DE2551943B2 - Anordnung zur Messung der Resonanzfrequenz für eine Vorrichtung zum automatischen Frequenzabgleich mechanischer Resonatoren - Google Patents
Anordnung zur Messung der Resonanzfrequenz für eine Vorrichtung zum automatischen Frequenzabgleich mechanischer ResonatorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung
der Resonanzfrequenz für eine Vorrichtung zum automatischen Abgleich der Ist-Frequenz mechanischer
Resonatoren auf eine vorgegebene Soll- Frequenz durch Abtragung von Resonatormaterial mittels geregelter
Bestrahlung durch einen Laser in Abhängigkeit von einer aus einem Soil-Ist-Frequenzvcrgleich sich ergebenden
Differenzfrequenz, welche einen auf einer Grundplatte angeordneten Rundschalttisch enthält, der
mit konzentrisch zu seiner Drehachse in gleichen Abständen angeordneten Halterungen versehen ist, bei
der auf der Grundplatte eine Beschickungsvorrichtung und verschiedene, bei Stillstand des Rundschalttisches
den Hallerungen jeweils gegenüwei liegende Bearbeitungsstationen
vorgesehen sind, bei der die Beschikkungsvorrichtung eine Vibratoreinrichtung und eine mit
dem Ausgang der Vibratoreinrichtung verbundene Führungsschiene enthält und die Führungsschiene eine
Entmagnetisierungsstation, wenigstens eine Lichtschranke, eine Vereinzelungsstation und eine Magnetisierungsstation
aufweist, und wenigstens zwischen ihrem der Vibratoreinrichtung entgegengesetzten, mit
einem Endanschlag versehenen Ende und der Vereinzelungsstation
stark geneigt oder senkrecht verläuft, bei der ferner ein am Endanschlag angestoßener Resonator
mit seinen stiftförmigen Haltcorgancn zwischen die geöffneten Klemmbacken einer gegenüberliegenden
Halterung zu liegen kommt, und bei der die Bearbeitungsstationen als Laserabgleichvorrichtung und als
eine für innerhalb des vorgegebenen Toleranz-Frequenzbereichs abgeglichene Resonatoren vorgesehene
erste und wenigstens eine für außerhalb des Toleranz-Frequenzbereichs abgeglichene Resonatoren vorgeschene
weitere Auswurfstellc ausgebildet sind, nach Anspruch 2 von Patent 24 60 230,
Im Hauptpatent ist ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum automatischen Frequcn/.abglcich mechanischer Resonatoren angegeben, bei dem die Zuführung
der abzugleichenden Resonatoren zu einem schrittweise bewegten Rundschalttisch durch eine aus einer Vibralorcinrichtung
und einer Führungsschiene bestehende Beschickungseinrichtung erfolgt. Der Rundschalttisch
weist zur Halterung der Resonatoren eine mit der Zahl der Schaltstellungen übereinstimmende Anzahl von
konzentrisch zu seiner Drehachse und in gleichen Abständen angeordneten Halterungen auf. Die aus der
Vibratoreinrichtung austretenden Resonatoren werden über eine Führungsschiene den Halterungen des
Rundschalttisches so zugeführt, daß jeweils ein Resonator mit seinen stiftförmigen Halteorganen durch eine
Halterung festgeklemmt wird. Durch den Rundschalttisch wird der in der Halterung befindliche Resonator
dann einer mit einer Meßstelle kombinierten Laserabgleicheinrichtung zugeführt. Dort wird wechselweise die
Resonanzfrequenz des Resonators gemessen und dieser durch den Laser an der Stirnfläche so lange abgeglichen,
bis die Sollfrequenz mit der geforderten Genauigkeit erreicht ist.
Beim Verfahren nach dem Hauptpatent wird die Resonanzfrequenz des Resonators durch ein Mikrofon
gemessen, das die vom Resonator erzeugten Schallschwingungen in elektrische Schwingungen umwandelt.
