DE2724696A1

DE2724696A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des unwuchtwinkels

Info

Publication number: DE2724696A1
Application number: DE19772724696
Authority: DE
Inventors: Volker Guyot; Otfrid Maus; Martin Dipl Ing Mueller
Original assignee: Carl Schenck AG
Current assignee: Carl Schenck AG
Priority date: 1977-06-01
Filing date: 1977-06-01
Publication date: 1978-12-07
Also published as: US4201091A; ES470193A1; BR7800649A; DE2724696B2; GB1594398A; DE2724696C3

Description

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CARL SCHENCK AG
31. Mai 1977

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Unwuchtwinkels

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Unwuchtwinkels eines Rotationskörpers bei der Unwuchtmessung an Auswuchtmaschinen mit einem digitalen Winkellagengeber.

Durch die DT-AS 21 07 790 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung der Auswuchtwerte eines Fahrzeugrades bekannt geworden, bei welchem ein digitaler Winkelgeber mit Bezugsimpuls verwendet wird, wobei der Winkel durch Zählen der Einzelimpulse vom Bezugsimpuls bis zum Nulldurchgang des Unwuchtsignals gemessen wird. Nachteilig ist es hierbei, daß durch überlagerte Störspannungen oder durch ungenügende Filterung eine Verschiebung des Nulldurchgangs des Unwuchtsignals erfolgt und damit ein Meßfehler für die Angabe des Unwuchtwinkels unvermeidbar ist.

Eine weitere Einrichtung C DT-AS 16 46 336) besitzt einen digitalen Winkellagengeber, dessen Stellung in einem bestimmten Momentanwert der Schwingungsaufnehmerspannung als Unwuchtwinkel gespeichert wird und nach dem Meßlauf zum Eindrehen des Wuchtkörpers verwendet wird. Auch hierbei treten, wie bereits ausgeführt, bei überlagerten Störspannungen oder ungenügender Filterung der Signale durch Verschieben des Nuildurchgangs unvermeidbare Fehler auf. Darüberhinaus wird hierbei ein äußerst aufwendiger Winke 1lagengeber verwendet.

Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik hat sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe gemacht, die bei der Ermittlung des Unwuchtwinkelwertes auftretenden Fehler, hervorgerufen durch Verschieben des Nulldurchgangs, zu vermeiden und auch einen hierzu geeigneten Winkellagengeber in Vorschlag zu bringen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß während eines Meßlaufs je Umdrehung ein Unwuchtwinkelwert

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digital aufgenommen und daß aus einer Mehrzahl dieser Unwuchtwinkelwerte deren Mittelwert gebildet wird. Durch die erfindungsgemäße Mittelwertbildung bei dem Auswuchtvorgang werden gegenüber dem Stand der Technik auftretende Fehler so minimiert, daß ein praktisch fehlerfreier Digitalwert für den Unwuchtwinkel speicherbar wird.

In Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird zum Eindrehen eines Wuchtkörpers in die gemessene Unwuchtwinkellage vorgeschlagen, daß der Eindrehvorgang von einem während eines Meßlaufs digital gespeicherten Mittelwert und von Winkelbezugsimpulsen gesteuert wird, welche von einem Inkrementalgeber ohne Nullbezugsmarke gewonnen werden. Die erfindungsgemäße Vereinigung zwischen dem im Meßlauf gewonnenen gemittelten Winkelwert und der erfindungsgemäßen Eindrehsteuerung durch einen Inkrementalgeber ohne Nullbezugsmarke ergeben beim Eindrehen des Wuchtkörpers eine genau dem gemessenen Wert entsprechende Stellung für den Wuchtkörper.

