DE69118799T2

DE69118799T2 - Gitterspannungsmessvorrichtung und Verfahren dazu

Info

Publication number: DE69118799T2
Application number: DE69118799T
Authority: DE
Inventors: Sadao Kozuka; Tomoyuki Kurihara; Susumu Nakaoka
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1991-09-26
Publication date: 1996-11-28
Anticipated expiration: 2011-09-27
Also published as: EP0477942A3; KR920006729A; SG49897A1; KR100239808B1; DE69118799D1; US5251491A; EP0477942A2; EP0477942B1; JPH04136729A

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung ist auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der mechanischen Spannung an einem rechteckigen, eine Farbe erzeugenden Gitterelement gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1 und 2 gerichtet.

Beschreibung der einschlägigen Technik

Im allgemeinen wird beim Zusammenbauprozeß für die Farbauswahlelektrode einer Kathodenstrahlröhre zum Kontrollieren der Qualität dieser Farbauswahlelektrode usw. eine mechanische Spannung am die Gitteranordnung bildenden Gitterelement gemessen, nachdem die Gitteranordnung auf den Rahmen der Farbelektrode gespannt wurde.
Bei einem bekannten Verfahren zum Messen einer mechanischen Spannung wird die Farbauswahlelektrode auf einem Schwingtisch festgehalten. Dann wird das Gitterelement der auf dem Schwingtisch gehaltenen Farbauswahlelektrode durch einen Schwinger in Schwingungen versetzt, dessen Frequenz frei ausgewählt werden kann, und optisch wird der Resonanzpunkt erfaßt, wie er im Gitterelement im Verlauf seiner Schwingung auftritt. Während dieses Prozesses wird, wenn ein Resonanzpunkt z.B. für das Zentrum des Gitterelements auftritt, die Schwingungsfrequenz ausgelesen und die so ausgelesene Frequenz wird als mechanische Spannung im Gitterelement ermittelt. Dann wird unter Verwendung eines Nutzerterminals oder dergleichen der ausgelesene Wert (die Frequenz) der so gemessenen mechanischen Spannung in einen Hostcomputer eingegeben, um die Qualität der Farbauswahlelektrode oder dergleichen beim Herstellprozeß einer Kathodenstrahlröhre zu kontrollieren.
Das vorstehend angegebene herkömmliche Verfahren zum Messen einer mechanischen Spannung stützt sich jedoch auf manuelle Kontrolle und Eingabe während seines Ablaufs, wie dann, wenn der Resonanzpunkt optisch von einer Bedienperson klargestellt wird und wenn der Wert der ausgelesenen Frequenz des Schwingers unter Verwendung des Nutzerterminals in den Hostcomputer eingegeben wird. Dann existieren die Nachteile, daß der auf einem menschlichen Bediener im Herstellprozeß der Kathodenstrahlröhre beruhende Prozeß nicht vereinfacht werden kann und daß die Kosten des Herstellprozesses der Kathodenstrahlröhre nicht wie erwünscht verringert werden können.
Das Dokument EP-A-0 226 396 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 2. Dieses bekannte Verfahren schlägt vor, die Schwingung mit wahlfreier Schwingungsfrequenz anzuregen und einen Spektral analysator anzubringen, um eine der harmonischen Komponenten der Schwingungsfrequenz des zu messenden Objekts zu entnehmen. Mindestens in erster Näherung steht die Frequenz der ersten harmonischen Frequenzkomponente in Beziehung mit der mechanischen Spannung in der zu messenden Faser. D.h., daß es das Dokument EP-A-262 396 nicht vorschlägt, ein Meßobjekt so in Schwingung zu versetzen, daß es in seinen Resonanzzustand gelangt. Das bekannte Meßgerät erfordert einen Spektralanalysatorer zum Ausführen einer schnellen Fouriertransformation zum Entnehmen der speziellen harmonischen Frequenz. Ferner sorgt das Verfahren gemäß dem Dokument EP-A- 0 226 396 nicht für eine Messungder mechanischen Spannung des zu messenden Objekts an verschiedenen Meßstellen.

