DD226067A1

DD226067A1 - SAMPLE TO MEASURE THE TILT OF FLAECHEN

Info

Publication number: DD226067A1
Application number: DD26102084A
Authority: DD
Inventors: Gerd Falkenhagen
Original assignee: Senftenberg Braunkohle
Priority date: 1984-03-19
Filing date: 1984-03-19
Publication date: 1985-08-14

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aufnehmer zur Messung der Neigung von Flaechen gegenueber der ungeneigten Ebene und ist in der Geodaesie zum Ausnivellieren von Messinstrumenten anwendbar. Die Neigungsmessung beliebiger Flaechen erfolgt gleichzeitig in zwei Flaechenkoordinaten, wobei je Koordinate die Richtung der Neigung mit erfasst wird. Dies geschieht durch ein Gewicht, welches auf einer in vier Quadranten geteilten Sensorflaeche aus elastischem Plast aufliegt, voneinander isoliert durch eine Haftschicht aus Kautschukmasse. Dabei hat der elastische Plast die Eigenschaft, mechanischen Druck, Zug oder Torsion in eine elektrisch messbare Widerstandsaenderung umzuwandeln. Zur Temperaturkompensation bei der Messung ist eine zweite, unbelastete Sensorflaeche unmittelbar neben der belasteten vorgesehen. Durch eine Neigungsaenderung des zuvor abgeglichenen Systems erfolgt eine unterschiedliche Belastung der Quadranten der Sensorflaeche, ueber eine elektrische Schaltung ist der Grad und die Richtung der Neigung bestimmbar.The invention relates to a sensor for measuring the inclination of surfaces with respect to the unsatisfied plane and is applicable in the geodesy for leveling of measuring instruments. The inclination measurement of any surface is carried out simultaneously in two area coordinates, whereby the direction of the inclination is recorded per coordinate. This is done by a weight which rests on a divided into four quadrants Sensorflaeche of elastic plastic, isolated from each other by an adhesive layer of rubber compound. The elastic plastic has the property of converting mechanical pressure, tension or torsion into an electrically measurable resistance change. For temperature compensation during the measurement, a second, unloaded sensor surface is provided immediately adjacent to the loaded one. By a change in inclination of the previously adjusted system, a different load on the quadrant of Sensorflaeche, via an electrical circuit, the degree and the direction of the inclination can be determined.

Description

Aufnehmer zur Messung der 2-Teigung von FlächenTransducer for measuring the 2-theta of surfaces

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Aufnehmer zur Messung der neigung von Flächen, wobei die Messung kontinuierlich auf elektromechanischem Wege erfolgt und gegenüber der ungensigten Soene ein Maß für-die--lieigung und deren Richtung mit angegeben wird. Anzuwenden ist die Erfindung in der Geodäsie, um Aussagen über die JTeigungsebenen von Meßinstrumenten zu erhalten.The invention relates to a sensor for measuring the inclination of surfaces, wherein the measurement is carried out continuously by electromechanical means and compared to the unsatisfied soene a measure of - the - relaxation and their direction is given. Apply the invention in geodesy to obtain statements about the JTeigungellebenen of measuring instruments.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Zur elektrischen bzw. elektronischen Messung der Neigungen von Flächen sind eine Reihe von Anordnungen und Verfahren bekannt geworden, bei-denen—als lagebestimmendes Blement ein Pendel Yerwendung findet.Characteristic of the known technical solutions For the electrical or electronic measurement of the inclinations of surfaces, a number of arrangements and methods have become known in which a pendulum is used as a position-determining blement.

So ist in der DD-SB 129 438 ein elektronischer Pendelneigungsmesser beschrieben, bei dem ein prismatisches Pendel in einem Rahmen an einer aus Blattfedern bestehenden Pendelaufhängung aufgehängt ist. Die dynamische Dämpfung der Pendelschwingung geschieht durch die bei einer Pendelbe?;egung entstehenden Luftströmung. Durch eine elektromagnetische sowie mechanische 3rregung wird die innere Reibung der Pendelaufhängung unwirksam gemacht.Thus, in the DD-SB 129 438 an electronic pendulum inclinometer is described in which a prismatic pendulum is suspended in a frame on an existing leaf springs pendulum suspension. The dynamic damping of the pendulum oscillation occurs through the air flow arising during pendulum oscillation. By an electromagnetic and mechanical excitation, the internal friction of the pendulum suspension is rendered ineffective.

Sin weiteres ISFeigungsmeßgsrät nach DD-3B 120 711 sieht ein durch ein Lot gesteuertes lichtelektrisches rlachführsystem und einen Meßwertgeber vor, bei dem dieser über vorgespannte Zugelemente mit einem lichtelsktronischen Nachfuhrsyst em. verbunden ist.Sin further ISFeigungsmeßgsrät according to DD-3B 120 711 provides a controlled by a Lot photoelectric rlachführsystem and a transmitter, in which this em with pre-tensioned tension elements with a lichtelsktronischen Nachfuhrsyst em. connected is.

ι J. ilii.L I »· w ·> ^ ± Ü U ^, A Ί J. J. ilii.LI »· w ·> ^ ± Ü U ^, A Ί

In der BD-EB 91 153 ist ein Neigungsmesser mit mindestens einem Pendel beschrieben, bei dem ein eine Potentioraeterwelie umschlingendes Band zwischen diesem Pendel und der Potentiometerwelle vorgesehen ist.In BD-EB 91 153 a tilt meter is described with at least one pendulum, in which a Potentioraeterwelie is wrapped around this pendulum and the potentiometer shaft.

Nachteilig an diesen genannten Vorrichtungen und Anordnungen ist, daß für die verwendeten Pendel eine mehr oder weniger lange Einschwingzeit notwendig ist« Zur Dämpfung bzw. Kompensation der für Steuerprozesse unerwünschten Schwingungen ist ein hoher technischer Aufwand erforderlich.A disadvantage of these mentioned devices and arrangements is that for the pendulum used a more or less long settling time is necessary. "For damping or compensation of unwanted for control processes vibrations a high technical complexity is required.

Dies ist auch aus der DD-EB 152 622 ersichtlich, bei der zur wirksamen Dämpfung der Unruhe eines Pendels ein Positionsdetektor und für jede Schwingungsebene., eine Steuerschaltung mit einem elektrodynamischen Antrieb vorgesehen ist. Die geschilderten Nachteile treffen auch für die DD-EB 144 zu. Es wird ein Gerät zur Bestimmung- der Abweichung von der Horizontalen und der Vertikalen beschrieben, wobei eine Röhrenlibelle durch einen Schwerkraftkörper ersetzt wurde, dessen Auslenkung bei Neigung des Gerätes über Zahnsegment und Zeigermeßeinrichtung übertragen wird.This can also be seen from the DD-EB 152 622, in which a position detector and for each vibration level., A control circuit is provided with an electrodynamic drive for effective damping of the agitation of a pendulum. The described disadvantages also apply to the DD-EB 144. A device for determining the deviation from the horizontal and the vertical is described, wherein a tube level has been replaced by a gravity body, the deflection of which is transmitted when tilting the device via the toothed segment and the pointer measuring device.

Die Anzeige erfolgt wiederum über mechanische übertragungselemente, die aufv/endig sind und über den genannten Schwerkraft körper bewegt werden müssen.The display is again via mechanical transmission elements, which are aufv / finite and body must be moved over said gravity.

Weiterhin ist nachteilig, daß die Genauigkeit der Verfahren und Anordnungen, die Pendel verwenden, unmittelbar von der Pendellänge abhängig ist* Daraus resultiert, daß für eine bestimmte Genauigkeit auch eine entsprechende Baugröße der Anordnung erforderlich ist. Dabei sind Baugröße und Robustheit aber ausschlaggebend für den praktischen Betriebseinsatz.Another disadvantage is that the accuracy of the methods and arrangements that use pendulum, is directly dependent on the pendulum length * As a result, that for a certain accuracy, a corresponding size of the arrangement is required. However, size and robustness are crucial for practical operation.

