DE2149214A1 - Vorrichtung zur Bestimmung des Schleifwiderstandes - Google Patents
Vorrichtung zur Bestimmung des SchleifwiderstandesInfo
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
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- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
Description
2H92H
Dr. F. Zumstein sen. - Dr. H. Assmann
Dr. R. Koenlgsberger - DIpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumstein jun.
PATENTANWÄLTE
TELEX 529Θ79
BANKKONTO:
BANKHAUS H. AUFHÄUSER
8 MÜNCHEN 2.
5/lii
!COYODA EOZI KABUSHIKI KAISHA, Aichi-ken, Japan
Vorrichtung zur Bestimmung des Schleif Widerstandes.-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des
SchleifWiderstandes, die einen Belastungs-Meßwertumformer aufweist,
der eine Halbleiter-Belastungs- bzw. Verformungs-Meßeinheit umfaßt.
Bei einer Schleifmaschine, insbesondere bei einer Schleifmaschine
mit einem geeigneten Steuersystem, ist es oft erforderlich, den auf eine Schleifscheibe ausgeübten Schleifwiderstand
festzustellen.
Bei einem Verfahren zur Bestimmung des Schleifwiderstandes wird ein Wattmeter mit einem Motor verbunden, der zum Antrieb
der Schleifscheibe dient.
Diese bekannte Vorrichtung zur Messung des Schleifwiderstandes
ist zu wenig empfindlich. Ein Beiastungs-Meßwertumformer mit
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Halbleiter-Belastungs- "bzw. Verformungs-Meßeinheiten, die an
einem verformbaren Teil befestigt sind und entsprechend dein
Sohleißfwiderstand verformt werden und in Form einer Wheatstone1sehen
Brücke verbunden sind, wird daher zunehmend verwendet. Der Belastungs- bzw. Verformungs-Keßwertumformer,
der Halbleiter-Belastungs-Meßeinheiten aufweist, ist zwar hoch emfpindlich, hat jedoch, wie in Fig. 1 gezeigt ist, den
Fachteil, Driftspannungen entsprechend Veränderungen der Uragebungstemperatur
über die Zeit anzuzeigen. Folglich ist es nicht möglich, einen auf die Schleifscheibe ausgeübten Schleifwiderstand
genau zu messen.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung
zur Messung des Schleifwiderstandes zur Verwendung im Zusammenhang mit einer Schleifmaschine zu schaffen.
Weiterhin ist die Erfindung auf eine verbesserte Vorrichtung zur Messung des SchleifWiderstandes gerichtet, die selbsttätige
Eull-Einsteilungen in bezug auf Sohleifvorgänge durchführt.
w Dabei sollen erfindungsgemäß Driftspannungen aufgrund von Veränderungen
der Umgebungstemperatur ausgeschaltet werden.
Im folgenden wird eine beispielsweise, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt die Driftspannung, die durch einen Belastungs-Meßwertumformer
mit Halbleiter-Belastungsmeßeinheiten im laufe
der Zeit erzeugt wird;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Messung des SohleifwiderStandes in Anwendung auf
eine Schleifmaschine mit geeignetem Steuersystem zeigt; Fig. 3 zeigt eine Brückenschaltung eines Druck-Meßwertum-
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Pig. 4 und.'5 zeigen v/eitere Beispiele der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Messung dos Schleifwiderstandes;
Pig. 6 zeigt die DriftSpannung, die durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Messung dos Schleifwiderstandes erzeugt wird.
In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche Teile. Im folgenden soll insbesondere auf Pig. 2 Bezug genommen werden.
In dieser Pigur ist eine Vorrichtung zur Messung des Schleifwiderstandes in Anwendung auf eine Schleifmaschine gezeigt,
bei der ein Schleifkopf 1 eine Schleifscheibenspindel 2 mit Hilfe eines herkömmlichen Pluidlagers 3 drehbar trägt.
Der Schleifkopf 1 ist gleitend auf einem nicht gezeigten Bett angebracht. Die Spindel 2 trägt an einem Ende eine Riemenscheibe
20, die über einen oder mehrere Riemen 21 mit einer Riemenscheibe 22 verbunden ist, die an der Antriebswelle eines Elektromotors
4 befestigt ist, der auf dem Schleifkopf 1 angebracht ist. Die Spindel 2 trägt an ihrem anderen Ende eine Schleifscheibe
5, durch die ein Werkstück ¥, das drehbar auf einem Arbeitstisch abgestützt wird, dex durch das nicht gezeigte Bett
getragen wird, geschliffen wird. Eine Vorschubspindel 8, die in einer Mutter 6 läuft, die an dem Schleifkopf 1 befestigt
ist, ist drehbar an dem Bett angebracht, und ein Ende der Spindel ist mit einem Impulsmotor 7 verbunden.