In noch weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes wird vorgeschlagen, daß zunächst beim Unwuchtmeßvorgang in Abhängigkeit der Unwuchtposition ein Synchronzähler Impulse von einem mit dem Rotationskörper verbundenen Inkrementalgeber erhält, als Dauerzähler weiterzählt, daß die Unwuchtinformation und ein die 180°-Ste1lung des Synchronzählers darstellender Zählimpuls ein Flip-Flop steuern, daß gesteuert hiervon die vom Inkrementalgeber kommenden Impulse über einen Teiler untersetzt einem Mittelwertzähler während einer Anzahl von Umdrehungen des Inkrementalgebers zugeführt werden, die dem Teilerfaktor gleich ist, wobei der Inhalt des Mittelwertzählers eine digital gemittelte Winkelinformation darste11t,und daß anschließend beim Eindrehen dieser Inhalt beginnend mit einem die 180 -Stellung des Synchronzählers darstellenden Zählimpuls direkt durch Impulse des Inkrementalgebers in anderer Richtung ausgezählt wird und daß im Zustand Null des Mittelwertzählers der richtige Eindrehzustand erreicht ist. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens wird erreicht, daß eine Mittelung zwischen zwei am Anfang und am Ende des Winkelbereichs liegenden Winkel vermieden wird,

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In noch weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß die Anzahl der Umdrehungen bei der Bestimmung des digitalen Mittelwerts des Unwuchtwinkels und damit das Untersetzungsverhältnis des Teilers für eine Ebene eines Rotationskörpers einer Dualzahl entspricht. Durch diese Ausgestaltung wird der Aufwand zur Ermittlung des Unwuchtwinkels verringert.

Eine besonders geeignete Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung des Unwuchtwinkels eines Rotationskörpers und zur Eindrehsteusrung zeichnet sich dadurch aus, daß über einen Zeitschalter ein Rücksetzsignal auf einen Synchronzähler, einen Umdrehungszähler, einen Teiler und einen Mittelwertzähler gegeben wird, daß anschließend mit dem ersten Nulldurchgang der Unwuchtspannung die Rücksetzsignale aufgehoben werden, daß der Synchronzähler mit Inkrementalimpulsen versorgt wird, daß nach einer ersten Impulsfolge entsprechend 180 Drehwinkel des Rotationskörpers und weiteren Impulsen im Abstand von jeweils 360° am Ausgang des Synchronzählers 180 -Impulse entstehen, die zum einen einem Umdrehungszähler zugeführt werden und zum anderen über ein Differenzierglied auf den Rücksetzeingang eines Flip-Flop geführt werden, dessen Setzeingang über ein weiteres Differenzierglied beaufschlagt wird von dem Nulldurchgang der Unwucht information entsprechenden Impulsen, daß während der Zeit, während der das Flip-Flop gesetzt ist, Inkrementalimpulse über ein Und-Glied auf den Zähleingang des Teilers gelangen, daß gesteuert vom Umdrehungszähler über einen Inverter vom Ausgang des Teilers Zählimpulse über ein Und-Glied und über ein Oder-Glied in den Mittelwertspeicher vorwärts eingezählt werden und daß nach Einzählen des digitalen Mittelwerts für den Unwuchtwinkel über die Anzahl der Umdrehungen, die vom Umdrehungszähler festgelegt wird, von diesem der EindrehVorgang in Gang gesetzt wird, daß die Inkrementalimpulse über ein weiteres Und-Glied und das Oder-Glied dem Mittelwertzähler zugeführt werden und daß das Vorzeichen dieser Zählung abhängig von der Drehrichtung des Inkrementalgebers ist. Durch die erfindungsgemäße Ansteuerung des Mittelwertzählers werden Fehlimpulse bei der Winkelbestimmung vermieden und darüberhinaus beim Eindrehvorgang eine wohl definierte

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Steuerung des einzudrehenden Rotationskörpers erreicht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich besonders dann mit großem Vorteil einsetzen, wenn zwischen dem zu untersuchenden Rotationskörper und dem Inkrementalgeber eine phasenstarre Verbindung herstellbar ist, was insbesondere bei Räderauswuchtmaschinen gegeben ist.

