DE3146046A1

DE3146046A1 - Steueranordnung fuer eine zahnradpruefmaschine

Info

Publication number: DE3146046A1
Application number: DE19813146046
Authority: DE
Inventors: Peter 8057 Zürich Thoma
Original assignee: Maag Zahnrader und Maschinen AG
Current assignee: Maag Zahnrader und Maschinen AG
Priority date: 1981-11-09
Filing date: 1981-11-20
Publication date: 1983-05-26
Also published as: US4498335A; JPS5892906A; JPH0116367B2; DE3146046C2; CH654657A5

Description

Maag-Zahnräder & -Maschinen Aktiengesellschaft CH-8023 Zürich

Steueranordnung für eine Zahnradprüfxnaschine

Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Eine bekannte Zahnradprüfmaschine, für die diese Steueranordnung vorgesehen ist, ist in Fig. 1 dargestellt, anhand welcher zunächst kurz das Meßprinzip einer solchen Zahnradprtifmaschine erläutert wird:

Bei der Prof!!prüfung wird der Wälzschlitten 10 durch den stufenlos regelbaren Profilmeßantriebsmotor 12 verschoben. über das Hebelsystem 14 wird dadurch das auf Kugelführungen gelagerte Wälzlineal 16 bev/egt. An diesem rollt der Wälzzylinder 18 schlupffrei ab. Dessen Drehbewegung wird durch eine Magnetkupplung auf die Werkstückspindel 20 übertragen. Das Hebelsystem 14 wird, wenn die Bedienungsperson an der Maschine den Grundkreisdurchmesser einstellt, durch den Zustellschlitten 22 zwangsläufig so ver-

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ändert, daß die erzeugte Relativbewegung zwischen dem Taster 24 und dem Prüfzahnrad 26 immer genau der Wälzung entspricht, welche durch Abrollen des PrüfZahnrades auf seinem Verzahnungsgrundkreis entstehen würde. Die Relativbewegung zwischen dem Taster 24 und der Zahnflanke des Prüfzahnrades 26 entspricht daher genau einer mit dem Grundkreis des PrüfZahnrades übereinstimmenden Evolvente. Wenn das Zahnprofil von der genauen Evolventenform abweicht, so wird der Taster 24 entsprechend ausgelenkt. Die Tasterauslenkung wird von einem nicht dargestellten Registriergerät angezeigt und entsprechend der gewählten Vergrößerung aufgezeichnet.

Beim Prüfen der Zahnrichtung wird die Kulissenscheibe um den Betrag des GrundschrägungswinkeIs gedreht, und der Vertikalschlitten 30 wird durch den Helixmeßantriebsmotor 32 bewegt, während der Wälzschlitten 10 stillsteht. Infolge der Schrägstellung der Kulissenscheibe 28 verschiebt sich der Helixschlitten 34, wodurch das Hebelsystem 14 wiederum das Wälzlineal 16 bewegt und das Prüfzahnrad 26 gedreht wird. Aus der Drehung des PrüfZahnrades 26 und der vertikalen Bewegung des Tasters 24 resultiert eine Relativbewegung in Form einer Schraubenlinie, deren Steigung, bezogen auf den Grundkreiszylinder des Prüf-, zahnrades, genau dem eingestellten Schrägungswinkel entspricht. Der Taster 24 bewegt sich somit längs einer Flankenlinie auf- oder abwärts. Jede Abweichung der Zahnflanke von der theoretischen Schraubenlinie bewirkt eine Auslenkung des Tasters, die vom Registriergerät angezeigt und entsprechend der gewählten Vergrößerung aufgezeichnet wird.

Es hat sich bei solchen Zahnradprüfmaschinen herausgestellt, daß die geforderte Prüfgenauigkeit nur bei Zahnrädern bis zum einem Durchmesser von 1,60 m und bis zu

