DD209260A1

DD209260A1 - Verkippungsunabhaengiges spanndrahtlineal

Info

Publication number: DD209260A1
Application number: DD24213282A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Meister; Wolfgang Weiss
Original assignee: Gerhard Meister; Wolfgang Weiss
Priority date: 1982-08-02
Filing date: 1982-08-02
Publication date: 1984-04-25
Also published as: GB2127550B; GB2127550A; CH660788A5; DE3319563A1; JPS5943301A; GB8320474D0

Abstract

Verkippungsunabhaengiges Spanndrahtlineal mit dem Ziel, die Messgenauigkeit bei Geradheits-und Ebenheitsmessungen zu erhoehen und Fehlerquellen bei den Messungen auszuschliessen. Aufgabe ist es, ein Spanndrahtlineal zu schaffen, welches verkippungsunabhaengig ist. Das Spanndrahtlineal umfasst ein Gestell in dem zwei, aus einer Vielzahl duenner Draehte bestehende Drahtsysteme eingespannt sind, deren Durchhang vorzugsweise so gewaehlt ist, dass der Durchhang des zweiten Drahtsystems den k-fachen Betrag des Durchhanges des ersten Drahtsystems besitzt, wobei k > 1 ist. Die Drahtsysteme werden vorteilhaft mit induktiven Abtastsystemen abgetastet, deren Spulen in einer Traegerfrequenzbrueckenschaltung einer Auswerteeinrichtung zusammengeschaltet sind. In der Auswerteeinrichtung oder durch entsprechend Einstellung der Luftspalte zwischen den Abtastsystemen wirddas Messsignal fuer das erste Drahtsystem mit k multipliziert. Es wird folgendes Messsignal ausgewertet, welches durchhangunempfindlich ist:(k-1) y tief p = kM tief 1 - M tief 2. Vorteilhaft ist mit k = 2 zu arbeiten.

Description

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Verkippungsunabhängiges Spanndraht lineal

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein verkippungsunabhängiges Spanndrahtlineal hoher Genauigkeit zur Anwendung als Geradheits- und Ebenheitsnormal, vorzugsweise an Meß- und Werkzeugmaschinen.

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

In der DO-PS 139 295 ist ein Spanndrahtlineal hoher Genauigkeit mit einem in einem Gestell gespannten, aus vielen Einzeldrähten bestehenden Drahtsystem beschrieben, bei welchem der Durchhang des Drahtsystems durch Bestimmung seiner Eigenfrequenz bestimmt wird* Dazu wird das Drahtsystem durch eine Erregervorrichtung mechanisch oder elektrisch in Schwingungen versetzt und die Eigenfrequenz über den Resonanznachweis ermittelt . Auf diese Weise ist der Durchhang in Schwerkraftrichtung (d, h. der Maximaldurchhang) sehr exakt .ermittelbar und kann bei den Messungen der Gerad- und Ebenheit berücksichtigt werden.

Diese maximale Durchhangkorrektur ist jedoch nur für eine Normallage zur Schwerkraf.trichtung des Drahtsystems gültig. Für andere Lagen des Drahtsystems relativ zur Schwerkraftrichtung, ζ. 3, infolge Geräteneigungen, bei Messungen an nicht horizontal orientierten Prüfflächen d, h. wenn die Normale zum Draht·system einen Winkel 0<^*< 90° zur Schwerkraftrichtung bildet , muß dieser Maximaldurchhang mit dem CdS ^* multipliziert und als

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Korrektur eingegeben werden. Dazu ist der Winkel© jeweils z. 3. mit einer Winkellibelle zu messen.

Nach der Applikationsinformation 2/82 "Technische Feinmeßgeräte", "Geradheitsmeßgerät GM 1200", der die DD-PS 139 295 zu Grunde liegt , wird zur Ermittlung der Verkippung des Drahtsystems z«. B, um seine Längsachse einer Winkellibelle (als geräteeigener Bestandteil) verwendet ,

Nach der Applikationsinformation 2/82 Technische Feinmeßgeräte, "Geradheitsmeßgerät GM 1200" der die DD-PS 139 295 zu Grunde liegt wird zur Ermittlung der Verkippung des Drahtsystems z»B, seine Längsachse eine Winkellibelle als geräteeigner Bestandteil verwendet. Diese Winkellibelle wird zunächst am Meßobjekt eingestellt und arritiert und danach zur Einstellung des erforderlichen Drehwinkels des Drahtlineals an die am Gerät dazu vorgesehene Bezugsfläche angeklemmt. Am Auswertegerät muß zur Berücksichtigung der Verkippung bei der Durchhangkompensation eine verkippungswinkelproportionale Stellgröße eingestellt werden.

