DE1911580B2 - Verfahren und einrichtung zur erzeugung einer dem mittleren innendurchmesser von ringen waehrend des bearbeitungsvorganges in einem ringwalzwerk proportionalen groesse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erzeugung einer dem mittleren Innendurchmesser von Ringen während des Bearbeitungsvorganges in einem Ringwalzwerk proportionalen Größe, bei denen die Funktion der Meßwerte des Innendurchmessers - fortlaufend längs des Innenumfanges gemessen — periodisch um einen sich im Verhältnis dazu sehr langsam erhöhenden Mittelwert schwankt, unter Verwendung von Extremwerten und Mittelwertbildungen aus aufeinanderfolgenden, gespeicherten Meßwerten.

Bei Ringwalzwerken muß der Bearbeitungsvorgang des Ringes beendet werden, sobald ein bestimmter innerer Ringdurchmesser erreicht wird. Dies gilt vor allem dann, wenn es sich um Ringe aus hochfesten Werkstoffen, wie z. B. Titan, handelt, die auf spanabhebenden Maschinen nur sehr schwer nachbearbeitet werden können.

Es ist nun verhältnismäßig schwierig, aus den zur Verfügung stehenden Meßwerten den richtigen Abschaltpunkt herauszugreifen, da der Ring in den seltensten Fällen kreisförmig ist. Meist hat er eine elliptische oder auch ovale Form und auch noch unregelmäßige Abweichungen. Ferner ist auch noch zu berücksichtigen, daß sich der Ringinnendurchmesser während des Bearbeitungsvorganges laufend erhöht. Insgesamt wird also die Meßwertfunktion — fortlaufend längs des Innenumfangs gemessen — periodisch um einen sich im Verhältnis dazu sehr langsam erhöhenden Mittelwert schwanken. Außerdem wird noch eine aus den Bearbeitungsungenauigkeiten herrührende Störfunktion vorhanden sein.

Es sind bereits Verfahren zur Ermittlung eines Mittelwertes bekannt, bei denen maximale und minimale Meßwerte eines sich periodisch ändernden Signals addiert werden, so daß der doppelte Wert des Mittels erhalten wird. Zur Durchführung dieser Verfahren können analoge Mittel (vgl. z. B. DT-AS 12 72 575) oder auch digitale Schaltungen (vgl. z.B. DT-OS 14 98 235) benutzt werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Störfunktionen von vergleichsweise hoher Frequenz und verhältnismäßig kleiner Amplitude aus der Mittelwertbildung zu eliminieren und damit einen genauen Wert für den mittleren Innendurchmesser zu erhalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach einem Vorzeichenwechsel der Änderung des Meßwertes jeweils derjenige Meßwert gespeichert wird, der gegenüber dem Meßwert beim Vorzeichenwechsel um einen festgelegten Betrag im Bereich des Maximums verringert und im Bereich des Minimums vergrößert ist. Auf diese Weise gehen auf Bearbeitungsungenauigkeiten zurückzuführende Spitzen und Zacken

der Meßwerte nicht in die Bestimmung des mittleren Innendurchmessersein.

Da sich die Amplituden der Schwankungen des Meßwertes verändern können, wird vorteilhafterweise der vorgenannte Betrag abhängig von der Differenz der Extremwerte verändert.

Eine schaltungstechnisch besondets einfache Lösung zur Durchführung des Verfahrens ergibt sich dann, wenn ein Zweirichtungszähler vorgesehen wird, dem vorzeichenrichtig die Änderungen des Innendurchmessers als Pulse zugeführt werden, und wenn ferner ein dazu paraHelgeschalteter Pufferzähler vorhanden ist, dessen Kapazität kleiner als die Differenz der Extremwerte ist. Der Pufferzähler gibt dann jeweils an seinen Bereichsgrenzen Befehle zur Übernahme des '5 betreffenden Standes des Zweirichtungszählers in Speicher, deren Inhalte fortlaufend iddiert werden. Da die Differenz der Extremwerte differiert, ist es vorteilhaft, die Bereichsgrenzen des Pufferzählers von der Differenz der Speicherinhalte selbsttätig änderbar zu machen.

