DE1923662B2 - Elektronisches Längenmeßgerät - Google Patents

Description

60

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Längenmeßgefät für die Messung von Maßen und Maßänderungen an bewegten Werkstücken mit glatten und beliebig unterbrochenen Meßflächen mit einem mit einer Dampfungseinrichtung versehenen Tastorgan, einem Meßwandler, einem Meßverstärker und einem dem Meßverstärker nachgeschalteten elektrischen Analogspeicher für den verstärkten Meßwert, dessen Ausgangssignal zur Auswertung gebracht wird.

Bei Messungen an Werkstücken mit Unterbrechungen hat man in älteren Ausführungen den Tastbolzen in geeigneter Weise mechanisch in seiner Lage fixiert und ihm bei jedem Maschinentakt einmal die Möglichkeit gegeben, sich auf einen neuen Meßwert einzustellen. Andere Verfahren benutzen eine pneumatische oder elektrisch betriebene Klemmung des Tastorgans. Diese wird gezielt von der Arbeitsphase der Bearbeitungsmaschine gelöst und wieder betätigt (Ruswsche Patentschrift 157 120). In weiteren Ausbildungen des bekannten Verfahrens wird die Klemmung des Tastorgans durch vor und hinter dem Tastorgan angeordnete sekundäre pneumatische, mechanische oder induktive Meßfühler gesteuert, so daß das Tastorgan Fixiert ist. wenn eine Unterbrechung vorbeiläuft (Zeitschrift »FeingerätetechniU Ig. 8/1967. S. 383; USA.-Patemschrift3 2!0854).

Ferner ist ein elektronisches Län^snmeßgerät ähnlich der eingangs angegebenen Art bekannt (OE-PS 230 108), bei dem ein sprunghafter Anstieg des Meßwerts die Verbindung zwischen Meßverstärker und Speicher für eine meßwertunabhängig fest vorgegebene kurze Zeit herstellt Abgesehen von den Schwierigkeiten, die bei dem bekannten Meßgerät der Einschwingvorgang des Tastorgans beim Auflaufen auf die Meßfläche mit sich bringt, besteht der grundsätzliche Nachteil, daß glatte Meßflächen mit dieser bekannten Ausführungsform nicht gemessen werden können, da hierbei der notwendige sprunghafte Meßwertanstieg fehlt Der Anwendungsbereich dieses Meßgeräts ist daher sehr eingeschränkt

Weiterhin ist eine pneumatische Meßeinrichtung für genutete Werkstücke beschrieben worden (DL-PS 24 512), bei der ein längsbewegliches Düsensystem Fixiert wird, wenn eine sprunghafte Meßwertabsenkung auftritt. Dieses System ist abgesehen von der für schnelle Messungen unzulänglichen Geschwindigkeit pneumatischer Meßelemente, nicht in der Lage, stetige Übergänge von Meßflächen in Unterbrechungen zu berücksichtigen, so daß auch hier eine wesentliche Einschränkung der Anwendungsmöglichkeiten gegeben ist.

Bei einer anderen bekannten Ausführungsform eines elektronischen Längenmeßgeräts (USA.-Patentschrift 3 345 753) wird auf eine Fixierung des Tastorgans verzichtet. In Unterbrechungen senkt sich das Tastorgan unter dem Einfluß der Meßkraftfeder, jedoch durch einen hydraulischen Dämpfer gebremst, langsam ab, um auf die darauffolgende Meßfläche wieder aufzulaufen. Der Meßwert wird in einem Spitzenwcrtspeicher festgehalten, der sich in einstellbaren Zeitabständen um einen festen Betrag entleert. Hierdurch wird nur eine sehr unzureichende Überwindung der Unterbrechung der Meßfläche erreicht, wenn auch der Meßwert für eine Zeitspanne zur Verfügung gehalten werden kann. Besonders bei räumlich größeren bzw. zeitlich längeren Unterbrechungen und auf die längere Betriebsdauer gesehen muß bei diesem Gerät auch mit einer Beschädigung der Tastflächen des Tastorgans gerechnet werden. Die Speicherung des Meßwerts im Spitzenwertspeicher schränkt den Anwendungsbereich ein, so daß die Messung aufeinanderfolgender Meßflächen mit stark unterschiedlichen Meßwerten erschwert wird.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem Meßgerät der zuletzt geschilderten Art ein Längenmeßgerät der eingangs angegebenen

