Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Überprüfung von Funktionen einer Radauswuchtvorrichtung
gemäß den Patentansprüchen 1, 7, 15
und 19 und eine Vorrichtung dazu gemäß dem Patentanspruch 20.
In der nicht vorveröffentlichten EP 00 32 413 A2 ist eine Vorrichtung zur Durchführung
eines solchen Verfahrens beschrieben, bei der die Unwucht in einem
rotierenden Körper gemessen und auf eine oder zwei Ebenen senkrecht zur Drehachse
des an einer rotierenden Welle befestigten Rades umgerechnet wird. Ein mit
der Welle gekoppelter mechanischer Meßgeber erzeugt ein elektrisches Signal, das
die während der Rotation durch die Unwucht am Rad erzeugte, am Meßgeber
wirkende periodische Kraft anzeigt. Das elektrische Signal wird in einem Analog-/-
Digitalumsetzer in ein Digitalwort umgewandelt, das der augenblicklichen Größe
der periodischen Kraft entspricht. Während jeder Umdrehung der Welle werden bei
vorbestimmten Winkelstellungen diese Digitalwörter abgetastet. In einem Speicher
sind jeweils diesen Winkelstellungen entsprechende digitale Sinus- und Kosinusgrößen
gespeichert. Die bei den vorbestimmten Winkelstellungen erhaltenen Digitalwörter
werden mit den entsprechenden Sinus- und Kosinusgrößen multipliziert und
aufsummiert. Aus diesen Daten werden die Größe der Unwucht und deren winkelmäßige
Lage bestimmt.
In der US-PS 40 63 461 und der US-PS 41 55 255 sind Auswuchtverfahren zur
genauen Bestimmung der Unwuchtposition beschrieben, um anschließend die
geeigneten Auswuchtgebiete am richtigen Ort anbringen zu können. Bei der
Ermittlung der Unwuchtposition werden Zwischenwerte in einem Speicher gespeichert
und mit jeder Umdrehung aktualisiert, bis die Lokalisierung abgeschlossen ist.
Aus der DE 26 43 962 A1 ist eine weitere Maschine zum Auswuchten von Fahrzeugrädern
bekannt. Mit der Welle dieser Auswuchtmaschine dreht sich eine
Winkelkodierscheibe, die zwischen einer Lichtquelle und einer Reihe von Fotosensoren
angeordnet ist. Längs eines Radius der Kodierscheibe ist der Winkelwert
durch eine Hell-Dunkel-Verteilung binär kodiert. Diese Binärzahl wird durch 8
Fotosensoren laufend parallel ausgelesen. Auf einer zusätzlichen, außen liegenden
Spur ist ein Taktsignal angelegt, dessen Markierungen um einen Phasenwinkel von
π/2 gegenüber den Markierungen des binärkodierten Winkelwerts versetzt sind.
Diese Steuerspur wird von einem in radialer Richtung versetzten Fotodetektor
abgetastet und dient zur Gewinnung des Taktsignals, mit dem die binär kodierten
Winkelwerte in einen Speicher eingelesen werden. Eine logische Verknüpfung der
Bitfolgefrequenz der Steuerspur und der Bitfolgefrequenz der Informationsspuren
findet nicht statt. Insbesondere stellt die bekannte Schaltung auch nicht fest, welche
der beiden Bitfolgefrequenzen um π/2 voreilt und welche nacheilt. Es wird deshalb
keine Funktionsüberprüfung vorgenommen, die eine Aussage über den richtigen
Drehsinn der Welle treffen könnte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Überprüfung der Funktionen bei einer Radauswuchtvorrichtung und eine
Vorrichtung dazu anzugeben.
Diese Aufgabe ist durch die Patentansprüche 1, 7, 15 und 19 für das Verfahren
und durch den Patentanspruch 20 für die Vorrichtung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die den Öffnungen oder Markierungen
einer Kodierscheibe entsprechende Winkelstellung abgespeichert und bei der
Funktionsüberprüfung werden die abgespeicherten Werte fortlaufend ausgelesen und
mit aktuellen Meßwerten bei Drehung der Welle verglichen. Wenn es zu einem
Fehlen von Impulsen kommt, so ist dies ein Hinweis darauf, da die elektrooptischen
Teile der Meßgeber möglicherweise nicht vollständig oder defekt sind. Es
kann festgestellt werden, ob die Winkelpositionierung korrekt ist, eines der Bauteile
nicht korrekt arbeitet, eine der Öffnungen in der Kodierscheibe verschlossen ist,
der Motor z. B. in der entgegengesetzten Richtung umläuft, die Drehzahl stabil ist,
die Schaltung fehlerhaft arbeitet, etc. Auf diese Weise kann eine sichere Anzeige
der Wellendrehung während der Auswuchtmessungen erhalten werden.
