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Publication number: DEM0016796MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 24. Dezember 1952 Bekanntgemacht am 22. März 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen unregelmäßiger Flächen, insbesondere Leder, Häute u. dgl., nach dem Streifensummierverfahren, bei der die zu messende Fläche durch Abtastvorrichtungen, die im allgemeinen aus einer Vielzahl nebeneinanderliegender Meßräder bestehen, in eine ihr proportionale Anzahl von Stromimpulsen aufgelöst und das Flächenmaß als Summe der Stromimpulse ermittelt wird.

Es sind bereits derartige Meßeinrichtungen bekannt, bei denen die Größe der durch die Abtastung gewonnenen Stromimpulse durch einen Einheitskondensator begrenzt und die das gesuchte Flächenmaß darstellende Summe der Stromimpulse durch Messung der Gesamtladung von Summenkondensatoren ermittelt wird, die durch die bei der Abtastung erzeugten Stromimpulse aufgeladen werden. Die Zählung erfolgt hierbei derart, daß die Einheitskondensatoren jeweils eine bestimmte Anzahl von Stromstößen auf Summenkondensatoren übertragen, die ihrerseits Thyratrone zur Zündung bringen und dadurch elektromechanische Zählwerke betätigen.

Es sind ferner Oberflächenmeßmaschinen bekannt, bei denen während der Abtastung des Meßgutes elektrische Spannungsimpulse auf kontaktlosem Wege erzeugt werden und die Anzahl dieser Impulse mittels Zählgeräten registriert wird. Hierbei werden die Spannungsimpulse entweder direkt oder nach vorhergehender Verstärkung und Beschneidung in Zählgeräte eingeleitet, die mit Untersetzungsstufen ausgerüstet sind. Die Spannungsimpulse können auch kapazitiv erzeugt werden, indem durch sich aneinander vorbeibewegende Plättchen jedesmal kurzzeitig

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ein Kondensator gebildet wird, der das Gitter einer Elektronenröhre beeinflußt und die Kapazitätsschwankungen in Spannungsimpulse umwandelt, die dann zur Zählung gelangen. Der erzeugte Impuls wird dabei sofort wieder abgegeben. Schließlich sind Anordnungen zur Zählung von Impulsen bekanntgeworden, bei denen die Stromimpulse zur Aufladung eines Kondensators verwendet werden und ihre Anzahl durch Messung der Kondensatorspannung bestimmt wird. Diese Anordnungen stellen praktisch einen Unterbrecher der aus der Atomphysik bekannten Art dar und sind dazu bestimmt, solche Impulse zu zählen, die aus einem einzigen Generator stammen, wobei diese Impulse in ihrer Aufeinanderfolge einen gewissen zeitlichen Mindestabstand nicht unterschreiten dürfen.

Alle diese bekannten Einrichtungen zur Flächenmessung arbeiten nur dann fehlerlos, wenn sichergestellt ist, daß von den Abtasteinrichtungen niemals zwei oder mehr Impulse gleichzeitig auf das Zählwerk gegeben werden, denn mehrere zeitlich zusammenfallende Impulse haben auf die Zählwerke die gleiche Wirkung wie ein einzelner Impuls. Bei der für den Abtastvorgang unbedingt erforderlichen freien Beweglichkeit der einzelnen Meßräder kann diese Bedingung nicht oder höchstens für den Anfang der Messung erfüllt werden. Während des Durchlaufes des Meßgutes besteht jedoch keine Möglichkeit zur Beeinflussung der Kontaktfolge, denn die Durchlaufgeschwindigkeit des Meßgutes unter den einzelnen Meßrädern schwankt in völlig unbestimmter Weise, da das Werkstück je nach seiner Form von der Bedienungsperson an der einen oder anderen Stelle kurzzeitig festgehalten werden muß, um faltige Zipfel oder Flanken beim Einlaufen in die Maschine glattzuziehen. Eine dauernde gegenseitige Ausrichtung der Abtastorgane zwecks Sicherstellung der zeitlichen Aufeinanderfolge der Stromimpulse ist daher nicht möglich, und das Zusammenfallen mehrerer Stromimpulse läßt sich nicht vermeiden.

