CH337758A - Elektrischer Abtastkopf für schablonengesteuerte Maschinen - Google Patents

Description

  Merton Oswald Bassett, Schenectady (N. Y., USA), ist als Erfinder genannt worden    Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen  elektrischen Abtastkopf für schablonengesteuerte  Maschinen.  



  Es werden derartige Maschinen benötigt, um  Ausschnitte beliebiger, aber jeweils nach einem Weg  von 360  zum Anfang zurückkehrender Kontur in  geeigneten Werkstücken herzustellen. Die Erfindung  bezweckt die Schaffung eines verbesserten Abtast  kopfes hierfür, welcher zwei Paare von mit Magnet  kernen versehenen     Primärwicklungen    aufweist, die in  zwei rechtwinklig zueinander stehenden Ebenen und  symmetrisch um eine Mittelachse angeordnet sind.

    Kennzeichnend ist hierbei, dass eine mit einem Ma  gnetkern versehene Sekundärspule längs dieser Achse  angeordnet und aus derselben durch einen Fühlstift  auslenkbar ist, wobei, wenn diese Paare von Primär  spulen an um     90o    phasenverschobenen Bezugsspan  nungsquellen angeschlossen sind, deren gemeinsame  Wirkung auf die Sekundärwicklung bei Auslenkung  des Fühlstiftes die Induzierung eines Vektorsummen  signals ergibt, dass das von der Grösse und der Rich  tung der Auslenkung abhängig ist.  



  Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nach  stehend anhand der Fig. 1 bis 3 näher beschrieben.  Hiervon zeigt:  Fig. 1 ein perspektivisches schematisches Prin  zipbild des Abtastkopfes,  Fig. 2 einen Axialschnitt durch eine Konstruk  tion des Abtastkopfes längs der Linie 2-2 in Fig. 3  und  Fig. 3 einen Querschnitt durch den Abtastkopf  nach Fig. 2 längs der Linie 3-3.  



  Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Abtastkopf  besitzt ein rohrförmiges Gehäuse 1, eine vordere  Deckplatte 2 und eine rückwärtige Bodenplatte 3.  Das vorzugsweise zylindrische Gehäuse 1 besteht aus    einem     unmagnetischen    Material, etwa aus Messing  oder Aluminium.  



  Innerhalb des Gehäuses 1 sind zwei erste Ma  gnetkerne 4, 5 an der Wandung befestigt, die vor  zugsweise U-förmige Gestalt besitzen und aus einem  Material mit guten magnetischen Eigenschaften, etwa  aus     Siliziumstahl,    bestehen. Zwischen den einander  zugekehrten Polschenkeln der beiden Magnetkerne 4  und 5 ist ein Luftspalt vorgesehen. Die Magnetkerne  sind durch geeignete Mittel, etwa die Maschinen  schrauben 6 und 7, am Gehäuse angebracht und  gegen Verdrehung mittels der Federplatten 8 und 9,  deren Aussenränder beim Festziehen der Schrauben  6, 7 gegen die Innenseite des Gehäuses 1 gepresst  werden     (Fig.    3), gesichert.

   Die beiden Magnetkerne  4 und 5 sind derart angeordnet, dass ihre magneti  schen Achsen einer gemeinsamen Ebene angehören  und die einander zugekehrten Polschenkel aufeinan  der ausgerichtet sind. Auf den beiden vom Joch senk  recht abstehenden Polschenkeln jedes U-förmigen  Magnetkernes ist je ein Teil einer Primärwicklung  angebracht, und zwar die Spulen 10 und 11 auf dem  Magnetkern 4 und die Spulen 12 und 13 auf dem  Magnetkern 5.  