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einem Gewicht von 6 t eingehalten werden kann. Bei Zahnrädern größeren Durchmessers und größeren Gewichts wird das gesamte Meßsystem so schwingungsempfindlich, daß genaue Messungen, insbesondere in der Anfangsphase der Messung an jeder Zahnflanke, nicht mehr möglich sind. Die Trägheit der PrüfZahnräder ist dann nämlich so groß, daß bei der Kraftübertragung von dem Schlittensystem über das Hebelsystem und das Wälzlineal auf das Prüfzahnrad, um dieses in Drehung zu versetzen, Eigenschwingungen der Maschine angeregt werden, die das Meßergebnis so verfälschen, daß es unbrauchbar ist. Bei der vorstehend beschriebenen bekannten Zahnradprüfmaschine ist zwar der Hilfsantrieb 36 vorgesehen, dessen Drehmoment auf weiter unten noch näher beschriebene Weise so eingestellt wird, daß er u.a. sämtliche Lagerreibungen im Bereich der Werkstückspindel 20 kompensiert, bei jedem MeSvorgang, der an jeder Sahnflanke erneut beginnt, stallen sich wegen nicht ausreichender Steifigkeit der Anordnung aus dem Hebelsystem und dem Wälz lineal bei sehr großen Prüf zahnrädern jedoch Schwingungen ein, die sich bislang bei keiner der bekannten Prüfmaschinen vermeiden lassen. .Die Kurve 2 in Fig. 2 .zeigt solche Schwingungen am Beginn des Meßvorganges bei einer Messung in Richtung vom Riß zum Kopf der Zahnflanke. Es ist zu erkennen, daß der Einschwingvorgang am Kurvenanfang praktisch ein Zehntel der gesamten Messung ausmacht, was bedeutet, daß die Messung durch diesen Einschwingvorgang praktisch unbrauchbar wird ο

Zum Umgehen des Problems der Schwingungsempfindlichkeit ist bereits eine Zahnradprüfmaschine bekannt geworden (US-PS 3 741 659), bei der statt der Anordnung aus dem Hebelsystem und dem Mälzlineal zum Drehen des Prüfzahnrades durch Wälzen rein elektronische Mittel vorgesehen sind, d. ho ein eigener Antrieb für die Drehbewegung

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des Prüfzahnrades und für die Linearbewegung des Schlittens mit dem Taster benutzt wird. Die für die einzelnen Bewegungen vorgesehenen Motoren arbeiten jeweils für sich unabhängig und werden untereinander mittels Tachogeneratoren sychronisiert. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß die gegenseitige Bewegungsabstimmung äußerst genaue Meßwertgeber und einen wirtschaftlich nicht vertretbaren Aufwand an Elektronik erfordert.

Es ist weiter eine Zahnradprüfmaschine bekannt geworden (DE-AS 27 47 863), die insofern der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Zahnradprüfmaschine entspricht, als bei ihr wieder die mechanische Anordnung zwischen dem Schlittensystem und dem Prüfzahnrad vorhanden ist und daß für das Schlittensystem und den Wälzzylinder je ein eigener Antriebsmotor vorgesehen ist, unterschiedlich ist aber, daß zwischen dem Schlittensystem und dem Wälzlineal der mechanischen Getriebekette ein die Relativbewegungen zwischen Schlitten und Wälzlineal erfassender Wegaufnehmer angeordnet ist und der Ausgang des Wegaufnehmers einerseits mit einer Nachlaufregeleinheit für den Antriebsmotor des Meßschlittens und andererseits über einen Differenzbildner mit dem Taster verbunden ist. In diesem Fall ist also der Antrieb für das Prüfzahnrad kein Hilfsantrieb, sondern ein Hauptantrieb, der statt des Wälzvorganges zwischen dem Wälzlineal und dem Wälzzylinder das Prüfzahnrad in Drehung versetzt. Auch bei dieser bekannten Maschine werden bei der Prüfung von großen Zahnrädern Schwingungsprobleme auftreten , insbesondere jeweils beim Anfahren des Meßvorganges an jeder Zahnflanke. Außerdem kann eine Zahnradprüfmaschine, bei der das übliche Schlittensystem, das Hebelsystem mit dem Wälzlineal und der Hilfsantrieb für das Prüfzahnrad vorgesehen sind, nicht ohne weiteres auf das Prinzip dieser

bekannten Maschine umgerüstet werden.

