DE2240807B2 - Meßeinrichtung zum Messen des maximalen Durchmessers eines rotierenden Werkstuckes mit nicht kreisförmigem Querschnitt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zum Messen des maximalen Durchmessers eines rotierenden Werkstücks mit nicht kreisförmigem Querschnitt, vorzugsweise elliptischem Querschnitt während der Bearbeitung, mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines dem jeweiligen Durchmesser des rotierenden Werkstücks entsprechenden Ausgangssignals und mit einer Schaltung zum Erzeugen eines Maßsignals, wenn die Spannung des Ausgangssignals einem dem gewünschten maximalen Durchmesser entsprechenden Spannungswert erreicht.

Eine solche Meßeinrichtung ist aus der USA.-Patentschrift 3 109 265 bekannt. Ein rotierendes Werkstück wird hierbei auf eine Endform von kreisförmigem Querschnitt durch einen üblichen Schleifvorgang geschliffen, wobei der Durchmesser des Werkstücks durch eine Meßvorrichtung bestimmt wird, die zwei Meßfühler aufweist, die mit dem Werkstück kontinuierlich an Stellen des Werkstücks in Eingriff gehalten werden, die einander diametral gegenüberliegen.

Wenn jedoch das Werkstück (z. B. ein Kolben für eine Brennkraftmaschine) auf eine nicht kreisförmige Querschnittsform geschliffen wird, wie z. B. auf eine Ellipse mit einem großen und einem kleinen Durchmesser, erzeugt die übliche Meßvorrichtung ein Ausgangssignal, das eine Wellenform mit zwei Perioden pro Umlauf des Werkstücks und eine abnehmende Tendenz besitzt. Um den großen Durchmesser zu messen, besitzt die herkömmliche Meßvorrichtung einen Schalter und ein Betätigungsglied ode- einen Nocken, die in Übereinstimmung mit der Drehung des Werkstücks betätigbar sind, so daß der Schalter betätigt wird, wenn die Meßfühler das Werkstück an den Stellen des großen Durchmessers berühren. Die dem großen Durchmesser entsprechende Scheitelspannung wird von dem Ausgangssignai abgenommen, wenn ein Synchronsignal durch den Schalter erzeugt wird, der mit dem Nocken in Eingriff kommt.

ίο Es ist jedoch schwierig, die Drehphase des Nokkens genau mit der des Werkstücks in Übereinstimmung zu bringen und weiter die Scheitelspannung. ü^;e sofort verschwindet, im richtigen Zeitpunkt abzunehmen.

Ziel der Erfindung ist es daher, eine Meßeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der der gewünschte maximale Durchmesser eines Werkstücks von nicht kreisförmigem Querschnitt genau gemessen werden kann, indem die Einrichtung im richtigen Zeitpunkt eine dem maximalen Durchmesser entsprechende Momentanspannung von einem Ausgangssignal entsprechend dem sich periodisch ändernden Zyklus des Ausgangssignals abnimmt.
Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch eine

»5 Signalerzeugungsschaltung zum Erzeugen eines ersten Signals und eines zweiten Signals jedesmal dann, wenn das Ausgangssignal im Verlauf seines Zyklus anwächst bzw. abnimmt, durch eine Scheitelwerthalteschaltung zum Abnehmen des ersten Sig.-als und Speichern der dem maximalen Durchmesser entsprechenden Scheitelspannung des Ausgangssignals bis zur Zuführung des nächsten ersten Signals, durch eine Momentanwerthalteschaltung zum Abnehmen des zweiten Signals und Speichern der dem maximalen Durchmesser entsprechenden momentanen Scheitelspannung bis zur Zuführung der nächsten momentanen Scheitelspannung des zweiten Signals, sowie durch Zuführung der Momentanspannung zu einer Vergleichs-Schaltung zum Vergleich mit einer vorgewählten, dem gewünschten maximalen Durchmesser entsprechenden Spannung.

