CH660788A5 - Verkippungsunabhaengiges spanndrahtlineal. - Google Patents

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spanndrahtlineal zu schaffen, welches temperatur- und schwerkraftunabhängig ist und eine automatische Durchhangkompensation auch bei gekipptem Drahtsystem besitzt.

Das erfindungsgemässe Spanndrahtlinieal ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 Eine besonders vorteilhafte Auswertung der Messsignale der Abtastsysteme ergibt sich, wenn die Spulen der Abtastsysteme in einer Trägerfrequenzbrückenschaltung zusammengeschaltet sind, in deren Indikatorzweig ein Trägerfrequenzmessverstärker angeordnet ist, der mit einer Registrier- oder Anzeigeeinheit verbunden ist.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn das zweite Drahtsystem den 2fachen schwerkraftbedingten Durchhang des ersten Drahtsystems besitzt.

Günstige Verhältnisse ergeben sich ferner, wenn das zweite Drahtsystem den 2fachen Durchhang des ersten Drahtsystems besitzt und der Luftspalt zwischen den Abtastsystemen des zweiten Drahtsystems den 2fachen Betrag des Luftspaltes zwischen den Abtastsystemen des ersten Drahtsystems besitzt.

Zur Ermittlung des Durchhanges der Drahtsysteme ist es vorteilhaft, dass die Spulen der Abtastsysteme in einer

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Trägerfrequenzbrückenschaltung mit mehreren Indikatorzweigen zusammengeschaltet sind und dass in diesen Indikatorzweigen jeweils ein Einkanalverstärker oder jeweils ein Kanal eines Mehrkanalverstärkers liegt.

Durch die Anordnung eines zweiten Drahtsystems, bei dem der k - fache Durchhang des ersten Drahtsystems eingestellt ist, und welches parallel zum ersten Dfahtsystem im . Gestell angeordnet ist, wird der durch den Drahtdurchhang bedingte Anteil an den Messsignalen der Abtastsysteme in jeder Kipplage des Spanndrahtlineals dann eliminiert, wenn eine entsprechende Justierung der Luftspalte zwischen den Abtastsystemen oder eine Multiplikation des Messsignals des ersten Abtastsystemes mit k in der Auswerteeinrichtung erfolgt.

So gelten folgende Beziehungen für die Messsignale der Abtastsysteme:

M2 = yP + yD M3 = y p + KyD

Durch Mulitplikation von M2 mit k und Differenzbildung beider Messsignale M2 und M3, die sich aus den Anteilen aus dem Durchhang yD und dem durch das Messobjekt bedingten Anteil yp zusammensetzen, ergibt sich ein vom Durchhang unbeeinflusster Messwert M des Messobjektes

M = kM2-M3 = (k-l)yP

wobei k > 1 ist.

Somit erfolgt bei Anwendung des Spanndrahtlineals eine automatische Separierung der Anteile yP und yo ohne explizite Kenntnis des Kippwinkels o des Spanndrahtlineals.

Die Ermittlung des Messwertes M erfolgt in einer einfachen Trägerfrequenzbrückenschaltung, die Bestandteil der Auswerteeinrichtung ist und in der alle Spulen der Abtastsysteme zusammengeschaltet sind, wobei nur ein Trägerfre-quenzverstärker im Indikatorzweig der Brückenschaltung angeordnet ist.

Ein Vorteil für den Anwender ergibt sich u.a. auch daraus, dass der Drahtdurchhang in einfacher Weise zu ermitteln ist. So ist es möglich auch den Justierzustand der Drahtsysteme nach längerem Gebrauch zu prüfen.

Weitere wesentliche Vorteile sind :

- Prüfung der Ebenheit und Geradheit von Messobjekten in jeder Winkellage ohne vorherige Ermittlung des Kippwinkels des Drahtlineals oder des Messobjektes.

- Es sind keine verschleissbehafteten Bauelemente, wie z.B. Potentiometer notwendig.

- Geringer technischer Aufwand und universelle Einsetz-barkeit des Drahtlineals.

- Einfache Handhabung des Drahtlineals und höhere Messökonomie bei Anwendung desselben.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 schematisch ein Spanndrahtlineal.

Fig. 2 die Durchhangverhältnisse der verwendeten Drahtsysteme,

Fig. 3 ein Spanndrahtlineal mit getrennten Stützen,

Fig. 4 Abtastsysteme mit unterschiedlichen Luftspalten

Fig. 5 eine Auswerteschaltung zur Ermittlung des Messwertes

Fig. 6 eine Auswerteschaltung zur Bestimmung des Durchhanges und

Fig. 7 eine weitere Auswerteschaltung zur Bestimmung des Durchhanges der Drahtsysteme.