tzu schaffen, das sich selbsttätig den unterschiedlichn Verhältnissen der abzutastenden MeBflichen zu > räumlichen oder zeitlichen Unterbrechungen an· it und ferner dabei zusätzlich auch bei glatten MeB-ihcn eine kontinuierliche Mcßwertanzeigc erlaubt Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß »Verbindung des Meßwertverstarkers mit dem Ana-Boeicher unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts .Änderungsgeschwindigkeit des verstärkten MeB-tverlaufs hergestellt ist, so daß der Speicherinhalt to Meßwertverlauf ständig folgt, diese Verbindung ch bei Oberschreiten des vorgegebenen Grenz-_B der Änderungsgeschwindigkeit des Meßwertvers getrennt wird, daß diese Verbindung bei erneuter näherung des Meßwerts an den Speicherinhalt wiehergestellt wird und daß bei Wiederherstellung der rbindung der Speicherinhalt mit im Vergleich zu den erungsgescbwindigkeiten des Meßwcrtverlaufs „Jer Geschwindigkeit um einen vorgegebenen Wert "^gesenkt wird. ^M

Verläßt das Tastorgan die gerade gemessene Meßfläche, so senkt sich das Tastorgan unter dem Einfluß der jeweiligen Meßkraft gebremst durch die Dämpfungseinrichtung mit konstanter Geschwindigkeit ab. Überschreitet diese Sinkgeschwindigkeit und damit die Anderungsgeschwindigkeit des gemessenen Meßwertverlaufs bei einer Unterbrechung der Meßfläche den vorgegebenen Grenzwert, so wird die Verbindung zwischen dem Meßverstärker und dem Analogspeicher und damit die ständige Verbindung des jeweils gemessenen Meßwerts mit diesem Speicher und damit dem jeweiligen Auswertgerät, z. B. dem Anzeigegerät, unterbrochen. Trifft nun das Tastorgan erneut auf eine Meßfläche, läuft also auf deren Leitkante auf, so wird einerseits der Speicherinhalt kurzzeitig und schnell entladen und andererseits die Verbindung zwischen Meßverstärker und Analogspeicher wieder hergestellt, so daß erneut der Speicherinhalt und damit das Auswertgerät der Veränderung des Meßwerts folgen kann. Bei glatten Meßflächen, deren Maßänderungen die bei Unterbrechungen auftretenden Bewegungsänderungen des Tastorgans in der Geschwindigkeit nicht erreichen, bleibt die ständige Verbindung erhalten, so daß der Meßwert ständig angezeigt werden kann. Es folgt somit das Längenmeßgerät selbsttätig den verschiedenstsn Verhältnissen von Meßflkchen zu Unterbrechungen, so daß die angestrebte große Anpassungsfähigkeit erzielt wird. .

Wie eingangs bereits bemerkt worden ist, besteht die Möglichkeit, daß zwischen den einzelnen Meßflächen sehr g>Oße Unterbrechungsräume bestehen bzw. vom Arbeitsprozeß oder vom Wechsel der Werkstücke her langdauernde Unterbrechungen in den Meßflächen erforderlich weiden. Bei derartigen Betriebsbedingungen ist es zweckmäßig, das Tastorgan während der Unterbrechung in geeigneter Weise so zu beeinflussen, dali ein übermäßiges Absinken des Tastorgans und damit ein nachteiliges starkes Anheben beim Auflaufen auf die nächstfolgende Meßfläche vermieden wird. Dies Wird nach einer Ausführungsform der Erfindung da- <» durch erreicht, daß während der Trennung des Analogspeichers vom Meßverstärker ein Signal erzeugt wird, weiches eine in bekannter Weise aus einem Elektromagneten mit Klemmzunge bestehende Arretierungs-Vorrichtung for das Tastorgan betätigt Ist infolge einer *5 Unterbrechung di* Trennung des MeßvetttÄrkers vom Analogspeicher bewirkt worden, so wird das geschilderte Signal erzeugt und arretiert das Tastorgan in einer vorgegebenen Lage. Somit ist es möglich, völlig unabhängig von der Unierbrechungsdeuer das Tastorgan so zu beeinflussen, daß ein übermäßiges Absinken verhindert wird. Dadurch wird insgesamt die Anpassungsfähigkeit des Längenmeßgcrite weiter vergrößert Die einwandfreie Funktion des Geräts wird durch eine übermäßige Länge oder Dauer der Unterbrechungen nicht nachteilig beeinflußt