Anhand der Zeichnung wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert, es zeigen

Fig. 1 in schematis eher Darstellung eine erfindungsgemäö ausgerüstete Auswuchtmaschine und

Fig. 2 schematisch dargestellt, eine bevorzugte digitale Eindrehsteuerung.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Auswuchtmaschine besitzt einen Antriebsmotor 3, welcher über eine geeignete Übersetzungseinrichtung eine Antriebswelle 26 antreibt, an deren einem Ende ein Wuchtkörper 1 angeordnet ist und an deren anderem Ende eine Scheibe 6 mit gleichmäßiger Lochteilung vorgesehen ist. Die von dem auszuwuchtenden Wuchtkörper 1 ausgehenden Unwuchtsignale werden mittels an einer schwingungsfähigen Lagerung angreifenden Schwingungsaufnehmern 4 und 5 über eine Ebenentrennschaltung 9, über Filterverstärker 10 bzw. 11, über Impulsformer 16 bzw. 17 und Leitung 18 bzw. 19 einer Winkelmelieinheit 20 bzw. 21 zugeleitet. Dieser Winkelmeßeinheit werden auch über die Leitung 8 von der Scheibe 6 über einen Aufnehmer gewonnene Winkelinformationen zugeleitet. Zwischen dem Filterverstärker 10 und dem Impulsformer 16 ist eine Größenanzeige für die Unwucht der oberen Ebene des auszuwuchtenden Körpers vorgesehen, und anschließend an die Winkelmeßeinheit 20 über eine Leitung 24 ist eine Differenzwinkelanzeige 22 angeschlossen, die in einfachster Ausgestaltung als Lampe ausgebildet ist, die dann aufleuchtet, wenn der Differenzwinkel Null beim Eindrehen erreicht ist. Zur Anzeige der Unwuchtgröße in der unteren Ebene des Wuchtkörpers 1 ist zwischen dem Filterverstärker 11 und dem Impulsformer 17 ein Anzeigegerät 15 angeordnet, und mit der

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Winkelmeßeinheit 21 ist über eine Leitung 25 eine Differenzwinkelanzeige 23 für die untere Ebene verbunden. Nachdem für jede Ebene je ein Meßkanal vorgesehen ist, wird bei der weiteren Beschreibung nur jeweils ein Meßkanal näher erläutert. Im vorliegenden Falle wird der für die obere Ebene vorgesehene aus den Elementen 10,14,16,18,20,24 und 22 bestehende Kanal ausgewählt.

Auf der Leitung 18 zwischen dem Impulsformer 16 und der Winkelmeßeinheit 20 stehen Rechtecksignale an, deren Flanken dem Unwuchtwinkel entsprechen und die mit Fehlern versehen sind, die durch ungenügende Ausfilterung von Störspannungen im Filterverstärker 10 übrig geblieben sind. Über die Leitung 8 werden der Winkelmeßeinheit 20 sowohl Inkrementalimpulse entsprechend der Drehung der Scheibe 6 über den Aufnehmer 7 mitgteilt ( in Fig. als B¹ bezeichnet) und auch zusätzlich eine Information über die Drehrichtung ( in Fig. 2 als ö'¹ bezeichnet) Diese Information wird über eine Doppelabtastung der in der Scheibe 6 vorhandenen Löcher 6a durch den Aufnehmer 7 und eine anschließende nicht dargestellte Vor-Rückwärts-Logikschaltung gewonnen.

Wird dafür Sorge getragen, daß auch das Eindrehen des Wuchtkörpers 1 in derselben Richtung wie der MeBlauf erfolgt, genügt eine Einfachabtastung der Scheibe 6.

Die in Fig. 2 schematisch dargestellte bevorzugte Eindrehsteuerung ist in der in Fig. 1 mit der Bezugsziffer 20 bzw. bezeichneten Winkelmeßeinheit enthalten. Anhand der nachfolgenden Beschreibung wird die Funktion dieser bevorzugten Ausgestaltung näher erläutert. Ein Schalter 101, welcher gleichzeitig mit dem Einschalten des Antriebsmotors 3 der Auswuchtmaschine geschlossen wird, regt eine monostabile Stufe 102 an, so daß an deren Ausgang 107 über eine bestimmte Zeit ein Impuls an den Rücksetzeingang eines Flip-Flops 103 weitergegeben wird. Diese Zeit entspricht der Zeit, die der Antriebsmotor benötigt, um den Wuchtkörper auf Meßdrehzahl zu bringen und beinhaltet darüberhinaus noch einen gewissen Sicherheitsfaktor, um Einschwingvorgänge sicher abklingen zu lassen. Durch

