DE2615073C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der Zeitschrift "Elektronik-Anzeiger", zweiter Jahrgang, Nr. 2 vom 18. 2. 1970, Seiten 25 bis 29 ist ein Meßgerät zur Durchmesserbestimmung von rotierenden Werkstücken bekannt, wobei diese Werkstücke auch unrund sein können. Bei der Messung der Unrundheit wird auch eine mit dem Werkstück umlaufende Markierung abgetastet und zur Lokalisierung der Unrundheit auf dem Werkstücksumfang diese zusammen mit der Markierung entsprechenden Impulsen auf einem Schreiber aufgezeichnet. Ferner ist beim bekannten Meßgerät als Wegaufnehmer für die Durchmesserbestimmung ein Reibrad vorgesehen, mit welchem ein Winkelschrittgeber verbunden ist, dessen periodisches Ausgangssignal für die Durchmessermessung ausgenutzt wird. Mit Hilfe von abrollenden Wegmessern läßt sich eine Umfangsmessung von Rotationskörpern, insbesondere von Rotationskörpern mit unrundem und unregelmäßigem Umriß nicht so ohne weiteres durchführen, da naturgemäß zwischen dem abrollenden Wegmesser und dem Werkstück ein Schlupf auftritt, der zu Fehlmessungen führt. Auch läßt sich die Meßgeschwindigkeit nicht beliebig erhöhen, da sich sonst dynamische Probleme und Abrollprobleme nicht mehr einwandfrei beherrschen lassen. Außerdem ergeben sich Meßfehler durch Ausfluchtungsdifferenzen und Abplattungen am abrollenden Wegmesser.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der auch für Rotationskörper mit unrundem oder unregelmäßigem Umriß exakte Meßwerte für den Umfang erreicht werden.

Diese Aufgabe wird bei der Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Der Umriß des Rotationskörpers kann hierbei berührungslos, insbesondere auf photoelektrischem Wege, abgetastet werden. Auch ist es möglich, den Umriß des Rotationskörpers durch Anlegen einer Tastrolle abzutasten, welche an den Umfang des Rotationskörpers angelegt wird. Dabei wird nicht der abgerollte Weg des Reibrades ermittelt, sondern es werden die durch den Radius bzw. durch die Radiusänderungen des Rotationskörpers hervorgerufenen Auslenkungen ermittelt. Mit der Erfindung ist es erstmals auch möglich geworden, den Umfang eines Rotationskörpers berührungsfrei zu messen und somit Ungenauigkeiten, welche durch amplituden- und phasendynamische Vorgänge während der Rotation entstehen können, vermieden werden.

Gleichzeitig kann zur Ermittlung von Umrißungleichförmigkeiten der Differentialquotient aus dem Radiusdifferential und dem zugehörigen Winkeldifferential gebildet und ausgewertet werden.

Umfangsmessungen müssen insbesondere dort mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, wo zwei Teile miteinander zusammengepaßt werden sollen. Dies ist insbesondere bei der Kombination Felge und Reifen notwendig. Die Erfindung läßt sich somit zur Bestimmung des Innenumfangs oder auch des Außenumfangs des Reifens und des Außenumfangs der Felge verwenden.

Aber auch dort, wo zwei Teile mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit arbeiten sollen, kann die Erfindung Anwendung finden, da in vielen Fällen allein mit Hilfe der Durchmesserbestimmung, welche bei der Umfangsbestimmung nur als mittelbare Größe auftritt, nicht ausreicht. Die Messung der Umfangsgröße ist zur Wiedergabe der tatsächlichen Verhältnisse hierbei weitaus besser geeignet.

In den beiligenden Figuren sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Anhand dieser Figuren soll die Erfindung noch näher erläutert werden: Es zeigt

Fig. 1 das Prinzip der Erfindung;

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung, mit der die Erfindung durchführbar ist;

Fig. 3 eine Abtasteinrichtung und

Fig. 4 eine weitere Abtasteinrichtung.

