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Verfahren zum Messen von Leistungsdaten
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und Vorrichtung dafür Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum essen
yen Lei stungsdaten mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen und
Vorrichtung zur Durchführung des Ver fahrens.
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Für derartige Verfahren und Vorrichtungen war es bisher erforderlich,
für jede zu vermessende Anlage einen eigenen Meßstand einzurichten, der alle für
das Messen erforderlichen Geräte und den Rechner mit Bildschirmvorrichtung und ggf.
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Schnelldrucker aufwies. Bekannte Anlagen sind in ihrer Leistungsfähigkeit
begrenzt und außerdem deshalb aufwendige weil für jede Meßstelle sämtliche Geräte
vorhanden sein müssen.
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Bekannte Kalibrierverfahren beschränken sich auf die Überprüfung von
Rinzelkomponent und einzelnen Platinen und die Justierung von Wandlersystemen. Fehler
und Nichtlinearitäten der Messperipherie, wie Relaismatri.xa Interfaces und Datenübert:ra.gungsstrecke
werden dabei nicht erfaßt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und Vorrichtung
vorzuschlagen, bei denen eine erhebliche Leistungssteigerung, also neben einer Steigerung
der Meßgenauigkeit eine wesentliche Beschleunigung der Messungen
bei
vermindertem Aufwand an Geräten möglich wird. Außerdem sollen außer einer reinen
Datenvermessung weitere Aufgaben wie Schnittstellenüberprüfung, ggf. stufenweise
Inbetriebnahme der Arbeitsgeräte und optische Justage mit dem neuen Verfahren durchführbar
sein. Die bisher beim Kalibrieren nicht erfaßten Fehlerquellen sollen bei dem neuen
Verfahren in die Messung einbezogen und berücksichtigt werden. Die zur Lösung der
gestellten Aufgabe wesentlichen Merkmale der Erfindung sind für das Verfahren im
Patentanspruch 1, für die Vorrichtung im Patentanspruch 6 genannt. Die Unteransprüche
nennen Ausführungsarten der Erfindung. Durch die Erfindung können große Datenmengen
bei großer Geschwindigkeit verarbeitet werden.
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Das wesentliche neue Grundprinzip der Erfindung ist somit darin zu
sehen, daß über einen Prozeßrechner eine Autokalibrierstation gesteuert wird, welche
eine Referenzspannung abgibt. Diese Spannung wird ferngeleitet einem an jedem Meßplatz
angeordneten Meßgerät zugeführt, dort wird durch Rechneranweisung an das Meßgerät
eine selbsttätige Kalibrierung durchgeführt, und zwar als mathematische Korrektur
der dort befindlichen A/D-Wandler. Es wird also dadurch der Vorteil erreicht, daß
das Kalibrieren einzelner Meßgeräte in Zeitintervallen überflüssig wird, da hier
ständig alle Geräte kalibriert werden. Es muß nur noch ein einziger, hochgenauer
Digitalspannungsmesser im Autokalibrator manuell kalibriert werden. Durch das selbsttätige
rechnergesteuerte Abgleichen des Meßgerätes wird eine regelmäßige Überprüfung der
Meßgeräte genauigkeit sichergestellt.
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Das Meßgerät (INBIF = Inbetriebnahme Interface) ist ein modular aufgebautes
Gerät, das aus Baugruppen der Mikro-
prozessor-Technologie aufgebaut
ist. Es enthält alle Meß-und Befehlselemente, die für den Prüfablatif der Inbetriebnahme
einer Anlage, z. B. des Panzers, benötigt werden.
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Der Prozeßrechner ermöglicht es, mehrere Meßstände bzw.
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Inbetriebnahmestände nahezu gleichzeitig zu steuern und somit an allen
Ständen die Zeisungsdatenvermessung durchzuführen. Hierbei werden den einzelnen
selbsttatig arbeitenden Meßgeräten (INBIF) von dem Prozeßrechner eine Reihe von
Befehlen digital zugeleitet. Über den vom Pro zeßrechner gesteuerten Scanner ist
es möglich, jede beliebige Spannung dem Meßgerät während des Betriebes zuzuführen.
