DD283003A5

DD283003A5 - Verfahren und anordnung zur auswertung von verdrehwinkeln fuer drehmoment-messeinrichtungen

Info

Publication number: DD283003A5
Application number: DD32833289A
Authority: DD
Inventors: Eberhard Treppe; Hans-Joerg Mai; Lutz Reichard
Original assignee: Smab Forsch Entw Rat
Priority date: 1989-05-08
Filing date: 1989-05-08
Publication date: 1990-09-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Auswertung von Verdrehwinkeln fuer Drehmoment-Meszeinrichtungen, die vorzugsweise von der optoelektronischen Erfassung einer drehmomentproportionalen Relativverdrehung zweier Meszscheiben ausgehen und zur Steuerung automatisierter Schraubprozesse eingesetzt werden. Indem der linksseitige Vorlauf als auch der zeitverschobene rechtsseitige Vorlauf eines jeden Schlitzes einer Meszscheibe gesondert zur Auswertung herangezogen werden, erzielt man in Beziehung zur Wellendrehzahl und zum zulaessigen Drehmoment eine grosze Zahl von Meszwerten, die namentlich bei geringen Drehzahlen die Genauigkeit der Drehmomentmessung, mithin die Sicherheit des Schraubprozesses, erhoehen. Fig. 2{Verdrehwinkel; Drehmoment-Meszeinrichtung; optoelektronische Erfassung; Meszscheibe; automatisierte Schraubprozesse; geringe Wellendrehzahl}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Auswertung von Verdrehwinkeln für Drehmoment-Meßeinrichtungen, die vorzugsweise zur Steuerung automatischer Schraubprozesse eingesetzt werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannt sind Drehmoment-Meßeinrichtungen, die drehmomentproportionale Verdrehwinkol optoelektronisch auswerten und dabei eine verfahrensbedingte Mindestdrehzahl der Welle voraussetzen, wodurch besonders in der Endphase von Schraubvorgängen mit der charakteristisch abklingenden Drehzahl die Meßgenauigkoit stark abnimmt.

In DD 216313 besteht ein Vorsatzgerät zur Drehmomentmessung aus zwei gegeneinander verdrehbaren Schlitzscheiben, die unter Drehmomentbelastung zu einer proportionalen Abdeckung der Schlitze führen, wobei eine durch die freigelassenen Schlitzbereiche tretende Lichtmenge o^r elektronisch ausgewertet wird; jedoch wird für jeden durchlaufenden Schlitz nur ein einziger Drehmomentmeßwert geliefeu

In DD 259697 erfaßt ein Verfahren zur dynamischen Drehmomentmessung ebenfalls für jeden Meßwinkel, der durch die Schlitzeinteilung von Meßscheiben bestimmt ist, nur einen einzigen Drehmomentmeßwert.

In DD 237631 nimmt eine Steuereinheit für drehwinkelgesteuertes Schrauben und in DD 231756 eine Steuereinheit für Schrauber mit digitaler Drehmomentabschaltung die Auswertung eines drehmomentproportionalen Signals mit Hilfe von requenzwandler, Zähler, Speicher und Digitalkomparator für den Soll-Istwert-Vergleich vor, jedoch ist die Zahl der in der Endphase des Verschraubungsprozesses ausgewerteten Meßwerte zu gering.

In DD 258298 gleicht eine Anordnung zur Lichtstärkeregelung bei der polarimetrischen Winkelmessung die durch Umwelteinflüsse verursachten Schwankungen der Lichtstärke aus, jedoch Ist dazu ein hoher gorätetechnischer Aufwand nötig. Weiterhin wurde eine Vorrichtung zur Messung statischer und dynamischer Drehmomente vorgeschlagen, die gleichermaßen an ruhenden und drehenden Wellen einsetzbar ist, jedoch ebenfalls einen hohen gerätetechnischen Aufwand erfordert.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine- Anordnung zur Auswertung von Verdrehwinkeln für Drehmoment-Meßeinrichtungen zu entwickeln, um damit im Unterschied zu den bekannten Lösungen die Gebrauchseigenschaften unter Verzicht auf großen gerätetechnischen Aufwand zu verbessern und namentlich in der Endphase von automatischen Schraubprozessen die Meßgenauigkeit und die Sicherheit zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Auswertung von Verdrehwinkeln für Drehmoment-Meßeinrichtungen, die in Beziehung zur Wellendrehzahl und zum zulässigen Drehmoment eine große Zahl von Meßwerten liefern. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Auswertung sowohl der linksseitige Vorlauf <p_L der oberen Meßscheibe gegenüber der unteren Meßscheibe als auch der um den Durchlauf eines Schlitzes zeitverschobene rechtsseitige Vorlauf φ_η der oberen Meßscheibe gegenüber der unteren Meßscheibe gesondert herangezogen werden, wobei der linksseitige Vorlauf <p_L der oberen Meßscheibe und der Stegdurchlauf <pr der unteren Meßscheibe bzw. der zeitverschobene rechtsseitige Vorlauf φη der oberen Meßscheibe und der Schlitzdurchlauf <p$ der unteren Meßscheibe mittels eines Taktgebers in Zählimpulse ί_Φι, ί_Φ, bzw. zeitverschoben in Zählimpulse ϊ_Φ,, ϊ_φ, umgewandelt werden. Die Zählimpulse ί^, ί_φ1 werdor zum Abschluß der Erfassung t_T im Speicher bereitgestellt, desgleichen, allerdings zeitverschoben, die Zählimpulse ί_φ,, I₉, zum Abschluß der Erfassung t_s.