In der Fig. 1 ist ein Rotationskörper 1 dargestellt, dessen Umfang L gemessen werden soll. Der Rotationskörper ist im Schnitt dargestellt. Die Umrißlinie kann als Kurve r=r ( d ) betrachtet werden. Aus der Kurve wird das Bogendifferential "dl" herausgeschnitten und durch ein rechtwinkliges Dreieck 2 dargestellt.

daraus ergibt sich

Der gesamte Kurvenverlauf und damit der Umfang ergibt sich dann aus

Zur Ermittlung des Radius bzw. der Radiusänderungen bedient man sich einer Abtasteinrichtung, und zur Messung des Drehwinkels eines Winkelmeßgebers, die nicht näher dargestellt sind.

In der Fig. 2 ist eine Auswerteschaltung dargestellt, die an die Abtasteinrichtung zur Messung des Radius bzw. der Radiusänderungen und an den Winkelmeßgeber angeschlossen ist. Die Abtasteinrichtung liefert eine lineare wegproportionale Ausgangsspannung U (r₀+r), die an einem ersten Eingang 3 eines Differenzierers 4 anliegt. Diese Ausgangsspannung ist dem Radius bzw. den Radiusänderungen des Rotationskörpers 1 proportional. Der Winkelmeßgeber liefert während der Rotation des zu prüfenden Körpers 1 eine lineare winkelproportionale Ausgangsspannung U ( ϕ ), die an einem zweiten Eingang 5 des Differenzierers 4 anliegt. Der Differenzierer 4 bildet den Quotienten aus den Differentialen dr und d ϕ und leitet den Quotienten aus diesen Differentialen an einen Quadrierer 6 weiter, dessen Ausgang an einem Addierer 7 liegt.

Dem Addierer 7 wird gleichzeitig über einen zweiten Quadrierer 8 der augenblickliche vorhandene quadratische Radius eingegeben. Am Ausgang des Addierers 7 befindet sich ein Radizierer 9, welcher die Wurzel aus der am Ausgang des Addierers 7 stehenden Spannung bildet. Dem Radizierer 9 ist ein Integrierer 10 nachgeschaltet. An den Integrierer 10 ist des weiteren der Winkelmeßgeber angeschlossen, der die jeweils momentanen Winkelwerte in den Integrierer 10 eingibt. Der Integrierer 10 integriert den vom Radizierer 9 gelieferten Funktionswert über einen Winkelbereich von 2π, d. h. über den gesamten Umfang des Rotationskörpers. An einem Anzeigeinstrument 11 kann dann die Umfangsgröße des Rotationskörpers 1 direkt abgelesen werden. Bei dem Integrierer 10 und den Differenzierern 4 kommen zeitunabhängige Bauteile zur Anwendung, da die Spannungsgrößen U (r) und U ( ϕ ) zeitunabhängig sind.

Die Ermittlung des Radius des Rotationskörpers bzw. der Radiusänderungen kann berührend oder berührungslos durchgeführt werden. In der Fig. 3 ist ein berührender Wegmesser mit Tastrolle dargestellt. Als berührungslose Meßeinrichtungen bzw. Abtasteinrichtungen eignen sich Lasergeräte, von denen ein Ausführungsbeispiel in der Fig. 4 dargestellt ist, oder Näherungsgeber.

Der in der Fig. 3 dargestellte berührende Wegmeßgeber besitzt eine Tastrolle 12, welche mittels einer Feder 13 gegen den Rotationskörper 1 gedrückt ist. Die Radiusänderungen werden über einen an sich bekannten Meßwertaufnehmer 14, der an die Tastrolle 12 mechanisch angeschlossen ist, in Form von elektrischen Spannungen an den Ausgängen 15 zur Verfügung gestellt. Um den Meßbereich des Gebers 14 möglichst klein zu halten, kann die mittlere Radiusgröße r₀ durch stufenlose oder rasterweise Verstellung eines Meßschlittens 16 voreingestellt werden. Dabei sind der Stellung des Meßschlittens 16 wegproportionale Spannungen, zum Beispiel über einen Stellwiderstand 17, zugeordnet, die dem Meßgeberausgang 15 hinzuaddiert werden können, so daß am Eingang 3 des Differenzierers 4 das gesamte Signal U (r₀+r) ansteht.