Die erwähnten Schwingungen, die beim Anfahren des Meßantriebes auftreten, lassen sich bei Zahnrädern, bei denen die Zahnflanken einen Hinterschliff haben, selbstverständlich vermeiden, weil sich dort der Anfahrvorgang des Meßantriebes abspielt, während sich der Taster noch im Bereich des Hinterschliffs, also nicht auf der aktiven Zahnflanke befindet und somit die eigentliche Messung erst beginnt, nachdem die Anfahrschwingungen bereits aufgehört haben. Die meisten Zahnräder haben jedoch keinen derartigen Hinterschliff. Weiter ließen sich die erwähnten Anfahrschwingungen auch vermeiden, indem der Meßantrieb in beliebig langer Zeit angefahren wird. Das ist jedoch nicht praktikabel, weil von einer Zahnradprüfmaschine eine bestimmte Meßleistung verlangt wird, die voraussetzt, daß für die Messung pro Zahnflanke nicht mehr Zeit als unbedingt erforderlich aufgewendet wird. Es ist deshalb erforderlich, daß bereits beim Anfahren des Meßantriebs, d. h. bei dessen Hochfahren auf die Endmeßgeschwindigkeit gültige Meßergebnisse möglichst sofort erzielt v/erden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steueranordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, daß bereits ab dem Anfang des Meßvorganges gültige, d. h. nicht von Eigenschwingungen der Maschine beeinträchtigte MeSergebnisse ersielt werden, ohne daß bei der Maschine auf das vorteilhafte Vorhandensein des Hebelsystems und des Wälzlineals und damit der zwangsläufigen Bewegungsübertragung zwischen dem Schlittensystem und dem Prüfzahnrad verzichtet wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die in der Steueranordnung nach der Erfindung enthaltene Anfahrsteuereinrichtung hält die Steigung der Kennlinie, die die zeitliche Abhängigkeit der Meßgeschwindigkeit bis zum Erreichen der Endmeßgeschwindigkeit darstellt, auf einem derartigen Wert, daß die Endmeßgeschwindigkeit in möglichst kurzer Zeit erreicht wird, ohne daß das Meßergebnis verfälschende Schwingungen beim Anfahren auftreten. Die Anfahrsteuereinrichtung kann ohne weiters in die bereits vorhandene Steueranordnung der Zahnradprüfmaschine eingebaut werden. Zu diesem Zweck ist lediglich die vorhandene Verbindung zwischen der Endmeßgeschwindigkeitseinstellvorrichtung und dem Geschwindigkeitsregler aufzutrennen und mit der Anfahrsteuereinrichtung zu verbinden, und an der Maschine ist an geeigneter Stelle ein Schwingungsaufnehmer anzubringen. Das Drehmoment des Hilfsantriebes, das vorher auf der Grundlage einer von Hand gefahrenen Messung der Zahnflanke dadurch ermittelt worden ist, daß der Meßvorgang erst vom Fuß zum Kopf und dann vom Kopf zum Fuß der Zahnflanke mehrmals durchgeführt und dabei so variiert worden ist, bis die bei einem Meßvorgang in beiden Richtungen erhaltenen Meßkurven deckungsgleich waren, wird in die AnfahrBteuereinrichtung eingegeben und dann wird der Kehrwert des so ermittelten Drehmoments während des Anfahrvorganges mit dem Kehrwert der Hüllkurvenamplitude des Schwingungssignals aus dem Schwingungsaufnehmer multipliziert, wodurch die Anfahrsteuerung eine optimale Steigung für die Anfahrkurve einstellt.

Die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 zeigt, daß die Anfahrsteuereinrichtung mit sehr einfachen elektronischen Mitteln realisierbar ist.

In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 wird eine Mindesthüllkurvenamplitude des Schwingungssignals des Schwingungsaufnehmers gewählt, bei der das Einwirken

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auf die Steilheit der Anfahrkurve abgebrochen wird. Für die Mindesthüllkurvenamplitude wird ein Wert gewählt, bei dem der Taster keinen Ausschlag mehr anzeigt.