Außerdem werden die Zählimpulse \_ψ, bzw. ϊ_Φ, des unteren Zählers zur Signalisierung des Stillstandes der Welle herangezogen, wobei eine Vergleichseinheit ein Endesignal Se liefert, wenn die Zählimpulse ίφ, bzw. Ι_Φ, einen einstellbaren Maximalwert i_max überschreiton.

Zwei Lichtsender stehen mit zwei Lichtempfängern, durch jeweils eine Meßscheibe getrennt, in Wirkverbindung. An dem oberen Lichtempfänger ist ein oberer Zähler für die Zählimpulse i^, ϊ_Φ, und an dem unteren Lichtempfänger ein unterer Zähler für die Zählimpuhe i_9l, i^, angeschlossen. Beide Zähler sind mit einem Speicher und einem Taktgeber verbunden, wobei der untere Zähler darüber hinaus noch mit einer Vergleichseinheit in Verbindung steht.

Speicher und Vergleichseinheit sind an einem Datensender angeschlossen, der über einen Datenempfänger mit einem Mikrorechner verbunden ist.

In Funktion unterbricht der Stegdurchlauf ψγ der unteren Meßscheibe mit dem Beginn der Erfassung to die Wirkverbindung zwischen Lichtsender und unteren, Lichtempfänger, wobei bis zur Beendigung des Stegdurchlaufs <p_T die mit Hilfe eines Taktgebers erzeugten Zählimpulse ί_Φ, im unteren Zähler erfaßt werden. Innerhalb dieses Zeitraumes gibt der linksseitige Vorlauf φι der c beren Meßscheibe die Wirkverbindung zwischen Lichtsender und oberen Lichtempfänger in Abhängigkeit vom wirkenden Drehmoment M, frei und die mit Hilfe des Taktgebers erzeugten Zählimpulse i^ werden im oberen Zähler erfaßt. Mit der Beendigung des Stegdurchlaufes tp_T wird die Wirkverbindung zwischen Lichtsender und unterem Lichtempfänger durch don Schlitz freigegeben und der Abschluß der Erfassung t_T für ψγ und tp_L ist somit erreicht. Die Zählimpulse ί_φι, i,, werden vom oberen und unteren Zähler in den Speicher übertragen und die Zähler sogleich Null gesetzt. Im unteren Zähler werden nun die mit Hilfe eines Taktgebers erzeugten Zählerimpulse ϊ_φ, bis zur Beendigung des Schlitzdurchlaufes <Ps erfaßt. In Abhängigkeit vom wirkenden Drehmoment M₁, das sich im Vergleich zu vorangegangenen Stegdurchlauf epr durchaus geändert haben kann, unterbricht der drehmomentproportionale rechtsseitige Vorlauf <Pr der oberen Meßscheibe die Wirkverbindung zwischen Lichtsender und oberen Lichtempfänger, wobei die mit Hilfe des Taktgebers erzeugten Zählimpulse ί_φ, im oberen Zähler erfaßt werden. Mit der Beendigung des Schlitzdurchlaufes <p_s der unteren Meßscheibe wird die Wirkverbindung zwischen Lichtsender und unteren Lichtempfänger wiederum unterbrochen, die Zählimpulse ί_φι, i^ werden vom oberen und unteren Zähler in den Speicher übertragen und die Zähler sogleich Null gesetzt. Diese Meßzyklen wiederholen sich bis zum Stillstandr der Welle. Falls die Zählimpulse ί_φτ bzw. i^, des unteren Zählers einen einstellbaren Maximalwert i_max überschreiten, wird von einer Vergleichseinheit ein Endesignal Se ausgelöst, das den Stillstand der Welle signalisiert. Ein Datensender nimmt die Zählimpulse ί_Φι, ί_φ1 bzw. ί_φΑ, i„, vom Speicher und das Endsignal S_E von der Vergleichseinheit entgegen und überträgt sie mit Hilfe eines Datenempfängers zum Mikrorechner, wo die Meßwerte zur Steuerung herangezogen werden.

