DE3616782A1 - Verfahren und anordnung einer positioniereinrichtung bestehend aus analoger abtasteinrichtung zur wegmessung und digitaler regelung zur positionierung stabfoermgier werkstuecke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung einer Positioniereinrichtung bestehend aus einer analogen Abtasteinrichtung zur Wegmessung und einer digitalen Regelung zur Positionierung stabförmiger Werkstücke gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Transport- und Positioniereinrichtungen für stabförmige Materialien werden u. a. in der Eisen- und Stahlindustrie im Rahmen des innerbetrieblichen Transports benötigt und bestehen aus einer Transportstrecke, dem Rollgang, sowie einem Antrieb, dem Rollgangsmotor. Als Motor werden rotatorische und lineare Antriebe verschiedener Bauart eingesetzt; die Drehzahlregelung bzw. die Regelung der Wanderfeldgeschwindigkeit erfolgt über rotatorische oder statische Umrichter.

Nachteile von Einrichtungen dieser Art sind die schlechte Positioniergenauigkeit des zu transportierenden Werkstücks aufgrund mechanischer Kraftübertragung, das Zurückfedern des Werkstücks beim Anfahren gegen Anschläge verbunden mit der dadurch entstehenden Lärmbelästigung sowie die Deformation der Stabenden bei dünnen Fertigprodukten. Als Beispiel für Anwendungsfälle, bei denen eine hohe Positioniergenauigkeit und eine weitgehende Verschleißfreiheit des Werkstücks sowie der Einrichtung gewünscht wird, können die Zurichtereien und Adjustagen der Walzwerke genannt werden. Das genaue Positionieren des Werkstücks ist zum Zwecke des Bündiglegens der Stabenden und zur Durchführung von Aufgaben wie Stempelung und Signierung sowie Verwechselungsüberprüfung durch Schleiffunken notwendig.

Ausgehend von der Forderung nach einer berührungslosen und analogen Abtastung der Position des Werkstücks fällt die Wahl auf den Einsatz eines induktiv arbeitenden Meßwertaufnehmers. Die Vorzüge des induktiven Verfahrens liegen vor allem in der Verschleiß- und Wartungsfreiheit des Aufnehmers, seinem vergleichsweise großen Ausgangssignal und seiner Zuverlässigkeit, herrührend von einem relativ einfachen mechanischen Aufbau. Als nachteilig ist die Anfälligkeit für Störeinstreuungen aufzuführen, die besondere Maßnahmen erforderlich macht.

Aus dem Stand der Technik, [1], sind eine große Anzahl elektro- und permanentmagnetischer Meßwertaufnehmer und -anordnungen bekannt, die sich hinsichtlich des verwendeten Meßprinzips unterscheiden in
- induktive Geber
- transformatorische Geber
- Induktionsgeber
- Strommitnahmegeber
- Magnetfeldgeber.

Auf Grund der hier vorliegenden Aufgabenstellung und der Tatsache, daß an dem zu positionierenden Werkstück keine Änderungen hinsichtlich seiner geometrischen Abmessungen und seiner metallurgischen Eigenschaften mit dem Ziel einer Optimierung der Abtasteinrichtung vorgenommen werden dürfen, kommt als Aufnehmerprinzip nur der transformatorische Geber in Betracht und hier insbesondere der, der eine "Kopplungsänderung durch eine Lageänderung des Kerns" hervorruft, der Differentialtransformator- Weggeber. Auch sind eine große Zahl von Veröffentlichungen bekannt, die den Einsatz des transformatorischen Gebers zum Inhalt haben. Jedoch handelt es sich in durchweg allen Fällen um den Differentialtransformator-Weggeber in zylindrischer Bauform mit angepaßtem und optimierten, beweglichen Kern und ausgelegt für kurze, festgelegte Wege.