Der Resonator wird hierzu über eine Antriebsvorrichtung, beispielsweise eine Anregespule, zu Schwingungen
angeregt. Die vom Mikrofon gemessene Resonanzfrequenz des Resonators wird einem Rückkop^lungsverstärker
zugeführt, der zusammen mit der Antriebsvorrichtung und dem Mikrofon den Meßkreis bildet. In
diesem Meßkreis wird demzufolge die jeweilige Resonanzfrequenz, d. h. die Ist-Frequenz, gemessen.
Diese Ist-Frequenz wird einem elektronischen Steuergerät zugeführt und von diesem mit einem vorgegebenen
Toleranz-Frequenzbereich verglichen und der Resonator — falls er nicht schwingungsfähig ist — über
eine Rutsche in einen Behälter der ersten Auswurfstelle abgelegt oder entsprechend der gemessenen Frequenz
nach weiteren Schritten des Rundschalttisches in einer für zu hoch abgestimmte Resonatoren vorgesehenen
Auswurfstelle oder in einer weiteren für richtig abgeglichene Resonatoren vorgesehene Auswurfstelle
ausgeworfen.
Da nach dem Hauptpatent die Anregung der Resonatoren elektrisch über eine Anregespule mit Hilfe
des Magnetostriktionseffektes erfolgt, ist eine vorherige Magnetisierung der Resonatoren in einer Magnetisierungsstation
erforderlich. Das Verfahren nach dem Hauptpat.ent, bei dem die Resonatoren mit einer
Genauigkeit von ±2 Hz auf die Sollfrequenz abstimmbar sind, hat sich gut bewährt und zeichnet sich durch
geringe Störanfälligkeit und hohe Zuverlässigkeit aus. Für spezielle Filter mit besonders hohen Anforderungen
an die Genauigkeit der Einhaltung der Soll-Frequenz ist jedoch die Meßmethode nach dem Hauptpalent unter
Umständen nicht mehr geeignet, da durch die hier notwendige Vormagnetisierung der Resonatoren deren
innere Dämpfung erhöht und damit die Schwinggüte verringert und außerdem deren Eigenresonanzfrequenz
gegenüber der im unmagnetisiertcn Zustand auftretenden Eigenresonanzfrequenz verschoben wird. Diese
Frequenzverwerfung ist durch die Abhängigkeit des Elastizitätsmoduls E des Resonalorma'.erials von der
Größe der Vormagnetisierung bedingt und crreichl bei ungünstigem Rcsonalormalerial und kräftiger Vormagnetisierung
Werte für die relative Frequenzänderung Af/fb\s7.u2 · 10".
Der Erfindung licgl die Aufgabe zugrunde, die
Messung der Resonanzfrequenz innerhalb einer Vorrichtung zum automatischen Frcquenzabgleich mechanischer
Resonatoren nach dem Hauptpatent in der Weise weiterzubilden, daß die Eigenrcsonan/.frequen/.
der mechanischen Resonatoren unabhängig von den oben angegebenen .Störeinflüssen und mit entsprechend
größerer Genauigkeit gemessen werden kann.
Ausgehend von der im Hauptpatenl angegebenen
ι Vorrichtung wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung
dadurch gelöst, daß die Laserabgleichstation zur Schwingungsanregung der zu messenden Resonatoren
durch einen mechanischen Impuls ein als Feder-Masse-System ausgebildetes mechanisches Schlagwerk uuf-
ID weist, welches einen Drelnmagneten und eine mit der
Drehachse des Drehmagneten verbundene, an ihrem äußeren Ende mit einer Schlagmasse versehene
Spiralfeder enthält, daß zur Messung der Frequenz der abklingenden Schwingungen ein in Resonatornähe
i) angeordnetes und ausgabeseitig mit dem Eingangeines
Verstärkers verbundenes Mikrofon vorgesehen ist. daß der Verstärker ausgangsseitig mit dem Eingang eines
einen Frequenzvergleicher enthaltenden Steuergerätes verbunden ist, daß das Steuergerät einen mit der
Drehtellersteuerung verbundenen Anschluß aufweist, und daß das Steuergerät ferner mi'. Jen Auswurfstellen
verbundene Steuerausgänge, einen ml. der Antriebssteuerung des Drehmagneten verbundenen weiteren
Steuerausgang und einen Lasersteuerungs-Ai'sgang,
r> durch den der Lasereinheit ein der jeweiligen Differ.nzfrequenz in eindeutiger Weise zugeordnetes
Steuersignal zugeführt ist, aufweist.