Das in Fig. 1 dargestellte Spanndrahtlineal umfasst ein Gestell 1, in welchem in nicht dargestellten Halte- und Spannvorrichtungen ein erstes und ein zweites, aus einer Vielzahl dünner paralleler Drähte bestehendes Drahtsystem 5 2 und 3 angeordnet ist, welche durch Stützelemente 4 und 5 gegen das Messobjekt 6 abgestützt sind. Diese Stützelemente 4 und 5 sind, sowohl in Richtung als auch senkrecht zu den Drahtsystemen einstellbar. Bei den in Fig. 1 dargestellten Stützelementen 4 und 5 werden die Auflagen 7 und 8 sowie 9 10 und 10 jeweils gemeinsam in der Höhe verstellt.

Auf einer im Gestell 1 angeordneten Führung 11 ist ein Schlitten 12, in Längserstreckung der Drahtsysteme 2,3 verschiebbar angeordnet, der einen Träger 13 mit Abtastsystemen 14, 15, 16, 17 trägt, wobei zwischen den Abtastsy-15 stemen 14 und 15 das erste Drahtsystem 2 und zwischen den Abtastsystemen 16 und 17 das zweite Drahtsystem 3 liegt. DerTräger 13 besitzt einenTaster 18, mit dem die Oberfläche des Messobjektes 6 abgetastet wird. Analog den Messobjektunregelmässigkeiten folgen die Abtastsysteme 14, 20 15, 16,17 den Bewegungen des Tasters 18.

Die Drahtsysteme 2 und 3 sind so im Gestell 1 eingespannt, dass das zweite Drahtsystem 3 den k - fachen Durchhang des ersten Drahtsystems 2 besitzt, wobei k > 1 ist. In der Praxis wird man vorteilhaft mit k = 2 arbeiten, da sich dann beson-25 ders günstige Beziehungen für die Auswertung der von den Abtastsystemen 14,15,16, 17 gelieferten Messsignale in einer Auswerterhaltung ergeben. Die Abtastsysteme 14,15,16, 17 sind vorzugsweise mit Spulen versehene induktive Geber.

In Fig. 2 sind die Durchhänge der Drahtsysteme 2 und 3 30 dargestellt, wobei beispielsweise der Durchhang des Drahtsystems 3 doppelt so gross ist als der Durchhang des Drahtsystems 2. Die maximalen Beträge der Durchhänge sind mit yi und y2 bezeichnet. Eine Verkippung des Drahtlineals um den Kippwinkel wirkt sich bei den einzelnen Drahtsystemen in 35 einer Cosinusfunktion bei den Durchhängen aus. Es gilt

(y2-yy). COSO.

In Fig. 3 ist einSpanndrahtlineal stark schematisch dargestellt, welches ebenfalls analog zu Fig. 1 aufgebaut ist. In dem Gestell 1 sind die Drahtsysteme 2,3 eingespannt, die durch 40 die Abtastsysteme 14, 15, 16, 17 abgetastet werden. Diese Abtastsysteme 14, 15, 16, 17 sind an dem Träger 13 mit dem Taster 18 angeordnet, der das Messobjekt 6 abtastet. Für die Drahtsysteme 2 und 3 sind getrennte Stützelemente 19,20,21 und 22 vorgesehen, welche sowohl parallel als auch senk-45 recht zuf Oberfläche des Messobjektes bzw. der Drahtsysteme 2,3 einstellbar sind. Zwei dieser Stützelemente 19,20, 21,22 sind jeweils beiderseitig zum Träger 13 angeordnet.

Die Durchführung der elektronischen Messdatenverarbeitung, speziell zur Realisierung der Messgleichung

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k M2-M3 = (k-l)yP = M

erfolgt mit einer Trägerfrequenzbrückenschaltung nach Fig. 5, in der die Spulen der induktiven Abtastsysteme 14, 15, 55 16,17 so zusammengeschaltet sind, dass die Spulen der Abtastsysteme 14 und 17 und die Spulen 23,24, 25,26 der Abtastsysteme 15 und 16 in jeweils einem Brückenzweig in Reihe geschaltet sind. Im Indikatorzweig der Brückenschaltung ist ein Trägerfrequenz-Messverstärker 27 angeordnet, 60 der mit einer Registrier- oder Anzeigeeinheit 28 zur Ausgabe des Messwertes des Messobjektes 6 verbunden ist.