Zur Überwachung der Ausgangssignale werden bei einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens die Ausgangssignale, d. h. Winkelstellungssignale, in
einem Speicher (RAM) gespeichert, der außerdem Sollwerte und Winkeldaten
enthält. Es wird eine vorbestimmte Anzahl von Ausgangssignalen zwischen Referenzwerten
überwacht und die Drehrichtung angezeigt. Dreht sich die Welle
kontinuierlich mit einer Drehzahl aus einem vorbestimmten Drehzahlbereich, wird
ein Positionszähler im Speicher angeregt und der Zähler wird bei jeder Änderung
der Winkeldaten um Eins erhöht. Der Zähler bleibt bei der nächsten Bezugsanzeige
stehen und der erreichte Zählerstand kann mit der vorbestimmten Zahl
von Zählungen verglichen werden, so daß Fehlfunktionen aufgrund optischer
Schwächung, mechanischer Aberrationen und Schaltkreisfehler in Bauteilen festgestellt
werden können. Des weiteren wird der Zustand eines Winkelstellungssignals
im Speicher abgespeichert und wird zum Erregen eines Zeitzählers benutzt. In
diesem werden serielle Zeitzählungen so lange addiert, bis ein Zustand des Winkelstellungssignals
auftritt, der sich von dem gespeicherten Zustand unterscheidet. Die
Zeitzählung wird für jede vorgesehene Winkelstellung während einer Wellenumdrehung
durchgeführt und die größte und kleinste Zeitzählung werden gespeichert. Auf
diese Weise werden die größten und kleinsten Winkel festgestellt, die die Winkelstellungssignale
trennen, und es kann eine korrekte Phaseneinstellung der Signale
für die Kodierscheibe überwacht und erhalten werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Beschreibung und der Zeichnung
eingehender erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Radauswuchtvorrichtung, bei der
das Verfahren angewendet werden kann,
Fig. 2 eine Ansicht einer in der Vorrichtung von Fig. 1 enthaltenen Kodierscheibe
in vergrößerter Darstellung, bei der die Blickrichtung der
Richtung der Pfeile 2 in Fig. 1 entspricht,
Fig. 3 einen Ausschnitt aus der Kodierscheibe von Fig. 1 in vergrößerter
Darstellung gemäß dem Kreis 3 in Fig. 2,
Fig. 4 ein Schaltbild eines Teils der in der Vorrichtung von Fig. 1 verwendeten
Schaltungsordnung,
Fig. 5 ein Zeitdiagramm, das Signale zeigt, die in dem elektrischen Schaltkreis
von Fig. 4 erzeugt werden,
Fig. 6a und 6b ein Flußdiagramm, das die Schritte des Verfahrens zur Funktionsüberprüfung zeigt und
Fig. 7 eine Blockdarstellung eines bei der Vorrichtung von Fig. 1 verwendeten
Speichers (RAM).
In der Fig. 1 ist eine herkömmliche mechanische Vorrichtung zum Messen der
Unwucht eines rotierenden Körpers, eine Radauswuchtvorrichtung, dargestellt. Die
Unwucht erzeugt beim Drehen Unwuchtkräfte. Als rotierender Körper ist ein aus
der Felge 21 und einem aufgezogenen Reifen bestehendes Rad eines Kraftfahrzeuges
dargestellt, das drehfest auf einer Welle 23 befestigt ist, wobei die Felge
21 gegen ein an einem Ende der Welle 23 vorgesehenes Schulterelement 22
geklemmt ist. Die Felge 21 weist das übliche zentrale Loch auf, in das das Ende
der Welle 23 paßt. Die Felge 21 wird durch eine auf ein am Ende der Welle 23
vorgesehenes Gewinde schraubbare Radklemme 24 festgeklemmt. In einem fixierten
starren Rahmen 28 sind ein Paar Lagergehäuse 26 und 27 elastisch gelagert. Die
Welle 23 ist in innerhalb der Lagergehäuse 26 und 27 angeordneten inneren
Lagerelementen gelagert und dadurch drehbar im Rahmen 28 angeordnet. Zwischen
dem Rahmen 28 und den Lagergehäusen 26 und 27, sind jeweils ein linker bzw.
rechter Maßgeber 29 bzw. 31 zur Kraftmessung angeordnet. Zwischen jedem
Meßgeber 29 bzw. 31 und dem Rahmen 28 ist jeweils eine elastische Feder 32
angeordnet, die den zugeordneten Meßgeber 29 bzw. 31 in ständigem Kontakt mit
dem zugeordneten Lagergehäuse 26 bzw. 27 hält.
Am anderen Ende der Welle 23 ist drehfest mit ihr eine Kodierscheibe 33 mittels
einer Mutter 34 befestigt. Auf dem Rahmen 28 ist ein Motor 36 befestigt, der die
Welle 23 über einen Treibriemen 377 und eine drehfest mit der Welle 23 verbundene
Riemenscheibe 38 antreibt.
In der Nähe des Randes der Kodierscheibe 33 ist eine Fotosensor- und Lichtquelleneinheit
39 auf dem Rahmen 28 befestigt. Von dieser Fotosensor- und
Lichtquelleneinheit 39 erzeugte Signale werden einer elektronischen Schaltung
zugeführt, die in einer eine Frontplatte 42 aufweisende Konsole 41 enthalten ist.
Die Fotosensor- und Lichtquelleneinheit 39 erzeugt drei Signale, die in der Fig. 1
mit Φ₁, Φ₂ und HOME bezeichnet sind. Die Meßgeber 29 und 31 und der
Motor 36 sind ebenfalls mit der elektronischen Schaltung in der Konsole 41
verbunden. Die soweit beschriebene Vorrichtung kann z. B. eine in der US-PS 40
46 017 beschriebene Vorrichtung sein.