  Innerhalb des Gehäuses 1 sind ferner zwei wei  tere Magnetkerne 14, 15 mit einem Luftspalt zwi  schen den einander zugekehrten Polschenkeln be  festigt. Vorzugsweise sind diese Magnetkerne 14, 15  gleich ausgeführt wie die Magnetkerne 4 und 5, mit  tels der Schrauben 16 bzw. 17 am Gehäuse 1 an  gebracht und durch die Federplatten 18 bzw. 19  gegen Verdrehen gesichert. Die Anordnung ist derart  getroffen, dass die magnetischen Achsen der Kerne  14 und 15 einer gemeinsamen Ebene angehören, die  senkrecht zu der Ebene der magnetischen Achsen  der Magnetkerne 4, 5 gerichtet ist und dieselbe in  einer Linie schneidet, die angenähert parallel zu den      magnetischen Achsen der Joche der vier Magnet  kerne verläuft und von diesen angenähert gleichen  Abstand besitzt.

   Also sind die Magnetkerne 4, 5, 14  und 15 weitgehend symmetrisch zu der Schnittlinie  der von ihren magnetischen Achsen gebildeten Ebe  nen angeordnet. Auf den Polschenkeln des     U-för-          migen    Magnetkernes 14 sind die beiden Primärwick  lungsteile 20 und 21 (Spulen) angebracht, ebenso die  Primärwicklungsteile 22 und 23 auf den Polschen  keln des Magnetkernes 15.  



  Die obere Deckplatte 2 besitzt einen einsprin  genden Abschnitt 2a geringeren Durchmessers, der  in das Gehäuse 1 eingepresst ist und auf einer innern  Eindrehung la aufsitzt. An der Deckplatte 2 ist mit  tels der Schrauben 24 der Fuss 25 des Fühlstiftes  angebracht, der sich innerhalb des Gehäuses 1 er  streckt, mit seinem andern Ende durch eine kreis  runde Öffnung in der Bodenplatte 3 hindurchragt  und ausserhalb des Gehäuses 1 ein Klemmbacken  futter 26 trägt. Ein Tastorgan 27, bestimmt zum  Entlanggleiten auf einer Schablone, ist im Klemm  backenfutter 26 festgeklemmt. Der Fuss 25 besteht  vorzugsweise aus einem steifen, aber elastischen  Material, etwa aus Chrommolybdänstahl. Infolge sei  ner Elastizität kann der Fühlstift aus seiner axialen  Ruhelage in jeder Richtung radial ausgelenkt werden.

    Am     obern    Ende ist der Fuss 25 mit einem verdickten  Teil 25a von quadratischem Querschnitt versehen,  an dem mittels Schrauben ein Magnetkern 28 mit  seiner einen Stirnfläche     ?.8a    befestigt ist, während  an seiner andern Stirnfläche der     -Schaft    des Klemm  backenfutters 26 angeschraubt ist. Der Magnetkern  besteht aus einem Material hoher magnetischer Per  meabilität, etwa aus Siliziumstahl. Auf dem Magnet  kern 28 ist eine     Sekundärwicklung    29 vorgesehen.  



  Die Primärwicklungen 10, 11 bzw. 12, 13 auf  den Magnetkernen 4 bzw. 5 sind mit den Anschlüs  sen 30 und 31 verbunden -und werden über diesel  ben seitens einer Bezugswechselspannung gespeist.  Die in Fig. 1 angegebene Hintereinanderschaltung  dieser Spulen ist nicht unbedingt notwendig, gewähr  leistet aber, dass in allen Spulen der gleiche Strom  fliesst. Ferner müssen nicht unbedingt zwei Spulen  pro Magnetkern vorhanden sein, vielmehr können  beide zu einer einzigen Wicklung vereinigt werden.  Bei Verwendung zweier Spulen, von denen je eine  auf den aufrechten Polschenkeln angeordnet ist, er  gibt sich jedoch die günstigste Raumausnützung und  eine gedrängte Bauweise.  



