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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der
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ein- oder zweidimensionalen Abmessungen eines Körpers.
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üblicherweise wird zur Bestimmung dieser Abmessungen ein Maßstab,
Maßband oder eine Meßeinrichtung verwendet, bei der der Weg eines Meßfühlers ein
Maß für die entsprechende Längenabmessung des Körpers ist.
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Ein Beispiel für eine häufig durchzuführende Bestimmung der eindimensionalen
Abmessung ist die Längenmessung von Körpern mit gleichen Querschnitten entlang einer
Längsachse, z.B.
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Stabmaterial, Profilmaterial und Rohre. Üblicherweise wird dieses
sogenannte Langgut von Hand durch Anlegen eines Maßbandes oder Maßstabes gemessen.
Dazu sind insbesondere bei größeren Längen mehrere Arbeitspersonen erforderlich.
Die Fehlerhäufigkeit ist verhältnismäßig groß.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, mit der die Abmessungen derartiger Körper rasch und unter
weitgehender Vermeidung manueller Arbeit bestimmt werden können insbesondere soll
dabei das Anlegen von Maßstäben, Meßbändern oder das Heranführen von Meßfühlern
wallen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Körper
an mindestens einer im wesentlichen punktförmigen Auflagerstelle, die mindestens
eine seiner Abmessungen bestimmt, auf einen Meßträger auflegbar ist, daß sich der
Meßträger auf mindestens zwei im Abstand zueinander angeordnete Kraftmeßelemente
abstützt, und daß ein Rechner aus den Meßwerten der Kraftmeßelemente die Lage der
Auflagerstelle relativ zu den Kraftmeßelementen ermittelt. Punktförmig bedeutet
dabei nur, daß die zu ermittelnde(n) Koordinate(n) durch die Auflagerstelle mit
der gewünschten Genauigkeit gegeben ist (sind).
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Die ein- oder zweidimensionale Maßbestimmung erfolgt dabei nicht durch
direkte Längenmessung, sondern auf dem Weg über
eine Koordinatenbestimmung
der Auflagerstelle, die beispielsweise von einem Eck einer rechteckigen Platte oder
einem Ende eines Stabes od. dgl. gebildet wird; die Koordinatenbestimmung der Auflagerstelle
macht von der Tatsache Gebrauch, daß bei einem auf mehreren Kraftmeßelementen aufgenommenen
Meßträger aus den ermittelten Einzelmeßwerten der Auflagerkraft die relative Lage
der Krafteinleitungsstelle zu den Auflagern in einfacher Weise errechnet werden
kann.
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Diese Koordinatenbestimmung kann beispielsweise gleichzeitig an allen
Ecken eines regelmäßig geformten zweidimensional zu messenden Körpers erfolgen,
so daß ein Rechner aus den Koordinaten aller Eckpunkte des Körpers und aus der regelmäßigen
geometrischen Gestalt auf einfache Weise die Abmessungen des Körpers bestimmen kann.
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Der Meß- und Rechenaufwand läßt sich noch weiter verringern, wenn
an der dem Meßträger gegenüberliegenden Seite des Körpers mindestens ein Anschlag
für den Körper vorgesehen ist. Die den Anschlag berührenden Flächen oder Punkte
des Körpers haben dann immer dieselbe, in die Rechnung als Konstante eingehende
Lage, so daß die Koordinatenbestimmung nur noch an der gegenüberliegenden Seite
erfolgen muß.
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In einer zur Bestimmung der Länge insbesondere von Rohren, Stab- unJ
Profilmaterial, sowohl mit regelmäßigem als auch unregelmäßigem Ouerschnitt geeigneten
Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß sich der Körper an seinen beiden
Enden auf jeweils einen den Meßträger bildenden Meßbalken stützt, der sich auf zwei
im Abstand zueinander angeordnete Kraftmeßelemente abstützt. Jeder der beiden Meßbalken
bestimmt jeweils die Lage des Endpunktes des länglichen Körpers, so daß ein Rechner
in einfacher Weise den Abstand zwischen diesen beiden Endpunkten ermitteln kann,
der die Länge des Körpers darstellt. Wenn der Körper hierbei nur auf den Meßbalken
ruht, stützt sich sein Gewicht über die Kraftmeßelemente ab, so daß zugleich zu
der Längenbestimmung auch eine Gewichtsbestimmung durchgeführt werden kann, indem
man die Einzelmeßwerte der
der Kraftmeßelemente addiert. Aus der
ermittelten Länge und dem Gewicht der Körper können weitere Daten des zu messenden
Körpers ermittelt werden, beispielsweise bei Profilmaterial mit gleichmäßigem Querschnitt
der Durchmesser bzw. die Wanddicke des Materials.