Auf der Frontplatte 42 sind Schalter und Anzeigen zum Einstellen und zur Überwachung
der Unwuchtmessung vorgesehen. Mittels eines Drehstartschalters 45 wird
eine Drehroutine für die Welle ausgelöst. Auf der Frontplatte 42 sind auch ein
Maschinenmodenschalter 43 zur Auswahl einer von mehreren Betriebsweisen und
ein Anzeigenmodenschalter 44 zur Auswahl einer von verschiedenen Einheiten
vorgesehen. Der Maschinenmodenschalter 43 kann auf einen Laufmodus, Kalibriermodus
und auf einen Nullunwuchtmodus für die Welle 23 eingestellt werden. Der
Anzeigenmodenschalter 44 kann so eingestellt werden, daß Unzen, abgerundete
Unzen, Gramm oder abgerundete Gramm angezeigt werden. Die ausgewählten
Einheiten werden in den drei Stellen der Anzeigefenster 46 und 47 für die Größe
der linken bzw. rechten Unwucht angezeigt. Ein rechter und linker Positionsanzeiger
48 liefert eine Winkelinformation, die angibt, wo Gewicht an der Felge 21
oder am Rad zum Ausgleich der Unwucht angebracht werden sollten. An der
Frontplatte 42 ist auch ein herkömmliches Abstandsmeßinstrument 49 vorgesehen,
aus dem eine bequeme Ablesung der axialen Position der Felge 21 oder des
Rades auf der Welle 23 erhalten werden kann. Die physischen oder physikalischen
Parameter des Rades werden über eine Tastatur 51 in das System eingegeben. Der
axiale Abstand des Rades auf der Welle 23 von einer ersten Stelle wird durch
geeignete Wahl der auf der Frontplatte 42 gezeigten Schalter eingegeben und es
werden dazu beispielsweise der Durchmesser und die Breite des Rades eingegeben.
Der axiale Abstand des Rades auf der Welle 23 von einer festen Stelle wird durch
geeignete Wahl der auf der Frontplatte 42 gezeigten Schalter eingegeben und es
werden dazu beispielsweise der Durchmesser und die Breite des Rades eingegeben.
Der axiale Abstand des Rades ist in Fig. 1 durch den Abstand b angegeben. Die
Breite des Rades ist durch den Abstand c der beiden Ebenen P1 und P2 in Fig. 1
gegeben, in denen die Ausgleichsgewichte an die Felge 21 bzw. das Rad angebracht
werden können. Die ausgewählten Werte für den Durchmesser, die Breite
und den axialen Abstand des Rades werden in den dreistelligen Anzeigen 52, 53
bzw. 54 angezeigt. Wie festgestellt, ähnelt die beschriebene Vorrichtung einer
bereits bekannten Vorrichtung insoweit, als Kräfte durch zwei Meßgeber gemessen
werden, die alle Kräfte messen, die erforderlich sind, die Welle in einer in Fig. 1
veranschaulichten horizontalen Ebene zu halten. Die Kodierscheibe 33 und die
Fotosensor- und Lichtquelleneinheit 39 bilden einen optischen Wellenkodierer für
die Welle 23. Bei der Rotation der Welle 23 wird für jede Umdrehung eine
HOME-Position gemessen. Die HOME-Position liefert einen Bezugswinkel und
lokalisiert rotationsmäßig eine Anzahl von Kalibrationskonstanten im Hinblick auf
die Winkelstellung der Welle 23. Die Kalibrationskonstanten werden benutzt, Fehler
zu reduzieren, die in die Messung der Unwucht des rotierenden Körpers eingegangen
sind. Die Unwuchtkräfte werden gemessen, wenn sich die Welle 23 bei
Belastung mit einem bekannten Kalibrationsgewicht dreht, und auch, wenn sich die
Welle 23 unbelastet dreht. Es werden Berechnungen durchgeführt, wie sie aus der
eingangs erwähnten EP 00 32 413 A2 hervorgehen und die die Daten der Meßkalibrierung
und Nullunwucht miteinbeziehen. Die Ergebnisse werden für eine spätere
Verwendung bei der Lösung der Unwuchtkräftegleichungen gespeichert, wenn ein
Unwuchtkörper auf der Welle 23 befestigt ist und gedreht wird. Die Unwuchtkräftegleichungen
befassen sich mit den Unwuchtvektoren und zugeordneten Konstanten,
die als frei von elektrischen oder mechanischen, keine Information tragenden
Signalen angenommen werden. Die Unwuchtvektoren repräsentieren deshalb
nur die sinusförmig variierenden Komponenten der tatsächlichen Unwucht des
rotierenden Körpers oder der Unwucht des Kalibriergewichts oder der Unwucht der
unbelasteten Welle 23, wenn diese sich dreht. Die Annahme der Störfreiheit wird
durch die folgende Betrachtung gerechtfertigt. Die Unwuchtkräftesignale aus den
Meßgebern werden, wie später beschrieben, bei diskreten Winkelschritten bzw.