Um trotzdem alle Abtastimpulse bei der Zählung richtig zu erfassen, werden gemäß der Erfindung zur Zählung nicht die Stromimpulse selbst verwendet, sondern es wird j eder Abtastvorrichtung ein gesonderter Einheitskondensator zugeordnet, und diese Einheitskondensatoren geben ihre Meßladung nach Maßgabe der Abtastimpulse unabhängig voneinander an einen gemeinsamen Summenkondensator ab, dessen Kapazität ein Mehrfaches des Produktes aus der Kapazität eines Einheitskondensators und der maximal möglichen Anzahl der bei einem Meßvorgang erfolgenden Aufladungen der Einheitskondensatoren . ist. Durch diese Einrichtung der Erfindung wird der wesentliche Vorteil gegenüber den bekannten An-Ordnungen erreicht, daß sie keine zeitliche Aufeinanderfolge der einzelnen Meßimpulse verlangt, sondern auch beim genauen Zusammentreffen mehrerer Meßimpulse den richtigen Summenwert liefert.

Nach weiteren Erfindungsmerkmalen wird als Maß für die abgetastete Fläche direkt die Spannung am Summenkondensator verwendet und während der Messung durch jede Abtastvorrichtung je ein aus drei Kontaktfedern bestehender Umschaltkontakt betätigt, der den zugehörigen Einheitskondensator in der Ausgangsstellung zur Aufladung mit einer Gleichstromquelle und in der Meßstellung zur Abgabe seiner Ladung kurzzeitig mit dem gemeinsamen Summenkondensator verbindet.

Es ist zwar in der elektrischen Zähltechnik bekannt, einen Kondensator geringer Kapazität durch einen von dem Meßvorgang gesteuerten Umschalter abwechselnd aus einer Gleichstromquelle zu laden und in einen .Summenkondensator größerer Kapazität zu entladen und die am Summenkondensator gemessene Spannung unmittelbar als Maß für die gesuchte Meßgröße zu verwenden. Aber auch bei dieser bekannten Anordnung handelt es sich nur um die Übertragung zeitlich aufeinanderfolgender Impulse von einem Einzelkondensator auf einen Summenkondensator mit anschließender Registrierung.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel derselben an Hand der Zeichnungen ohne Beschränkung auf dieses Beispiel beschrieben.

Fig. ι zeigt die erfindungsgemäße Einrichtung im nicht messenden Zustand;

Fig. 2 zeigt die gleiche Einrichtung im Meßzustand.

An der Meßstelle gelangt das Meßgut 2 in üblicher Weise zwischen eine angetriebene Auflagewalze 1 und die von ihr durch Oberflächenreibung mitgenommenen Meßräder 3.

Jedem einzelneil Meßrad ist eine gesonderte Halterung 4 zugeordnet, die auf der durchgehenden Achse 29 gelagert ist. Der untere Arm dieser Halterung 4 trägt einen um den Punkt 6 drehbar angeordneten Kipphebel 7, dessen unterer Teil als Nase 8 ausgebildet ist. Ferner ist ein an der Meßradachse 5 befestigter Umschaltkontakt für jedes Meßrad vorgesehen, dessen einzelne Kontaktfedern 9, 10, 11 gegeneinander und gegen Masse isoliert sind und dessen Umschaltung durch Kurzschließen von je zwei der Kontaktfedern 9, 10 bzw. 9, 11 mittels des auf dem Kipphebel 7 isoliert aufgesetzten Kontaktblättchens 30 erfolgt.

Die Kontaktfeder 9 ist über eine Leitung 13 an den einen Pol eines Kondensators 14 für jedes Meßrad von verhältnismäßig kleiner Kapazität (Einheitskondensator) angeschlossen, während der zweite Pol desselben über eine Leitung 15 mit dem Minuspol einer Gleichstromquelle 16 in Verbindung steht. Der Pluspol der Gleichstromquelle 16 ist über eine Leitung 17 mit der Kontaktfeder 11 des Umschaltkontaktes verbunden, während die Kontaktfeder 10 über eine Leitung 18 an den einen Pol eines allen Meßrädern gemeinsamen Summenkondensators 19 angeschlossen ist, der eine verhältnismäßig hohe Kapazität besitzt und dessen zweiter Pol durch die Leitung 20 mit dem Minuspol der Gleichstromquelle 16 in Verbindung steht. Parallel zu dem Summenkondensator 19 ist über die Leitungen 21 und 22 ein Voltmeter 23 angeschlossen. Die Anschlußpunkte der drei Federn 9, 10, 11 des Umschaltkontaktes liegen an den Verteilerleitungen 24, 25, 26, so daß die Kontaktfeder 9 mit der Verteilerleitung 24, die Kontaktfeder 10 mit der Verteilerleitung 25 und die Kontaktfeder 11 mit der Verteilerleitung 26 verbunden ist.

