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Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung und Darstellung des Abstandes
zwischen einem festen und einem sich bewegenden Teil Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zur berüiirungslosen Erfassung und Darstellung des Abstandes wenigstens
einer Sonde von der Oberfläche eines zu messenden und sich relativ zur Sonde drehenden
Gegenstandes mit Einrichtungen zur Erzeugung eines abstandsproportionalen Mebsignals
und wenigstens eines mit der Drehzahl synchronisierten und als Bewertungsgrö#e dienenden
Bezugssignales sowie Einrichtungen zur multiplikativen Mischung von Meßsignal und
Bezugssignal, deren Ausgangssignal proportional dem Mittelwert des Produktes aus
dem Meßsignal und dem jeweiligen Bezugssignal ist.
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Bekannte Vorrichtungen dieser Art haben den Nachteil, daß die erhaltenen
Meßergebnisse relativ unanschaulich sind und erst entsprechend dem jeweiligen Meßvorgang
interpretiert werden müssen. Dadurch wird die Beurteilung der Meßergebnisse und
die Bestimmung der erforderlichen Korrektursignale erschwert.
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Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur berührungslosen
Erfassung des Abstandes einer So von der Oberfläche eines zu messenden und sich
relativ zur Sonde drehenden Gegenstandes, die es gestattet, das Meßergebnis zusammen
mit Bezugsgrößen auf Sichtgeräten darzustellen und zyklische Fehler gegebener Periode
mit idealen Umrissen in Vergleich zu setzen. Ferner soll die Vorrichtung eine einfache
Durchführung einer Zentrierung gewährleisten.
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Dies wird bei einer Vorrichtung der eingangs angeführten Gattung dadurch
erreicht, daß die Einrichtungen zur Bezugssignalerzeugung zwei zyklische, um 90°
gegeneinander phasenverschobene Bezugs signale liefern, daß Einrichtungen azur Unterteilung
des abstands-proportionalen Me#signals in ein Paar orthogonaler Komponenten vorgesehen
sind, daß in Addierstufen Jeweils eine dieser Komponenten zu einem der Bezugssignale
addiert wird und daß die dabei erhaltenen Signale jeweils an einen der auf einander
senkrecht stehenden Ablenkplatten-Eingänge eines Oszillographen
angelegt
sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Addierstufen
zur Addition der Komponenten des Abstandes proportionalen Meßsignals mit einem einstellbaren
Teil der Bezugssignalwerte ausgebildet.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist
eine zweite Anordnung zur Erzeugung eines abstands-proportionalen Meßsignals und
eines mit der Drehzahl synchronisierten Bezugssignals sowie eine mit beiden Anordnungen
verbundene Einrichtung zur Zus ammenfas sung der an den jeweiligen Ausgängen auftretenden
Mittelvert-Produktsignale vorgesehen.
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Die Sonden der beiden Anordnungen sind vorzugsweise auf einer gemeinsamen
Drehachse angebracht.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist
ein Paar von Signal-Polaritäts-Anzeigevorrich~ tungen vorgesehen, von denen Jede
an dem Ausgang Jeweils eines der ein Mittelwert-Produktsignal erzeugenden Kreise
angeschlossen ist1 und es ist eine Phasenanzeigevorrichtung mit Preisen zur Bildung
einer Anzeige des Verhältnisses der Amplituden der Mittelwert-Produktsignale zusammengeschaltet.
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Vorzugsweise ist dabei eine Hilfsvorrichtung vorgesehen, die auf das
Meßsignal zur Anzeige des Mittelwertes der Veränderungen des Meßsignales anspricht.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Korrelator
mit einem Ausgang, einem auf den Meßeingang ansprechenden Informationseingang und
einem Steuereingang vorgesehen, welcher gewährleistet, daß das am Informationseingang
erscheinende Signal nur zu den Augenblicken an den Ausgang gelangt, wenn das Bezugssignal
eine vorbestimmte Amplitude besitzt.