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Der Scanner wird über den Autokalibrator mit einem Analogsignal versorgt.
Die Eichspannung am Meßgerät wird durch Ausmassen der Analogdatenstrecke über ein
hochauflösendes Digitalspannungsmesser und mit Ermittlung der Ist-Werte am Autokalibrator
ermittelt.
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Die Messung eines Leistungsdatums erfolgt nach den in Anspruch 5 genannten
Verfahrensschritten.
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Bei-dem neuen Verfahren sind Totalausfälle des Prozeßrechners nicht
zu erwarten, da er mit einem seinem Programm ständig unterlagerten sensitiven Prüfprogramm
versehen ist> wodurch Fehler im Frühstadium erkannt werden können und damit vorbeugende
Maßnahmen zur Beseitigung eingeleitet werden können. Als zusätzliche Sicherung gegen
Totalausfall des Prozeßrechners können jedoch die Meßgeräte mit integrierten Massenspeichern
ausgerüstet sein, deren Speicherelemente, Floppy-Discs oder Magnetenblasenspeicher
(bubbles), aus einem seperaten Rechnersystem mit den erforderlichen Daten geladen
werden können.
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Durch den Einsatz einer Lichtleitertelemetrie, also dadurch, daß der
Prozeßrechner über je eine Lichtleiterdatenstrecke mit jedem Meßgerät (INBIF) verbunden
ist, reduzieren sich die Datenübertragungsfehler, z. B. aufgrund von Kontaktausfällen
oder Übersprechen oder elektromagnetischer Störungen, da umfangreiche Kabelbäume
überflüssig werden Dadurch, daß das INBIF seine den Meßvorgang auslösenden Befehle
durch einfache, aneinandergereihte Sprachelemente (Software-Modulen) erhält, ist
an ihm eine weitgehende Software-Steuerung möglich. Dadurch bleibt das System leicht
modifizierbar und servicefreundlich. Durch ein eingesetztes Multiprozessorsystem
können áuch große Datenmengen bei großer Geschwindigkeit mühelos verarbeitet werden.
Durch ein Bussystem im Meßgerät wird eine einfache Austauschbarkeit einzelner Platinen
im Meßgerät-und die Erweiterung des Meßgerätes möglich. Durch ein zusätzliches Handterminal
ist eine einfache Bedienung des Meßgerätes sichergestellt.
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Bei den verwendeten Geräten werden einheitliche Schnittstellen verwendet.
Außerdem werden indirekte Steckkontakte und Platinen im Euroformat verwendet. Dadurch
wird im ganzen Meßsystem eine geringe Störanfälligkeit erreicht, und es besteht
die Möglichkeit eines Einsatzes ohne zeit-und kostenintensive Modifikation an anderen
Produktions-oder Meßanlagen.
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Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform der neuen Anlage als Panzertestsystem.
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In Fig, 1 als Schema des Aufbaus der Geräte, in Fig. 2 ein Blockschaltbild
des Meßgerätes (INBIF), in Fig. 3 schematisch den Aufbau des Autokalibrators, in
Fig. 4 als Blockschaltbild des Scanner, in Fig. 4a Teilelemente des Meßgerätes (INBIF)
mit Zuleitungen.
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Die Fig. 1 zeigt in einer unteren Reihe fünf Meßstände für Panzer
11 und rechts darüber zwei optische Stände für weltere Panzer 11 zur Leistungsdatenvermessung.
Der Prozeßrechner 1 ist einerseits mit einem Rontrollterminal 8, einem Bedienungsterminal
9 und einem Schnelldrucker 10 verbunden und andererseits über den Autokalibrator
2 und den Scanner 3 über die Analogdatenstrecke 5 mit jedem der Meßgeräte 4 (INBIF).