Zur Realisierung der Messgleichung yP = 2 M2-M3 bei k = 2 erfolgt u.a. dadurch, dass die Luftspalte B2 und B3 zwischen den Abtastsystemen 14, 15 und 16,17, zwischen denen die 65 Drahtsysteme 2 und 3 sich befinden,sich verhalten wie 1 : V 2, d.h. B3 = V 2 B2. Dadurch verändern sich die Induktivitäten bei der Abtastung einfach bzw. doppelt so schnell, wenn sich die Drahtsysteme 2 und 3 innerhalb der

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Luftspalte B2 und B3 verlagern. Durch diese Massnahme kann allei geschaltet sind, in deren Indikatorzweig ein Einkanal-

der Messverstärker 27 einen einheitlichen Verstärkungsgrad Trägerfrequenzverstärker 29 liegt. Diese Bestimmung des für beide Messsignale M2 undM3 besitzen und es kann ein Durchhanges erfolgt nach der Gleichung Einkanal-Trägerfrequenzverstärker verwendet werden.

Wie rechnerisch bewiesen werden kann, ist das Ergebnis 5 yD = M2-M3 der messsignalverarbeitung in der Brückenschaltung nach

Fig. 5 unabhängig vom Drahtdurchhang in jeder beliebigen unter Verwendung der gleichen Luftspaltgrösse, wie bei der räumlichen Orientierung des Tasters 18 und der Drahtsy- Messung am Messobjekt 6.

steme 2 und 3. Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung der Die Fig. 7 zeigt eine Trägerfrequenzbrückenschaltung zur

Abtastsysteme 14,15,16,17 umfasst ungleiche Luftspalte B2 10 Durchhangbestimmung, welche mehrere Indikatorzweige und B3 zwischen den Spulen 23 und 24 bzw. 25 und 26 müssen umfasst, in denen jeweils ein Einkanalverstärker oder jeweils bei der Montage des Spanndrahtlineals justiert werden. ein Kanal 30,31 eines Mehrkanalverstärkers liegt. Hierbei

In Fig. 6 ist eine Auswerteschaltung zur Ermittlung des können auch die Signale M2 und M3 getrennt erfasst und

Durchhanges yD der Drahtsysteme 2 und 3 dargestellt, die nachträglich substrahiert werden.

eine Brückenschaltung umfasst, bei welcher die Spulen 23 is Mit 32,33 sind notwendige Widerstände in den einzelnen und 26 bzw. 24 und 25 der Abtastsysteme 14,15,16,17 par- Brückenschaltungen bezeichnet.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verkippungsunabhängiges Spanndrahtlineal umfassend

   - ein Gestell, in welchem zwischen Halte- und Spannvorrichtungen ein aus einer Vielzahl dünner, paralleler Drähte bestehendes Drahtsystem eingespannt ist.

   - Abtastsysteme zur Abtastung des Drahtsystems in seiner Längserstreckung,

   - das Drahtsystem abstützende Stützelemente

   - und eine mit den Abtastsystemen verbundene Auswerteeinrichtung, dadurch gekennzeichnet

   - dass ein zweites, aus einer Vielzahl dünner, paralleler Drähte bestehendes Drahtsystem (3) parallel zu dem bereits vorhandenen, ersten Drahtsystem (2) im Gestell (1) eingespannt ist, welches den k - fachen schwerkraftbedingten Durchhang des ersten Drahtsystmes (2) besitzt, wobei k > 1 ist,

   - dass an einem, auf einer Führung (11) des Gestells (1) gelagerten Träger (13) das erste und das zweite Drahtsystem (2; 3) abtastende Abtastsysteme (14; 15; 16; 17) angeordnet sind, wobei der Träger (13) mit einem die Oberfläche des Messobjektes (6) abtastenden Taster (18) verbunden ist und wobei der Luftspalt (B3) zwischen den das Drahtsystem (3) mit dem k - fachen Durchhang abtastenden Abtastsystemen in Abhängigkeit von der Grösse des Luftspaltes (B2) der Abtastsysteme (14; 15; 16; 17) für das andere Drahtsystem (2) und von der verwendeten Auswerteeinrichtung einstellbar ist,

   - dass in Längserstreckung der Drahtsysteme (2; 3) zu beiden Seiten des die Abtastsysteme (14; 15; 16; 17) aufnehmenden Trägers (13) für das erste und das zweite Drahtsystem (2; 3) gemeinsame oder getrennte, senkrecht und parallel zu den Drahtsystemen (2 ; 3) gemeinsam oder einzeln einstellbare Stützelemente zur Abstützung der Drahtsysteme (2; 3) gegen die Oberfläche des Messobjektes (6) vorgesehen sind