Als Konsequenz dieser Einstellschritte·, die vor dem eigentlichen Meßvorgang vorgenommen werden müssen, ergibt sich, eine aufwendige bei Unachtsamkeit des Messenden auch mit Fehleinstellungeb verbundene Handhabung des Gerätes, die die Meßgenauigkei und Meßökonomie negativ beeinflußt.

Ziel der Erfindung

Es ist der Zweck der Erfindung, die Nachteile des Sandes der Technik zu beseitigen, die Meßgenauigkeit zu erhöhen und Fehlerquellen bei der Meßdurchführung zu vermeiden.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spanndrahtlineal zu schaffen, welches temperatur- und schwerkraftunabhängig ist und eine automatische Durchhangkompensation

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LkL

auch bei gekipptem Drahtsystem besitzt«

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem verkippungsunabhängigen Spanndraht lineal, welches ein^: _f aus einer Vielzahl gespannter, dünner Drhähte bestehendes Drahtsystem und Abtastsysterae zur Abtastung des Drahtsystems umfaßt, dadurch gelöst,

- daß ein zweites, aus einer-Vielzahl dünner, paralleler Drähte, bestehendes Drahtsystera parallel zu dem bereits vorhandenen, ersten Drahtsystem im Gestell eingespannt ist, welches den k - fachen schwerkraftbedingten Durchhang des ersten Drahtsystems besitzt, wobei !<> 1 ist.

- daß an einem, auf einer Führung des Gestells gelagerten Träger das erste und das zweite Drahtsystem abtastende Abtastsystetne angeordnet sind, wobei der Träger mit einem die Oberfläche des Meßobjektes abtastenden Taster verbunden ist und wobei insbesondere der Luftspalt zwischen den das Drahtsystem mit dem k - fachen Durchhang abtastenden Abtastsystemen in Abhängigkeit von der Größe des Luftspaltes der Abtastsysteme für das andere Drahtsystem und von der verwendeten Auswerteeinrichtung einstellbar ist,

- daß in Längserstreckung der Drahtsysteme zu beiden Seiten des die Abtastsysteme aufnehmenden Trägers für das erste und das zweite Drahtsystem geraeinsame oder getrennte, vorzugsweise senkrecht und parallel zu den Drahtsystemen gemeinsam oder einzeln einstellbare Stützelemente zur Abstützung der Drahtsysteme gegen die Oberfläche des Meßobjektes vorgesehen sind

- und das die Abtastsysteme für das erste und das zweite Drahtsystem mit einer gemeinsamen Auswerteeinrichtung verbunden sind»

Eine besonders vorteilhafte Auswertung der Meßsignale der Abtastsysterae ergibt sich, wenn die Spulen der Abtastsysteme in einer Trägerfrequenzbrückenschaltung zusaramengeschaltet sind, in deren Indikatorzweig ein

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Trägerfrequenzmeßverstärker angeordnet ist, der mit einer Registrier- oder Anzeigeeinheit verbunden ist .

Es ist besonders vorteilhaft, wenn das zweite Drahtsystem den 2 - fachen schwerkraftbedingten Durchgang des ersten Drahtsystems besitzt«

Günstige Verhältnisse ergeben sich ferner, wenn das zweite Drahtsystem den 2 - fachen Durchhang des ersten Drahtsystems besitzt und der Luftspalt zwischen den Abtast systemen des zweiten Drahtsystems den 2 fachen Betrag des Luftspaltes zwischen den Abtastsystemen des ersten Drahtsystems besitzt.

Zur Ermittlung des Durchhanges der Drahtsysteme ist es vorteilhaft , daß die Spulen der Abtastsysteme in einer Trägerfrequenzbrückenschaltung mit mehreren Indikatorzeigen zusammen geschalt et sind und daß in diesen Indikatorzweigen jeweils ein Einkanalverstärker oder jeweils ein Kanal eines Mehrkanalverstärkers liegt,

durch die Anordnung eines zweiten Drahtsystems, bei dem der k - fache Durchhang des ersten Drahtsystem eingestellt ist, und welches parallel zum ersten Drahtsystem im Gestell angeordnet ist ,. wird durch den Drahtdurchhang bedingte Anteil an den Meßsignalen der Abtastsysteme in jeder Kipplage des Spanndrahtlineals dann eleminiert, wenn eine entsprecherade Justierung der Luftspalte zwischen den Abtastsystemen oder eine Multiplikation des 'Meßsignals des ersten Abtastsystems mit !< in der Auswerteeinrichtung erfolgt , So gelten folgende Beziehungen für die Meßsignale der Abtastsysterae:

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^M2 =

2 = Vp ⁺ Yd

= y_p + ky_D

Durch Multiplikation von M mit k und Differenzbildung beider Meßsignale M' und M , die sich aus den Anteilen aus dem Durchhang y_Q und dem durch das JSrteßobjekt bebedingten Anteil y zusammensetzen, ergibt sich ein vom Durchhang unbeeinflußter Meßwert M des Meßobjektes

M = kM - M = (k - 1) y

Cm O P

wobei k > 1 ist.

Somit erfolgt bei Anwendung des Spanndrahtlineals eine automatische Separierung der Anteile y und y_Q ohne explizite Kenntnis des Kippwinkels ο des Spanndrahtlineals.

Die Ermittlung des Meßwertes M.erfolgt in einer einfachen Trägerfrequenzbrückenschaltung, die Bestandteil der Äuswerteeinrichtung ist und in der alle Spulen der Abtastsysteme zusammengeschaltet sind, wobei nur ein Trägerfrequenzverstärksr im Indikatorzweig der Brückenschaltung angeordnet ist .

Ein Vorteil für den Anwender ergibt sich u· a. auch daraus, daß der Drahtdurchhang in einfacher Weise zu ermitteln ist, So ist es möglich auch den Oustierzustand der Drahtsysteme nach längerem Gebrauch zu prüfen.

Weitere wesentliche Vorteile sind:

- Prüfung der Ebneheit und Geradheit von Meßobjekten in jeder Winkellage ohne vorherige Ermittlung des Kippwinkels des Drahtüneals oder des Meßobjektes.

- Es sind keine verschleißbehafteten Bauelemente, wie z. B» Potentiometer notwendig.

-Geringer technischer Aufwand und universelle Einsetzbarkeit des DrahtlineaIs ·

- Einfache Handhabung des DrahtlineaIs und höhere Meßökonomie bei Anwendung desselben.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden» In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. l schematisch ein Spanndrahtlineal,

Fig*- 2 die Durchhangverhältnisse der verwendeten Drahtsystetne ,

Fig« 3 ein Spanndrahtlineal mit getrennten Stützen ,

Fig. 4 Abtastsysteme mit unterschiedlichen Luftspalten

Fig. 5 eine Auswerteschaltung zur Ermittlung des Meßwertes

Fig.. 6 eine Ausswer te schaltung zur Bestimmung des Durchhanges und

Fig. 7 eine weitere Auswertschaltung zur Bestimmung des Durchhanges der Draht syst ecne

Das in Fig. l dargestellte Spanndraht lineal umfaßt ein Gestell 1, in welchem in nicht dargestellten Halte- und Ss^-nnvorrichtungen ^ei-ⁿ erstes und ein zweites, aus einer Vielzahl dünner paralleler Drähte bestehendes Drahtsystem 2 und 3 angeordnet ist, welche durch Stützelemente 4 und 5 gegen das MeSobjekt 6 abgestützt sind. Diese Stützelemente 4 und 5 sind-, sowohl in Richtung als auch senkrecht zu den Drahtsysteraen einstellbar. Bei den in Fig. ι dargestellten Stützelementen 4 und 5 werden die Auflagen 7 und 8 sowie 9 und IO jeweils gemeinsam in der Höhe verstellt .

Auf einer im Gestell 1 angeordneten Führung 11 ist ein Schlitten 12, in Längserstreckung der Drahtsysteme 2, 3 verschiebbar angeordnet, der einen Träger 13 mit Abtast.-

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-systemen 14, 15, 16, 17 trägt, wobei zwischen den Abtastsysteraen 14 und 15 das erste Drahtsystesi 2 und zwischen den Abtastsystemen 16 und 17 das zweite Drahtsystem 3 liegt« Der Träger 13 besitzt einen Taster 18, mit dem die Oberfläche des Meßobiektes 5 abgetastet wird. Analog den Meßobjektunregelraäßigkeiten folgen die Abtastsysteme 14, 15, 16, 17 den Bewegungen des Tasters 18.

Die Drahtsysterae 2 und 3 sind so im Gestell 1 eingespannt, daß das zweite Drahtsystem 3 den k - fachen Druchhang des ersten Drahtsystems 2 besitzt, wobei k ist« In der Praxxis wird man vorteilhaft mit !< = 2 arbeiten, da sich dann besonders günstige Beziehungen für die Auswertung der von den Abtastsysteraen 14, 15, 15, gelieferten Heßsignale in einer Auswerterhaltung ergeben. Die Abtastsysteme 14, 15, 16, 17 sind vorzugsweise mit Spulen versehene induktive Geber.