Weiterhin ist er unmittelbar über die Datenstrecke 6 mit den gleichen Meßgeräten
4 (INBIF) verbunden. Jedes Meßgerät ß ist mit einem Handterminal 12 verbunden und
mit den Arbeitsgeräten in dem zugehörigen Panzer 11. Der Prozeßrechner ist über
eine weitere Leitung 15 unmittelbar mit dem Scanner 3 verbunden. Sämtliche Panzer
11 sind mit Schieifringadaptoren 14 und die beiden oberen Panzer außerdem mit optischen
Justierwänden 13 ausgerüstet. Schleifringadaptoren und Justierwände sind über Leitungen
16 ebenfalls mit dem Prozeßrechner verbunden. Die Leitungen 5 und 6 sind über Kabelgalgen
17 zu den Meßgeräten 4 geführt. Eine im Anspruch 5 prazisierte Messung eines Leistungsdatums
wird mit der Anlage folgendermaßen durchgeführt:
1. Ein im Meßgerät
4 befindlicher Analogdigital--Wandler wird über den Prozeßrechner 1 auf Gleich-
oder Wechseispannung vorbereitet.
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2. In dem Autokalibrator 2 wird über den Prozeßrechner 1 eine Spannung
in der Größenordnung der am Panzerturm zu messenden Spannung eingestellt.
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3. Durch Umschaltung des Scanner 3 wird dieser Wert in einem hochgenauen
Digitalspannungsmesser 7 kontrolliert und an den Prozeßrechner 1 übermittelt.
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4. Der Prozeßrechner l gibt den Befehl an das Meßgerät 4 die von dem
Autokalibrator 3 gelieferte Spannung zu messen.
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5. Der Spannungswert des hochgenauen Digitalspannungsmessers wird
über den Prozeßrechner 1 dem Meßgerät 4 mitgeteilt.
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6. Das Meßgerät 4 führt eine Fehlerrechnung über den Digitalspannungsmesserwert
im Vergleich zum im Analogdigitalwandler gespeicherten Wert durch und setzt korrigierte
Werte des Analogdigitalwandlers in einen Fehlerspeicher i-n- köder außerhalb des
Meßgerätes 4.
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7. Es erfolgt die Durchführung der Messung des Nutzsignals im Panzerturm
zur Leistungsdatumsvermessung.
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8. Dem über den Analogdigitalwandler gemessenen Wert wird der vorher
berechnete Fehler aufgeschlagen und dem Prozeßrechner 1 als korrigierter Wert übermittelt.
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Bei einer bevorzugten Ausffihrungsform nach der Erfindung sind die
einzelnen Geräte wie folgt aufgebaut: 1. Prozeßrechner Der zentrale Prozeßrechner
ist dafür ausgelegt, die Programmorganisation und Übergabe von Parametern, wie z.
B. Soll-Werte, Toleranzen, Looplange5 Abrufkriterien usw. zu übernehmen und diese
als Software-Verben an das INBIF zu übertragen, in dem sie gespeichert werden. Er
ist weiterhin dafür ausgelegt, die Meßergebnisse, die vom INBIF nach Abarbeitung
der Prüfprogramme übertragen werden5 auszuwerten.
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2. INBIF (Fig 2 und Fig. 4a) Im INBIF sind erfindungsgemäß nachstehende
Geräte vereinigt: a) Geräte zum Messen von Signalen der Leistungsdaten der zu messenden
Anlage über Analog/Digital- bzw.
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Resolver/Digital-Wandler.
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br Steuergeräte zur Positionierung von Baugrllppen oder Geräten der
zu messenden Anlage im Falle der Vermessung eines Panzets, z. B. von Turm/lfaffe,
Hauptzielfernrohr (EMES) oder Periskop mit mindestens zwei Steuerausgängen zum Ansteuern
von zwei Achsen der Baugruppen oder Geräte.
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c) Massenspeicher (Floppy-Discs) zur Ablage der gesamten Prüf-Software
aus z. B. 50 bis 60 Software-Modulen, sowie zur Speicherung der Kalibrierkorrekturfaktoren.