Aus der DE-PS 24 22 503 ist ein mechanisch-elektrischer Meßumformer, insbesondere zur Weg-Spannungs-Umsetzung, bekannt, der aus einem mechanischen Meßwertgeber und einer diesem nachgeschalteten elektrischen Schaltungsanordnung mit mindestens einer aus zwei in Reihe geschalteten Induktivitäten gebildeten Halbbrücke besteht, die mit einer Wechselspannung beaufschlagt ist, bei der die Aufteilung der Wechselspannung auf die beiden Induktivitäten in Abhängigkeit von der zu messenden mechanischen Größe erfolgt. Eine Ausführungsform einer Einrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in [2] dargestellt. Auf eine Differentialtransformator- Variante, die mit einer Erregerfrequenz von 5 kHz betrieben wird und für einen Meßweg von plus/ minus 3 mm ausgelegt ist, wird hier hingewiesen. Weiterhin wird auf einen Abgriff mit Ferritkernen verwiesen, dessen Meßweg plus/minus 0,1 mm beträgt. Die Bauform ist zylindrisch, der Kern ist kurz bezogen auf die Baulänge des Zylinders und ein Hinweis auf die Wicklungsanordnung wird nicht gegeben.

Neben zahlreichen weiteren Handbüchern und Zeitschriftenauszügen sei hier stellvertretend auf die Veröffentlichungen [3] bis [6] verwiesen, die ebenfalls die oben beschriebene zylindrische Bauform des Differentialtransformator-Weggebers zum Inhalt haben. Weitere Ausführungsformen mit Berechnungsbeispielen finden sich in [7]. Hier wird u. a. eine symmetrische Meßanordnung zur berührungslosen Messung von Wellenschwingungen vorgestellt, also eine Wegmessung bei axialer Auslenkung des stabförmigen Werkstücks. In [8] und [9] sind theoretische Untersuchungen über Randwertprobleme bei zylindrischen Anordnungen des Differentialtransformator-Weggebers vorgenommen worden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, welches eine konstruktiv einfach aufzubauende und betrieblich zuverlässig arbeitende Anordnung zu seiner Durchführung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß zunächst mit Hilfe eines nach dem Prinzip des Differentialtransformators arbeitenden Meßwertaufnehmers und einer ebenfalls analog arbeitenden Meßwertaufbereitung eine genaue Messung großer Wege von bewegten Werkstücken in Form stabförmiger, ferromagnetischer Halb- oder Fertigfabrikate unterschiedlicher Materialien und sonstiger Abmessungen ermöglicht wird. Weiterhin erlaubt das von der Meßwertaufbereitung erzeugte Signal und speziell dessen Form, die von der Geschwindigkeit und der sonstigen Geometrie des Werkstücks unabhängig ist, eine eindeutige Weiterverarbeitung im Hinblick auf eine digital zu regelnde Positionierung des Werkstücks. Für die Optimierung der Positionierung stehen die Regelparameter frei zur Verfügung. Ebenso wird durch ihre Variation den wechselnden Verhältnissen bei der Positionierung unterschiedlicher Materialien und geometrischer Abmessungen Rechnung getragen. Für die Wegmessung werden nur zwei ebene Wicklungsträger benötigt, auf die je eine Erreger- und zwei Meßspulen in einem bestimmten Wickelsinn zwecks Störfeldunterdrückung aufgebracht werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in denen eine Ausführungsform einer Einrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt worden ist.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen Blockschaltplan der Positioniereinrichtung mit analoger Abtastung und digitaler Regelung;

Fig. 2 einen Signalflußplan des Regelkreises derselben;

Fig. 3 einen Blockschaltplan der Abtasteinrichtung;

Fig. 4 den mechanischen Aufbau des Meßwertaufnehmers;

Fig. 5 die Spulenanordnung und die Schaltung des Differentialtransformator-Meßwertaufnehmers;

Fig. 6 ein Blockschaltbild mit den Signalformen der Meßwertaufbereitung;

Fig. 7 den Verlauf der Ausgangsspannung der Meßwertaufbereitung in Abhängigkeit der Position des Werkstücks;

Fig. 8 einen Blockschaltplan der digitalen Regelung.