In der DD-EB 129 .488 ist ein elektronischer Neigungsmesser beschrieben, bei dem ein prismatisches Pendel in einem Rahmen an einer aus mehreren aus Polyesterfolie bestehenden Blattfedern aufgehängt ist. Dem Pendel sind zwei in Schwingungsrichtung sich gegenüberliegende, das Pendel differentiell kapazitiv antastende Kondensatorplatten zugeordne-DD-EB 129.488 describes an electronic inclinometer in which a prismatic pendulum is suspended in a frame on a leaf spring consisting of several polyester film. The pendulum has two opposite in the oscillation direction, the pendulum differentially capacitive attacking capacitor plates assigned

. j., j.

V *V *

Nachteilig ist die komplizierte Aufhängung des Pendels, die wesentlich den Gebrauchswert solcher Einrichtungen bestimmt. Ss ist su erwarten, daß diese Aufhängung mittels Polyesterfolie keinen hohen mechanischen Belastungen,wie Stoß oder Schlag standhält, sondern deformiert und unbrauchbar wird. Weiter erscheint die kapazitive Auswertung der Pendelauslenkung nachteilig. Unter Einsatzbedingungen ist fast immer mit energiereichen elektrischen oder elektromagnetischen Störfeldern zu rechnen, ?/obei eine aufwendige Abschirmung der Meßeinrichtung notwendig wäre.A disadvantage is the complicated suspension of the pendulum, which essentially determines the utility value of such facilities. Ss is su expect that this suspension by means of polyester film does not withstand high mechanical loads such as shock or impact, but is deformed and unusable. Next, the capacitive evaluation of the pendulum deflection appears disadvantageous. Under conditions of use is almost always to be expected with high-energy electrical or electromagnetic interference fields,? / Obei a costly shielding of the measuring device would be necessary.

Die DD-SB 142 752, 142 753 und 156 021 beschreiben Verfahren, bei denen die Auslenkung von Flüssigkeiten in geduldeten Flächen ausgewertet wird. Dies erfolgt fotoelektrisch oder kapazitiv über die Leitfähigkeit der Flüssigkeit. Als Nachteil ist zu nennen, daß die beschriebenen "Verfahren und Anordnungen keinen proportionalen bzw. linearen Zusammenhang zwischen der Neigung und einer auswertbaren physikalischen Größe besitzen. Die Verfahren mittels Leitfähigkeitsmessung sind stark temperaturabhängig und deshalb an bestimmte günstige Voraussetzungen gebunden. Sollen Neigungsanderungen schnell bestimmt werden, steht dem die 'Trägheit der verwendeten Flüssigkeiten nachteilig entgegen.DD-SB 142 752, 142 753 and 156 021 describe methods in which the deflection of liquids in tolerated areas is evaluated. This is done photoelectrically or capacitively via the conductivity of the liquid. A disadvantage is that the described "methods and arrangements have no proportional or linear relationship between the inclination and an evaluable physical quantity." The methods by means of conductivity measurement are strongly temperature-dependent and therefore bound to certain favorable conditions. is the 'inertia of the fluids used disadvantageous contrary.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, einen Meßwertaufnehmer für automatische Nivelliereinrichtimgen zu finden, der kompakt, robust und kostengünstig in Industrierobotern einsetzbar ist.The object of the invention is to find a transducer for automatic leveling devices that is compact, robust and inexpensive to use in industrial robots.

Wesen der ErfindungEssence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Neigung einer Ebene qualitativ und quantitativ in ein proportionales elektrisches Signal umzusetzen.The invention has for its object to implement the inclination of a plane qualitatively and quantitatively in a proportional electrical signal.

Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß eine symmetrische Messe mit einer in vier Quadranten geteilten ebenfalls symmetrischen Sensorfläche aus einem kalthartenden elastischenThis is done according to the invention in that a symmetrical mass with a divided into four quadrants also symmetrical sensor surface of a cold-elastic

