DE2724696B2 - Verfahren zur Bestimmung des Unwuchtwinkels und Vorrichtung hierzu - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Unwuchtwinkels eines Rotationskörpers bei der Unwuchtmessung an Auswuchtmaschinen mit einem digitalen Winkellagengeber und mit einem Inkrementalgeber ohne Nullbezugsmarke, bei dem bei jedem Meßlauf eine Impulsfolge gezählt wird, und zum Eindrehen des Rotationskörpers in die gemessene Winkellage.

Durch die DE-OS 25 18 459 ist eine Vorrichtung zum Auswuchten von Rädern der eingangs genannten Gattung bekannt geworden, die gekennzeichnet ist durch Kraftmeßeinrichtungen zum Messen der auf ein drehbares Teil ausgeübten Kraft, die das auszuwuchtende Rad trägt, durch eine Verarbeitungseinrichtung zum Ermitteln des an dem Rad anzubringenden Ausgleichsgewichts zum Ausgleich der Unwucht durch Anzeigeeinrichtungen, die mit der Verarbeitungseinrichtung verbunden sind, zum Anzeigen des zum Ausgleich der Unwucht erforderlichen Gegengewichts und eine Positionsabtasteinricl tung zum Bestimmen der Winkelposition, an der das Gewicht an dem Rad relativ zu einer Bezugsposition anzubringen ist. Bei einer derartigen Vorrichtung wird mittels der Positionsabtasteinrichtung zum Bestimmen der Winkelposition bei jeder Umdrehung erneut ein digitaler Winkellagengeber mit einem Inkrementalgeber ohne Nullbezugsmarke abgetastet und eine entsprechende Impulsfolge gezählt; das Zählwerk, welches zu Beginn auf Null steht und beim Auftreten des ersten kurzen Impulssignab von einer Verarbeitungseinrichtung zu zählen beginnt, stellt sich von selbst auf Null zu jedem Zeitpunkt zurück, wenn das Zählwerk anzeigt, daß die Welle sich um eine volle Umdrehung gedreht hat. 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.

Durch die DE-OS 16 98 111 ist eine Einrichtung zum Bestimmen der Unwucht von an Fahrzeugen montierten Rädern bekannt geworden, wobei ihre Lage als Winkelabstand von einer auf dem Rad angebrachten Marke bestimmt wird und ist gekennzeichnet durch eine elektrooptische Abtasteinrichtung, mittels derer von der auf dem aufgebockten und in Umdrehung versetzten Rad angebrachten Marke ein Bezugssignal als Pulsfolge mit der der Umdrehungszahl des Rades entsprechenden Frequenz gewonnen wird, durch mindestens einen an der Radachse angebrachten Meßgeber, der die Achsschwingungen in entsprechende elektrische Schwingungen verwandelt und ferner durch eine Auswerteeinrichtun«», mittels derer der Mittelwert der Phasendifferen-

zen zwischen diesen Schwingungen und dem Bezugssignal bestimmt wird. Eine derartige Einrichtung besitzt den Nachteil, daß durch Anbringen einer Marke an dem zu untersuchenden Gegenstand ein zusätzlicher Arbeitsaufwand verursacht wird, der insbesondere bei einer Auswuchtung von Rädern auf Auswuchtmaschinen einen beachtlichen Zeitaufwand mit sich bringt und auch beim Auswuchten eines am Fahrzeug montierten Rades zufolge dessen Verschmutzung neben beachtlichem Zeitaufwand zwangsläufig Fehler in der Auswertung mit sich bringt Darüber hinaus ist die Auswerteeinrichtung als Analogeinrichtung ausgebildet, was zu einer besonders aufwendigen und störanfälligen Bauweise führt.

