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Automatische Tasteinrichtung mit elektromagnetischer Wendekupplung
Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Tasteinrichtung nach Patent
932757 mit elektromagnetischer Wendekupplung und einer aus einem am Taster
befestigten Meßring und einem mit dem Meßring zusammenwirkenden, um seine Achse
umlaufenden Meßkopf mit Meßkontakt bestehenden Vorsteuereinrichtung, die einen elektrischen
Schalter für ein elektronisches Steuergerät bildet. Dieses elektronische Steuergerät
schaltet zwei stets gegenläufig umlaufende, den Meßkopf antreibende elektromagnetische
Kupplungen derart, daß diese zwangläufig wechselseitig geschlossen und geöffnet
werden und dadurch ein links-bzw. rechtsdrehender Antrieb des Meßkopfes erfolgt.
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Zweck der Erfindung ist es, die Kopiergenauigkeit der Tasteinrichtung,
die Kopiergeschwindigkeit, die zu erzielende Oberflächengüte und die Lebensdauer
sowie die Betriebssicherheit der gesamten Einrichtung zu verbessern. Erreicht wird
dies durch eine weitere Ausgestaltung des elektronischen Steuergerätes, die darin
besteht, daß ein Abheben des Taststiftes vom Modell bzw. von der Steuerkurve bei
der Umkehrung der Kopierrichtung verhindert wird. Erfindungsgemäß wird dieses Abheben
dadurch verhindert, daß im Gitterkreis der ersten Elektronenröhre ein der Umschaltvorrichtung
zugeordneter Unterbrecherkontakt vorgesehen ist, welcher durch einen Kondensator
und Widerstand als Zeitrelais ausgebildet ist.
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Das elektronische Steuergerät gemäß der Erfindung arbeitet praktisch
trägheitslos, so daß die Meßfrequenz um ein Mehrfaches erhöht wird. Dadurch kann
die Vorschubgeschwindigkeit für den Kopiervorgang erhöht werden. Bei hohen Meßfrequenzen
können Richtungsänderungen schneller vorgenommen werden. Außerdem ergibt sich ein
weiterer Vorteil daraus, daß die Belastung des Meßkontaktes infolge der Hochohmigkeit
des geschalteten Gitterkreises praktisch vernachlässigt werden kann, wodurch die
Lebensdauer des Meßkontaktes nahezu unbegrenzt wird. Auch die Kopiergenauigkeit
und die Kopiergeschwindigkeit erhalten eine Steigerung, ebenso wie die Oberflächengüte.
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Um die Vorteile einer Tasteinrichtung nach dem Patent 932 757 voll
wirksam zu machen, muß das zugehörige elektronische Steuergerät folgende Bedingungen
erfüllen: a) trägheitsarme Nachstellung des Meßsystems, b) trägheitsarme Umkehr
der Tasteinrichtung und c) Umstellung des Meßsystems für die umgekehrte Tastrichtung
durch eine dem Meßkopf aufgezwungene Drehbewegung, welche von dem Tastvorgang unabhängig
ist.
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Erfüllt werden diese Bedingungen durch die erfindungsgemäße Ausbildung
des elektronischen Steuergerätes. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend
an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt Fig.1 schematisch die Anordnung des elektronischen
Steuergerätes mit Bezug auf die Tasteinrichtung nach Patent 932 757 und Fig. 2 das
Schaltschema des elektronischen Steuergerätes gemäß der Erfindung.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung sei an Hand der Fig. 1 kurz
auf die mit dem elektronischen Steuergerät zusammenwirkenden Teile der Tasteinrichtung
nach Patent 932 757 verwiesen. Am oberen Ende des Tasters 3 ist der Meßring 62 angeordnet,
dem der Meßkopf 63 mit seinem Meßkontakt70 gegenüberliegt. Der Meßkontakt 70 ist
elektrisch leitend mit dem um den Meßkopf gelegten Schleifring 66 verbunden, dessen
Kontakt 65 die Verbindung zu dem die Elektronenröhren 67 und 68 enthaltenden elektronischen
Steuergerät herstellt, und zwar zu dem Gitter der ersten Elektronenröhre 67. Da
der ganze Taster an Masse liegt, erfolgt je nach Kontaktgabe durch den Meßkontakt
70 der Spannungsschluß zur Elektronenröhre 67 oder 68, von denen aus die vom Motor
80 her über das Wendegetriebe stets entgegengesetzt angetriebenen elektromagnetischen
Kupplungen 76, 77 so erregt werden, daß jeweils mit Hilfe der Mitnehmerscheibe 69
wechselweise der Meßkopf links- bzw. rechtsdrehend angetrieben wird.