Plast, der mechanischen Druck, Zug oder Torsion in eine elektrisch meßbare Widerstandsänderung umwandelt, mittels einer Haftschicht aus Kautschukmasse isoliert verbunden ist, wobei die Sensorfläche auf eine plane, verwindungssteife, nichtleitende Grundplatte aufgebracht ist, auf der sich eine zweite, zur ersten geometrisch deckungsgleiche, unbelastete Sensorfläche zur Temperaturkompensation befindet, dabei sind bei beiden Sensorflachen alle vier Quadranten im Mittelpunkt durch Elektroden elektrisch kontaktiert, wobei weitere .Handelektroden.am. äußeren Umfang aller Quadranten der Sensorflächen angeordnet, die jeweiligen Gegenelektroden darstellen.Plast, the mechanical pressure, train or torsion converts into an electrically measurable resistance change is connected by means of an adhesive layer of rubber compound, wherein the sensor surface is mounted on a flat, torsionally rigid, non-conductive base plate on which a second, the first geometrically congruent, unloaded sensor surface for temperature compensation, in both sensor surfaces all four quadrants in the center are electrically contacted by electrodes, with further .Handelektroden.am. outer periphery of all quadrants of the sensor surfaces arranged, which represent respective counter-electrodes.

Die Randelektroden eines Quadranten einer belasteten und eines Quadranten einer unbelasteten Sensorfläche sind leitend miteinander verbunden. Durch vier vorgesehene Spannungsteiler findet über bekannte Brückenschaltungen eine Auswertung statt, die Mittelpunktelektroden der Sensorflächen stellen die gemeinsamen Sinspeisepunkte dar. Die gesamte Anordnung ist zum Schutz vor unerwünscht en"-mechanischen Einwirkungen in einem Gehäuse montiert. "The edge electrodes of a quadrant of a loaded and a quadrant of an unloaded sensor surface are conductively connected together. By four provided voltage divider takes place via known bridge circuits an evaluation, the center electrodes of the sensor surfaces represent the common Sinspeisepunkte. The entire assembly is mounted to protect against unwanted en-mechanical effects in a housing.

Ausführungsbeispielembodiment

An Hand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher beschrieben werden. Die dazu gehörige Zeichnung zeigt inWith reference to an embodiment, the invention will be described in detail. The corresponding drawing shows in

Fig. 1 eine. Seitenansicht und in Pig. 2 eine DraufsichtFig. 1 a. Side view and in Pig. 2 is a plan view

auf die Anordnung.on the arrangement.

Soll die Neigung einer .Fläche, in ihrer Pachtung und dem Grad der Abweichung von einer Bezugsebene ermittelt werden, wird eine symmetrisch angeordnete und gewichtsmäßig bestimmte Masse 1 auf eine in vier gleichgroße Quadranten aufgeteilte oensorfläche 2 aus einem kalthärtenden elastischen Flast aufgelegt. Der elastische Plast hat die Eigenschaft, mechanischen. Druck, Zug oder Torsion in eine elektrische Widerstandsänderung umzuwandeln. Zur Befestigung und gleichzei-If the inclination of an area, its lease and the degree of deviation from a reference plane are to be determined, a symmetrically arranged and weighted mass 1 is applied to an oensor surface 2 divided into four equal quadrants from a cold-hardening elastic flux. The elastic plastic has the property of mechanical. To convert pressure, tension or torsion into an electrical resistance change. For attachment and at the same time