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Vorzugsweise ist ein Mittelwert-Anzeigeinstrument vorgesehen, dessen
Eingang mit dem Korrelatorausgang verbunden ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß Jedes der Bezugssignale einen Maximalwert hat, der dem Durchgang
der Sonde an Jeweils einer eines'Paares orthogonaler Bezugsachsen entspricht, die
auf der Achse der relativen Drehung zentriert sind, und daß Einrichtungen zur Erzeugung
eines Steuersignals vorgesehen sind, dessen Amplitude proportional einer trigonometrischen
Funktion des Winkels ist, der zwischen einer der Bezugsachsen und der Tangente des
Teiles der Oberfläche vorliegt, der in de Nähe der Sonde liegt, und dessen Polarität
entgegengesetzto der Polarität eines der
Mittelwert-Signale ist,
und daß Mittel zur Erzeugung eines Summensignals vorgesehen sind, das sich aus der
algebraischen Addition des Steuersignals und des einen der Mittelwert-Signale ergibt.
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Bei dieserAusführungsform sind vorteilhafterweise Eiarichtungen vorgesehen,
die auf das Summensignal ansprechen, um eine relative Translation zwischen der Sonde
und dem Teil in einer solchen Richtung zu bewirken, dsßdLe Amplitude des Summensignals
abnimmt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der
Zeichnung erläutert; in dieser zeigt: Fig. 1 eine Vorrichtung zur visuellen Darbietung
einer untersuchten Kontur, Fig. 2 eine Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform,
Fig. 3 das Bild einer Oszillographendarstellung während dr Zentrierung im einer
Bohrung, Fig. 4 das Schema einer Vorrichtung zur direkten xizcige von Abweichungen
der untersuchten Oberfläche be züglich einer idealen Kontur,
Fig.
5 das Schema der Darstellung eines Fehlers einer Oberfläche mit einer periodischen
Komponente, Fig. 6 eine Ausrichtungsvorrichtung unter Verwendung zweier Zentriergeräte,
Fig. 7 eine Ausrichtungsvorrichtung für eine ebene Oberfläche bei gerailiniger Verschiebung
bezüglich der Sonde, wobei die Verschiebung parallel zur Drehachse erfolgt, Fig.
8 eine Vorrichtung zur Ausrichtung einer ebenen senkrecht zur Drehachse stehenden
Oberfläche, Fig. 9 eine Vorrichtung für einen dynamischen Abgleich, Fig. 10 die
Anwendung der Erfindung zur Bestimmung der Lage eines Stückes bezüglich der Sondenachse
und Fig. 11 eine Ausgestaltung der Erfindung als automatische Kurvenfolgeeinrichtung.
rig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Darstellung der untersuchten Oberfläche oder Kontur
auf dem Schirm eines EathodenstrMhlossillographenO . Der IXiederfrequenzverstärker
9,Xpex@@ dem die von einer sich relativ zu dem zu messendrehenden den Teil
Sonde kommenden Signale zugeführt
werden, speist über den Transformator
10 die beiden Gleichlauf -Di skriminatoren 121 und 12r. Die Bezugssignale werden
an die Klemmen der beiden Induktionswicklungen 311 und 31Y eines auf der Drehachse
des drehenden Teiles angeordneten Zweiphasengenerators gelegt. Eine vierte Wicklung
14 des Transformators 10 speist die umlaufende Primäricklung eines Transformators
32 vom Synchro- oder Drehmeldertyp, welche an die Achse 2 angekuppelt ist.
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Die beiden statischen Sekundärwicklungen 33X und 33Y sind Jeweils
so angepaßt, daß sie eine Spannung liefern, die der an die Primärwicklung angelegten
Spannung proportional ist, multipliziert mit dem Sinus oder Kosinus des Winkels
des umlaufenden Teiles bezüglich der Bezugsachse. Die horizontalen und vertikalen
Ablenkungsplatten des Oszillographen (nicht dargestellt) sind jeweils an die Klemmen
361 und 36Y geschaltet, an die in Reihe die von der einen der Wicklungen 33X, 33Y
gelieferte Spannung und ein durch ein Potentiometer 35XX 35r veränderlicher Bruchteil
der entsprechenden Bezugsspannung angelegt sind.
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Die beiden um 90° phasenverschobenen, an die Ablenkungsplatten angelegten
Bezugsspannungen mit Amplituden, die durch die Potentiometer 351, 35Y gleichgemacht
sind, liefern einen Bezugskreis. Wenn ihnen in Reihe die bei 9 verstärkten Signale
mit einer Amplitude überlagert werden, die proportional dem Sinus und Kosinus des
momentanen Winkels der Welle 2 bezüglioh der Achsen X und Y sind, sieht man die
Momentanwerte der durch die Sonde
abgenommenen Abweichungen. Da
diese Sonde eine Drehbewegung um die Achse 2 ausführt, werden diese Momentanwerte
dem Bezugskreis. in Form radialer Abweichungen auf beiden Seiten des Kreises überlagert.