Winkelstellungen der Welle digitalisiert und abgetastet, wie sie durch ein Muster
von Öffnungen 79 in der Kodierscheibe 33 bestimmt sind. Das Abtasten der Daten
und die Summierung der abgetasteten Daten scheidet bekannterweise nichtharmonisches
Rauschen aus, welches Frequenzen aufweist, die größer als die durch die
totale Abtastzeit bestimmte Frequenz sind. Harmonisches Rauschen wird durch die
Operationen ausgeschieden, welche kombinierte Quanitäten erzeugen, die Sinus-
und Kosinusfaktoren und die nachträgliche Addition enthalten. Das durchgeführte
Verfahren umfaßt die Ermittlung der Fourierreihenkoeffizienten für die fundamentalen
Sinus- und Kosinuskomponenten in den verarbeitenden Datenausgaben. Die
verarbeiteten Daten werden dadurch erhalten, daß bei den Ausgangssignalen aus
den Meßgebern mit Zahlen operiert wird, die den Sinus und den Kosinus des im
Augenblick der Signalausgabe vorhandenen Drehwinkels der Welle 33 entsprechen,
um Größen zu erhalten, die Sinusfaktoren und die Kosinusfaktoren enthalten, und
danach unabhängige Additionen (Integrationen) solcher Größen durchgeführt
werden. Die Verarbeitung wird durch Digitalisierung der Ausgangssignale aus dem
Meßgeber und der den Sinus und den Kosinus des Drehwinkels darstellenden
Größen und durch Ausführung der Verarbeitung der digitalisierten Ausgangssignale
der Meßgeber bei vorbestimmten Winkelstellungen der Welle 23 ausgeführt. Die
den Sinus und den Kosinus darstellenden Größen werden so gewählt, daß sie dazu
neigen, den Beitrag der Harmonischen zu den verarbeiteten Daten zu reduzieren.
Folglich sind die verarbeiteten Daten in Form von Sinus- und Kosinusadditionen
relativ frei von harmonischem Anteil. Die Ableitung der Gleichungen für die Unwuchtmessung
geht aus der erwähnten EP 00 32 413 A2 hervor.
Fig. 4 zeigt Ausschnitte aus der in der Konsole 41 enthaltenen Meßschaltung. Sie
zeigt auch die Fotosensor- und Lichtquelleneinheit 39 gemäß Fig. 1. Die Fotosensor-
und Lichtquelleneinheit 39 arbeitet so, daß eine die Drehwinkelzunahme
abtastende Funktion erzeugt wird, die die Bereitstellung eines Impulses Φ₂ zusammen
mit einem gegen diesen Impuls Φ₂ um 90° phasenverschobenen Impuls Φ₁
umfaßt. Die Fotosensor- und Lichtquelleneinheit 39 erzeugt nach jeder Umdrehung
der Welle 23 auch einen Impuls HOME. Jeder der Impulse HOME, Φ₁ und Φ₂
wird in Konditionierungs-Schaltkreisabschnitten 56., 57)f bzw. 58 so in Form gebracht
oder konditioniert, daß diese Impulse geeignete Impulsformen und Amplituden
aufweisen. Die konditionierten Impulse HOME, Φ₁ und Φ₂ werden einem Schaltkreis
59 zur Feststellung der Position HOME zugeführt, der eine Referenzausgabe
erzeugt, die einem Rechner 61 zugeführt wird. Die konditionierten Impulse Φ₁ und
Φ₂ werden einem Schaltkreisabschnitt 62 für Vierfachmultiplikation zugeführt, der
ein Rand- oder Positionsunterbrechungssignal erzeugt, das ebenfalls dem Rechner
61 zugeführt wird.
Fig. 2 zeigt die Kodierscheibe 33, die in der Nähe ihres Umfangs und an vorbestimmten
Winkelstellungen eine Anzahl Öffnungen 79 aufweist. Bei der Ausführungsform
sind die Öffnungen 79 äquidistant über den Umfang der Scheibe
verteilt und es können beispielsweise 64 Öffnungen sein. Für den Impuls HOME
ist eine einzige Öffnung 81 vorgesehen, die sich ebenfalls in der Nähe des Umfangs
der Kodierscheibe 33 befindet. Sowohl die Reihe der die Drehwinkelzunahme
bzw. Winkelstellung anzeigenden Öffnungn 79 als auch die Öffnung 81 für den
Impuls HOME laufen an der Lichtquelle und den Fotosensoren der Fotosensor-
und Lichtquelleneinheit 39 vorbei. Die Kodierscheibe 33 dreht sich normalerweise
mit der Welle 23 in Richtung des Pfeils 82, also im Uhrzeigersinn, wenn sie mit
Blickrichtung in Richtung der Pfeile 2-2 in Fig. 1 angesehen wird.
In der Fig. 3 ist ein kleiner Ausschnitt aus der Peripherie der Kodierscheibe 33
im einzelnen dargestellt. Zur besseren Erklärung der Positionsbeziehung zwischen
den verschiedenen Öffnungen ist die Kodierscheibe geradlinig und nicht winkelmäßig
dargestellt. Der Pfeil 82 zeigt die Bewegung der Peripherie der Kodierscheibe
33, die ihre Drehung im Uhrzeigersinn bei einer Anfangsposition zu einem Zeitpunkt
t₀ beginnt. Zum Zeitpunkt t₀ gibt der vordere Rand der Öffnung 81 einen
Fotosensor 83 in der Fotosensor- und Lichtquelleneinheit 39 frei und erzeugt
dadurch die Vorderflanke des Impulses HOME. Gleichzeitig gibt der vordere Rand
einer der Öffnungen 79 einen anderen Fotosensor 84 in der Fotosensor- und Lichtquelleneinheit
39 frei und erzeugt dadurch eine Vorderflanke des Impulses Φ₂.