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Zur Erfüllung der unter den vorstehenden Punkten a, b und c aufgeführten
Bedingungen wird erfindungsgemäß das elektronische Steuergerät gemäß dem Schaltschema
nach Fig.2 ausgeführt. Dieses Schaltschema zeigt oben den elektronischen Teil und
unten den Schwachstromteil des Steuergerätes.
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In dem elektronischen Teil befinden sich die beiden Elektronenröhren
67 und 68 mit den Anodenspannungen
L' 1 und L"2. Das Gitter G 1
der Elektronenröhre 67 und das Gitter G 2 der Elektronenröhre 68 liegt an der Gitterspannung
(T3. Die Spannungen U I und U 2 werden von einem nicht dargestellten Transformator
abgenommen. In den Gitterkreisen der Elektronenröhren sind die Gitterwiderstände
R1, R2, R3, R5 und R 6 und in den Anodenkreisen die Anodenwiderstände RS und R9
enthalten. In den Kathodenkreisen liegen die Erregerspulen 11I1 und 312 der
elektromagnetischen Kupplungen 76 und 77 sowie die Kathodenwiderstände R4 und R7.
Es sind ferner die Schaltkontakte I a, I b und I c eines im Schwachstromteil der
Schaltung vorhandenen Umschaltrelais I für die elektromagnetischen Kupplungen 76
und 77 vorgesehen sowie ein Schaltkontakt II a eines Verzögerungsrelais 1I (im Schwachstromteil).
Der Schaltkontakt II a liegt in dem Eingang E des Gitterkreises der ersten Elektronenröhre
67. Der Eingang wird durch das Zusammenwirken des Meßkontaktes 70 mit dem Meßring
62 geöffnet und geschlossen.
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Der Schwachstromteil der Schaltung liegt an der Spannung U4 eines
nicht dargestellten Transformators und enthält das bereits genannte Umschaltrelais
I mit seinen Schaltkontakten I a, I b und I c im elektronischen Teil sowie mit weiteren
Schaltkontakten I d, I e und I f im Schwachstromteil, das genannte Verzögerungsrelais
II mit seinem Schaltkontakt II a im elektronischen Teil und ein Unterbrecherrelais
III mit seinem Schaltkontakt III a für den Selbsthaltekreis des Umschaltrelais I.
In dem Schwachstromteil liegen ferner die beiden Kondensatoren C1 und C2 mit den
ihnen zugeordneten Widerständen R 10, R 11, R 12 und R 13 sowie die beiden Endschalter
S1 und S2, die durch einstellbare, am nicht dargestellten Maschinenschlitten angeordnete
Schaltnocken zur elektrischen Itnpulsgabe betätigt werden. Zu Punkt a) In der dargestellten
Schaltstellung ist bei geöffnetem Eingang E, der im Sinne des Zusatzverhältnisses
zum Patent 932 757 dem geöffneten Kontakt zwischen dem Meßkontakt 70 und dem Meßring
62 entspricht und nach einer Impulsgabe am Endschalter S 1 die Elektronenröhre 67
durch die über ihren Gitterwiderstand R 1 an ihrem Steuergitter G 1 liegende negative
Gitterspannung U3 gesperrt. Dadurch wird an dem Steuergitter G2 der Elektronenröhre
68 über ihren Gitterwiderstand R6 nur die an ihrem Kathodenwiderstand R 7 anfallende
Vorspannung wirksam, d. h., die Elektronenröhre 68 ist geschlossen, und die Erregerspule
M2 der elektromagnetischen Kupplung 77 wird erregt.
