-
Längenänderungsaufnehmer für Werkstoff-Prüf-
-
maschinen Die Erfindung betrifft einen Längenänderungsaufnehmer für
Werkstoff-Prüfmaschinen mit zwei gegeneinander verstellbaren, die Probe aufnehmenden
Probenhaltern und mit zwei auf einer Führung verschiebbaren Schlitten mit darauf
angeordneten Meßfühlern, bei dem die Meßfühler als unter Druck an die Probe anlegbare
und mit dieser verstellbare, mechanische Abtastorgane ausgebildet sind.
-
Ein derartiger Längenänderungsaufnehmer für Werkstoff-Prüfmaschinen
dieser Art ist durch die DT-AS 10 84 938 bekannt.
-
Dabei sind auf der Probe zwei Meßmarken angebracht und die Bedienungsperson
muß die beiden Schlitten mit den starren Meßfühlern den Meßmarken auf der Probe
während des Versuchs manuell nachführen. Die Verstellung der Schlitten kann dabei
auch über manuell gesteuerte Hilfsantriebe erfolgen.
-
Dieser bekannte Längenänderungsaufnehmer für Werkstoff-Prüfmaschinen
befriedigt für die Längenänderungsmessung, wie sie bei den verschiedensten Zugversuchen
an Proben erforderlich ist, nicht. Da die Bedienungsperson stets zwei Meßpunkte
beobachten und die Meßfühler entsprechend der Verstellung dieser Punkte nachführen
muß, ist diese Längenänderungsmessung stets mit subjektiven Fehlern behaftet. Diese
Fehler sind um so größer, da die Meßpunkte sich bei dem Zugversuch nicht gieich
schnell und zudem auch ungleichförmig verstellen.
-
Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, die manuelle Nachführung
der Schlitten zu vermeiden. So ist ein Längenänderungsaufnehmer für Werkstoff-Prüfmaschinen
bekannt, bei dem starre Meßfühler kraftschlüssig mit der Probe verbunden werden
und zwar im Abstand der Anfangsmeßlänge. Die starren Meßfühler übertragen bei diesem
Längenänderungsaufnehmer auch die Verstellkräfte für die Schlitten, so daß eine
manuelle Nachführung derselben entfällt.
-
Dieser bekannte Längenänderungsaufnehmer ist für klemmempfindliche
Proben ungeeignet, da die Klemmkraft der Meßfühler an der Probe wesentlich größer
sein muß als die Verschiebekraft für die Schlitten. Außerdem ist bei einer Drehlagerung
der Meßfühler der Einstellbereich der Anfangsmeßlänge und/oder der maximale Verstellweg
der Meßfühler nicht groß genug, um die unterschiedlichsten Proben untersuchen zu
können.
-
Um den Nachteil der groBen Klemmkräfte der Meßfühler an der Probe
zu vermeiden, ist auch schon ein Längenänderungsaufnehmer mit einem optischen Abtastsystem
geschaffen worden, wie das DT-GM 70 38 315 zeigt. Die auf der Probe aufgebrachten
Meßmarken
werden über einen Lichtstrahl abgetastet, wobei das reflektierte Licht das Meßsignal
liefert. Aus den Meßsignalen werden die Nachführsignale für die Schlitten abgeleitet.
-
Ein derartiger berührungslos messender optischer Längenänderungsaufnehmer
scheint auf den ersten Blick gerade für klemmempfindliche Proben mit kleinen Bruchkräften
optimal zu sein. Es hat sich in der Praxis jedoch gezeigt, daß mit diesen Meßfühlern
einige Probleme nicht oder nur unbefriedigend gelöst werden können.
-
In jedem Fall müssen auf den Proben Meßmarken angebracht werden. Dies
erfordert eine zusätzliche Bedienungsmaßnahme, die die Prüfzeit verlängert und damit
die Prüfleistung der Werkstoff-Prüfmaschine verringert. Dabei gibt es für das Aufbringen
der Meßmarken mehrere Möglichkeiten: Die Meßmarken können auf die Probe aufgestempelt
werden.
-
Die verwendete Stempelfarbe muß auf der Probe haften. Die Haftung
wird aber durch die chemische Zusammensetzung und die Oberflächenstruktur der Probe
stark beeinflußt. Bei gewölbten, harten Proben ist das Aufbringen der Meßmarken
sehr schwierig. Die Stempelfarbe muß außerdem gleichmäßig decken, da sonst die optischen,
vom Meßsystem erkannten Mitten von den geometrischen Mitten der Meßmarken abweichen,
und so die Meßlänge verfälschen können. Zwischen der Stempel farbe und der Proben
farbe muß außerdem eine ausreichend große Hell-Dunkel-Differenz bestehen. Dies läßt
sich nur bei sehr hellen und sehr dunklen Proben ohne Schwierigkeiten erreichen.