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Einwirken des Rücksetzimpulses auf das Flip-Flop 103 entsteht an dessen Ausgang ein Signal, über welches alle an diese Ausgangsleitung angeschlossenen weiteren Schalteinrichtungen zurückgesetzt werden. An den Ausgang des Flip-Flops 103 sind angeschlossen die Rücksetzeingänge eines als Synchronzähler eingesetzten Zählers, eines als Umdrehungszähler 105 eingesetzten Zählers, eines Teilers 106 und eines als Mittelwertzähler 11ö eingesetzten Zählers. Durch die Rücksetzung dieser Schalteinrichtungen werden alle an deren Eingängen evtl. ankommenden Impulse wirkungslos gemacht. Nach Ablauf der monostabilen Zeit wird der Rücksetzimpuls, welcher dem Flip-Flop zugeführt wird, wirkungslos gemacht. Das nächste auf der Leitung 18 ankommende Signal, welches der Flanke eines Rechtecktimpulses entspricht und damit dem Unwuchtwinkel, bringt den Ausgang des Flip-Flops 103 in seine andere Lage, so daß für die nachgeordneten Schalteinrichtungen das Rücksetzsignal aufgehoben wird. Damit sind alle Schalteinrichtungen vorbereitet, die über die Leitung 18 und 8 kommenden Informationen zu verarbeiten. Der Synchronzähler 104 zählt nunmehr alle auf der Leitung 8' ankommenden Inkrementalimpulse des Inkrementalgebers 6 ( vgl. Fig. 1). Die Zählkapazität des Synchronzählers 104 muß mindestens der Anzahl von Inkrementalimpulsen pro einer Umdrehung des Wuchtkörpers entsprechen. Als bevorzugte Impulszahl werden 256 Impulse pro Umdrehung angenommen. Am Ausgang des Synchronzählers 104 erscheint, wenn beispielsweise der Inkrementalgeber pro Umdrehung 256 Impulse abgibt, nach 128 Impulsen und nach jeweils weiteren 256 Impulsen ein Impuls, der im folgenden als 180°-Impuls bezeichnet wird. Die über die Leitung 18 kommenden Winkelimpulse setzen über ein Differenzierglied 111,112 ein Tor-Flip-Flop 110, welches bei jedem 180 -Impuls des Synchronzählers 104 über das Differenzierglied 108,109 zurückgesetzt wird. Wenn das Tor-Flip-Flop 110 gesetzt ist, können über eine Und-Schaltung 113 die Inkrementalimpulse auf der Leitung 8' einem Teiler 106 zugeführt werden. Dieses Wechselspiel des Setzens und Rücksetzens des Tor-Flip-Flop geschieht bei jeder Umdrehung erneut. Die am Ausgang des Teilers 106 anstehenden Impulse werden über ein Und-Glied 115 und über ein Oder-Glied 116 dem Mittelwertzähler 118 solange zugeführt,

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solange das Und-Glied 115 geöffnet ist. Die Steuerung des Und-Gliedes 115 geschieht über den Umdrehungszahl ler 105. Dabei wird das Und-Glied 115 über eine Anzahl von Umdrehungen offengehalten, die dem Teilerverhältnis des Teilers 106 entsprechen. Der Umdrehungszähler 105 wird von den 180 -Impulsen des Synchronzählers 104 angesteuert. Der Umdrehungszähler 105 wurde, wie oben ausgeführt, durch Wegfall des Rücksetzimpulses in Zählbereitschaft versetzt. Diese wird solange aufrecht erhalten, bis nach einer bestimmten Anzahl von Eingangsimpulsen, im vorliegenden Falle acht Impulsen, der Ausgang 120 des Umdrehungszählers 105 eingeschaltet wird und der Umdrehungszähler 105 sich damit über seinen Eingang 121 für das weitere Aufnehmen von Impulsen sperrt. Bis zur Sperrung nach acht 180 -Impulsen entsprechend acht Umdrehungen des Wuchtkörpers wird über einen Inverter 119 das Und-Tor 115 geöffnet, so daß, wie oben bereits beschrieben, über dieses Tor und das Oder-Glied 116 durch den Teiler 106 untersetzte Inkrementalimpulse in den Mittelwertzähler 118 eingegeben werden, so lange das Und-Glied 113 freigegeben ist.