Mit der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung ist es möglich, den maximalen Durchmesser eines Werkstücks von nicht kreisförmigem Querschnitt mit hoher Präzision zu messen. Dazu sind keine synchron mit der Drehung des Werkstücks betätigten mechanischen Schalter erforderlich, die den Momentanwert des maximalen Durchmessers von den Meßfühlern abnehmen, sondern die dem Momentanwert des niaximalen Durchmessers entsprechende Scheitelspannung wird auf rein elektronischem Wege abgenommen und zum Vergleich mit dem Sollwert für diesen Durchmesser festgehalten. Es ist erfindungsgemäß daher keine Synchronisierung mehr erforderlich, um den Schalter für das Abnehmen der dem Durchmesser entsprechenden Momentanspannung genau in dem Augenblick zu betätigen, wo die Scheitelspannung erreicht ist. Da bei der herkömmlichen Meßeinrichtung die Genauigkeit der Messung des Durchmessers von der Genauigkeit dieser Synchronisierung abhängt, kann auf diese Weise erfindungsgemäß eine Verbesserung der Meßgenauigkeit erhalten werden. Außerdem wird durch die erfindungsgemäße Meßeinrichtung eine höhere Betriebszuverlässigkeit und längere Betriebsdauer erreicht, da mechanisch betätigte Schalter vermieden werden, die bei der hohen Schaltfrequenz einem erheblichem Verschleiß ausgesetzt sind. Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines

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Ausführungi.beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 schematisch ein Blockdiagramm und die elektrische Schaltung einer Meßeinrichtung aemäß s der Erfindung.

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Wellenformen der Signalspannung an jedem Punkt einer Scheitelwerthalieschaltung und einer Momentanwerthalteschaltung nach Fig. 1.

Fig. 3 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen den verschiedenen Spannungen an den wichtigen Punkten in der Signalerzeugunässchaltuna aemäß Fig. 1 zeigt.

In Fig. 1 bezeichnet 10 ein Werkstück son nicht kreisförmigem Querschnitt, z. B. von elliptischem Querschnitt, welches drehbar zwischen dem Spindelstock und dem Reitstock einer Exzenterschleifmaschine angebracht ist. Das Werkstück 10 wird nicht nur um seine Achse in Übereinstimmung mit der Drehung des Hauptsteuerexzenters gedreht, sondern wird auch um eine andere unter seiner eigenen Achse angeordneten Achse längs der Leitkurve des Hauptsteuerexzenters bewegt, so daß es auf die Schleifscheibe 11 zu und von dieser weg hin- und herbewegt wird. Die Schleifscheibe 11 ist drehbar an einem Schleifscheibenschlitten 13 angebracht, der mit einer Vorschubspindel 12 antriebsmäßig verbunden ist. Eine Vorschubantriebseinheit 14 dreht die Vorschubspindel 12, um den Schleifscheibenschlitten 13 auf das Werkstück 10 zuzuschieben. Eine weitere Beschreibung der exzentergesteuerten Schleifmaschine wird nicht gegeben, da eine solche Schleifmaschine nach dem Stand der Technik bekannt ist, es wird z. B. auf die USA.-Patentschrift 3 621 614 verwiesen.

Eine Meßeinrichtung 15 ist an einem hin- und herbewegbaren Tisch angebracht, so daß sie ebenso wie das Werkstück und zusammen mit diesem Werkstück 10 gegen die Schleifscheibe 11 hin- und herbewegt wird. Der Meßkopf 9 der Meßeinrichtung 15 trägt zwei Meßfühler 16 und 17, welche während des Schleifvorgangs in Berührung mit dem Werkstück 10 gehalten werden. Der untere Meßfühler 17 wird durch eine Kreuzfeder 18 schwenkbar gelagert, die auch dazu dient, den Fühler 17 elastisch nach oben zu drücken. An dem Meßkopf 9 ist ein Differentialtransformator 19 angebrac'.it, in dem ein bewegbarer Kern 20 wirkungsmäßig mit dem unteren Meßfühler 17 verbunden ist.

