DE2316739B2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen der von einem mechanischen Taster mit umschaltbarer Tastrichtung eines elektronischen Mikroanzeigegeräts mit Nullpunkt in der Mitte und elektrischer Nullpunktseichung ausgeübten Meßkraft

Messungen sehr hoher Genauigkeit werden in vielen Fällen mit einer bestimmten, nicht gleich null betragenden Meßkraft ausgeführt. Elektronische Mikroanzeigegeräte weisen zu diesem Zweck mechanische Taster auf, vermittels welcher eine axiale, eine seitliche oder auch eine in zwei Koordinatenrichtungen erfolgende Verlagerung gegen eine elastische Rückstellkraft gemessen werden kann. Der Taster läßt sich dabei so einstellen, daß beispielsweise die Längenmessung unter einer vorbestimmten Meßkraft ausgeführt werden kann. Selbstverständlich muß dabei diese Kraft stets gleich groß sein, um reproduzierbare Meßergebnisse zu erhalten, sowie im Sinne der Meßrichtung wirken.

Mechanische Tastgeräte mit umschaltbarer Tastrichtung sind bereits bekannt Die Umschaltung der Tastrichtung erfolgt dabei in allen Fällen auf mechanische Weise.

Bei einem bekannten mechanischen Tastgerät (DE-AS 12 10 574) ist ein schwenkbar gelagerter Taster beiderseits seiner Schwenkachse durch jeweils ein federbeaufschlagtcs Druckglied beaufschlagbar, wobei entsprechend der gewünschten Meßrichtung jeweils eines der beiden Druckglieder von dem Taster abgenommen und das andere zur federnden Anlage gegen diesen gebracht wird. Die Größe der Tast- oder Meßkraft ist dabei durch die jeweilige Federbeaufschlagung eines der beiden Druckglieder vorgegeben, nicht einstellbar und in Abhängigkeit von der Meßstrecke veränderlich. Aufgrund Toleranzen und unvermeidbarer Reibungswiderstände ist es sehr schwierig, wem nicht

ίο sogar unmöglich, für beide Druckglieder und damit für beide Tastrichtungen, auch bei gleicher Meßstrecke, genau gleich große und im Laufe der Zeit auch gleichbleibende Meßkräfte vorzugeben.

Bei einem anderen bekannten mechanischen Tastgeis rät (nach der US-PS 29 00 733) wird die Umkehr der Tastrichtung dadurch erreicht, daß eine der normalen Rückstellfeder des Tasters entgegengesetzt wirkende Feder größerer Federkonstante (wobei von angenähert der doppelten Federkonstante die Rede ist) mechanisch verstellbar zur Einwirkung auf den Taster gebracht und dadurch dessen resultierende Ausgangsbeaufschlagung nach ihrer Richtung umgekehrt wird. Eine dadurch bedingte zwangsläufige Änderung der Höhe der Meßkraft muß dabei allerdings in Kauf genommen

werden. Tastrichtungsumkehr und gleichzeitige Änderung der Meßkraft ist nicht möglich.

Andererseits sind auch bereits Tastgeräte bekannt, bei denen lediglich die Meßkraft verändert werden kann.

Bei einer bekannten Ausführung dieser Art (DE-GM 19 20551) wirken auf einen schwenkbar gelagerten Taster zwei Federn ein, von denen die eine zur Kompensation der Meßkraft einer mechanischen Tastuhr (Mikrometer), und die andere zur Veränderung

J5 der Meßkraft selbst dient Die Federn lassen sich dabei in bezug auf den Taster im Sinne einer Steigerung oder einer Verringerung der Meßkraft verstellen. Eine Tastrichtungsumkehr ist dabei nicht möglich.

Bei einer anderen bekannten Feinmeßeinrichtung

(»Feingerätetechnik«, 14. Jahrg., Heft 3, 1965, Seiten 105—107) wird ebenfalls vermittels einer Feder die von dem Feinzeiger einer Meßuhr ausgeübte Kraft kompensiert und vermittels einer zweiten Feder eine Änderung der Meßkraft selbst bewirkt Eine Umkehr der Meßkraft und damit der Tastrichtung läßt sich dabei ebenfalls nicht erreichen.