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d) Drei Mikroprozessoren, von denen der erste als Master µ P die Organisation
und Verwaltung des Programmablaufs, wie Datentransfer zwischen INBIF und Prozeßrechner,
Speicherorganisation, Programmzuweisung, Synchronisation, Abspeichern von Meßwerten
auf Speicherelemente, sowie Durchschalten der Meßpfade übernimmt, während der zweite
(µP 1) alle Rechenoperationen, die im Rahmen der Meßdatenerfassung anfallen, wie
Korrektur der Meßwerte durch die Kalibrierfaktoren, Wahl des Meßbereiches usw.,
übernimmt. Im Bedarfsfalle übernimmt er weiterhin das Durchschalten der Meßpfade
(Matrix), Ausschalten des entsprechenden Wandlers, Demodulators, Filters usw. Der
dritte Mikroprozessor (µP 2) übernimmt die Regelungsaufgaben bei der Positionierung
des Systems der zu vermessenden Anlage. Durch diese Dreiteilung wird der Zugriff
aller drei Mikroprozessoren auf einen gemeinsam verwalteten Arbeitsspeicherbereich
über eine gemeinsame, einheitliche Schnittstelle (einheitlicher Mikroprozessorbus)
ermöglicht. Außerdem wird dadurch die gleichzeitige Abarbeitung von Programmpaketen
aller drei Mikroprozessoren möglich und es ergibt sich ein flexibler und variabler
Aufbau der er der Hardware aufgrund eines einzigen gemeinsamen Bussystems. Dadurch
wird die wesentliche Beschleunigung des Meßvorgangs im Sinne eines multi-processingsystems
erreicht.
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Für die zu messenden Signalarten AC, DC, ist das INBIF erfindungsgemäß
wie folgt ausgerüstet:
a) Für AC-Spannungen 0-30 V mit A/D-Wandler
mit vorgeschaltetem Eingangsspannungsteiler.
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b) für DC-Spannungen im Bereich von 0 - 30 V mit Eingangsspannungsteiler
mit nachgeschaltetem A/D-Wandler und für Statusinformationen (30 V ja/nein) einer
Relaiseingangsstufe.
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c) Für AC-Spannungen 30 V/hOQ Hz ein 400 Hz-Demodulator mit umsschaltbarem
Eingangsspannungstereich, einem nachfolgenden Filter und A/D-Wandler.
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d) Für zweiphasige Resolver-5ignale 30 V/400 Hz mit einem hochauflösenden
Resolver/Digital-Wandler.
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3. Autokalibrator (Fig. 3) Der Autokalibrator 2 weist eine Eichnormalreferenzquelle
18 auf, sowie den hochgenauen Digitaispannungsmesser 7.
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Weiterhin ist er mit einem Frequenzzähler 19 und einem Signalgenerator
20 ausgerüstet. Mit diesen Geräten wird die Frequenz der Wechselspannungssignaie
gemessen bzw.
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eingestellt. Mit 21 ist die Schnittstelle zwischen Prozeßrechner
1 und Autokalibrator 2 bezeichnet und mit 22 die Schnittstelle zwischen Prozeßrechner
1 und dem Scanner 3. Durch den Autokalibrator werden erfindungsgemäß die Wandlersysteme
des INBIF, nämlich Analog/Digital-Wandler 12 - 14 bit Auflösung und Digital/Analog-Wandler
14 bit Auflösung kalibriert. Das erfolgt nach folgenden Schritten:
a)
Ermittelung des Fehlers der Signalübertragungsstrecke vom Autokalibrator als Referenzquelle
zum INBIF. Für AC- und DC-Signale werden ein oder mehrere Korrekturfaktoren in Abhängigkeit
vom eingestellten Signalpegel ermittelt. Die Berechnung dieser Korrekturwerte und
nachfolgende Justierung der Referenzquelle erfolgt durch den Prozeßrechner.
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b) Festlegung der Nullpunkt-Abweichung der im INBIF vorhandenen A/D-
und DlA-Wandler dazu wird eine mit Korrekturwerten aus der Ermittlung des Fehlers
der Signalübertragungsstreclie vom Autokalibrator zum INBIF beaufschlagte Null-Volt-Referenz
auf den Eingang des Wandlers gegeben. Die beim Auslesen des Wandlers evtl. festgestellte
Differenz zum Soll-Wert-Null-Volt wird dann als konstanter Korrekturwert bei späteren
Messungen im INBIF ber,icksichtigt.