Während des MeSvorgangs bilden der Teiler 106 und der Mittelwertzähler 11B zusammen einen Zähler, da die Ausgangsimpulse vom Teiler 106 über das Und-Glied 115 und das Oder-Glied 116 auf den Zähleingang vom Mittelwertzähler 118 gelangen. Je Umdrehung wird die Anzahl von Winkelschritten zwischen dem Unwucht-Nulldurchgang und dem 180 -Durchgang (180 -Impuls) des Synchronzählers aufsummiert. Wäre die auf der Leitung 18 anstehende Information störungsfrei, so würde bei jeder Umdrehung eine Impulszahl entsprechend 180° in den Teiler 106 und den Mittelwertzähler 118 eingezählt. Durch ungenügend ausgefilterte Störungen, wie sie besonders bei kleinem Unwuchtbetrag auftreten, weichen die einzelnen Impulszahlen von 180 ab. Sie werden über mehrere Umdrehungen, in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel acht Umdrehungen, in dem Teiler 106 und dem Mittelwertzähler 118 aufsummiert. Da der Teiler 106 der Anzahl von Meßumdrehungen entspricht, d. h. im beschriebenen Ausführungsbeispiel nach acht Eingangsimpulsen einen Ausgangsimpuls abgibt, steht am Ende im Mittelwert-

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zähler 118 der Mittelwert der einzelnen Winkelmessungen an. Dadurch ist der Einfluß der Störungen praktisch zu Null geworden

Zur Definition der Drehrichtung des Wuchtkörpers wird neben den Inkrementalimpulsen über die Leitung Q¹ von der Inkrementa I-abtastung über die Einrichtung? ( vgl. Fig. 1) noch ein Signal über die Drehrichtung über eine Leitung ü'¹ dem Winkelmeßgerät 20 zugeleitet. Die Drehrichtungsinformation über die Leitung 8'' bewirkt während des Meßlaufs über ein Exclusiv-Oder-Glied 117 am Zählrichtungseingang 122 des Mittelwertzählers 113, daß die ankommenden Impulse vorwärts eingezählt werden.

Nach Ablauf der acht Meßumdrehungen wird das Und-Glied 115 gesperrt, und der Mittelwertzähler 119 erhält nunmehr über ein vom Umdrehungszähler 105 geöffnetes Und-Glied 114 und das Oder-Glied 116 direkt die Inkrementalimpulse auf der Leitung ß'.

Ferner wird vom Umdrehungszähler 105 gesteuert nunmehr die Drehrichtungsinformation auf der Leitung B'¹ durch das Exclusiv-Oder-Glied 117 umgekehrt, so daß beim weiteren Eindrehen bei unveränderter Drehrichtung rückwärts und bei umgekehrter Drehrichtung vorwärts im Zähler 118 gezählt wird. Damit wird erreicht, daß bei beliebiger Drehung der Wuchtspindel nunmehr die Ausgänge 24 des Mittelwertzählers 118 auf Null stehen, wenn der Winkel der Wuchtspindel gleich dem Mittelwert des Unwuchtwinkels über die acht Meßumdrehungen ist.

Um eine Information über den Eindrehzustand zu ermöglichen, ist, wie bereits zu Fig. 1 ausgeführt, in einfachster Form eine Lampenanzeige als Differenzwinkelanzeige 22 vorzusehen.

