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Hintergrund der Erfindung
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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Materialprüfvorrichtung und insbesondere
eine elektrohydraulische servo-geregelte Materialprüfvorrichtung.
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Stand der
Technik
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Eine
elektrohydraulische servo-geregelte Materialprüfvorrichtung ist bekannt, welche
eine Regelung zum Bereitstellen eines elektrischen Eingangssignals über einen
Servoverstärker
an ein elektrohydraulisches Ventil beinhaltet, welches zwischen einer
hydraulischen Versorgungsquelle und einem hydraulischen Aktuator,
wie einem hydraulischen Stab, vorgesehen ist, wobei das elektrische
Eingangssignal in Übereinstimmung
mit einem Soll-Versatz
des beweglichen Teils des Aktuators variiert. Typischerweise variiert
die Flüssigkeitsabgabemenge der
Servoventile ansprechend auf das elektrische Eingangssignal und
der bewegliche Teil des hydraulischen Stabs wird mit einer zu der
Flussmenge proportionalen Geschwindigkeit verschoben, wodurch eine
Last auf ein Prüfstück ausgeübt wird,
welches zwischen dem beweglichen Stabteil und einem Hauptkörper der
Prüfvorrichtung
gehalten wird. Der Ist-Versatz des beweglichen Stabteils wird erfasst und
als ein Rückkopplungssignal
der Regelungs-Regelungseinrichtung zugeführt. Unter der Regelung der
Regelungs-Regelungseinrichtung wird eine Regelung ausgeführt, damit
die Ist-Versatz sich einem Soll-Versatz nähert.
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In
dieser Beschreibung bezeichnet der Ausdruck „Versatz eines Prüfstücks" den Versatz eines Endes
des Prüfstückes, welches
mit einem beweglichen Teil eines Aktuators verbunden ist, welche durch
den Versatz des beweglichen Teils des Aktuators verursacht wird.
In einer Materialprüfvorrichtung eines
Typs, welcher mit zwei Aktuatoren versehen ist, deren bewegliche
Teile zwischen einander ein Prüfstück halten
und typischerweise in entgegengesetzte Richtungen verschoben werden,
bezeichnet der Ausdruck „Versatz
des Prüfstücks" die Summe der Versätze der
gegenüberliegenden
Enden des Prüfstücks, welche
durch Versatz der zwei beweglichen Teile der Aktuatoren verursacht
wird. Das heißt,
der Ausdruck „Versatz
des Prüfstücks" bezeichnet eine Verformung
des Prüfstücks, welche
durch den Versatz des/der beweglichen Teile des Aktuators verursacht
wird.
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Der
Ausdruck „Servosystem" bezeichnet ein System,
welches hauptsächlich
einen Aktuator, einen Servoverstärker
und ein Servoventil aufweist. Der Ausdruck „Regelungssystem" bezeichnet ein System,
welches hauptsächlich
ein Servosystem und eine Regelung zum Regeln des Betriebes des Servosystems
aufweist. Der Ausdruck „Regelungsschleife" oder „rückgekoppelte
Regelungsschleife" bezeichnet eine
Schleife, welche hauptsächlich
ein Servosystem, eine Regelungs-Regelungseinrichtung und ein Prüfstück aufweist.
Darüber
hinaus bezeichnet der Ausdruck „Kraft-Regelungssystem" ein Regelungssystem
zum Ausüben
einer rückgekoppelten
Regelung mit einer Verwendung einer Ist-Kraft, welche auf das Prüfstück ausgeübt wird,
als die Regelgröße (geregelte
Variable), wobei der Ausdruck „Versatz-Regelungssystem" ein System zum Ausführen einer
Rückkopplungs-Regelung bezeichnet,
welche einen Ist-Versatz des Prüfstücks als
eine Regelgröße verwendet.
Der Ausdruck „Last" bezeichnet eine
breit definierte Last, welche eine Kraft beinhaltet, welche auf
das Prüfstück angewandt
wird, und allgemein als eine Last bezeichnet wird und welche ebenso
den Versatz des Prüf stückes beinhaltet.
Im Fall, dass die Ist-Last oder den Ist-Versatz als Regelgröße bezeichnet wird, bezeichnet
der Ausdruck „Regelungsaufgabenwert" oder „Regelungs-Sollwert" eine Soll-Last.
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Um
die Regelgröße (die
aktuell auf das Prüfstück angewandte
Kraft oder die Ist-Versatz des Prüfstückes) in der rückgekoppelten
Regelung zu erfassen, welche in der Prüfvorrichtung ausgeführt wird, wird
ein Erfassungsverstärker
verwendet, welcher hauptsächlich
einen hochempfindlichen analogen Verstärker aufweist. Das Erfassungssignal,
welches indikativ für
die Regelgröße ist und
von einem analogen Erfassungssystem bereitgestellt wird, welches einen
solchen Erfassungsverstärker
aufweist, ist verantwortlich durch externe Störungen, wie elektrisches Rauschen,
beeinflusst zu werden, besonders wenn die Regelgröße einen
kleinen Betrag hat, d.h. der Pegel des Erfassungssignals gering
ist. Dann ist es schwierig, ein ausreichendes Signal zu Rauschverhältnis zu
erhalten, was verursacht, dass die Regelungsgenauigkeit verringert
wird.
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Um
ein adäquates
Signal-zu-Rauschverhältnis
(SN-Verhältnis)
sicherzustellen, wird ein Mehrbereichserfassungsverstärker verwendet,
welcher mehrere Bereiche, wie einen x1-Bereich, x2-Bereich, x5-Bereich
und x10-Bereich aufweist, und welcher eine Bereichswahl ermöglicht,
um einen gewünschten
Bereich auszuwählen,
wobei der Verstärkungsfaktor
in Abhängigkeit
des Pegels des Erfassungssignals änderbar ist.
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Außerdem wird
wie in der vorläufigen
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 3-248033 vorgeschlagen, der Pegel des Regelungsaufgabenwertes (Soll-Last)
manchmal synchron zu der Bereichswahl angepasst. Darüber hinaus
ist die Vorrichtung, welche in dieser Patentveröffentlichung offenbart ist,
mit einem Halteschaltkreis versehen, welcher ein Fehlersignal zwischen
dem Regelungsaufgabenwert und dem erfassten Wert hält, welcher unmittelbar
vor der Bereichswahl erhalten wird, um Unruhe in der Regelung zu
beseitigen, welche durch eine Abweichung zwischen der Zeitsteuerung
der Bereichswahl und der Pegelanpassung für den Regelungsaufgabenwert
verursacht wird. Jedoch wechselt die Regelschleifenverstärkung in
der Gesamtheit des rückgekoppelten
Regelungssystems aufgrund einer Bereichswahl zum Ändern des
Verstärkungsfaktors
des Erfassungsverstärkers.