In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 ist der Schwingungsaufnehmer an einer Stelle in der Maschine vorgesehen, wo die übertragung von der Meßgeschwindigkeit auf die Drehbewegung des PrüfZahnrades stattfindet. Dieser Anbringungsort ist besonders günstig, da derselbe direkt mit dem zu messenden Punkt gekoppelt ist. Der Schwingungsaufnehmer könnte selbstverständlich auch an dem Hebelsystem oder am Wälzlineal befestigt werden, nur würden sich dann größere Signalamplituden ergeben. Die vom Schwingungsaufnehmer erfaßte Schwingungsfrequenz der Maschine bewegt sich üblicherweise zwischen 2-14 Hz.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Beispiel einer Zahnradprüfmaschine,

bei der die Steueranordnung nach der Erfindung verwendbar ist,

Fig. 2 Meßkurven einer Versuchsmeßserie,

Fig. 3 ein Diagramm, in welchem die Meßge

schwindigkeit über der Zeit für verschiedene Kurven mit linearem Anstieg der Meßgeschwindigkeit auf die Endmeßgeschwindigkeit aufgetragen ist,

Fig. 4 eine S-förmig ansteigende Kurve, die an

Stelle der linearen Anstiegskurven von

Fig. 3 verwendet werden kann,

Fig. 5 ein Blockschaltbild der Steueranordnung

nach der Erfindung,

Fig. 6 ein Blockschaltbild der in Fig. 5 vorge

sehenen Anfahrsteuereinrichtung und

Fig. 7 ein Diagramm des von dem Schwingungsauf

nehmer in Fig. 5 gelieferten Schwingungssignals.

Fig. 1 zeigt eine bekannte Zahnradprüfmaschine, deren Arbeitsweise eingangs beschrieben ist. In dieser Maschine ist an einer Stelle X am Wälzzylinder 18 ein in Fig. 5 schematisch als Block dargestellter Schwingungsaufnehmer 50 vorgesehen. Bei diesem Schwingungsaufnehmer handelt es sich hier um einen bekannten Beschleunigungsgeber (z. B. Typ QA 1100 SÜNDSTRAND).

Die Übliche Steueranordnung dieser Maschine hat den in Fig. 5 dargestellten Aufbau, mit Ausnahme der Anfahrsteuereinrichtung 52, statt welcher üblicherweise eine direkte Verbindung zwischen der Endmeßgeschwindigkeit-Sollwertaufbereitungsschaltung 54 und dem PID-Geschwindigkeitsregler 56 und keine Verbindungsleitung 58 zwischen dem Schleifer eines als Drehmoment Einstellvorrichtung für den Hilfsantrieb vorgesehenen Potentiometers 60 vorhanden ist, und mit Ausnahme des Schwingungsaufnehmers 50. In der den üblichen Aufbau aufweisenden Steueranordnung liefert ein als Endmeßgeschwindigkeitseinstellvorrichtung dienendes Potentiometer 62 eine bestimmte Endmeßgeschwindigkeit, die nach der Erfahrung in Abhängigkeit von Größe und Gewicht des Prüfzahnrades 26 an der Maschine eingestellt wird. Das von dem Potentiometer 62 gelieferte Signal wird durch die Sollwert-

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aufbereitungsschaltung 54 in einen rait dem Geschwindigkeitsregler 56 kompatiblen Zustand gebracht. Dessen Ausgangssignal, das einen Drehzahlsollwert η ·., darstellt, wird über einen Servoverstärker 64 an einen Meßantriebsmotor M angelegt, bei dem es sich um den Profilmeßantriebsmotor 12 oder den Helixmeßantriebsmotor 32 in Fig. 1 handelt. Dessen Drehzahl wird durch einen Tachogenerator T abgefühlt und als Istdrehzahlsignal n. . an den Geschwindigkeitsregler angelegt.

Das Potentiometer 60 wird auf einen Drehmomenteinstellwert von Hand eingestellt. Dieser Einstellwert wird von einer Drehmoment-Einstellwertaufbereitungsschaltung in einen mit dem Hilfsantrieb kompatiblen Zustand gebracht und über einen Servoverstärker 68 an den Hilfsantriebsmotor 36 angelegt. Der Hilfsantriebsmotor dient, wie eingangs dargelegt, dem Zweck, ein konstantes Drehmoment aufzubringen, welches die Lagerreibungen und das Losreißmoment im Bereich der Werkstückspindel 20 und des PrüfZahnrades 26 gerade kompensiert. Der Hilfsantriebsmotor 36 dient also wohlgemerkt nicht dem Zweck, das Prüf zahnrad !Während des Meßvorganges anzutreiben, sondern lediglich die durch dieses hervorgerufenen Reibungskräfte gerade zu kompensieren, damit diese nicht auch noch über das Hebelsystem und das Wälzlineal vom Meßantrieb aufgebracht werden müssen. Für Zahnräder mit einem Gewicht von mehreren Tonnen wären nämlich das Hebelsystem und das Wälzlineal nicht steif genug, um einen Kraftschluß zwischen dem Meßantrieb und dem Zahnrad aufrechtzuerhalten. Der geeignete Einstellwert für das Drehmoment wird, wie eingangs erwähnt, ermittelt, indem an einer Zahnflanke zwei Messungen, d. h. vom Fuß zum Kopf und vom Kopf zum Fuß durchgeführt werden und dieser Vorgang unter Veränderung des Einstellwertes so lange wiederholt wird, bis beide Meßkurven zur Deckung gebracht sind und damit das optimale Drehmoment des Hilfsantriebes vorliegt,