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c) Überprüfung der Linearität der Wandler. Dazu wird die Referenz
der Spannungsquelle zyklisch um den Betrag eines bit-Sprunges über den gesamten
Meßbereich des Wandlers erhöht. Dadurch können beim Auslesen des Wandlers Linearitätsfehler
festgestellt werden und Fehler durch Austausch des Wandlers oder anderer Komponenten
behoben werden.
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d) Die Kalibration der D/A-Wandler wird dadurch realisiert, daß man
fest definierte bit-Kombinationen auf die Eingänge der Wandler gibt und die daraus
resultierende Ausgangsspannung über die bereits überprüften A/D-Wandler mißt.
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Abweichungen vom Soll-Wert werden bei der Angabe von Spannungswerten
durch Korrekturfaktoren korrigiert.
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Alle festgestellten Korrekturwerte werden sowohl im Prozeßrechner
als auch im Speicher des INBIF abgespeichert.
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4. Scanner (Fig. 4) Der Scanner 3 dient als Schaltmatrix zum Durchschalten
der Meß- und Steuerpfade im Rahmen der Autokalibration.
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Die AC- und DC-Eichnormalea d. h. Referenzen, gelangen von der Eichnormal.-Referenzquelle
18 des Autokalibrators auf die Steuerebene des Scanners 3 und werden hier nach Bedarf
wahlweise auf eins der sieben INBIF oder direkt auf den hochgenauen Digital-Spannungsmesser
7 im Autokalibrator geschaltet.
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Die Rückleitungen von den INBIF-Geräten sind im Scanner über eine
Relais-Matrix zu einer Meßebene zusammengefaßt, die wiederum auf den Digital-Spannungstnesser
im Autokalibrator geschaltet ist. Der Scanner ist aus einer Relais-Matrix für Meß-
und Steuerebenen mit je mindestens acht Schaltphaden ausgerüstet, Die Steuerung
der Matrix erfolgt über eine IEC-Schnittsi:elle des Prozeßrechners -mit einer entsprechenden
Steuerkarte. Das Blocksohalt bild nach Fig. 4 zeigt den grundsätzlichen Aufbau des
Scanners. Vor jedem Meßvorgang erfolgen am Scanner folgende Kalibrierschritte: a)
Ermittlung des Leitungsfehlers der Signalleitung von dem Autokalibrator als Eichquelle
zum Scanner. Dazu werden durch Aufschalten je eines Relais in der Meß-und Steuerebene
Hin- und Rückleitung von/zum Autokalibrator untereinander verbunden. Die Differenz
zwischen direkt gemessenem Eichsignal und dem Signal auf der Rückleitung vom Scanner
ergibt einen Leitungsfehler.
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b) Ermittlung des Leitungsfehlers vom Scanner zum INBIF.
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Durch unterschiedliche Leitungslängen und andere Störeinflüsse ist
ein unterschiedlicher Leitungsfehler zwischen Scanner und jedem der einzelnen INBIF
zu erwarten. Zur Eleminierung dieser Fehler wird der Leitungsfehler jeder INBIF-Zuleitung
dadurch ermittelt, daß man den Spannungsabfall des Eichsignals über Hin-und Rückleitung
bis zum INBIF mißt. Dazu wird das entsprechende Relais der Meß- und Steuer ebene
im Scanner durchgeschaltet.
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Bezugszeichenliste 1 Prozeßrechner 2 Autokalibrator 3 Scanner 4 Meßgerät
(INBIF) S Kalibrierleitung 5 Lichtleiterdatenstrecke 7 Digitalspannungsmesser 8
Kontrollterminal 9 Bedienungsterminal 10 Schnelidrucker 11 Panzer 12 Handterminal
13 optische Justierwand 14 Schleifringadapter 15 Leitung 16 Leitung 17 Kabelgalgen
18 Eichnormal-Referenzquelle 19 Frequenzzähler 20 Signalgenerator 21 Schnittstelle
22 Schnittstelle