Um eine Änderung
in der Regelschleifenverstärkung
zu kompensieren, welche durch die Bereichswahl verursacht wird,
benötigt
das rückgekoppelte
Regelungssystem, welches eine Regelungs-Regelungseinrichtung aufweist,
welche durch einen digitalen Schaltkreis konfiguriert wird, eine
Neueinrichtung der Regelkreisverstärkung, wenn die Bereichswahl
durchgeführt
wurde. Daher muss ein großer
Regelungseingriff vorgenommen werden, wenn der Regelungsaufgabenwert
synchron mit der Bereichswahl, wie in der zuvor erwähnten Patentveröffentlichung
vorgeschlagen, geändert
wird. Zusätzlich
benötigt
die Bereichswahl in dem Erfassungsverstärker, welcher einen analogen
Verstärker beinhaltet,
im Allgemeinen viel Zeit, im Bereich von mehreren Millisekunden,
wobei die Pegelanpassung für
den Regelungsaufgabenwert in dem digitalen Regelungssystem schnell
innerhalb einer Zeitspanne in der Größenordnung von 100 Mikrosekunden
vorgenommen werden kann. Ein instabiler Betrieb des digitalen Regelungssystems
kann aufgrund der großen Abweichung
zwischen dem Beendigungszeitpunkt, zu welchem die Pegelanpassung
in dem digitalen Regelungssystem beendet wird, und dem Beendigungszeitpunkt
der Bereichswahl in dem analogen Erfassungssystem, gefunden werden.
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Vor
einer Materialprüfung
wird es erwünscht, ein
Prüfstück stabil
an dem Körper
einer Prüfvorrichtung
zu befestigen. Insbesondere ist es vorzugsweise zu verhindern, dass
das Prüfstück einer
exzessive Last während
dem Befestigungsvorgang ausgesetzt ist und eine unerwünschte Last
bei oder nach Beendigung des Befestigungsvorgangs ausgesetzt ist.
Jedoch ist es schwierig für
den Betreiber, das Prüfstück stabil
auf dem Vorrichtungskörper
unter ihrer oder seinen visuellen Beobachtungen zu befestigen.
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Zu
dem zuvor erwähnten
Fall, dass das Prüfstück zwischen
einem stationären
und einem beweglichen Futter des Vorrichtungskörpers befestigt wird, wird
ein erster Endabschnitt des Prüfstückes an
dem beweglichen Futter des hydraulischen Aktuators der Vorrichtung
befestigt und dann wird der hydraulische Aktuator manuell betrieben,
um einen zweiten Endabschnitt des Prüfstückes schrittweise zu dem stationären Futter
zu bewegen, in einer Weise, dass die Ist-Kraft, welche auf das Prüfstück ausgeübt wird,
in einem Lastmessgerät überwacht
wird. Wenn ein geringe Ist-Kraft, welche auf das Prüfstück ausgeübt wird,
erfasst wird, wird dadurch festgelegt, dass das Prüfstück in leichten
Kontakt mit dem stationären
Futter gebracht wird und dann wird der zweite Endabschnitt des Prüfstückes von
dem stationären
Futter umfasst. Jedoch variiert die Kraft, welche erzeugt wird,
wenn das Prüfstück in Kontakt
mit dem stationären
Futter gebracht wird, stark in Abhängigkeit von der Steifheit
des Prüfstückes und
eine exzessive Kraft kann auf das Prüfstück ausgeübt werden, selbst wenn die
Versatz des beweglichen Teils des hydraulischen Aktuators einen
geringen Betrag hat. Zusätzlich
wird bereits auf das Prüfstück, welches
an dem Maschinenkörper
befestigt ist, eine Kraft zu diesen Zeitpunkt ausgeübt. Daher
ist es schwierig, einen anfänglichen
Zustand herzustellen, zu welchem das Prüfstück unter keiner Last ist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Materialprüfmaschine
bereitzustellen, welche in der Lage ist, stabil eine Bereichsauswahl
in einem analogen Erfassungssystem zum Detektieren einer Ist-Last
durchzuführen,
ohne die Notwendigkeit einer Anpassung der Regelkreisverstärkung in
einer digitalen Regelung, welche ein Regelungssystem der Prüfmaschine
bildet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Materialprüfmaschine
zum Messen einer mechanischen Eigenschaften eines Prüfstückes basierend auf
einer Last bereitgestellt, welche auf das Prüfstück angewandt wird und einer
mechanischen Änderung (z.B.
einem Versatz oder Verformung), welche in dem Teststück generiert
wird, während
einer rückgekoppelten
Regelung eines Betriebes eines Servosystems, welches einen hydraulischen
Aktuator beinhaltet, welcher die Last auf das Prüfstück ausübt, mittels einer Regelung,
so dass eine Ist-Last, welche auf das Prüfstück angewandt wird mit einer
Soll-Last übereinstimmt.
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Die
Materialprüfmaschine
beinhaltet:
einen Erfassungsverstärker zum Erfassen einer Last, welche
auf das Prüfstück angewandt
wird oder einer mechanischen Änderung,
welche in dem Prüfstück generiert
wird und zum Ausgeben eines analogen Erfassungswertes, wobei der
Erfassungsverstärker
mit einem Verstärkungsfaktor
betreibbar ist, welcher aus einer Mehrzahl von Verstärkungsfaktoren
ausgewählt
wird; einer Bereichserfassungseinrichtung zum Schalten des Verstärkungsfaktors
des Erfassungsverstärkers;
einen Detektionsskalierungsfaktor invariante Einrichtung zum Verarbeiten
eines digitalen Erfassungswertes, welcher aus dem analogen Erfassungswert
umgewandelt wird, welcher von dem Erfassungsverstärker bereitgestellt
wird, in Abhängigkeit
des gewählten
Verstärkungsfaktors
des Erfassungsverstärkers,
um dadurch einen Erfassungsskalierungsfaktor im Erfassen einer Steuergröße in der Rückkopplungs-Regelung
invariant zu machen; und eine Steuerausgangshalteeinrichtung zum
Halten eines Steuerausgangswertes auf einem Wert, welcher kurz bevor
der Verstärkungsfaktor
geschaltet wird, erfasst wird, während
der Verstärkungsfaktor
des Erfassungsverstärkers
geschaltet wird, wobei der Regelungsausgangswert an das Servosystem
von einer digitalen Rege lung zugeführt wird, welche eine rückgekoppelte
Regelungsaktion in Übereinstimmung
mit dem verarbeiteten digitalen Erfassungswert durchführt.
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Vorzugsweise
beinhaltet die Erfassungsskalierungsfaktorinvariante Einrichtung
einen Analog-Digital-Konverter, um den analogen Ausgangswert, welcher
von dem Erfassungsverstärker
zugeführt wird,
in den digitalen Erfassungswert umzuwandeln, und eine digitale Koeffizienteneinrichtung
zum Durchführen
einer Koeffizientenverarbeitung, in welcher der digitale Erfassungswert,
welcher von dem Analog-Digital-Konverter zugeführt wird, in Übereinstimmung
mit dem ausgewählten
Verstärkungsfaktor des
Erfassungsverstärkers,
so dass der Erfassungsskalierungsfaktor invariant wird.
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Vorzugsweise
beinhaltet die Steuerausgangshalteeinrichtung einen Halteschaltkreis
zum Halten eines Ausgangswertes, welcher von der digitalen Koeffizienteneinrichtung
bereitgestellt wird, kurz bevor der Verstärkungsfaktor des Erfassungsverstärkers geschaltet
wird, bis das Schalten des Verstärkungsfaktors
abgeschlossen ist.