Zum Zeitpunkt t₀ wird auch ein dritter Fotosensor 86 in der Fotosensor- und
Lichtquelleneinheeit 39 durch eine der Öffnungen 79 voll der Lichtquelle in der
Einheit ausgesetzt und dadurch der Impuls Φ₁ erzeugt. Es ist zu sehen, daß der
Impuls Φ₁ gegen den Impuls Φ₂ um ein Viertel (π/2) der durch den Abstand
zwischen den benachbarten Öffnungen 79 bestimmten Periode verschoben ist und
dem Impuls Φ₂ vorausgeht. Der Fig. 3 ist auch entnehmbar, daß die Öffnung 81
für den Impuls HOME so breit ausgebildet ist, daß sie eine volle Periode zwischen
benachbarten Öffnungen 79 überdeckt, und zwar für einen Zweck, der in Verbindung
mit dem Schaltbild gemäß Fig. 4 im folgenden erklärt wird.
Aus Fig. 4 ist zu entnehmen, daß die Fotosensor- und Lichtquelleneinheit 39 als
Winkelstellungssensoren die Fotosensoren 83, 84 und 86 aufweist, die den Impuls
HOME, den Impuls Φ₂ bzw. den Impuls Φ₁ erzeugen. In der hier beschriebenen
Ausführungsform werden die Fotosensoren durch lichtemittierende Dioden 87, 88
und 89 angeregt. Ein Widerstände R25 und R26 aufweisender Spannungsteiler
erzeugt an dem nicht invertierenden Eingang 7 des Verstärkers Z27 eine positive
Spannung. Das am Ausgang 1 des Verstärkers Z27 entnehmbare Ausgangssignal
dient als Bezugspegel und ist an die nicht invertierenden Eingänge 9, 11 und 5
von drei zusätzlichen Verstärkerabschnitten von Z27 angelegt. Die drei zusätzlichen
Verstärkerabschnitt von Z27 wirken deshalb als Spannungskomparatoren, welche
die Impulse HOME, Φ₂ und Φ₁ an den invertierenden Eingängen 8, 10 bzw. 4
empfangen. In dieser Form werden die Signale aus den Fotosensoren rechteckförmig
gemacht und bis zu einem gewissen Grad verstärkt. Die rechteckförmigen und
verstärkten Impulse werden in Inverterabschnitten Z10 invertiert. Das Zeitdiagramm
gemäß Fig. 5 zeigt wie die Impulse Φ₁ in dem Eingangsvorverarbeiter 57
nach Fig. 4 in Form gebracht werden und wie sie am Ausgang 2 des Inverters
Z10 erscheinen. Die Fig. 5 zeigt auch, wie die Impulse HOME und Φ₂ in
Schaltkreisabschnitten 58 und 56 in Fig. 4 in Form gebracht werden und wie sie
an den Ausgängen 4 bzw. 6 der Invertierabschnitte von Z10 in Fig. 4 erscheinen.
Der Schaltkreis 57 für die Eingangsvorverarbeitung des Impulses Φ₁ weist ein
NAND-Glied Z15 auf, das die verstärkten Rechteckimpulse Φ₁ erhält und einen
Impuls Φ₁ erzeugt, der gegenüber dem Impuls Φ₁ um 180° phasenverschoben ist.
Die Impulse Φ₁ und Φ₂ werden dem Rechner 61 zugeführt.
Die Ausgabe aus den Schaltkreisen 56, 57 und 58 zur Eingangsverarbeitung, die
in dem Zeitdiagramm in Fig. 5 als die Impulsse Φ₁, Φ₂ und HOME zu sehen
sind, werden an Eingänge eines anderen NAND-Gliedes Z15 angelegt, das in der
Fig. 4 als Schaltkreis 59 bezeichnet ist, der zur Positionsbestimmung HOME
dient. Das NAND-Glied Z15 erzeugt an seinem Ausgang 12 ein ins Negative
gehendes Ausgangssignal, und zwar zu dem Zeitpunkt, wenn alle drei erwähnten
Eingangssignale einen hohen Zustand aufweisen. In Fig. 5 ist dieses Ausgnagssignal
als Impuls HOME-POSITION dargestellt. Die Vorderflanke des ins Negative
gehenden Impulses HOME-POSITION bestimmt die winkelmäßige Bezugsposition
für die sich drehende Welle 23 und der Impuls wird dem Rechner 61 zugeführt.
Der Impuls HOME-POSITION wird vom Rechner dazu benutzt, die relative Phase
der von den Meßgebern 29 und 31 abgetasteten Kraftvektoren zu berechnen.