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Eine noch einfachere Vorrichtung zur Bestimmung der Länge eines Körpers
erhält man dadurch, daß der Körper an seinem einen Ende einen Längenanschlag berührt
und auf einer ortsfesten Stützfläche ruht, und daß der Körper an seinem anderen
Ende auf jeweils einen Meßbalken drückt, der sich auf zwei im Abstand zueinander
angeordnete Kraftmeßelemente federnd abstützt. Die Anzahl der benötigten Kraftmeßelemente
ist dabei auf zwei reduziert. Dadurch wird weiterhin erreicht, daß das Gewicht des
zu messenden Körpers fast vollständig von der Stützfläche'aufgenommen wird, so daß
verhältnismäßig kleine Kraftmeßelemente verwendet werden können, wobei Körper von
sehr unterschiedlichem Gewicht gemessen werden können, ohne daß unterschiedliche
oder umschaltbare Kraftmeßelemente verwendet werden müßten.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert,
die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt in schematischer Darstellungsweise:
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Bestimmung der Länge von Rohren mit jeweils einem Meßbalken
an beiden Rohrenden, Fig. 2 eine demgegenüber abgewandelte Ausführungsform mit nur
einem Meßbalken an einem Rohrende, Fig. 3 in Seitenansicht eine Vorrichtung zur
Bestimmung der Rohrlänge über eine Bestimmung des Schwerpunkts des Rohres, Fig.
4 eine Stirnansicht der Vorrichtung nach Fig. 3 und Fig. 5 in perspektivischer Darstellungsweise
vereinfacht eine Vorrichtung zur Bestimmung der zweidimensionalen Koordinaten eines
Eckpunktes eines flachen, rechteckigen
Körpers.
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Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung zur Bestimmung von Rohrlängen
ruht das zu messende Rohr 1 mit seinen beiden Enden jeweils auf einem etwas schräg
geneigten Meßbalken 2, 3. Jeder Meßbalken stützt sich jeweils auf zwei im Abstand
zueinander angeordnete Kraftmeßelemente 4, beispielsweise Kraftmeßdosen, wie sie
im Waagenbau Verwendung finden.
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Die auf die Kraftmeßelemente 4 ausgeübten Kräfte sind mit A1 w B1
» A2 und B2 bezeichnet. 1 bezeichnet den gegenseitigen Abstand der beiden Kraftmeßelemente
4 jedes Meßbalkens 2 bzw.
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3 dieser Abstand 1 ist beim gezeigten Beispiel für beide Meßbalken
gleich. Mit C ist der Abstand der beiden mittleren Kraftmeßelemente bezeichnet.
Die zu messende Rohrlänge L ergibt sich aus den Kontanten und den in den Kraftmeßelementen
4 gemessenen Kräften nach der Formel
Zur Längenbestimmung des Rohres 1 genügt es daher, das Rohr in beliebiger Lage mit
seinen beiden Enden auf die Meßbalken 2, 3 aufzulegen und die Meßwerte der Kraftmeßelemente
4 einem Rechner R zuzuführen, der die oben angegebene, einfache Berechnung durchführt.
Ohne besonderen Aufwand kann der Rechner R zugleich das Gewicht des Rohres 1 als
Summe der Kräfte A1 B1 ' A2 und B2 ermitteln.
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Eine abgewandelte und vereinfachte Ausführungsform zeigt Fig. 2. Das
zu messende Rohr 1 ruht hierbei auf einer ortsfesten Stützfläche 5 und liegt mit
seinem einen Ende an einem ortsfesten Längenanschlag 6 an. Das andere Ende des Rohres
1 berührt den Meßbalken 2, der auf seine beiden Kraftmeßelemente 4 die Kräfte A
und B ausübt.
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Wie in Fig. 2 angedeutet, ist der Meßbalken 2 an dem einen Kraftmeßelement
4 über ein Gelenk 7 angeschlossen, während
er an dem anderen Kraftmeßelement
4 gelenkig und unter Zwischenschaltung einer Feder 8 angebracht ist. Wenn das Ende
des Rohres 1 auf den Meßbalken 2 drückt, schwenkt dieser so lange um das Gelenk
7, bis das Rohr 1 vollständig auf der Stützfläche 5 aufliegt. Dazu wird die Kraft
der Feder 8 so gering gewählt, daß auch das leichteste zu messende Rohr 1 noch vollständig
auf der Stützfläche 5 aufliegt.
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Der Aufbau der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung ist besonders einfach,
jedoch ist hierbei keine gleichzeitige Gawichtsbestimmung möglich. Da die Stützfläche
5 das Gewicht des Rohres 1 fast vollständig trägt, können die Kraftmeßelemente 4
sehr leicht ausgeführt sein, da sie nicht das Rohrgewicht, sondern nur die durch
die Verformung der Feder 8 entstandenen Kräfte aufzunehmen haben. Trotz der leichten
Ausführung der Kraftmeßelemente 4 können daher auch sehr schwere Rohre 1 oder ähnliche
längliche Gegenstände gemessen werden. Aus den gemessenen Kräften A, B, dem Abstand
1 zwischen den beiden Kraftmeßelementen 4 und dem Abstand C zwischen dem einen Kraftmeßelement
4 und dem ortsfesten Längenanschlag 6 errechnet sich die Länge L des Rohres 1 im
Rechner R nach der Formel B L = G sl A+B Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Vorrichtung,
bei der ein eindimensional zu messender Gegenstand, beispie'sweise ein Rohr 1, vollständig
von dem mit Rollen 9 versehenen Meßbalken 2' getragen wird. Der Meßbalken 2' stützt
sich an seinen beiden Enden über Kraftmeßelemente 4 ab, auf die er die Kräfte A
bzw.