   - und dass die Abtastsysteme (14; 15; 16; 17) für das erste und das zweite Drahtsystem (2; 3) mit einer gemeinsamen Auswerteeinrichtung verbunden sind.
2. 2. Spanndrahtlineal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (23 ; 24; 25 ; 26) der Abtastsysteme (14; 15; 16; 17) in einerTrägerfrequenzbrückenschaltung zusammengeschaltet sind, in deren Indikatorzweig ein Trägerfrequenzmessverstärker (17 ; 19) angeordnet ist, der mit einer Registrier- oder Anzeigeeinheit (28) verbunden ist.
3. 3. Spanndrahtlineal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Drahfsystem (3) den 2fachen schwerkraftbedingten Durchhang des ersten Drahtsystems (2) besitzt.
4. 4. Spanndrahtlineal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Drahtsystem (3) den 2fachen Durchhang des ersten Drahtsystems (2) besitzt und der Luftspalt B3 zwischen den Abtastsystemen (16; 17) des zweiten Drahtsystems (3) den 2fachen Betrag des Luftspaltes B2 zwischen den Abtastsystemen (14; 15) des ersten Drahtsystems (2) besitzt.
5. 5. Spanndrahtlinieal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Drahtdurchhanges die Spulen (23; 24;25; 26) der Abtastsysteme (14; 15; 16; 17)in einer Trägerfrequenzbrückenschaltung mit mehreren Indikatorzweigen zusammengeschaltet sind und dass in diesen Indikatorzweigen jeweils ein Einkanalverstärker (29) oder jeweils ein Kanal (30; 31) eines Mehrkanalverstärkers liegt.

   In der DD-PS 139 295 ist ein Spanndrahtlineal hoher Genauigkeit mit einem in einem Gestell gespannten, aus vielen Einzeldrähten bestehenden Drahtsystem beschrieben, bei welchem der Durchhang des Drahtsystems durch Bestimmung seiner Eigenfrequenz bestimmt wird. Dazu wird das Drahtsystem durch eine Erregervorrichtung mechanisch oder elektrisch in Schwingungen versetzt und die Eigenfrequenz über den Resonanznachweis ermittelt. Auf diese Weise ist der Durchhang in Schwerkraftrichtung (d.h. der Maximaldurchhang) sehr exakt ermittelbar und kann bei den Messungen der Gerad-und Ebenheit berücksichtigt werden.

   Diese maximale Durchhangkorrektur ist jedoch nur für eine Normallage zur Schwerkraftrichtung des Drahtsystems gültig. Für andere Lagen des Drahtsystems relativ zur Schwerkraftrichtung, z.B. infolge Geräteneigungen, bei Messungen an nicht horizontal orientierten Prüfflächen, d.h. wenn die Normale zum Drahtsystem einen Winkel 0 < a< 90° zur Schwerkraftrichtung bildet, muss dieser Maximaldurchhang mit dem cos a multipliziert und als Korrektur eingegeben werden. Dazu ist der Winkel a jeweils z.B. mit einer Winkellibelle zu messen.

   Nach der Applikationsinformation 2/82 «Technische Feinmessgeräte», «Geradheitsmessgerät GM 1200», der die DD-PS 139 295 zu Grunde liegt, wird zur Ermittlung der Verkippung des Drahtsystems z.B. um seine Längsachse einer Winkellibelle (als geräteeigener Bestandteil) verwendet.

   Nach der Applikationsinformation 2/82 Technische Feinmessgeräte, «Geradheitsmessgerät GM 1200» der die DD-PS 139 295 zu Grunde liegt wird zur Ermittlung der Verkippung des Drahtsystems z.B. seine Längsachse eine Winkellibelle als geräteeigner Bestandteil verwendet. Diese Winkellibelle wird zunächst am Messobjekt eingestellt und arritiert und danach zur Einstellung des erforderlichen Drehwinkels des Drahtlineals an die am Gerät'dazu vorgesehene Bezugsfläche angegklemmt. Am Auswertegerät muss zur Berücksichtigung der Verkippung bei der Durchhangkompensation eine ver-kippungswinkelproportionale Stellgrösse eingestellt werden.

   Als Konsequenz dieser Einstellschritte, die vor dem eigentlichen Messvorgang vorgenommen werden müssen, ergibt sich eine aufwendige bei Unachtsamkeit des Messenden auch mit Fehleinstellungen verbundene Handhabung des Gerätes, die die Messgenauigkeit und Messökonomie negativ beein-flusst.

   Es ist der Zweck der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen, die Messgenauigkeit zu erhöhen und Fehlerquellen bei der Messdurchführung zu vermeiden.