Da voraussetzungsgemäß die Kapazität des Pufferzählers kleiner sein soll als die Differenz der Extremwerte, muß die Differenz der Speicherinhalte um einen bestimmten Faktor verkleinert werden. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß dem Zweirichtungszähler Untersetzungsglieder vorgeschaltet sind und zur Differenzbildung nur die vollen Dekaden des Zwdrichtungszählers herangezogen werden. Die so ermittelte Differenz, die in einen zusätzlichen Speicher gelangt, J0 kann als obere Bereichsgrenze des Pufferzählers dienen, dessen untere Bereichsgrenze dann der Einfachheit halber durch den Stand Null gebildet ist. Vorteilhaft ist es dabei, den erwähnten Speicher dann zu setzen, wenn der Puffe, zähler an seiner unteren Begrenzung, nämlich J^r> dem Wert Null, liegt.

Zur Bildung des Meßwertes können zwei Geber benutzt werden, und zwar einer für den Außendurchmesser und einer für die Wandstärke des Ringes. Die von beiden Gebern abgegebenen Pulsfolgen können dann mittels bekannter Synchronisier- und Differenziergatter pulsweise subtrahiert bzw. addiert und die Ergebnisse vorzeichenrichtig dem Zweirichtungszähler zugeführt werden.

Dieser Zweirichtungszähler wird nach dem Einschalten der Stromversorgung auf einen einmal festgelegten Wert gesetzt und dadurch synchronisiert, daß die beiden erwähnten Geber beim Überfahren von Referenzpunkten freigegeben werden. Zur Auswertung der dem Innendurchmesser proportionalen Größe — die eigentlieh dem doppelten Innendurchmesser proportional ist — werden den Addiergliedern Grenzwertmelder nachgeschaltet, die bei Überschreitung von Grenzwerten Steuersignale z. B. zur Reduzierung der Geschwindigkeit und Abschaltbefehle abgeben. Hierbei kann die Anordnung dieser Grenzwertmelder derart getroffen sein, daß Signale erst bei mehrfacher Überschreitung der Grenzwerte bei aufeinanderfolgenden Mittelwertbildungen abgegeben werden. Die Zahl der Überschreitungen kann dabei gemeinsam oder getrennt für die to verschiedenen Grenzwerte eingestellt sein.

Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 den gemessenen Innendurchmesser des Ringes als Funktion des Winkels φ (I), b5

F i g. 2 eine Auswertung dieser Funktion und

Fig.3 den Stand von Zweirichtungszähler und Pufferzählern während einer Periode der Meßfunktion.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, kann man sich die Funktion d,aus drei Funktionen a, bund czusommengesetzt denken. Hierbei ist a eine einsinnig stetig wachsende Funktion und steht für die laufende Zunahme des Ringinnendurchmessers d, während des Bearbeitungsvorganges. Dieser Funktion a ist nun eine periodische Funktion b überlagert, deren Periodenlänge nicht konstant zu sein braucht. Diese Funktion soll sich aber nicht stark und sprunghaft ändern. Außerdem ist ihre Amplitude klein gegenüber dem Wert der Funktion a. Zusätzlich treten nun noch im Meßergebnis Spitzen und Zacken auf, die auf Bearbeitungsungenauigkeiten zurückgehen und durch eine Störfunktion c berücksichtigbar ist. Diese nur der Größenordnung nach bekannte Störfunktion kann ebenfalls periodisch sein; Voraussetzung ist jedoch, daß sie eine weit kleinere Periodenlänge und Amplitude als die Funktion b hat.

Die Berechnung eines Mittelwertes aus den Funktionen a und b läßt sich schaltungstechnisch verhältnismäßig einfach durchführen.

Hierzu wird ein Geber C t vorgesehen, der bei einer Änderung des Außendurchmessers d_a des Ringes einen Impuls abgibt, und ein Geber G 2, der bei einer Änderung der Wandstärke 5 entsprechende Pulse abgibt. Durch pulsweise Subtraktion dieser beiden Pulsfolgen in einem an sich bekannten Synchronisier- und Differenzgatter D lassen sich zwei vorzeichenrichtige Pulsfolgen /⁺, /- erzeugen, deren eine den positiven Änderungen des Innendurchmessers entspricht. Diese Änderungspulse werden jeweils an die entsprechenden Eingänge eines Zweirichtungszählers Zgefiihrt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ändert sich — bei Vernachlässigung der Störfunktion — zwischen einem Maximum und dem nächsten Minimum die Zählrichtung nicht; sie bleibt negativ. Das gleiche geschieht zwischen einem Minium und dem nächsten Maximum. Auch hierbei ändert sich die Zählrichtung nicht, sie bleibt positiv. Zur Ermittlung des Mittelwertes speichert man daher den Zählerstand Zmin beim Wechsel von negativ nach positiv im Speicher 5p 1 und den Zählerstand z_milx beim Wechsel der Zähleinrichtung von positiv nach negativ im Speicher Sp 2. Durch Addition der Inhalte der beiden Speicher 5p 1 und 5p 2 im Addierer A erhält man den doppelten mittleren Innendurchmesser und durch Halbierung mittels des Halbierers H den gewünschten Mittelwert M, der zur Anzeige gebracht werden kann und/oder einer Grenzwertmelder-Einrichtung GM zugeführt wird, die jeweils an bestimmten Punkten Steuerbefehle für den Bearbeitungsvorgang des Ringes abgibt.

