 zugeleitet wird.

Die Momentanwertspeicher 114 und 116 können auch mit den jeweiligen Zähleranzeigeeinrichtungen 23 und 24 verbunden sein. Dafür können herkömmliche Meßanzeigegeräte oder gemäß dem in Fig. 12 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Reihe von Anzeigelampen verwendet werden. Die in F i g. 12 dargestellte Anzeigeeinrichtung besitzt einen Spannungsteiler 131, mehrere Spannungsvergleicher 132 und eine gleiche Anzahl von Anzeigeelementen 133, beispielsweise lichtemittierende Dioden. Der Spannungsteiler 131 liegt mit seinem Mittelpunkt an Masse und weist an seinen Enden Spannungen mit gleichem

Spannungswert, j edoch entgegengesetzter Polarität auf. Die zwischen den beiden Polaritäten liegenden Spannungen werden am Spannungsteiler abgegriffen und einem Eingang der jeweiligen Spannungsvergleicher 132 zugeleitet. Das Fehlersignal fur die x- odery-Achse, s das mit 18 oder 19 bezeichnet wird, wird dem anderen Eingang der jeweiligen Vergleicher 132 zugeleitet und die Ausgänge der Vergleicher stehen mit den jeweiligen lichtemittierenden Dioden 133 in Verbindung. Wenn die Fehlerspannung Null ist oder Massepotential aufweist, erzeugen alle Vergleicher 132 ein Ausgangssignal und alle lichtemittierenden Dioden leuchten auf, so daß dadurch angezeigt wird, daß eine Exzentrizität Null vorliegt. Wenn jedoch eine Fehlerspannung auftritt, werden einige der lichtemittierenden Dioden 133 nicht erregt und eine Bedienungsperson muß den Stator 13 (vgl. Fig. 1) in der richtigen Richtung verschieben, bis alle lichtemittierenden Dioden aufleuchten.

Bei der Beschreibung des Tastimpulsgenerators 97 (vgl. F i g. 2) wird angenommen, daß die Markierung 96 an der richtigen Stelle angebracht ist, und zwar an der Stelle, an der der Rotor 10 die größte Exzentrizität aufweist. Um zu vermeiden, daß bei der Herstellung bzw. beim Anbringen der Markierung eine zu große Genauigkeit erforderlich ist, weist die bevorzugte Ausfuhrungsform Einrichtungen auf, um eine eventuell auftretende Diskrepanz zwischen der Markierung 96 und dem tatsächlichen Punkt mit der größten Rotorexzentrizität auszugleichen bzw. zu korrigieren. Diese Korrektur kann beispielsweise dadurch durchgeführt werden, daß derauf der Leitung 104 auftretende Rücksetzimpuls den Zähler im Tastimpulsgenerator 27 nicht auf Null, sondern auf einen anderen Wert zurücksetzt, der einer WinkeldifFerenz zwischen der Lage der Markierung 96 und dem Punkt größter Rotorexzentrizität entspricht. Dieser Winkelfehler ist in Fig. 3 durch das Bezugszeichen 134 angedeutet Der Tastimpulsgenerator 97 enthält übliche Zähler-Schaltungsteile, die ermöglichen, daß der Rücksetzimpuls den Zähler auf irgendeinen gewünschten Wert setzt, und zwar entsprechend der Einstellung mehrerer Erdungsschalter, die in Fig. 2 in Form eines einzigen Schalters 135 schematisch dargestellt sind.

Wie bereits früher erwähnt wurde, wird die Motordrehzahl des Motors 12, der den Rotor 10 dreht, von einem Drehzahlregler 39 genau eingestellt, dem ein 25 Hz-Taktimpuls vom Taktgeber 37 über die Leitung 40 zugeleitet wird. Der Drehzahlregler 39 enthält als Hauptkomponenten einen PLL-Schaltkreis 137 und eine Verstärkerstufe 138. Der PLL-Schaltkreis 137 erhält ein Rotor-Drehzahlsignal vom Rotor-Drehzahlmesser 139 über die Leitung 141 zugeführt und ändert unter Mitwirkung der Verstärkerstufe 138 das Tastverhältnis der Feldwicklung des Motors 12, dem ein rechteckformiger, das Magnetfeld erzeugender Strom zugeleitet wird, so daß sich die richtigen Drehzahländerungen ergeben, die erforderlich sind, um den Motor mit konstanter Drehzahl laufen zu lassen.