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Wird der Kontakt zwischen dem Meßkontakt 70 und dem Meßring 62 im
Eingang E geschlossen, so bricht durch Überbrückung der Gitterspannung U3 und des
Gitterwiderstandes R 1 mit dem Gitterwiderstand R2 über den geschlossenen Schaltkontakt
I c die Gitterspannung U3, die hier als Sperrspannung dient, an dem Gitterwiderstand
R 1 zusammen, und es liegt lediglich die an dem Kathodenwiderstand R4 abfallende
Spannung über die Gitterwiderstände R 2 und R 3 an dem Steuergitter G 1 der Elektronenröhre
67. Diese Röhre ist dadurch geschlossen, und die Erregerspule ill1 der elektromagnetischen
Kupplung 76 wird erregt. Gleichzeitig gelangt der gesamte Spannungsabfall im Kathodenkreis
der Elektronenröhre 67 über den Gitterwiderstand R5 an das Steuergitter G2 der Elektronenröhre
68 und sperrt diese.
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Auf diese Weise ist eine ständige Wechselwirkung zwischen beiden Elektronenröhren
erreicht. Bei offenem Eingang E ist also die Elektronenröhre 67 offen und die Elektronenröhre
68 geschlossen, und bei kurzgeschlossenem Eingang G ist die Elektronenröhre 67 geschlossen
und die Elektronenröhre 68 offen, wodurch entsprechend die elektromagnetischen Kupplungen
76 und 77 wechselweise geschaltet werden.
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Zur Verringerung der Schaltverzögerung der beiden elektromagnetischen
Kupplungen 76 und 77 durch die Selbstinduktion der Erregerspulen M1 und 1I2 dienen
die beiden Anodenwiderstände R8 und R9.
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Mit den vorstehend beschriebenen Mitteln des elektronischen Steuergerätes
ist bereits ein Tastvorgang nach Patent 932 757 in einer einzigen Richtung möglich,
und die erreichbare hohe Schaltfrequenz der Anordnung gewährleistet eine praktisch
fehlerfreie Abtastung.
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Zu Punkt b) Die Abtastung von Modellen erfolgt vornehmlich im Zeilenverfahren.
Die Umkehr an den Enden der Zeilen wird durch entsprechend gesetzte Endschalter
ausgelöst.
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Bei dem in dem Patent 932 757 beschriebenen Tastverfahren bestimmt
die Richtung der Vorauslenkung des Fühlers, also letzten Endes die Stellung des
Meßkopfes innerhalb des Meßringes die Abtastrichtung. Es könnte eine Umpolung des
das Wendegetriebe antreibenden Elektromotors 80 zur Umkehr der Tastrichtung benutzt
werden. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil einer verhältnismäßig großen Trägheit.
Diese wirkt sich derart aus, daß die Tasteinrichtung, deren Steuerung durch den
zeitweisen Stillstand des antreibenden Motors aussetzt, entweder einen gewissen
Betrag über den Umkehrpunkt hinausläuft oder aber den Kontakt mit dem abzutastenden
Körper verliert.
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Die Bedingung einer trägheitsarmen Umkehrung der Tastrichtung, d.
h. einer Drehung des Meßkopfes 63 zum Wechsel der Tastrichtung um 120° gegenüber
der vorher innegehabten Stellung, damit wieder eine Anlagedruckkomponente von 30°
an das Modell zustande kommt (s. Patent 932 757) wird erfindungsgemäß wie folgt
gelöst: Der Umkehrvorgang wird durch die EndschalterS1 und S2 eingeleitet. Der Endschalter
S1 schaltet das Umschaltrelais I mit seinen Schaltkontakten I a, I b, I c (im elektronischen
Teil) und I d, I e, I f (im Schwachstromteil) und der Endschalter S2 das
Unterbrecherrelais III mit dem Schaltkontakt III a. In der gezeichneten Schaltstellung
hat der EndschalterS1 durch eine Impulsgabe das Umschaltrelais I betätigt, welches
sich über den geschlossenen Schaltkontakt II a im elektronischen Teil und den geschlossenen
Schaltkontakt III a im Schwachstromteil an der Spannungsquelle U4 selbst hält. In
dieser Schaltstellung hat die Anordnung die vorher unter Punkt a) beschriebene Funktion.