Die Lagerung und Führung des zu positionierenden Werkstücks 1 übernimmt in diesem Fall überlicherweise ein Rollgang 2, bestehend aus kontinuierlich angeordneten, aufgeständerten und gelagerten Doppelkonusrollen als Trag- und Führungsrollen, die auf einem Metallgerüst montiert sind, Fig. 1. Rotatorische oder lineare Antriebe dienen als Rollgangsmotor 3, dessen Drehzahl bzw. Wanderfeldgeschwindigkeit über rotatorische oder statische Umrichter 4 geregelt wird. Entlang dieses Rollgangs 2 wird ein nach dem Prinzip des Differentialtransformators arbeitender Meßwertaufnehmer 7 angebracht, der mit der ebenfalls analogen Baugruppe Meßwertaufbereitung 8 die Abtasteinrichtung 6 bildet. Die digitale Regeleinrichtung 5 stellt das Bindeglied zwischen der Abtasteinrichtung 6 und dem Umrichter 4 bzw. dem Antrieb 3 dar.

Der Regelkreis der Positioniereinrichtung besteht, wie Fig. 2 zeigt, aus dem digitalen Regler 5, dem analog arbeitenden Umrichter 4 als Stellglied und dem Antrieb 3 als Regelstrecke. Die ebenfalls analog arbeitende Abtasteinrichtung 6 mit Meßwertaufnehmer 7 und Meßwertaufbereitung 8 bildet die Rückführung. Somit gliedert sich die Anordnung in einen Teil mit digitaler und einen Teil mit analoger Meßwertverarbeitung. Der Digital/Analog-Wandler 9 und der Analog/Digital-Wandler 10 schließen den Regelkreis. Die Regelalgorithmen des digitalen Reglers 5 sind durch ein Programm realisiert und abgespeichert. Die Regelung des Positioniervorgangs erfolgt durch den digitalen Regler 5, der über den Umrichter 4 den Einsatz des Antriebs 3 so steuert, daß das sich im Positionierbereich bewegende Werkstück 1 an einer zuvor definierten Stelle zum Stillstand kommt. Hierzu müssen dem Regler kontinuierlich Informationen über die augenblickliche Position des sich im Positionierbereich befindlichen Werkstücks angeboten werden, was Aufgabe der analogen Abtasteinrichtung 6 ist. Gegenüber einer digitalen Abtasteinrichtung ist bei Verwendung der analogen Technik auf Grund der verbesserten Auflösung der Abtastung eine erhöhte Genauigkeit der Positionierung gegeben.

Fig. 3 zeigt im Detail die Elemente der Abtasteinrichtung 6, die sich im wesentlichen in einen erregenden Teil, bestehend aus den Erregerspulen 20 und den sie versorgenden Leistungs- Sinusgenerator 18, und einen verarbeitenden Teil, bestehend aus den Meßspulen 19 und der angeschlossenen Baugruppe Meßwertaufbereitung 8, gliedert. Die Erregerspulen 20 und die Meßspulen 19 bilden jedoch als Baugruppe den Meßwertaufnehmer 7. Der Meßwertaufnehmer ist parallel zur Transporteinrichtung an der Transportstrecke 2 angeordnet. Die Erregerwicklungen 20 werden von dem Generator 18 mit einer Wechselspannung konstanter Frequenz und Amplitude gespeist. Der Strom in den Erregerwicklungen induziert in den symmetrisch angeordneten Meßwicklungen Spannungen, deren Amplitude vom Grad der induktiven Kopplung zwischen Meß- und Erregerspulen abhängt. Dieser ändert sich, sobald das Werkstück 1 in den Meßwertaufnehmer 7 einfährt und ist maximal, wenn die von den Spulen aufgespannten Flächen glänzlich von dem Werkstück überdeckt sind. Die in den Meßwicklungen induzierten Spannungen werden von der Baugruppe Meßwertaufbereitung 8 abgegriffen, die sie zu einer Information über die Position des Werkstücks verknüpft, und so aufbereitet, daß sie von dem zur Regelung des Positioniervorgangs eingesetzten digitalen Regler 5 verarbeitet werden können.