Ein weiteres Merkmal der in Fig. 2 dargestellten Schaltung besteht darin, daß das gleichgerichtete Ausgangssignal des Gleichrichters 77, das auf der Leitung 85 auftritt, auch einem weiteren Tiefpaßfilter 146 über die Leitung 147 zugeleitet wird, in dem alle Wechselstromkomponenten des Signales einschließlich der pro ganzer Umdrehung auftretenden Komponente ausgeflltert werden, so daß lediglich ein mittlerer Gleichstromwert übrigbleibt, der das mittlere Modulationssignal wiedergibt, das im Rotor 10 induziert wird. Dieser mittlere Wert gelangt über die Leitung 148 an eine automatische Pegelregelschaltung 149, die diesen Wert mit einem an der Leitung 151 auftretenden Gleichspannungs-Bezugswert vergleicht. Das sich ergebende Differenzsignal gelangt über die Leitung 152 an den abgestimmten Kreis 63. Die Leitung 152 führt also einen Rückkopplungsweg zum abgestimmten Kreis 63 zurück und stellt sicher, daß das von? Rotor 10 kommende Fehlersignal stabil bzw. konstant ist.

Wie bereits früher erwähnt wurde, können die zuvor beschriebenen Schaltungsteile, insbesondere die in Fig. 2 enthaltenen Schaltungsteile, auf verschiedene Weise ausgebildet und ausgeführt werden. Selbstverständlich können in integrierter Bauweise ausgebildete Baukomponenten bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltung verwendet werden.

Fig. 5 zeigt eine ins einzelne gehende Schaltungsanordnung des Taktgebers 37, bei dem der Kristalloszillator 61 und die Frequenzteilerkette 62 durch gestrichelte Linien umrandet sind.

In Fig. 6 ist eine ins einzelne gehende Schaltungsanordnung des Hochfrequenz-Signalgenerators 16 (vgl. Fig. 1) zusammen mit der automatischen Pegel-Regelstufe 149 und dem zugehörigen Tiefpaßfilter 146 dargestellt.

Fig. 7 zeigt die Schaltungsanordnung des Hochfrequenzverstärkers 73. In Fig. 8 ist die Schaltungsanordnung des Demodulators 74, des Niederfrequenzverstärkers 76 und des Zweiwege-Gleichrichters 77 dargestellt. Fig. 9 enthält die Fehlernachweisschaltung mit den beispielsweise verwendeten Schaltungselementen des Zwischenfilters 78, des abgestimmten Filters 79 und der Empfindlichkeitseinsteliung 81 zusammen mit dem Verstärker 147 und dem Inverter 122. In F i g. 9 ist weiterhin eine Abschneide-Stufe 150 dargestellt, die das Fehlersignal auf einen gewählten höchsten Wert begrenzt. Sonst könnte die Übersteuerung des Verstärkers 117 ein falsches Ausgangssignal hervorrufen.

In Fig. 10 sind die Einzelheiten des Tastimpulsgenerators 97 zusammen mit der zugehörigen Triggerschaltung 106, den Verknüpfungsgliedern 110 bis 113 und den Momentanwertspeichern 114 und 116 dargestellt. Schließlich gibt Fig. 11 die Einzelheiten des Motordrehzahlreglers 39 (vgl. F i g. 1) und F i g. 12 ein Beispiel für eine Fehleranzeigevorrichtung an.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Bohren einer Bohrung im elektrischen Mittelpunkt eines Winkellage-MeBgrößen- s umformer-Elements, mit folgenden Verfahrensschritten:

— Drehen eines Bezugs-Rotorelementes mit konstanter Drehzahl um eine Drehachse,

— Haltern eines zu bohrenden Statorelement-Werkstückes in bezug auf das Rotorelement,

— Erregen des Statorelementes mit einem Hochfrequenzsignal und dadurch Induzieren eines entsprechenden Signales im Rotorelement,

— Demodulieren des im Rotorelement induzierten Signales, um ein Zwischensignal zu erhalten, das eine lageabhängig^ Komponente mit Amplitudenänderungen, welche aufgrund von inkrementellen Änderungen in der Winkellage des Rotors zustande kommen, und eine Exzentrizitätsfehler-Signalkomponente mit einem Amplitudenzyklus aufweist, der jeweils einer Umdrehung des Rotors entspricht,

— Gleichrichten und Filtern des Zwischensignales, um dadurch die Exzentrizitätsfehler-Signalkomponente zu erhalten,

— Anzeigen der Exzentrizitätsfehler-Signalkomponente,

— Verschieben des Statorelement-Werkstückes entlang der x- und .y-Achse, bis die Exzentrizitätsfehler-Signalkomponente Null wird, und

— Bohren des Statorelement-Werkstückes mit Einrichtungen, die sich um die Drehachse des Rotorelementes drehen,