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Mit
dieser Prüfmaschine
oder ihren bevorzugten Anordnungen kann der Erfassungsskalierungsfaktor
im Erfassen der Regelgröße, welche
auf die digitale Regelung einwirkt (z.B. eine einwirkende Kraft
oder eine mechanische Änderung,
welche in dem Prüfstück generiert
wird) unverändert
gehalten werden, sogar wenn der Verstärkungsfaktor des Erfassungsverstärkers durch
die Bereichswahl geschalten wird. Dies eliminiert die Notwendigkeit
eines Anpassens des Steuerausgangswertes, welcher von der digitalen
Regelung bereitgestellt wird oder der Regelkreisverstärkung der
digitalen Regelung synchron mit der Bereichswahl, wodurch die Konstruktion
des Regelungssystems vereinfacht werden kann. Zusätzlich kann
ein Regelungsfehler, welcher durch eine Abweichung zwischen dem
Zeitpunkt, an wel chem die Bereichswahl in dem analogen Erfassungssystem
durchgeführt
wird und dem Zeitpunkt, an welchem die Pegelanpassung des Steuerausgangswertes
in der digitalen Regelung durchgeführt wird, absorbiert werden,
wodurch die Bereichswahl stabil durchgeführt werden kann und der Betrieb
des digitalen Regelungssystems stabilisiert wird. Dies macht es
einfach, die Prüfmaschine
handzuhaben und verbessert die Prüfeffizienz.
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Vorzugsweise
beinhaltet die Materialprüfmaschine
weiter:
einen Maschinenkörper,
welcher eine Prüfstückhalterung
aufweist, welche mit einem beweglichen Teil des Aktuators verbunden
ist; ein Versatz-Regelungssystem, welches eine Regelung zum rückgekoppelten Steuern
des Betriebes des Serversystems beinhaltet, um einen Ist-Versatz
des beweglichen Teils des Aktuators mit einem Soll-Versatz in Übereinstimmung
zu bringen; einen Kraftdetektor zum Erfassen einer Ist-Kraft, welche
auf das Prüfstück angewandt
wird, wenn der bewegliche Teil des Aktuators versetzt wird; und
eine
Korrektureinrichtung zum Korrigieren des Soll-Versatzes des beweglichen
Teils des Aktuators in Übereinstimmung
mit der Ist-Kraft, welche auf das Prüfstück angewandt wird, so dass
die Ist-Kraft nicht eine vorbestimmte Kraft überschreitet, wenn das Prüfstück auf dem
Maschinenkörper
befestigt ist, während
die Rückkopplungs-Regelung
durch das Versatz-Regelungssystem ausgeführt wird.
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Mit
dieser bevorzugten Anordnung wird während des Haltens des Prüfstückes an
dem Maschinenkörper,
während
der Versatz des beweglichen Teils des Aktuators durch eine Einrichtung
des Versatz-Regelungssystems geregelt wird, der Soll-Versatz an
sich des beweglichen Teils des Aktuators korrigiert, so dass die
Ist-Kraft, welche auf das Prüfstück angewandt
wird, nicht eine vorbestimmte Kraft übersteigt. Dies macht es möglich, die
Versatzposition des beweglichen Teils des Aktuators genau zu spezifizieren,
ohne eine abrupte Änderung
des Soll-Versatzes zu verursachen, wodurch das Prüfstück an den
Prüfmaschinenkörper in
einer stabilen Weise befestigt werden kann. Somit kann die Prüfstückbefestigungstätigkeit
einfacher und effizienter werden.
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Vorzugsweise
korrigiert die Korrektureinrichtung den Soll-Versatz so, um ihn zu verringern, wenn die
Ist-Kraft, welche auf das Prüfstück angewandt wird
und durch den Kraftdetektor erfasst wird, eine Erfassungsauflösung des
Kraftdetektors überschreitet.
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Mit
dieser bevorzugten Anordnung wird eine geringe Ist-Kraft erfasst,
während
das Prüfstück an dem
Maschinenkörper
befestigt ist, der Soll-Versatz wird so korrigiert, dass er verringert
wird, und dadurch kann die Ist-Kraft, welche auf das Prüfstück angewandt
wird, im Wesentlichen auf Null reduziert werden. Dies macht es möglich, das
Prüfstück an dem
Maschinenkörper
unter eine Null-Last-Bedingung zu befestigen.
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Diese
und andere Eigenschaften und Vorteile werden aus der detaillierten
Beschreibung der bestimmten Ausführungsformen
der Erfindung offensichtlich, welche als nicht-exklusive Beispiele
in den beigefügten
Zeichnungen illustriert sind.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Ansicht, welche die grundlegende Konstruktion
einer Materialprüfmaschine
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 ist
ein Blockdiagramm, welches eine Regelungsschleife in der Prüfmaschine
aus 1 darstellt;
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3 ist
ein Blockdiagramm, welches eine Bereichswahlfunktion des Regelungssystems
der Materialprüfmaschine
darstellt;
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4 ist
ein Ablaufdiagramm, welches einen Betrieb einer digitalen Koeffizienteneinrichtung
und einer Halteschaltung aus 3 darstellt.
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5 ist
ein Blockdiagramm, welches eine automatische Prüfstückhaltefunktion des Regelungssystems
der Materialprüfmaschine
darstellt;
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6 ist
eine Ansicht, welche eine Beziehung zwischen der Korrektur eines
Soll-Versatzes und einer Kraft darstellt, welche auf das Prüfstück während einer
automatischen Prüfstück-Befestigung angewandt
wird; und
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7 ist
ein Flussdiagramm einer Prüfstückbefestigungsroutine.
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Detaillierte
Beschreibung
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Mit
Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen wird eine elektrohydraulische servo-geregelte Materialprüfmaschine
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erklärt.
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Wie
in 1 dargestellt, ist die Prüfmaschine so konfiguriert,
dass eine unter Druck stehende Flüssigkeit (Flüssigkeitsdruck)
von einer hydraulischen Quelle 4 an einen Aktuator 3,
welcher einen hydraulischen Stab aufweist, durch ein Servoventil 5 weitergeleitet
wird, um einen beweglichen Stab 3b des Aktuators 3 zu
betreiben, wodurch eine Last auf ein Prüfstück S bereitgestellt wird, welches
zwischen einem stationären
Futter 2a gehalten wird, welches auf der Seite eines Rahmens
eines Maschinenkörpers
und eines beweglichen Futters 3a bereitgestellt wird, welches
auf der Aktuatorseite vorgesehen ist. In Abhängigkeit des Typs der Materialprüfung kann
das stationäre
Futter 2a entfernt werden und ein Stempel kann anstelle des
beweglichen Futters 3a bereitgestellt werden, um das Prüfstück S zwischen
dem Stempel 3a und einer Lastzelle 1 zu befestigen.
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Eine
Ist-Kraft, welche auf das Prüfstück S von
dem beweglichen Stab 3b angewandt ist, wird durch die Lastzelle 1 erfasst,
ein Versatz des Prüfstückes S wird
durch eine Versatzmesslehre erfasst und eine Verwindung des Prüfstückes S wird
durch eine Verwindungsmesslehre 7 erfasst, welche an das Prüfstück angebracht
ist. Eine Regelung 8c des Regelungsabschnittes 8,
welche einen Mikrocomputer oder ähnliches
beinhaltet, gibt die erfasste Kraft, den Versatz und die Verkrümmung ein
und steuert den Betrieb des Servoventils 5 über einen
Servoverstärker 9 in
einer rückgekoppelten
Weise, unter Verwendung einer Regelkreisverstärkung, welche durch einen Regelkreisverstärkungs-Setzen
den Abschnitt 8e eingestellt wird, um einen Fehler zwischen
der Kraft, welche durch die Lastzelle 1 erfasst wird, und einer
Soll-Kraft, welche von einem Signalgenerator 8d des Regelungsabschnittes 8 gegeben
wird, auf Null zu reduzieren. Der hydraulische Aktuator 3 ist durch
das Servorückkopplungs-Regelungssystem servo-geregelt,
um eine Kraft anzupassen (allgemeiner eine Last), welche auf das
Prüfstück S angewandt
wird.