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Die so erhaltene Figur gestattet es, nach Belieben verstärkt, die
Abweichungen bezüglich des mittleren Kreises zu zeigen. Man kann "zentrieren", indem
man die Abweichungen der Geräte 151 und 15Y zu Null macht. Das erhaltene Bild zeigt
also direkt das Profil der Oberfläche mit einer Regelmüßigkeit, die in einem Verhältnis
verstärkt ist, das vollständig bekannt ist, wenn die Empfindlichkeit der Sonde oder
des Abnehmers, die Steigung des Diskriminators und die Verstärkung des Verstärkers
bestimmt wird.
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Fig. 2 zeigt nur einen Ablenkungsweg einer Abwandlung der vorangegangenen
Ausführungsform. Der Speisekreis des Ausgangs-Klemmenpaares 36Y der vertikalen Ablenkungsplatten
weist dabei eine statische Wicklung 33Y, einen Drehmelder 32, ein Potentiometer
35Y und das entsprechende Anzeigeinstrument 15Y auf. Es kann also den zwei vorstehend
angeführten Wechsel spannungen die Gleichspannung des Ausganges des Diskriminators
12Y überlagert werden. Man hält somit Jede Information auf dem Schirm des Oszillographen
mit einer Figur, die derjenigen einer vollständigen"kontinuierlichen"Verbindung
gleichwertig ist.
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Man kann offensichtlich einen Gleichstromverstärker anstelle des Wechselstromverstärkers
9 verwenden sowie einen Diskriminator mit "kontinuierlicher" Verbindung anstelle
des Diskriminators mit dem Transformator 10, um die Gleichkomponente zu erhalten.
Diese Technik hat den Nachteil, daß ein Sender mit sehr stabiler Frequenz und ein
empfindlicherer Gleichstromverstärker erforderlich sind.
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Man kann diese Schaltung weiter verfeinern. Hierzu verwendet man einen
Oszillographen mit zwei elektronisch verbundenen Kanälen. An den ersten Kanal legt
man die Signale 36Y (Fig. 2), an den zweiten die bei 36Y abgenommene Bezugsspannung.
Auf dem Schirm des Oszillographe erscheint dann der mittlere Kreis und überlagert
das wirkliche Profil.
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In Fig. 3 ist das auf dem Oszillographen sichtbare Signal dargestellt.
Die Bezupszahl 38 bezeichnet den Bezugskreis, während 39 das tatsächliche Profil
kennzeichnet. Die Versetzungen sind also klar sichtbar. Die Kurven können auch auf
einem Polar-Koordinaten-Registriergerät oder einem X-Y-Registriergerät aufgezeichnet
werden. Der zweiphasige Generator kann durch ein Sinus-Kosinus-Potentiome@er ersetzt
werden, welches über einen Drehmelder kontinuierlich mit einem Träger gespeist wird.
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Die in Fig. 3 gezeigte Darstellung ermöglicht es, den Wert der Abweichungen
zu erkennen, um z. B4 den maximalen positiven oder negativen Fehler ziffernmä#ig
zu erfassen
oder um den mittleren Quadratwert der Abweichungen
bezüglich des Bezugskreises oder -Niveaus festzustellen. Zu diesem Zweck wird gemäß
Fig. 4 einfach eine Zusatzwicklung des Transformators 10 mit einem Voltmeter 40
mit einem Zeiger-Anzeigeinstrument 41 verbunden. Wenn dieses Voltmeter den Mittelwert
bildet, erhält man den Mittelwert der Abweichungen. Wenn das Voltmeter den Spitzenwert
mißt, kann man getrennt die positiven und negativen Spitzenwerte der maximalen Abweichungen
erhalten. Wenn das Voltmeter den Effektivwert mißt, erhält man den mittleren Quadratwert
der Abweichungen. In diesem Fall ist es offensichtlich, daß zur "Zentrierung" anstelle
der Anzeige des Mittelwertes (welcher über die Filter 131 uni 1fY erhalten wird)
die Instrumente 15X und 15X im wesentlichen den Effektivwert der Ausgangs spannung
der Diskriminatoren messen müssen.