Das Pluidlager 3 hat eine Anzahl von Aussparungen, die in gleichem
Winkelabstand um die Schleifspindel 2 herum angeordnet
sind. Zwei gegenüberliegende Aussparungen, und zwar die vordere Aussparung 3a und die hintere Aussparung 3b sind entlang einer
Linie angeordnet, die in dieselbe Richtung verläuft wie der Schleifwiderstand. Die jeweiligen Druckhöhen, die in der vorderen
und hinteren Aussparung 3a und 3b erzeugt werden, werden ersten und zweiten Druck-Meßwertumformern 9 und 10 zugeführt
und durch diese in entsprechende Spannungen umgewandelt.
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Der herkömmliche Druck-Meßwertumformer 9 umfaßt zwei Halbleiter-Belastungs-Meßeinheiten,
die mit einer verformbaren Membran verbunden sind. ¥enn der Druck auf die Membran ausgeübt
wird, werden mechanische Verformungen auf die Belastungs-Meßeinheiten ausgeübt, und dadurch erhöhen oder erniedrigen
sich deren spezifische Widerstandswerte. Wie in Pig. 3 gezeigt
ist, sind zwei Halbleiter-Belastungs-Meßeinheiten G1, G-2 und
zwei konstante Widerstände R1.und R2 sowie ein Ausgleichs-Stellwiderstand
YR in Form einer Wheatstone-Brücke miteinander verbunden. Nachdem die Brückenschaltung durch Einstellung des
Stellwiderstandes VR ins Gleichgewicht gebracht worden ist, wird dieses Gleichgewicht gestört, wenn Druck auf die Membran
ausgeübt wird. Dementsprechend kann eine Ausgangsspannung, die
der Druckhöhe entspricht, zwischen den Ausgangsklemmen X und X festgestellt werden. Der Druck-Meßwertumwandler 10 ist ebenso
aufgebaut wie der Meßwertumwandler 9.
Die Ausgangsspannungen der ersten und zweiten Druck-Meßwertumwandler
9 und 10 werden durch herkömmliche Verstärker 11 und
12 verstärkt und den Eingangsklemmen 13a und 13b eines ersten, herkömmlichen Differential-Eingangsverstärkers 13 zugeführt.
Eine Ausgangsspannung, die proportional zu dem Unterschied
zwischen den Spannungen der ersten und zweiten Druck-Meßwertumwandler 9 und 10 ist, wird durch den ersten Differential-Eingangsverstärker
13 erzeugt und der Einlaßklemme 14a eines zweiten Differential-Eingangsverstärkers 14 zugeführt. Die
Ausgangsspannung des ersten Differential-Eingangsverstärkers
13 wird ebenfalls über einen Kontakt S einer Speicherschaltung 15 zugeführt. Eine Ausgangsklemme der Speicherschaltung 15 ist
mit einer anderen Eingangsklemme 14b des zweiten Differential-Eingangsverstärkers
14 verbunden.
Die Speicherschaltung 15 umfaßt einen Feldeffekt-Transistor Tr und einen Kondensator 0. Eine Drain des Feldeffekt-Transistors
Tr ist mit einer Klemme A verbunden und wird mit der Spannung
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+Y versorgt. Eine Source des Feldeffekt-Transistors ist über
einen Widerstand R geerdet, und ein Gate des Feldeffekttransistors
Tr ist mit dem Eontakt S verbunden. Eine Elektrode des Kondensators .0 ist mit der Gate verbunden, und eine andere
Elektrode ist geerdet. Wenn dementsprechend der Kontakt S geschlossen wird, wird der Kondensator 0 mit Spannung geladen,
bis seine Spannung der Ausgangsspannung des ersten Differential-Eingangsverstärkers
13 gleich. Die auf den Kondensator G aufgebrachte Spannung wird auf die Gate des Feldeffekttransistors
Tr ausgeübt, und folglich wird ein Strom von der Drain zu der Source durch die Spannung des Kondensators 0 gesteuert. Die
Source des Feldeffekt-Transistors Tr ist ebenfalls mit der anderen Eingangsklenime 14b äes zweiten Differential-Singangsverstärkers
14 verbunden. Bekanntlich erreicht die Spannung der Source annähernd die Spannung, die an der Gate liegt. Der
zweite Differential-Eingangsverstärker 14 erzeugt eine Ausgangsspannung, die proportional zu dem Unterschied zwischen der
AusgangsSpannung des ersten Differential-Eingangsverstärkers
13 und der Spannung der Source des Feldeffekt-Transistors Tr ist. Wie im folgenden im einzelneu beschrieben werden soll,
driftet die Ausgangsspannung des zweiten Differential-Eingangsverstärkers
14 .-nicht in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur,
sondern ist streng proportional dem Unterschied zwischen den Drücken, die in der vorderen und hinteren Aussparung
3a und 3b erzeugt werden, und damit zu dem Schleifwiderstand.