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Das
elektrohydraulische Servo-Regelungssystem wird durch eine Rückkopplungssteuerschleife repräsentiert
wie in 2 dargestellt. Spezifischer weist das Regelungssystem
eine Fehlereinheit 8b zum Bestimmen eines Fehlers Δ zwischen
einem Steuer-Sollwert
(z.B. Soll-Last oder Soll-Versatz) und einer Ausgabe eines Erfassungsverstärkers 8a,
welche eine Änderung
angibt(eine Ist-Kraft oder einen Ist-Versatz), welche in dem Prüfstück S generiert
wird und beinhaltet eine Regelung 8c zum Regeln des Betriebs
des Servoventils 5 mittels eines Servoverstärkers 9 in Übereinstimmung
mit dem Fehler, welche durch die Fehlereinheit 8b erfasst
wird. Somit steuert das Rege lungssystem den Betrieb des Servoventils 5,
um den Fehler Δ auf
Null zu reduzieren, wodurch hydraulisch der Aktuator 3 angetrieben
wird, um die Last, welche auf das Prüfstück S einwirkt, anzupassen.
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Ein
erstes Merkmal der Prüfmaschine
besteht darin, dass wie in 3 gezeigt,
die Prüfmaschine
ein analoges Erfassungssystem, welches hauptsächlich einen Erfassungsverstärker 8a enthält, und
ein digitales Regelungssystem aufweist, welches hauptsächlich die
digitale Regelung 8c enthält. Das digitale Regelungssystem
ist eingerichtet, um eine digitale Rückkopplungs-Regelung durchzuführen, in welcher
der Betrieb des Servosystems 11 digital in Übereinstimmung
mit dem Erfassungswert geregelt wird, welche durch den Erfassungsverstärker 8a erfasst
wird und indikativ für
die Kraft ist, welche auf das Prüfstück S angewandt
wird, oder indikativ für den
Versatz, welche in dem Prüfstück generiert
wird. Weiter ist das digitale Regelungssystem konfiguriert, um den
Erfassungswert einer Kraft oder eines Versatzes an eine Analog-Digital-Umwandlung
zu übertragen,
und liest den resultierenden digitalen Erfassungswert aus und berechnet
digital die Regelungsausgabe für
das Servosystem 11 unter Verwendung einer vorbestimmten
Regelkreisverstärkung
in Übereinstimmung
mit dem Fehler Δ zwischen
dem digitalen Erfassungswert und dem Regelungs-Sollwert, welcher
durch den Signalgenerator 8d vorgegeben wird. Das digitale
Regelungssystem dient als PI- oder PID-Regelungssystem.
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Der
Erfassungsverstärker 8a ist
mit einem beliebigen der z.B. vier Verstärkungsfaktoren, wie x1, x2,
x5 und x10, betreibbar.
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Das
digitale Regelungssystem beinhaltet einen Bereichsauswahl-Regelungsabschnitt
zum Auswählen
und Einstellen des Verstärkungsfaktors
des Erfassungsverstärkers 8a,
einen AD-Wandler 213, um den Erfassungswert, welcher von
dem Erfassungsverstärker 8a zugeführt wird
und welcher die Kraft oder den Versatz betrifft, einer Analog-Digital-Umwandlung
zu unterwerfen, um dadurch einen digitalen Erfassungswert zu erhalten,
eine digitale Koeffizienteneinheit 214 zum Koeffizientenverarbeiten
des digitalen Erfassungswertes in Übereinstimmung mit dem Bereich
(Verstärkungsfaktor),
welcher in dem Erfassungsverstärker 8a eingestellt
ist, und einen Halteschaltkreis 215 zum Halten des Koeffizienten-verarbeitenden
digitalen Erfassungswertes. Die Fehlereinheit 8b bestimmt
den Fehler zwischen dem Koeffizienten-verarbeitenden digitalen Erfassungswert,
welcher von dem Halteschaltkreis 215 zugeführt wird,
und dem Regelungs-Sollwert,
welcher durch den Signalgenerator 8d erzeugt wird. Die
digitale Regelung 8c steuert den Betrieb des Servosystems 11 in Übereinstimmung
mit dem Fehler und unter Verwendung einer vorbestimmten Regelkreisverstärkung. Die
Betriebsarten der digitalen Koeffizienteneinheit 214 und
des Halteschaltkreises 215 werden durch den Bereichsauswahl-Regelungsabschnitt 212 geregelt.
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Nachfolgend
werden charakteristische Funktionen und Betriebsarten des Regelungssystems, welches
wie oben aufgebaut ist, erläutert.
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Der
Erfassungsverstärker 8a,
welcher einen hochsensitiven analogen Verstärker beinhaltet, ist so eingerichtet,
dass der Verstärkungsfaktor
des Verstärkers 8a selektiv
unter der Regelung des Bereichsauswahl-Regelungsabschnittes 212 eingestellt
wird. Die Bereichswahl des Erfassungsverstärkers 8a wird auf
Hardwarebasis ausgeführt,
z.B. durch Ändern
einer Schaltkreiskonstante des Verstärkers. Eine Zeitspanne in der
Größenordnung
von mehreren zehn Millisekunden wird benötigt, um die Schaltkreiskonstante
zu ändern.
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Im
Gegensatz dazu werden vielfältige
funktionale Abschnitte des Regelungsabschnittes 8, wie der
AD-Wandler 213 und die digitale Koeffizienteneinheit 214 eingerichtet,
um die operative Verarbeitung in Intervallen des Regelungszyklusses,
z.B. 100 Mikrosekunden, auszuführen.
Weiter wird der verwendete Koeffizient in der Koeffizientenverarbeitung in
der digitalen Koeffizienteneinheit 214 ebenso geschaltet
und während
des Regelungszyklusses eingestellt. Unter der Regelung des Bereichsauswahl-Regelungsabschnittes 212 und
synchron mit der Bereichswahl in dem Erfassungsverstärker 8a wird
der Koeffizient in der digitalen Koeffizienteneinheit 214 geschaltet,
um einen Wert zu haben, welcher invers proportional zu dem Verstärkungsfaktor in
dem Erfassungsverstärker 8a ist,
wodurch das Produkt des Verstärkungsfaktors
in dem Erfassungsverstärker 8a und
des Koeffizientenwertes in der digitalen Koeffizienteneinheit 214,
d.h. der Erfassungsskalierungsfaktor im Erfassen der Kraft, welche
auf das Prüfstück S angewandt
wird oder des Versatzes des Prüfstückes, wird
unverändert
beibehalten wird. Zum Beispiel, falls der Verstärkungsfaktor in dem Erfassungsverstärker 8a auf
x10 gesetzt ist, wird der Koeffizientenwert in der digitalen Koeffizienteneinheit 214 auf
einen Wert geändert,
welcher ein Zehntel des normalen Koeffizientenwertes ist, welcher
verwendet wird, wenn der Verstärkungsfaktor
auf x1 eingestellt ist, wodurch der Ausgabewert des AD-Wandlers 213 in
ein Zehntel umgewandelt wird, wodurch der Erfassungsskalierungsfaktor
unverändert
beibehalten wird.
