DE3809320A1

DE3809320A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen und bewerten von kurvenzuegen mittels eines xy-schreibers

Info

Publication number: DE3809320A1
Application number: DE19883809320
Authority: DE
Inventors: Norbert Brinkmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-03-19
Filing date: 1988-03-19
Publication date: 1989-10-05

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen und Bewerten von mit einer Sollkurve zu vergleichenden sich ständig wiederholenden Kurvenzügen insbesondere für Langzeitkontrollen mit einem XY-Schreiber, bei dem die Meßeingangssignale von einem Faserstift oder dergleichen als Kurvenzug auf das Schreibpapier aufgezeichnet werden. Darüber hinaus befaßt sich die Erfindung mit einer Vorrichtung mit einem XY-Schreiber mit einer Schreibfläche mit Schreibpapier und einem von den XY-Eingängen gesteuerten auf einem Wagen bewegbar befestigten Faserstift, Schreibstift oder dergleichen zum Durchführen des neuen Meßverfahrens.

Es stellt sich häufig die Aufgabe, viele gleichförmige Bewegungsabläufe, z.B. Schließbewegungen oder Hubbewegungen von Werkzeugen in automatisch gesteuerten Maschinen, über einen Zeitraum von mehreren Stunden oder Tagen auf ihre Konstanz zu überprüfen. Hierbei müssen diese Bewegungen über einen geeigneten Sensor erfaßt und mit schreibenden Geräten, z.B. XY-Schreibern oder XT-Schreibern als Kurvenzug dokumentiert werden. Es ist bekannt, für diese Aufgabe XY-Schreiber mit Endlos-Papier zu benutzen. Der Papierverbrauch ist hier sehr hoch und der Bezug zu der Muster- oder Sollkurve ist schwer herzustellen, da die Kurvenzüge nacheinander auf das Papier geschrieben werden. Werden Schreiber mit Rücklauf und Faserfedern zur Darstellung der Kurvenzüge verwendet, so ist die Anzahl der Kurvenzüge, die übereinandergeschrieben werden können wegen des Auslaufens der Farbstoffe begrenzt. Keines dieser Verfahren gestattet eine Bewertung aus dem Vergleich mit der Muster- oder Sollkurve und damit auch keine Beurteilung oder Maßnahme bei Über- oder Unterschreitung vorgegebener Toleranzen.

Andererseits gibt es zur Lösung dieser Aufgaben Meßverfahren, die mit Speicher-Öszilloskopen arbeiten. Solche Meßverfahren sind jedoch sehr teuer und daher bereits aus diesem Grunde nicht überall wirtschaftlich anwendbar. Auch besitzen sie nur geringe Auflösungen und Auswertungseinrichtungen sind noch zusätzlich anzuschaffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein preiswertes Meßverfahren unter Einsatz von XY-Schreibern zu schaffen, und zwar handelsüblichen XY-Schreibern, mit dem Langzeit-Kontrollmessungen mit hoher Genauigkeit durchführbar sind.

Die Erfindung schlägt zur Lösung der gestellten Aufgabe vor, daß ausgehend von dem gattungsgemäßen bekannten Verfahren wie folgt verfahren wird:

a) die Sollkurve auf das Schreibpapier dauerhaft mittels Faserstift oder dergleichen aufgetragen wird,
b) der Faserstift für die nachfolgenden Kontrollmessungen außer Funktion gesetzt wird,
c) eine Fotozelle anstelle des Faserstiftes in Aktion tritt und die Kurvenzüge der Kontrollmessungen über der Sollkurve optisch abtastet,
d) gleichzeitig auf den Eingang der Y-Koordinate des Schreibers während der Aufzeichnung der Kurvenzüge der Kontrollmessungen eine elektrische Spannung mit einer einstellbaren Amplitude und Frequenz aufgeschaltet wird, so daß die zu kontrollierenden Kurvenzüge um die aufgezeichnete Sollkurve oszillieren, wobei die Amplitude ein Maß für die zulässige Toleranz darstellt,
e) die mit den oszillierenden Kurvenzügen bewegte Fotozelle bei jeder Kreuzung mit der aufgezeichneten Sollkurve durch Wechseln des Ausgangssignals ein Signal abgibt,
f) die von der Fotozelle abgegebenen Signale gezählt und mit einem Sollwert einschließlich Toleranzwert verglichen werden.