Die Schwingungsanregung mechanischer Resonatoren durch einen mechanischen Impuls ist beispielsweise
in aus dem Bereich der Musikinstrumente, insbesondere
durch das Anschlagen von Stimmgabeln, für sich bekannt. Für technische Anwendungen, beispielsweise
Meßzwecke bzw. bei der Verwendung als Frequenznormal bei Sendern finden jedoch im allgemeinen
Γ) Rückkopplungsschaltungen zur Erzeugung ungedämpfter
Schwingungen Verwendung. Bei derartigen, beispielsweise auch auf dem Gebiet der Zeitmessung
bekannten Rückkopplungsschaltungen werden, wie auch beim Verfahren nach dem Hauptpattnt, die
ι» Resonatoren durch einen Rückkopplungskreis zu
erzwungenen mechanischen Schwingungen konstanter Amplitude angeregt.
Bei bekannten derartigen Meßverfahren steht also während der gesamten Meßzeit die zu messende
'"> Schwingung stets mit konstanter Amplitude zur
Verfügung. Dies ist jedoch insbesondere beim Verfahren nach dem Hauptpatent mit den Nachteilen der
erforderlichen Vormagnetisierung, der dadurch hervorgerufenen Frequenzverwerfung und der notwendigen
">'· abschließenden Entmagnetisierung verbunden.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist also dadurch gegeben, daß die beim Verfahren nach d^m
Hauptpatent vor dem eigentlichen Abgleichvorgang rotv, erdige Magnetisierung und damit die hierzu
>) erforderliche Magnetisierungsstation entfallen kann.
Außerdem wird durch die Erfindung vermieden, daß wie beim Verfahren nach dem Hauptpatent die Magnetisierung
durch die Laserimpulse während des Abgleiches und dadurch auch die Sicherheit der Messung abnimmt.
in Da der Resonator mechanisch zu Schwingungen
angeregt wird, entfällt außerdem die Notwendigkeit einer Auswurfstation für nichtschwingendc Resonatoren.
Von besonderem Vorteil ist die hervorragende
■ > Meßgenauigkeit und die damit verbundene hohe
Abgleichgenauigkeit, sowie die ausgezeichnete konstruktive Anpassung an die Vorrichtung nach dem
I lauptpatcnt.
Kin weiterer Vorteil der Krfindiing ist dadurch
gegeben, daß die Phasenlage des zum Verstärker gelangenden Signals nicht durch genaue Justierung des
Abstandes /wischen Resonator und Mikrofon eingestellt weiden muß, um die in der Meßanordnung nach ">
dem llauptpatent erforderliche Selbsterregung zu erhalten.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Untcransprüchen angegeben.
Im folgenden wird die Erfindung anhand des in der
<» Zeichnung dargestellten Ausführungsbcispicles noch
näher erläutert. In der Zeichnung bedeutet
Cig. I eine schematische Darstellung einer crfindungsgemäUen
Anordnung zur Messung der Resonanzfrequenz; '■
K ig. 2 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Anordnung zur Messung der Resonanzfrequenz;
(■"ig. J eine schematische Darstellung eines mechanischen
Schlagwerkes, das aus einer Magnetspule mit einem beweglichen Spulenkern besteht; .'»
K ig. 4 eine Darstellung einer Anordnung zur Messung der Resonanzfrequenz von noch nicht mit
Haltcbeinen versehenen mechanischen Resonatoren.