Der Meßwertaufnehmer 7, Fig. 4, dient der berührungslosen Abtastung der Position des Werkstücks 1 innerhalb des Positionierbereichs von der Länge l. Seine Funktionsweise beruht auf dem Prinzip des Differentialtransformators. Der Meßwertaufnehmer besteht aus zwei, von je einer Erreger- 20 und zwei Meßwicklungen 19 gebildeten, aufgespannten, langgestreckten ebenen Flächen, wobei je eine ebene Fläche durch den Flächeninhalt der Erregerwicklung gegeben ist und die beiden Meßwicklungen sich den gleichen Flächeninhalt flächendeckend ohne Rest teilen. Je eine Spulenanordnung aus einer Erreger- und zwei Meßwicklungen ist auf einem ebenfalls langgestreckten, ebenen Wicklungsträger 21 angeordnet. Die beiden Wicklungsträger sind parallel zur Transportrichtung des Werkstücks, jedoch zueinander im Winkel stehend, angebracht, werden zur optimalen Anpassung an Transportstrecke 2 und Werkstück 1 von verstellbaren Ständern aus Flachstahl getragen und bilden um das Werkstück 1 eine V-förmige Rinne. Der Öffnungswinkel der Wicklungsträger 21 sowie dadurch der von den Spulen 19, 20 aufgespannten Flächen stimmt mit dem der doppelkonischen Trag- und Führungsrollen der Transportstrecke 2 überein, wodurch die meßtechnische Erfassung geometrisch unterschiedlichen Transportguts 1 gewährleistet ist.

In Fig. 5 ist die Spulenanordnung des Meßwertaufnehmers 7 verdeutlicht und die Schaltung der Wicklungen 19, 20 nach dem Prinzip des Differentialtransformators angegeben. Jeweils zwei sich winklig gegenüberliegende Meßwicklungen 19 bilden ein Spulenpaar und sind wicklungsmäßig gegensinnig in Reihe geschaltet, so daß sich die in den beiden Wicklungen 19 gleichermaßen induzierten Störspannungen nahezu vollständig kompensieren. Die an den Klemmen abzugreifenden Meßsignale lauten U ₁ bzw. U ₂. Weiterhin trägt der Differentialtransformator- Meßwertaufnehmer 7 zwei Erregerwicklungen 20, die je unmittelbar auf die Meßwicklungen 19 aufgewickelt sind, um den Grad der induktiven Kopplung zu erhöhen und den Wert des Nutzsignals zu vergrößern. Damit sich nun nicht durch die beschriebene Verschaltung der Meßwicklungen 19 auch die von den beiden Erregerwicklungen 20 her induzierten Spannungen aufheben, werden die Erregerwicklungen gegensinnig parallel geschaltet; die an den Klemmen anzulegende Spannung lautet U _E . In den Meßspulen vergrößert sich das Nutzsignal somit auf den doppelten Wert. Die weitgehende Kompensation des Störsignals und die wesentlich vergrößerten Ausgangssignale U _1,2 des Meßwertaufnehmers führen auf ein sehr gutes Stör/Nutz-Verhältnis zu U _S /U _N ≈ 10^-4. Weiterhin soll nun die Arbeitsweise des Meßwertaufnehmers näher untersucht werden. Betrachtet wird der prinzipielle Verlauf der in den Meßspulen bei konstantem Erregerstrom I _E induzierten Spannungen U ₁ und U ₂ in Abhängigkeit von der Position x des Werkstücks 1. Dazu wird der Positionierbereich, dessen Länge gleich der Länge l des Meßwertaufnehmers 7 ist, in den Bereich 1, 0 x 1/2, eines Meßspulenpaares 19 und in den Bereich 2, 1/2 x 1, des weiteren Meßspulenpaares 19 unterteilt. In Abwesenheit des Werkstücks wird durch den Strom in der Erregerwicklung in beiden Meßspulenpaaren eine Spannung gleicher Amplitude induziert. Tritt das Werkstück 1 bei x = 0 in den Raum zwischen Erreger- 20 und Meßspulen 19 ein und sind die Klemmen des Meßspulenpaares des Bereichs 2 offen, liegt also Leerlauf dieses Paares vor, so steigt die Spannung U ₁ am Spulenpaar des Bereichs 1 über den Bereich 1 an, um dann über den Bereich 2 wieder auf den Ausgangswert abzusinken. Analog sinkt bei Leerlauf des Spulenpaares des Bereichs 1 die Spannung U ₂ am Spulenpaar des Bereichs 2 bereits im Bereich 1 ab, obschon das Werkstück noch nicht in den Einflußbereich dieses Paares gelangt ist, und steigt bei Erreichen des Bereichs 2 wieder auf seinen Ausgangswert an. Dieser Verlauf findet seine Erklärung in der Veränderlichkeit des Erregerstroms, welche auf der Veränderlichkeit der Induktivität der Erregerspulen beruht. Die Änderung der induzierten Spannung wird danach von zwei Faktoren beeinflußt. Zum einen ergibt sich ein Anstieg durch die erhöhte induktive Kopplung bei Einfahrt des Werkstücks in den Bereich des Meßwertaufnehmers, zum anderen steigt auch die Induktivität und damit die Impedanz der Erregerwicklungen, was zu einem Absinken des Erregerstroms und damit der in den Meßspulen induzierten Spannungen führt. Die Spannungen U _1,2 haben also je einen dreieckförmigen Verlauf, jedoch einerseits in der positiven, andererseits in der negativen Halbebene gelegen. Beim Anschluß der Meßwicklungen an den Eingangs-Differenzverstärker der Baugruppe Meßwertaufbereitung liegt aufgrund des hohen Eingangswiderstands praktisch Leerlauf vor und die Differenzspannung steht in ihrer vollen Höhe als Meßsignal zur Verfügung.

