CH660788A5

CH660788A5 - TILT-INDEPENDENT TENSIONER LINE.

Info

Publication number: CH660788A5
Application number: CH385083A
Authority: CH
Inventors: Gerhard Meister; Wolfgang Weiss
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1982-08-02
Filing date: 1983-07-13
Publication date: 1987-06-15
Also published as: GB2127550B; GB2127550A; JPS5943301A; GB8320474D0; DE3319563A1; DD209260A1

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. The invention has for its object to provide a tension wire ruler, which is independent of temperature and gravity and has an automatic sag compensation even with a tilted wire system.

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. The inventive tension wire ruler is characterized in that a particularly advantageous evaluation of the measurement signals of the scanning systems results when the coils of the scanning systems are interconnected in a carrier frequency bridge circuit, in the indicator branch of which a carrier frequency measuring amplifier is arranged, which is connected to a registration or display unit is.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn das zweite Drahtsystem den 2fachen schwerkraftbedingten Durchhang des ersten Drahtsystems besitzt. It is particularly advantageous if the second wire system has twice the gravitational sag of the first wire system.

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. Favorable conditions also result if the second wire system has twice the sag of the first wire system and the air gap between the scanning systems of the second wire system has twice the amount of the air gap between the scanning systems of the first wire system.

Zur Ermittlung des Durchhanges der Drahtsysteme ist es vorteilhaft, dass die Spulen der Abtastsysteme in einer To determine the sag of the wire systems, it is advantageous for the coils of the scanning systems to be in one

2 2nd

s s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

660 788 660 788

Trägerfrequenzbrückenschaltung mit mehreren Indikatorzweigen zusammengeschaltet sind und dass in diesen Indikatorzweigen jeweils ein Einkanalverstärker oder jeweils ein Kanal eines Mehrkanalverstärkers liegt. Carrier frequency bridge circuit with several indicator branches are interconnected and that in each of these indicator branches there is a single-channel amplifier or a channel of a multi-channel amplifier.

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. By arranging a second wire system, in which the k - fold sag of the first wire system is set, and which is parallel to the first wire system in the. If the frame is arranged, the portion of the measurement signals of the scanning systems caused by the wire slack in each tilting position of the tensioning wire ruler is eliminated if the air gaps between the scanning systems are adjusted accordingly or the measurement signal of the first scanning system is multiplied by k in the evaluation device.

So gelten folgende Beziehungen für die Messsignale der Abtastsysteme: The following relationships apply to the measurement signals of the scanning systems:

M2 = yP + yD M3 = y p + KyD 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 By multiplying M2 by k and forming the difference between the two measurement signals M2 and M3, which are composed of the components from the sag yD and the component yp caused by the measurement object, the measurement value M of the measurement object is unaffected by the sag

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

wobei k > 1 ist. where k> 1.

Somit erfolgt bei Anwendung des Spanndrahtlineals eine automatische Separierung der Anteile yP und yo ohne explizite Kenntnis des Kippwinkels o des Spanndrahtlineals. Thus, when using the tension wire ruler, the components yP and yo are automatically separated without explicit knowledge of the tilt angle o of the tension wire ruler.

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. The measurement value M is determined in a simple carrier frequency bridge circuit which is part of the evaluation device and in which all the coils of the scanning systems are interconnected, only one carrier frequency amplifier being arranged in the indicator branch of the bridge circuit.

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. One advantage for the user is: also from the fact that the wire sag can be determined in a simple manner. It is also possible to check the adjustment status of the wire systems after a long period of use.

Weitere wesentliche Vorteile sind : Other key advantages are:

- Prüfung der Ebenheit und Geradheit von Messobjekten in jeder Winkellage ohne vorherige Ermittlung des Kippwinkels des Drahtlineals oder des Messobjektes. - Checking the flatness and straightness of measurement objects in any angular position without first determining the tilt angle of the wire ruler or the measurement object.

- Es sind keine verschleissbehafteten Bauelemente, wie z.B. Potentiometer notwendig. - There are no components subject to wear, e.g. Potentiometer necessary.

- Geringer technischer Aufwand und universelle Einsetz-barkeit des Drahtlineals. - Little technical effort and universal applicability of the wire ruler.

- Einfache Handhabung des Drahtlineals und höhere Messökonomie bei Anwendung desselben. - Easy handling of the wire ruler and higher measurement economy when using the same.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. Show in the accompanying drawing

Fig. 1 schematisch ein Spanndrahtlineal. Fig. 1 shows schematically a tension wire ruler.

Fig. 2 die Durchhangverhältnisse der verwendeten Drahtsysteme, 2 shows the sag ratios of the wire systems used,

Fig. 3 ein Spanndrahtlineal mit getrennten Stützen, 3 is a tension wire ruler with separate supports,

Fig. 4 Abtastsysteme mit unterschiedlichen Luftspalten Fig. 4 scanning systems with different air gaps

Fig. 5 eine Auswerteschaltung zur Ermittlung des Messwertes 5 shows an evaluation circuit for determining the measured value

Fig. 6 eine Auswerteschaltung zur Bestimmung des Durchhanges und Fig. 6 is an evaluation circuit for determining the sag and

Fig. 7 eine weitere Auswerteschaltung zur Bestimmung des Durchhanges der Drahtsysteme. 7 shows a further evaluation circuit for determining the sag of the wire systems.