Die in F i g. 1 sehemaiisrh dargestellte Meßanordnung
enthält einen mit stiftförmigcn Halteorganen '■
versehenen abzugleichenden Resonator I, ein mechanisches Schlagwerk 2, das aus einem Drehniagnelen 3 und
aus einer mit der Drehachse 4 des Drehmagneten verbundenen und mit einer Schlagmasse 5 versehenen
Feder 6 besteht, ein mit dem Eingang eines Verstärkers ι > 7 verbundenes Mikrofon 8, ein eingangsseitig mit dem
Ausgang des Verstärkers verbundenes Steuergerät 9 und eine mit einem Lasersteuerungsausgang 10 des
Steuergerätes verbundene Lasereinheit H. Das Steuergerät 9 enthält einen weiteren Steuerausgang 12. der mit ;
der Antriebssteuerung des Drehmagneten J verbunden ist sowie mit den Auswurfstellen verbundene weitere
Steuerausgänge 13. Ferner ist ein weiterer Anschluß 14 des Steuergerätes 9 mit der Drchtellersteuerung des
Rundschalttisches verbunden. i-i
Das Steuergerät 9 enthält einen auf die Soll-Frequenz abgjrtimmten Frequcnzvergleicher. dem die gemessene
Ist-Frequenz des abzugleichenden Resonators zugeführt wird und der die Differenz, zwischen der
Ist-Frequenz und der Soll-Frequenz in eine entsprechende
elektrische Größe umwandelt, die über den Lasersteuerungsausgang 10 der Lasereinheit 11 zugeführt
wird.
Bei der in F i g. 1 dargestellten Anordnung wird der durch das mechanische Schlagwerk 2 erzeugte mechanische
Impuls auf die Resonatormitte in Richtung der Schwingungsebene der anzuregenden Biegeschwingung
geführt. Es ist jedoch auch möglich, den mechanischen Impuls auf eines der Resonatorenden zu übertragen. Die
Position des in der Figur der Resonatormitte gegenüberliegend angeordneten Mikrofons 8 kann auch den
Resonatorenden gegenüberliegend gewählt werden. Die an der Drehachse 4 des Drehmagneten 3 befestigte
und an ihrem Ende mit einer Schlagmasse 5 versehene Blattfeder 6 kann auch in vorteilhafter Weise durch eine
Spiralfeder 6' ersetzt werden, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Wesentlich für die richtige Funktion des
Schlagwerkes 2 ist es. daß die Drehachse 4 des Drehmagneten in einer vorher festgelegten Winkellage,
bei die Schlagmasse 5 den Resonator 1 noch nicht '■ erreicht hat, durch einen Anschlag abgebremst wird, so
daß die Schlagmasse infolge ihrer Trägheit über diese Winkellage hinausschwingt und dabei den mechanischen
Impuls auf den Resonator überträgt. Durch diesen mechanischen Impuls wird der zu messende Resonator
zu Schwingungen angeregt, deren Frequenz während des Abklingens dieser Schwingungen bestimmt wird. Da
mechanische Resonatoren im allgemeinen eine hohe .Schwinggüte aufweisen, steht für die Messung der
Frequenz der abklingenden Schwingungen eine ausreichende Zeit von ca. 0,5 Sekunden zur Verfügung. Bei
Resonatoren mit einer Resonanzfrequenz von ca. 5OkHz beträgt die erforderliche Meßzeit für eine
einfache Frequenzmessung ca. 20 bis 40 Millisekunden, so daß es möglich ist, während der abklingenden
Schwingung wenigstens zwei vergleichende Frequenzmessungen durchzuführen.
Die mit dieser Anordnung erreichbare Genauigkeit der Frequenzmessung und damit auch des Frequcnzabglcichs
der mechanischen Resonatoren liegt bei der oben angegebenen Resonanzfrequenz innerhalb eines
Bereiches < ± Hz. Die Genauigkeit des (rcciucnzabgleiches
ist also gegenüber dem Hauptpatent verdoppelt.
Da bei der Messung der Resonanzfrequenz des Resonators die Frequenz einer abklingenden Schwingung
gemessen wird, ist es vorteilhaft, den Verstärker 7 als Regelvcrstärkcr auszuführen.
In der Darstellung nach F i g. 2 ist der Resonator 1 mit
seinen stiftförmigcn Halteorganen durch eine auf einem Rundschalttisch 15 montierte Halterung 16 geklemmt.
