DE3342535C2

DE3342535C2 -

Info

Publication number: DE3342535C2
Application number: DE3342535A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Shiba; Masakazu Tokorozawa Saitama Jp Miyashita
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1982-11-24
Filing date: 1983-11-24
Publication date: 1992-08-20
Also published as: GB2130732A; DE3342535A1; GB2130732B; GB8331359D0; US4543724A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen schräger Win kel, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 3.

Eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes eines jeden der Ansprüche 1 und 3 ist aus der DE-OS 18 01 927 bekannt und weist einen Support auf, an dem ein Schrägwinkeldetektor um eine Achse schwenkbar gelagert ist, der ein Signal abgibt, das in sei ner horizontalen Lage Null ist. Ein Antrieb dient dazu, den Schrägwinkeldetektor unabhängig von der Lage des Supports horizon tal auszurichten. Ist dies geschehen, dann entspricht der Kippwin kel zwischen dem Support und dem Schrägwinkeldetektor dem Winkel der absoluten Schräglage des Supports gegenüber der Horizontalen.

Der Support der bekannten Vorrichtung ist an einem Geschützrohr angebracht. Zwischen dem Support und dem Schrägwinkeldetektor ist ein durch elektrische Impulse schrittweise antreibbarer Antrieb vorgesehen, und die Anzahl der elektrischen Impulse, die dem An trieb bis zur horizontalen Ausrichtung des Schrägwinkeldetektors zugegangen ist, wird aufsummiert und ergibt den Kippwinkel und da mit die Elevation des Geschützrohres. Die Messung ist grundsätz lich auch mit anderen, bekannten Mitteln möglich, etwa durch Able sen einer Skala zwischen Support und Schrägwinkeldetektor.

In Übereinstimmung mit dem vorgesehenen Verwendungszweck muß die bekannte Vorrichtung sehr robust sein sowie einen großen Meßbe reich aufweisen und somit großen Kippwinkel zulassen; dagegen ist die Anforderung an die Meßgenauigkeit nicht sonderlich hoch, da sie nur in sinnvoller Relation zur unvermeidlichen Streuung des Geschützes stehen muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Nutzung der ein gangs genannten Merkmale der bekannten Vorrichtung eine Vorrich tung zum Messen schräger Winkel zu finden, mit der die hochgenaue Messung der Abweichung einer Fläche von der Horizontalen möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 im allgemei nen und durch die Merkmale des Anspruchs 3 im besonderen gelöst; die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 wie auch Anspruch 3 ermöglicht die hochgenaue horizontale Ausrichtung des Schrägwinkeldetektors, der erfindungsgemäß auf einen drehbaren Schrägtisch aufgesetzt ist, der durch steuerbare hydrostatische oder pneumostatische Ab stützungen in seiner Drehlage trägheitsarm sowie reibungslos und damit hochgenau ausrichtbar ist; die Vorrichtung gemäß Anspruch 3 ermöglicht zusätzlich die besonders genaue Messung des Kippwin kels.

Der erfindungsgemäße Schrägwinkeldetektor arbeitet seinerseits in der Nähe derjenigen Stellung, in welcher das Detektorsignal Null ist, so daß ein Fehler aufgrund fehlender Linearität der Empfind lichkeit vernachlässigt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht nur zur Messung des schrägen Winkels einer Fläche geeignet, sondern kann auch zum Mes sen der Genauigkeit der Bewegung eines Objekts und zum Messen der Ebenheit von Platten oder dergl. eingesetzt werden.

Es ist zwar bereits bekannt (DE-OS 18 15 385 und US-PS 34 36 626), einer Meßeinrichtung mit einem Schrägwinkeldetektor Druckluft zu zuführen, doch diese dient beim Stand der Technik ausschließlich zur Lagerung, nicht aber zum regelbaren Hubantrieb wie bei der Er findung.

Bevorzugte Ausgestaltungen sind den weiteren Ansprüchen entnehm bar.

Nachstehend sind Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrich tung zum Messen schräger Winkel anhand von Zeichnungen beispiels weise beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform;

Fig. 2 eine deutlichere Darstellung der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einem Teilschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1;

Fig. 3 einen Teilschnitt entlang der Linie B-B in Fig. 1 und

Fig. 4 einen Teilschnitt einer weiteren Aus führungsform der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 ist ein Schrägwinkeldetektor 101 auf einem Schrägtisch 102 befestigt, welcher an einem Support 103 mit vorgegebenem Spiel hydro- oder pneumostatisch abgestützt ist.

Gemäß Fig. 2 und 3 ist ein Servoventil 213 bzw. 313 vorgesehen, welches die Druckbeaufschlagung eines oberen statischen Druckpolsters 202 bzw. 302 und eines unteren statischen Druckpolsters 205 bzw. 305 sowie die Druckbeaufschlagung eines unteren stati schen Druckpolsters 203 bzw. 303 und eines oberen statischen Druckpolsters 204 bzw. 304 steuert, um den Schrägtisch 102 um eine Achse O₁ bzw. O₂ zu neigen. Rechts bzw. links vom Schrägtisch 102 vorgesehene statische Druckpolster 206 und 207 bzw. 306 und 307 werden jeweils über eine feste Drossel 208 und 209 (Fig. 2) und 308 bzw. 309 (Fig. 3) mit einem unter einem Druck P_S2 stehenden Strömungsmit tel beaufschlagt, um den Schrägtisch 102 seitlich in einer bestimmten Position in seitlicher Ausrichtung hydro- oder pneumostatisch zu halten.