In Fig. 2 sind die Durchhänge der Drahtsystsme 2 und 3 dargestellt, wobei beispielsweise der Durchhang des Drahtsystems 3 doppelt so groß ist als der Durchhang des Drahtsystems 2,.Die.. maximalen Beträge der Ourchhänge sind mit y. und y„ bezeichnet« Eine Verkippung des Drahtlineals um den Kippwinkel wirkt sich bei den. einzelnen Dahtsystemen in.einer Cosinusfunktion bei den Durchhängen aus. Es gilt (y₂ - y _±) « cosT.

In Fig« 3 ist ein Spanndraht lineal stark schematisch dargestellt, welches ebenfalls analog zu Fig. ι aufgebaut ist. In dem Gestell 1 sind die Drahtsysteme 2, 3 eingespannt, die durch die Abtastsysterae 14, 15, 15, 17 abgetastet werden. Diese Abtastsysteme 14, 15, 15, 17 sind an dem Träger 13 mit dem Taster 18 angeordnet, der das Meßobiekt 6 abtastet. Für die Drahtsysteme 2 und 3 sind getrennte Stützelemente 19, 2G-, 21 und 22 vorgesehen, welche sowohl parallel als auch senkrecht zur Oberfläche des Meßobjektes bzw. der Drahtsysteme 2, 3 einstellbar

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sind. Zwei dieser Stützelemente 19, 20, 21, 22 sind jeweils beiderseitig zum Träger 13 angeordnet.

Die .Durchführung der elektronischen Meßdatenverarbeitung, speziell zur Realisierung der Meßgleichung

k M₂ - M₃ = (k - 1) y = M

erfolgt mit einer Trägerfrequenzbrückenschaltung nach Fig, 5, in der die Spulen der induktiven Abtastsystem 14, 15, 16, 17 so zusammen geschalt et sind, daß die Spulen der Abtastsysteme 14 und 17 und die Spulen 23, 24/ 25, der Abtastsysteme 15 und 16 in jeweils einem 3rückenzweig in Reihe geschaltet sind. Im Indikatorzweig der Brückenschaltung ist ein Trägerfrequnez-Meßverstärker 27 angeordnet, der mit einer Registrier- oder Anzeigeeinheit zur Ausgabe des Meßwertes des s^ießobjektes 6 verbunden ist.

Zur Realisierung der Meßgleichung y = 2 M₂ - M, bei k = 2 erfolgt u. a. dadurch, daß die Luftspalte 3 und B zwischen den Abtastsystemen 14, 15 und 16, 17, zwischen denen die Drahtsysteme 2 und 3 sich befinden, sich verhalten wie 1 : "f"2 , d. h. ^B ₃ = "f²" S₂. Dadurch verändern sich die Induktivitäten bei der Abtastung einfach bzw. doppelt so schnell, wenn sich die Drahtsysteme 2 .-und 3 innerhalb der Luftspalte B und B verlagern. Durch diese Maßnahme kann der Meßverstärker 27 einen einheitlichen Verstärkungsgrad für beide Meßsignale M₂ und M besitzen und es kann ein Einkanal-Trägerfrequenzverstärker verwendet werden*

Wierechnerisch bewiesen werden kann, ist das Ergebnis der Meßsignalverarbeitung in der Brückenschaltung nach Fig. 5 unabhängig vom Drahtdurchhang in jeder beliebigen räumlichen Orientierung des Tasters 18 und der Drahtsysteme 2 und 3. Die in Fig.. 4 dargestellte Anordnung der Abtastsysteme 14, 15, 16, 17 umfaßt ungleiche Luftspalte B₀ und B., zwischen den Spulen 23 und 24 bzw. 25 und 26 müssen bei der Montage des SpanndrahtlineaIs justiert werden.

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L \ 3 4L i .-9 -

In Fig« S ist eine Auswerteschaltung zur Ermittlung des Durchhanges y₀ der Drahtsysteme 2 und 3¹ dargestellt, die eine Brückenschaltung umfaßt, bei welcher die Spulen 23 und 25 bzw» 24 und 25 der Abtastsyst 14, 15, 16, 17 parallel geschaltet sind, in deren Indikatorzweig ein Einkanal-Trägerfrequenzverstärker 29 liegt. Diese Bestimmung des Durchhanges erfolgt nach der Gleichung

VD = ^M2 - ^M3

unter Verwendung der gleichen Luftspaltgröße, wie bei der Messung am Meßobjekt 6*

Die Fig. 7 zeigt eine Trägerfrequenz Brückenschaltung zur Durchhangbestimmung, welche mehrere Indikatorzweige umfaßt, in denen jeweils ein Einkanalverstärker oder jeweils ein Kanal 30, 31 eines Mehrkanalverstärkers liegt. Hierbei können auch die Signale M und M getrennt erfaßt und nachträglich subtrahiert werde;

Mit 32, 33 sind notwendige Widerstände in den einzelnen Brückenschaltungen bezeichnet.