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Im
Speziellen wird, falls die Kraft, welche durch die Lastzelle 1 erfasst
wird, in der Größenordnung
eines Zehntels der Maximalkraft ist, der Verstärkungsfaktor in dem Erfassungsverstärker 8a auf
z.B. x10 gesetzt, um die Kraft hochsensitiv mit einem geeigneten
Signal-zu-Rauschverhältnis
(nachfolgend als SN-Verhältnis
bezeichnet), zu erfassen. In diesem Fall ist der Pegel des Signals,
welcher indikativ für
die Regelgröße ist und
dem Erfassungsverstärker 8a zugeführt wird,
zehnmal größer als
ein normaler Signalpegel. Die digitale Koeffizienteneinheit 214 führt das
Koeffizientenverarbeiten mit Bezug auf den digitalen Erfassungswert
aus, welcher durch den AD-Wandler 213 erhalten wird, in
welchem das Ausgangssignal des Erfassungsverstärker 8a einer Analog-Digital-Wandlung
unterworfen wird, unter Verwendung eines Koeffizientenwertes, welcher
invers proportional zu dem Verstärkungsfaktor
des Erfassungsverstärkers 8a ist,
wodurch eine Funktion zum Wiedergewinnen des Pegels der Steuergröße, welche
der Fehlereinheit 8b zugeführt wird, auf einen normalen
Pegel erhalten wird.
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Der
Erfassungsskalierungsfaktor wird durch das Koeffizientenverarbeiten
konstant gehalten, welches synchron mit der Bereichswahl des Erfassungsverstärkers 8a durchgeführt wird,
so dass eine Rauschkomponente, wie ein elektrisches Leistungsrauschen,
welches das analoge Erfassungssystem beeinflusst, reduziert wird,
wodurch das SN-Verhältnis
verbessert wird. Als Konsequenz wird eine fehlerhafte Aktion in
dem Regelungssystem, welche einem Rauschen zuzuordnen ist, verhindert,
und der Betrieb des Regelungssystem stabilisiert. Somit wird, falls
der Verstärkungsfaktor
des Erfassungsverstärkers 8a erhöht wird,
die Kraft oder der Versatz mit einer höheren Empfindlichkeit erfasst,
wobei der Pegel der Rauschkomponente, welche das Erfassungssystem
beeinflusst, konstant gehalten wird. In Konsequenz kann das Verhältnis des
Pegels der Rauschkomponente zu dem Pegel des Erfassungssignals verringert
werden.
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Der
Betriebsmoduswechsel in dem digitalen Regelungssystem aufgrund einer
Bereichswahl in dem Erfassungsverstärker 8a wird zu einem
Zeitpunkt ausgeführt,
welcher durch den Regelungszyklus festgelegt wird und mit einer
hohen Geschwindigkeit. Aus diesem Grund wird, falls die Bereichswahl während der
Rückkopplungs-Regelung
für das
Servosystem 11 angewiesen wird, wird eine Abweichung zwischen
dem Moduswechselzeitpunkt in dem digitalen Regelungssystem und dem
Bereichswahlzeitpunkt in dem Erfassungsverstärker 8a unvermeidlich auftreten.
Diesbezüglich
veranlasst der Bereichswahh-Regelungsabschnitt den Halteschaltkreis 215 in
der Weise zu arbeiten, dass die Regelungs ausgabe, welche von der
digitalen Regelung 8c an das Servosystem 11 zugeführt wird,
konstant gehalten wird, bis die Bereichswahl in dem Erfassungsverstärker 8a abgeschlossen
ist.
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Spezifischer,
wenn Bereichswahl-Instruktionssignal automatisch von dem Regelungsprogramm
bereitgestellt wird oder manuell durch einen Betreiber bereitgestellt
wird, gibt der Bereichsauswahl-Regelungsabschnitt 212 Bereichsauswahl-Instruktionen an
den Erfassungsverstärker 8a und
die digitale Koeffizienteneinheit 214 und zu der selben Zeit
Instruktionen an den Halteschaltkreis 215, um die Ausgabe
der digitalen Koeffizienteneinheit 214 für eine bestimmte
Zeitspanne zu halten. Bis diese Zeitspanne vorbei ist, ab dem Zeitpunkt
zu welchem Bereichsauswahl-Instruktionen gegeben werden, wird der
Erfassungswert, welcher kurz bevor die Bereichsauswahl angewiesen
wurde, an die Fehlereinheit 8b zugeführt. Während oder nachdem die Bereichsauswahl
in dem Erfassungsverstärker 8a abgeschlossen ist,
wird der Erfassungswert akkurat durch die digitale Koeffizienteneinheit 214 bestimmt,
in welcher der Moduswechsel oder Koeffizientenwertwechsel bereits
abgeschlossen war. Somit gibt nach Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne,
ab wann die Bereichsauswahl angewiesen wurde, der Bereichsauswahl-Regelungsabschnitt 212 Instruktionen
an den Halteschaltkreis 215, um die Aktion des Haltens
des digitalen Erfassungswertes zu lösen, so dass die Ausgabe der
digitalen Koeffizienteneinheit 214 an die Fehlereinheit 8b zugeführt wird.
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Während der
Regelungsaktion des Regelungssystems, welches wie oben beschrieben
konstruiert ist, falls das Bereichsauswahlinstruktionssignal RS
zum Anweisen des Schaltens eines Verstärkungsfaktors, z.B. von x1
nach x10, an den Bereichsauswahl-Regelungsabschnitt 212 gegeben
wird, wie in 4 dargestellt, veranlasst die
Koeffizienteneinheit 214 unter der Regelung des Regelungsabschnitts 212 den
Koeffizienten rasch zu wechseln, z.B. von einem Wert von 1 auf einen
Wert von 0,1, synchron mit einem Takt CP, welcher den Regelungszyklus
festlegt, bis der nächste
Takt geniert wird, wie durch das Symbol RA in 4a dargestellt
ist. Im Gegensatz dazu wird die Bereichswahl in dem Erfassungsverstärker 8a,
um den Verstärkungsfaktor
z.B. von x1 nach x10 zu verändern,
mit einer Verzögerung von
mehreren zehn Millisekunden bezogen auf das Bereichsauswahl-Instruktionssignal
RS abgeschlossen, wie durch das Symbol RB in 4 dargestellt.
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Der
Bereichsauswahl-Regelungsabschnitt 212 gibt ein Haltesignal
aus, wie durch das Symbol RH in 4a dargestellt,
zu einem Zeitpunkt, welcher unter Berücksichtigung der benötigten Zeitspanne
für den
Erfassungsverstärker 8a die
Bereichsauswahl durchzuführen
bestimmt wird, wodurch der Halteschaltkreis 215 zum Betrieb
veranlasst wird. Als ein Ergebnis wird bis die Bereichsauswahl in
dem Erfassungsverstärker 8a abgeschlossen
ist, der digitale Erfassungswert E1 kurz vor der Bereichsauswahl
in dem Halteschaltkreis 215 gehalten, so dass die Fehlereinheit 8b mit
einem konstanten digitalen Erfassungswert C2 versorgt wird. Spezifischer
arbeitet der Halteschaltkreis 215, um die Ausgabe der digitalen Koeffizienteneinheit 214 zu
halten, welche kurz bevor der Koeffizientenwert in der Einheit 214 geschaltet wird,
erfasst wird und leitet diesen an die Fehlereinheit 8b weiter.