Ausführungsbeispiel Nachstehend ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Anordnung der Funktionselemente Fig. 2: Verfahrensschema

Nach Fig. 1 sind zwei Wellen 1 durch einen Verdrehmodul 3 verbunden. An den Verbindungsstellen sind eine obere Meßscheibe 4 und eine untere Meßscheibe 5 angeordnet. Beide Meßscheiben 4,5, Fig. 2, weisen eine gleichmäßigeTeilung in Schlitze 16 und Stege 17 auf, deren Anzahl durch die Meßaufgabe bestimmt ist. Die obere Meßscheibe 4 ragt zwischen einen Lichtsender 6 und einen oberen Lichtempfänger 7 und die untere Meßscneibe 5 zwischen einen Lichtsender 6 und einen unteren Lichtempfänger 8.

An dem oberen Lichtempfänger 7 ist ein oberer Zähler 9 für die Zählimpulse i^ 29 bzw. für die zeitverschobenen Zählimpulse i», 30 angeschlossen und an dem unteren Lichtempfänger 8 ist ein unterer Zähler 10 für die Zählimpulse i*, 29 bzw. für die zditverschobenen Zählimpulse i„ 30 gesondert angeschlossen. Der obere Zähler 9 und der untere Zähler 10 sind mit einem Taktgeber 11 und einem Speicher 12 für die Zählimpulse Ι_Φι, i„ 29 bzw. für die zeitverschobene ι Zählimpulse i₉„ I₉,30 verbunden, wobei der untere Zähler 10 darüber hinaus mit einer Vergleichseinheit 31 für die Auslösung des Endesignals S_E 33 in Verbindung steht und der Speicher 12 und die Vergleichseinheit 31 an einem Datensender 13 angeschlossen sind, der wiederum über einen Datenempfänger 14 mit einem Mikrorechner 15 in Verbindung steht. In Funktion ruft das Drehmoment M₁ 2 eine drehmomentproportionale, zeitlich mehr oder minder stark veränderliche Relativverdrehung zwischen den Meßscheiben 4,5 hervor.

Gemäß Fig.2 unterbricht der Stegdurchlauf φ_τ 22 der unteren Meßscheibe 5 zum Zeitpunkt des Beginns der Erfassung t₀ 24 die in die optische Dezugsachse projiziarte Wirkverbindung zwischen Lichtsender 6 und unteren Lichtempfänger 8, wobei bis zur Beendigung des Stegdurchlaufes φτ 22 dio mit Hilfe des Taktgebers 11 erzeugten Zählimpulse i_9l 29 im unteren Zähler 10 erfaßt werden. Innerhalb dieses Zeitraumes gibt der linksseitige Vorlauf <p_L 20 dor oberen Meßscheibe 4 die Wirkverbindung zwischen Lichtsender 6 und oberen Lichtempfänger 7 in Abhängigkeit vom wirkenden Drehmoment M, 2 frei und die mit Hilfe des Taktgebers 11 erzeugten Zählimpulse i^ 29 werden im oberen Zähler orf aßt. Mit der Beendigung des Stegdurchlaufes φ_τ 22 wird die Wirkverbindung zwischen Lichtsender 6 und unterem Lichtempfänger 8 durch den Schlitz 16 freigegeben und der Abschluß der Erfassung t_T 26 für φ_τ 22 und cp_L 20 ist erreicht. Die Zählimpulse L^₁, i„, 29 werden von beiden Zählern 9,10 in den Speicher 12 übertragen und die Zähler 9,10 sogleich Null gesetzt. Im unteren Zähler 10 werden nunmehr bis zur Beendigung des Schlitzdurchlaufes <p$ 23 die Zählimpulse ί_Ψ) 30 erfaßt. Der drehmomentproportionale rechtsseitige Vorlauf ψη 21 der oberen Meßscheibe4unterbrichtdie Wirkverbindung zwischenLichtsender6undoberemLichtempfänger7,wobeidieZählimpulsei,,30 im oberen Zähler 9 erfaßt werden. Mit der Beendigung des Schlitzdurchlaufes tps 23 der unteren Meßscheibe 5 werden die Zählimpulse ί_φ>, i₉, 30 aus beiden Zählern 9,10 in den Speicher 12 übertragen und die Zähler 9,10 sogleich Null gesetzt. Diese Meßzyklen wiederholen sich bis zum Stillstand der Welle 1. Falls die Zählimpulse \_φ, 29 bzw. ϊ_φ, 30 des unteren Zählers 10 einen einstellbaren Maximalwert i_m,„ 32 überschreiten, wird von einer Vergleichseinheit 31 ein Endesignal Se 33 ausgelöst, das den Stillstand der Welle 1 und damit das Ende des Meßvorganges signalisiert. Ein Datensender 13 nimmt die Zählimpulse ί_Φι, ί_ψ129 bzw. i,„ I₉₁30 vom Speicher 12 und das Endesignal S_E33 von der Vergleichseinheit 31 entgegen und überträgt sie mit Hilfe eines Datenempfängers 14 zum Mikrorechner 15, wo sie zur Steuerung herangezogen weiden. Die erläuterte Erfindung ist vorzugsweise für die Steuerung automatischer Schraubprozesse anwendbar und liefert in Beziehung zur Wellendrehzahl und zum zulässigen Drehmoment eine große Zahl von Meßwerten.