Ein Oszillator 23 ist mit einer Versorgungsschaltung 22 verbunden, um ein Wechselstromausgangssignal zu erzeugen, das einer Primärwicklung 21 des DifTerentialtransformators 19 zugeführt wird. Eine Ausgangsspannung, die der relativen Verschiebung der Meßfühler 16 und 17 entspricht, erscheint an der Sekundärwicklung 24, wird einem Verstärker 25 und dann einem Synchrongleichrichter 26 zugeführt, in dem die charakteristische Kurve der Ausgangsspannung in bekannter Weise synchron von einer F-Kurve zu einer linearen umgewandelt wird. Die Ausgangsspannung, die durch den Synchrongleichrichter 26 umgewandelt ist. wird einer Scheitelwerthalteschaltung 34 und einer S^:gnalerzeugungsschaltung 36 zugeführt. Auf diese Weise wird die analoge Ausgangsspannung, die dem Durchmesser des Werkstücks 10 entspricht, vom Dhierentialtransformator 19 über den Verstärker 25 und den Synchrongleichrichter 26 dem Eingangsanschluß S_n zugeführt. Wie in Fig. 2 durch die strichpunktierte Linie 31 dargestellt ist. hat die Ausgangsspannung eine Wellenform mit zwei Perioden pro Umlauf des Werkstücks 10. da die Meßfühler 16 und 17 während des Schleifvoraangs mit dem elliptischen Umfang des Werkstücks 10 in Berührung gehalten werden. Die Wellenform der Ausgangsspannung zeigt im allgemeinen mit dem Fortschreiten des Schleifvorgangs einen abnehmenden Verlauf.

Die SignalerzeuguiiL schaltung 36 erzeugt ein erstes Signal G₁ und ein zweites Signal C. Das erste Signal G₁ wird erzeugt, wenn die Meßfühler 16 und if mit dem elliptischen Werkstück 10 an Zwischenstellen in Berührung stehen, wo der gemessene Durchmesser des Werkstücks 10 bei der Drehung des Werkstücks von dem Bereich des kleinen Durchmessers zu dem Bereich des großen Durchmessers verschoben wird. Das zweite Signal G., wird dagegen erzengt, wenn die Meßfühler 16 und I · mit dem Werkstück 10 an Zwischenstellen in Berünrmg stehen, wo der gemessene Durchmesser von dem Bereich des großen Durchmessers zu dem Bereich des kleinen Durchmessers verschoben wird. Die Scheitelwerthalteschaltung 34 hält die Scheitelspannung, die dem großen Durchmesser entspricht, bis ihr das nächste erste Signal G₁ zugeführt wird, wie in Fig. 2 durch die gestrichelte Linie 32 gezeigt ist. und nur die Maximalspannung, die dem großen Durchmesser des elliptischen Werkstücks 10 entspricht, wird durch eine Momentanwerthalteschaltung 35 von der Scheitelspannung abgenommen, wenn das zweite Signal dieser zugeführt wird, und wird in dieser gehalten, bis ihr das folgende zweite Signal zugeführt wird, wie später im einzelnen beschrieben wird.

Die Ausgangsspannung, die von dem Synchrongleichrichter 26 zu dem Eingangsanschlu? S_a geführt wird, wird zu einem Kondensator C_x und über einen Widerstand R₁ zu dem nicht umkehrenden Eingangsanschluß 45 eines Operationsverstärkers A_t geführt. Der Operationsverstärker A_x ist von der Art, bei der zwei Transistoren oder Bipolartransistoren mit Eingangsanschlüssen verbunden sind und differential zu einem den Eingangsanschlüssen zugeführten Eingangssignal betätigbar sind, wie es dem Fachmann bekannt ist. Der Kondensator C_x schneidet den Gleichspannungsanteil (der den abfallenden Verlauf verursacht) in der Eingangsspannung, die durch die strichpunktierte Linie 31 gezeigt ist, ab, um die Eingangswellenform 31 zu der in Fig. 3 (I) gezeigten Wellenform 40 abzuwandeln. Die Signalspannung mit der abgewandelten Wellenform 40 wird dem nicht umkehrenden Eingangsanschluß 47 eines Operationsverstärkers A_x über einen Eingangswiderstand R_tj zugeführt. Der Operationsverstärker A_x verstärkt die Signalspannung 40 mit einer hohen Verstärkung, wodurch ihre Wellenform in eine rechteckige Wellenform 41 umgewandelt wird, da der umkehrende Eingangsanschluß 48 des Operationsverstärkers A_x über einen Eingangswiderstand R. geerdet ist. Die Spannung mit rechteckiger Wellenform 41 wird einer differenzierenden Schaltung 60 über einen Eingangs widerstand R₇ zugeführt. Die herkömmliche differenzierende Schaltung 60 umfaßt einen Kondensator C_:j und einen Widerstand 7?_v der mit dem Kondensator C. verbunden und zwischen diesen und Erde geschaltet ist. Auf diese Weise wird die rechteckige Wellenform 41 in die Wellenform 42 umgewandelt. Die Spannung der differenzierten Wellenform 42 wird

dem umkehrenden Eingangsanschluß 50 eines Ope- den Widerstand R., zugeführt. Eine Diode D₂ ist über

rationsverstärkers A ₀ über einen Eingangswiderstand einen Widerstand R₃ geerdet und weiter mit dem