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An die drei Verteilerleitungen 24, 25, 26 sind die Umschaltkontaktfedern 9, ίο, ΐΐ sämtlicher Meßräder parallel angeschlossen. Die Zahl der Abtastvorrichtungen und Kontaktsätze richtet sich nach der größten Arbeitsbreite der Maschine.

Im nicht messenden Zustand laufen Stifte 27 in Nuten 28 der Auflagewalze 1, ohne daß sie hierbei den Kipphebel 7 berühren. In dieser Stellung sind die Kontaktfedern 9, 11 geschlossen, und der Einheitskondensator 14 wird von der Stromquelle 16 über die Leitung 17, die Kontaktfedern 11 und 9 sowie die Leitungen 13 und 15 aufgeladen.

Im Meßzustand schwingt einmal das Meßrad 3 um den Betrag der Dicke des Meßgutes um den Drehpunkt 29 nach aufwärts, und zum anderen werden an der Abtaststelle die Stifte 27 nach oben gedrückt, so daß sie beim Anlaufen gegen die Nase 8 den Kipphebel 7 schwenken, der dabei den Wechsel der Kontaktstellung von 9, 11 auf 9, 10 bewirkt. In der Kontaktstellung 9, 10 wird der Einheitskondensator 14 kurzzeitig mit dem Summenkondensator 19 verbunden, . dem er hierbei seine Ladung abgibt.

Dreht sich nun das Meßrad 3 weiter, dann öffnet sich der Kontakt zwischen den Federn 9, 10, und der Kipphebel 7 schwingt infolge seines Gewichtansatzes 31 in die in Fig. 1 gezeigte Stellung zurück, in welcher wieder die Kontaktgabe mit den Federn 9 und 11 erfolgt. Damit ist der Ruhezustand wiederhergestellt, und der Einheitskondensator 14 lädt sich von neuem aus der Stromquelle 16 auf.

Da an jedem Meßrad die Wiederkehr einer solchen Wechselfolge jeweils nach Durchlauf einer Längenmeßeinheit des Meßgutes erfolgt, bedeutet die Kontaktgabe mit den Federn 9, 10 den Durchgang einer Längenmeßeinheit.

Die Kapazität des Summenkondensators 19 beträgt ein Vielfaches der Kapazität des Einheitskondensators 14 und hängt von der Zahl der mit der Maschine zu messenden Flächeneinheiten ab. Da für jede zu messende Flächeneinheit der Einheitskondensator 14 eine Einheitsladung an den Summenkondensator 19 abgibt, muß dessen Kapazität bei einem maximalen Meßbereich von η Flächeneinheiten das «-fache der Kapazität der Einheitskondensatoren betragen.

Soll nun die Kapazität eines Einheitskondensators mit C_e bezeichnet werden, dann muß die Kapazität C₅ des Summenkondensators mindestens

C, = η ■ C₁,

sein. In diesem Falle lädt sich bei vollkommener Ausnutzung des Meßbereiches der Summenkondensator 19 auf den Spannungswert der Speisestromquelle auf.
Mit E/_8JJ als Speisespannung erhält man als Ladung eines Einheitskondensators

Qe =

U_s

und bei Überführung dieser Ladung Q _e in den Summenkondensator in diesem eine Ladung von

Q_S = C_S-U_Z, . (3)

wobei U_z die Spannung darstellt, die nach Überführung von Q_e am Summenkondensator auftritt. Da sich die energiemäßige Größe der Ladung bei Überführung von einem Kondensator in den anderen nicht ändert, können die rechten Seiten der Gleichungen (2) und (3) gleichgesetzt werden, und man erhält dann

C_e

U_n =C_S

U_Z

(4)

Setzt man den Wert von C₈ aus Gleichung (1) in Gleichung (4) ein, so erhält man

C_e-U_sp=-n-C_e-U_z,

und es bleibt als Spannung am Summenkondensator nach Überführung einer Ladung eines Einheitskondensators

U,=

Setzt man den Wert

U.

= K,

da sowohl {7_SP als Speisespannung als auch η eine Konstante darstellt, so entsteht bei Überführung von χ Einheitsladungen in den Summenkondensator an diesem eine Summenspannung von der Größe χ ■ K, d. h., die gemessene Spannung ist direkt proportional der Anzahl χ der überführten Einheitsladungen. Da diese aber auch gleich der Anzahl abgetasteter Flächeneinheiten ist, stellt sie nach der Gleichung

ein direktes Maß für die abgetastete Oberfläche dar, und die Skala des Meßinstrumentes kann direkt in Flächeneinheiten geeicht werden. Hierbei können die Einheitsladungen von den Einheitskondensatoren in gänzlich beliebiger Folge oder auch gleichzeitig an den Summenkondensator abgegeben werden.