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Claims

-Erfindungsanspruch

1. Verkippungsunabhangiges Spanndraht lineal umfassen

- ein Gestell, in welchem zwischen Halte- und Spannvorrichtungen ein aus einer Vielzahl dünner, paralleler Drähte bestehendes Drahtsys.tem eingespannt ist ,

- Abtastsysteme zur Abtastung des Drahtsystems in seiner Längserstreckung,

- das Drahtsystem abstützende Stützelemente

- und eine mit den Abtastsystemen verbundene Auswerteeinrichtung,

dadurch gekennzeichnet,

- daß ein zweites, aus einer Vielzahl dünner, paralleler Drähte bestehendes Drahtsystem (3) parallel zu dem bereits vorhandenen, ersten Dra.htsystem (2) im Gestell (1) eingespannt ist, welches den !< - fachen schwerkraftbedingten Durchhang des ersten Drahtsystems (2) besitzt, wobei k ^ 1 ist,

- daß an einem., auf einer Führung (11) des Gestells (1) gelagerten Träger (13) das erste und das zweite Drahtsystem (2; 3) abtastende Abtastsysteme (14; 15; 16; 17) angeordnet sind, wobei der Träger (13) mit einem die Oberfläche des-Meßobjektes (6) abtastenden Taster (18) verbunden ist und wobei insbesondere der Luftspalt B zwischen den das Drahtsystem (3) mit dem k - fachen Durchhang abtastenden Abtastsysteraen in Abhängigkeit von der Größe des Luftspaltes (B_?) der Abtastsysteme (14; 15; 15; 17) für das andere Drahtsystem (2) und von der verwendeten Auswerteeinrichtung einstellbar ist,

- daß in Längserstreckung der Drahtsysteme (2;3) zu beiden Seiten des die Abtastsysterae (14; 15 ;3S ; 17) aufnehmenden Trägers (13) für das erste und das zweite Drahtsystem (2; 3) gemeinsame oder getrennte, vorzugsweise senkrecht und parallel zu den Drahtsystemen (2; 3) gemeinsam oder einzeln einsdellbare Stützelemente zur Abstützung der Drahtsysteme (2; 3)

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gegen die Oberfläche des Meßobjektes (6) vorgesehen sind

- und daß die Abtastsysteme (14; 15; IS; 17) für das erste und das zweite Drahtsystem (2; 3) mit einer gemeinsamen Auswerteeinrichtung verbunden sind.

2. Spanndrahtlineal nach Punkt i# dadurch gekennzeichnet daß die Spulen (22; 23; 24; 25) der Abtastsysteme (14 15; 16; 17) in einer Trägerfrequenzbrückenschaltung zusammengeschaltet sind, in deren Indikatorzweig ein Trägerfrequenzmeßverstärker (27; 29) angeordnet ist, der mit einer Registrier- oder Anzeigeeinheit (28) verbunden ist ,

3* Spanndraht lineal nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet daß das zweite Drahtsystem (3) den 2 - fachen schwerkraftbedingten Durchhang des ersten Drahtsystems (2) besitzt.

4, Spanndrahtlineal nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet

daß das zweite Drahtsystem (3) dan 2 - fachen Durchhang des ersten Drahtsystems (2) besitzt und der Luft spalt B zwischen den Abtastsystemen (IS; 17) des zweiten Drahtsysteins (3) den 2..."- fachen Betrag des Luftspaltes B₂ zwischen den Abtastsystraen (14; 15) des ersten Drahtsystems (2) besitzt.

5. Spanndrahtlineal nach Punkt" 1» dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Dahtdurchhanges die Spulen (22; 23; 24; 25) der Abtastsysteme (14; 15; 16 17) in einer Trägerfrequenzbrückenschaltung mit mehre Indikatorzeigen zusammengeschaltet sind und daß in diesen Indikatorzweigen jeweils ein Einkanalverstärke (29) oder jeweils ein Kanal (30;'. 31) eines Mehrkanalverstärkers liegt .