Eine noch stärkere Anpassung und Genauigkeit in der Einstellung des Tastorgans während derartiger langdauernder Unterbrechungen kann in weiterer Ausbildung der Erfindung dadurch erreicht werden, daß während der Trennung des Analogspeichers vom Meßverstärker mit Hilfe eines Regelkreises das Tastorgan in eine vom Speicuerinhalt abhängige Sollstellung gebracht wird. Dieser Regelkreis kann nach einer Ausfübrungsform der Erfindung aus dem Tastorgan, dem Meßwandler, dem Meßverstärker, einer das Differenzsignal zwischen dem AusgangFsignal des Meßwandlers ' und dem Speicherinhalt bildenden Baugruppe und einem Leistungsverstärker zur Erregung eines das Tastorgan in die SoUstellung erstellenden Elektromagneten bestehen. Auf diese Weise wird eine sehr feinfühlige Beeinflussung des Tastorgans während langdauernden Unterbrechungen erzielt

Es besteht bei verschiedenen Anwendungsfällen die Möglichkeit, daß die auf die gerade gemessene Meßfläche nach der Unterbrechung folgende Meßfläche wesentlich geringere Abmessungen aufweist, was z. B. bei großer Materialabnahme am Werkstück geschehen kann. Dabei besteht die Möglichkeit, daß das Tastorgan den Kontakt mit dem Werkstück und somit den darauffolgenden Meßflächen verliert Dies wird in weiterer Ausbildung der Erfindung dadurch vermieden, daß der Speicherinhalt nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne, beginnend mit dem Zeitpunkt der Trennung des Analogspeichers vom Meßverstärker, mit konstanter Geschwindigkeit abgesenkt wird. Oberschreitet daher die Dauer des kontaktlosen Zustande die vorgegebene Zeitspanne, so wird das Tastorgan selbsttätig dem absinkenden Speicherinhalt folgend über den geschilderten Regelkreis abgesenkt, bis es auf die Meßfläche erneut auftrifft. Dabei kann >n weiterer Ausbildung der Erfindung die vorgegebene Zeitspanne durch externe Zeitgeber bestimmt werden, z. ß. durch den Zyklus der Arbeitsmaschine, die das Werkstück trägt

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 das Längenmeßgerät nach der Erfindung in schematischer Darstellung mit einem Blockschaltbild der verwendeten elektronischen Baueinheiten,

F i g. 2 eine diagrammartige Darstellung des Verlaufs der Bewegung des Tastorgans, des Meßwerts und des Speicherinhalts über unterbrochenen Meßflächen,

F i g. 3 eine Darstellung ähnlich F i g. 2 mit Regelung der Lage des Tastorgans nach dem Inhalt des Analogspeichers über einer Unterbrechung der Meßfläche,

F i g. α ebenfalls eine Darstellung ähnlich F i g. 2 mit Regelung der Lage des Tastorgans nach dem Inhalt des Analogspeichers und selbsttätiger Absenkung des Tastorgans nach einer vorgegebenen Zeitspanne.