Häufig tritt nun der Fall auf, daß die überlagerte Störfunktion cdie Erfassung der Extremwerte schwierig macht, da die Zählrichtung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Extremwerten nicht konstant bleibt. Um diesen Einfluß zu eliminieren und genaue Kriterien für die Wahl des Meßzeitpunktes zu erhalten, wird parallel zu dem Hauptzähler Zein Pufferzähler PZvorgesehen, der ebenfalls die Zählpulse registriert. Dieser Pufferzähler PZ hat nur eine begrenzte Kapazität und läuft während einer Periode der Funktion b einmal gegen den unteren und einmal gegen den oberen Anschlag. Die Kapazität des Pufferzählers ist dabei kleiner gewählt als die Differenz Az zwischen einem Minimum z„„„ und Maximum z,_m,der Funktion b.

Fig. 3 zeigt nun den Verlauf der Zählerstände des Hauptzählers Z und darunter den des Pufferzählers PZ unter der Voraussetzung einer rein periodischen Funktion. Die Kapazität des Pufferzählers Δζ_ρ beträgt dabei ein Sechstel der Differenz Az der Extremwerte.

Die obere Begrenzung des Pufferzählers PZ ist durch die Gleichheit seines Standes mit dem Inhalt Z3 des Speichers Sp 3 gegeben. Diese Gleichheit wird im Vergleicher V festgestellt. Die untere Begrenzung des Pufferzählers PZ ist durch den Wert 0 gegeben. Beim Erreichen einer Begrenzung wird im Gatter G die betreffende Zählrichtung für den Pufferzähler gesperrt und ein Befehl zur Übernahme des betreffenden Zählerstandes ZX bzw. Z 2 in den Speicher 5p 1 bzw. 5p 2 gegeben. Die beiden Speicher 5p 1 und 5p 2 werden bei dieser Schaltung also nicht im Minimum z_mm bzw. Maximum z_max gesetzt, sondern in den mit Zl und Z2 bezeichneten Kurvenpunkten, in denen der Pufferzähler PZan eine seiner Begrenzungen läuft. Die beiden Speicher werden also abwechselnd gesetzt. Der Speicher Sp 1 erhält dabei einen um die Kapazität Δζ_ρ des Pufferzählers PZ vergrößerten Wert Zl, der Speicher 5p 2 einen um die Pufferzählerkapazität Δζ_ρ verkleinerten Wert Z2. Bei der Mittelwertbildung haben diese Korrekturen infolge des Pufferzählers keinen Einfluß, da sie gegenseitig bei der Addition aufheben. Diese Schaltung eliminiert die Störfunktion c also so lange, wie die Störamplitude kleiner als die Kapazität/dzpdes Pufferzählers PZ bleibt.

Da die Amplitude der Funktion b veränderlich ist, ist es zweckmäßig, die Kapazität des Pufferzählers PZ an die jeweilige Amplitude selbsttätig anzupassen. Dies kann durch geeignete Ankopplung des Speichers 5p 3 an den Zweirichtungszähler Zerreicht werden. Hierzu wird beim Zweirichtungszähler Z eine Vorstufe VS Jo vorgesehen, die eine rein duale Untersetzung der Eingangspulse bewirkt, bevor diese in die erste Zähldekade gegeben werden. Zur Differenzbildung für den Speicher 5p 3 werden dann nur die vollen Dekaden des Zweirichtungszählers Zbenutzt. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel der Pufferkapazität von '/β Δζ hat die Vorstufe V5eine Untersuchung von 4:1. Der Speicher 5p 3 wird daher mit ¹A der eigentlichen Differenz Z 2 — Z1 der Speicher Sp 2 und 5p 1 — die ja auch noch um die Pufferspeicherkapazität korrigiert ist — gesetzt. Dieser Setzvorgang findet zweckmäßigerweise nach jedem Setzen des Speichers 5p 2 statt, da dann der Pufferzähler PZ am unteren Anschlag liegt, also den Stand 0 aufweist. Dieser Wert wird durch Vergleich des Standes des Speichers N mit dem Inhalt des Pufferzählers PZ überwacht. Abhängig davon wird außer dem Ansteuerbefehl für den Speicher 5p 3 auch eine zwischen Speicher Sp 1 und Addierglied A liegende Invertierstufe /wirksam gemacht, so daß die Differenz Z2/4 — Z1/4 im vorliegenden Fall gebildet wird. Aus der Untersetzung 1 : 4 durch die Vorstufe und durch die Korrektur mit '/β Δζ wird der Speicherinhalt und damit die Begrenzung des Pufferspeichers PZUt Δζ.