Das Schaltbild in Fig. 4 zeigt auch, daß die Ausgangssignale Φ₁ und Φ₂ aus den
Schaltkreisen 57 und 58 für die Eingangsvorverarbeitung an Eingänge eines exklusiven
ODER-Gliedes Z11 in dem Schaltkreisabschnitt 62 gegeben werden. Ein
exklusives ODER-Glied mit zwei Eingängen erzeugt ein Ausgangssignal mit niedrigem
Zustand nur dann, wenn die beiden Eingangssignal den gleichen Zustand
aufweisen, beispielsweise beide einen hohen Zustand haben. Das Ausgangssignal aus
dem Ausgang 3 des ODER-Gliedes Z11 in Fig. 4 ist in Fig. 5 als Ausgangssignal
X2 zu sehen. Das Ausgangssignal X2 wird sowohl dem Eingang 2 des Univibrators
Z12 zur Erzeugung kurzzeitiger Impulse und dem Eingang 9 des anderen
Abschnitts des Univibrators Z12 zugeführt. Der über den Eingang 9 angeregte
Univibrator erzeugt einen kurzen Ausgangsimpuls von etwa 150 ms Impulsbreite am
Ausgang 5 des Univibrators Z12 bei der ins Negative gehenden Flanke der
Ausgabe X2 am Ausgang 3 des ODER-Gliedes Z11. Der über den Eingang 2
angeregte Abschnitt des Univibrators Z12 erzeugt an seinem Ausgang 13 einen
Impuls von 150 ms Breite, bei der ins Positive gehenden Flanke der Ausgabe X2
am Ausgang 3 des ODER-Gliedes Z11. Die alternierenden Kurzzeitimpulse mit der
Impulsdauer von 150 ms aus den Univibratorabschnitten werden getrennten Eingängen
eines anderen Abschnitts des exklusiven ODER-Gliedes Z11 zugeführt. Das
resultierende Ausgangssignal am Ausgang 6 des exklusiven ODER-Gliedes Z11 wird
von jedem der alternierenden Kurzzeitimpulse auf einen hohen Zustand gebracht,
wodurch am Ausgang 6 ein Ausgangssignal X4 erzeugt wird, das in Fig. 5
dargestellt ist. Ein anderer Abschnitt des exklusiven ODER-Gliedes Z11 wird als
Inverter benutzt, dem an einem Eingang 9 das Ausgangssignal X4 zugeführt wird
und bei dem der andere Eingang 10 auf einer positiven Spannung liegt. Die Folge
davon ist, daß jeder ins Positive gehende Kurzzeitimpuls des am Eingang 9 des
exklusiven ODER-Gliedes Z11 anliegenden Ausgangssignal einen ins Negative
gehenden Kurzzeitimpuls am Ausgang 8 erzeugt. Wenn die Kodierscheibe 33 64
Öffnungen 79 aufweist, werden bei jeder Umdrehung der Welle 23 256 ins
Negative gehende Kurzzeitimpulse erzeugt. Das invertierte Ausgangssignal wird
dem Rechner 61 als Flankenimpuls und als Positionsunterbrechungsimpuls zugeführt.
Anhand von Fig. 6a und 6b wird das Verfahren zur Funktionsüberprüfung, d. h.
der Bestimmung der Kodiergenauigkeit der Vorrichtung, beschrieben. Es wird eine
Tastaturabfrage durchgeführt, die einen seriellen "Blick" des Rechners 61 auf jede
der an der Tastatur 51 in Fig. 1 auswählbaren Tastaturfunktionen erzeugt.
Die in Fig. 6A erzeugten Funktionen sind mit willkürlichen Kodenummern
bezeichnet und erstrecken sich aus Darstellungsgründen nur vom Kode F1 bis zum
Kode F60. Solche Kodes, die sich auf interssierende Tests beziehen, sind in dem
Flußdiagramm gemäß den Fig. 6a und 6b mit durchgezogenen Linien verbunden,
während die außerhalb des Interesses liegenden Kodes mit gestrichelten
Linien verbunden dargestellt sind. In der folgenden Beschreibung stellen die
HALT-Abfragen eine Unterbrechungsfunktion dar, die in jedem der beschriebenen
Prozesse an jeder Stelle auftreten kann. Die HALT-Funktionen sind der Bequemlichkeit
halber an einer Stelle der Verfahrensabfolge gezeigt, bei der ein Zyklus im
Prozeß abgeschlossen ist und eine Entscheidung darüber gefällt wird, ob in einen
anderen Zyklus eingetreten oder der Prozeß beendet werden soll.
Ein Verfahren zur Beschreibung des Kodiererzustandes und der Winkelstellung mit
Einleitung durch Wahl des Kodes F50 auf der Tastatur 51 in Fig. 1 ist in Fig. 6
dargestellt. Die Auswahl dieses Tests bewirkt zusammen mit der Betätigung des
Drehschalters, daß die laufenden Kodiererzustände für die Impulse Φ₁, Φ₂ und
HOME (also den Bezugsimpuls) aus dem Speicher mit wahlfreiem Zugriff zurückgerufen
werden. Der Inhalt eines Zählregisters für den zunehmenden Drehwinkel
(Winkelstellung), der auf die Bezugsposition bezogen ist, wird ebenfalls wiedergewonnen
und in eine binär kodierte Dezimalzahl (BCD-Kode) umgewandelt. Die
Umwandlung in den BCD-Kode ist mit den linken und rechten siebensegmentigen
Anzeigen 46 und 47 auf der Frontplatte 42 kompatibel. Die Anzeige 46 erzeugt
eine visuelle Anzeige des laufenden Signalzustandes (hoch oder niedrig) für jede
Kodiererausgabe. Wenn das Signal sich in einem Zustand 1 befindet, wird das
Segment G für die Ziffer in der Anzeige, an dem das Signal anliegt, beleuchtet.