  In entsprechender Weise sind die Primärwicklun  gen 20, 21 und 22, 23 hintereinandergeschaltet und  mit den Anschlüssen 32 und 33 verbunden, über  welche sie mit einer gegenüber der Referenzspan  nung an den Anschlüssen 30 und 31 um 90  phasen  verschobenen Wechselspannung seitens einer geeig  neten Spannungsquelle gespeist werden. Die Aus  gangsanschlüsse 29a, 29b für die Signalspannung der  Sekundärwicklung 29 sowie die Anschlüsse 30, 31,  32 und 33 für die Bezugswechselspannung bzw. die  um 90  phasenverschobene Wechselspannung sind im    Kabelstecker 34 angeordnet, der seinerseits mittels  der Schrauben 35 am Gehäuse 1 angebracht ist. Zur  Befestigung des Abtastkopfes dienen die Gewinde  löcher 36 in der obern Deckplatte 2.  



  Die Wicklungen 10, 11 und 12, 13 sind derart  miteinander verbunden, dass beim Auftreten der  Bezugswechselspannung an den Anschlüssen 30, 31  der Fluss F1 im stationären Magnetkern 4 und im  beweglichen Magnetkern 28 in einem bestimmten  Zeitpunkt in Richtung der Pfeile 37, 38 und 39 ver  läuft, während die Richtung des Flusses F2 im Ma  gnetkern 5 und dem beweglichen Magnetkern 28  durch die Pfeile 40, 41 und 42 angegeben ist. Be  findet sich der bewegliche Magnetkern 28 in seiner  axialen Ruhelage, dann sind die Magnetflüsse F1  und F2 gleich gross und heben sich gegenseitig auf,  so dass der resultierende Fluss Null ist. Ebenso wer  den beim Auftreten einer um     90     verschobenen  Spannung zur Speisung der Primärwicklungen 20, 21  und 22, 23 in den stationären Magnetkernen 14 und  15 die Flüsse F3 bzw.

   F4 erzeugt, die den beweg  lichen Magnetkern 28 in Gegenrichtung durchfluten  und sich in der Ruhelage desselben zum resultieren  den Fluss Null gegenseitig aufheben. In dieser Lage  wird somit in der Sekundärwicklung 29 keine Span  nung induziert, und an den Anschlüssen 29a, 29b  tritt kein Ausgangssignal auf.  



  Wird der Fühlstift in Richtung A, also in Rich  tung der durch die Magnetkerne 4 und 5 bestimm  ten Ebene ausgelenkt, so vergrössert sich der Luft  spalt zwischen dem Magnetkern 4 und dem beweg  lichen Kern, während derjenige zwischen den Kernen  5 und 28 abnimmt. Die Änderungen des magneti  schen Widerstandes in den beiden Magnetkreisen be  wirkt eine Verringerung des Flusses     F1    und eine  Vergrösserung des Flusses F2. Der resultierende Fluss  im Kern 28 entspricht der Differenz der Flüsse     F1     und F2, also     F2-Fl,    und da dieser Fluss pulsiert,  ergibt sich in der Sekundärwicklung 29 eine Wech  selspannung.

   Eine     Auslenkung    des     Fühlstiftes    in der  umgekehrten Richtung B ergibt in der Spule 29 eine  Ausgangsspannung umgekehrter Richtung, also gegen  die erstgenannte Signalspannung um 180  phasenver  schoben. Die Grösse dieser Signalspannungen ist zum  Beispiel proportional der     Auslenkung.    Eine Ablen  kung in Richtung C und D, also in Richtung der  durch die Magnetkerne 14 und 15 bestimmten Ebene,  ergeben ebenfalls Signalspannungen mit zueinander  entgegengesetzter Richtung in der Wicklung 29.

    Auch die Grösse dieser Signalspannungen ist der je  weiligen     Auslenkung    proportional, und die an den  Ausgangsklemmen auftretende Signalspannung ist  entweder phasengleich oder um l80  phasenverscho  ben mit der um 90  in der Phase verschobenen  Wechselspannung an den     Klemmen    32, 33. Für Aus  lenkungen in einem Winkel x zur Ebene der statio  nären Magnetkerne 4, 5 ergibt sich eine Verlage  rung in dieser Ebene, entsprechend dem Produkt aus  der     Auslenkgrösse    und dem     Cosinus    des Winkels x,  während die Verlagerung in der Ebene der Magnet-      kerne 14, 15 gleich dem Produkt aus der Auslenk  grösse und dem Sinus des Winkels x ist.