Ausgehend vom bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bei der Ermittlung des Unwuchtwinkelwertes auftretenden Fehler hervorgerufen durch Verschieben des Nulldurchganges zu vermeiden und ein genaues Eingehen auf die Unwuchtwinkellage zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß während eines Meßlaufs je Umdrehung ein Unwuchtwinkelwert digital aufgenommen wird von einem gegenüber den Unwuchtimpulsen phasenverschobenen Zählbeginn, daß aus einer Mehrzahl dieser Unwuchtwinkelwerte der Mittelwert gebildet wird und daß der Eindrehvorgang von dem während des Meßlaufs digital gespeicherten Mittelwert und von den Winkelbezugsimpulsen des Inkrementalgebers ohne Nullmarke gesteuert wird.

Durch die Mittelwertbildung gemäß erfinderischer Lösung der Aufgabe werden die beim Stand der Technik zwangsläufig auftretenden Fehler bei der Bestimmung der Unwuchtwinkellage so eliminiert, daß ein praktisch fehlerfreier Digitalwert für die Unwuchtlage speicherbar wird.

Ausgestaltungen des erfinderischen Verfahrens sind den Unteransprüchen zu entnehmen, wobei insbesondere die Erkenntnis einer 180°-Verschiebung besonders förderlich für eine Mittelwertbildung ist. Hiermit wird insbesondere erreicht, daß eine Mittelung zwischen zwei am Anfang und am Ende eines Winkelbereichs liegenden Winkeln vermieden wird.

Eine besonders geeignete Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung des Unwuchtwinkels eines Rotationskörpers und zur Eindrehsteuerung mit einer Vorrichtung zum Auswuchten von Rädern, bei der die Unwuchtlage ohne besondere Bezugsmarke auf dem Rotor digital ermittelt und der Rotor in einer dementsprechenden Lage angehalten wird, 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 Fücksetzsignale 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 Unwuchtinformation entsprechenden Impulsen, daß während der Zeit, während der das Flip-Flop gesetzt ist, lnkrementalimpulse 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 Mittelwertes für den Unwuchtwinkel über die Anzahl der Umdrehungen, die vom Umdrehungszähler festgelegt wird, von diesem der Eindrehvorgang in Gang gesetzt -vird, daß die lnkrementalimpulse 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 Winkellagenbestimmung vermieden und darüber hinaus beim Eindrehvorgang eine wohldefinierte 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 Räderauswuchimaschinen gegeben ist.

Anhand der Zeichnung wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäß ausgerüstete Auswuchtmaschine und

Fig. 2 schematisch dargestellt, eine bevorzugte digitale Eindrehsteuerung.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Auswuchtmaschine besitzt einen Antriebsmotor 3, weicher 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 2 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 Winkelmeßeinheit 20 bzw. 21 zugeleitet. Dieser Winkelmeßeinheit werden auch über die Leitung 8 von der Scheibe 6 über einen Aufnehmer 7 gewonnene Winkelinformationen zugeleitet. Zwischen dem Filterverstärker 10 und dem Impulsformer 16 ist eine Größenanzeige 14 für die Unwucht der oberen Ebene des auszuwuchtenden Körpers 1 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 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 uno der Winkelmeßeinheit 20 stehen Rechtecksignale an, deren Flanken dem Unwuchtwinkel entsprechen und die mit Fehlern behaftet sind, die durch ungenügende Ausfilterung von Störspannungen im Füierversiärker 10 übrig geblieben sind. Über die Leitung 8 werden der

Winkelmeßeinheit 20 sowohl Inkrementalimpulse entsprechend der Drehung der Scheibe 6 über den Aufnehmer 7 mitgeteilt (in F i g. 2 als 8' bezeichnet) und auch zusätzlich eine Information über die Drehrichtung (in F i g. 2 als 8" 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 Meßlauf erfolgt, genügt eine Einfachabtastung der Scheibe 6.