Nach Beendigung der Bereichsauswahl in dem Erfassungsverstärker 8a wird
ein Erfassungswert C3, welcher mit einem neuen Erfassungsbereich
bestimmt wird, der Fehlereinheit 8b zugeführt.
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In
der Zwischenzeit wird, bis die Bereichsauswahl in dem Erfassungsverstärker 8a abgeschlossen
ist, die digitale Koeffizienteneinheit 214 die Ausgabe
des AD-Wandlers 213 der Koeffizientenverarbeitung unterwerfen,
wobei angenommen wird, dass die Bereichsauswahl bereits beendet
ist. In Konsequenz weicht die Ausgabe der digitalen Koeffizienteneinheit 214 stark
von dem Originalpegel des Erfassungswertes ab, wie durch das Sym bol
RD in 4 dargestellt. Falls der Verstärkungsfaktor in dem Erfassungsverstärker 8a auf
einen Wert von x10 gesetzt wird, führt die digitale Koeffizienteneinheit 214 das
Koeffizientenverarbeiten aus, um die Ausgabe des AD-Wandlers 213 um
einen Faktor 10 zu verringern, im Versuch den Erfassungsskalierungsfaktor konstant
zu halten. Tatsächlich
wird jedoch der Verstärkungsfaktor
in dem Erfassungsverstärker 8a noch
nicht auf x10 geschaltet ist und der Erfassungswert, welcher der
Koeffizientenverarbeitung unterworfen wird, ist auf einem Pegel,
welcher ein Zehntel des vorgesehenen Pegels des Erfassungswertes
ist, wie in 4 durch das Symbol RD dargestellt
ist. Um zu verhindern, dass das Signal RD, welches im Erfassungspegel
stark von dem vorgesehenen Pegel abweicht, der Fehlereinheit 8b zugeführt wird,
veranlasst der Bereichsauswahl-Regelungsabschnitt 212 den
Betrieb des Halteschaltkreises 215. Durch Halten des Erfassungswertes,
welcher von der digitalen Koeffizienteneinheit 214 kurz
vor der Bereichsauswahl zugeführt
wird, wird die digitale Koeffizienteneinheit 214 daran
gehindert, einen unerwünschten Erfassungswert
an die Fehlereinheit 8b auszugeben.
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Nach
Beendigung der Bereichsauswahl in dem Erfassungsverstärker 8a entspricht
der Erfassungswert, welcher von dem Erfassungsverstärker 8a zugeführt wird,
dem Verstärkungsfaktor,
wie durch das Symbol RE in 4 dargestellt.
Zu diesem Zeitpunkt unterwirft die digitale Koeffizienteneinheit 214 den
Erfassungswert RE der Koeffizientenverarbeitung, in welcher der
Koeffizientenwert 0,1, geeignet für den neuen Verstärkungsfaktor,
d.h. x10, in dem Erfassungsverstärker 8a verwendet
wird. Während oder
nach Erlöschen
des Haltesignals RH erlaubt der Halteschaltkreis 215 dem
Erfassungswert C3, welcher durch die Koeffizientenverarbeitung in
der digitalen Koeffizienteneinheit 214 erhalten wird, dort
hindurch zu laufen, so dass der Erfassungswert C3 der Fehlereinheit 8b zugeführt wird.
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Gemäß der Prüfmaschine
dieser Ausführungsform,
welche die Funktion hat, den Erfassungswert kurz bevor die Bereichswahl
angewiesen wird, zu halten, bis die Bereichswahl in der Erfassung
abgeschlossen ist, um dadurch den Pegel des Steuerausgangswertes,
welcher dem Servosystem 11 zugeführt wird, konstant zu halten,
kann die Kontinuität des
Erfassungswertes, welcher z.B. an die Fehlereinheit 8b zugeführt wird,
aufrecht erhalten, sogar falls der Bereich oder der Verstärkungsfaktor
in dem Erfassungsverstärker 8a,
wie in Abhängigkeit
des Prüfzustandes,
während
der Materialprüfung
benötigt
geschalten wird, während
das Servosystem 11 betrieben wird. Dies macht es möglich, die
Regelgröße zu erfassen,
d.h. die Kraft, welche auf das Prüfstück oder den in dem Prüfstück generierten
Versatz in einem Erfassungsbereich zu bestimmen, welcher es ermöglicht,
den Verstärkungsfaktor
geeignet für
die Regelgröße oder
den Steuer-Sollwert mit einem adäquaten
SN-Verhältnis
bereitzustellen, wodurch eine stabile Rückkopplungs-Regelung mit einer
hohen Genauigkeit erreicht werden kann.
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Mit
der vorgenannten Anordnung wird der für den Verstärkungsfaktor oder Erfassungsbereich
in dem Erfassungsverstärker 8a geeignete
Koeffizient in der digitalen Koeffizienteneinheit 214 eingestellt, so
dass der Skalierungsfaktor in der Detektion des Detektionswertes,
welcher der Fehlereinheit 8b zugeführt wird, konstant gehalten
wird. Somit wird es unnötig,
den Pegel des Regelungs-Sollwertes anzupassen, welcher von dem Signalgenerator 8d an
die Fehlereinheit 8b zugeführt wird. Da die Verstärkung in
dem Signalerfassungssystem konstant gehalten wird, ist es unnötig, die
Regelkreisverstärkung
in der digitalen Regelung 8c anzupassen. In Konsequenz kann
der Erfassungsbereich (Verstärkungsfaktor)
in dem Erfassungssystem einfach geschalten werden.
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Da
weiter der Erfassungsbereich in dem Erfassungssystem wie benötigt, geschaltet
werden kann, während
der Betrieb des Ser vosystems 11 geregelt wird, ist es möglich, einen
unstabilen Betrieb des Regelungssystems während der Bereichsauswahl,
zu vermeiden. Dies macht es möglich,
das Schalten des Auswahlbereiches in einer angepassten Weise in Übereinstimmung
mit dem Materialprüfzustand
durchzuführen,
wodurch die Prüfmaschine einfach
gehandhabt werden kann und die Prüfeffizienz verbessert wird.
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Eine
zweite Eigenschaft der Materialprüfmaschine gemäß der vorliegenden
Ausführungsform liegt
darin, dass der Regelungsabschnitt 8 der Prüfmaschine
während
der Befestigung des Stückes
S an dem Maschinenkörper
durch das Versatz-Regelungssystem
eingerichtet wird, welches rückgekoppelt
den Betrieb des Servosystems 11 in Übereinstimmung mit dem Versatz
des Aktuators 3 (Prüfstück S) steuert,
und darin, dass es eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren des
Soll-Versatzes beinhaltet, welche auf das Versatz-Regelungssystem wirkt
in Übereinstimmung
mit der Kraft, welche auf das Prüfstück S durch
den Aktuator 3 unter der Regelung des Versatzsteuersystems
angelegt wird. Während
dessen wird die Prüfmaschine
mit einem zwischen der Lastzelle 1 und dem Stempel 3a befestigten
Prüfstück S eingerichtet,
welcher mit dem beweglichen Stab 3b des Aktuators 3 verbunden
ist.
