DE1909352A1

DE1909352A1 - Elektronisches Geraet zur Bestimmung der Differenz zwischen einem Spitzenwert und Augenblickswerten,vorzugsweise zur Rundlauffehlertoleranzpruefung

Info

Publication number: DE1909352A1
Application number: DE19691909352
Authority: DE
Inventors: Hubble Gerald A; North John D
Original assignee: Micromatic Hone Corp
Current assignee: Micromatic Hone Corp
Priority date: 1968-03-19
Filing date: 1969-02-25
Publication date: 1969-10-23
Also published as: DE1909352B2; CA918276A; FR2004211A1; GB1262512A; US3481466A

Description

OR-INQ. OtPL.-IN3-M.se. DIPL -PI IY3. D R. OIPL.-PHYS.

HÖGER - STELLRECHT-: GRIESSBACH -HAECKER

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Microraatic Hone Corporation Detroit, Michigan U.S.A.

ELEKTRONISCHES GERAT ZUR EESTIMIIUNG DER DIPPEREiIZ ZWISCHEH" EINEM SPITZEiHfERT UlID AUGENBLICKSWERTEZT, VORZUGSWEISE ZUR RUND-LAUPFEHLERTOLERAIIZPRÜ PUlIG

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Bestimmung der Änderung einer von einer Signalspannungsquelle abgegebenen Signalspannung.

In TJ.S. Patent 2, 913, 829 wird ein Gerät aur elektrischen Vermessung rotierender Werkstücke beschrieben. Das Messverfahren gibt jedoch nicht Radiusschv/ankungen des Werkstücks s o'.y ie die Über schreitung einer diesbezüglichen Toleranz unabhängig von der Werks tiickgröße an. Desweiteren weist die bekannte Messvorrichtung eine relativ umfangreiche und verwickelte 3auweise auf.

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In ähnlicher Weise arbeiten in den folgenden Veröffentlichungen beschriebene Vorrichtungen: US.Patent 3,363,321; US.Patent 3,320,672; US.Patent 3,308,357. Alle genannten' Veröffentlich-ungen gehen auf die .Anmelderin zurück.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gerät zur Bestimmung des Unterschieds eines Spitzenwerts von Augenblickswerten zu entwickeln, wobei eine solche Messung völlig unabhängig von den übrigen Abmessungen des Prüflings erfolgen soll. Insbesondere sollen die Prüflinge im Hinblick auf eine Töleranzgrenze dieses Unterschieds überwacht werden.

Diese Aufgabe wird für ein Gerät der eingangs erwähnten Art gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch einen Speicher für die Spitzenspannurig sowie eine Differenzschältung zum Vergleich des Speicherinhalts mit dem Momentänwert der Signalspannung.

Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß der Aufbau des Geräts außerordentlich einfach^ billig und platzsparend gestaltet werden kann. Dadurch eignet sich das Gerät besonders für eine läufende Werkstückprüfung in der Fertigungsstraße selbst, die vorzugsweise selbsttätig durchgeführt wird. Ferner eignet sich das erfindungsgemäße Grundprinzip auch zur Vermessung von Prüflingen init stetiger Zunahme einer Abmessung.

Zweckmäßigerweise wird ein veränderliches Gleichspannungssignal, das beispielsweise aus einem Geber stammt,. der~.dem.. Umfang eines runden. Werkstücks, folgt, an spannungsgesteuerte Eingangsanschlüsse parallel liegender Verstärker.bauteile in Kathoden- oder Sourcefolgerschaltung angelegt ...Der ,Ein_r gangskreis des einen Verstärkerbauteils, enthält einen Speicherkondensator, der über eine Trenndiode so beladen, wird, daß er die Spitzenspannung des Gleichspannungssignals auf-

