DE1909683C - Oberflachenmeßgerat - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Oberflächenmeßgerät mit wenigstens einem elektrischen Antriebsmotor für den Vorschub· des Meßtasters, des zu messenden Werkstücks und/oder des Registrierstreifens eines Registriergerätes sowie mit Einrichtungen zur Änderung der Geschwindigkeit und der Wege der angetriebenen Elemente.

Bei OberflächenmeDgeräten wird ein Meßtaster durch einen Vorschubapparat über die abzutastende Oberfläche bewegt. 3ei bekannten Ausführungen erfolgt der Antrieb des Vorschubapparates mit konstanter Geschwindigkeit durch einen Synchronmotor. Soll die Meßgeschwindigkeit geändert werden, so erfolgt eine Umschaltung von Zahnradgetrieben, die zwischen dem Antriebsmotor und dem Meßtaster eingebaut sind.

Ähnliches gilt für den Antrieb des Werkstückvorschubes (bei stillstehendem Meßtaster) und für den Päpierantrieb eines vielfach bei Oberflächenmeßgeräten vorgesehenen Registriergerätes.

Die Umschaltung der Antriebsgeschwindigkeiten mit Hilfe von Zahnradgetrieben ermöglicht nur eine sehr begrenzte Zahl von Geschwindigkeitsstufen; trotzdem ergibt sich schon bei einer verhältnismäßig geringen Zahl von Geschwindigkeitsstufen ein beträchtlicher Aufwand und ein unerwünscht großer Raumbedaif. Als nachteilig erweist es sich ferner, daß mit Hilfe dieser mechan-schen Getriebe keine stufenlose Einstellung der Geschwindigkeit möglich ist. Hierfür liegt jedoch gerade bei der Abtastung gekrümmter Oberflächen ein besonderes Bedürfnis vor, um beispielsweise unabhängig vom Radi js des sich drehenden Teiles eine bestimmte Meßgeschwindigkeit einzuhalten.

In vielen Fällen soll bei Oberflächenmeßgeräten außer der Geschwindigkeit auch der Meßweg aer angetriebenen Elemente (beispielsweise der Weg des Meßtaster-Vorschubapparates) eingestellt werden können. Bei bekannten Ausführungen sind zu diesem Zweck Endschalter-Steuerkontakte oder umlaufende Nockenschalter im Getriebe vorgesehen. Diese Ausführungen sind jedoch mechanisch¹ sehr aufwendig und bedingen ein hohes Gewicht sowie einen großen Raumbedarf. Auch hier ist ferner im allgemeinen nur eine begrenzte Zahl von Einstellmöglichkeiten vorhanden, während eine stufenlose Einstellung von Zwischenwerten in der Regel nicht vorgenommen werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser Mängel der bekannten Ausführungen ein Oberflächenmeßgerät der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Weg und die Geschwindigkeit der angetriebenen Elemente stufenlos und in weiten Grenzen geändert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ausgangsspannung eines elektrischen Sollwertgebers einerseits einem die Drehzahl des Antriebsmotors steuernden Regler und andererseits einem elektrischen Integrator zugeführt wird, dessen Ausgang mit einer auf den Antriebsmotor wirkenden Triggerschaltung verbunden ist.

Da bei dem erfindungsgemäßen Oberfiächenmeßgerät die Drehzahl des Antriebsmotors proportional zur Sollwertspannung geregelt wird, kann man durch elektrische Integration dieser Sollwertspannung eine Aussage über den vom angetriebenen Element zurückgelegten Weg erhalten. Speist man mit dem Ausgangs* tißnai des Integrators eine Triggerschaltung, so erhält nut pinfache Weise ein elektrisches Signal, wenn das angetriebene Element den gewünschten Weg zurückgelegt hat.

Das erfindungsgemäße Oberflächenmeßgerät ermöglicht auf elektrischem Wege eine stufenlose Änierung der Geschwindigkeit und der Wege der angetriebenen Elemente in einem sehr weiten Bereich (bis zu 1000: 1). Mechanische Zwischenglieder, insbesondere Getriebe und mechanische Steuerkontakte, können weitgehend oder völlig entfallen, was einen

ίο räumlich sehr gedrängten Aufbau ermöglicht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung einet in der Zeichnung veranschaulichten' Ausführungsbeispieles hervor.
Das in der Zeichnung dargestellte Prinzipschaltbild enthält einen Motor M, der ein Element .i des Oberflächenmeßgerätes antreibt. Dieses angetriebene Element A kann beispielsweise der Meßtaster-Vorschubapparat, der Vr rschub des zu prüfenden Werkstückes (bei stillstehendem Meßtaster) oder der Registrier-

ao streifen einer Registriereinrichtung sein.

Die Schaltung enthält ferner einen elektrischen Sollwertgeber 5, einen Regler R, einen elektrischen Integrator / und eine Triggerschaltung T. Der Sollwertgeber S ist einerseits an den Regler R und andererseits an den Integrator / angeschlossen. Weiterhin kann der Sollwertgeber S noch mit einem Schreiber B verbunden sein.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgendermaßen: Die Eingangsspannung des Integrators/ sei mit Mf, die Ausgangsspannung des Integrators mit u_a und die Zeitkonstante des Integrators mit T₀ bezeichnet. Dann gilt für den Integrator /:

¹O 0

Da die Eingangsspannung u_e des Integrators identisch mit der Sollwertspannung ist und der Regler R die Drehzahl des Antriebsmotors M proportional zu dieser Sollwertspannung hält, ist w_e damit proportional zur Geschwindigkeit v* des vom Motor angetriebenen Elementes A:

Ue-Vl. (2)

Nun ist der Weg bekanntlich das Zeitintegral der Geschwindigkeit. Der im Zeitpunkt 1 vom angetriebenen Element A zurückgelegte Weg st ist demgemäß, wie aus den Gleichungen (1) und (2) folgt, der Ausgangsspannung «α des Integrators / proportional:

1

Ua ~ -S₁. (3)

Erreicht die Ausgangsspannung Mo des Integrators / einen bestimmten Wert u_{a max}, auf den die Triggerschaltung Γ eingestellt ist, so liefert der Ausgang dieser Triggerschaltung T ein Signal an den Regler R und setzt dadurch beispielsweise den Motor M still. Für den zu diesem Zeitpunkt vom angetriebenen Element A zurückgelegten Weg s gilt dann die Beziehung:

S ~ Mo max · T₀ . (4)

Aus dieser Gleichung (4) ersieht man zunächst zwei Möglichkeiten, um den Weg s des angetriebenen EIementes A stufenlos in weiten Grenzen ändern zu können:

Ändert man die Schwelle u* _mOx der Triggerschaltting T, so ändert sich damit proportional der Weg s

des νοφ Motor A/ angetriebenen Elementes A. Statt dessen kann man durch Änderung der Zeitkonstante T₀ des Integrators /(bei festgehaltenem Schwellwert u_{a max} der Triggerschaltung T) den Weg.? proportional ändern. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeil, beide Parameter (insbesondere in unterschiedlichen Bereiche.)) zu ändern, um auf diese Weise zu einem sehr weiten Änderungsbereich für s zu gelangen. Wird eine konstante Sollwertspannung u_e (und damit eine konstante Geschwindigkeit ν des angetriebenen Elementes A) vorgegeben, so ist der Weg* proportional zum Quotienten aus ν und T₀:

(5)

Ändert man also bei einer Neueinstellung der Geschwindigkeit ;· die Zeitkonstante T₀ des Integrators im gleichen Maße, so bleibt damit der V/egj trotz veränderter Geschwindigkeit konstant. ao

Bei dem erfindungsgemäßen Oberflächenmeßgerät wird als Antriebsmotor vorzugsweise ein Gleichstrom-Nebenschlußmotor eingesetzt, da man auf diese Weise zu einem besonders einfacher. Regler gelangt. Grundsätzlich können jedoch auch Wechselstrommotoren as benutzt werden, sofern nur der Regler dafür sorgt, daß sich die Drehzahl des Motors proportional zur Sollwertspannung u_e ändert.

Der Integrator / und die Triggerschaltung Γ können erfindungsgemäß derart miteinander verbunden sein, daß bei jedem Ansprechen der Triggerschaltung der Integrator gelöscht wird und von neuem hochzulaufen beginnt. Auf diese Weise ist es möglich, den Meßweg zu quantein und Zählvorgänge durchzuführen.

Es versteht sich ferner, daß das Ausgangssignal der Triggerschall jng 7 die verschiedensten Vorgänge auslösen kann: Es kann an einem bestimmten Punkt des Meßweges den Motor stillsetzen, seinen Rücklauf einleiten, Rechenschaltungen steuern usw. Es besteht weiterhin auch die Möglichkeit, mehrere Trigger-Schaltungen oder eine umschaltbare Triggerschaltung vorzusehen, um Vorgänge an mehreren Stellen des Meßweges auszulösen.

Bei dem erfindungsgemäßen Oberflächenmeßgerät wirken sich Temperatureinflüsse grundsätzlich in gleichem Sinne auf die Integrationszeit und auf die Rechenschaltungen aus, ah in der Mehrzahl ebenfalls Integrationsglieder enthalten. Man erreicht auf diese Weise eine weitgehende Unabhängigkeit von Temperatureinflüssen.

Der elektrische Integrator ist im einfachst Falle ein ÄC-Glied; selbstverständlich können auch zahlreiche andere Integrationsschaltungen eingesetzt werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Oberflächenmeßgerät mit wenigstens einem elektrischen Antriebsmotor für den Vorschub des Meßtasters, des zu messenden Werkstücks und/oder des Registrierstreifens eines Registriergerätes sowie mit Einrichtungen zur Änderung der Geschwindigkeit und der Wege der angetriebenen Elemente, dadurchgekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung eines elektrischen Sollwertgebers (S) einerseits einem die Drehz'.'il des. Antriebsmotors (M) steuernden Regler (1?) und andererseits einem elektrischen Integrator (/) zugeführt wird, dessen Ausgang mit einer auf den Antriebsmotor wirkenden Triggerschaltung (Γ) verbunden ist.

?.. Oberflächenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (M) ein Gleichstrom-Nebenschlußmotor ist.

3. Oberflächenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (M) ein Wechselstrommotor ist.

4. Oberf.ächenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßweg durch Änderung der Schwelle (u_{a maz}) der Triggerschaltung (T) einstellbar ist.

5. Oberflächenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßweg durch Änderung der Zeitkonstante (7"₀) des Integrators (/) einstellbar ist.

6. Oberflächenmeßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Verbindung von Integrator (/) und Triggerschaltung (T), daß bei jedem durch einen Zähler gezählten Ansprechen der Triggerschaltung der Integrator (/) gelöscht wird und von neuem hochzulaufen beginnt.

7. Oberflärhenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer anderen konstanten Geschwindigkeit bei gleichbleibendem Meßweg der Sollwertgeber (S) mit dem Integrator (/) derart gekoppelt ist, daß die Zeitkonstante (T₀) des Integrators proportional mit der Sollwertspannung (u_e) geändert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen