DE2159002A1

DE2159002A1 - Verfahren und einrichtung zur erfassung von relativen lageabweichungen zweier in einem vorgegebenen sollverhaeltnis bewegter teile

Info

Publication number: DE2159002A1
Application number: DE2159002A
Authority: DE
Inventors: Klaus Herzog
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1971-11-29
Filing date: 1971-11-29
Publication date: 1973-06-14
Also published as: DE2159002C3; US3816712A; JPS4864953A; DE2159002B2; JPS5210377B2

Description

CARL ZEISS, 7920 HEIDENHEIM (BRENZ)

Verfahren und Einrichtung zur Erfassung von relativen Lageabweichungen zweier in einem vorgegebenen Sollverhältnis bewegter Teile

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erfassung von relativen Lageabweichungen zweier in einem vorgegebenen Sollverhältnis bewegter Teile, deren Bewegungen über geeignete Gebersysteme elektrische Primärsignalfolgen erzeugen.

Es ist eine Einrichtung zur Messung der Stellung von relativ zueinander bewegten Teilen bekannt, bei der mit Hilfe von Impulsteilern oder/und Multiplikatoren Gleichheit der von den bewegten Teilen erzeugten Impulsfrequenzen erreicht wird und diese in einem Vergleicher miteinander verglichen werden· Abweichungen der miteinander verglichenen Impulsfolgen erzeugen eine Spannung, die auf einen Schreiber zur Registrierung des relativen Fehlers gegeben werden. Für die Frequenzvervielfachung wird hierbei eine Einrichtung verwendet, die aus einem gesteuerten Oszillator und einem Frequenzteiler besteht, wobei die geteilte Frequenz _mi-fc der Signalfrequenz verglichen und aus dem Vergleich eine Steuerspannung zur Nacheteuerung des Ossiilators gewonnen wird.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, das Auflösungsvermögen · und die Meßgenauigkeit gegenüber den bekannten Einrichtungen zu steigern und dabei den technischen Aufwand möglichst gering zu halten.

Erreicht wird dies nach der Erfindung bei einem Verfahren und einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch, daß die

- 2 309824/0488 _np

-2- 2153002

Primärsignalfolgen zum öffnen bzw. Schließen eines Impulszählers herangezogen werden und daß in den Impulszähler eine exakt lagegetreue Impulsfolge eingezählt wird, welche durch eine zeitunabhängige Erzeugung einer Vielzahl von Sekundärimpulsen aus den einzelnen Primärsignalperioden gewonnen ist.

Dabei werden die relativen Lageabweichungen direkt in Längenbzw· Winkelmaß rein digital gemessen.

Durch eine zusätzliche einstellbare Impulsteilung der dem Impulszähler eingespeisten lagegetreuen Impulsfolge kann das Auflösungsvermögen des Meßvorganges in einfacher Weise variiert werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand des in der Abbildung im prinzipiellen Aufbau dargestellten Ausführungsbeispiels einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Einrichtung erläutert werden.

Bei dem dargestellten Getriebeprüfgerätbasteht das Prüfgetriebe beispielsweise aus zwei sich kämmenden Zahnrädern 1 und 2. Dabei besitze das Zahnrad 1 die Zähnezahl z* und das Zahnrad 2 die Zähnezahl ζ^.

Das Zahnrad 1 sei beispielsweise durch einen Antriebsmotor M angetrieben und das Zahnrad~niit Hilfe einer Bremseinrichtung B gebremst um Anlage der Zahnflanken zu gewährleisten. Beide Zahnräder lind »it Drehgeber systemen 3» 4· bekannter Bauart verbunden, welche die Drehbewegungen der Zahnräder in elektrische Primärsignalfolgen umwandeln. Vorzugsweise sind die Drehgeber so ausgebildet, daß sie mehrere phasenverschobene sinusförmige Signalfolgen erzeugen. Außerdem sind die Drehgeber so eingestellt, daß sie pro Umdrehung die gleiche Anzahl von Signalen liefern. Die aus dem Drehgeber 3 austretende sinusförmige analoge Pri-