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weist, bis er am Ende des Meßzyklus zwangsweise entladen wird. Der- Eingangskreis des anderen Verstärkerbauteils folgt dagegen jedem Augenblickswert, also jedem Anstieg bzw. Abfall des Eingangssignals. Zwischen den Kathoden beider Verstärkerbauteile als ihren Ausgängen liegt ein ohmscher Spannungsteiler, an dessen Abgriff dann eine Spannung gegenüber der Kathode des dem Augenblickswert der Meßspannung folgenden Verstärkerbauteils (oder des anderen Verstärkerbauteils) messbar ist, wenn der Augenblickswert unter den Spitzenwert absinkt, der von der Kathode des Verstärkerbauteils geliefert wird, an dessen Eingang der Speicherkondensator liegt. Eine solche stets positive (oder negative) Differenzspannung wird an den Eingang eines Schalters mit Zündcharakteristik angelegt, der bei Überschreiten einer bestimmten Spannungsschwelle zündet, was beispielsweise der Überschreitung einer bestimmten vorgegebenen Rundlauffehlertoleranzgrenze des Werkstücks entspricht; durch den so eingeleiteten Zündvorgang wird ein Relais betätigt, das beispielsweise das Werkstück infolge seines Unrundübermasses zurückweist und ausscheidet.

Die Erfindung bezieht' sich also vorzugsweise auf eine Vorrichtung mit einem Meßfühler, der am Umfang eines rotierenden, runden Werkstücks angebracht ist und die Umfangsabweichungen dergestalt wandelt, daß daraus eine Gleichspannung veränderlicher Höhe erzeugt wird. Der Meßfühler ist Teil eines Heßwandlers, der beispielsweise aus einem induktiven Geber mit Oszillator und Modulator oder aus einem berührungslosen Meßgeber bestehen kann. Übersteigt während eines Werlcatüc.kumlaufs die Differenz der vom Meßwandler gelieferten Gleichspannung einen bestimmten Betrag, wird dadurch der Prüfling als im Ausschußbereich liegend gekennzeichnet; bleibt aber die Differenz darunter, so charakterisiert dies ein im Gut-Bereich liegendes Werkstück. Der Meßfühler muß in der Lage sein, der Oberfläche des Prüflings korrekt zu

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folgen.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung können den beigefügten Ansprüchen und/oder der folgenden Beschreibung entnommen werden, die der Erläuterung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung dient. Die Figur zeigt einen Stromiaufplan dieses Ausführungsbeispiels.

Ein Meßwandler 4 mißt mittels eines Meßfühlers 4a die Oberfläche eines in einer Führung 5 rotierenden Prüflings 6, der als bearbeitetes Werkstück auf Rundlauffehlertoleranz vermessen werden soll. Eine vom Meßwandler über eine Leitung 12 an eine Verzweigung 13 gelieferte Gleichspannung steige an, sobald der Meßfühler nach oben gedrückt wird, bzw. - im Falle berührungsloser Messung - eine Annäherung der Oberfläche des Prüflings meldet. Stattdessen wäre ebenso möglich, daß die Gleichspannung bei einer solchen Annäherung sinkt; desgleichen ist eine strenge Linearität des Gebers über einen größeren Wegbereich zwischen abgegebener Gleichspannung und gemessenem Weg nur dann erforderlich, wenn die Toleranz des Durchmessers des Prüflings groß ist gegenüber der Rundlauffehlertoleranz .

Die Verzweigung 13 teilt die Leitung 12 in eine Leitung 14 als einem Eingang zu einem Kanal A und in eine Leitung 16 als einem Eingang in einen Kanal B. Am Ende der Leitung 14 liegt eine Serienschaltung aus einer Trenn-Diode 20, einem Widerstand 22 und einem Speicherkondensator 24, dessen zweiter Anschluß nach Masse führt. Die Trenn-Diode 20 ist so gepolt, daß ihre Leitrichtung über den Widerstand 22 zum Kondensator 24 weist, so daß der Spitzenwert der Meßwandlergleichspannung in einer Verzweigung 26 als der Verbindungsstelle zwischen Kondensator 24 und Widerstand 22 abfragbar ist, da die Trenn-Diode 20 eine Entladung des Kondensators 24

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verhindert. Dadurch, verhindert die Diode 20 auch eine Beeinflussung vom Eingang des Kanals A zum Eingang des Kanals B. Von der Verzweigung 26 führt eine erste Leitung zu einem Schließerkontakt 3CR eines Relais 30R, der während der Messung geöffnet ist und nur am Ende der Messung zur Entladung des Kondensators 24 kurzzeitig schließt; eine weitere Leitung verbindet die Verzweigung 26 mit einem spannungsgesteuerten Eingang eines Verstärkerbauteils 10 in Kathoden- oder Sourcefolgerschaltung.