tigen Isolation ist zwischen der Masse 1 und der Sensorfläche eine kautschukähnliche Haftschicht 3 vorgesehen. Die Sensorfläch= 2 ist wiederum auf einer ebenen, verwindungssteifen und nichtleitenden Grundplatte 4 angebracht, auf der sich eine zweite gleichgroße, jedoch unbelastete Sensorfläche 5 befindet, die ebenfalls in vier gleiche Quadranten unterteilt ist. Beide Sensorflachen 2; 5 sind durch je eine Mittelpunkt elektrode 6; 7 kontaktiert, so daß alle vier Quadranten leitende Verbindung haben, wobei je eine Randelsktrode 8 am Umfang eines jeden Quadranten angeordnet, die jeweilige C-egenselektrode darstellt. Da das aus kalthärtendem elastischen Plast bestehende Material der Sensorflächen 2; 5 seinen Widerstandswert auch mit der Temperatur ändert, ist eine Temperaturkompensation notwendig. Dazu werden die belasteten und unbelasteten Sensorflächen 2; 5 so miteinander kontaktiert, daß die •zum gleichen Quadranten gehörenden Randelektroden 8 Verbindung haben und einen der Meßpunkte MP₁ bis MP. ergeben. In die Mittelüunktelektroden 6; 7 wird eine Heßspannung TL*term insulation is provided between the mass 1 and the sensor surface, a rubber-like adhesive layer 3. The sensor surface = 2 is in turn mounted on a flat, rigid and non-conductive base plate 4, on which there is a second equally sized, but unloaded sensor surface 5, which is also divided into four equal quadrants. Both sensor surfaces 2; 5 are each by a center electrode 6; 7 contacted, so that all four quadrants have conductive connection, wherein each a Randelsktrode 8 arranged on the circumference of each quadrant, which represents respective C-egenselektrode. Since the existing of cold-curing elastic Plast material of the sensor surfaces 2; 5 also changes its resistance value with temperature, a temperature compensation is necessary. For this purpose, the loaded and unloaded sensor surfaces 2; 5 contacted so that the • belonging to the same quadrant edge electrodes 8 have connection and one of the measuring points MP ₁ to MP. result. In the mid-point electrodes 6; 7 becomes a haptic voltage TL *

ill ill

eingespeist. Eie Auswertung und der Vergleich der ermittelten Werte an den Meßpunkten MP.. bis MP, erfolgt durch externe Spannungsteiler nach dem Brückenschaltungsprinzip. Somit ist eine Eleminierung des Temperatureinflusses gegeben.fed. Eie evaluation and the comparison of the determined values at the measuring points MP .. to MP, carried out by external voltage divider according to the bridge circuit principle. Thus, a Eleminierung the temperature influence is given.

Vor Beginn der 2Jeigungsmessung einer Fläche-wird der erfindungsgemäße Meßaufnehmer mittels Spannungsteilern auf Full abgeglichen. Liegt keine Neigung vor, sind die Ausgangssignale an den Meßpunkten MP₁ bis MP^ gleich groß. Tritt eine Jieigung auf, wird das Gewicht der Masse 1 auf der damit beauflagten Sensorflache 2 so verteilt, daß alle vier Quadranten unterschiedlich in Stärke und Richtung belastet werden. Damit ändern sich die ",Tiderstände der Quadranten, so dai3 die Signale an den Meßpunkten MP. und MP₂ ein direktes Maß für die ITeigung in der betreffenden Richtung sind. Die gesamte Anordnung ist schlag- und stoßsicher in einem Gehäuse 9 untergebracht, sie arbeitet ohne mechanisch bewegte Teile und somit annähernd trägheitslos.Before the beginning of the 2-slope measurement of a surface, the transducer according to the invention is adjusted to full by means of voltage dividers. If there is no inclination, the output signals at the measuring points MP ₁ to MP ^ are the same size. If a Jieigung occurs, the weight of the mass 1 is distributed on the sensor surface 2 thus imposed so that all four quadrants are charged differently in strength and direction. As a result, the resistances of the quadrants change, so that the signals at the measuring points MP and MP _{2 are} a direct measure of the inclination in the respective direction The entire arrangement is shockproof and shockproof housed in a housing 9 and operates without mechanically moving parts and thus almost without inertia.

Claims

Invention claim:

Transducer for measuring the inclination of surfaces, whereby the measurement is continuously based on electromechanical! Paths and is given to the unsatisfied plane, a measure of the inclination and direction, for use in geodesy for determining the inclination plane of measuring instruments, characterized in that a symmetrical mass determined by weight with a divided into four quadrants also symmetrical oensorfläche from a cold-curing elastic plastic, which converts mechanical pressure, tension or torsion into an electrically measurable resistance change, is connected by means of an adhesive layer of rubber compound, wherein the loaded sensor surface is applied to a flat, torsionally stiff, non-conductive base plate, on which a second, For the first geometrically congruent unloaded sensor surface, in the case of both sensor surfaces, all four quadrants of elastic plastic are contacted at their center by electrodes -electrically, wherein on the outer circumference of all quadrants: the sensor surfaces e edge electrodes, representing counterelectrodes, conductively connected to each other.

For this 1 sheet drawings