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. The tension wire ruler shown in Fig. 1 comprises a frame 1, in which a first and a second, consisting of a plurality of thin parallel wires wire system 5 2 and 3 is arranged in holding and tensioning devices, not shown, which by means of support elements 4 and 5 against the Measurement object 6 are supported. These support elements 4 and 5 are adjustable both in the direction and perpendicular to the wire systems. In the support elements 4 and 5 shown in Fig. 1, the supports 7 and 8 and 9 10 and 10 are each adjusted in height together.

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. On a guide 11 arranged in the frame 1, a carriage 12 is arranged, displaceable in the longitudinal direction of the wire systems 2, 3, which carries a carrier 13 with scanning systems 14, 15, 16, 17, the first between the scanning systems 14 and 15 Wire system 2 and between the scanning systems 16 and 17, the second wire system 3 is located. The carrier 13 has a button 18 with which the surface of the measurement object 6 is scanned. Analogously to the irregularities of the measurement object, the scanning systems 14, 20 15, 16, 17 follow the movements of the button 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. The wire systems 2 and 3 are clamped in the frame 1 such that the second wire system 3 has the k-fold sag of the first wire system 2, where k> 1. In practice, one will advantageously work with k = 2, since then there are particularly favorable relationships for the evaluation of the measurement signals supplied by the scanning systems 14, 15, 16, 17 in an evaluation maintenance. The scanning systems 14, 15, 16, 17 are preferably inductive sensors provided with coils.

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 2 shows the sag of the wire systems 2 and 3 30, the sag of the wire system 3 being twice as large as the sag of the wire system 2. The maximum amounts of the sag are denoted by yi and y2. Tilting the wire ruler by the tilt angle has a cosine function in the sag in the individual wire systems. It applies

(y2-yy). COSO. (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. In Fig. 3 a tension wire ruler is shown very schematically, which is also constructed analogously to Fig. 1. The wire systems 2, 3, which are scanned by 40 the scanning systems 14, 15, 16, 17, are clamped in the frame 1. These scanning systems 14, 15, 16, 17 are arranged on the carrier 13 with the button 18, which scans the measurement object 6. Separate support elements 19, 20, 21 and 22 are provided for the wire systems 2 and 3, which can be adjusted both parallel and perpendicular to the surface of the measurement object or the wire systems 2, 3. Two of these support elements 19, 20, 21, 22 are arranged on both sides of the support 13.

Die Durchführung der elektronischen Messdatenverarbeitung, speziell zur Realisierung der Messgleichung The implementation of electronic measurement data processing, especially to implement the measurement equation

50 50

k M2-M3 = (k-l)yP = M 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. 5, in which the coils of the inductive scanning systems 14, 15, 55 16, 17 are interconnected such that the coils of the scanning systems 14 and 17 and the coils 23, 24, 25, 26 of the scanning systems 15 and 16 are connected in series in a bridge branch. A carrier frequency measuring amplifier 27, which is connected to a registration or display unit 28 for outputting the measured value of the measurement object 6, is arranged in the indicator branch of the bridge circuit.

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 To implement the measurement equation yP = 2 M2-M3 at k = 2, in that the air gaps B2 and B3 between the scanning systems 14, 15 and 16, 17, between which the 65 wire systems 2 and 3 are located, behave as 1: V 2, i.e. B3 = V 2 B2. As a result, the inductances change during scanning simply or twice as quickly if the wire systems 2 and 3 are within the

660788 4 660 788 4

Luftspalte B2 und B3 verlagern. Durch diese Massnahme kann allei geschaltet sind, in deren Indikatorzweig ein Einkanal- Shift air gaps B2 and B3. This measure can be used alone, in the indicator branch of which a single-channel

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. the measuring amplifier 27 has a uniform degree of amplification carrier frequency amplifier 29. This determination of the for both measurement signals M2 and M3 and a sag can be used according to the equation single-channel carrier frequency amplifier.

Wie rechnerisch bewiesen werden kann, ist das Ergebnis 5 yD = M2-M3 der messsignalverarbeitung in der Brückenschaltung nach As can be proven by calculation, the result is 5 yD = M2-M3 after the measurement signal processing in the bridge circuit

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. 5 regardless of the wire sag in any one using the same air gap size as in the spatial orientation of the probe 18 and the wire system measurement on the measurement object 6.

steme 2 und 3. Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung der Die Fig. 7 zeigt eine Trägerfrequenzbrückenschaltung zur steme 2 and 3. The arrangement shown in Fig. 4 of Fig. 7 shows a carrier frequency bridge circuit for

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 Scanning systems 14, 15, 16, 17 include unequal air gaps B2 10 sag determination, which must include several indicator branches and B3 between the coils 23 and 24 or 25 and 26, in each of which a single-channel amplifier or in each case during the assembly of the tension wire ruler are adjusted. there is a channel 30, 31 of a multi-channel amplifier. Here

In Fig. 6 ist eine Auswerteschaltung zur Ermittlung des können auch die Signale M2 und M3 getrennt erfasst und 6 shows an evaluation circuit for determining the signals M2 and M3 can also be detected separately

Durchhanges yD der Drahtsysteme 2 und 3 dargestellt, die nachträglich substrahiert werden. Sag yD of the wire systems 2 and 3 shown, which are subsequently subtracted.