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Die Anzeigen verschiedener Maßstäbe an dem Voltmeter 41 können als
Funktion der Empfindlichkeit des Abnehmers, der Steigung des Diskriminators und
der Verstärkung des Niederfrequenzverstärkers geeicht sein.
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Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform hat den Zweck, die mittlere
Amplitude der eine gewisse Periodizität auf weisenden Abweichungen während einer
Abtastundrehung der Sonde zu messen. Das ist s. B. bei den kreisförmigen Bohrungen
der Falls wo man gewöhnlich drei "Lappen" mit einer
Periode findet,
die gleich dem dreifachen der Umdrehungsperiode der Welle 2 ist. Die Geschwindigkeit
der Welle 2 ist durch ein Getriebe 42 um drei vervielfacht. Mit dieser vervielfachten
Geschwindigkeit wird ein Bezugsgenerator 43 angetrieben. Der Mehrphasenausgang dieses
Generators wird an einen Differential-Drehmelder oder Synchro 44 angelegt, der es
gestattet, eine Drehung der Bezugsphase, z. B. mittels eines Handsteuerknopfes 45,
einzuführen.
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Die in der Phase regelbare Bezugsspannung speist einen an dritten
Phasendiskriminator 46, dessen Klemmen über ein Filter 47 ein Anzeigeinstrument
48 liegt. An diesem Instrument kann man Jede Dreilappen"-Komponente betrachten.
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Der Knopf 45 wird von Rand betätigt, um das Maximum der Ablenkung
des Instrumentes 48 zu erhalten. Man kennt dann den mittleren Wert der Amplitude
der "Dreilappen"-Komponente und ihre Richtung.
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Dieses Verfahren kann offenbar allgemein verwendet werden.
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Wenn die Kenntnis der Richtung nicht wichtig ist, kann eine einfachere
Schaltung zweckmäßig sein, und zwar beispielsweise die Schaltung nach Fig. 4, wo
das Voltmeter 40 selektiv auf die"Dreilappen"-Frequenz anspricht. Das erfordert
offensichtlich eine feste und bekannte Drehzahl der Achse 2.
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Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der zwei Drehsonden
i1 und i2 verwendet sind, die um einen
bestimmten Betrag zueinander
entlang der Drehachse 2 versetzt sind und zwar im Innern einer Bohrung 3A, deren
Achsenrichtung vorher bestimmt ist. Jede dieser Sonden ist einem Empfangsweg der
vorstehend beschriebenen Art zugeordnet.
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Der Generator 31, welcher die Bezugsspannung liefert, speist über
einen Transformator 49 die beiden Phasen-Diskriminatoren, welche der gleichen Achse
der beiden Meßwege entsprechen. Nach der Filterung bei 5O11 50y2 werden die Signale
in Reihe in dem Anzeigefiinstrument 51Y einander entgegengeschaltet gemessen. Dieses
Instrument 51X zeigt offensichtlich ein Minimum an, wenn jede der beiden Sonden
ii und 12 zentriert ist, was dadurch erzelt wird, daß die Achse der umlaufenden
Welle 2 und die "mittlere Achse der Bohrung parallel zueinander ausgerichtet werden
und eine optimale Zentrierung bezüglich dieser Achse vorgenommen wird.
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Der gleiche Vorgang kann mit einer einzigen Sonde (und einem einzigen
Empfänger) dadurch verwirklicht werden, daß der Mittelwert mehrerer Messungen (mit
verschiedenen Anordnungen entlang der Achse der Bohrun oder der elektrische Mittelwert
durch Parallelschaltung mehrerer Meßsonden gebildet wird. Durch Herbeiführung einer
regelmäßigen Verschiebung der Sonde in axialer Richtung kann man auch (mit einer
einzigen Ausrüstung) das Signal des Ausganges
X und Y integrieren
und das genaue Profil der Bohrung erhalten.
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Fig. 7 zeigt die Anwendung der Erfindung bei der Ausrichtung einerebenen
Oberfläche bei geradliniger Verschiebung, welche parallel zur Drehachse erfolgt.
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Die Sonde 1 dreht sich vor der Ebene 3. Man erhält wegen der Unsymmetrie
(auf der der Ebene entgegengesetzten Seite bezüglich der Achse 2 ist keine Masse
vorhanden, welche zu einer Kapazitätsänderung Anlaß gibt) ein Signal am Ausgang
des Diskriminators 12X, welcher immer die gleiche Richtung hat. Deswegen führt man
durch das Potentiometer 52X, welches an eine stabile Gleichspannung angeschlossen
ist, eine Kompensationsspannung ein.