R₉ und dem umkehrenden Eingangsanschluß 52 eines Kondensator C₁ und der Diode D₁ zwischen diesen

Operationsverstärkers A₁ über einen Eingangswider- verbunden. Der Ausgangsanschluß 62 des Verstär-

stand /?₁₀ zugeführt. Die nicht umkehrenden Ein- 5 kers A_{. ist mit der Diode D₂ und dem Widerstand R₃

gangsanschlüsse 49 und 51 der Operationsverstärker verbunden, um den Kondensator C₁ jedesmal dann

A₆ und A₁ sind geerdet. Eine negative Referenzspan- zu entladen, wenn das negative Impulssignal G₁ von

nu'ng -V_n wird über einen Widerstand R₁₁ dem dem Verstärker A₀ zu der Diode D₂ übertragen wird,

umkehrenden Eingangsanschluß 50 zugeführt. Da- Daher hat die Wellenform der Signalspannung, die

gegen wird eine positive Referenzspannung + V_b io dem nicht umkehrenden Eingangsanschluß 53 zuge-

über einen Widerstand /?,„ dem umkehrenden Ein- führt wird, die durch die gestrichelte Linie 32 der

gangsanschluß52 zugeführt. Der Absolutwert, —V_a\ Fig. 2 gezeigte Form, bei der die Scheitelspannung

der negativen Referenzspannung — V₁₁ wird an- des Ausgangssignals 31 gespeichert wird, bis das fol-

fangs etwas niedriger als der Maximalwert der gende negative Impulssignal oder das erste Signal G₁

differenzierten Wellenform 42 eingestellt, während 15 der Diode D₂ zugeführt wird.

der Absolutwert + V_b\ der Referenzspannung + V_b Ein Feldeffekttransistor FET (Sperrschichttyp) ist anfangs etwas kleiner als der Minimalwert der an seiner Source-Elektrode mit dem Operationsverdifferenzierten Wellenform 42 eingestellt wird. Da- stärker/I₂ und an seiner Gate-Elektrode mit dem her wird ein negatives Impulssignal 43, das bei Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers A₁ verder Spannung - V_Er in der Sättigung ist, wie in ao bunden. Die Drain-Elektrode des Feldeffekttransi-Fig. 3 (IV) gezeigt ist, vom Ausgangsanschluß 62 stors FET ist über einen Kondensator C₂ geerdet. Die des Operationsverstärkers A₆ jedesmal übertragen, Drain-Elektrode ist mit der Source-Elektrode elekwenn die positive Spitze der differenzierten Wellen- trisch leitend verbunden, wenn das positive Impulsform 42 durch die differenzierende Schaltung 60 er- signal oder das zweite Signal G₂ der Gate-Elektrode zeugt wird. Andererseits wird ein positives Impuls- 25 zugeführt -.vird. Ein Operationsverstärker A_y der als signal 44, das bei der Spannung + V_1x in der Sätti- Pufierverstärker betrieben wird, ist an seinem nicht gung ist, wie in Fig. 3 (V) gezeigt ist, von dem Ope- umkehrenden Eingangsanschluß 55 über einen Wirationsverstärker A₁ jedesmal dann abgegeben, wenn derstand K₄ mit dem Kondensator C₂ und der Draindie negative Spitze der differenzierten Wellenform 42 Elektrode verbunden.