Claims

1. Verfahren zur Auswertung von Verdrehwinkeln für Drehmoment-Meßeinrichtungen unter Verwendung von zwei Wellen, die mit einem Verdrehmodul verbunden sind, zwei Lichtsendern, zwei l.ichtempfängorn, zwei Meßscheiben, die eine drehmomentproportionale Relativverdrehung aufweisen, zwei Zählern, einer Vergleichseinheit mit Maximalwertüberwachung, einem Speicher, einem Datensender, einem Datenempfänger sowie einem Mikrorechner, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung sowohl der linksseitige Vorlauf <p_L (20) als auch der um den Durchlauf des Schlitzes (16) zeitverschobene rechtsseitige Vorlauf <p_R (21) gesondert herangezogen werden, wobei der linksseitige Vorlauf (p_L (20) der oberen Meßscheibe (4) und der Stegdurchlauf φ_τ (22) der unteren Meßscheibe (5) bzw. derzeitverschobene rechtsseitige Vorlauf <p_R (21) der oberen Meßscheibe (4) und der Schlitzdurchlauf φ_δ (23) der unteren Meßscheibe (5) mittels eines Taktgebers .(11) in Zählimpulse ¹I₉₁, i₉₎ (29) bzw. zeitverschoben in Zählimpulse i_9B, i_9s (30) umgewandelt worden und die Zählimpulse i_9l, i_9l (29) zum Abschluß der Erfassung t_T (26) bzw. zeitverschoben die Zählimpulse ί_φΐ, i_9s (30) zum Abschluß der Erfassung t_s (28) im Speicher (12) zur weiteren Auswertung durch einen Mikrorechner (15) bereitgestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Signalisierung des Stillstandes der Welle (1) die Zählimpulse I₉₁ (29) bzw. i_9s (30) des unteren Zählers (10) herangezogen werden, wobei eine Vergleichseinheit (31) ein Endesignal S_E (33) liefert, wenn die Zählimpulse i_9r (29) bzw. i_9s (30) einen einstellbaren Maximalwert i_max (32) überschreiten.

3. Anordnung zur Auswertung von Verdrehwinkeln für Drehmoment-Meßeinrichtungen bestehend aus zwei durch einen Verdrehmodul miteinander verbundenen Wellen, zwei Lichtsendern, zwei Lichtempfängern, zwei eine dem Drehmoment proportionale Relativverdrehung aufweisende Meßscheiben, zwei Zählern, einer mit Maximalwertüberwachung ausgestatteten Vergleichseinheit, einem Speicher, einem Datensender, einem Datenempfänger sowie einem Mikrorechner, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl an dem oberen Lichtempfänger (7) ein oberer Zähler (9) für die Zählimpulse i_9l (29) bzw. für die zeitverschobenen Zählimpulse i_9R (30) als auch an dem unteren Lichtempfänger (8) ein unterer Zähler (10)fürdieZählirnpulse ί_φτ (29) bzw. für die zeitverschobenen Zählimpulse i_9s (30) gesondert angeschlossen ist, und daß der obere Zähler (9) und der untere Zähler (10) mit einem Taktgeber (11) und einem Speicher (12) für die Zählimpulse i_9u, I_9x (29) bzw. für die zeitverschobenen Zählimpulse i₉„, i_9s (30) verbunden sind, wobei der untere Zähler (10) darüber hinaus mit einer Vergleichseinheit (31) für die Auslösung des Endesignals S_E (33) in Verbindung steht und der Speicher (12) und die Vergleichseinheit (31) an einem Datensender (13) angeschlossen sind, der wiederum über einen Datenempfänger (14) mit einem Mikrorechner (15) verbunden ist.