— 3 -

309824/0488

märsignalfolge wird durch den Impulsformer 5 bekannter Bauart in eine Impulsfolge umgewandelt und diese über den einstellbaren Impulsteiler 6 bekannter Bauart an das Öffnungsteil einer Torschaltung 7 bekannter Bauart gegeben. Die aus dem Drehgeber 4- austretenden sinusförmigen analogen Primär signalfolgen werden einmal über einen Impulsformer 8 bekannter Bauart ebenfalls in eine Impulsfolge umgewandelt und über einen einstellbaren Impulsteiler 9 bekannter Bauart an das Schließteil der Torschaltung 7 gegeben. Zum anderen werden aus dem Drehgeber 4-entnommene sinusförmige analoge Primärsignalfolgen über einen zeitunabhängigen signalunterteilenden Impulserzeuger 10 bekannter Bauart geführt, der aus den einzelnen analogen Primärsignalperioden eine Vielzahl von Sekundärimpulsen erzeugt. Vorzugsweise wird hierzu eine Einrichtung verwendet, bei der Amplitudenschwankungen der Primärsignale sich nicht auf die Sekundärimpulsfolge auswirken. Eine derartige Einrichtung ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 1 9^-5 321 beschrieben. Die Sekundärimpulsfolge wird über einen weiteren einstellbaren Impulsteiler 11 bekannter Bauart und die Torschaltung 7 einem elektrischen Impulszähler 12 bekannter Bauart zugeführt. Der Impulszähler 12 ist mit einem Speicher 13 bekannter Bauart verbunden und dlieser andererseits über einen Digital-Analogwandler 14 bekannter Bauart mit einem Sehne11schreiber 15. An dem Ausgang 16 kann das Meßergebnis ferner in digitaler Form (Ziffernausgabe) und am Ausgang 17 in analoger Form (Spannung) abgenommen werden. Das Teilungsverhältnis der Impulsteiler 6, ist in bekannter Weise so eingestellt, daß bei fehlerfreiem Getriebe die aus ihnen austretenden Impulsfolgen die gleiche Frequenz aufweisen, d.h. im vorliegenden Fall ist das Teilungsverhältnis des Impulsteilers 6 gleich z₂/1 ^{und des} I^mP^ulsteilers 9 gleich Zy, /^, wenn z^ gleich der Zähnezahl des Zahnrades 1 und %2 gleich der Zähnezahl des Zahnrades 2 ist. Zur Veranschaulichung der einzelnen Signalformen sind diese in vergrößerten Maßstab beispielsweise auf den Leitungszweigen aufgezeichnet.

309824/0488

Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Anordnung ist folgende:

Die Drehgeber 3» 4- bzw. Impulsformer 5»8 liefern bei fehlerfreiem Getriebe 1, 2 Impulsfolgen, deren Frequenz im Verhältnis der Zähnezahlen z^ zu Zp steht. Nach Durchlaufen der im umgekehrten Verhältnis der Zähnezahlen eingestellten Impulsteiler 6, 9 ergibt sich Frequenzgleichheit der an die Torschaltung 7 geführten Impulsfolgen. Diese frequenzgleichen Impulsfolgen haben jedoch je nach der relativen Ausgangslage der Drehgebersysteme 3» 4- bei fehlerfreiem Getriebe 1, 2 eine konstante Phasenverschiebung zueinander. Schwankt nun die Antriebsdrehzahl, so schwankt zwar die Impulsfolgefrequenz in beiden Zweigen, die relative Phasenverschiebung der beiden Impulsfolgen bleibt jedoch konstant. (Dritt hingegen ein Drehübertragungsfehler, d.h. ein Übersetzungsfehler der Zahnräder _t auf, so macht sich dies als Änderung der gegenseitigen Phasenlagen der beiden Impulsfolgen bemerkbar. Diese Änderung ist ein direktes Maß für den Drehübertragungsfehler, der gemessen werden soll. Hierzu werden die beiden Impulsfolgen dazu benutzt, den elektrischen Impulszähler 12 zu öffnen bzw. zu schließen. Jeder Impuls des Antriebstranges, d.h. der den Impulsteiler 6 verläßt, öffnet die Torschaltung 7 und der nächstfolgende Impuls des Abtriebstranges, d.h. der den Impulsteiler 9 verläßt, schließt die Torschaltung wieder. Solange die Torschaltung geöffnet ist, wird die höherfrequente Sekundärimpulsfolge, die aus dem Impulsteiler 11 kommt, in den Impulszähler 12 eingezählt. Da die Sekundärimpulsfolgenaus den vom Drehgeber 4- erzeugten Primärsignalfolgen in der oben geschilderten Weise erzeugt werden, sind diese der jeweiligen Winkelstellung des Zahnrades 2 streng proportional, d.h. sie stellen ein echtes Winkelmaß dar und stehen darüber hinaus in einem festen Verhältnis zu den Steuerimpulsen für die Torschaltung 7· Hierdurch ist erreicht, daß die Anzahl der in den Zähler 12 eingezählten Sekundärimpulse ein direktes Maß für die zu messende relative Phasenlageänderung