Bei berührungslosen Wegmeßgebern entfallen die Meßfehler, welche durch den endlichen Durchmesser der Tastrolle 12 auftreten können.

Die Winkelmessung kann ebenfalls berührend, zum Beispiel mittels eines Drehmelders oder berührungslos mittels einer photoelektrischen Abtastung, unter Verwendung einer rotorfesten Marke erfolgen. Durch die Impulse können dann zum Beispiel bei konstanter Drehzahl Rampengeneratoren gestartet werden, die dann winkelproportionale Ausgangsspannungen zur Weiterverarbeitung liefern.

Außerdem ist es möglich, am Ausgang des Differenzierers 4 die Größe abzunehmen, um die Durchmesseränderungen des Rotationskörpers 1 darstellen bzw. auswerten zu können, wozu ein Analysierer 18 dient.

In der Fig. 4 ist eine berührungslose Abtasteinrichtung dargestellt, wobei ein an sich bekanntes Lasergerät 19 zur Anwendung kommen kann. Mit diesem werden die Radiusänderungen des Rotationskörpers 1 abgefragt. Mit Hilfe eines zweiten Abtastgerätes 20 können unter Zuhilfenahme einer rotorfesten Markierung 21 Winkeländerungen bzw. Winkellagen der Radiusänderungen des Rotationskörpers 1 ermittelt werden.

Anstelle der Lasergeräte 19 und 20 können natürlich auch andere berührungslose Abtastgeräte, wie zum Beispiel photoelektrische Geräte oder solche, die mit Ultraschall arbeiten, Verwendung finden.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Messung von Rotationskörpern mit unrundem bzw. unregelmäßigem Umriß mit einer Abtasteinrichtung für Radiusänderungen des sich drehenden Rotationskörpers, einem Winkelgeber für den Radiusänderungen des sich drehenden Rotationskörpers zugeordnete Winkelwerte, und einer Anzeigeeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (12-15; 19) und der Winkelgeber (20) an eine Auswerteeinrichtung (3-10) angeschlossen sind, die für die Anzeige des Rotationskörperumfangs ein elektrisches Signal liefert, das dem Integralwert der aus den Radiusänderungen in Abhängigkeit von den Winkelwerten sowie den Radien abgeleiteten Bogenlängedifferentiale am Rotationskörperumfang über einen Winkelbereich von 2π proportional ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (12-15; 19) und der Winkelgeber (20) an einen Differenzierer (4), der den Differentialquotienten aus dem Radiusdifferential und dem zugehörigen Winkeldifferential bildet, angeschlossen sind, daß der Ausgang des Differenzierers (4) über einen ersten Quadrierer (6), der das Ausgangssignal des Differenzierers (4) quadriert, mit dem einen Eingang eines Addierers (7) verbunden ist, daß mit dem zweiten Eingang des Addierers (7) ein an die Abtasteinrichtung (12-15; 19) angeschlossener zweiter Quadrierer (8), der den augenblicklichen Radius quadriert, verbunden ist, daß der Ausgang des Addierers (7) über einen Radizierer (9) mit einem Eingang eines Integrators (10) verbunden ist, dessen anderer Eingang an den Winkelgeber (20) angeschlossen ist, und daß die Anzeigeeinrichtung (11) an den Ausgang des Integrators (10) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Differenzierer (4) ein Analysator (18) angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signalgeber (17) vorgesehen ist, der ein dem Abstand der Abtasteinrichtung (12-15) gegenüber der Rotationskörperachse proportionales konstantes Signal abgibt, das zusammen mit dem von der Abtasteinrichtung (12-15) gelieferten Signal dem Differenzierer (4) zugeleitet ist.