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ß ausübt. An mindestens einem, vorzugsweise jedoch an beiden Enden
des Meßbalkens 2' ist ein Längsanschlag 6 vorgesehen.
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Bei der Messung liegt das Rohr 1 an einem der beiden Längsanschläge
6 an. Wenn man sich vorstellt, daß bei einem regelmäßig geformten Körper, z. B.
einem Rohr 1, der Schwerpunkt in der Mitte der Länge liegt-, und daß sich aus dem
Verhältnis der Kräfte A und B die Lage dieses Schwerpunktes als Auflagerstelle für
das gesamte Gewicht des Rohres 1 bestimmen läßt,
so genügt es zur
Bestimmung der Rohrlänge L, den Abstand dieser Schwerpunkt-Auflagerstelle vom Längsanschlag
6 zu verdoppeln, um die Länge 1 nach der Formel zu erhalten B L=21 A+B Da der Schwerpunkt
infolge von Fertigungstoleranzen von der Längsmitte abweichen kann, führt man zweckmäßigerweise
zwei Messungen hintereinander durch, wobei das Rohr 1 bei der ersten Messung wie
beschrieben am linken Längsanschlag 6 anliegt und bei der zweiten Messung am rechten
Längsanschlag 6 man bildet dann den Mittelwert aus den beiden Ergebnissen, so daß
eine außermittige Lage des Schwerpunktes wieder kompensiert wird. Mit der Ermittlung
der tatsächlichen Schwerpunktlage und dem Vergleich dieses Wertes mit dem geometrischen
Wert ist gleichzeitig eine Kennziffer für die Qualität des Langgutes hinsichtlich
der Homogenität der Massenverteilung gegeben.
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In Fig. 5 ist an einem stark vereinfachten Beispiel gezeigt, wie die
Abmessungen einer mit strichpunktierten Linien dargestellten rechteckigen Platte
10 mit einer einzigen Messung ermittelt werden können. Die Platte 10 ist mit ihrer
einen Ecke in einem Anschlagwinkel 11 aufgenommen und festgelegt.
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Ihre gegenüberliegende Ecke ruht punktförmig auf einer zu diesem Zweck
leicht geneigt angeordneten Meßplatte 12, die sich über vier Kraftmeßelemente 4
abstützt.
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Ausgehend von der festen Lage des Anschlagwinkels 11 erhält man die
zweidimensionalen Abmessungen, d.h. Länge und Breite, der Platte 10 unmittelbar,
wenn man die rechtwinkligen Koordinaten des dem Anschlagwinkel 11 gegenüberliegenden
Plattenecks, d.h. der Auflagerstelle P auf der Meßplatte 12 findet.
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Wenn die KraftmeI3elemente 4 an den vier Ecken eines Rechtecks angeordnet
sind, dessen Seiten parallel zu den Koordinatenachsen liegen, dann ergeben sich
in dem Rechner R die Koordinaten x, y der Auflagerstelle P aus den Formeln
wobei A1 ... A4 die auf die Kraftmeßelemente 4 ausgeübten Kräfte und 112 ......
141 die jeweiligen Abstände der Kraftmeßelemente 4 sind. Die Bestimmung der Koordinaten
des Punktes P kann mit etwas größerem Rechnungsaufwand auch bestimmt werden, wenn
die Meßlatte 12 nur auf drei Kraftmeßelementen 4 ruht.
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Es versteht sich, daß die in Fig. 5 gezeigte Anordnung auch verwendet
werden kann, um die Koordinatenbestimmung eines Punktes P vorzunehmen, der nicht
der Eckpunkt eines auszumessenden Körpers 10 sein muß. Der Punkt P, dessen Koordinaten
x, y bestimmt werden sollen, muB nur in der Weise festgelegt werden, daß an diesem
Punkt P eine senkrechte Kraft in die Mesplatte 12 eingeleitet wird. Beispielsweise
könnte auf die Platte 12 eine Zeichnung gelegt werden und einzelne Punkte P1 » P2
| der Zeichnung könnten nacheinander mit ihrem Koordinaten dadurch bestimmt werden,
daß man an diesen Punkten Pl, P2 * nacheinander eine Kraft auf die Zeichnung und
damit auf die Platte 12 ausübt. Ebenso ist selbstverständlich eine Anordnung der
MeBplatte 12 in z,B vertikaler Richtung möglich, wobei das Eigengewicht der MeBplatte
in bekannter Weise aufgefangen wird. Eine derartige Anordnung kann als SchieBscheibe
dienen, wobei aus den Kraftsignalen der Kraftmeßelemente die Koordinaten des Einschußpunktes
ermittelbar sind. Diese Schießscheibe ist weitgehend unempfindlich gegen Störsignale
wie den Winddruck, der bereits durch seine andersartige Zeitabhängigkeit von den
EinschuBsignalen getrennt werden kann.