Aufgabe der Baugruppe Meßwertaufbereitung 8, Fig. 6, ist es, die vom Meßwertaufnehmer 7 erzeugten Signale U _1,2 so aufzubereiten, daß der zur Regelung des Positioniervorgangs eingesetzte digitale Regler 5 sie über einen Analogeingang einlesen und weiterverarbeiten kann. Wie bereits dargestellt, liefert der Meßwertaufnehmer zwei sinusförmige Spannungen, deren Amplitudendifferenz Auskunft über die Position des Werkstücks gibt. Am Eingang der Baugruppe Meßwertaufbereitung ist demzufolge ein Differenzverstärker angeordnet, der die ebenfalls sinsuförmige Differenzspannung bildet. Von Interesse sind deren Amplituden, die durch ein Abtast-Halteglied eine bestimmte Zeit gehalten und nach jeder Periode gelöscht werden. Innerhalb der Haltezeit müssen sie von dem digitalen Regler abgefragt werden. Zur Steuerung dieses Vorgangs erzeugt die Baugruppe ein Freigabesignal entsprechend den Anforderungen des Analogeingangs des Reglers. Dieses Freigabesignal sowie das Signal zum Löschen des Abtast-Halteglieds, im folgenden Löschsignal genannt, werden durch jeweils ein Monoflop erzeugt, das über einen Phasenschieber und einen Komparator angesteuert wird. Im folgenden wird die Betriebsweise der Einrichtung näher erläutert. Der Differenzverstärker bildet aus den beiden Eingangssignalen U _1,2 die Differenzspannung, Signal a. Nur die negativen Halbwellen gelangen auf den Kondensator des Abtast- Halteglieds, auf welchem der Scheitelwert gespeichert wird, Signal d bzw. Spannung U _A . Zu den Zeitpunkten n · T + t ₁, n = 0, 1, 2, . . . , soll der Kondensator gelöscht und damit für die Speicherung der nächsten Amplitude vorbereitet werden. Durch die Verschiebung um -π/3 erzeugt der RC-Phasenschieber 1 hierzu aus dem Differenzsignal a eine Hilfsspannung, Signal b, in deren Nulldurchgang mit positiver Steigung das Monoflop 1 das Löschsignal c erzeugt. Über die Löschschaltung wird daraufhin der Speicherkondensator entladen. In gleicher Weise wie das Löschsignal wird das Freigabesignal f bzw. die Spannung U _F erzeugt. Durch eine Phasenverschiebung um π/3 bildet der RC- Phasenschieber 2 aus Signal a eine Hilfsspannung, Signal e, in deren Nulldurchgang mit positiver Steigung, also zu den Zeitpunkten n · T + t ₃, n = 0, 1, 2, . . . , Monoflop 2 von "high" auf "low" schaltet und damit die Messung freigibt. Die beiden Signale d und f bzw. deren Spannungsverläufe U _A und U _F können von dem digitalen Regler weiterverarbeitet werden. Da das sinusförmige Signal des Meßwertaufnehmers 7 stets mit Erreichen des negativen Scheitelwerts von der Baugruppe Meßwertaufbereitung 8 abgetastet wird, ergibt sich bei einer angenommenen Transportgeschwindigkeit von v = 1 m/s und einer maximalen Positionsänderung von Δ x = 1 mm zwischen zwei Abtastungen für die Frequenz des Oszillators des Leistungs-Sinusgenerators 18