Die Leitung 16 als Eingang zum Kanal B führt auf die Se-.rienschaltung einer Diode 18 mit einem Widerstand 30 und einem weiteren Widerstand 28, dessen zweiter Anschluß an Masse liegt. Die Diode 18 zeigt in Leitriohtung nach dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 28 und dem Widerstand 30, der einerseits zum zweiten Anschluß des SchlieSerkontakts 3CR und andererseits zu einem spannungsgesteuerten Eingang eines Verstarkerbauteils 11 in Kathoden- oder Sourcefolgerschaltung führt. Die Kanäle A und B gleichen sich, also mit dem einen Unterschied, daß am Verstärkereingang des Kanals A ein Kondensator, am Verstärkereingang des Kanals B jedoch ein Widerstand, jeweils nach Masse führend, angebracht ist. Solange nun die vom Meßwandler abgegebene Gleichspannung konstant ist oder ansteigt, liegt an beiden Verstärkereingängen dasselbe Potential. MlIt die Gleichspannung aber ab, bleibt der Spitzenwert der Gleichspannung am Kondensator 24 und damit am Verstärkereingang des Kanals A erhalten, während der Verstärkereingang des Kanals B dem Augenblickswert der Gleichspannung entsprechend abwärts folgt. Entsprechendes gilt für die Kathodenfolgerausgänge der Kanäle A und B, die also stets den Differenzwert zwischen der Spitzenspannung und dem Augenblickswert der MeS-spannung anzeigen.

Wie bei Kathodenlolgern üblich, liegt die Anode des Verstär-

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ker"bauteils direkt an einer Plusspannung B+, während die Kathode einerseits den-Ausgang bildet und andererseits über einen Kathodenwiderstand zur entgegengesetzten Polarität geführt wird. Der Kathodenwiderstand des Yerstärkerbauteils 10 ist ein ^T.".^riderstand 32 in Reihe mit dem einen Teil eines Potentiometers 36, dessen Abgriff nach Masse führt; der Kathodenwiderstand des Yerstärkerbauteils 11 ist dazu symmetrisch aufgebaut und wird von einem Widerstand 34 in Serie mit dem anderen Teil des Potentiometers 36 gebildet. Das Potentiometer 36 dient der statischen Symmetrierung beider Kanäle zueinander, bevor eine Signalspannung an die Eingänge dieser angelegt wird. Zur Durchführung einer, solchen Symmetrierung wird das Potentiometer 36 solange verändert, bis beide Kanalausgänge exakt gleiches Potential aufweisen. Während der Messung darf das Potentiometer 36 nicht verateilt werden.

Kanal A mißt und speichert also den Spitzenwert der MeS-spannung, während Kanal B an seinem Ausgang den Augenblickswert der Meßspannung darstellt. Der Ausgang des Kanals A führt als Leitung 40 an den einen Eingang eines Potentiometers 38, während der Ausgang des Kanals B als Leitung 42 mit dem zweiten Eingang desselben Potentiometers verbunden ist. Der Abgriff des Potentiometers führt als Leitung 44 an den Steuereingang eines Schalters 50 mit Zündcharakteristik, beispielsweise eines steuerbaren Siliziumgleichrichters; die Leitung 42 als Ausgang des Kanals 3 ist dagegen mit der Kathode des Schalters 50, mit zwei Kondensatoren 46 und 58, sowie mit dem Minus-Pol eines iTetzteils verbunden. Letzteres kann von üblicher Bauweise sein und Gleichrichter und PiI-terbaufeile oder dergleichen enthalten. Der zweite Anschluß dee Kondensators 46 ist mit der Leitung 44, der des Kondensators 58 mit einer Leitung 52 verbunden. Letztere führt an die Anode des Schalters 50 sowie an eine Relaisspule eines Relais 1CR und an die Anode einer Freilauf-Diode '56.

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Wahrend die Kathode der Diode 56 an d.en zweiten Spulenanschluß des Relais 1CR sowie an einen Anschluß eines Öffnerfcontakts eines Relais 4CR führt, ist der zweite Anschluß dieses Öffners über eine Leitung 53 an den Plus-Pol desselben Netzteils durchverbunden.

Durch, den Ausgang des Potentiometers 38 wird ein durch die Einstellung des letzteren "bestimmter, Torgewählter Bruchteil der gesamten Spannungsdifferenz zwischen den Ausgängen der Kanäle A und B als Steuerspannung an den Eingang des Schalters 50 gelegt. Die bei einer Messung maximal auftretende Spannungsdifferenz entspricht dem maximalen Rundlauffehler des betreffenden Prüflings. Die Spannung zwischen Leitung 44 und Leitung 42 ist dann 0 Volt, wenn Ms zum Ende einer Messung eines Prüflings keinerlei Rundlauffehler festgestellt werden konnte?! Tritt aber ein solcher auf, so wird das Potential der Leitung 44 stets positiver gegenüber dem der Leitung 42 sein und dies um so mehr, je höher der Rundlauffehler ist. Ist der Schalter 50 eine Silizium-Diode, so zündet er, sobald seine Eingangsspannung, also die Spannung zwischea der Leitung 44 und der Leitung 42 0,68 Volt tibersteigt. Dadurch wird das mit ihm in Reihe liegende Heiais 1CR erregt, das dazu dient, den Prüfling infolge eines festgestellten Rundlauffehlerübermaßes zurückzuweisen, indem der Prüfling beispielsweise aus dem Fließband herausgenommen wird. Eine Einstellung des Potentiometers 38 bestimmt also üie Höhe der zulässigen Toleranz und damit die Toleranzgrenze, bei deren Überschreitung der Prüfling zurückzuweisen ist.

Der Kondensator 46 dient der Stabilisierung des Eingangskreises des Schalters 50; der Kondensator 58 verhindert Fehlzündungen, die durch eine schnell sich aufbauende Hetzteilspannung während des Zuschaltens des iletzteiles oder nach Schließen des Schalters 4CR auftreten würden, wenn

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nicht der Kondensator 58 den Aufbau dieser Spannung zwischen Anode und Kathode des Schalters 50 auf einen allmählichen Anstieg herabsetzte. Die beschriebene Betriebsweise des Zurückweisens des betreffenden Prüflings durch Zünden des Schalters 50 könnte dadurch an Betriebssicherheit gewinnen, daß normalerweise der Schalter 5.0 Strom gibt und erst dann unterbrochen wird, wenn eine Zurückweisung infolge einer Toleranzüberschreitung des Prüflings z\i erfolgen hat.

Um einen nächsten Prüfling auf dieselbe V/eise prüfen zu können, wird nun nach Beendigung der vorhergegangenen Prüfung ein Schalter S1 geschlossen, der ein Taster oder der Kontakt eines Relais sein kann. Damit werden die Relais 3CR und 4CR erregt. Das Relais 3CR dient zum Löschen des Spitzenwerts, also zur Entladung des Speicherkondensators des Kanals A vermittels des Schließerkontakts 3CR über den Widerstand 28 nach Masse, so daß der Kondensator 24 zu Beginn der nächsten Messung beidseitig Masse-Potential aufweist. Das Relais 4GR unterbricht durch seinen nunmehr öffnenden Kontakt 4CR den Strom über die Relaisspule des Relais 1CR und den Schalter 50 nach dem Minus-Pol des Netzteile. Die gespeicherte Energie in der Induktivität der Relaisspule kann durch die Freilauf-Diode 56 im Kreislauf vernichtet werden, so daß eine gefährliche Überspannung als Absehaltspannung zwischen Anode und Kathode des Schalters 50 vermieden wird. iTach Zurückgehen des Schalters S1 werden auch die Relais 3CR und 4CR wieder entregt, so daß nun das Gerät zu einer weiteren Messung bereit ist. Es ist leicht einzusehen, daß der Kontakt S1 Teil einer Automatik sein kann, wodurch eine vom Menschen unabhängige Prüfung und Sortierung solcher Werkstücke durchführbar ist. Die Punktion der Relais 3CR und 4CR könnte auch teilweise vom Relais 1CR mit übernommen werden, das dann lediglich über zwei weitere Kontakte und ein abfallverzögerndes Glied, z.B. ein Klebeblech, verfugen nü(3te. Anstelle des Relais 1GR könnte

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selbstverständlich ein logischer Baustein in Festkörpertechnik o.dgl. verwendet werden. Für den Fall manueller Bedienung dea Geräts ist dem Schalter S1 ein Taster parallel geschaltet bzw. wird der Schalter S1 durch einen solchen dargestellt.