Die Anzeige 47 zeigt eine Zahl aus dem Bereiich 0 bis 255 an, die auf die
Position HOME bezogen ist. Die Zahlenanzeige zeigt die Anzahl der durch die
Signale X4 erzeugten Zählschritte an, um die sich die Kodierscheibe und folglich
die Welle 23 von der Position HOME fortbewegt hat. Zur Durchführung dieses
Tests wird die Welle 23 von Hand gedreht. Der Test dient zur Ausrichtung der
Kodierscheibe 33 auf eine Position auf der Welle, an der ein Kalibriergewicht zur
Kalibrierung der Meßgeber gemäß der EP 00 32 413 A2 angebracht ist. In der
hier beschriebenen Ausführungsform beträgt der Zählerstand vorteilhafterweise 127,
wenn der Punkt, an dem das Testgewicht anzubringen ist, sich ganz oben auf der
Welle befindet und wenn der Kodierer mit einem Radausgleichsgewicht benutzt
wird. Wenn der Zählerstand nicht erreicht wird, wird die Kodierscheibe 33 auf der
Welle so lange gedreht, bis der richtige Zählerstand in der rechten Anzeige 47 auf
der Frontplatte 42 angezeigt wird. Darüber hinaus liefert dieser Test eine Überprüfung,
ob der elektrooptische Teil eines jeden Meßgebers vollständig ist. Falls
X4-Impulse fehlen, beispielsweise aufgrund einer optischen Störung an dem Kodierer
bzw. der Kodierscheibe 33, zeigt der Zählerstand in dieser Ausführungsform
weniger als 255 an.
Der durch den Kode F51 angezeigte Prozeß der Selbstdiagnose wird dadurch
eingeleitet, daß auf der Tastatur gewählt wird, daß bei der Verwendung des
Kodierers mit dem Radausgleichsgewicht die Schutzhaube abgesenkt wird und daß
der Drehschalter betätigt wird. Die Welle 23 beschleunigt auf eine relativ konstante
Drehzahl innerhalb eines vorbestimmten Drehzahlbereiches, in der hier beschriebenen
Ausführungsform des Radausgleichers auf etwa 480 Umdrehungen pro Minute.
Während sich die Welle kontinuierlich dreht, wird nach einem HOME- oder
Bezugsimpuls gesucht. Wenn ein solcher Impuls gefunden worden ist, wird ein
Kodiererzähler im Speicher mit wahlfreiem Zugriff auf 0 gesetzt. Wenn ein neuer
Kodiererzustand gefunden wird, wird zum Zählerstand im Kodiererzähler eine Eins
hinzuaddiert. Wenn der nächste HOME-Impuls festgestellt wird, ist die Zählung im
Kodiererzähler beendet und der Zählerstand wird in die binär kodierte Dezimalzahl
umgewandelt. Das BCD-Signal wird der Anzeige 47 für das rechte Gewicht zugeführt
und die Anzahl der Kodiererübergänge für eine Umdrehung der Welle 23
wird dadurch angezeigt. Wie vorstehend erwähnt, ist in der hier beschriebenen
Ausführungsform die richtige Zahl, die an der Anzeige erscheinen sollte, 255. Der
Zweck dieses Tests liegt darin, die den Meßgebern zugeordneten Komponenten auf
Vollständigkeit hin zu überprüfen, und zwar bei der Betriebsdrehzahl der Vorrichtung.
Wenn in der Anzeige eine Zahl erscheint, die von der richtigen Nummer
verschieden ist, liegen mögliche Störungen vor, die mit optischen oder mechanischen
Fehlern oder der Schaltung gemäß Fig. 4 in Zusammenhang stehen.
Mit der Wahl des durch die Kodiernummer F52 dargestellten Prozesse müssen
sowohl der Schalter, der anzeigt, daß sich die Schutz- oder Radhaube in ihrer
abgesenkten Sicherheitsstellung befindet, als auch der Schalter, der den Drehmodus
auswählt, betätigt werden. Die Welle 23 wird auf die erwähnte Drehzahl aus dem
vorbestimmten Drehzahlbereich beschleunigt, und in dem Speicher RAM mit
wahlfreiem Zugriff auf eine niedrige Nummer gesetzt und eine andere Zahl für
einen minimalen Bezugswert wird auf eine hohe Nummer gesetzt, und zwar für
Zwecke, die im folgenden klar werden. Ein Zähler für die Winkelstellung der
Welle wird auf den Zählerstand 0 gesetzt und die laufende Winkelzunahme wird
in den Speicher geschrieben und gespeichert. Es wird auch ein zweiter Zeitgeber
in Betrieb gesetzt. Solange der gespeicherte Kodiererzustand sich nicht ändert,
werden eine Reihe von Zeitimpulsen im zweiten Zähler gezählt, wodurch eine
Zeitsummierung erzeugt wird. Die Summierung wird beendet, wenn sich der
Kodiererzustand gegenüber dem vorher gespeicherten ändert. Die Anzeige des
zunehmenden Drehwinkels vom Kodierer wird, wie schon beschrieben, aus einem
Paar von Rechteckimpulsen erhalten, die um einen vorbestimmten Phasenwinkel
relativ zueinander verschoben sind, in der hier beschriebenen Ausführungsform etwa
um 90°. Diese Signale sind mit Φ₁ und Φ₂ bezeichnet und wählen in Kombination
einen von vier kombinierten Zuständen aus. Sie können beide niedrig sein (Zustand
0-0), Φ₁ kann niedrig und Φ₂ kann hoch sein (Zustand 0-1), Φ₁ und Φ₂
können hoch sein (Zustand 1-1) oder Φ₁ kann hoch und Φ₂ kann niedrig sein
(Zustand 1-0). Nach Beendigung der Zeitsummierung im zweiten Zähler wird der
neue Kodiererzustand gelesen und mit dem vorher gespeicherten Zustand verglichen.