Das in F i g. 1 dargestellte LUngenmeßgerät besteht aus einem als Tastspitze 1 dargestellten Tastorgan mit einem Elektromagneten 2 als Klemm- oder Stellmagnet und einem Meßwandler 3, der ein dem mechanischen Meßwert entsprechendes elektrisches Signal ab gibt. An den Meßwandler 3 ist eine elektronische Baueinheit 4 angeschlossen, in der die Verstärkung und die

Demodulation des elektrischen MeBsignals erfolgt. Diese elektronische Baueinheit 4 wird im folgenden der Einfachheit wegen als Meßverstärker bezeichnet. Dem Meßverstärker 4 ist nachgeschaltet eine weitere elektronische Baueinheit 5, die zur Verbindung und zur Trennung des Meßverstärkers 4 mit oder vom nachgeschalteten Analogspeicher 6 dient

Das Ausgangssignal des Analogspeichers 6, also der Speicherinhalt, wird in einem Auswertgerät 7 ausgewertet, z. B. angezeigt, und gegebenenfalls weiterverarbeitet.

Eine in P i g. 1 gezeichnete Baueinheit 8 ist zwischen der Baueinheit 5 und dem Analogspeicher 6 eingeschaltet. Diese Baueinheit 8 erzeugt nach Beendigung der durch die Baueinheit 5 bewirkten Trennung des Meßverstärkers 4 vom Analogspeicher 6 einen Entladungsstoß für den Analogspeicher 6.

Wie in F i g. 1 ferner mit gestrichelten Linien eingezeichnet ist, kann an die Baueinheit 5 eine weitere Baueinheit 9, z.B. ein Leistungsverstärker, angeschlossen sein, der entweder die Ein- oder Ausschaltung des Kiemmagneten 2 bzw. die Erregung des Stellmagneten 2 bewirkt

Die Wirkungsweise des beschriebenen Längenmeßgeräts wird an Hand der F i g. 2 bis 4 erläutert

In F i g. 2 ist die prinzipielle Wirkungsweise des Längenmeßgeräts verdeutlicht Der Linienzug 11 zeigt den Verlauf der Bewegung der Tastspitze 1 beim Abtasten der Meßflächen 12 des Werkstücks. Der Linienzug 11 entspricht dem Verlauf des elektrischen Meßwerts am Ausgang des Meßverstärkers 4. Der Linienzug 16 zeigt den Verlauf des Speicherinhalts des Analogspeichers 6 und damit den Verlauf des auf das Auswertgerät 7 gegebenen Signals.

Solange sich der Meßwert 11 nicht oder nur mit einer unterhalb des vorgegebenen Grenzwerts liegenden Änderungsgeschwindigkeit verändert ist der Analogspeicher 6 Ober die Baueinheit 5 unmittelbar mit dem Ausgang des Meßverstärkers 4 verbunden. Der Speicherinhalt entspricht daher dem elektrischen Meßwert Sobald jedoch die Tastspitze 1 gemäß dem Linienzug U die Meßfläche 12 verläßt und sich unter dem Einfluß der Meßkraft gebremst durch die Dämpfungseinrichtung, mit konstanter Geschwindigkeit abwärts bewegt und damit den vorgegebenen Grenzwert der Ändeningsgeschwindigkeit überschreitet trennt die Baueinheit 5 den Ausgang des Meßverstärkers 4 vom Analogspeicher 6. Der Speicherinhalt bleibt somit unabhängig vjm Meßwert konstant Beim Abtrennen spricht die Baueinheit S auf die Ändeningsgeschwindigkeit der Meßtasterbewegung an und ist entsprechend ausgelegt

Wird die Tastspitze 1 im Sinn des Linienzugs 11 von der nächstfolgenden Meßfläche 12 wieder angehoben, so nähert sich der elektrische Meßwert dem Speicherinhalt des Analogspeichers 6. Auf diese Annäherung des Meßwerts auf den Speicherinhalt spricht die entsprechend ausgelegte Baueinheit 5 an und stellt die unmittelbare Verbindung des Meßverstärkers 4 mit dem Analogspeicher 6 wieder her. Gleichzeitig wird von der von der Baueinheit 5 beeinflußten Baueinheit 8 em sehr schneller Entladennpuls für den Analogspeicher 6 erzeugt Der Speicherinhalt wird dadurch mit im Vergleich zu den Änderungsgeschwindigkeiten des Meßwerts großer Geschwindigkeit um einen vorgegebenen Wert abgesenkt Der Analogspeicher 6 stellt sich durch die Wiederherstellung seiner Verbindung mit dem Meßwertverstärker 4 auf den durch die jetzt abgetastete Meßfläche 12 gegebenen elektrischen Meßwert erneut ein. Während der Berührung der jetzt gemessenen Meßfläche 12 durch die Tastspitze 1 folgt der Speicherinhalt unmittelbar dem elektrischen Meßwert, wie es

S bei der mittleren Meßfläche 12 in F i g. 2 schematisch dargestellt ist

Die elektronische Baueinheit 5 ist in geeigneter Weise für diese Schaltungsaufgaben derart ausgebildet, daß bei Oberschreiten der Grenzgeschwindigkeit beim Ab sinken des Meßwerts am Meßverstärker 4 die Tren nung dieses Meßverstärkers vom Analogspeicher 6 erfolgt bei einer erneuten Annäherung des Meßwerts an den Speicherinhalt jedoch diese Verbindung wieder hergestellt wird

Bei der vorstehend beschriebenen Betriebsweise wird die Tastspitze 1 nur vom Werkstück selbst her beeinflußt nicht jedoch vom Längenmeßgerät her. Es ist daher die beschriebene Ausfflhrungsform nur für eine gewisse Maximallänge der jeweiligen Unterbre-

chungen geeignet bei denen sich die Tastspitze 1 nicht übermäßig tief absenken kann. FQr lange Unterbrechungen, also entweder räumlich große Unterbrechungen oder zeitlich langdauernde Unterbrechungen, die von der Arbeitsweise der jeweiligen Bearbeitungsma schine herrühren, ist eine Arretierung des Tastorgans während der Unterbrechung zweckmäßig, um ein übermäßiges Absinken während der Unterbrechung zu vermeiden. Hierfür sind die im folgenden beschriebenen Mittel bereitgestellt:

Für die Beschreibung wird auf F i g. 3 Bezug genommen. Hier zeigt wieder der Linienzug U den Verlauf der Bewegung der Tastspitze 1 und der Linienzug 16 den Verlauf des Speicherinhalts. Verläßt die Tastspitze 1 die erste, in der Zeichnung links liegende Meßfläche IZ so wird in der beschriebenen Weise mit Hilfe der Baueinheit 5 die Verbindung zwischen dem Meßverstärker 4 und dem Analogspeicher 6 getrennt Gleichzeitig jedoch wird über die Baueinheit 5 ein elektrisches Signal abgegeben, das einen

Regelkreis einschaltet der aus dem Tastorgan 1, dem Meßwandler 3, dem Meßverstärker 4, dem Stsllmagneten Z dem Leistungsverstärker 9 zur Erregung des Stellmagneten 2 und der elektronischen Baueinheit 5 besteht Die Baueinheit 5 gibt ein aus der Differenz aus

elektrischem Meßwert und Speicherinhalt bestehendes Signal auf den Leistungsverstärker 9. Dieser Leistungsverstärker 9 erregt den Stellmagneten 2, wodurch die Tastspitze 1 abgebremst und in eine Stellung angehoben wird, deren entsprechendes Signal um ein geringes

Maß unter dem Speicherinhalt des Analogspeichers 6 liegt Es ist dadurch der elektrische Meßwert an den Speicherinhalt geknüpft, d. Il, die Tastspitze 1 verharrt in der durch den Stellmagneten 2 eingestellten Stellung, solange der Speicherinhalt den bestehenden Wert be hält Die Unterbrechung zwischen den aufeinanderfol genden Meßflächen kann nun unbeschränkt andauern.