Bei Proben mit mittleren Helligkeiten müssen die Meßmarken daher zweifarbig aufgebracht
werden, um
einen ausreichend großen Kontrast zwischen der Meßmarke
und ihrer Umgebung zu erzielen. Ein weiterer Nachteil der aufgestempelten Meßmarken
besteht darin, daß mit zunehmender Probendehnung die Farbintensität der Meßmarke
und gegebenenfalls auch der Umgebung der Meßmarke abnimmt. Praktische Erfahrungen
haben gezeigt, daß mit aufgestempelten Meßmarken nur Dehnungen bis zu etwa 500%
einigermaßen sicher gemessen werden können.
-
Die Meßmarken können auch aus stark reflektierenden Klebestreifen
ausgestanzt und auf die Proben aufgeklebt werden.
-
Gute Ergebnisse bei der Dehnungsmessung wurden mit derartigen, aufklebbaren
Meßmarken bei Gummiproben erzielt. Die Größe und die Farbintensität der Meßmarken
verändern sich während des Zugversuchesicht. Die Kleber können zum Teil Dehnungen
bis zu 800 % aufnehmen. Ein Nachteil dieser Meßmarken ist jedoch, daß die Kleber
nicht auf jedem Werkstoff und bei jeder Temperatur haften. Außerdem bestehen Schwierigkeiten
bei Proben mit gekrümmter Oberfläche, weii nur ein begrenzter Teil des einfallenden
Lichtes reflektiert wird.
-
Es sind auch schon runde und quadratische Plättchen mit aufgedruckten
Hell-Dunkel-Markierungen als wieder verwendbare Meßmarken mechanisch auf der Probe
festgeklemmt worden. Dies kann gegebenenfalls speziell auf die Probenform und die
Anfangsmeßklänge abgestimmte Meßmarken erfordern.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Längenänderungsaufnehmer für Werkstoff-Prüfmaschinen
der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, daß das umständliche und problematische
Aufbringen
von Meßmarken auf die Proben entfallen kann, daß alle Arten von Proben mit vernachlässigbarer
Anpreßkraft bei kleinen und großen Anfangsmeßlängen und bei ausreichend großem maximalem
Meßweg gemessen werden können und daß der Längenänderungsaufnehmer trotzdem ohne
optisches Meßsystem auskommt und die Nachführung der Schlitten ohne zusätzliche
Belastung der Probe ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Anlagekraft
der Meßfühler jeweils nur auf die maximale Stellkraft zur Verstellung der mechanischen
Abtastorgane ausgelegt ist und daß die mechanischen Abtastorgane mit mechanisch-elektrischen
Wandlern gekoppelt sind, deren von der Verstellung der Abtastorgane abhängige Ausgangssignale
über Verstärkereinrichtungen Antriebe ansteuern, die die Schlitten entsprechend
nachführen. Die mechanischen Meßfühler dieser Art benötigen nur geringe Stellkräfte,
so daß die Anpreßkräfte an die Probe vernachlässigbar klein gehalten werden kann.
Mit dem neuen Längenänderungsaufnehmer können daher auch klemmempfindliche Proben
untersucht werden. Da die mit der Probe verstellbaren Meßfühler selbst die Meßmarken
darstellen, entfallen alle eingangs erwähnten Nachteile, die mit dem Aufbringen
und Abtasten von zusätzlich auf die Proben aufgebrachten Meßmarken zusammenhängen.
Die mechanischen Abtastorgane können so klein ausgelegt werden, daß auch sehr kleine
Anfangsmeßlängen eingestellt werden können. Das Einführen derartiger Meßfühler in
eine Temperaturkammer, in der die Probenhalter angeordnet und verstellbar sind,
bereitet keine Schwierigkeiten, da ein sehr schmaler Schlitz
in
der Kammerwand ausreicht. Dieser Schlitz kann schmäler sein als bei einem optischen
Meßsystem, da bei diesem bei kleinen Meßlängen die Lichtquelle als Sender und die
Fotozelle als Empfänger nebeneinander angeordnet sein müssen.
-
Der Schlitz muß bei optischem Meßsystem daher so breit sein, daß eine
unzulässige Beeinflussung des Temperaturprofils in der Temperaturkammer nicht mehr
ausgeschlossen werden kann.
-
Die mechanischen Abtastorgane brauchen geringe Stellkräfte, da sie
nur die Eingangsgröße der nachgeschalteten mechanischelektrischen Wandler erzeugen
müssen. Aus den elektrischen Ausgangssignalen der Wandler können über die nachgeschalteten
Verstärkereinrichtungen leistungsstarke Nachführsignale für die Antriebe der Schlitten
abgeleitet werden, ohne daß dadurch eine zusätzliche Belastung der Probe auftritt.
-
Die mechanischen Abtastorgane dieser Art haben überdies den Vorteil,
daß sie automatisch an die Probe angelegt werden können. Über die Antriebe der Schlitten
kann zudem die Anfangsmeßlänge automatisch vorgegeben und eingestellt werden, was
das Arbeiten mit dem neuen Längenänderungsaufnehmer stark vereinfacht und erleichtert.
-
Ein symmetrisches Abtastsystem ergibt sich nach einer Ausgestaltung
dadurch, daß jeder Meßfühler aus einem Paar von mechanischen Abtastorganen besteht,
die von zwei einander gegenüberliegenden Seiten an der Probe anliegen. Die Anpreßkräfte
wirken dann so auf die Probe ein, daß diese in keiner Weise verformt werden kann.
-
Die Ableitung der mechanischen Eingangsgrößen für die mechanisch-elektrischen
Wandler kann so vorgenommen werden, daß die mechanischen Abtastorgane elastisch
und entsprechend verformbar sind und daß die Verformungen der Abtastorgane als mechanische
Eingangsgrößen für die mechanischelektrischen Wandler verwendet sind, oder daß die
mechanischen Abtastorgane starr und auf den Schlitten drehbar gelagert sind und
daß die Auslenkwege der Abtastorgane als Eingangsgrößen für die mechanisch-elektrischen
Wandler verwendet sind.
-
Die Abtastorgane können nach einer Ausgestaltung auch zur Feinstmessung
zu Beginn des Versuches ausgenützt werden.
-
Dazu ist vorgesehen, daß die Amplituden der elektrischen Ausgangs
signale der mechanisch-elektrischen Wandler den mechanischen Eingangsgrößen der
Abtastorgane direkt proportional sind. Damit diese Proportionalität nicht gestört
wird, ist die Ausgestaltung so, daß die mechanischelektrischen Wandler auf den Schlitten
befestigt sind.
-
Die Nachführkreise für die Schlitten sind mit als Servoantriebe ausgebildeten
Antrieben versehen, um unverfälscht über die Stellung der Schlitten direkt ein Maß
für den Abstand der durch die mechanischen Abtastorgane gegebenen Meßmarken zu erhalten.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des neuen Längenänderungsaufnehmers
ist dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ausgangssignale der mechanisch-elektrischen
Wandler einer Logikschaltung zur Ableitung von Meßwerten, Korrektursignalen oder
dgl. zugeführt sind. Das so gewonnene Ausgangssignal
der Logik
kann einer Anzeigeeinrichtung zur Anzeige des Meßwertes zugeführt oder zur Korrektur
des Meßsignals verwendet werden.
-
Für verschiedene Anwendungen ist es erwünscht, daß die mechanischen
Abtastorgane die mechanisch-elektrischen Wandler nicht ansteuern. Diese Ansteuerung
läßt sich einfach dadurch verhindern, daß die mechanischen Abtastorgane der Meßfühler
auf den Schlitten arretierbar sind.
-
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiel eines Längenänderungsaufnehmers für eine Werkstoff-Prüfmaschine
näher erläutert.
-
Die Werkstoff-Prüfmaschine hat die beiden Probenhalter PH1 und PH2,
in denen die Probe P eingespannt wird. Um Dehnungs-und Bruchmessungen durchführen
zu können,ist mindestens einer dieser Probenhalter gegenüber dem anderen Probenhalter
verstellbar.
-
Auf der Führung F sind über die Kugellager KL1 und KL2 die beiden
Schlitten S1 und S2 verstellbar. Die Verstellung der Schlitten S1 und S2 erfolgt
über die Servoantriebe A1 und A2, denen elektrische Stellsignale zugeführt werden.
-
Bei dem neuen Längenänderungsaufnehmer für die Werkstoff-Prüfmaschine
kommt es nun darauf an, daß die Steuerung der Antriebe A1 und A2 praktisch ohne
zusätzliche Belastung der Probe, jedoch in Abhängigkeit der Änderung der Anfangsmeßlänge
Lo der Probe P beim Zugversuch erfolgt.