Die in Fig.2 schematisch dargestellte bevorzugte Eindrehsteuerung ist in der in Fig.! mit der Bezugsziffer 20 bzw. 21 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 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 Fiip-FIops 103 sind angeschlossen die Rücksetzeingänge eines als Synchronzähler 104 eingesetzten Zählers, eines als Umdrehungszähler 105 eingesetzten Zählers, eines Teilers 106 und eines als Mittelwertzähler 118 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 103 zugeführt wird, wirkungslos gemacht. Das nächste auf der Leitung 18 ankommende Signal, welches der Flanke eines Rechteckimpulses entspricht und damit der Unwuchtlage, 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. F i g. 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 Synchronzähler^ 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 110 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, bis das Und-Glied 115 geöffnet ist. Die Steuerung des Und-Gliedes 115 geschieht über den Umdrehungszähler 105. Dabei wird das Und-Glied 115 über eine Anzahl von Umdrehungen offengehalten, die

ίο dem Teilerverhältnis des Teilers 106 entsprechen. Der Umdrehungszähler 105 wird von den 180°-Impulsen des Synchronzählers 104 angesteuert. Der Umdrehungszähler 105 wurde, wif 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 i 19 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 Meßvorgangs bilden der Teiler 106 und der Mittelwertzähler 118 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°-Impu!s 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, variieren die einzelnen Impulszahlen um 180°. Sie werden über mehrere Umdrehungen, in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel acht Umdrehungen, in dem Teiler 106 und dem Mittelwertzähler 118 aufsummiert.

■f5 Da der Teiler 106 der Anzahl von Meßumdrehungen entspricht, d. h. im beschriebenen Ausführungsbeispiel nach acht Eingangsimpulsen einen Ausgangsimpuls abgibt, steht am Ende im Mittelwertzähler 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 8' von der Inkrementalabtastung über die Einrichtung 7 (vgl. F i g. 1) noch ein Signal über die Drehrichtung über eine Leitung 8" 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 118, daß die ankommenden Impulse vorwärts eingezär«li werden.

Nach Ablauf der acht Meßumdrehungen wird das Und-Glied 115 gesperrt, und der Mittelwertzähler 118 erhält nunmehr über ein vom Umdrehungszähler 105 geöffnetes Und-Glied 114 und das Oder-Glied 116 direkt die Inkrementalimpulse auf der Leitung 8'.

Ferner wird vom Umdrehungszähler 105 gesteuert nunmehr die Drehrichtungsinformation auf der Leitung

8" 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 26 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 sine Information über den Eindrehzustand zu ermöglichen, ist, wie bereits zu Fig. 1 ausgeführt, in einfachster Form eine Lampenanzeige als Differenzwinkelanzeige 22 vorzusehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung des Unwuchtwinkels eines Rotationskörpers bei der Unwuchtmessung an Auswuchtmaschinen mit einem digitalen Winkellagengeber und mit einem Inkrementalgeber ohne Nullbezugsmarke, bei dem bei jedem Umlauf eine Impulsfolge gezählt wird, und zum Eindrehen des Rotationskörpers in die gemessene Winkellage, dadurch gekennzeichnet, daß während eines Meßlaufs je Umdrehung ein Unwuchtwinkelwert digital aufgenommen wird von einem gegenüber den Unwuchtimpulsen phasenverschobenen Zählbeginn, daß aus einer Mehrzahl dieser Unwuchtwinkelwerte der Mittelwert gebildet wird und daß der Eindrehvorgang von dem während des Meßlaufs digital gespeicherten Mittelwert und von den Winkelbezugsimpulsen des Inkrementalgebers ohne Nullbezugsmarke gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählung um 180° phasenverschoben gegenüber dem Unwuchtimpuls beginnt und 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.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 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.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung des Unwuchtwinkels eines Rotationskörpers nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche mit einer Vorrichtung zum Auswuchten von Rädern, bei der die Unwuchtlage ohne besondere Bezugsmarke auf dem Rotor digital ermittelt und der Rotor in einer dementsprechenden Lage angehalten wird, 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 (8') 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 (1!9) vom Ausgang des Teilers (106) Zählimpulse über ein Und-Glied (115) und über ein Oder-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 lnkermentalimpulse (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.