Da die Aufladung des Summenkondensators nach einem Exponentialgesetz vor sich geht, wird der Kapazitätswert von C₈ vorzugsweise mindestens gleich το · η · C_e gewählt, so daß der Ladevorgang des Summenkondensators im wesentlichen im geraden Teil der Exponentialcharakteristik erfolgt und dadurch eine lineare Eichung der Meßskala möglich wird.

Die in dem Ausführungsbeispiel als Batterie dargestellte Stromquelle 16 kann in der Praxis auch durch ein stabilisiertes Netzgerät ersetzt werden. Die Spannung dieses Netzgerätes wird zweckmäßig so gewählt, daß die gesamte Anlage als Schwachstromanlage ausgelegt werden kann, so daß keine besonderen Schutzmaßnahmen erforderlich sind.

Das für die Spannungsmessung benötigte Voltmeter 23 muß einen möglichst geringen Eigenstromverbrauch haben, um eine zu schnelle Entladung des Summenkondensators durch das Instrument zu vermeiden. Ein Röhrenvoltmeter oder ein Meßinstrument ähnlich geringen Eigenverbrauches erfüllt diese Forderungen.

Das beschriebene Meßprinzip ermöglicht es, die Spannungsmessung am Summenkondensator der jeweiligen Größe des Meßgutes anzupassen und dadurch die Genauigkeit der Messung zu erhöhen. Dies kann

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durch einfache Bereichumschaltung des Voltmeters auf größere Empfindlichkeit erreicht werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 5

1. Einrichtung zum Messen von Flächen nach dem Streifensumrnierverfahren, bei der die zu messende Fläche durch Abtastvorrichtungen in eine ihr proportionale Anzahl von Stromimpulsen

ίο aufgelöst wird, deren Größe durch einen Einheitskondensator begrenzt ist und bei der die das gesuchte Flächenmaß darstellende Summe der Stromimpulse durch Messung der Gesamtladung von Summenkondensatoren ermittelt wird, die durch die bei der Abtastung erzeugten Stromimpulse aufgeladen werden, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abtastvorrichtung ein gesonderter Einheitskondensator (14) zugeordnet ist und daß diese Einheitskondensatoren (14) ihre Meßladung nach Maßgabe der Abtastimpulse unabhängig voneinander an einen gemeinsamen Summenkondensator (19) abgeben, dessen, Kapazität ein Mehrfaches des Produktes aus der Kapazität eines Einheitskondensators und der

maximal möglichen Anzahl der bei einem Meßvorgang erfolgenden Entladungen der Einheitskondensatoren ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß für die abgetastete Fläche direkt die Spannung am Summenkondensator (19) verwendet wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abtastvorrichtung während der Messung je einen aus drei Kontaktfedern

(9,10, 11) bestehenden Umschaltkontakt betätigt, der den zugehörigen Einheitskondensator (14) in der Ausgangsstellung zur Aufladung mit einer Gleichstromquelle (16) und in der Meßstellung zur Abgabe seiner Ladung kurzzeitig mit dem gemeinsamen Summenkondensator (19) verbindet.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechsel der Kontaktstellungen (9, 11 bzw. 9, 10) des Umschaltkontaktes durch Schwenken eines in einer Halterung (4) drehbaren Kipphebels (17) erfolgt.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Spannung am Summenkondensator (19) durch ein Voltmeter (23) mit niedrigem Eigenverbrauch und hohem Innenwiderstand erfolgt, welches mit einer direkt in Flächeneinheiten geeichten Skala versehen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Summenkondensators (19) gleich oder größer als das zehnfache Produkt aus der Anzahl der maximal meßbaren Flächeneinheiten und der Kapazität eines Einheitskondensators (14) ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleichstromquelle für die eigentliche Meßeinrichtung ein spannungsstabilisierter Netzgleichrichter (16) vorzugsweise niederer Spannung verwendet wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Voltmeter (23) auf verschiedene Empfindlichkeitsbereiche umschaltbar ist.

Angezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 875 572;
britische Patentschrift Nr. 471 731; USA.-Patentschrift Nr.. 2359934;
Electronic Engineering, 1951, S. 213 bis 216.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen