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Vorrichtung zum Registrieren, Abtasten und Anzeigen der Häufigkeitsverteilung
von Meßwerten nach dem Prinzip der gleitenden Meßperiode Der Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der nach Wertstufen unterteilte
Meßwerte nach ihrer Zugehörigkeit zu einer vorher festgelegten Stufe getrennt registriert
werden und in einem Anzeigegerät in Form einer Häufigkeitsverteilungskurve angezeigt
werden. Bei Abweichungen von der gewünschten Meßwertverteilung sollen Regelvorgänge
ausgelöst werden. Die angezeigte Meßwertverteilung soll sich aus einer konstanten
Anzahl von Meßwerten, einer konstanten Meßwertsumme oder aus den Meßwerten einer
konstanten Regigtrierzeit zusammensetzen. Es ist also erforderlich, daß laufend
neue Meßwerte hinzugenommen und die ältesten Meßwerte eliminiert werden.
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Bekanntgeworden ist bereits eine Vorrichtung zur nach Meßbereichen
unterteilten Erfassung der Zeigerausschläge eines registrierenden Meßinstrumentes.
Bei dieser Vorrichtung wird ein Registrierstreifen verwendet, der durch in Vorschubrichtung
verlaufende Linien in verschiedene Meßwertbereiche unterteilt ist. Durch eine mit
dem Zeiger des Meßwerkes verbundene Stanzvorrichtung werden periodisch Löcher in
diesen Streifen gestanzt. Je nach Größe des bei der Stanzung gerade vorliegenden
Meßwertes ergibt sich eine unregelmäßige Verteilung der in den einzelnen Bahnen
des Registrierstreifens anfallenden Löcher. Nach einer vorher festgelegten Registrierzeit
kann man die Löcher nach Meßwertbereichen auszählen und durch Eintragung in ein
Diagramm eine Häufigkeitsverteilung gewinnen. Diese Vorrichtung ist zur Durchführung
der vorliegenden Aufgabe nicht geeignet, weil der Meßwert nicht von vornherein in
Stufen eingeteilt ist, so daß also auch die Registrierungen nicht automatisch ausgewertet
werden können. Außerdem besteht keine Möglichkeit, eine gleitende Meßwertverteilung
zu gewinnen.
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Zur Registrierung der Augenblickswerte veränderlicher Meßgrößen gibt
es eine Vorrichtung, die eine mit Zählwerken verbundene vielstufige Kontaktbahn
und ein Meßwerk aufweist, dessen Zeiger auf der Kontaktbahn gleitet. Die Vorrichtung
wird periodisch kurzzeitig an Spannung gelegt, so daß jeweils in einem dem Meßwert
zugeordneten Zählwerk eine Weiterschaltung erfolgt. Nach einem gewissen Zeitraum
kann man die Zählwerke ablesen und die Ergebnisse in ein Diagramm eintragen, das
eine Häufigkeitsverteilungskurve liefert. Auch hier wird diese Häufigkeitsverteilungskurve
weder direkt dargestellt, noch besteht eine Möglichkeit zur Elimination der ältesten
Meßwerte. Weiterhin gibt es ein Gerät zur Erfassung von unregelmäßigen Schwankungserscheinungen,
das geeignet ist, Meßwerte einzustufen und auf Zählwerken zu registrieren. Zur Einstufung
dienen Ketten von Elektronenröhren mit unterschiedlichen Gittervorspannungen. Auch
dieses Gerät kann nicht die Anforderungen erfüllen, die an die Vorrichtung gemäß
der vorliegenden Erfindung gestellt werden.
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Es. ist ferner eine Vorrichtung zur Gewinnung und Anzeige der Häufigkeitsverteilungskurve
bekanntgeworden, die mit stabförniigen Anzeigekörpern für die einzelnen Meßwertklassen
arbeitet und auch Mittel zur Eliminierung der ältesten Meßwerte enthält. Die Verstellung
der stabförmigen Anzeigekörper in Ordinatenrichtung erfolgt mit Hilfe einer kompliziert
ausgebildeten Steuerwalze, die pro Anzeigekörper einen Ring mit einer Vielzahl von
axial verschiebbaren Stiften hat. Beim Eintreffen eines Meßwertes in einer vorbestimmten
Klasse wird der mit einer Zahnstange verbundene Anzeigekörper über einen aus vielen
Teilen bestehenden übertragungsmechanismus um eine Einheit verstellt, und gleichzeitig
wird auf dem zugehörigen Ring der Steuerwalze einer der Stifte axial verschoben.
Nach einem Umlauf dieser Steuerwalze, die gewissermaßen als Zwischenspeicher für
die in den einzelnen Klassen angezeigten Meßwerte dient, wird durch den aus der
Ruhelage verstellten Stift ein Rückholmechanismus betätigt, der die Anzeige des
betreffenden Anzeigestabes um eine Einheit verkleinert.
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Die beschriebene Vorrichtung zur Anzeige der Häufigkeitsverteilungskurve
mit Mitteln zur Elimination der ältesten Meßwerte erfordert einen erhebliehen
konstruktiven
und mechanischen Aufwand. Außerdem benötigt diese Vorrichtung ein sehr großes Gehäuse,
das mindestens doppelt so hoch wie ein Anzeigestab sein muß. Die Zahl der bei einer
bestimmten Gehäusebreite unterzubringenden Meßwertklassen ist sehr begrenzt, weil
zwischen den einzelnen Anzeigestäben ein erheblicher Zwischenraum für die Unterbringung
der komplizierten übertragungssysteme frei bleiben muß.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Registrieren, Abtasten
und Anzeigen der Häufigkeitsverteilung von Meßwerten unter Zugrundelegung der in,
einem konstanten Zeitraum anfallenden Werte oder einer konstanten Anzahl von Meßwerten,
die bei ihrem Eintreffen in Meßwertstufen eingeteilt, den den einzelnen Wertstufen
zugeordneten Organen einer Anzeigevorrichtung zugeführt, zwischengespeichert und
bei Abtastung der Zwischenspeicher nach einer festgelegten Zeit aus der Anzeigevorrichtung
eliminiert werden.
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Gemäß der Erfindung ist diese Vorrichtung so ausgebildet, daß als
Zwischenspeicher jeder Meßwertstufe eine Bahn auf einem gemeinsamen, mit konstanter
Geschwindigkeit oder bei jeder Meßwertmarkierung um einen vorbestimmten Schritt
fortbewegten Registrierstreifen zugeordnet ist, daß die Markierungen jeder Bahn
durch entsprechende Vorrichtungen abgetastet werden und daß in an sich bekannter
Weise ein Anzeigegerät mit für jede Meßwertstufe gesondertem Anzeigeorgan angeordnet
ist, derart, daß dessen Anzeige bei der Aufnahme eines zugehörigen Meßwertes in
den Zwischenspeicher um eine Einheit vermehrt und beim Vorbeilaufen der Meßwertmarkierung
an der Abtastvorrichtung des Zwischenspeichers um eine Einheit vermindert wird.
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Zur Verwirklichung der Erfindung ist also zunächst eine Registriervorrichtung
erforderlich, die mit einer der Stufenzahl entsprechenden Anzahl von Registrierbahnen
ausgerüstet ist und die zunächst festhält, wann und wie oft die Meßgröße in eine
bestimmte Meßwertstufe fällt. Mit der Registriervorrichtung ist gleichzeitig eine
Anzeigevorrichtung verbunden, die die Verteilung der einzelnen Meßwerte nach Meßwertstufen
geordnet anzeigt und deren Stand durch Hinzunahme der neuesten und durch Elimination
der ältesten Meßwerte laufend ergänzt wird.
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Zur näheren Erläuterung wird ein Beispiel für die Anwendung der Erfindung
auf die Kontrollkarten technik zur überwachung eines beliebigen Fertigungsvorganges
angeführt. Bei der Kontrollkartentechnik wird der gesamte Meßbereich zur Vereinfachung
des Meßvorganges in eine Anzahl von Stufen unterteilt und bei der periodischen Erfassung
des Meßwertes festgestellt, in welche dieser Meßwertstufen der einzelne Meßwert
fällt. Teilt man nun die Abszisse eines Schaubildes in Meßwertstufen ein und trägt
auf der Ordinate die Zahl der Meßwerte auf, die auf die einzelnen Stufen entfallen,
so erhält man die gewünschte Meßwertfunktion. Bei dieser Darstellung der Meßwerte
kann man einen Bereich kennzeichnen, den die Meßwertfunktion einzunehmen hat. Weicht
die Meßwertfunktion von diesen Kontrollgrenzen nach oben oder unten ab, so muß der
gemessene Vorgang oder die Fertigung angehalten bzw. nachgeregelt werden. Die Kontrollkarten
sind ein Hilfsmittel zur Überwachung der verlangten Verteilung. Mit Hilfe der Erfindung
gelingt es nun, die wirklich vorhandene Verteilung direkt anzuzeigen und einen fortlaufenden
Vergleich mit der gewünschten Verteilung herzustellen. Dadurch kann die Aussageschärfe
der Kontrollkarte wesentlich verbessert werden.
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Da es nicht sinnvoll ist, bei der Herstellung einer solchen Meßwertfunktion
sämtliche früheren Meßwerte mit einzubeziehen, wird man sich auf eine bestimmte
Anzahl von Meßwerten, die eine bestimmte Summe aller Meßwerte oder eine bestimmte
Registrierzeit beschränken. Es ist also erforderlich, die ältesten Meßwerte zu eliminieren,
damit die neuesten Meßwerte in die Verteilung mit aufgenommen werden können.
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Geräte zur Eliminierung des ältesten Meßwertes sind bereits vorgeschlagen
worden. Hierfür wird eine Vorrichtung verwendet, die eine Reihe von den einzelnen
Meßwertstufen zugeordneten Anzeigeschächten aufweist. In diese Anzeigeschächte werden
je nach Anfall der Meßwerte Kugeln eingefüllt und gleichzeitig die den ältesten
Meßwerten entsprechenden Kugeln eliminiert. Einzelheiten dieser Vorrichtung sind
der weiteren Beschreibung zu entnehmen.
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Der Erfindungsgegenstand ist an Hand der Fig. 1 bis 6 der Zeichnung
erläutert. Einander entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In Fig. 1 stellt 1 einen Registrierstreifen dar, der sechs Registrierbahnen
aufweist. Der Registrierstreifen wird von einem Motor 2 in Richtung des Pfeiles
bewegt und von der Vorratsrolle 3 auf die Aufwikkelrolle 6 befördert. Mit 4 sind
einzelne Stanzen bezeichnet, die betätigt werden, sobald ein zu einer bestimmten
Stufe gehörender Meßwert anfällt. Geräte zur stufenweisen Erfassung von Meßwerten
sind bekannt. So kann man beispielsweise die zu messende Größe als Stichprobenwert
oder als Mittelwert periodisch erfassen und mit Hilfe von Relais- oder Elektronenröhrenschaltungen
in eine bestimmte Meßwertstufe einordnen. Sobald ein solcher Wert anfällt, wird
eine der Stanzen 4 betätigt. Die hierfür erforderlichen Elektromagnete sind der
Einfachheit halber nicht dargestellt. Je nach Verlauf des zu erfassenden Meßwertes
erhält man auf den einzelnen Registrierbahnen eine Anzahl von Löchern, deren Häufigkeit
ein Maß dafür ist, wie oft der Meßwert innerhalb dieser bestimmten Meßwertstufe
lag. In bestimmtem Abstand von den Stanzen ist im Registriergerät pro Registrierbahn
eine Abtastbürste 5 angeordnet. Jeder Lochstanze ist ferner ein Kontakt 7 zugeordnet,
der in dem noch zu beschreibenden Anzeigegerät die Anzeige der betreffenden Meßwertstufe
um eine Einheit vergrößert. Sooft nun an einer der Abtastbürsten ein Loch abgetastet
wird, erfolgt durch den entsprechenden Kontakt die Elimination eines Meßwertes in
der betreffenden Stufe des Anzeigegerätes. Da der Registrierstreifen 1 zum Zurücklegen
der Strecke zwischen den Stanzen und den Abtastbürsten eine ganz bestimmte Zeit
benötigt, wird also im Anzeigegerät jeweils die Meßwertverteilung angezeigt, wie
sie sich innerhalb dieser konstanten Zeit ergeben hat. Die Anzahl der Stanzlöcher,
die sich auf einer bestimmten Registrierbahn zwischen der Stanze und der Abtastbürste
befindet, stellt also die Zahl der Meßwerte in der betreffenden Meßwertstufe des
Anzeigegerätes dar.
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In Fig. 2 ist eine Ausführung des Registriergerätes dargestellt, die
anstatt der Abtastbürste ein lichtelektrisches
Abtastorgan
5 a enthält. Ferner ist nach Fig. 2 die Stanze als elektromagnetische Stanze
ausgebildet, während sie gemäß Fig. 1 auch direkt von Hand betätigt werden kann.
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Fig. 3 stellt schematisch ein Anzeigegerät für die Gewinnung der Meßwertfunktion
dar. Dieses Anzeigegerät ist im linken Teil der Fig. 3 im Schnitt und im rechten
Teil in Vorderansicht dargestellt. Das Anzeigegerät hat in einem Vorratstrichter
Anzeigekugeln 11. Die im Gerät sichtbaren Kugeln sind mit 12 bezeichnet. Das Anzeigegerät
weist fünfzehn nebeneinanderliegende Fallschächte 14 auf, die den einzelnen Meßwertstufen
zugeordnet sind. Die Zahl der Kugeln in einem bestimmten Anzeigeschacht gibt an,
wie oft der Meßwert innerhalb des gesamten erfaßten Zeitraumes in eine bestimmte
Meßwertstufe fiel. Jedem Anzeigeschacht ist eine Registrierbahn in einem entsprechenden
Registriergerät zugeordnet. Der Einfachheit halber wurden in dem Registriergerät
nach Fig. 1 nur sechs Bahnen dargestellt. Zu jedem Fallschacht 14 gehört ein Elektromagnet
13, der bei seiner Betätigung jeweils eine Kugel in den Fallschacht stößt. Die einzelnen
Elektromagnete 13 werden durch die Kontakte 7 (Fig. 1) betätigt, die den einzelnen
Stanzen zugeordnet sind. Weiterhin gehört zu jedem Fallschacht ein Elektromagnet
15, der bei Erregung eine Kugel aus dem Fallschacht in einen Sammelbehälter 16 stößt
und damit die Zahl der Kugeln in dem betreffenden Schacht um eine vermindert. Die
Elektromagnete 15 werden durch die Abtastvorrichtung 5 bzw. 5 a betätigt.
Auch hier ist wieder jeder Registrierbahn im Registriergerät ein vorher bestimmter
Elektromagnet 15 zugeordnet. Die Kugeln im Anzeigegerät stellen eine Häufigkeitsverteilungskurve
dar, d. h., sie geben an, wie oft der Meßwert innerhalb des erfaßten Zeitraumes
unter die einzelnen Meßwertstufen fiel. Die im Anzeigegerät schraffierte und durch
eine Kurve begrenzte Fläche stellt die gewünschte Häufigkeitsverteilungskurve dar.
Diese Kurve soll durch die Kugeln möglichst gut angenähert werden. Wie man aus Fig.
3 erkennt, bestehen zwischen Sollwertverteilung und Istwertverteilung erhebliche
Unterschiede.
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Zur Gewinnung einer Meßwertverteilung ist man keineswegs auf die Verwendung
von Kugeln und Fallschächten angewiesen. Man kann auch, wie in Fig. 4 a und 4b dargestellt
ist, jeder Meßwertstufe eine Zahnstange zuordnen, die in Abhängigkeit von der Meßwertverteilung
stufenweise nach oben oder unten verstellt wird. Die Zahnstangen sind mit
21 bezeichnet. Sie werden durch Elektromagnete 22 und 23 sowie entsprechende
Hebel 24 und 25 schrittweise nach oben oder unten verstellt. Der Elektromagnet 22
hebt bei seinem Ansprechen die Zahnstange um einen Schritt nach oben an, während
bei jedem Ansprechen des Elektromagnets 23 die Zahnstange um eine Einheit nach unten
bewegt wird. Die einzelnen Elektromagnete 22 werden durch die Kontakte 7 (Fig. 1)
betätigt, während die Elektromagnete 23 durch die Abtastvorrichtungen 5 bzw.
5 a (Fig. 1 und 2) ausgelöst werden.
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In Fig. 4 b ist ein mit Zahnstangen arbeitendes Anzeigegerät im Ausschnitt
dargestellt. Das Anzeigegerät hat sechzehn Meßwertstufen, denen die Zahnstangen
21 zugeordnet sind. Die Sollwertverteilung ist durch die Kurve 26 vorgegeben. Am
Ordinatenmaßstab kann die Anzahl der Meßwerte pro Meßwertstufe abgelesen werden.
Schließlich kann man im Anzeigegerät auch Anzeigebänder verwenden, wie in Fig. 5
dargestellt ist. Jeder Meßwertstufe ist ein Anzeigeband 31 zugeordne, das in seinem
schraffierten Teil geschwärzt ist. Die Antriebsrolle 32 eines jeden Anzeigebandes
ist mit einem Sternrad 33 verbunden, das durch Elektromagnete 34 und 35 in der einen
oder anderen Richtung schrittweise verstellt werden kann. Diese Verstellung erfolgt
über federnd aufgehängte Klinken 36 und 37, die mit den Ankern 38 und 39 der Elektromagnete
verbunden sind. Die Elektromagnete werden wiederum zugleich mit den Stanzen bzw.
Abtastvorrichtungen im Registriergerät betätigt. Weiterhin ist mit jedem Anzeigeband
ein Rollenzählwerk 40
verbunden, das die Anzahl der Meßwerte in der betreffenden
Meßwertstufe direkt anzeigt. An Stelle der Anzeigebänder kann man auch Gewindespindeln
mit Anzeigemarken verwenden.
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In Fig. 6 ist eine Registriervorrichtung dargestellt, die an Stelle
eines Papierstreifens ein endloses Magnetband 41 als Aufzeichnungsträger enthält.
Die Walze 42 wird durch einen Synchronmotor angetrieben. Das Magnetband ist so breit,
daß eine der Zahl der Meßwertstufen entsprechende Anzahl von Aufsprechköpfen 43
und Abhörköpfen 44 nebeneinander angebracht werden kann. Mit 45 ist ein Kontakt
bezeichnet, der kurzzeitig geschlossen wird, wenn der Meßwert unter die betreffende
Stufe fällt. Hierdurch wird auf dem Magnetband ein Impuls registriert. Gleichzeitig
wird der Elektromagnet 46 betätigt, der an irgendeinem der beschriebenen Geräte
die Anzeige der betreffenden Stufe um eine Einheit erhöht. Die an dem Abtastkopf
44 anfallende Impulsspannung wird in dem Verstärker 47 verstärkt und betätigt einen
Elektromagnet 48, der die Anzeige in der betreffenden Meßwertstufe des zugehörigen
Anzeigegerätes um eine Einheit verringert. Mit 49 ist ein Löschkopf bezeichnet,
der sämtliche auf dem Magnetband vorhandenen Signale löscht.