das die Reibungskräfte gerade aufhebt. Bei diesem Meßvorgang handelt es sich um eine normale Messung, durch die z. B. eine Meßkurve wie die in Fig. 2 mit 1 bezeichnete erzielt werden kann. Der Servoverstärker 68 betreibt dann den Hilfeantriebsmotor 36 mit einem dem gefundenen Drehmomenteinstellwert einsprechenden konstanten Strom. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß, wenn eine Steueranordnung der in Fig. 5 dargestellten Art ohne die Anfahrsteuereinrichtung und den Schwingungsaufnehmer nach der Erfindung benutzt wird, am Anfang des Beginns der Messung auf der aktiven Flanke des PrüfZahnrades Schwingungen erzeugt werden (Kurve 2 in Fig. 2), die das Meßergebnis unbrauchbar machen. Da bekanntlich der Grundkreisradius des PrüfZahnrades, das Gewicht desselben und die Lagerreibung der Maschine in die Einstellung des Drehmoments des Hilfsantriebes eingehen, werden diese Parameter durch das Messen einer Zahnflanke und das beschriebene In-Deckung-bringen von zwei an derselben Zahnflanke erhaltenen Meßkurven durch das dann eingestellte Drehmoment des Hilfsantriebes zwar kompensiert. Dadurch lassen sich aber bei großen Zahnrädern nicht die erwähnten Schwingungen am Beginn des Meßvorganges beseitigen. Diese implizit in dem eingestellten Drehmoment des Hilfsantriebes enthaltenen Parameter können jedoch auf im folgenden beschriebene Weise dazu benutzt werden, durch geeignete Verknüpfung mit dem von einem Schwingungsaufnehmer gelieferten Schwingungssignal den Meßantrieb so auf die Endmeßgeschwindigkeit hochzufahren, daß keine (durch unzureichende Steifigkeit des mechanischen Systems zwischen dem Meßantrieb und dem Prüfzahnrad verursachten) Schwingungen entstehen können.

Gemäß Pig. 5 ist zur Vermeidung der Anfahrschwingungen die mit dem Schwingungsaufnehmer 50 verbundene Anfahrsteuereinrichtung 52 vorgesehen, deren Eingang I mit dem Ausgang der Sollwertaufbereitungsschaltung 54, deren Eingang IV mit dem Schleifer . des Potentiometers 60, dessen Eingang III mit dem Ausgang des Schwingungsaufnehmers 50 und dessen Ausgang II mit dem Geschwindigkeitsregler 56 verbunden ist. Bevor auf den Aufbau der AnfahrSteuereinrichtung 52 im einzelnen eingegangen wird, werde aber die MeSserie näher betrachtet, die zu den in Fig. 2 dargestellten MeSkurven geführt hat.

Die Messungen wurden an einem 12 t wiegenden Prüfzahnrad unter folgenden Bedingungen durchgeführt:

Messserie Profil HA 6,8 2000faoh 2Hs 2:1	V	T	Bemerkungen
Messung	2,2	-	Vergleichsdiagramn
1	2,2	Is	zu Beginn aktiver Planke angefahren
2	2,2	3s	zu Beginn aktiver Flanke angefahren
3	2,2	5s	zu Beginn aktiver Flanke angefahren
4	2,2	8s	zu Beginn aktiver Flanke angefahren
5

Darin bedeuten:

HA 6,8 = Stellung des Hilfsantriebs (0...10) 2000fach = Vergrößerung Tastersignal 2 Hz = Registriergerätfilter (nicht dargestellt)

Bei der Messung 1 wurde die Zeit T bis zum Erreichen der Endmeßgeschwindigkeit so groS gewählt, daß mit Sicherheit keine Schwingungen bei dem Anfahrvorgang auftreten konnten. Die Kurve 1 kann deshalb als Vergleichsdiagramm dienen. Eine so große Zeit steht in der Praxis nicht zur Verfügung, weil aus wirtschaftlichen Gründen eine gewisse Meßleistung

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erreicht werden muß, die eine bestimmte Maximalmeßzeit voraussetzt/ die nicht überschritten werden sollte.