AUFGABEN UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen einer mechanischen Spannung in einem Gitterelement zu schaffen, durch die die vorstehend genannten Mängel und Nachteile, wie sie beim Stand der Technik auftreten, beseitigt werden können.
Genauer gesagt, ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der mechanischen Spannung eines Gitterelements zu schaffen, durch die eine mechanische Spannung eines Meßobjekts auf einfache Weise vollautomatisch gemessen werden kann.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen einer mechanischen Spannung in einem Gitter zu schaffen, durch die der Herstellprozeß für eine Kathodenstrahlröhre auf Handarbeitsweise beträchtlich vereinfacht werden kann, wie dann, wenn das Meßobjekt ein Gitterelement ist, das die Farbauswahlelektrode einer Kathodenstrahlröhre bildet.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen einer mechanischen Spannung in einem Gitter zu schaffen, durch die die Kosten eines Herstellprozesses verringert werden können, wenn die Erfindung auf den Herstellprozeß einer Kathodenstrahlröhre angewandt wird.
Gemäß einer ersten Erscheinungsform der Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Messen einer mechanischen Spannung die folgenden Schritte:
- Versetzen eines Meßobjekts mit streifen- oder bandförmiger Konfiguration mittels einer Luftströmung aus einer Luftdüse in Schwingung;
- Erfassen der Bewegung des Meßobjekts in einer Richtung quer zu seiner Längs- und Querposition im Raum mittels eines Wegmeßgeräts, das so ausgebildet ist, daß es sehr kleine Wege messen kann; und
- Überwachen mindestens einer Frequenzkomponente des Meßgegenstands aus der erfaßten Bewegung desselben; dadurch gekennzeichnet, daß
das Meßobjekt ein Gitterelement ist, das zu einem Farbauswahlelektrode-Rahmen einer Farb-Kathodenstrahlröhre gestreckt ist, wobei
- die Schwingung des Meßobjekts mittels der Luftströmung aus der Luftdüse so herbeigeführt wird, daß das Meßobjekt in Resonanz kommt, und die folgenden weiteren Schritte ausgeführt werden:
(a) Erfassen der Änderung des Werts des Wegs des Gitterelements bei der Schwingung als Signalverlaufssignal durch Einstrahlen von vom Wegmeßgerät abgestrahltem Laserlicht;
(b) Rückkoppeln dieses Signalverlaufssignals an einen mit der Luftdüse verbundenen elektropneumatischen Regler, um dadurch Luft mit entsprechendem Luftdruck aus der Luftdüse gegen das Gitterelement zu blasen;
(c) Wiederholen der Schritte (a) und (b) , bis ein Resonanzzustand erkannt wird, bei dem sich das Ausmaß des Wegs nicht wesentlich gegenüber den vorigen Iterationen der Schritte (a) und (b) ändert; und
(d) Zählen der Anzahl von Schwingungen des Meßobjekts pro Sekunde im Resonanzzustand desselben; und
(e) Berechnen der Resonanzfrequenz des Meßobjekts in seinem Resonanzzustand aus der gezählten Anzahl von Schwingungen, und Erhalten hieraus der mechanischen Spannung des Meßobjekts (Anspruch 1).
Gemäß einer zweiten Erscheinungsform der Erfindung ist eine Meßvorrichtung für mechanische Spannungen zum Ausführen des Verfahrens gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß es mit folgendem versehen ist:
- einer Luftdüse;
- einem elektropneumatischen Regler, der mit der Luftdüse verbunden ist, um den Luftdruck an dieser Luftdüse zu steuern;
- ein Wegmeßgerät, das so ausgebildet ist, daß es sehr kleine Wege messen kann, und das aus einer Laserlichtstrahlung- Sendeeinheit und einer -Empfangseinheit zum Empfangen von reflektiertem Laserlicht sowie einer Frequenzumsetzeinheit mit einer Funktion zum Berechnen und Einstellen einer Resonanzfrequenz auf Grundlage eines Signals vom Wegmeßgerät besteht, wobei die Vorrichtung als Einheit mit zwei Verschiebemechanismen ausgebildet ist, auf denen zumindest die Luftdüse und das Meßgerät als Einheit angebracht sind, wobei die Einheit durch die zwei Verschiebemechanismen in einer xro und einer y'-Richtung verschoben werden kann, wobei die Empro fangseinheit des Meßgeräts mit einem Neigungswinkel gegen eine Meßfläche jedes Meßobjekts bezogen auf die vertikale Richtung angeordnet ist, wobei der elektropneumatische Regler so ausgebildet ist, daß er den Luftdruck auf ein Rückkopplungssignal vom Meßgerät hin ändert, damit die Luftdüse das Meßobjekt durch die Luftströmung in Schwingung versetzen kann, bis das Rückkopplungssignal vom Meßgerät konstant wird, wenn sich das Meßobjekt im Resonanzzustand befindet, und wobei die Frequenzumsetzeinheit so ausgebildet ist, daß sie auf das Rückkopplungssignal vom Meßgerät hin die Resonanzfrequenz aufzeichnet und sie, falls erforderlich, in eine mechanische Spannung umrechnet (Anspruch2)
Abhängige Ansprüche 3 und 4 charakterisieren vorteilhafte Entwicklungen der Meßvorrichtung für mechanische Spannungen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ein besseres Verständnis anderer Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung eines veranschaulichenden Ausführungsbeispiels derselben erlangt, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist, in denen:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm ist, das dazu verwendet wird, das Prinzip eines Verfahrens zum Messen einer mechanischen Spannung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zu erläutern;