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Die Kompensation wird durch den Knopf 53Y geregelt9 welcher mit den
Potentiometer 52Y verbunden ist. Es sind weitere Verfahren möglich9 wie beispielsweise
die Einführung einer von dem Bezugsgenerator 31 abgenommenen, zur Kompensation dienenden
Unsymmetriespannung in den Niederfrequenzverstärker 9.
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In Fig. 8 ist die Anwendung der Erfindung auf die Ausrichtung einer
ebenen Fläche dargestelltw die fest ist oder geradlinig verschoben wird, wobei die
Drehachse der Sonde senkrecht auf der Fläche steht.
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Die Sonde 1 dreht sich über der Ebene 3 und liefert ein Meßsignal,
welches in jedem Augenblick der Abweichung zwischen der erwähnten Ebene während
der Drehung der Sonde, welche nach Definition genau senkrecht zur Achse 2 ist, und
der untersuchten Ebene 3 ist. Das Gesamt. signal ist nicht mehr repräsentativ für
die relative Lage, aber für die Neigung der Oberfläche 3 bezüglich der Achse 2.
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Wenn die Ebene entlang der Achse verschoben wird, zeigt das Instrument
über den Diskriminator 12X in jedem Augenblick die Neigung der fiktiven, vollständig
senkrechten Ebene bezüglich der reellen Ebene an. Diese Neigung wird durch das Instrument
54X angezeigt Der Diskriminator 12Y liefert z. Bo ein Signal, welches nach der Filterung
einen Integrationsmotor 55 steuert. Dieser Motor läßt die Achse des Potentiometers
56 umlaufen, das von einer konstanten Spannungsquelle 57 gespeist wird. Die Ausgangsspannung
an den klemmen des Instrumentes 54Y liefert den Gesamtwert der Abweichung nach dem
Vorbeilaufen des Stückes 3e Die Registrierung dieser beiden Signale 54X und 54Y
entspricht einer Untersuchung der Ebene 3, welche als topographische Aufnahme der
Oberfläche dienen kann. Die erhaltene Integration ist genau, wenn sich das Stück
mit regelmäßiger Geschwindigkeit verschiebtO Sie ist in jedem Fall genaue wenn anstelle
der Quelle 57 ein mit der Achse Y verbundener Tachometer-Dynamo angeordnet mirdO
Bezüglich
Fig. 9 wird die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die dynamische Abgleichung
eines umlaufenden Gegenstandes beschrieben.
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Die in Fig. 9 dargestellte Anordnungerlaubt einen schnellen dynamischen
Abgleich eines umlaufenden Objektes R.
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Bei dieser Ausführungsform ist die Sonde 1 stationär und das ObJekt
R ist in "schwingenden" Lagern P angeordnet und dreht sich um dieAchse 2. Der Bezugsgenerator
31 ist mit der Welle des Rotors R in einer Winkelstellung verbunden, welche z. B.
durch die Linien X-X', X-X' markiert ist, die auf den Rotor gezeichnet sind und
dervStellung der Pole des Rotors des Generators entsprechen.
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Eine Zusatzwicklung des Niederfrequenztransformators 10 speist ein
Voltmeter 40 (welches z. B. den Mittelwert-mißt), wobei das entsprechende Anzeigeinstrument
41 den Wert der Amplitudenunsymmetrie anzeigt.
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Die beiden Phasendiskriminatoren 12X und 12X speisen hinter den Biltern
13X und 13Y ein Potentiometer 59, dessen Skala in linearem Maßstab geeicht ist und
den Wert der Tangente des Unsymmetrie-Winkels anzeigt. Die Unsicherheit bezüglich
des Quadranten kann durch einfache Polaritätsanzeigeinstrvmente 60X und 60Y behoben
werden. Diese Anzeigeinstrumente zeigen tatsächlich die Polarität des Sinus oder
Kosinus an und geben die notwendige Information.