Der in der CH-PS 5 21 601 beschriebene mechanische Taster gestattet in Verbindung mit einem elektronischen Meßgeber €\az genau reproduzierbare Einstel-

Vi lung einer Meßkraft. Zur Umkehr der Meßrichtung und damit Umkehrung der Meßkraft sind optische oder mechanische Mittel vorgesehen. Die mechanischen oder optischen Vorrichtungen sind jedoch in jedem Falle sehr kompliziert und machen im allgemeinen den Meßvorgang recht umständlich.

Durch die Erfindung sollen daher ein zur automatisierten Messung geeignetes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung geschaffen werden, vermittels welcher sowohl die Tastrichtung als auch die Höhe der Meßkraft auf nichtmechanische Weise und damit unter Ausschaltung der zwangsläufig mit mechanischen

Umschalt- und Einstellvorrichtungen verbundenen Nachteile veränderlich einstellbar sind. Das zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlage-

ne Verfahren vom eingangs genannten Typ ist erfindungsgeir.äß dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkraft auf elektrischem Wege durch Aufschaltung eines dem Sollwert der Meßkraft proportionalen

elektrischen Werts auf die Meßgröße verändert und die Nullanzeige des Mikroanzeigegeräts um einen der Größe und Richtung der Meßkraft entsprechenden Wert kompensiert wird.

Die weiterhin zur Ausführung des Verfahrens vorgeschlagene Vorrichtung besteht aus einem mechanischen Taster mit umschaltbarer Tastrichtung, einem elektronischen Meßwertgeber in Form eines Wandlers mit Verstärker und Nullmitteneinstellung und einer Anzeigeeinrichtung und ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine zwischen Meßwertgeber und Anzeigeeinrichtung zwischengeschaltete, zur Addition bzw. Subtraktion einer dem Sollwert der Meßkraft entsprechenden Größe dienende und entsprechend dem Meßwertvorzeichen ansteuerbare Additions-Subtraktions-Schaltung, eine zur Ermittlung des Vorzeichens der durch den Meßwertgeber gemessenen Meßkraft dienende Vorrichtung und eine zur Eingabe eines Meßkraft-Sollwerts in die Additions-Subtraktions-Schaltung dienende Eingabevorrichtung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser Vorrichtung kann zwischen dem Meßwertgeber und der Additions-Subtraküons-Schaltung eine Digitalvoltmeterschaltung zwischengeschaltet sein, wobei in diesem Falle die Anzeigeeinrichtung entsprechend digital ausgeführt ist

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung sind im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten drei Ausführungsbeispiele näher erläutert

F i g. 1 ist ein Blockschema einer ersten Ausführungsform.

Fig.2 ist ein Biockschema einer zweiten Ausführungsform.

Fig.3 ist ein schematischer Schaltplan der zweiten Ausführungsform.

F i g. 4 ist ein Blockschema einer dritten Ausführungsform.

F i g. 5 ist ein Schaltschema der dritten Ausführungsform.

Das erfindungsgemäße Verfahren löst das Problem der Einstellung der Meßkraft und deren Umkehrung vermittels elektronischer Kompensation der Nullpunktverlagerung im positiven oder negativen Sinne. Die Kompensation kann entweder digital oder analog ausgeführt werden, wobei der Kc-npensationsbetrag der Meßgröße entspricht, welche ihrerseits der Meßkraft entspricht Die Kompensationsrichtung wird durch das Meßwertvorzeichen vorgegeben. Das Verfahren bietet den Vorteil einer einfachen und genauen Einstellung der Meßkraft, ist nicht mit den Nachteilen mechanischer Vorrichtungen (wie z. B. Hystere- oder Ermüdungserscheinungen elastischer Elemente) behaftet und außerdem vielseitiger einsetzbar als Meßverfahren mit optischen Vorrichtungen. Die Umschaltung der Tastrichtung, d. h. der Richtung der Meßkraft, erfolgt auf sehr einfache Weise vermittels eines elektrischen Signals, durch welches die mechanische Nullstellung des Tasters nicht beeinflußt wird. Das Verfahren ist daher in hervorragender Weise zur Durchführung automatischer Messungen geeignet