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Claims

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CARL SCHENCK AG
31. Mai 1977

Patentansprüche :

1.) Verfahren zur Bestimmung des UnwuchtwinkeIs eines Rotationskörpers bei der Unwuchtmessung an Auswuchtmaschinen mit einem digitalen Winkellagengeber,dadurch gekennzeichnet, daß während eines Meblaufs je Umdrehung ein Unwuchtwinke!wert digital aufgenommen und daß aus einer Mehrzahl dieser Unwuchtwinkelwerte deren Mittelwert gebildet wird.

Verfahren nach Anspruch 1 zum Eindrehen eines Wuchtkörpers in die gemessene Unwuchtwinke1lage, dadurch gekennzeichnet, daß der Eindrehvorgang von einem während eines Meßlaufs digital gespeicherten Mittelwert und von Winkelbezugsimpulsen gesteuert wird, welche von einem Inkrementalgeber ohne Nullbezugsmarke gewonnen werden.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst beim Unwuchtmeßvorgang in Abhängigkeit der Unwuchtposition ein Synchronzähler Impulse von einem mit dem Rotationskörper verbundenen Inkrementalgeber erhält, als Dauerzähler weiterzählt, daß die Unwuchtinformation und ein die 180 -Stellung des Synchronzählers darstellender Zählimpuls ein Flip-Flop steuern, daß gesteuert hiervon die vom Inkrementalgeber kommenden Impulse über einen Teiler untersetzt einem Mittelwertzähler während einer Anzahl von Umdrehungen des Inkrementalgebers zugeführt werden, die dem Teilerfaktor gleich ist, wobei der Inhalt des Mittelwertzählers eine digital gemittelte Winkelinformation darstellt, und daß anschließend beim Eindrehen dieser Inhalt beginnend mit einem die 180 -Stellung des Synchronzählers darstellenden Zählimpuls direkt durch Impulse des Inkrementalgebers in anderer Richtung ausgezählt wird und daß im Zustand Null des Mittelwertzählers der richtige Eindrehzustand erreicht wird.

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4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Umdrehungen bei der Bestimmung des digitalen Mittelwertes des Unwuchtwinkels und damit das UntersetzungsverhäItnis des Teilers für eine Ebene einer Dualzahl entspricht.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung des Unwuchtwinkels eines Rotationskörpers nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Zeitschalter ( 101,102,107,103) ein Rücksetzsignal auf einen Synchronzähler (104), einen Umdrehungszähler (105), einen Teiler (106) und einen Mittelwertzähler (118) gegeben, daß anschließend mit dem ersten Nulldurchgang der Unwuchtinformation die Rücksetzsignale aufgehoben werden, daß der Synchronzähler (104) mit Inkrementalimpulsen (8¹) versorgt wird, daß nach einer ersten Impulsfolge entsprechend 180 -Drehwinkel und weiteren Impulsen im Abstand von jeweils 360° am Ausgang des Synchronzählers (104) 180 -Impulse entstehen, die zum einen dem Umdrehungszähler (105) zugeführt werden und zum anderen über ein Differenzierglied (108,109) auf den Rücksetzeingang eines Flip-Flop (110) geführt werden, dessen Setzeingang über ein weiteres Differenzierglied (111,112) beaufschlagt wird von dem Nulldurchgang der Unwuchtinformation entsprechenden Impulsen, daß während der Zeit, während das Flip-Flop (110) gesetzt ist, Inkrementalimpulse über ein Und-Glied (113) auf den Zähleingang des Teilers (106) gelangen, daß gesteuert vom Umdrehungszähler (105) über einen Inverter (119) vom Ausgang des Teilers (106) Zählimpulse über ein Und-Glied (115) und über ein Dder-Glied (116) in den Mittelwertspeicher (118) vorwärts eingezählt werden und daß nach Einzählen des digitalen Mittelwerts für den Unwuchtwinkel über die Anzahl der Umdrehungen, die vom Umdrehungszähler (105) festgelegt wird, von diesem der Eindrehvorgang in Gang gesetzt wird, daß die Inkrementalimpulse (8') über ein weiteres Und-Glied (114) und das Oder-Glied (116) dem Mittelwertzähler (118) zugeführt werden und daß das Vorzeichen dieser Zählung abhängig von der Drehrichtung des Inkrementalgebers ist.

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