Bei nachfolgender Impulsgabe durch den Endschalter S2 wird das Unterbrecherrelais
III kurzzeitig angezogen und öffnet den Schaltkontakt IIIa. Dadurch wird der Selbsthaltekreis
des Umschaltrelais I unterbrochen, welches nun in seine Ruhestellung zurückgeht.
Hierbei werden die Schaltkontakte I c und I a geöffnet und der Schaltkontakt I b
geschlossen. Die positive Seite der Sperrspannung U3 ist von dem Kathodenpotential
getrennt, und es liegt die normale Vorspannung über den Gitterwiderstand R3 an dem
Steuergitter G 1 der Elektronenröhre 67, welche dadurch geschlossen wird und die
Elektronenröhre 68 öffnet. Durch Kurzschließen des Einganges E, d. h. bei Kontaktgabe
zwischen dem Meßkontakt 70 und dem Meßring 62 wird die Sperrspannung U 3 und der
Gitterwiderstand R 1 wieder
wirksam, d. h., die Elektronenröhre
67 ist nun geöffnet und damit die Elektronenröhre 68 geschlossen.
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Aus dem Vergleich der Funktionen der elektronischen Steuerung bei
angezogenem und abgefallenem Umschaltrelais I ergibt sich die Tatsache, daß die
Steuerfunktionen bei Relaisumschaltung jeweils umgekehrt, d. h. die entgegengesetzten
Magnetkupplungen geschaltet werden. Hieraus resultiert eine umgekehrte Rotation
des Meßkopfes, welche eine Umkehr der Tastrichtung bedeutet.
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Die Verzögerung dieser Umkehranordnung ist so gering, daß bei der
Umschaltung praktisch kein unerwünschter Überlauf des Tasters am Modell eintreten
kann. Zu Punkt c) Da der Meßkopf 63 nach Patent 932 757 im Sinne einer Schwarz-Weiß-Schaltung
einen sehr schnellen Schaltvorgang ausführt (Pendelbewegung innerhalb eines sehr
kleinen Winkelweges), ist nie mit Sicherheit bestimmt, ob das Umschaltmoment in
eine Links- oder Rechtsdrehung des Meßkopfes fällt.
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Um mit Bestimmtheit zu erreichen, daß im Sinne der vorerwähnten Umkehr
der Andruckkomponente des Taststiftes der Meßkopf den 120°-Weg in die neue Kopierrichtung
nimmt und nicht den 240°-Weg beschreibt, ist das Verzögerungsrelais II im Schwachstromteil
mit seinem Schaltkontakt Ha im elektronischenTeil vorgesehen.
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Bei jedem Umschaltvorgang, wie unter Punkt b) beschrieben, wird dies
Verzögerungsrelais II über den Kondensator C 1 und den Widerstand R 10 oder den
Kondensator C 2 und den Widerstand R 12 erregt und unterbricht seinen Schaltkontakt
II a im Eingang E kurzzeitig. Diese Unterbrechung würde an sich eine Drehbewegung
des Meßkopfes auf dem 240°-Winkelweg hervorrufen, da aber gleichzeitig durch das
Umschaltrelais I die Steuerwirkung umgekehrt wird, beschreibt der Meßkopf nun den
gewünschten 120°-Weg. Hierbei ist er von dem Kopiervorgang infolge der durch den
Schaltkontakt II a unterbrochenen Steuerleitung unbeeinflußt. Die Kondensatoren
C1 und C2 und die Widerstände R 10 und R 12 sind so bemessen, daß der Öffnungskontakt
zwischen dem Meßkontakt 70 und dem Meßring 62 bei Erreichen der neuen 30°-Komponente
schließt und die automatische Steuerwirkung wieder einsetzt. Nach erfolgter Betätigung
des Verzögerungsrelais II werden die Kondensatoren C 1 und C 2 durch die Schaltkontakte
I e und I f und über die Widerstände R 11 und R 13 wieder entladen.