Der Kontakt S ist entsprechend der Schließung eines nicht gezeigten
Grenzsohalters, der die Bewegung des Schleifkopfes
in eine rückgezogene Stellung erfaßt, geschlossen. Wenn der Schleikopf 1 in der zurückgezogenen Stellung steht, tritt kein
Schleifwiderstand auf, und daher sind die Drücke in den vorderen
und hinteren Aussparungen gleich. Die Ausgangsspannung der ersten und zweiten Druck-Meßwertumwandler 9 und 10 sind jedoch
entsprechend den Unterschieden der Widerstände der Halbleiter-
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t;er-BeIa3tungsmeßeinheiten in Verbindung mit Veränderungen
der Umgebungstemperatur unterschiedlich. Der erste Differential-Eingangsverstärker
erzeugt daher eine Driftspannung. Dementsprechend wird durch Schließung des Kontaktes S die Driftspannung
in dem Kondensator C der Speicherschaltung 15 gespeichert.
Die Schließungszeit de3 Kontaktes S ist nicht auf die
Zeit "begrenzt, in der sich der Schleifkopf 1 in der zurückgezogenen
Stellung "befindet. Der Kontakt kann immer dann geschlossen werden, wenn kein Schleifwiderstand auf die Schleifscheibe
5 ausgeübt wird.
Der zweite Differential-Eingangsverstärker 14 ist mit einer
Eii^aiigsklemme 16a eines dritten Differential-Eingangsverstärkers
16 verbunden, und eine Schaltung 17 zur Fastlegung eines
maximalen SchleifwiderStandes steht mit einer anderen Eingangsklemme 16b des Verstärkers 16 in Verbindung. Der dritte Differential-Eingangsverstärker
16 erzeugt eine Ausgangsspannung, die proportional zu dem Unterschied zwischen den Ausgangsspannungen
dee zweiten Differential-Eingangsverstärkers 14 und der von der Schaltung 17 üb ertragenen Spannung ist. Die Ausgangsspannung
des dritten Differential-Eingangsverstärkers 16 wird einer Vorschub-Steuerschaltung 18 zugeführt, die einen Impulsgenerator
19 steuert. Eine !frequenz von Vorschub-Steuerimpulsen,
die durch den Impulsgenerator 19 erzeugt werden, wird daher durch die Vorschubsteuerschaltung 18 entsprechend der Ausgangsepannung
des dritten Differential-Eingangsverstärkers 16, d.h. der Differenz zwischen dem wirklichen, auf die Schleifscheibe
5 ausgeübten Sohleifwiderstand, und dem gewünschten, durch die
Schaltung 17 vorbestimmten maximalen Schleifwiderstand kompensiert.
Die Vorschubsteuerimpulse werden an den Impulsmotor 7
weitergeleitet und drehen diesen mit einer Geschwindigkeit proportional zu der !frequenz. Dementsprechend wird der Schleifkopf 1 mit Hilfe des Impulsmotors 7 und der Vorschubspindel 8
so bewegt, daß der tatsächliche Sohleifwiderstand mit dem gewünschten
maximalen Sohleifwiderstand übereinstimmt.