Durch den gestrichelten Pfeil 15' ist die Drehrichtung des Rundschalttisches 15 angedeutet. Das auf einer
unbeweglichen Grundplatte befestigte mechanische Schlagwerk enthält als Feder eine mit der Drehachse 4
des auf der Grundplatte montierten Drehmagneten 3 fest verbundene Spiralfeder 6', an deren äußeren Ende
eine Schlagmasse 5 befestigt ist. Da der mechanische Resonator 1 mit der Drehung des Rundschalttisch^ 15
eine Kreisbahn beschreibt, ist es erforderlich, das
Mikrofon 8 und das in seiner Ruhestellung befindliche Schlagwerk so auf der Grundplatte zu befestigen, daß
keine Kollisionsgefahr gegeben ist.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
mechanischen Schlagwerkes schematisch dargestellt. Es ist hier eine fest mit der Grundplatte verbundene
Magnetspule 17 vorgesehen, deren zylindrischer Spulenkern 18 längs einer Führung innerhalb der Magnetspule
in Achsrichtung beweglich ist. Dieser Spulenkern
18 ist an einem Ende mit einer Schlagmasse 5 versehen und an seinem anderen Ende durch eine Schraubenfeder
19 in seiner Ruhelage innerhalb des Spulenkörpers gehalten.
In Fig.4 ist eine, insbesondere als Einzelmebplatz
geeignete Meßanordnung für mechanische Resonatoren ohne Halteorgane dargestellt., bei der die
Resonatoren im Bereich ihrer Schwingungsknoten lose auf gespannten Fäden 20 einer Auflage 21 gelagert sind.
Die zur Auflage des Resonators dienenden Fäden 20 sind über eine wannenförmige Vertiefung 22 der
Auflage 21 gespannt. Die Auflage 21 ist ferner mit zwei Schneiden 23 versehen, die ebenfalls im Bereich des
Schwingungsknotens im rechten Winkel zu den Fäden
20 verlaufen. Durch diese Schneiden 23 ist gewährleistet, daß die Schwingungen des durch das mechanische
Schlagwerk 2 angeregten Resonators nach dem mechanischen Impuls nicht unzulässig gedämpft werden.
Das Mikrofon 8 ist zwischen den beiden Schneiden 23 auf der dem mechanischen Schlagwerk 2 gegenüberliegenden
Seite des Resonators angebracht. Die hier angegebene Anordnung kann beispielsweise durch
Verwendung der Halterung 16 (l-'ig. 2) auch /u einem
(iinzclmcßplat/ für Resonatoren mit bereits angebrachten
Malteorgancn abgewandelt werden.
Die crfindun£3gemäGe Anordnung /ur Messung der
Resonanzfrequenz mechanischer Resonatoren ist in gleichem Maße geeignet für eine analoge Anwendung
innerhalb einer Vorrichtung zum automatischen Frcque <
obgleich mechanischer Resonatoren durch Materialabtragung mitteis Sandstrahlen, das Gegenstand
einer älteren Anmeldung (P 24 60 258.2-35) ist. Auch für ein Verfahren zum Sortieren mechanischer Resonatoren
nach einer weiteren älteren Patentanmeldung sowie für einen Einzelmeßplatz ist das erfindungsgemäße
Verfahren zur Messung der Resonanzfrequenz hervorragend geeignet.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Anordnung zur Messung der Resonanzfrequenz für eine Vorrichtung zum automatischen Abgleich
der Ist-Frequenz mechanischer Resonatoren auf eine vorgegebene Soll-Frequenz durch Abtragung
von Resonatormaterial mittels geregelter Bestrahlung durch einen Laser in Abhängigkeit von einer
aus einem Soll-Ist-Frequenzvergleich sich ergebenden
Differenzfrequenz, welche einen auf einer Grundplatte angeordneten Rundschalttisch enthält,
der mit konzentrisch zu seiner Drehachse in gleichen Abständen angeordneten Halterungen versehen ist,
bei der auf der Grundplatte eine Beschickungsvorrichtung und verschiedene, bei Stillstand des
Rundschalttisches den Halterungen jeweils gegenüberliegende Bearbeitungsstationen vorgesehen