Fig. 2 ein schematisches Diagramm ist, das dazu verwendet wird, ein solches Beispiel zu erläutern, gemäß dem das Meßverfahren für mechanische Spannungen gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung auf Gitterelemente angewandt ist, die eine Farbauswahlelektrode einer Kathodenstrahlröhre bilden;
Fig. 3 eine Vorderansicht einer ersten Meßeinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 4 eine Teildraufsicht auf die erste Meßeinheit von Fig. 3 zeigt;
Fig. 5 eine geschnittene Seitenansicht der ersten Meßeinheit von Fig. 3 zeigt;
Fig. 6, die aus Fig. 6A und 6B auf zwei Zeichenblättern besteht, um die Verwendung eines geeignet großen Maßstabs zu ermöglichen, ein Blockdiagramm ist, das eine Signalverarbeitungsschaltung zum Erhalten einer Resonanzfrequenz gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 7 ein charakteristikdiagramm der Eingangs-Ausgangs-charakteristik eines invertierenden Verstärkers gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 8 ein Charakteristikdiagramm der Eingangs-Ausgangs-charakteristik eines elektropneumatischen Reglers gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 9 ein schematisches Diagramm ist, das dazu verwendet wird, eine andere Wirkung eines ersten Verschiebemechanismus gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zu erläutern;
Fig. 10 eine Vorderansicht einer zweiten Meßeinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; und
Fig. 11 eine Seitenansicht der zweiten Meßeinheit von Fig. 10 zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Es wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 11 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Prinzip für das Verfahren zum Messen einer mechanischen Spannung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Gemäß diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, ein Meßobjekt 1 in Bandform, das in Längsrichtung gestreckt ist, durch eine Luftströmung von einer Luftdüse 2 in Schwingung versetzt, bis es in Resonanz kommt. Dann wird das Verschiebeausmaß d eines Meßpunkts a auf dem Meßobjekt 1 in einen aufgrund der Resonanzschwingung verschobenen Meßpunkt a' durch z.B. die Strahlung eines Laserstrahls gemessen, der von einer Meßvorrichtung 3 für sehr kleine Wege emittiert wird. Das so gemessene Verschiebeausmaß d wird frequenzmäßig umgesetzt, um die Resonanzfrequenz zu berechnen, und die berechnete Resonanzfreguenz wird als mechanische Spannung des Meßobjekts 1 gewertet.
Die Resonanzfrequenz kann auf Grundlage des folgenden Hintergrundwissens als mechanische Spannung des Meßobjekts angesehen werden. Dies ergibt sich, was ersichtlich ist, z.B. aus der Gleichung für Seitenquerschwingungen, wie folgt:
f(Resonanzfrequenz)
wobei 1 die Seitenlänge ist, 5 die Zugspannung ist, γ das Gewicht pro Längeneinheit der Seite ist, g die Erdbeschleu nigung ist und n die Schwingungsordnung ist. Die Resonanzfrequenz und die mechanische Spannung sind proportional zueinander. Daher ist zu beachten, daß die mechanische Spannung als Resonanzfrequenz ausgedrückt werden kann, solange die Resonanzfrequenz einer mechanischen Bezugsspannung bekannt ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 und die folgenden Zeichnungen wird nun das Verfahren zum Messen einer mechanischen Spannung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschneben, wobei die Erfindung auf den Fall angewandt ist, daß die mechanische Spannung der Gitteranordnung gemessen wird, die als Farbauswahlelektrode einer Kathodenstrahlröhre aufgezogen ist, genauer gesagt, die mechanische Spannung des die Gitteranordnung bildenden Gitterelements.
Gemäß dem Verfahren zum Messen einer mechanischen Spannung gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden die mechanische Spannung eines Gitterelements 1a im zentralen Abschnitt einer Gitteranordnung 5, die über einen Farbauswahlelektroden- Rahmen 4 gezogen ist, und die mechanische Spannung eines Gitterelements 1b an den jeweiligen zwei Enden der Gitteranordnung 5 in Längsrichtung gemessen. Meßeinheiten 6a und 6b, 6b befinden sich jeweils an diesen Meßorten.
Genauer gesagt, ist eine erste Meßeinheit 6a zum Messen der mechanischen Spannung des Gitterelements 1a, das im zentralen Abschnitt der Gitteranordnung 5 liegt, an der Rückseite dieses zentralen Abschnitts des Gitterelements 1a angeordnet. Auch sind zweite Meßeinheiten 6b zum Messen der mechanischen Spannung der Gitterelemente 1a, 1b, die an den jeweiligen Enden der Gitteranordnung 5 in der Längsrichtung vorhanden sind, jeweils an den Rückseiten des zentralen Abschnitts der Gitterelemente 1b angeordnet.
Die Anordnungen und Funktionen der ersten und zweiten Meßeinheiten 6a und 6b werden nun unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 11 beschrieben.
Als erstes wird die erste Meßeinheit 6a beschrieben. Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, besteht die erste Meßeinheit 6a aus einem ersten Verschiebemechanismus 11 und einem zweiten Verschiebemechanismus 12. Der erste Verschiebemechanismus 11 besteht aus einer Verschiebeplatte 16, die verschiebbar an zwei Schienen 15a, 15b angebracht ist, die über geeignete Einrichtungen wie Schrauben oder dergleichen an einer Seitenplatte 14 befestigt sind. Die Seitenplatte 14 ist an einem Trägertisch 13 in vertikaler Richtung und einer ersten Verschiebeplatte 18 befestigt, die über einen Verbindungsmechanismus 17 an der Verschiebeplatte 16 drehbar befestigt ist. Die oben genannte Verschiebeplatte 16 ist in der durch einen Pfeil x in Fig. 3 dargestellten Richtung durch einen Förderschraubenmechanismus 22 gleitend verschiebbar, der aus einem Außengewinde 20 (dessen Längsrichtung in der Richtung x in Fig. 3 verläuft), mit Befestigung an einem Drehzahlverringerungs-Drehmechanismus 19, und einer Mutter 21 besteht, die mit dem Außengewinde 20 kämmt und über eine geeignete Einrichtung wie Schrauben oder dergleichen an der Gleitplatte 16 befestigt ist.