Das Ausgangsspannungs-Weg-Diagramm ist in Fig. 7 dargestellt und weist einen dreieckförmigen Verlauf auf, dessen Maximum an der Stelle x = 1/2, der halben Länge des Meßwertaufnehmers 7, liegt. Zur Aufzeichnung des Verlaufs mittels X/Y-Schreibers wurde das Ausgangssignal d bzw. die Spannung U _A über einen Tiefpaß mit sehr niedriger Grenzfrequenz geleitet, um den Meßfrequenzanteil zu unterdrücken. Das Diagramm zeigt somit die Amplituden der Ausgangsspannung Û _A , also den von dem digitalen Regler zu verarbeitenden, aufbereiteten Meßwert in Abhängigkeit von der Position des Werkstücks 1. Ist der Meßwertaufnehmer 7 in der Nähe des Antriebs 3 angeordnet, so werden über das Werkstück Störungen seitens des magnetischen Feldes des Antriebs in Form einer Amplitudenmodulation auf die Ausgangspannungen U _1,2 des Meßwertaufnehmers übertragen. Die auftretenden Störfrequenzen lassen sich jedoch durch einen sehr schmalbandigen Bandpaß mit einer Mittenfrequenz gleich der Meßfrequenz eliminieren. Deshalb verfügt die Baugruppe Meßwertaufbereitung außerdem über ein aktives Bandpaßfilter vierter Ordnung, das sich aus zwei Filtern zweiter Ordnung zusammensetzt.