Der vorangegangenen Beschreibung der Zustandsfolge ist zu entnehmen, daß die
Richtung der Wellendrehung dadurch bestimmt werden kann. Wenn die Drehrichtung
als normal angesehen werden kann, wird die richtige Kodierfolge angezeigt.
Wenn sie zur normalen entgegengesetzt ist, wird ein dieses anzeigendes Symbol in
der Anzeige 46 für das linke Gewicht angezeigt.
Die im zweiten Zähler summierte Zeit wird mit der niedrigen Nummer verglichen,
die anfänglich in den Speicher mit wahlfreiem Zugriff gesetzt worden ist und wenn
sie größer ist, wird die neu erhaltene Zeit als ein Maximum im Speicher aufgezeichnet.
Wenn sie andererseits kleiner ist als die bei der hohen Nummer als
minimaler Wert aufgezeichnete Vergleichszahl, wird sie als Minimum eingespeichert.
Dem Inhalt des Positionszählregisters für die Welle wird eine 1 hinzuaddiert und
wenn der Zählerstand für die Wellenposition kleiner als 256 ist, wird der letzte
Kodiererzustand gespeichert und der Zeitzähler wird reinitialisiert. Die Zeitimpulse
werden im Zeitzähler noch einmal summiert, bis der nächste neue Kodiererzustand
erscheint und die Maximum- und Minimumvergleiche werden mit den
vorher erhaltenen maximalen und minimalen Zeitzählungen durchgeführt. Bei
Vervollständigung von 256 solchen Zählungen und Vergleichen werden die maximalen
und minimalen Zählungen in binär kodierte Zahlen umgewandelt und in den
Anzeigen 46 und 47 für das linke bzw. rechte Gewicht auf der Frontplatte angezeigt.
Um die maximalen und minimalen Zeiten in Millisekunden zwischen den
zwei die Winkelzunahme anzeigenden Signalen zu erhalten, wird der Prozeß
wiederholt. Wenn auf diese Weise die Zeitspanne zwischen der maximalen und
minimalen Zeit die Signale für die Winkelwerte zu nahe zusammenbringt, so daß
sie sich in einer fehlerhaften Phasenbeziehung befinden, wobei die Folge dieser
Signale richtig sein kann, kann die Einstellung der beiden Signale beispielsweise
durch Bewegen der Fotosensoren 84 und 86 durchgeführt werden, um sie näher an
den 90°-Abstand heranzubringen. Der Prozeß wird durch Wahl der HALT-Funktion,
die den Prozeß zur Tastaturabtastung zurückbringt, beendet.
Wenn die durch den Kode F53 repräsentierte Methode der Selbstdiagnose gewählt
wird und die Schutzhaube und der Drehschalter betätigt werden, wird die Welle
23 noch einmal auf eine Drehzahl aus der erwähnten vorbestimmten Drehzahl beschleunigt.
Im Speicher mit wahlfreiem Zugriff wird ein Zeitzähler initialisiert und
nach einem HOME-Impuls gesucht. Wenn der Prozeß ausgewählt wird, kann er nur
gestartet werden, wenn kein HOME-Impuls gefunden wird. Wenn ein HOME-
Impuls teilweise durchgeht, wenn der Prozeß eingeführt wird, wird dieser HOME-
Impuls ingnoriert, weil es wünschenswert ist, den Prozeß bei der abfallenden Vorderflanke
des HOME-Impulses zu beginnen. Wenn einmal ein Übergang vom Nichtvorhandensein
eines HOME-Impulses zum Vorhandensein eine HOME-Impulses
abgetastet wird, wird eine Reihe von Zeitimpulsen dem Zeitzähler zur Summierung
zugeführt. Der nächste HOME-Impuls beendet die Zeitzählung und der Zählerstand
(oder das Zählergebnis) wird in eine binär kodierte Dezimalzahl umgewandelt und
in der Anzeige 47 für das rechte Gewicht in Millisekunden angezeigt. Danach wird,
wenn der Routine nicht durch Handwahl gestoppt und zurück zur Tastaturabtastung
gebracht wird, wie es vorstehend beschrieben worden ist, die Vorderflanke eines
folgenden HOME-Impuls gesucht, ermittelt, die Zeitzählung aufsummiert, die Zeitzählung beendet
durch den nächstfolgenden HOME-Impuls, und die Zeit wieder in
Millisekunden angezeigt. Auf diese Weise kann die Stabilität der Wellendrehzahl
überwacht werden, wenn die Zeit zur Vervollständigung einer einzigen Umdrehung
der Welle konstant überwacht und angezeigt wird, wenn die Welle sich kontinuierlich
dreht.
In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel eines bei der Vorrichtung von Fig. 1 verwendeten
Speichers mit wahlfreiem Zugriff (RAM) in Blockdarstellung veranschaulicht.