Wie es in Fig. 4 dargestellt ist, besteht der Drehzahlverringerungs-Drehmechanismus 19 aus einem Antriebsmotor 23, einer antreibenden Riemenscheibe 24, die am Ende der Drehwelle des Antriebsmotors 23 befestigt ist, und einer angetriebenen Riemenscheibe 25, die am Ende des Außengewindes 20 befestigt ist. Der Drehzahlverringerungs-Drehmechanismus 19 dient dazu, das Außengewinde 20 dadurch zu drehen, daß die Drehung der angetriebenen Riemenscheibe 24 über einen Riemen 26 (durch eine gestrichelte Linie mit zwei Punkten dargestellt) an die angetriebene Riemenscheibe 25 übertragen wird. Die Drehung des Außengewindes 20 zwingt die Mutter 21 zu einer Verstellung in axialer Richtung des Außengewindes 20, wodurch die Verschiebeplatte 16 in der Richtung x in Fig. 3 gleitend verschoben wird.
Der Verbindungsmechanismus ist dadurch gebildet, daß eine drehbar an der Gleitplatte 16 über eine Achse 27 angebrachte Mutter 28 und eine drehbar an der ersten Gleitplatte 18 über eine Achse 29 angebrachte Mutter 30 über eine Eingriffsverbindung 31 miteinander verbunden sind, wodurch die erste Verschiebeplatte 18 in bezug auf die Achsen 27 und 29 frei verdrehbar ist.
Auch kann diese erste Verschiebeplatte 18 frei entlang zweier gekrümmter Schienen 32a, 32b laufen, die durch eine geeignete Einrichtung wie Schrauben oder dergleichen an der Seitenplatte 14 befestigt sind. Genauer gesagt, ist eine Krümmungsebene 33a, die im Oberflächenabschnitt der ersten Krümmungsschiene 32a ausgebildet ist, in Kontakt mit V-förmigen Nuten zweier Drehplatten 34 gebracht, die an der ersten Gleitplatte 18 befestigt sind; außerdem ist eine Krümmungsebene 33b, die im Unterseitenabschnitt der zweiten Krümmungsschiene 32b ausgebildet ist, in Kontakt mit einer V-förmigen Nut einer Drehplatte 35 gebracht, die an der ersten Gleitplatte 18 befestigt ist (siehe Fig. 5), wodurch die erste Gleitplatte 18 in bezug auf die erste und zweite Krümmungsschiene 32a, 32b frei verschiebbar ist.
Insbesondere wird, da die Drehplatte 35 dauernd durch eine Feder 36 und einen Zylinder 37 in der Richtung nach oben vorbelastet wird, die erste Krümmungsschiene 32a durch die zwei Drehplatten 34 nach unten gedrückt, während die zweite Krümmungsschiene 32b durch die Drehplatte 35 nach oben gedrückt wird. Die Krümmungsebenen 33a und 33b der ersten und der zweiten Krümmungsschiene 32a und 32b haben beide im wesentlichen denselben Krümmungsradius, und dieser Krümmungsradius stimmt im wesentlichen mit dem der Gitteranordnung 5 überein.
Demgemäß wird, wenn die Verschiebeplatte 16 des ersten Verschiebemechanismus 11 gleitend in der Richtung x in Fig. 3 verstellt wird, die erste Verschiebeplatte 18 gleitend in der Richtung x verstellt, während sie entlang den Krümmungen der Krümmungsschienen 32a und 32b um ein sehr kleines Ausmaß nach oben und unten bewegt wird.
In den Fig. 3 bis 5 bezeichnen die Bezugszahlen 38, 39 Walzlager, die auch dazu dienen, das Außengewinde 20 in bezug auf die Seitenplatte 14 zu lagern.
Der zweite Verschiebemechanismus 12 enthält eine zweite Verschiebeplatte 42, die verschiebbar an einer Schiene 41 (siehe Fig. 5) befestigt ist, die an der ersten Verschiebeplatte 18 angebracht ist. Die zweite Verschiebeplatte 42 wird mittels eines Förderschraubenmechanismus 47 gleitend in der Richtung Y in Fig. 3 verstellt, der aus einem Außengewinde 45, das mit der Drehwelle eines Antriebsmotors 43 verbunden ist, der mit der ersten Verschiebeplatte 18 über Schrauben oder dergleichen verbunden ist, und einer Mutter 46 besteht, die über Schrauben oder dergleichen an der zweiten Verschiebeplatte 42 befestigt ist. In Fig. 5 bezeichnet die Bezugszahl 48 ein Walzenlager, das dazu dient, das Außengewinde 45 an der ersten Verschiebeplatte 18 zu lagern.
Bei der ersten Meßeinheit 6a gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Meßvorrichtung 50 für mechanische Spannungen im oberen Abschnitt der zweiten Verschiebeplatte 42 versehen, d.h., daß die Meßvorrichtung 50 für mechanische Spannungen an einer L-förmigen Platte 49 angebracht ist, die über Schrauben oder dergleichen mit der zweiten Verschiebeplatte 42 verbunden ist.
Wie es in Fig. 5 dargestellt ist, verfügt die Meßvorrichtung 50 für mechanische Spannungen über einen kontaktlosen Schalter 51, eine Luftdüse 52 und eine Meßvorrichtung oder einen Sensor 53 für sehr kleine Wege zum Messen eines Wegs durch Einstrahlung von Laserlicht. Der Sensor 53 besteht aus einer Sendeeinheit 53a und einer Empfangseinheit 53b. Im Layout des kontaktlosen Schalters 51, der Luftdüse 52 und des Sensors 53 sind diese Elemente in dieser Reihenfolge angeordnet, und die Sendeeinheit 53a des Sensors 53 liegt an der äußersten Position (am rechten Ende in Fig. 5). Insbesondere ist die Empfangseinheit 53b des Sensors 53 über der Sendeeinheit 53a so angeordnet, daß sie unter einem Winkel Θ (= ungefähr 30º) relativ zur Horizontalen steht, wie in Fig. 5 dargestellt.
Wenn eine mechanische Spannung im zentralen Abschnitt des zentralen Gitterelements 1a der sich in der Farbauswahlelektrode erstreckenden Gitteranordnung 5 unter Verwendung der ersten Meßeinheit 6a gemessen wird, wird die erste Verschiebeplatte 18 durch den ersten Verschiebemechanismus gleitend in der Richtung x verstellt, um dadurch die Meßvorrichtung 50 für mechanische Spannungen im zentralen Abschnitt der Rückseite des Gitterelements 1a zu positionieren. Dann wird das zweite Verschiebeelement 42 so verschiebbar in der Richtung nach oben verstellt, daß die Meßvorrichtung 50 für mechanische Spannungen nahe an das Gitterelement 1a gebracht wird. Wenn der Abstand n zwischen der Sendeeinheit 53a des Sensors 53 und dem Gitterelement 1a ungefähr 40 mm erreicht hat, wird der kontaktlose Schalter 51 aktiviert (z.B. eingeschaltet) , um den Betrieb des zweiten Verschiebemechanismus 12 anzuhalten.
Dann wird das Gitterelement 1a durch die Luftströmung von der Luftdüse 52 in Schwingung versetzt, und zwar so, daß es in Resonanz kommt. Die Änderung des Verschiebeausmaßes d (siehe Fig. 1) im Meßpunkt a des Gitterelements 1a, hervorgerufen durch die Resonanz desselben, wird durch den Sensor 53 gemessen, und diese Änderung des Verschiebeausmaßes d wird durch ein Signalverarbeitungssystem in der folgenden Stufe in eine Frequenz (Resonanzfrequenz) umgesetzt.
Gemäß den Fig. 6A und 6B (auf zwei Zeichnungsblätter gezeichnet, um die Verwendung eines geeignet großen Maßstabs zu ermöglichen), beschreiben diese Figuren die Signalverarbeitung, gemäß der das Gitterelement 1a in Resonanz versetzt wird und die sich ergebende Resonanzfrequenz erhalten wird.
Wie vorstehend beschrieben, wird, gemäß Fig. 6, wenn der kontaktlose Schalter 51 (siehe Fig. 5) eingeschaltet wird, ein Lasergenerator 61 durch eine Spannungsversorgungsschaltung 60 aktiviert und es wird impulsförmiges Laserlicht von der Sendeeinheit 53a mittels des Lasergenerators 61 emittiert. Dabei wird eine Torschaltung 62 auf der Seite der Empfangseinheit 53b durch einen Startimpuls Ps vom Lasergenerator 61 geöffnet. Danach fällt das am Meßpunkt a auf dem Gitterelement 1a reflektierte Laserlicht auf die Empfangseinheit 53b und tritt in einen Detektor 63 ein. Dieser empfangene Impuls wird vom Detektor 63 als Stoppimpuls Pe empfangen, um die Torschaltung 62 zu schließen. Dann wird die Anzahl von Taktimpulsen Pc vom Taktgenerator 62, wie durch einen Zähler 64 während der Periode, in der die Torschaltung 62 offen war, gezählt, durch einen Digital-Analog(D/A)-umsetzer 66 in eine Spannung umgesetzt. Dabei leitet der D/A- Umsetzer 66, da das Gitterelement 1a noch keiner Luftströmung unterworfen ist, lediglich die Gleichspannungskomponente her, die den Abstand zwischen der Sendeeinheit 53a und der Empfangseinheit 53b anzeigt, wobei der Meßpunkt a auf dem Gitterelement 1a vor der Schwingung desselben als Mittelpunkt verwendet wird. Diese Gleichspannungskomponente wird durch ein Kopplungskondensator C entfernt, und über einen Verstärker 67, einen Kontakt b und und eine Gleichrichterschaltung 68 wird der Pegel null einem invertierenden Verstärker 69 zugeführt. Dieser invertierende Verstärker 69 verfügt über eine Eingangs-Ausgangs-Charakteristik, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist, so daß dann, wenn die Eingangsspannung Vin von der Gleichrichterschaltung 68 den Pegel null hat, seine Ausgangsspannung Vout maximal ist, und daß dann, wenn die Eingangsspannung Vin hohe Amplitude aufweist, die Ausgangsspannung Vout um so kleiner wird. In diesem Fall wird, da die Eingangsspannung Vin den Pegel null hat, die maximale Ausgangsspannung Vout vom invertierenden Verstärker 69 erzeugt und an den elektropneumatischen Regler 70 der nächsten Stufe geliefert.
Dieser elektropneumatische Regler 70 ist so ausgebildet, daß er den Luftdruck von der Luftdüse 52 so einstellt, daß der obige Druck proportional zur Ausgangsspannung Vout des invertierenden Verstärkers 69 wird. Die Beziehung zwischen der Eingangsspannung Vin in den invertierenden Verstärker 69 von der Gleichrichterschaltung 68 und der Ausgangsgröße (Luftdruck) des elektropneumatischen Reglers 70 wird im wesentlichen dieselbe wie die Eingangs-Ausgangs-charakteristik von Fig. 7 für den invertierenden Verstärker 69 (siehe Fig. 8).
Beim obigen Ausführungsbeispiel wird, da die vom invertierenden Verstärker 69 ausgegebene Maximalspannung Vout in den elektropneumatischen Regler 70 eingegeben wird, Luft vom maximalen Druck von der Luftdüse 52 ausgegeben und auf das Gitterelement 1a geblasen, was bewirkt, daß diese schwingt.
Von der Sendeeinheit 53a wird das Laserlicht intermittierend mit sehr kurzen Ausgangszeiten emittiert, so daß dann, wenn das Gitterelement 1a schwingt und sein Meßpunkt a in vertikaler Richtung verschoben wird, die Änderung des Verschiebungsausmaßes d des Meßpunkts a als Signalverlauf Sv vom D/A-Umsetzer 66 ausgegeben wird. Dieser Signalverlauf Sv wird dem Kopplungskondensator C zugeführt, in dem die Gleichspannungskomponente entfernt wird, und dann erfolgt Verstärkung durch den Verstärker 67. Der so verstärkte Signalverlauf 5 wird über den Kontakt b an die obige Gleichrichterschaltung 68 und eine Frequenzumsetzschaltung 71 geliefert, die später beschrieben wird.