Der digitale Regler 5 umfaßt, Fig. 8, die Zentraleinheit 14 mit Steuereinheit und Arithmetik, den statischen Speicher 12, insbesondere zum Einlesen der abgespeicherten Spannungswerte, den Festwertspeicher 13 zur Aufnahme des Monitor- und des Anwenderprogramms, im vorliegenden Fall des Regelalgorithmus, die serielle Ein/Ausgabe-Einheit 15 zum Anschluß der Bedienungsperipherie und zur Protokollführung, sowie die parallele Ein/Ausgabe-Einheit 16 in Verbindung mit der Steuerungsbaugruppe 17 zwecks Feststellung des Zustands von Abtastschaltern auf der Transportstrecke 2, Steuerung der Alarmanzeige und Ausführung von Schaltfunktionen für die dokumentierenden Meßgeräte. Die Parameter der Regelung sind die Verstärkung v, die sowohl hardwaremäßig im Zuge der Vorverstärkung v _h des Verstärkers der Meßwertaufbereitung 8 als auch softwaremäßig als Verstärkungsfaktor v _s abgespeichert, beeinflußt werden kann. Der Pufferverstärker 11 dient dem Schutz und der Potentialtrennung des Digital/Analog-Wandlers 9. Im folgenden wird die Betriebsweise des digitalen Reglers weiter beschrieben. Über Abtast- oder Näherungsschalter auf der Transportstrecke 2 wird dem digitalen Regler 5 Mitteilung über die Annäherung eines Werkstücks 1 gegeben. Erreicht das Werkstück den Meßwertaufnehmer 7, so kann über zwei zeitlich versetzt abgefragte Meßwerte U _A die Position und die Geschwindigkeit des Werkstücks auf der Strecke und die Steigung der Ausgangsspannungs- Weg-Kennlinie ermittelt werden. Entsprechend kann ein Brems-, oder auch wenn notwendig, ein Beschleunigungsvorgang über den Umrichter 4 und den Antrieb 3 eingeleitet werden. Über Speicherung und weiteres Abfragen von Meßwerten kann die Wirkung der vorangegangenen Maßnahme verfolgt werden, bis bei Vorzeichenänderung der Steigung eine weitere Geschwindigkeitsprüfung und evtl. eine Zuschaltung von Hilfsbremsen, wie Gleichstrombremsen, erfolgt. Auch wäre bei Überfahren des Haltepunkts, damit verbunden ein Vorzeichenwechsel der Steigung der Ausgangsspannungs- Weg-Kennlinie, ein Beschleunigen in -x-Richtung, auch unter Zuschaltung von Hilfsbremsen, also ein gebremster Fahrbetrieb, möglich. Der Meßwert U _A am Ausgang der Baugruppe Meßwertaufbereitung 8 steht nur zu festgelegten Zeiten, nämlich nach jedem Scheitelwert der sinusförmigen Differenzsspannung, zur Verfügung und muß dann auch verarbeitet werden. Das Freigabesignal f gibt mit seiner Flanke "high" → "low" die Analog/Digital-Wandlung frei. Softwaremäßig muß dafür gesorgt werden, daß die zur digitalen Regelung des Positioniervorganges jeweils notwendigen Programmzyklen in einer Periode T der Meßspannung abgearbeitet werden können. Falls es den Genauigkeitsforderungen genügt, bestünde eine andere Möglichkeit darin, nur jeden zweiten (oder dritten, usw.) anstehenden Meßwert einzulesen und zu verarbeiten. Auf einen wesentlichen Vorteil des analogen Verfahrens sei hier noch hingewiesen. Der Weg Δ x, um den sich das Werkstück 1 zwischen zwei Meßsignalen fortbewegt, ist hier über die Meßfrequenz beeinflußbar und wird in der Endphase des Positioniervorgangs, also für die Geschwindigkeit v→0, beliebig klein. Hierdurch ist die Möglichkeit einer hochgenauen Positionierung gegeben.

Bezugszeichenliste

 

1

 Werkstück
 

2

 Transportstrecke
 

3

 Antrieb
 

4

 Umrichter
 

5

 Digitaler Regler
 

6

 Abtasteinrichtung
 

7

 Meßwertaufnehmer
 

8

 Meßwertaufbereitung
 

9

 Digital/Analog-Wandler

10

 Analog/Digital-Wandler

11

 Pufferverstärker

12

 Statischer Speicher

13

 Festwertspeicher

14

 Zentraleinheit

15

 Serielle Ein/Ausgabe-Einheit

16

 Parallele Ein/Ausgabe-Einheit

17

 Steuerungsbaugruppe

18

 Leistungs-Sinusgenerator

19

 Meßwicklung

20

 Erregerwicklung

21

 Wicklungsträger
· Wicklungssinn
→ Transportrichtung

Verzeichnis der verwendeten Größen und Formelzeichen Lateinische Buchstaben

f Frequenz
h Höhe
I Stromstärke
l Länge
t Zeitvariable
T Periodendauer
U Spannung
v Verstärkungsfaktor, Transportgeschwindigkeit
x Ortsvariable

Indizierung

A Ausgang
E Erregung
F Freigabe
h Hardware
n Zählindex
N Nutz
s Software
S Stör
Û Spitzenwert

Signalbezeichnung

a Differenzsignal
b Signal zur Erzeugung des Löschsignals
c Löschsignal
d Ausgangssignal
e Signal zur Erzeugung des Freigabesignals
f Freigabesignal

Literaturverzeichnis

[1] Rohrbach, C. Handbuch für elektrisches Messen mechanischer Größen, VDI-Verlag, Düsseldorf, 1967, S. 234-242

[2] Freitag, E. Induktive Abgriffsysteme, Messwerte, Jg. 17, 1976, S. 11-14

[3] Schaevitz, H. The Linear Variable Differential Transformer, Proc. Soc. for Exp. Stress Anal., 1947, Vol. IV, H. 2, S. 79