Der von der Anfahrsteuereinrichtung 52 festgelegte Anstieg der Meßgeschwindigkeit auf die Endmeßgeschwindigkeit kann linear erfolgen (Fig. 3) oder S-förmig (Fig. 4). Es hat sich gezeigt, daß in beiden Fällen keine meßbaren Unterschiede auftreten, weshalb nur die linear ansteigenden Kurven gemäß Fig. 3 ausführlicher beschrieben werden.

Kurven der in Fig. 3 gezeigten Art wurden bei den Messungen verwendet, deren Ergebnisse in Fig. 2 angegeben sind. Die Kurve 2 entspricht einem Anstieg der Meßgeschwindigkeit auf die Endmeßgeschwindigkeit von 2,2 m/s in 1 s. Bei den Messungen 3, 4 und 5 wurde dieselbe Endmeßgeschwindigkeit benutzt, die aber jeweils mit geringerer Steigung angefahren wurde, d. h. in 3 s, 5 s bzw. 8 s. Die Steigung oC der Kurve 2 ist zu groß, d. h. das lineare Hochfahren auf die Endmeßgeschwindigkeit von 2,2 m/s in 1 s erfolgt zu schnell, weil, wie die Kurve 2 in Fig. 2 zeigt, am Beginn des Anfahrvorganges Schwingungen erzeugt werden, die das Meßergebnis unbrauchbar machen. Die eine zunehmend geringere Steigung aufweisenden Kurven 3 und 4 zeigen eine abnehmende Schwingungstendenz, und die Kurve 5 zeigt schließlich einen schwingungsfreien Verlauf am Anfang des Meßvorganges. D. h. eine Steigung öC , die einem Hochfahren auf die Endmeßgeschwindigkeit von 2,2 m/s in 8 s entspricht, ergibt ein gutes Meßergebnis. In den in Fig. 2 als Kurven 2 bis 5 dargestellten Fällen ist zwar die Anfahrsteuereinrichtung 52 zusammen mit dem Schwingungsaufnehmer 50 verwendet worden, es wurden jedoch von Hand bestimmte Steigungen oL zu Veranschaulichungszwecken fest vorgegeben. Zweck der im folgenden näher beschriebenen Anfahrsteuereinrichtung ist es selbstverständlich, ein der

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Kurve 5 in der Qualität entsprechendes Meßergebnis automatisch zu erzielen. Zu diesem Zweck wird der Schwingungsaufnehmer 50 benutzt, dessen Schwingungssignal dazu dient, die Steigung oL der die Meßgeschwindigkeit über der Zeit darstellenden Anfahrkurve auf einen optimalen Wert zu bringen, bei welchem keine das Meßergebnis verfälschenden Schwingungen auftreten und trotzdem in möglichst kurzer Zeit auf die Endmeßgeschwindigkeit hochgefahren werden kann.

Die Anfahrsteuereinrichtung 52 ist ausführlich in Fig. 6 dargestellt. Die Anfahrsteuereinrichtung 52 empfängt über ihren Eingang III ein Schwingungssignal (Fig. 7) aus dem Schwingungsaufnehmer 50. Eine Signalaufbereitungsschaltung 70 ermittelt die Amplitude H der Hüllkurve des Schwingungssignals und gibt den Kehrwert 1/H an einen steuerbaren Verstärker 72 ab, der außerdem über die Verbindungsleitung 58 und den Eingang IV ein dem an dem Potentiometer 60 eingestellten Drehmoment entsprechendes Signal empfängt. Der steuerbare Verstärker 72 bildet aus dem Kehrwert des Drehnonsnteinstellwerts und dem Kehrwert 1/H das Produkt und gibt dieses über seinen Ausgang als ein der Steigung oC entsprechendes Signal an einen steuerbaren Integrator 74 ab. Der steuerbare Integrator empfängt über den Eingang I das Sollgeschwindigkeitssignal V ,, und läßt die Meßgeschwindigkeit von null auf die Endmeßgeschwindigkeit mit der Steigung $- linear ansteigen. Das Ausgangssignal ^v _so^i(t) wird über den Ausgang II an den PID-Geschwindigkeitsregler 56 abgegeben«, Der Geschwindigkeitsregler 56 macht einen Soll-/Istwertvergleich zwischen der der jeweiligen Sollgeschwindigkeit entsprechenden Solldrehzahl und der Istdrehzahl η. . und gibt ein der Differenz entsprechendes