   Somit werden  zwei Teilspannungen in der Sekundärwicklung 29  induziert, von denen die eine proportional dem Pro  dukt aus der Auslenkgrösse und dem Cosinus des  Winkels x ist, dabei phasengleich mit der Bezugs  spannung verläuft, während die andere proportional  dem Produkt aus der Auslenkgrösse und dem Sinus  des Winkels x, aber phasengleich mit der um 90   verschobenen Speisespannung ist. Wegen dieses Pha  senunterschiedes von     9011    dieser Speisespannung ge  genüber der Bezugswechselspannung ergibt sich in  der Sekundärwicklung 29 eine Signalspannung gleich  der Vektorsumme der Teilspannungen, also propor  tional der Auslenkgrösse, und mit einer Phasenlage  gegenüber der Bezugsspannung, welche Lage vom  Winkel x abhängig ist.  



  Die Komponenten, die bei Auslenkungen des  Fühlstiftes in beliebiger radialer Richtung entstehen,  werden innerhalb des beweglichen Magnetkernes 28  jeweils magnetisch vereinigt, so dass nur ein einziges  Ausgangssignal erscheint. Im Gegensatz zu bekann  ten Abtastköpfen wird hier nur ein Verstärker be  nötigt, da nicht mehr zwei getrennte Signalspannun  gen entstehen, verstärkt und dann zu einem Signal  vereinigt werden müssen, das proportional der Aus  lenkgrösse ist und in seiner Phasenlage dem Aus  lenkwinkel entspricht.  



  Ein Geber der beschriebenen Bauart mit sich  kreuzenden Achsen weist keine nachteilige Rückwir  kung seitens des Ausgangssignals auf, da die Ein  richtung im Betrieb mit einer einzigen Signalspan  nung arbeitet, die seitens verschiedener Magnetflüsse  mit senkrecht     zueinander    gerichteten magnetischen  Achsen in einer einzigen Wicklung induziert wird.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Elektrischer Abtastkopf für schablonengesteuerte Maschinen, welcher Kopf zwei Paare von mit Ma gnetkernen versehenenen Primärwicklungen aufweist, die in zwei rechtwinklig zueinander stehenden Ebenen und symmetrisch um eine Mittelachse an geordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit einem Magnetkern versehene Sekundärspule längs dieser Achse angeordnet und aus derselben durch einen Fühlstift auslenkbar ist, wobei, wenn diese Paare von Primärspulen an um 90 phasenverscho benen Bezugsspannungsquellen angeschlossen sind, deren gemeinsame Wirkung auf die Sekundärwick lung bei Auslenkung des Fühlstiftes die Induzierung eines Vektorsummensignals ergibt, das von der Grösse und der Richtung der Auslenkung abhängig ist. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Abtastkopf nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass jede der Primärwicklungen aus mindestens zwei Teilwicklungen besteht, die in einem Abstand längs des betreffenden Magnetkernes neben einander in Richtung parallel zur Achse der Sekun därwicklung angeordnet sind. 2. Abtastkopf nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Sekundärwicklung auf einem stabförmigen, zur Führung an der Schablone einge richteten und für eine allseitige Bewegung gelagerten Fühlstift angeordnet ist und in radialer Richtung einen Abstand gegenüber den Primärwicklungen be sitzt. 3.

   Abtastkopf nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Primärwicklungspaare inner halb eines sie tragenden Gehäuses befestigt sind, während die Sekundärwicklung an einem stabförmi- gen, nur am einen Ende mit dem Gehäuse verbun denen Fühlstift angebracht ist, der mit seinem ent gegengesetzten Ende aus dem Gehäuse herausragt und gegenüber demselben innerhalb gewisser Gren zen, die durch den radialen Abstand des Magnet körpers der Sekundärwicklung von denjenigen der einzelnen Primärwicklungen gegeben sind, allseits auslenkbar ist.