Als Beispiel für den Betrieb des Geräts kann angeführt werden, daß ein Prüfling eine zulässige Durchmessertoleranz von 75/im aufweisen kann, wobei er ausgesondert wird wenn der Rundlauffehler, d.h. seine Durchmesserschwankungen während des Prüflauf3 2,5/dm überschreitet. So spielt es keine Rolle, ob (innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen) der Prüfling groß oder klein ist, da der Kondensator 24 entsprechend den absoluten MaQen des Prüflings aufgeladen wird. Es ist offenkundig, daß jeder durch das rotierende Werkstück verursachte Anstieg der Signalspannung lediglich eine höhere Ladung des Kondensators 24 zur Folge hat. So ist es also zur Prüfung eines Werkstücks erforderlich, da8 es mindestens einmal um 360°, vorzugsweise jedoch um bis zu 720° gedreht wird. Jeder dabei auftretende Abfall der Signalspannung erzeugt eine Differenzspannung zum vom Kondensator 24 gehaltenen Spitzenwert der Meßspannung.

Es ist also ersichtlich, daß eine während der Messung ansteigende Gleichspannung gleichzeitig an beiden Kanalausgängen erscheint und keine Differenzspannung schafft. Zur Messung stetig ansteigender oder ähnlich verlaufender Oberflächen kann es erforderlich sein, zwei der oben beschriebenen Geräte in solcher Weise gleichseitig einzusetzen, daß nach beiden Richtungen abgefühlt wird. In solchen Fällen benötigt man einen Meßwandler, der zwei Ausgangsspannungen in der V/eise erstellt, daß die eine mit zunehmender Größe des Prüflings ansteigt, und die andere absinkt, wobei jede dieser Signalspannungen an ein Gerät gemäß der hier vorliegenden Erfindung angeschlossen wird.

Claims

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Patentansprüche

Gerät zur Bestimmung, der And er unfeiner von einer Signalspannungsquelle abgegebenen Signalspannung, gekennzeichnet durch einen Speicher (24), für die Spitzenapannung sowie eine Differenzschaltung (10, 11, 40, 42) zum Vergleich des Speicherinhalts mit dem Momentanwert der Signalapannung.

2, Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzschaltung ein Schwellwertschalter (50) naehgeschaltet ist.

3· Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß. zwischen Differenzschaltung und Schwellwertschalter ein einstellbarer Abschwächer (38) vorgesehen ist.

4. Gerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalspannungsquelle (4) eine Reihenschaltung mit einer Diode (20) und einem Kondensator (24) nachgeschaltet ist, der den Spitzenapannungsspeicher bildet.

5· Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß zt^ischen Spitzenspannungsspeicher (24) und Schwellwertschalter (50) ein erster Trennverstärker (10) liegt.

6. Gerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen SignalsSpannungsquelle (4) und Diode (20) eine zu einem zweiten Trennverstärker (11) führende Abzweigung (16) vorgesehen ist, und daß der Ausgang dieses Trennverstärkera mit dem Schwellwertschalter (50)" verbunden ist.

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7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, äaS die Trennverstärker als Kathodenfolger ausgebildet Bind.

8. Gerät nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der "beiden Trennverstärker an ein Potentiometer (38) geführt sind, dessen Abgriff (44) Schwellwertschalter führt.

9. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 2-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Schwellwertschalters ein Relais (1CR) speist.

10. Gerät nach, einem oder mehreren der Ansprüche 6-9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abzweigung (16) " eine dem zweiten Trennverstärker vorgeschaltete Diode (18) angeordnet ist.

11. Gerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, zur Messung und Toleranzprüfung von Werkstük ken auf Rundlauffehler und Unebenheiten, gekennzeichnet durch einen die Werkstückoberfläche abtastenden Meßfühler als Signalspannungsquelle.

12. Gerät nach einem oder mehreren der Anspruch 2-11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückstellvorrichtung (3CR, 4CR) zur Löschung des Speichers (24) sowie zur Rückstellung des Sehwellwertschalters (50) vorgesehen ist.

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