Trifft nach der Unterbrechung die Tastspitze 1 auf eine neue Meßfläche, so wird der bisher bestehende Regelvorgang in der weher oben beschriebenen Weise durch die Baueinheit S unterbrochen, es setzt die geschilderte kurzzeitige Speicherentladung über die Baueinheit 8 ein, und der Analogspeicher 6 übernimmt den neuen Meßwert Es besteht, wie dies in Fig.4 angedeutet ist die

Möglichkeit, daß die Tastspitze I bei stark unterschiedlicher Höhe der Meßflächen den Kontakt mit den Meßflächen verliert, was insbesondere bei großer Materialabnahme am Werkstück geschehen kam. Um auch die-

sen Bclriebsfall zu erfassen, weist die Baueinheit 8 zweckmäßig ein Zeitglied auf, das nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne, beginnend mit der letzten Trennung von Meßverstärker 4 und Analogspeicher 6, eine konstante Kntladung des Spcicherinhalts einleitet, so daß sich die Tastspitze 1 auf Grund der geschilderten Verknüpfung mit dem Regelkreis dem Speicherinhalt folgend mit konstanter Geschwindigkeit abwärts bewegt, bis sie auf eine neue Meßfläche 12 auftrifft. Fig.4 zeigt in der Zeichnung rechts das erneute Auftreffen auf eine Meßfläche 12.

Die Beeinflussung des Tastorgans kann an Stelle des geschilderten Regelkreises auch durch eine einfache Arretierung mit Hilfe eines Kiemmagneten und einer Klemmzunge erfolgen. Dabei wird die Dämpfungseinrichtung für die Tastspitze 1 so schwergängig ausgebildet, daß beim Verlassen der jeweils vorhergehenden Meßfläche keine unzulässig großen Sinkgeschwindigkeiten für die Tastspitze 1 auftreten. Die Baueinheit 9 stellt dann ein Ein- und Ausschaltorgan für die Erregung des Kiemmagneten 2 dar, wobei dieses Ein- und Ausschaltorgan das Signal von der Baueinheit 5 erhält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

«9 542m

Claims (6)

i 923 Patentansprüche;

1. Elektronisches Längenmeßgerät für die Messung von Maßen und Maßinderungen en bewegten s Werkstücken mit glatten und beliebig unterbrochenen Meßflächen mit einem mit einer Därnpfungseinrichtung versehenen Tastorgan, einem Meßwandler, einem Meßverstärker und einem dem Meßverstärker nachgeschalteten elektrischen Analogspeicher for den verstärkten Meßwert, dessen Ausgangssignal zur Auswertung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Meßverstärkers (4) mit dem Analogspeicher (6) unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts der Ände rungsgeschwindigkeit des verstärkten Meßwertverlaufs hergestellt ist, so daß der Speicherinhalt (6) dem Meßwertverlauf ständig folgt, diese Verbin dung jedoch bei Oberschreiten des vorgegebenen Grenzwerts der Änderungsgeschwindigkeit des Meßwertverlaufs getrennt wird, daß diese Verbindung bei erneuter Annäherung des Meßwerts an den Speicherinhalt wieder hergestellt wird und daß bei Wiederherstellung der Verbindung der Speicherinhalt mit im Vergleich zu den Änderungsgeschwindigkeiten des Meßwertverlaufs großer Geschwindigkeit um einen vorgegebenen Wert abgesenkt wird.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß während der Trennung des Analogspeichers (6) vom Meßverstärker (4) ein Signal erzeugt wird, welches eine in bekannter Weise aus einem Elektromagneten (2) mit K.iemmzunge bestehende Arretierungsvorrichtung für las Tastorgan (1) betätigt.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Trennung des Analogspeichers (6) vom Meßverstärker (4) mit Hilfe eines Regelkreises das Tastorgan (1) in eine vom Speicherinhalt abhängige Sollstellung gebracht wird.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis aus dem Tastorgan (1), dem Meßwandler (3), dem Meßverstärker (4), einer das Differenzsignal zwischen dem Ausgangssignal des Meßwandlers (3) und dem Speicherinhalt bildenden Baugruppe (5) und einem Leistungsverstärker (9) zur Erregung eines das Tastorgan (1) in die Sollstellung einstellenden Elektromagneten (2) besteht.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherinhalt nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne, beginnend mit dem Zeitpunkt der Trennung des Analogspeichers (6) vom Meßverstärker (4), mit konstanter Geschwindigkeit abgesenkt wird.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Zeitspanne durch einen externen Zeitgeber bestimmt wird.