Zur Beschreibung der weiterhin zur Ausführung des Verfahrens vorgeschlagenen Vorrichtung sei angenommen, daß der mechanische Taster und der elektronische Meßwertgeber in an sich bekannter Weise ausgeführt sind. Ein geeigneter Meßwertgeber mit einem mechanischen Taster oder Mikroanzeigegerät könnenbeispielsweise entsprechend der CH-PS 5 16 789 ausgebildet sein oder auch aus einem linear arbeitenden elektronischen Meßinstrument mit Wandler und Anzeigegerät bestehen.

Bei der in F i g, 1 dargestellten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mit dem Bezugszeichen B ein Wandler mit Verstärker und Nullmitteneinstellung bezeichnet, der beispielsweise Diskriminator-, Verstärker- und Nullabgleichschaltung aufweist, wobei das von diesem Gerät erzeugte

ίο Meßsignal einem Digitalvoltmeter A ohne Sichtanzeigeteil zugeführt wird, dessen eine Eingangsklemnie an Masse liegt Das Digitalvoltmesser A, welches einen Analogdigitalwandler darstellt ist vierstellig vom Typ BCD mit einem digitalen Anzeigeausgang ausgebildet wobei die Sichtanzeige (wie z. B. Nixie-Röhren) fehlt Zu diesem Zweck sind viele Ausführungen handelsüblicher Digitalvoltmeter geeignet Das Digitalvoltmeter A mißt die vom Wandler B abgegebene An-alogspannung, welche die Verlagerung des Tasters darstellt

Das AuLgangssignal des Digitalvoltmeters A wird über eine vierstellige Additions-Subc. aktions-Schaltung C einem numerischen Sichtanzeigeger U D, welches beispielsweise aus vier integrierten Schaltungen vom Typ SN7414IN, vier Ziffer-Sichtanzeigeröhren und einer Vorzeichen-Sichtanzeigeröhre (für das Vorzeichen + ader —) besteht, zugeführt

Der Meßwert wird somit vor seiner Anzeige durch Addition oder Subtraktion einer Größe korrigiert Die zu addierende oder subtrahierende Größe muß dem

jo Sollwert der Meßkraft entsprechen und wird in die Additions-Subtraktions-Schaltung C durch vier Digitalschalter (Multi-Switch) Eeingegeben.

Die Additions-Subtraktions-Schaltung E wird zur Ausführung einer Addition oder einer Subtraktion angesteuert durch ein Signal a, welches durch das Digitalvoltmeter A eingespeist wird und dem Meßwertvorzeichen entspricht

Somit wird die Richtung der Meßkraft durch Veränderung des Meßwertvorzeichens automatisch umgekehrt wobei sich die Höhe der Meßkraft leicht einstellen läßt und beispielsweise einer Verlagerung von —200 bis +200 μιη entsprechen kann.

Das Meßergebnis ist daher vor Sichtanzeige automatisch korrigiert, indem der einer Nullpunktverlagerung

to entsprechende und der Meßkraft proportionale Wert numerisch addiert bzw. subtrahiert wird. Die Nullpunktverlagerung wird somit automatisch durch eine elektrische Nullpunktsverschiebung kompensiert
Die zweite Ausführungsform der zum Einstellen der

V) Meßkraft oder des Meßdrucks dienenden Vorrichtung weist ein AnalogvoJtmeter oder ein Digitalvoltmeter A von gleicher Ausführung wie in dem ersten Ausführungsbeispiel auf, das jedoch mit einer Sichtanzeige versel e.:i ist Dem Voltmeter A wird in gleicher Weise

·,-, das Meßsignal m zugeführt, welches durch den Wandler B erzeugt wird, der dem Wandler d\jr ersten Ausführungsform entsprechen kann.