Entsprechend der Vorstufe ist es nun möglich, ein beliebiges Verhältnis von Pufferzählerkapazität zu der Differenz der Extremwerte einzustellen, und zwar gibt eine Vorstufe mit einer Untersetzung 1 :2 eine Pufferzählerkapazität von ^UAz und eine Untersetzung 1 : 8 eine Pufferzählerkapazität von '/\οΔζ.

Bemerkt sei hierbei auch, daß es nicht unbedingt nötig ist, diese Untersetzung durch entsprechende Beschattung des Zweirichtungszählers Z zu erzeugen, sondern daß es auch denkbar ist, zwischen Speicher 5p 3 und Vergleichsglied V irgendeine Untersetzungseinrichtung einzubauen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

19 H Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung einer dem mittleren Innendurchmesser von Ringen während dc arbeitungsvorganges in einem Ringwalzwerk ι oportionalen Größe, bei denen die Funktion der Meßwerte des Innendurchmessers — fortlaufend längs des Ir.nenumfangs gemessen — periodisch um einen sich im Verhältnis dazu sehr langsam Ό erhöhenden Mittelwert schwankt unter Verwendung von Extremwerten und Mittelwertbildungen aus aufeinanderfolgenden gespeicherten Meßwerten, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem Vorzeichenwechsel der Änderung des Meßwertes jeweils derjenige Meßwert (Zi, Z2) gespeichert wird, der gegenüber dem Meßwert (z_min, ■ZnWbeim Vorzeichenwechsel um einen festgelegten Betrag (Z3) im Bereich des Maximums verringert und im Bereich des Minimums vergrößert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag abhängig von der Differenz der Extremwerte veränderbar ist.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Zweirichtungszähler (Z), dem vorzeichenrichtig die Änderungen des Innendurchmessers als Pulse (I+ , /—) zugeführt werden, durch einen dazu parallelgeschalteten Pufferzähler (PZ), dessen Kapazität kleiner als die Differenz (Az) der Extremwerte ist, und der jeweils an seinen Bereichsgrenzen Befehle zur Übernahme des betreffenden Standes (Zi, Zl) des Zweirichtungszählers (Z) in Speicher (Sp 1, 5p 2) gibt, und durch Addierglieder (A) zur Bildung der Summe beider Speiclierinhalte.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereichsgrenzen des Pufferzählers (PZ) abhängig von der Differenz (Az) der Speicherinhalte selbsttätig änderbar sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- «o zeichnet, daß die Differenz nur jeweils von einem Teil des Inhaltes des Zweirichtungszählers gebildet wird und daß diese Differenz in einen Speicher (Sp 3) gelangt, der die obere Bereichsgrenze des Pufferzählers (PZ) festlegt, wogegen die unlere Bereichsgrenze durch den Nullstand des Pufferzählers gegeben ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (Sp 3) dann gesetzt wird, wenn der Pufferzähler (PZ) an der unteren so Begrenzung liegt.

7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abgabe der Änderungspulse für den Zweirichtungszähler (Z) ein Geber für den Außendurchmesser (d_a) des Ringes und ein zweiter für die Wandstärke fo>vorgesehen ist und daß beide Pulsfolgen in einem Synchronisier- und Differenzgatter (D) pulsweise zur Erzeugung der Änderungspulse subtrahiert werden.

8. Einrichtung nach Anspruch 3 und 7, dadurch >>o gekennzeichnet, daß der Zweirichtungszähler (Z) nach dem Einschalten der Stromversorgung auf einen festgelegten Wert gesetzt wird und daß die beiden Geber (G 1, G 2) beim Überfahren von Referenzpunkten freigegeben werden.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Addierglied (A) eine Grenzwertmeldeeinrichtung (GM) nachgeschaltet ist, die Steuerungssignale beim Überschreiten von festgelegten Grenzwerten abgibt.

10 Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale erst bei mehrfacher Überschreitung der Grenzwerte bei aufeinanderfolgenden Mittelwenbildungen abgegeben werden.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Überschreitungen für unterschiedliche Grenzwerte verschieden sein kann.