Das erfindungsgemäß verbesserte Meßsystem benutzt zunächst einen handelsüblichen XY-Schreiber, mit z.B. einer DIN-A-4 oder DIN-A-3 Schreibfläche. Diese Vorrichtung wird erfindungsgemäß entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2 ergänzt. Der XY-Schreiber wird so modifiziert, daß neben dem Schreibstift auf dem gleichen Halter eine optische Erkennung montiert ist (Lichtleitfaser). Der Y-Kanal wird an den Istwert der Schließeinheit angeschlossen. Der X-Kanal (Zeit) wird von einem Maschinensignal getriggert. Mit "Pen down" wird jetzt das als "gut" ermittelte Zeit/Spannungs-Profil von dem Faserstift aufgezeichnet. Dieses Profil dient als Sollkurve für alle nachfolgenden Profile. Dann wird über "Pen up" der Schreibstift unwirksam gemacht. Gleichzeitig wird auf den Y-Kanal aus einem Funktionsgenerator eine Wechselspannung einer bestimmten Form aufgeschaltet. Alle nachfolgenden Profile werden über die optische Erfassung erkannt.

Der Vergleich der nachfolgenden Profile mit der Sollkurve geschieht wie folgt:

Das Auslenken des Y-Kanals setzt sich zusammen aus der Spannung der nachfolgenden Profile und der überlagerten Wechselspannung. Die Zeitachse t wird bei allen folgenden Meßvorgängen wie o.a. gestartet. Damit wird erreicht, daß die optische Erkennung mit der vorgegebenen Frequenz um die Musterkurve oszilliert. Die Anzahl der Kreuzungen pro Profil wird jetzt gezählt und als Referenzwert hinterlegt.

Die Fotozelle kann zwischen einer vom Faserstift geschriebenen Linie und dem unbeschriebenen Papier unterscheiden.

Nachfolgend wird die Erfindung mit ihren Vorteilen an einem Ausführungsbeispiel und anhand der Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Sollkurve

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau der Meßvorrichtung und Meßvorgang.

Soll eine Werkzeugbewegung, z.B. ein Schlitten, mit einer bestimmten Beschleunigung, einer konstanten gleichförmigen Bewegung und einer maximalen Verzögerung bewegt werden, so wird für eine gleichmäßige Qualität der Fertigung gefordert, daß der Schlitten mit den ermittelten Sollwerten wiederholgenau über einen längeren Zeitraum gefahren wird.

In Fig. 1 ist eine solche Sollkurve SK für eine Schlittenbewegung dargestellt, wobei in der Y-Achse die Beschleunigung aufgetragen ist und die X-Achse der Zeitachse entspricht.

Um das erfindungsgemäße Kontrollverfahren, d.h. Kontrollmeßverfahren, durchführen zu können, ist zuerst die Sollkurve festzulegen und aufzuschreiben. Die Schlittenbewegungen werden also so eingestellt, wie sie der Arbeitsprozeß verlangt und von dem ersten als richtig ermittelten Bewegungsablauf wird mit dem Faserstift des Schreibers I, siehe Fig. 2, das Bewegungsprofil als Sollkurve SK auf das Papier P aufgezeichnet. Dabei wird die X-Koordinate von einem Weggeber, Transmitter, und die Zeit-Koordinate t von der vorgewählten Zeitbasis in Millimeter je Sekunde (ausgelenkt) bestimmt. Der Y-Kanal des Schreibers I ist an den Istwert des zu messenden Objektes, hier der Schlitten einer Werkzeugmaschine, angeschlossen.

Ist der Kurvenzug, d.h. die Sollkurve SK, aufgezeichnet, so wird der Federmechanismus des Wagens, der den Faserstift trägt, hochgeklappt und der Faserstift wird aus der Schreibstellung weggeführt, um das Überschreiben der Sollkurve durch nachfolgende Kurvenzüge zu vermeiden. Der Faserstift geht in seine Startstellung zurück und an Stelle dessen übernimmt die Fotozelle die optische Abtastung und den Vergleich der nachfolgenden Kurvenzüge mit der auf dem Papier aufgezeichneten Sollkurve. Da die Fotozelle nur optisch arbeitet, wird die Sollkurve nicht durch Überschreiben verändert.

Bei deckungsgleichen Kurvenzügen von Sollkurve und zu kontrollierenden überprüfenden Kurvenzügen würde die Fotozelle nur ein Signal entlang des gesamten Sollkurvenzuges abgeben, z.B. abgedunkelt, wenn der Sollkurvenzug schwarz und das Schreibpapier weiß wäre. Andererseits würden bereits sehr geringe Abweichungen von der Sollkurve ein Signal liefern und damit zur Fehleranzeige führen. Üblicherweise ist jedoch eine mehr oder weniger große Toleranzbreite, d.h. Plus- und/oder Minus-Abweichung, von dem Sollkurvenwerten zulässig. Deshalb wird nach der Erstellung der Sollkurve für die Messung und Registrierung der zu kontrollierenden Kurvenzüge auf den Eingang der X-Koordinate eine elektrische Spannung einer bestimmten einstellbaren Amplitude und Frequenz mit dem Funktionsgenerator II aufgeschaltet, siehe Schalter s. Diese Taktfrequenz ist den nachfolgenden Kurvenzügen überlagert. Damit wird erreicht, daß die nachfolgenden Kurvenzüge KK um die aufgezeichnete Sollkurve SK oszillieren, siehe Fig. 2. Bei jedem Kreuzen Z der Fotozelle um den aufgezeichneten Sollkurvenzug SK wechselt das Ausgangssignal der Fotozelle. Ist z.B. eine Taktfrequenz von 20 Hz und einer Meßzeit von 5 Sekunden vorgegeben, so werden 20 Hz/sec × 5 sec = 100 Signale je Kurvenzug bei deckungsgleichen Kurven ausgegeben. Die Signale werden der Auswerteeinheit, z.B. dem Zählgerät III zugeführt.