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Die Ausgänge der Kreise 131 und 13X sind außerdem jeweils einer der
Zweiphasen-Eingangswicklungen eines Verhältnisanzeigers 59 zugeführt. Der Ausschlag
dieses Instrumentes gibt also den spitzen Winkel an, der zwischen der radialen Linie,
die durch den Schwerpunkt des Stückes (der Schwerpunkt ist von dem Drehmittelpunkt
versetzt, wenn das Stück nicht ausgeglichen ist) und einer Bezugsachse vorliegt.
Die Polaritäten der Anzeigen der Instrumente 601 und 60Y zeigen den Quadranten an,
in dem die Unsymmetrie liegt. Die Ablesungen dieser Instrumente liefern also zusammen
mit der des AnzeigeEstrumentès 41 die genaue Bewertung, welche hinzugefügt werden
muß, und den Punkt, an dem sie zugefügt werden muß, um das Stück dynamisch abzugleichen.
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Fig. 10 zeigt die Anwendung der Erfindung auf die Anordnung eines
Stückes in der Ebene und-im Raum, in-dem die Drehachse als Bezug verwendet wird.
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In dieser Figur ist nur ein Meßweg dargestellt, und man verwendet
eine besondere Vorrichtung Sonde-untersuchte Ebene. Vier Löcher 61, welche genau
auf der Ebene 3 angeordnet sind und als Bezug für die Anordnung dienen, werden durch
die Sonde 1 abgetastet, deren empfindliche Elektrode punktförmig ist.
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Für die Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung sei angenommen,
daß die Lage der Achse 2 der Sonde ungefähr bestimmt ist. Die Oberfläche 3 ist ungefähr
senkrecht zur Bzugsachse 2.
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Das nach der Verstärkung und Demoduition empfangene Signal hat eine
Frequenz-Grundkomponente, die gleich der Drehzahl der Welle 2 ist. Dieser Spannung
überlagert sind für eine Periode der Grundkomponente vier kurze Impulse, welche
von dem Durchgang der Sonde 1 an den Löchern 61 herrühren.
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Im Betrieb gibt der Diskriminator 12Y, welcher im wesentlichen auf
dieGrundkomponente anspricht (wegen der gering gen Dauer der wegen der Löcher 61
entstehenden Impulse), auf das Instrument 15X das Signal der Neigung der Ebene bezüglich
der Senkrechten der Achse 2. Indem dieses Signal zu Null gemacht wird, ist es möglich,
die vollständig winkelgerechte Anordnungder Ebene 3 bezüglich der Achse 2 einzuregeln
(analog dem Anzeigeinstrument 54X in Fig. 8).
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Eine dritte Wicklung des Transformators 10 überträgt das zusammengesetzte
Niederfrequenzsignal auf den Korrelator 63. Dieses Gerät wird außerdem durch die
von einem Spannungskomparator 62 kommenden Impulse gespeist Dieser Komparator liefert
kurze Impulse, wenn die Spannung des Bezugsgenerators 31Y durch Null geht.
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Der Korrelator 63 wird also einerseits durch die von der Sonde kommenden
Impulse (also in Abhängigkeit von dem Winkel des Stückes 3 bezüglich eines Bezugswinkels)
und andererseits von den Impulsen gespeist, die von dem Bezugsgenerator stammen,
der starr mit der Achse 2 verbunden ist, die den Ursprungs-Bezugswinkel bestimmt.
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Diese Impulse sind geringfügig versetzt (entsprechend der . geRençn
- -- -@ere@ts
vorausseBzungß, una inr Pro@ukt sein fache Korrelation) ist nicht maximal. Dieses
Produkt wird im Mittelwert durch das Anzeigeinstrument 64 angezeigt.
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Es genügt dann, sich das Stück 3 um die Achse 2 drehen zu lassen und
die Anzeige des Zeigers 64 zu verfolgen. Wenn die Auslenkung maxiemal ist und/die
des Instrumentes 15Y immer Null bleibt, ist man sicher, daß man die Lage des Stückes
3 mit Genauigkeit bezüglich der Achse 2 bestimmt hat.
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In allen Figuren wurden bisher Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt, bei denen als Ausgangssignal die Anzeige eines Meßinstrumentes oder
eines Oszillographenschirmes verwendet wurde. Man kann aber auch die Signale entsprechend
zur Verwirklichung von Servosystemeri ausnutzen, wo diese Signale als Fehlersignale
zur Regelung eines Maschinentisches usw. benutzt werden.
bigo 11
zeigt eine äußerst nützliche und anpassungsfähige Anwendung der Erfindung auf eine
Kurvenfolgevorrichtung. Diese Vorrichtung kann z. B. zur Steuerung der Bewegung
eines Maschinenwerkzeuges verwendet werden, um dieses zu veranlassen, dem Umriß
einer komplexen Steuerkurve, die z. B. durch den Rand eines Stückes 3 gebildet ist,
zu folgen.