-
An die Probe P werden vor dem Zugversuch die beiden Meßfühler MF1
und MF2 im Abstand der Anfangsmeßlänge Lo angelegt. Jeder der Meßfühler MF1 bzw.
MF2 besteht aus zwei mechanischen Abtastorganen mit Schneiden B1 bzw. B2, die unter
Druck an der Probe P und zwar auf einander gegenüberliegenden Seiten anliegen. Diese
mechanischen Abtastorgane sind in den Lagern D1 und D2 z.B. drehbar auf den Schlitten
S2 und S2 gelagert. Die freien Enden der mechanischen Abtastorgane sind, wie die
Wirkpfeile andeuten, mit den mechanisch-elektrischen Wandlern W1 und W2 gekoppelt.
Diese Wandler W1 und W2 sind auf den Schlitten S1 und S2 befestigt und werden mit
diesen auf der Führung F verstellt.
-
Die Schneiden B1 und B2 der Meßfühler MF1 und MF2 liegen nur mit einer
Kraft an der Probe P an, die ausreicht, die Meßfühler MF1 und MF2 bei der maximalen
Dehnung der Probe P ohne Schlupf mitzunehmen. Da die mechanischen Abtastorgane klein
ausgelegt werden können, erfordern sie auch wenig Stellkraft, um der Änderung der
Anfangsmeßlänge Lo folgen zu können. Darüber hinaus werden die Schlitten S1 und
S2 entsprechend dieser Längenänderung nachgeführt, so daß selbst bei Dehnungen bis
zu 1000 % der Anfangsmeßlänge Lo die Verstellwege der mechanischen Abtastorgane
klein bleiben. Dies bedeutet wiederum entsprechend kleine Stellkräfte und demzufolge
auch kleine Anpreßkräfte an der Probe P.
-
Diese kraftarme mechanische Abtastung der Probe P kann daher auch
bei klemmempfindlichen Proben ohne Nachteil angewendet werden, da die leistungsstarken
Stellsignale für die Schlitten aus den Ausgangssignalen der Wandler abgeleitet
werden.
Die mechanischen Abtastorgane brauchen daher keine Stellkräfte auf die Schlitten
übertragen.
-
Die Eingangsgrößen der mechanisch-elektrischen Wandler W1 und W2 können
aus den Verformungen, den Auslenkungen oder dgl. der mechanischen Abtastorgane abgeleitet
werden. Dabei wird eine Proportionalität zwischen der mechanischen Eingangsgröße
und der Amplitude des elektrischen Ausgangssignals bevorzugt, um zu Beginn des Versuches
auch eine Feinstmessung bei der Längenänderung mit sehr großer Genauigkeit durchführen
zu können.
-
Die elektrischen Ausgangssignale der Wandler W1 und W2 werden über
die Verstärkereinrichtungen V1 und V2 verstärkt den Servoantrieben A1 und A2 der
Schlitten S1 und S2 zugeführt, die demzufolge solange nachgeführt werden, bis das
Abtastorgan und der zugeordnete Schlitten wieder die Ausgangszuordnung einnehmen.
Die Verstellung der Schlitten S1 und S2 über die Servoantriebe Al und A2 kann z.B.
über Gewindespindeln W1 und W2 Schnurantriebe oder dgl. in beiden Richtungen erfolgen.
-
Die beiden Ausgangssignale der Wandler W1 und W2 können zusätzlich
einer Logikschaltung L zugeführt werden, die daraus z.B. ein Korrektursignal A für
die Meßsignale ableiten kann.
-
Es ist leicht einzusehen, daß bei dem Längenänderungsaufnehmer die
Anfangsmeßlänge Lo durch entsprechende Steuersignale für die Antriebe Al und A2
automatisch vorgegeben und eingestellt werden kann. Dies bringt eine wesentliche
Vereinfachung bei der Bedienung der Werkstoff-Prüfmaschine.
-
Auch die mechanischen Abtastorgane können nach der Voreinstellung
der Anfangsmeßlänge Lo automatisch an die Probe P angelegt werden. Dazu sind eigene
Stelleinrichtungen vorgesehen, die vorzugsweise elektrisch ansteuerbar sind. Mit
Hilfe dieser Stelleinrichtungen können die mechanischen Abtastorgane mit dem erforderlichen
Druck an die Probe P angelegt und wieder von dieser abgehoben werden. Dieses Abheben
von der Probe P kann z.B. auch beim Bruch der Probe P.
-
automatisch unter gleichzeitiger Stillsetzung der Antriebe Al und
A2 veranlaßt werden.