Zur Einstellung der Meßkraft wird an die normalerweise an 0 Volt liegende Eingangsklemme des Voltme-

bo ters A eine positive oder eine negative Spannung angelegt, deren Amplitude der gewünschten Meßkraft entspricht

Diese Spannung LJC* wird von einer regelbaren Gleichspannungsquelle El geliefert, welche beispielsweise aus einem Spannungsteiler mit einer Zenerdiode 1 und einem Verstärker 2 mit veränderlich einstellbarem Verstärkungsgrad besteht (F i g. 3). Die Spannung UC-wird durch einen Verstärker F mit dem Verstärkungs-

grad — I erzeugt, dem die von der Spannungsquelle 1,2 erzeugte Spannung UC* zugeführt wird.

Wenn die MeOspannung m positiv ist, muß die Klemme OK» des Voltmeters A auf die Spannung UC-gebracht werden, während für eine negative Meßspannung die Klemme OV/„ auf das Potential UC⁺ gebracht werden muß. Das Anlegen der jeweils benötigten Spannung erfolgt vermittels eines Relais RL, das durch einen bistabilen Schmitt-Trigger 3 gesteuert wird, dessen Schaltzustand sich beim Nulldurchgang der Meßspannung m verändert. Ein Umschalter Zgestattet, den Eingang OV,„ des Voltmeters A entweder mit der regelbaren Gleichspannungsquelle E2 oder zur Einstellung des mittigen Nullpunkts und damit ohne Veränderung der Meßkraft mit dem Wandler Ä zu verbinden.

Die in den Fig.4 und 5 dargestellte dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht weitgehend der zweiten Ausführungsform, wobei jedoch zwei getrennte, regelbare Spannungsquellen C1 und G 2 zur Erzeugung der Spannungen UC- und UC* vorgesehen sind. In entsprechender Weise sind zwei Schmitt-Trigger 4 und 5 vorgesehen, welche jeweils das Relais RLX bzw. das Relais RL2 in der Weise ansteuern, daß bei positiver Meßspannung m die Spannung UC~ an den Eingang OV/„des Voltmeters A, und bei negativer Meßspannung m die Spannung UC* an die Eingangsklemmc des Voltmeters angelegt wird.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche;

1. Verfahren zum Einstellen der von einem mechanischen Taster mit umschaltbarer Tastrichtung eines elektronischen Mikroanzeigegeräts mit Nullpunkt in der Mitte und elektrischer Nullpunktseichung ausgeübten Meßkraft, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkraft auf elektrischem Wege durch Aufschaltung eines dem Sollwert der Meßkraft proportionalen elektrischen Werts auf die Meßgröße verändert und die Nullanzeige des Mikroanzeigegeräts um einen der Größe und Richtung der Meßkraft entsprechenden Wert kompensiert wird.

2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem mechanischen Taster mit umschaltbarer Tastrichtung, einem elektronischen Meßwertgeber in Form eines Wandlers mit Verstärker und Nullmitteneinstellung und einer Anzeigeeinrichtung, gekennzeichnet durch eine zwischen Meßwertgeber (B) und Anzeigeeinrichtung (D) zwischengeschaltete, zur Addition bzw. Subtraktion einer dem Sollwert der Meßkraft entsprechenden Größe dienende und entsprechend dem Meßwertvorzeichen ansteuerbare Additiorts-Subtraktions-Schaltung (C), eine zur Ermittlung des Vorzeichens der durch den Meßwertgeber gemessenen Meßkraft dienende Vorrichtung (A) und eine zur Eingabe eines Meßkraft-Sollwerts in die Additions-Subtraktions-Schaltung (C) dienende Eingabevorrichtung (E)

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Meßwertgeber (B) und der Additions-Subtraktio.is-SchaltuJig (C) eine Digitalvoltmeterschaltung (A) zwisr. .engeschaltet und die Anzeigeeinrichtung (D) entsprechend digital ausgeführt ist