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Wie
in 5 dargestellt, beinhaltet das Versatz-Regelungssystem der
Prüfmaschine
eine Versatzerfassungseinrichtung (Erfassungsverstärker 8a)
zum Erfassen des Ist-Versatzes
(Steuergröße) des
Aktuators 3, welcher die Betriebsgröße des Servosystems 11 ist,
an dem Ausgang der Versatzmesslehre 6; eine Fehlereinheit 8b zum
Bestimmen des Fehlers Δe11 zwischen dem Ist-Versatz H und dem Soll-Versatz
R11, welcher manuell durch den Betreiber
mittels einer Sollwert-Einstelleinrichtung 13 eingestellt
wird, welche einen Tastaturmanipulationsabschnitt (nicht dargestellt)
oder ähnliches
beinhaltet; und eine Regelung 8c zum rückgekoppelten Steuern des Betriebs
des Servosystems 11, um den Fehler Δe11 auf
Null zu reduzieren.
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Die
Korrektureinrichtung der Maschine beinhaltet eine Krafterfassungseinrichtung
(Erfassungsverstärker 8a)
zum permanenten Erfassen der Kraft K, welche durch den Aktuator 3 auf
das Prüfstück S angewandt
wird, durch den Ausgang der Lastzelle 1; eine Kraftbestimmungseinrichtung 117 zum
Bestimmen der Größe der bestimmten
Kraft; und eine Sollwert-Korrektureinrichtung 118 zum Korrigieren
des Soll-Versatzes RH in Übereinstimmung
mit der bestimmten Kraft. Die Korrektur des Soll-Versatzes, welche
auf der erfassten Kraft basiert, wird immer in Intervallen des Steuerzyklusses
durchgeführt,
unabhängig
davon, ob die Versatz-Regelung des Aktuators 3 mittels
des Versatz-Regelungssystems
stabilisiert ist, in anderen Worten, unabhängig davon, ob der Aktuator 3 in
die Versatzposition versetzt ist oder nicht versetzt ist, welche
durch den Soll-Versatz angegeben ist.
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Zum
Beispiel bestimmt die Kraftbestimmungseinrichtung 117,
ob die Kraft, welche auf das Prüfstück S angewandt
wird, und durch die Lastzelle 1 erfasst wird, eine Kraft
ist, welche gleich oder größer als
0,2 Prozent der Gesamtskala der Erfassung der Lastzelle oder eine
so kleine Kraft ist, welche geringer als 0,2 Prozent der gesamten
Erfassungsskala ist. Wie in 6 gezeigt,
fällt die
Kraft mit weniger als 0,2 Prozent der gesamten Skala innerhalb eines
toten Bereichs des Erfassungssystems, welches die Lastzelle 1 beinhaltet
und dadurch im Wesentlichen als Null betrachtet wird.
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Die
Soll-wertkorrigierende Einrichtung 118 korrigiert den Soll-Versatz
RH basierend auf dem Ergebnis einer Kraftbestimmung
in einer solchen Weise, dass die Kraft, welche auf das Prüfstück durch den
Aktuator 3 des Servosystems 11 ausgeübt wird, durch
das Versatz-Regelungssystem auf Null geregelt wird, d.h. die Kraft
K, welche auf das Prüfstück S angewandt
wird, wird geringer als 0,2 Prozent der Gesamtskala der Erfassung.
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Falls
eine erfasste Kraft K 0,2 Prozent der Gesamtskala überschreitet,
wird die erfasste Kraft K zu diesem Zeitpunkt mit einer vorbestimmten
Konstante α multipliziert,
z.B., um eine äquivalente Transformation
der Kraftkomponente in eine äquivalente
Komponente in dem Versatz-Regelungssystem zu erreichen, wodurch
der umgewandelte Wert (Spannungswert) α·K als Korrekturwert erhalten
wird. Dieser Korrekturwert α·K wird
von der Steuergröße (Spannungswert äquivalent
zu dem Versatz) H subtrahiert, welcher zurück an das Versatz-Regelungssystem
zu diesem Zeitpunkt zurückgeführt wird,
und der resultierende Wert als neuer Sollwert R11 eingestellt
wird, wodurch der Soll-Versatz
R11 korrigiert wird. Die Konstante α korrespondiert
zu dem Verhältnis
zwischen der Regelkreisverstärkung
des Kraft-Regelungssystems
und der des Versatz-Regelungssystems, und wird vorab in Übereinstimmung mit
der elastischen Konstante des Prüfstückes S und ähnlichem
bestimmt.
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In Übereinstimmung
mit der Anordnung, wo der Soll-Versatz, welcher dem Versatz-Regelungssystem
zugeführt
wird, wird in Übereinstimmung
mit der Kraft korrigiert, welche auf das Prüfstück S während des Befestigens des Prüfstückes S an
dem Prüfmaschinenkörper angewandt
wird, damit die Kraft, welche auf das Prüfstück S angewandt wird, auf Null reduziert
wird, d.h. um die angewandte Kraft auf 0,2 Prozent der Gesamtskala
der Erfassung der Lastzelle 1 zu reduzieren, kann der Versatz
des Aktuators 3 des Servosystems 11 geeignet geregelt
werden, wodurch die Kraft, welche auf das Prüfstück S während des Befestigens des Prüfstücks an dem
Maschinenkörper
angewandt wird, auf Null reduziert werden kann. Insbesondere wird
der Betrieb des Servosystems 11 geregelt, um die Versatzposition
des Aktuators 3 mit hoher Genauigkeit festzulegen, während der
Soll- Versatz in
Abhängigkeit
mit der auf das Prüfstück angewandten
Kraft korrigiert wird, ohne eine abrupte Änderung in dem Soll-Versatz zu verursachen.
Dies macht es möglich,
eine stabile Befestigung des Prüfstücks S an
dem Maschinenkörper
in einen Null-Lastzustand zu befestigen, ohne eine exzessive Last
auf den Prüfkörper S anzuwenden.
Dadurch wird die Befestigungsarbeit des Prüfstücks S einfach und die Befestigungseffizienz
kann stark erhöht
werden.
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7 zeigt
eine Prüfstückbefestigungs-Regelungsroutine,
welche durch die Regelung 8c während der Befestigung des Prüfstückes an
dem Maschinenkörper
ausgeführt
wird.
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Die
Prüfstückbefestigungs-Regelungsroutine
wird gestartet, nachdem der bewegliche Stab 3b des Aktuators 3 anfänglich auf
eine vorbestimmte Referenzposition eingestellt wird und dann das
Prüfstück S auf
dem Stempel 3a (allgemeiner ein bewegliches Futter) des
beweglichen Stabs 3b des Aktuators 3 platziert
wird. Unter dieser Teststück-Platzierungsbedingung
ist das Prüfstück S in
natürlicher Weise
in einem Zustand, wo es beabstandet von der Lastzelle 1 (im
Allgemeinen ein stationäres
Futter 2a) angeordnet ist. Deshalb wird die durch die Lastzelle 1 erfasste
Kraft auf Null zurückgesetzt
(Schritt S201), um dadurch Beeinflussungen von externen Faktoren auf
die Lastzelle 1 zu beseitigen. Danach wird der Prüfstück-Spannungsmodus gestartet.
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Nachfolgend
wird die anfängliche
Einstellung einer Größe einer
Soll-Bewegung, welche als Soll-Versatz RH dient,
des Aktuators 3 automatisch basierend auf einem Steuerprogramm
oder manuell durch den Betreiber mittels des Tastaturmanipulationsabschnittes 113 durchgeführt (Schritt
S202). Darauf wird das Versatz-Regelungssystem
betätigt,
wodurch das Servosystem 11 rückgekoppelt geregelt wird,
unter Verwendung des Ist-Versatzes des Aktuators 3 als
Steuergröße, um zu
veranlassen, dass der Aktu ator 3 in die Soll-Bewegungsposition
versetzt wird (Schritt S203).