[4] Boggis, A. G. Design of Differential Transformer Displacement Gauges, Proc. Soc. for Exp. Stress Anal., 1952, Vol. IX, H. 2, S. 171

[5] Holbein, G. Der Differential-Transformator, Elektronik, Jg. 7, 1958, S. 149

[6] Winters, W. W. The Linear Variable Differential Transformer, Instr. and Contr. Syst., Bd. 33, 1960, S. 1724

[7] Loos, H. R. Wirkungsweise und Berechnung von Meßwertaufnehmern zur berührungslosen Wegmessung, Techn. Messen, Jg. 44, 1976, H. 7/8, S. 229 + H. 10, S. 309

[8] Girgis, G. A. Eine neue Lösung des Randwertproblems für den kurzen ferromagnetischen Zylinder im äußeren Feld und ihr Einsatz bei der Berechnung des Differentialtransformators, AfE, Bd. 66, 1983, H. 1, S. 1

[9] Stahlmann, H.-D. Der Differentialtransformator als induktiver Stellungsmelder, AfE, Bd. 66, 1983, S. 277

Claims (4)

1. Verfahren und Anordnung einer Positioniereinrichtung bestehend aus einer analog arbeitenden Abtasteinrichtung (6) mit einem nach dem Prinzip des Differentialtransformators arbeitenden Meßwertaufnehmer (7) und einer Meßwertaufbereitung (8) zur Wegmessung von bewegten Werkstücken (1) in Form stabförmiger, ferromagnetischer Halb- oder Fertigfabrikate wie z. B. Stabstahl, Blankstahl, Hohlprofile im Durchlauf durch das magnetische Feld wechselstromgespeister Erregerspulen (20) in Verbindung mit Meßspulen (19) und einer digitalen Regelung (5) zum Zwecke der Positionierung des Werkstücks (1),
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden, den Meßwertaufnehmer (7) bildenden, aus je einer Erreger- (20) und zwei Meßspulen (19) bestehenden, aufgespannten, ebenen Flächen, wobei je eine ebene Fläche den Flächeninhalt der Erregerspule (20) bildet und sich die beiden Meßspulen (19) den gleichen Flächeninhalt flächendeckend ohne Rest teilen, parallel zur Transportrichtung des Werkstücks (1) aber zueinander im Winkel angeordnet sind und um das Werkstück (1) eine V-förmige Rinne bilden.

2. Verfahren und Anordnung einer Positioniereinrichtung für stabförmige Werkstücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die beiden, sich winklig gegenüberliegenden Meßspulen (19) des Meßwertaufnehmers (7) der Abtasteinrichtung (6) ein Spulenpaar bilden und wicklungsmäßig gegensinnig in Reihe geschaltet sind und die beiden Erregerwicklungen (20) des Meßwertaufnehmers (7) der Abtasteinrichtung (6) wicklungsmäßig gegensinnig parallel geschaltet sind.

3. Verfahren und Anordnung einer Positioniereinrichtung für stabförmige Werkstücke nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die resultierende Ausgangsspannung U _A der Baugruppe Meßwertaufbereitung (8) der Abtasteinrichtung (6), der die induzierten Spannungen U _1,2 der Meßspulen (19) des Meßwertaufnehmers (7) zugeführt werden, einen unabhängig von der Geschwindigkeit und der Geometrie des zu positionierenden Werkstücks (1) dreieckförmigen Verlauf in Abhängigkeit des Ortes bei Durchfahren des Werkstücks (1) durch den Meßwertaufnehmer (7) in Transportrichtung aufweist.

4. Verfahren und Anordnung einer Positioniereinrichtung für stabförmige Werkstücke nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dreieckförmige Ausgangsspannung U _A der Baugruppe Meßwertaufbereitung (8) der Abtasteinrichtung (6) der digitalen Regeleinrichtung (5) zugeführt wird, die nach vorgegebenem Algorithmus über Stellglied (4) und Regelstrecke (3) Einfluß auf die Position des zu transportierenden Werkstücks (1) nimmt und eine genaue, zu wählende Positionierung desselben im Bereich des Meßwertaufnehmers (7) ermöglichen.