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Die oben "beschriebene Vorrichtung zur Messung bzw. Bestimmung
des Schleifwiderstandes arbeitet wie folgt. Wenn der Schleifkopf 1 in zurückgezogener Stellung steht, ist der Eontakt S
geschlossen, und die Driftspannung, die durch den ersten Differential-Eingangsverstärker
13 erzeugt wird, wird folglich in dem Kondensator 0 gespeichert. Die Spannung des Kondensators C
wird auf die Gate des Feldeffekt-Iransistors Tr ausgeübt, und
die Spannung der Source erreicht die Spannung des Kondensators C. Die Driftspannung und die Sourcespannung werden einander
gleich, und sie werden den Eingangsklemtnen 14a und 14b des
zweiten Differential-Eingangsverstärkers 14 zugeführt. Die Ausgangsspannung
des zweiten Differential-Eingangsverstärkers 14 wird daher entsprechend der .Schließung des Kontaktes S Null,
und die Null-Einsteilung wird automatisch durchgeführt. Nach
dem ein nicht gezeigter Startknopf niedergedrückt worden ist,
wird der Schleifkopf 1 mit schneller Vorschubgeschwindigkeit vorwärts bewegt, und der Endschalter wird ausgeschaltet. Dadurch
wird der Kontakt S geöffnet, jedoch wird die Driftspannung durch den Kondensator C festgehalten. Wenn der
Schleifkopf 1 in eine vorbestiminte Stellung bewegt worden ist,
in der die Schiefscheibe 5 sich sehr dicht gegenüber dem Werkstück
W befindet, wird die Vorschubgeschwindigkeit des Schleifkopfes 1 von der hohen Geschwindigkeit auf die Sclileifgeschwindigkeit
gesenkt. Die Schleifscheibe 5 bewegt sich weiter in Vorwärtsrichtung und beginnt, das Werkstück W zu schleifen. Da
auf die Schleifscheibe 5 ein Schleifwiderstand ausgeübt wird,
sinkt der Druck in der vorderen Aussparung 3a ab und nimmt in der hinteren Aussparung 3b zu. Der Druck in den vorderen und
hinteren Aussparungen 3a und 3b wird durch die ersten und zweiten Druck-Heßwertumformer 9 und 10 in Spannungen umgewandelt.
Der erste Differential-Eingangsverstärker 13 erzeugt eine Ausgangsspannung entsprechend dem Unterschied zwischen der
Spannung des ersten und zweiten Druck-Meßwertumwandlers 9 und '
10. Die Ausgangsspannung des ersten Differential-Eingangsverstärkers
ist jedoch nicht nur proportional zu der Differenz
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zwischen den Drücken in der vorderen und hinteren Aussparung 3a und 3b, sondern enthält zugleich die Driftspannung. Da die
Ausgangsspannung des ersten Differential-Eingangsverstärkers 13 und die Source-Spannung des Feldeffekt-Transistors Ir, die
der in dem Kondensator gespeicherten Driftspannung gleicht, an die Eingangsklemmen 14a und 14b gelegt werden, löscht der
zweite Differential-Eingangsverstärker 14 die Driftspannung
und erzeugt eine Ausgangsspannung, die streng proportional dem
wirklichen Schleifwiderstand ist, der auf die Schleifscheibe
ausgeübt wird. Der Schieifνorgang wird derart fortgesetzt, daß
der wirkliche Schleifwr'.derstand auf der Höhe des zulässigen maximalen Schleifwiderstandes gehalten wird.
Wenn der Durchmesser des Werkstückes W einen vorbestimmten Wfc-rfc erreicht, wird der Schleifkopf 1 zurückgezogen und der
Kontakt S geschlossen. Durch Schließung des Eontaktes S wird die Driftspannung in diesem Zeitpunkt in dem Kondensator C
gespeichert. Da die ITullpunkt-E ins teilung gleichermaßen während
jedes SohleifVorganges durchgeführt wird, wird die Driftspannung,
wie in Pig. 5 gezeigt ist, während jedes Sohleifvorganges
entfernt.
Es versteht sich, daß die Speicherschaltung 15 einen herkömmlichen
Verstärker mit einer hohen Eingangsimpedanz anstelle
eines Feldeffekt-Transistors aufweisen kann.
In Pig. 4 ist eine abgewandelte Ausführungsform gegenüber Pig. 2 dargestellt, bei der die Differenz zwischen dem Druck
in der vorderen und hinteren Aussparung 3a und 3b des Fluidlagers
3 durch herkömmliche Differentialdruck-Meßwertumwandler
mit Halbleiter-Belastungsmeßeinheiten 201 festgestellt wird. Der in der vorderen und hinteren Aussparung 3a und 3b erzeugte
Druck wird dem Differentialdruck-Meßwertumwandler 201 zugeführt
und in diesem in eine entsprechende Spannung umgewandelt.