Die bei deckungsgleichen Kurven ermittelte Anzahl der Signale, im Beispiel 100, werden in dem Zähler III hochgezählt. Jede neue Kurve setzt den Zähler zunächst wieder auf 0. Mit einem digitalen Vorwählschalter, der nicht näher dargestellt ist, kann der zulässige Toleranzwert z.B. auf 90 Signale je Meßzug festgesetzt und dem Zählgerät eingegeben werden. In der Fig. 2 ist ein außerhalb der Toleranzbreite der Sollkurve verlaufender optisch aufgezeichneter Kurvenzug F als fehlerhaft erkennbar. Werden jetzt bei nachfolgenden Kurvenzügen 90 und mehr Signale beim Durchlaufen der Sollkurve mittels der Fotozelle gezählt, so werden diese Kurve als gut erkannt. Wird die Sollzahl von 90 unterschritten, so kann ein Signal der Fehleranzeige gegeben werden und beispielsweise ein Nachkontrollieren der Schlittenführung vor Ort erfolgen.

Eine zweite Möglichkeit um Toleranzgrenzen zu bestimmen, wird durch Veränderung der Amplitude der überlagerten Spannung erreicht. Durch Veränderung der Amplitude wird der Kreuzungsweg der zu kontrollierenden Kurven durch die Sollkurve verändert. Große Amplituden bedeuten große zulässige Toleranzwerte und umgekehrt. Die Taktfrequenz bleibt dabei unverändert.

Bei Meßvorgängen im Bereich von einigen Sekunden kann in der Regel das Meßsignal direkt an den Eingang des XY-Schreibers I angeschlossen werden. Die Häufigkeit der Meßvorgänge ist begrenzt durch die Dauer des Rücklaufes des den Faserstift und die Fotozelle tragenden Wagens des Schreibers I. Müssen sehr schnell ablaufende Signale im Millisekundenbereich erfaßt werden, so besteht die Möglichkeit, diese in einem Transientenspeicher, Puffer IV auch als Zwischenspeicher bezeichnet, zu speichern und sie anschließend mit der für den XY-Schreiber zulässigen Geschwindigkeit auszulesen.

Mit dem erfindungsgemäßen Meßverfahren und der Vorrichtung ist ein kostengünstiges und leicht auszuführendes Kontrollieren über lange Zeit von z.B. sich wiederholenden Bewegungsabläufen in automatischen Fertigungsstraßen bei Werkzeugen und Maschinenteilen möglich. Hohe Ablesegenauigkeit, die nicht durch Überschreibungen von Kurven verfälscht werden, sind erreichbar. Die Überwachungszeiträume sind einstellbar, das Toleranzband ist einstellbar und die Meßtechnik ist für beliebige Kurven anwendbar.

Claims

1. Verfahren zum Messen und Bewerten von mit einer Sollkurve zu vergleichenden sich ständig wiederholenden Kurvenzügen insbesondere für Langzeitkontrollen mit einem XY-Schreiber, bei dem die Meßeingangssignale von einem Faserstift oder dergleichen als Kurvenzug auf das Schreibpapier aufgezeichnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem XY-Schreiber mit einer Schreibfläche mit Schreibpapier und einem von den XY-Eingängen gesteuerten auf einem Wagen bewegbar befestigten Faserstift, Schreibstift oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Faserstift eine von den XY-Eingängen gespeiste Fotozelle vorgesehen ist, wobei jeweils nur entweder der Faserstift oder die Fotozelle aktivierbar ist, und daß an den Y-Kanal ein eine Wechselspannung einstellbarer Amplitude und Frequenz liefernder Funktionsgenerator angeschlossen ist, der in Verbindung mit der Fotozelle aktivierbar ist, und ein die von der Fotozelle abgegebenen Signale auswertendes Zählwerk vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Eingängen des XY-Schreibers ein Zwischenspeicher für die Meßsignale vorgesehen ist.