- 5 303824/0488

und des hiermit äquivalenten Übertragungsfehlers sind. Die somit in Winkeleinheiten gemessenen Meßergebnisse sind unabhängig von etwa auftretenden Antriebsschwankungen. Da ferner die Impulsabstände der eingezählten Sekundärimpulsfolge mit Hilfe des Impulserzeugers 10 wesentlich kleiner, z.i3. um den Faktor 80, als die Periodenlängen der sinus-förmigen Primärsignalfolgen gemacht werden können, ist das Auflösungsvermögen der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung besser als das der verwendeten Gebersysteme. So können z.B. digitale Meßschritte von 0,5 " ohne weiteres erreicht werden. Die Auflösung der Anordnung kann jedoch im Bedarfsfalle mittels des einstellbaren Impulsteilers 11 um einen einstellbaren Faktor auf einfachste Weise herabgesetzt werden. Der Impulszähler 12 ist ferner so eingerichtet, daß bei Eintreffen des Schließimpulses der Zähler 12 seinen Meßinhalt an den Speicher 13 weitergibt und genullt wird. Über den Digital-Analogwandler 14· erhält der Schnellschreiber 15 eine dem Speicherwert entsprechende Spannung. Durch geeignete Festlegung der Meßsehrittgröße, entsprechend dem Impulsabstand der Sekundärimpulsfolge, und der Teilung des Schreiberstreifens 15a läßt sich beispielsweise erreichen, daß 1 mm Ausschlag auf dem Streifen einer Bogensekunde Übertragungsfehler entspricht. Dieses Verhältnis ist dann ohne jede weitere Eichung und ohne Einfluß der Übersetzung ein für alle mal festgelegt. Der Zähler 12 springt nach einer vorgegebener Schrittzahl (Anzahl der Sekundärimpulse) automatisch auf Null zurück. Diese Schrittzahl bestimmt die Streifenbreite des SchreiberStreifens 15a· Ist der gemessene Drehfehler größer, so beginnt die Schreibfeder, dank der Zählerumschaltung, das Diagramm am unteren Eand weiterzuschreiben. Aufgrund dieser digitalen Messung können beliebig große Fehler in vorgegebenen Meßschritten erfaßt werden. Ferner läßt sich das Diagramm auf den Streifen 15a des Schreibers 15 durch kurzzeitiges Indern der durch die einzelnen Impulsteiler 6,9 vorgegebene Sollübersetzung verschieben.

Selbstverständlich läßt sich das hier für Übertragungsfehler

309824/0488 _c

an Zahnradgetrieben erläuterte Verfahren auch für Drehfehlerund Vorschubfehlermessungen aller Art bzw. Kombinationen davon verwenden. Hierzu müssen lediglich die in obiger Darstellung eingezeichneten Gebersysteme 3> 4 in bekannter Weise dem Anwendungszweck angepaßt werden, d.h. entweder als Dreh- und/oder Längsgeber ausgebildet sein.

Zum Stand der Technik:

DBP 1 248 964
DBP 1 288 633

309824/0488

Claims

-7- 2153002 Patentansprüche

1. Verfahren zur Erfassung von relativen Lageabweichungen zweier in einem vorgegebenen Sollverhältnis "bewegter Teile, deren Bewegungen über geeignete Gebersysterne elektrische Primärsignalfolgen erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärsignalfolgen zum öffnen bzw. Schließen eines Impulszählers herangezogen werden, wobei dem Impulszähler eine exakt lagegetreue Impulsfolge eingezählt wird, welche durch eine zeitunabhängige Erzeugung einer¹ Vielzahl von Sekundärimpulsen aus den einzelnen Primärsignalperioden gewonnen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der in den Zähler eingezählten Sekundärimpulse einstellbar variabel ist.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mit den bewegten Teilen in Verbindung stehenden Gebersysteme (3,4-), diesen nachgeschaltenen einstellbaren Impulsteilern (6,9)» welche mit dem öffnungs- bzw. Schließteil einer Torschaltung (7) verbunden sind, einen aus einem der Gebersysteme (4) beaufschlagten signalunterteilenden zeitunabhängigen Impulserzeuger (iO) welcher über die Torschaltung (7) einen elektronischen Impulszähler (12) speist, einen mit dem Impulszähler (12) verbundener Speicher (13) und einen über einen Digital-Analog-Wandler (14-) vom Speicher (13) gespeisten Schnellschreiber (15)·

4-, Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß streng sinusförmige Signale erzeugende Geber systeme (3 »4-) verwendet werden.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der

- 8 309824/0488

Impulserzeuger (10) derart eingerichtet ist, daß er unabhängig von Amplitudenschwankungen der eingegebenen Primärsignale ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Impulserzeuger (10) und Impulszähler (12) ein einstellbarer Impulsteiler (11) eingeschaltet ist·

7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulszähler (12) so ausgebildet ist, daß er nach einer vorgegebenen Schrittzahl sich automatisch in den Speicher (13) entleert und auf Hull stellt.

8. Einrichtung nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Impulsteiler (6,9) in seiner Einstellung kurzfristig variierbar ist.

JHo/Hgs

9824/0488