sind, bei der die Beschickungsvorrichtung eine Vibratoreinrichtung und eine mit dem Ausgang der
Vibratoreinrichtung verbundene Führungsschiene enthält und die Führungsschiene eine Entmagnetisierungsstation,
wenigstens eine Lichtschranke, eine Vereinzelungsstation und eine Magnetisierungsstation
aufweist, und wenigstens zwischen ihrem der Vibratoreinrichtung entgegengesetzten, mit einem
Endanschlag versehenen Ende und der Vereinzelungsstation stark geneigt ader senkrecht verläuft,
bei der ferner ein am Endanschlag angestoßener Resonator mit seinen stiftförmigen Halteorganen
zwischen die geöffneten Klemmbacken einer gegenüberliegenden Halterung zu liegen kommt, und bei
der die Bea:beitungsstationen als Laserabgleichvorrichtung und als eine für inne-halb des vorgegebenen
Toleranz-Frequenzbereichs abgeglichene Resonatoren vorgesehene erste und wenigstens eine für
außerhalb des Toleranz-Frequenzbereichs abgeglichene Resonatoren vorgesehene weitere Auswurfstelle
ausgebildet sind, nach Anspruch 2 von Patent 24 60 230, dadurch gekennzeichnet, daß
die Laserabgleichstation zur Schwingungsanregung der zu messenden Resonatoren durch einen
mechanischen Impuls ein als Feder-Masse-System ausgebildetes mechanisches Schlagwerk (2) aufweist,
welches einen Drehmagnelen (3) und eine mit der Drehachse (4) des Drehmagneten verbundene, an
ihrem äußeren Ende mit einer Schlagmasse (5) versehene Spiralfeder (6') enthält, daß zur Messung
der Frequenz der abklingenden Schwingungen ein in Resonatornähe angeordnetes und ausgangsseitig
mit dem Eingang eines Verstärkers (7) verbundenes Mikrofon (8) vorgesehen ist, daß der Verstärker (7)
ausgangsseitig mit dem Eingang eines einen Frequenzvergleicher enthaltenden Steuergerätes (9)
verbunden ist, daß das Steuergerät einen mit der Drehtellersteuerung verbundenen Anschluß (14)
aufweist, und daß das Steuergerät (9) ferner mit den Auswurfstellen verbundene Steuerausgänge (13),
einen mit der Antriebssteuerung des Drehmagneten (3) verbundenen weiteren Stcuerausgang (12) und
einen Lasersteuerungs-Ausgang (10), durch den der Lasereinheit (11) ein der jeweiligen Differenzfrequcn/.
in eindeutiger Weise zugeordnetes Steuersignal zugeführt ist, aufweist.
2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet,
daß als mechanisches Schlagwerk ein Feder-Masse-System mit einer an ihrem einen Ende
eine Schlagmasse aufweisenden Blattfeder (6) vorgesehen ist.
3. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß als mechanisches Schlagwerk eine
unbeweglich angeordnete Magnetspule (17) mit einem längs einer Führung innerhalb der Magnet-
•-I spule in Achsrichtung geführten und durch eine
Schraubenfeder (19) in seiner Ruhelage gehaltenen, beweglichen, mit einer Schlagmasse (5) versehenen
Spulenkern (18) vorgesehen ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurcH gekenn-Hi
zeichnet, daß das mechanische Schlagwerk ein mechanisches Pendel mit einem starr ausgebildeten
und an seinem einen Ende drehbar gelagerten Pendelarm aufweist, daß der Pendelarm an seinem
anderen Ende mit e:ner Schlagmasse und mit einem
ι j rechtwinklig zum Pendelarm verlaufenden Pendelarm-Fortsatz
versehen ist, und daß das mechanische Schlagwerk eine zur Auslenkung des Pendels
vorgesehene Tauchspule aufweist, durch die ein Teil des Pendelarmfortsatzes aufgenommen ist.
5. Anordnung ni.ch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verstärker (7) als Regelverstärker ausgeführt ist.
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