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Während der
Versatz-Regelung wird eine Anfrage für eine Modusänderung überwacht
(Schritt S204). Falls die Modusänderung
angefragt wird, wird der Spannungsmodus beendet und in den angefragten
Betriebsmodus gewechselt.
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Falls
in dem Schritt S204 bestimmt wird, dass keine Anfrage für einen
Moduswechsel vorgenommen ist, wird der Spannungsmodus weiter durchgeführt und
eine Anfrage zur Änderung
der manuellen Einstellung bezüglich
des Soll-Versatzes RH wird bestimmt (Schritt
S205). Falls die Änderungsanfrage
aus dem Grund gemacht wird, dass der anfängliche Wert des Soll-Versatzes, welcher
in Schritt S202 eingestellt wird, exzessiv gering oder groß ist oder ähnliches,
wartet der Regelungsfluss auf eine manuelle Eingabe des Soll-Versatzes
RH durch den Betreiber und ändert den
Soll-Versatz RH auf einen manuell eingegebenen
neuen Soll-Versatz (Schritt S206). Nachfolgend wird der Spannungsmodus
unter Verwendung des neuen Soll-Versatzes RH durchgeführt.
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Während des
Spannungsmodus wird mit Intervallen einer Periode (z.B. einer Periode
von 100 Mikro-Sekunden) bestimmt, ob eine Kraft auf das Prüfstück S durch
den beweglichen Stab 3b des Aktuators 3 ausgeübt wird,
in Abhängigkeit
des Regelungszyklusses der Regelung 8c (Schritt S207).
Falls die angewandte Kraft nicht erfasst wird, geht der Regelungsfluss
zu Schritt S203 zurück.
Andererseits, falls eine Kraft auf das Prüfstück S detektiert wird, insbesondere
wenn die Kraft 0,2 Prozent der Gesamtskala der Lastzelle 1 überschreitet,
detektiert wird, wird, um die Kraft auf Null zu reduzieren, das Produkt
der Last K, welche zu diesem Zeitpunkt erfasst wird, und eines Umwandlungskoeffizienten α von dem
Ist-Versatz H des beweglichen Stabs 3b (Prüfstück S) subtrahiert,
um dadurch einen neuen Soll-Versatz RH (Schritt
S208) zu bestimmen. Danach wird der neue Soll-Versatz RH eingestellt.
Dadurch wird der Soll-Versatz RH in Übereinstimmung
mit der erfassten Kraft K korrigiert (Schritt S209). Als ein Ergebnis
wird die auf das Prüfstück S angewandte
Kraft auf 0 reduziert, d.h. veranlasst auf einen Wert zu reduzieren,
welcher innerhalb eines Bereiches von 0,2 Prozent der Gesamtskala
der Erfassung der Lastzelle 1 fällt.
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Nachfolgend
kehrt der Regelungsfluss zu Schritt S203 zurück, bei welchem die Versatz-Regelung
durchgeführt
wird. Falls die Korrektur des Soll-Versatzes RH einmal
bei Schritt S209 ist, wird der Versatz des beweglichen Stabs 3b des
Aktuators im Wesentlichen Null, so dass ein Null-Lastzustand, in welchem
die auf das Prüfstück S angewandte
Kraft im Wesentlichen Null ist, aufrecht erhalten wird. In dieser
Weise wird das Befestigen des Prüfstückes an dem
Maschinenkörper
beendet. Es ist für
den Betreiber angenehm, falls er oder sie über den Abschluss der Befestigung
des Prüfstückes informiert
wird, wenn die Korrektur des Soll-Versatzes mit Schritt S209 abgeschlossen
ist oder wenn eine vorbestimmte Zeitspanne ab dem Zeitpunkt, ab
welchem die Korrektur abgeschlossen wurde, abgelaufen ist.
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Wie
zuvor beschrieben, kann die Befestigung des Prüfstückes in dieser Ausführungsform durch
Betreiben des Versatz-Regelungssystems
unter Verwendung des Regelungsalgorithmus durchgeführt werden,
welcher relativ einfach ist. Insbesondere wird die Soll-Versatzposition
des beweglichen Stabs 3b des Aktuators 3 mit hoher
Genauigkeit spezifiziert, um die Last, welche auf das Prüfstück angewandt
wird, auf Null zu reduzieren, indem der Soll-Versatz, welcher an
das Versatz-Regelungssystem
geleitet wird, in Übereinstimmung
mit der auf das Prüfstück angewandten
Kraft korrigiert wird. Somit kann das Prüfstück S an dem Maschinenkörper stabil und
sicher in einem Null-Lastzustand befestigt werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorhergehende Ausführungsformen
beschränkt,
sondern kann auf vielfältige
Weise modifiziert werden.
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Zum
Beispiel, um einen unstabilen Betrieb des Servosystems 11 zu
vermeiden, wenn die Bereichsauswahl in dem Erfassungsverstärker 8a durchgeführt wird,
kann der Regelungsausgang der digitalen Regelung 8c des
Servosystems 11 festgehalten werden. Alternativ kann der
Ausgang (Fehlerwert) der Fehlereinheit 8 festgehalten werden,
um den unstabilen Betrieb des Servosystems zu verhindern, In diesem
Fall ist es vorteilhaft, den Steuer-Sollwert beizubehalten, welcher
von dem Signalgenerator 8d an die Fehlereinheit 8b zugeführt wird,
wenn der Erfassungsbereich in dem Erfassungsverstärker 8a geschalten
wird.
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Weiter
kann die Korrekturgröße α·K des Soll-Versatzes,
welcher für
die angewandte Kraft K geeignet ist, in Abhängigkeit der Regelkreisverstärkung des
Versatz-Regelungssystems oder Ähnlichem
bestimmt werden. Die Korrekturberechnungsformel von H – α K kann in
vielfältiger
Weise verändert
werden. Weiter kann der Umfang des toten Bereichs in der Krafterfassung
in Übereinstimmung
mit der Spezifikation der Prüfmaschine
oder der Lastzelle bestimmt werden.
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Für die anfängliche
Einstellung der Bewegungsposition und des Soll-Versatzes des beweglichen
Stabs 3b des Aktuators wird die manuelle Einstellung in
dieser Ausführung
angepasst, in welcher ein numerischer Wert durch die Sollwert-Einstellungseinrichtung 113 eingegeben
wird, in einer Weise, dass der bewegliche Stab 3b an die
Referenzposition gestellt wird. Alternativ kann der Betreiber Tasten
betätigen,
um wiederholt schrittweise Erhöhungen/Verringerungen
des Versatzes anzuweisen, während
der Versatz des beweglichen Stabs 3b des Aktuators 3 visuell
erfasst wird, wodurch die anfängliche
Einstellung der Bewegungsposition des beweglichen Stabs 3b ge setzt
wird. In einer anfänglichen Einstellung
des Soll-Versatzes
kann ein Kandidat für einen
Soll-Versatz auf einer Anzeigentafel angezeigt werden und ansprechend
auf Tastendrücke
erhöht und
verringert werden, so dass ein gewünschter Soll-Versatz manuell
durch Drücken
einer abschließenden
Taste manuell gesetzt werden kann, wenn der in der Anzeigentafel
angezeigt, einen gewünschten
Wert annimmt.
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Es
ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung weiter verändert werden
kann, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.