Der an die Gleichrichterschaltung 68 gelieferte Signalverlauf S wird in ein Gleichspannungssignal (Eingangsspannung) Vin umgesetzt und dann an den invertierenden Verstärker 69 geliefert, von dem eine Ausgangsspannung Vout hergeleitet wird, die der Eingangs-Ausgangs-Charakteristik von Fig. 7 entspricht. Diese Ausgangsspannung Vout wird an den elektropneumatischen Regler 70 geliefert, der einen der Ausgangsspannung Vout entsprechenden Luftdruck über die Saugdüse 72 auf das Gitterelement 1a ausübt.
Die rückgekoppelte Einstellung vom Sensor 53 an den elektropneumatischen Regler 70 wird dazu verwendet, das Gitterelement 1a in Resonanz zu bringen. D.h., daß die Schwingung des Gitterelements 1a solange instabil ist, bis sie in Resonanz ist, so daß dann, wenn das Gitterelement 1a mit großer Amplitude schwingt, der Luftdruck verringert wird, wohingegen dann, wenn das Gitterelement 1a mit kleiner Amplitude schwingt, der Luftdruck erhöht wird, wodurch das Gitterelement 1a schließlich in Resonanz gelangt. Wenn das Gitterelement 1a in Resonanz gelangt ist, wird der Peak des Signalverlaufs S konstant, d.h., daß die Amplitude des Gleichspannungssignals (Eingangsspannung) Vin von der Gleichrichterspannung 68 her konstant wird und daß auch der Luftdruck von der Luftdüse 52 konstant wird.
Die Frequenzumsetzeinheit 71 besteht aus einer Spitzenwert- Erfassungsschaltung 72, die den Peak des vom Verstärker 67 gelieferten Signalverlaufs S erfaßt, und einem Zähler 73, der die Anzahl derartiger Peaks zählt. Es wird nun ein Beispiel für die Funktion der Frequenzumsetzeinheit 71 beschrieben. Wenn das Gitterelement 1a durch den Luftdruck in Schwingung versetzt ist und der durch die Schwingung des Gitterelements 1a erzeugte Signalverlauf S an die Spitzenwert-Erfassungsschaltung 72 geliefert wird, erfaßt diese den ersten Peak und liefert gleichzeitig einen Setzimpuls P an einen Timer 74. Der Timer 74 liefert im zeitlichen Verlauf, z.B. 1 Sekunde nach der Eingabe des Setzimpulses P, ein Interruptsignals P&sub0; an eine Steuereinheit 75.
Die Steuereinheit 75 liest die Anzahl der vom Zähler während eine Sekunde gezählten Peaks auf Grundlage des Interruptsignals P&sub0; und speichert sie in einen ersten variablen Arraybereich 76a innerhalb eines Speichers 76 ein, und sie setzt auch den Zähler 73 zurück. Bevorzugter überträgt die Steuereinheit 75 als Verknüpfungsmaßnahme eine Bereitschaftsanweisung d für die Setzimpulseingabe an den Timer 74. Dann wird der Timer 74 auf Grundlage der Anweisung d in den Bereitschaftszustand für die Setzimpulseingabe von der Spitzenwert-Erfassungsschaltung 72 versetzt.
Durch dreimaliges Wiederholen der Abfolge der obigen Vorgänge, d.h. nach dem Verstreichen von 3 Sekunden, sind die Anzahlen von Peaks des Signalverlaufs S, wie vom Verstärker 67 pro Sekunde geliefert, in den ersten bis dritten Variablenarraybereich 76a bis 76c innerhalb des Speichers 76 eingespeichert.
Dann berechnet eine Berechnungseinheit 77 Anzahldaten aus den jeweiligen Variablenarraybereichen 76a bis 76c und vergleicht sie. Wenn die Zahlendaten im wesentlichen übereinstimmen, wenn z.B. die Zahlendaten übereinstimmen oder sich nur zwischen 1 und 3 unterscheiden, wird bestimmt, daß sich das Gitterelement 1a in Resonanz befindet, und es wird der Mittelwert von z.B. drei Zahlendaten als Resonanzfrequenz f gewählt. Wenn sich das Gitterelement 1a nicht in Resonanz befindet, sind die Zahlendaten wesentlich voneinander verschieden. Demgemäß kann durch das obige Berechnungsverfahren in der Berechnungseinheit 77 leicht bestimmt werden, ob sich das Gitterelement 1a in Resonanz befindet oder nicht.
Um mit höherer Genauigkeit zu bestimmen, ob sich das Gitterelement 1a in Resonanz befindet oder nicht, ist eine Taktgeneratorschaltung 78 z.B. mit dem Zähler 73 verbunden, und die Anzahl von Taktimpulsen Pc zwischen den Peaks wird durch diesen Zähler 73 gezählt. Wenn in diesem Fall die Anzahlen von Taktimpulsen Pc zwischen den Peaks im wesentlichen übereinstimmen und wenn die Anzahlen der Peaks im wesentlichen übereinstimmen, kann bestimmt werden, daß sich das Gitterelement 1a in Resonanz befindet.
Die in der Frequenzumsetzeinheit 71 berechnete Resonanzfrequenz f wird an die Berechnungseinheit 77 geliefert, in der ermittelt wird, ob es sich um fehlerhafte Daten handelt oder nicht. Wenn es sich um fehlerhafte Daten handelt, wird eine die fehlerhaften Daten anzeigende Meldung auf einem (nicht dargestellten) Monitorschirm angezeigt oder es wird von einem (nicht dargestellten) Lautsprecher eines Computers, der den Herstellprozeß für Kathodenstrahlröhren kontrolliert, ein Alarmton in einem zentralen Überwachungsraum oder dergleichen ausgegeben, so daß eine Bedienperson das Auftreten fehlerhaften Daten erkennen kann. In diesem Fall muß die in solcher Weise als fehlerhafte erkannte Farbauswahlelektrode neu zusammengebaut oder aus dem Verkehr gezogen werden. Wenn andererseits bestimmt wird, daß es sich bei der Resonanzfrequenz f um einen korrekten Datenwert handelt, wird dieser korrekte Datenwert in einem Speicher (Verwaltungsdaten-Datei) des Computers als einer unter Qualitätsdatenwerten für die Farbauswahlelektrode abgespeichert, und er wird einer der Elemente für die Qualitätskontrolle und die Werdegangskontrolle.
Wenn der Meßpunkt der Meßvorrichtung 50 für mechanische Spannungen um ungefähr eine halbe Schrittweite gegen den Meßpunkt a auf dem Gitterelement 1a versetzt ist, wenn die erste Verschiebeplatte 18 durch den ersten Verschiebemechanismus 11 gleitend verschoben wird, kann das zu messende Gitterelement 1a nicht in Resonanz versetzt werden, da die meiste Luft durch einen Schlitz 81 zwischen den Gitterelementen 1a entweicht, und zwar selbst dann, wenn die Meßvorrichtung 50 für mechanische Spannungen nahe am Gitterelement la liegt, um die mechanische Spannung in diesem zu messen.