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Die Verwendung eines Magnetbandes an Stelle eines zu lochenden Streifens
hat den Vorteil, daß im Registriergerät keinerlei Registriermaterialverbraucht wird.
Es ist allerdings nachteilig, daß die einzelnen Meßimpulse wieder gelöscht werden
und eine spätere Kontrolle der Regierungen unmöglich ist.
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Bei den bisherigen Anwendungsbeispielen der Erfindung war angenommen
worden, daß der Papierstreifen oder das Magnetband durch einen Synchronmotor angetrieben
wird. In diesem Falle erhält man also eine Meßwertverteilung über einen konstanten
Zeitraum, beispielsweise über 24 Stunden. Verwendet man jedoch einen Schrittmotor,
der jeweils beim Anfallen irgendeines Meßwertes um einen Schritt weiterschaltet,
so wird auf dem Registrierstreifen oder Magnetband und damit auch im Anzeigegerät
eine konstante Anzahl von Meßwerten erfaßt, wobei sich diese Anzahl aus dem Abstand
zwischen Registrier- und Abtastvorrichtung dividiert durch den Vorschubschritt pro
Meßwert ergibt.
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Man. kann auch den Vorschub von der Größe der anfallenden Meßwerte
selbst abhängig machen. So kann man einen Schrittmotor verwenden, der beim Eintreffen
eines in die kleinste Meßwertstufe gehörenden Wertes um einen Schritt weiterschaltet,
der dagegen bei Meßwertstufen, die einem größeren Meßwert entsprechen, um mehrere
Stufen pro Meßwert weitergeschaltet wird. Wenn also der Vorschub dem Meßwert selbst
proportional ist, so ist die
Summe sämtlicher in der Anzeigevorrichtung
erfaßten Meßwerte annähernd konstant.
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Wenn. besonderer Wert darauf gelegt wird, daß die Sollwertverteilung
mit der Istwertverteilung genau übereinstimmt, so kann man Kontakte vorsehen, die
entweder eine Alarmvorrichtung oder einen Regler beeinflussen. Wenn sich die Istwerte
innerhalb eines engen Sollwertbereiches ändern dürfen, so wird man im Anzeigegerät
Kontakte anbringen, die beim überoderUnterschreiten desSollwertbereiches ansprechen.
Diese Kontakte können beispielsweise durch die Zahnstangen, die Anzeigebänder oder
auch durch die Anzeigekugeln gesteuert werden. Bei der Anzeigevorrichtung gemäß
Fig. 3 kann man die Kontaktfrage dadurch lösen, daß man die Kugeln aus Metall herstellt
und in die geschlitzten Fallschächte vertikal verschiebbare Kontakte einsetzt. Die
Fallschächte werden dann aus nichtleitendem Metall gefertigt und weisen am Boden
eine Kontaktplatte auf. Ein Kontakt wird geschlossen, wenn so viele Kugeln im Fallschacht
sind, daß die oberste Kugel den verschiebbaren Kontaktreiter berührt.
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Die beschriebenen Registrier- und Anzeigegeräte können in. einer Geräteeinheit
vereinigt werden. Man kann sie jedoch auch räumlich trennen und eine Fernanzeige
durchführen.
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Wenn außer der Erfassung einer begrenzten Anzahl von Meßwerten oder
einer begrenzten Meßzeit auch noch verlangt wird, sämtliche früheren Meßwerte festzuhalten,
so kann man für jede Meßwertstufe ein zusätzliches Zählwerk vorsehen, das jeweils
beim Anfallen eines Meßwertes betätigt wird. Schließlich kann auch ein Summenzählwerk
vorhanden sein, das alle Meßwerte ohne Rücksicht auf ihre Einstufung erfaßt.