X St

Stellsignal über den Servoverstärker 64 an den Meßantriebsmotor M ab, der schließlich das Meßzahnrad entsprechend

.-16 -

dreht. Die Signalaufbereitungsschaltung 70 ist außerdem mit dem Schleifer eines Potentiometers 76 verbunden. An dem Potentiometer 76 wird das Abbruchkriterium eingestellt, d. h. ein bestimmter Mindestwert der Hüllkurvenamplitude H und damit eine bestimmte Größe des Schwingungssignals, ab welchem die Steigung cL nicht mehr verändert werden soll, weil sie ihren optimalen Wert erreicht hat. Für das Abbruchkriterium wird eine Schwingungsgröße gewählt, bei der der Taster 24 nicht mehr reagiert. Der Schwingungsaufnehmer 50, der wesentlich empfindlicher ist als der Taster, liefert zwar noch Schwingungssignale, es muß aber eine Grenze festgelegt werden, ab welcher diese Schwingungssignale sich am Taster nicht mehr bemerkbar machen können, weil der Taster zu unempfindlich ist.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 7 wird nun die Arbeitsweise der Steueranordnung beschrieben.

Zunächst wird an dem Potentiometer 62 die Endmeßgeschwindigkeit eingestellt, bei der es sich um einen Erfahrungswert handelt, der angibt, wie schnell ein bestimmtes Zahnrad auf einer bestimmten Zahnradprüfmaschine gemessen werden kann. Die Endmeßgeschwindigkeit V ,, wird von der Sollwertaufbereitungsschaltung 54 an die Anfahrsteuereinrichtung 52 abgegeben, die die Meßgeschwindigkeit mit einer optimalen Steigung Ot (Fig. 3) auf die Endmeßgeschwindigkeit hochfährt. Die Anfahrsteuereinrichtung 52 ist also praktisch ein Führungsgrößengeber für den PID-Geschwindigkeitsregler 56, die diesem die Führungsgröße in der Beschleunigungsphase liefert und ihn nach dem Erreichen der Endmeßgeschwindigkeit veranlaßt, diese konstant beizubehalten. Das Potentiometer 60 wird auf die oben beschriebene Weise so eingestellt, daß der Hilfsantriebsmotor 36 für das betreffende Prüfzahnrad

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und die betreffende Maschine die Reibungskräfte, den Grundkreisradius und das Gewicht des PrüfZahnrades gerade kompensiert. Zu diesem Zweck wird vorher eine Messung entsprechend der Kurve 1 in Fig.2 durchgeführt, wie oben beschrieben. Wenn für den Hilfsantrieb ein zu geringes Drehmoment eingestellt würde oder überhaupt kein Hilfsantrieb vorgesehen wäre, dann würde sich das gesamte Hebelsystem verbiegen und wäre nicht in der Lage, das Prüfzahnrad trägheitslos mitzunehmen.

Der Schwingungsaufnehmer 50 liefert ein Schwingungssignal, dessen Hüllkurvenamplitude ^H/_t\ (Fig.7) und davon der Kehrwert durch die Signalaufbereitungsschaltung 70 ermittelt werden. Mit dem Kehrwert l/H des Schwingungssignals wird in dem steuerbaren Verstärker 72 der Kehrwert des Drehmomenteinstellwertes multipliziert. Das ergibt eine bestimmte Steigung $£,*.» mit der der steuerbare Integrator 74 angesteuert wird, welcher seinerseits auf den Geschwindigkeitsregler 56 einwirkt, wie beschrieben. Allgemein mathematisch lässt sich für die Steigung O ^sagen: ό ι ι