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. comprises a bridge circuit, in which the coils 23 is 32,33 necessary resistances in the individual and 26 or 24 and 25 of the scanning systems 14,15,16,17 par bridge circuits are designated.

B B

3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

660 788

PATENT CLAIMS

1. Comprehensive tilting wire ruler

- A frame in which a wire system consisting of a plurality of thin, parallel wires is clamped between holding and tensioning devices.

Scanning systems for scanning the wire system in its longitudinal extent,

- Support elements supporting the wire system

- And an evaluation device connected to the scanning systems, characterized

- That a second wire system (3) consisting of a large number of thin, parallel wires is clamped parallel to the already existing first wire system (2) in the frame (1), which has the k-fold sag of the first wire system (2) due to gravity , where k> 1,

- That on a, on a guide (11) of the frame (1) mounted carrier (13), the first and the second wire system (2; 3) scanning scanning systems (14; 15; 16; 17) are arranged, the carrier ( 13) is connected to a button (18) scanning the surface of the measurement object (6) and the air gap (B3) between the scanning systems scanning the wire system (3) with the k-fold sag depending on the size of the air gap (B2) the scanning systems (14; 15; 16; 17) can be set for the other wire system (2) and by the evaluation device used,

- That in the longitudinal extension of the wire systems (2; 3) on both sides of the scanning systems (14; 15; 16; 17) receiving the carrier (13) for the first and the second wire system (2; 3) common or separate, perpendicular and parallel Support elements for supporting the wire systems (2; 3) against the surface of the measurement object (6), which can be adjusted jointly or individually, are provided for the wire systems (2; 3)

- And that the scanning systems (14; 15; 16; 17) for the first and the second wire system (2; 3) are connected to a common evaluation device.

A tension wire ruler according to claim 1, characterized in that the coils (23; 24; 25; 26) of the scanning systems (14; 15; 16; 17) are connected together in a carrier frequency bridge circuit, in the indicator branch of which a carrier frequency measuring amplifier (17; 19) is arranged which is connected to a registration or display unit (28).

3. tension wire ruler according to claim 1, characterized in that the second wire system (3) has 2 times the gravitational sag of the first wire system (2).

4. tension wire ruler according to claim 1, characterized in that the second wire system (3) has the double sag of the first wire system (2) and the air gap B3 between the scanning systems (16; 17) of the second wire system (3) twice the amount of the air gap B2 between the scanning systems (14; 15) of the first wire system (2).

5. tension wire ruler according to claim 1, characterized in that to determine the wire slack, the coils (23; 24; 25; 26) of the scanning systems (14; 15; 16; 17) are interconnected in a carrier frequency bridge circuit with several indicator branches and that in these indicator branches one single-channel amplifier (29) or one channel (30; 31) of a multi-channel amplifier.

DD-PS 139 295 describes a high-precision tension wire ruler with a wire system which is tensioned in a frame and consists of many individual wires, in which the sag of the wire system is determined by determining its natural frequency. For this purpose, the wire system is vibrated mechanically or electrically by an excitation device and the natural frequency is determined via the resonance detection. In this way, the sag in the direction of gravity (i.e. the maximum sag) can be determined very precisely and can be taken into account when measuring the straightness and flatness.

However, this maximum sag correction is only valid for a normal position in relation to the direction of gravity of the wire system. For other layers of the wire system relative to the direction of gravity, e.g. due to device inclinations, for measurements on non-horizontally oriented test surfaces, i.e. If the normal to the wire system forms an angle 0 <a <90 ° to the direction of gravity, this maximum sag must be multiplied by the cos a and entered as a correction. The angle a is e.g. to measure with an angle bubble.

According to application information 2/82 "Technical precision measuring devices", "Straightness measuring device GM 1200", on which the DD-PS 139 295 is based, e.g. to determine the tilting of the wire system around its longitudinal axis an angle bubble (used as a component of the device).

According to application information 2/82 Technical fine measuring devices, «Straightness measuring device GM 1200», on which the DD-PS 139 295 is based, is used to determine the tilting of the wire system e.g. its longitudinal axis uses an angle bubble as a device-compatible component. This angle vial is first set and locked on the measurement object and then clamped to the reference surface provided on the device to set the required angle of rotation of the wire ruler. To take into account the tilting when sag compensation, a manipulated variable proportional to the tilting angle must be set on the evaluation unit.

As a consequence of these setting steps, which have to be carried out before the actual measuring process, there is a complicated handling of the device if the measuring person is inattentive even with incorrect settings, which negatively influences the measuring accuracy and measurement economy.

The purpose of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art, to increase the measuring accuracy and to avoid sources of error when carrying out the measurement.