Um den vorstehenden Mangel zu beseitigen, ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Anzahl der Berechnungen, die die Berechnungseinheit 77 zum Erhalten der obigen Resonanzfrequenz f ausführt, begrenzt. Z.B. wird, wenn die Resonanzfrequenz f selbst bei einer zehn- bis zwanzigmaligen Berechnung nicht erhalten wird, bestimmt, daß der Meßpunkt der Meßvorrichtung 50 für mechanische Spannungen vom obigen Meßpunkt a im Gitterelement 1a um eine halbe Schrittweite versetzt wird, und es wird ein Treiberimpuls Pm von der Steuereinheit 75 an den Antriebsmotor 23 geliefert.
Der Antriebsmotor 23 wird auf die Eingabe des Treiberimpulses Pm hin angetrieben, um dadurch die erste Verschiebeplatte 18 um eine halbe Schrittweite nach links oder rechts zu verschieben (in der durch einen Pfeil L in Fig. 9 dargestellten Richtung). Dabei kann, da die erste Verschiebeplatte 18 entlang der Krümmungsschienen 32a, 32b gleitend verstellt wird, z.B. der Abstand n zwischen dem Gitterelement 1a und der Sendeeinheit 53a der Meßvorrichtung 50 für mechanische Spannungen konstant gehalten werden. Demgemäß ist es möglich, ein unerwartetes Unglück dahingehend zu vermeiden, daß ein Teil der Meßvorrichtung 50 für mechanische Spannungen mit einem anderen Gitterelement zusammenstößt, wodurch dieses und die Meßvorrichtung 50 für mechanische Spannungen beschädigt würden.
Ferner ist es möglich, da die Meßvorrichtung 50 für mechanische Spannungen so um eine halbe Schrittweite verschoben wird, daß der Meßpunkt derselben und der Meßpunkt a des Gitterelements miteinander zusammenfallen, eine Art Endlosschleifeneffekt zu verhindern, gemäß dem die Resonanzfrequenz f niemals durch die Berechnungseinheit 77 erhalten werden kann.
Nun wird die zweite Meßeinheit 6b unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 beschrieben.
Die zweite Meßeinheit 6b ist im wesentlichen auf dieselbe Weise wie die erste Meßeinheit 6a ausgebildet. Diese zweite Meßeinheit 6b unterscheidet sich von der ersten Meßeinheit 6a nur dadurch, daß sie an einem Arm 91 befestigt ist, der sich in der Richtung der Tangente im Meßpunkt am Endabschnitt des Gitterelements 1b erstreckt und daß die Meßvorrichtung 50 für mechanische Spannungen in der zweiten Meßeinheit 6b so angebracht ist, daß sie nach unten gerichtet ist. Demgemäß sind in den Fig. 10 und 11 gleiche Teile, die solchen in den Fig. 3 bis 5 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet, und daher müssen die Anordnung und die Funktion derselben nicht im Detail beschrieben werden.
Wie oben beschrieben, wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Gitterelement 1a z.B. durch eine Luftströmung in Schwingung versetzt und dann kommt das Gitterelement 1a durch den rückgekoppelten Regelungsmechanismus in Resonanz, der aus dem Sensor 53, dem Verstärker 67, der Gleichrichterschaltung 68, dem invertierenden Verstärker 69 und dem elektropneumatischen Regler 70 besteht. Der Signalverlauf 5, wie er eine solche Resonanz begleitet, wird von der Frequenzumsetzeinheit 71 ausgelesen, um dadurch die Frequenz (Resonanzfrequenz) f des obigen Signalverlaufs S zu erhalten. Dann wird diese Resonanzfrequenz f als mechanische Spannung im Gitterelement 1a angesehen. Daher kann die mechanische Spannung im Gitterelement 1a vollautomatisch gemessen werden, und Handarbeit im Herstellprozeß der Kathodenstrahlröhre kann verringert werden und es kann die Anzahl von Herstellschritten verringert werden.
Während die mechanische Spannung in den Gitterelementen 1a und 1b der Farbauswahlelektrode einer Art wie oben beschrieben gemessen wird, wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Abstand zwischen der Sendeeinheit 53a und dem Gitterelement 1a oder 1b durch den kontaktlosen Schalter 51 konstant gehalten, so daß selbst dann, wenn die Größe der Farbauswahlelektrode und die Krümmung der Gitteranordnung 5 abhängig von der Art der Kathodenstrahlröhre geändert werden, die mechanische Spannung in den Gitterelementen 1a und 1b gemessen werden kann. Daher kann die Erfindung auf verschiedene Arten von Kathodenstrahlröhren angewandt werden.
Während beim obigen Ausführungsbeispiel die mechanische Spannung in einem Gitterelement gemessen wird, können mechanische Spannungen anderer Gegenstände gemessen werden, solange die gemessenen Gegenstände bandförmig sind.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Spannungsmeßverfahren kann die mechanische Spannung in einem Meßobjekt auf einfache Weise vollautomatisch gemessen werden. Wenn z.B. das Meßobjekt ein die Farbauswahlelektrode einer Kathodenstrahlröhre bildendes Gitterelement ist, kann die Handverarbeitung der Kathodenstrahlröhre vereinfacht und verringert werden und es können die Kosten des Herstellprozesses verringert werden.
Nachdem bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wurden, ist es zu beachten, daß die Erfindung nicht auf dieses genaue Ausführungsbeispiel beschränkt ist und daß verschiedene Änderungen und Modifizierungen derselben vom Fachmann ausgeführt werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Verfahren zum Messen einer mechanischen Spannung mit den folgenden Schritten:

- Versetzen eines Meßobjekts (1, 1a, 1b) mit streifen- oder bandförmiger Konfiguration mittels einer Luftströmung aus einer Luftdüse (2) in Schwingung;

- Erfassen der Bewegung des Meßobjekts (1, 1a, 1b) in einer Richtung quer zu seiner Längs- und Querposition im Raum mittels eines Wegmeßgeräts (3), das so ausgebildet ist, daß es sehr kleine Wege messen kann; und

- Überwachen mindestens einer Frequenzkomponente des Meßgegenstands aus der erfaßten Bewegung desselben;

dadurch gekennzeichnet, daß

das Meßobjekt ein Gitterelement ist, das zu einem Farbauswahlelektrode-Rahmen einer Farb-Kathodenstrahlröhre gestreckt ist, wobei

- die Schwingung des Meßobjekts mittels der Luftströmung aus der Luftdüse (2) so herbeigeführt wird, daß das Meßobjekt in Resonanz kommt, und die folgenden weiteren Schritte ausgeführt werden:

(a) Erfassen der Änderung des Werts des Wegs des Gitterelements bei der Schwingung als Signalverlaufssignal durch Einstrahlen von vom Wegmeßgerät abgestrahltem Laserlicht;

(b) Rückkoppeln dieses Signalverlaufssignals an einen mit der Luftdüse (2) verbundenen elektropneumatischen Regler, um dadurch Luft mit entsprechendem Luftdruck aus der Luftdüse gegen das Gitterelement zu blasen;

(c) Wiederholen der Schritte (a) und (b), bis ein Resonanzzustand erkannt wird, bei dem sich das Ausmaß des Wegs nicht wesentlich gegenüber den vorigen Iterationen der Schritte (a) und (b) ändert; und

(d) Zählen der Anzahl von Schwingungen des Meßobjekts pro Sekunde im Resonanzzustand desselben; und

(e) Berechnen der Resonanzfrequenz des Meßobjekts in seinem Resonanzzustand aus der gezählten Anzahl von Schwingungen, und Erhalten hieraus der mechanischen Spannung des Meßobjekts.

2. Meßvorrichtung für mechanische Spannungen zum Ausführen des Verfahrens gemäß Anspruch 1, mit:

- einer Luftdüse (2; 52);

- einem elektropneumatischen Regler (70), der mit der Luftdüse verbunden ist, um den Luftdruck an dieser Luftdüse zu steuern;

- ein Wegmeßgerät, das so ausgebildet ist, daß es sehr klei ne Wege messen kann, und das aus einer Laserlichtstrahlung- Sendeeinheit (53a) und einer -Empfangseinheit (53b) zum Empfangen von reflektiertem Laserlicht sowie einer Frequenzumsetzeinheit (62, 64) mit einer Funktion zum Berechnen und Einstellen einer Resonanzfrequenz auf Grundlage eines Signals vom Wegmeßgerät besteht, wobei die Vorrichtung als Einheit mit zwei Verschiebemechanismen (18, 42) ausgebildet ist, auf denen zumindest die Luftdüse und das Meßgerät als Einheit angebracht sind, wobei die Einheit durch die zwei Verschiebemechanismen in einer x'- und einer y'-Richtung verschoben werden kann, wobei die Empfangseinheit des Meßgeräts mit einem Neigungswinkel gegen eine Meßfläche jedes Meßobjekts bezogen auf die vertikale Richtung angeordnet ist, wobei der elektropneumatische Regler (70) so ausgebildet ist, daß er den Luftdruck auf ein Rückkopplungssignal vom Meßgerät hin ändert, damit die Luftdüse (52) das Meßobjekt durch die Luftströmung in Schwingung versetzen kann, bis das Rückkopplungssignal vom Meßgerät konstant wird, wenn sich das Meßobjekt im Resonanzzustand befindet, und wobei die Frequenzumsetzeinheit (62, 64) so ausgebildet ist, daß sie auf das Rückkopplungssignal vom Meßgerät hin die Resonanzfrequenz aufzeichnet und sie, falls erforderlich, in eine mechanische Spannung umrechnet.

3. Meßgerät für mechanische Spannungen gemäß Anspruch 2, das mehrere der Wegmeßgeräte (6a, 6b, 6b) aufweist, die jeweils an verschiedenen Meßorten (1a, 1b, 1b) des Gitterelements angeordnet sind.

4. Meßgerät für mechanische Spannungen nach Anspruch 2, das drei Wegmeßgeräte (6a, 6b, 6b) enthält, wobei ein erstes Wegmeßgerät (6a) an der zentralen Position des Gitterelements vorhanden ist und zwei zweite Wegmeßgeräte (6a, 6b) jeweils an jeweiligen Enden des Gitterelements in der Längsrichtung beabstandet vom ersten Wegmeßgerät (6a) an der Oberfläche des Gitterelements vorhanden sind (Fig. 2).