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Die Vorrichtung kennzeichnet sich dadurch, daß die Aufgabe eines Fühlers
durch eine rotierende Sonde 1 ausgefiubt wird, welche sich nicht in Berührung mit
der Steuerkurve befindet. Daher kann diese Kurve aus relativ flexiblem Material,
z. B. einem dünnen, an mehreren Punkten gehaltenen Metallstreifen, bestehen und
ist somit relativ' leicht herzustellen.
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Die Vorrichtung umfaßt eine umlaufende Sonde 1, welche mit einer konstanten
Geschwindigkeit um eine Achse 2 umläuft.
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Die nicht dargestellte Welle mit der Achse 2 kann an einem beweglichen
Teil angebracht werden, welches entlang der Achsen X und Y eines Eoordinatensystems
durch entsprechende Motoren angetrieben werden kann, was weiter unten beschrieben
wird. Ein derartiger Schlitten kann außerdem ein Schneidwerkzeug zur Reproduzierung
der Steuerkurve tragen.
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Alternativ kann die Achse 2 und das Schneidwerkzeug fest sein und
das Teil 3 kann starr mit dem tBrkstück verbunden und an den beweglichen Teilen
angebracht sein. In jedem Fall ist die Drehzahl der Sonde 1 bezüglich der Bewegungsgeschwindigkeit
des
Schlittens relativ hoch, so daß bei einer einzigen Umdrehung der Sonde das Stück
3 bezüglich der Achse 2 im wesentlichen stillsteht.
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Die Kapaitätsänderungen zwischen der Sonde 1 und dem Teil 3 werden
durch einen Oszillator 20 gemessen, welcher Elemente 8, 9, 10, 12, 13 und 31 speist.
Sowohl der Oszillator 20 als auch alle vorstehend genannten Elemente entsprechen
den gleich numerierten Elementen in Fig. 10.
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In Fig. 11 ist nur der Bewertungskreis für die Anzeige von Kapazitätsänderungen
entlang der X-Achse dargestilt. Die identischen X-Achsen-Elemente 12I, 13X und 31X
sind der Klarheit halber forgelassen worden.
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Der Ausgang des Filterkreises 13Y erscheint am Kondensator 14 und
ist mit einem positiven Eingang eines Differentialkreises und der Eingangsklemme
eines bistabilen, polaritätsumkehrenden Kreises 70 verbunden. Der Kreis 70 kann
aus einer Schmidt'schen-Triggerstufe bestehen, deren Ausgang eine konstante Amplitude
und eine Polarität hat, die entgegengesetzt der Polarität der Spannung am Kondensator
14 ist.
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Der Ausgang des Kreises 70 kann direkt an eine negative Eingangsklemme
72 des Differentialkreises 72 angelegt werden, oder der Ausgang 70 wird, wenn es
erwünscht ist, daß die Achse 2 der Steuerkurve enger folgt, an ein
Potentiometer
71 angelegt, dessen beweglicher Abgriff durch eine Vorrichtung 73 angetrieben wird,
die weiter unten beschrieben wird. Das Potentiometer 71 ist so ausgebildet und sein
beweglicher Abgriff wird so angetrieben, daß sein Ausgang proportional dem Sinus
des Winkels ist, der zwischen der X-Koordiantenachse und der Tangente des Teiles
der Steuerkurve gebildet ist, gegenüber dem die Sonde 1 während jedes Umlaufes durchläuft.
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Der Ausgang des Differentialkreises 72 wird an einen Steuerkreis 65
angelegt, welcher diesen Ausgang gegebenenfalls verstärken kann. Der Ausgang des
Kreises 65 speist einen Antriebsmotor 66, der den beweglichen Schlitten entlang
der Y-Achse antreibt.
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Der Ausgang des Motors 66 treibt außerdem eine Xachometervorrichtung
68 an, deren Ausgang einem zweiten negativen Eingang 69 des Differentialkreises
zugeführt wird.
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Das Element 68 bildet somit eine Rückkopplungsschleife, welche zur
Stabilisierung des Ansprechens des Mdnrs 66 auf die Differentialkreis-Ausgangsgröße
dient.
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Es sollte festgehalten werden, daß in der Praxis die vollständige
Vorrichtung ein-en zweiten Satz identischer Elemente mit den Elementen 66, 68-73
enthält, die in der gleichen Weise an den Ausgang des Filterkreises 12X
(nicht
dargestellt) angeschlossen sind0 Der einzige Unterschied zwischen diesen Elementen
und den dargestellten ist der, daß das dem Potentiometer 71 entsprechende Potentiometer
so angeordnet ist, daß es ein Signal bildet, welches proportional dem Kosinus des
oben definierten Winkels ist Im Betrieb wird die Sonde in Drehung versetzt, und
die sich daraus ergebenden Kapazitätsänderungen wirken auf die verschiedenen Stufen
20, 8, 9, 10, 12Y und 13Y in genau der gleichen Weise ein, wie das anhand der vorangehenden
Figuren beschrieben wurde. Die Polarität der an dem Sondensator 14 erscheinenden
Ausgangsgröße hängt von der Seite der X-Achse ab, an welcher die Steuerkurve liegt,
d. h., wenn die Kurve auf der dargestellten Seite der X-Achse liegt, wird der Ausgang
des Verstärkers 8 während der positiven Halbwelle des Bewertungssignales aus dem
Oszillator 31Y immer gröber als während der negativen Halbwelle Wenn der Kurventeil,
gegenüber die Sonde 1 sich dreht dagegen auf der anderen Seite der X-Achse liegt
gilt das umgekehrte. Eine ähnliche Bedingung liegt natürlich für die Beziehung zwischen
der Y-Achse und dem Ausgang des Filterkreises 121 (nicht dargestellt) vor. Die Amplitude
des Ausganges am Kondensator 14 ist proportiõnal dem Abstand entlang der Achse,
welcher di Achse 2 von dem Teil 3 trennt, multipliziert mit dem Sinus des oben definierten
Winkels.
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Der Ausgang des Kreises 70, dessen Polarität immer umgekehrt der Polarität
des Signals an dem Kondensator 14 ist, wird eingestellt, um eine Amplitude zu erhalten,
die identisobter Amplitude des am Kondensator 14 erscheinenden Signals ist, wenn
die Sonde gegenüber einem Teil der Steuerkurve umläuft, deren Tangente parallel
zu der X-Eoordinate ist, und wenn die Achse 2 den gewünschten Abstand von diesem
Kurventeil darstellt.
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Somit ruft irgendeine Abweichung der Achse 2 von dem gewünschten Abstand
ein Fehlersignal am Ausgang des Differentialkreises hervor, welches einen Motor
66 betätigt, um den beweglichen Schlitten entlang der Y-Achse in einer Richtung
zur Korrektur der Abweichung anzutreiben.
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Um auch die Tatsache zu korrigieren, daß das Signal am Kondensator
14 ebenfalls proportional dem Sinus des oben definierten Winkels ist, ist das Potentiometer
71 zwischen dem Kreis 70 und dem Eingang 72 vorgesehen, um den Ausgang des ersteren
im Verhältnis zum Sinus zu ändern.
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Zu diesem Zweck wird der bewegliche Abgriff des Potentiometers 71
durch irgelideine geeignete Vorrichtung 73 angetrieben. Diese Vorrichtung kann z.
B. eine dem Instrument 59 in Fig. 13 ähnliche Anordnung umfassen, welche eine Anzeige
der Tangente des Winkels schaffen würde und das
Potentiometer 71
antreibt (und das ähnliche Potentiometer der X-Achsen-Schaltung), während der WiderstanEverlauf
des Potentiometers so gewählt wird, daß ein proportional dem Sinus dieses Winkels
verlaufendes Ausgangssignal entsteht.
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Der Eingang des Instrumentes 59 könnte direkt von den Ausgängen der
Filterkreise. 15X und 13Y gespeist werden oder über Funktonsverstärker oder durch
einen getrennten Satz von Signalverarbeitungskreisen, die mit dem Transformator
10 verbunden sind.
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Um den Schlitten anzutreiben, kann ein konstantes Antriebssignal dem
einen der Motoren zugeführt werden oder beide Motoren können durch getrennte Signale
mit einer konstanten Vektorsumme gespeist werden.