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Der Differentialdruck-Meßwertumwandler 201, der im einzelnen
nicht gezeigt ist, enthält eine Membran und ein Paar von Druckkammern
auf "beiden Seiten der Membran. Der Druck in der vorderen
und hinteren Aussparung 3a und 3b wird jeweils dem Paar der Druckkammern zugeführt, und die Membran wird entsprechend
der Druckdifferenz verformt. Zwei Halbleiter-Belastungsmeßeinheiten sind mit der Membran verbunden und in einer Brückenschaltung
geschaltet. Folglich erzeugt der Differentialdruck-Meßwertuniwandler
201 eine Ausgangsspannung entsprechend dem
Differentialdruck. Die Ausgangsspannung des Differentialdruck-Meßwertumwandlers
201 wird durch einen Verstärker 202 verstärkt und der Speicherschaltung 15 über den Kontakt S sowie dent,
zweiten Differential-Eingangsverstärker 14 zugeführt. Wie im Zusammenhang mit Pig. 2 ausgeführt wurde, erzeugt der zweite
Differential-Eingangsverstärker 14 eine Ausgangsspannung, die
streng proportional dem Schleifwiderstand ist, der auf die
Schleifscheibe 5 ausgeübt wird.
In Pig. 5 ist eine weitere, gegenüber derjenigen der Pig. 2 abgewandelte Ausführungsform gezeigt. Bei dem Feldeffekt-Transistor
ist die Source-Spannung nahezu gleich der Gate-Spannung. Genauer gesagt ist jedoch die Souroe-Spannung etwas
niedriger als die Gate-Spannung. Polglich kann der zweite Differential-Eingangsverstärker 14 gemäß Pig.2 nicht vollständig
die Driftspannung beseitigen. Zur Überwindung dieses Nachteiles ist gemäß Pig. 5 ein zweiter Feldeffekt-Transistor
Tr2 zwischen den ersten und zweiten Differential-Eingangsverstärker
13 und 14 parallel zu der Speicherschaltung 15 geschaltet. Ein Drehen des zweiten Feldeffekt-Transistors Tr2 ist mit
einer Klemme A und mit einer Spannung +V verbunden. Eine Source des zweiten Feldeffekfc-Transistors Tr2 ist über einen Widerstand
R, geerdet und ebenso mit der Eingangsklemme 14a des zweiten Differential-Eingangsverstärkers 14 verbunden. Eine
Gate des zweiten Feldeffekt-Transistors Tr2 steht mit dem
ersten Differential-Eingangsverstärker 13 in Verbindung. Eine
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trotz des ersten Feldeffekt-Iransistors verbleibende Driftspannung
kann daher durch. Absenken der Ausgangsspannung des
ersten Differential—Eingangsverstärkers 13 wegen des zweiten
Feldeffekt-iransistors Trp entfernt v/erden.
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Claims (3)
- 2H92U- 11 -PatentansprücheVorrichtung zur Bestimmung des Sohle if wider Standes mit einem Belastungs-Meßwertumwandler, der Halbleiter-Belastungsmeßeinheiten aufweist, wobei der Belastungs-Meßwertumwandler mit einem verfornibaren Teil verbunden ist, das entsprechend dem auf die Schleifscheibe ausgeübten Schleifwiderstand verformt wird und eine Ausgangsspannung proportional zu dem Schleifwiderstand erzeugt, gekennzeichnet durch einen Kontakt (S), der mit dem Belastungs-Meßwortumwandler (9,10) verbunden ist, wouei der Eontakt (S) außerhalb des Sohleifvorganges geschlossen ist, durch eine Speicherschaltung (IfO, die mit dem Eontakt (S) zur Speicherung der Driftspannung des Belastungs-Meßvjertumwandlers (9,10) verbunden ist, durch einen Differential-Eingangsverstärker (14), der mit dem Belastungs-Heßwertumwandler (9,10) verbunden ist, und durch eine Speicherschaltung (15)·
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichelsschaltung (15) einen Feldeffekt-Transistor (Tr) aufweist, wobei eine Gate des Feldeffekt-Transistors (Tr) mit dem Kontakt (S) und eine Drain des Feldeffekt-Transistor mit Spannung verbunden ist und eine Source des FeIdeffekt-Transistors über einen Widerstand (R) geerdet und weiterhin mit dem Differential-Eingangsverstärker (14) verbunden ist und wobei die Speicherschaltung (15) weiterhin einen Kondensator (0) aufweist, dessen eine Elektrode mit der Gate verbunden und dessen andere Elektrode geerdet ist.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feldeffekt-Transistor (Tr2) vorgesehen ist, wobei eine209815/1U62H9214Gate des Feldeffekt-Transistors (Tr^) mit den Druck-Heßwertunrwandlern (9,10) und eine Drain mit Spannung verbunden sind, und wobei eine Source über einen Wid erstand (li-z) geerdet und weiterhin mit dem Differential-Eingangsverstärker (14) verbunden ist.209815/1146
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| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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