durch die differenzierende Schaltung 60 erzeugt wird. 30 Wie oben erwähnt wurde, wird die Momeiuan-Die negativen und positiven Impulssignale 43~und 44 spannung, die von der Scheitelspannung entsprechend werden der Scheitelwerthalteschaltung 34 als erstes dem zweiten Signal G₂ abgenommen wird, von der Signal G₁ bzw. der Momentanwerthalteschaltung 35 Scheitelwerthalteschaltüng 34 über den Transistor als zweites Signal G., zugeführt. FET zu der Momentanwerthalteschaltung 35 geführt, Der Ausgangsanschluß 61 des Operationsverstär- 35 um durch den Kondensator C₂ gespeichert zu werden, kers A, ist ohne einen Widerstand direkt mit dem bis der Kondensator C₂ durch die folgende Momcnumkehrenden Eingangsanschluß 46 verbunden, so tanspannung entsprechend der Zuführung des folgendaß das Eingangssignal, das dem nicht umkehrenden den zweiten Signals G₂ zu der Gate-Elektrode auf-Eingangsanschluß 45 zugeführt wird, zu einer Diode geladen wird. Auf diese Weise erscheint ein stufen-D₁ übertragen werden kann, ohne daß es durch den 40 förmiges Ausgangssignal an dem Ausgangsanschluß Verstärker"/!, verstärkt wird. Wie bekannt ist, haben 63 des Operationsverstärkers A₃, wie es durch die Operationsverstärker eine sehr hohe Eingangsimpe- durchgezogene Linie 33 in Fig. 2 gezeigt ist. Die danz und eine sehr niedrige Ausgangsimpedanz, so stufenförmige Wellenform 33 zeigt nur die Änderundaß sie als Pufferverstärker verwendbar sind, um eine gen der Momentanspannung entsprechend dem gro-Störung zwischen Ausgang und Eingang zu verhin- 45 ßen Durchmesser des elliptischen Werkstücks 10.
dem. Die Diode D₁ ist mit dem Operationsverstärker Die durch die stufenförmige Wellenform 33 ge- A₁ so verbunden, daß sie die Scheitelspannung des zeigte Momentanspannung wird einer ül'ichen Ausgangssignals mit einem Kondensator C₁ zusam- Schmitt-Trigger-Schaltung 28 zugeführt, um mit einer menwirkend speichert, der mit der Diode D₁ verbun- Spannung verglichen zu werden, die entsprechend den und zwischen dieser und Erde geschaltet ist. Ein 50 einem gewünschten großen Durchmesser vorgewähli Operationsverstärker A„, der als Pufferverstärker ist. Wenn die Momentanspannung die vorgewähltE wirkt, ist an die Diode"D₁ und den Kondensator C₁ Spannung in der Schmitt-Trigger-Schaltung 28 erüber einen Widerstand R₂ angeschlossen. Der Kon- reicht, wird ein Maßsignal erzeugt und einer Relaisdensator C₁ wird durch die Signalspannung aufge- schaltung 29 zugeführt, um die Vorschubantriebseinladen, die von dem Operationsverstärker A₁ übertra- 55 heit 14 zu steuern, welches als Befehl für das Zurück gen wird. Die durch den Kondensator C₁ gespeicherte ziehen des Schleifscheibenschlittens 13 dient, so dal Scheitelspannung wird dem nicht umkehrenden Ein- der Schleifvorgang des elliptischen Werkstücks K gangsanschluß 53 des Operationsverstärkers A₂ über beendet Lt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Meßeinrichtung zum Messen des maximalen Durchmessers eines rotierenden Werkstücks mit nicht kreisförmigem Querschnitt, vorzugsweise elliptischem Querschnitt während der Bearbeitung, mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines dem jeweiligen Durchmesser des rotierenden Werkstücks entsprechenden Ausgangssignals und mit einer Schaltung zum Erzeugen eines Maßsignals, wenn die Spannung des Ausgangssiguals einen dem gewünschten maximalen Durchmesser entsprechenden Spannungswert erreicht, gekennzeichnet durch eine Signalerzeugunssschaltung (36) zum Erzeugen eines ersten Signals (G₁) und eines zweiten Signals (G.,) jedesmal dann, wenn das Ausgangssignal im Verlauf seines Zyklus anwächst bzw. abnimmt, durch eine Scheitelwerthalteschaltung (34) zum Abnehmen des ersten Signals (G₁) und Speichern der dem maximalen Durchmesser entsprechenden Scheitelspannung des Ausgangssignals bis zur Zuführung des nächsten ersten Signals (G₁) durch eine Momentanwerthalteschaltung (35) zum Abnehmen des zweiten Signals (G.,) und Speichern der dem maximalen Durchmesser entsprechenden momentanen Scbeitelspannung bis zur Zuführung der nächsten momentanen Scheitelspannung des zweiten Signals (G.,). sowie di.ch Zuführung der Momentanspannung zu einer Vergleichsschaltung (28) zum Vergleich mit ei: er vorgewählten, dem gewünschten maximalen Durchmesser entsprechenden Spannung.