^C (t) Hilfsantrieb H_(t)

Am Anfang der Messung ist die Hüllkurvenamplitude H₁ gross und der Kehrwert l/H, ist entsprechend klein. Der kleine Kehrwert l/H, ergibt eine bestimmte Verstärkung in dem steuerbaren Verstärker 72 und einen bestimmten Wert für die Steigung «^ . Nach der Nachstellung des Messantriebsmotors M liefert der Schwingungsaufnehmer 50 ein Schwingungssignal mit einer kleineren Amplitude H„. Ueber den grosser werdenden Kehrwert ergeben sich wieder eine grössere Steigung e£ und eine grössere Schwingungsamplitude, so dass der Messantriebsmotor M mit einer dieser ent-

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sprechenden Geschwindigkeit nachgestellt wird. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis das in Abhängigkeit von der Maschine eingestellte Abbruchkriterium, nämlich ein bestimmter Mindestwert der Amplitude H erreicht ist. In diesem Augenblick ist der optimale Wert für die Steigung U. gefunden, der nun nicht mehr verändert wird, bis ein neuer Messvorgang initialisiert wird.

Claims

Patentansprüche s

J Steueranordnung für eine Zahnradprüfmaschine mit einem einen Meßtaster (24) tragenden und einen durch einen Geschwindigkeitsregler (56) regelbaren Meßantrieb (M) aufweisenden Schlittensystem (10, 22, 30, 34), mit einem durch das Schlittensystem betätigten Hebelsystem (14) zum Bewegen eines Wälzlineals (16), auf dem ein mit dem Prüfzahnrad (26) gekuppelter und mit einem auf konstantes Drehmoment einstellbaren Hilfsantrieb (36) versehener Wälzzylinder (18) schlupffrei abrollt, mit einer Endmeßgeschwindigkeitseinstellvorriehtung (62, 54), die den SoIlwertiV ,,)für den Geschwindigkeitsregler (56) liefert, und mit einer Drehmomenteinstellvorrichtung (60) für den Hilfsantrieb (36), gekennzeichnet durch einen mit der Maschine fest verbundenen und ein Schwingungssignal liefernden Schwingungsaufnehmer (50) und durch eine zwischen der Endmeßgeschwindigkeitseinstellvorrichtung (62, 54) und dem Geschwindigkeitsregler (56) angeordnete und mit dem Ausgang des Schwingungsaufnehmers (50) und mit der Drehmomenteinstellvorrichtung (60) verbundene Anfahrsteuereinrichtung (52), die die Meßgeschwindigkeit (V) in Abhängigkeit

von der Zeit (t) so auf den Sollwert (V ..) ansteigen läßt, daß die Steigung ( oC...) gleich dem Produkt aus dem Kehrwert des eingestellten Hilfsantriebsdrehmoments und dem Kehrwert der Amplitude (^H/_t\) der Hüllkurve des Schwingungssignals ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfahrsteuereinrichtung (52) enthält: eine mit dem Ausgang des Schwingungsaufnehmers (50) verbundene Signalaufbereitungsschaltung (70) zum Ermitteln des Kehrwerts der Amplitude der Hüllkurve des Schwingungssignals,

einen mit der Drehmomenteinstellvorrichtung (60) und der Signalaufbereitungsschaltung (70) verbundenen steuerbaren Verstärker (72) zum Bilden des Produkts aus dem Kehrwsrt des eingestellten Hilfsantriebsdrehmoments und dem Kehrwert der Amplitude der Hüllkurve des Schwingungssignals, und einen mit der Endmeßgeschwindigkeitseinstellvorrichtung (62) und mit dem Ausgang des steuerbaren Verstärkers (72) verbundenen steuerbaren Integrator (74), der das Ausgangssignal {Vgon^M der Anfahrsteuereinrichtung (52) an den Geschwindigkeitsregler (56) abgibt.
3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine mit der Signalaufbereitungsschaltung (70) verbundene Vorrichtung (76) zum Einstellen einer Mindesthüllkurvenamplitude als Abbruchkriterium für das Verändern der Steigung ( od ) während des Anfahrsteuervorgangs.
4. Anordnung nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsaufnehmer (50) an dem Wälzzylinder (18) befestigt ist.