Wird der Schrägtisch 102 um die Achse O₁ bzw. O₂ geneigt, dann gibt der Schrägwinkeldetektor 101 ein Detektorsignal V₁ bzw. V₂ an einen Verstärker 210 bzw. 310 ab, welches darin verstärkt wird. Das verstärkte Signal V₀₁ bzw. V₀₂ geht über eine Kompensationsschaltung 211 bzw. 311 und einen Servoverstärker 212 bzw. 312 dem Servoventil 213 bzw. 313 zu, ferner einem Schrägwinkelanzeigegerät 214 bzw. 314, um dort als schräger Winkel zu erscheinen.

Die beiden Servoventile 213 und 313 beaufschlagen also die beiden einander gegenüberliegenden stati schen Druckpolster 202 sowie 203 und 204 sowie 205 bzw. 302 sowie 303 und 304 sowie 305 differentialmäßig mit Druck, um den Schrägtisch 102 zu steuern. Wenn die Detektorsignale V₁ und V₂ des Schrägwinkel detektors 101 Null sind, dann müssen die Drücke der statischen Druckpolster 202 sowie 205 einerseits und der statischen Druckpolster 203 sowie 204 anderer seits bzw. der statischen Druckpolster 302 sowie 305 einerseits und der statischen Druckpolster 303 sowie 304 andererseits abgeglichen sein.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 bis 3 funktioniert so, wie nachstehend anhand von Fig. 2 geschildert.

Der Schrägwinkeldetektor 101 auf dem Schrägtisch 102 stellt den jeweiligen Unterschied zwischen dem schrägen Winkel der zu vermessenden Fläche 201 und dem schrägen Winkel zwischen dem auf die zu vermessende Fläche 201 aufgesetzten Support 103 und dem Schrägtisch 102 fest. Ein Unterschied zwischen den so festgestellten Winkeln wird über den Verstär ker 210, die Kompensationsschaltung 211 und den Servoverstärker 212 dem Servoventil 213 als Steuer signal I₁ zugeführt. Das Servoventil 213 verteilt seinen Eingangsdruck P_S1 so, daß die Druckdifferenz zwischen dem Paar oberer und unterer statischer Druckpolster 202 sowie 205 und dem Paar unterer und oberer statischer Druckpolster 203 sowie 204 dem Steuersignal I₁ proportional ist und das Detektor signal V₁ des Schrägwinkeldetektors 101 Null ist.

Der Schrägtisch 102 wird mit den Kräften der hydro- oder pneumostatischen Druckpolster 202 bis 205 beaufschlagt und steht dann im Gleichgewicht, wenn das Detektorsignal V₁ des Schrägwinkeldetektors 101 im wesentlichen gleich Null ist. Wenn die Umlaufver stärkung des Servosystems ausreichend erhöht ist, dann wird das Detektorsignal V₁ klein, wobei jedoch das Verhältnis zwischen dem schrägen Winkel des Schrägtisches 102 und dem Detektorsignal V₁ linear ist.

Wenn der schräge Winkel der zu vermessenden Fläche 201 variiert, dann wird der geschilderte Korrektur vorgang durchgeführt und der Schrägtisch 102 um ein Ausmaß entsprechend der Änderung des schrägen Winkels der zu vermessenden Fläche 201 geneigt. Dabei ändert sich das Detektorsignal V₁ des Schräg winkeldetektors 101 in einem Ausmaß, das dem schrägen Winkel der zu vermessenden Fläche 201 entspricht, so daß die Änderung des schrägen Winkels festgestellt werden kann, wenn ein Teil einer solchen Änderung bekannt ist. Jegliche Korrektur in der Ebene von Fig. 3 erfolgt genauso, wie für die Ebene von Fig. 2 geschildert. Die Arbeitsweise der Ausführungsformen in Fig. 3 und 2 ist identisch.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist ein Schrägwinkeldetektor 401 auf einem Schrägtisch 407 befestigt, welcher mit vorgegebenem Spiel an einem auf die zu vermessende Fläche 409 aufgesetzten Support 408 hydro- oder pneumostatisch abgestützt ist, und zwar mittels der sechs statischen Druckpolster 410 bis 415. Ein Servoventil 406 steuert die Druckbeaufschlagung des oberen stati schen Druckpolsters 410, des unteren statischen Druckpolsters 413 einerseits und des unteren stati schen Druckpolsters 411 sowie des oberen statischen Druckpolsters 412 andererseits, um den Schrägtisch 407 um die Achse O₃ zu neigen. Die beiden rechts bzw. links vom Schrägtisch 407 angeordneten stati schen Druckpolster 414 und 415 werden jeweils über eine feste Drossel 416 bzw. 417 mit einem Eingangs druck P_S2 beaufschlagt, um den Schrägtisch 407 seitlich in einer bestimmten Position hydro- oder pneumostatisch in seitlicher Richtung zu halten.

Am Support 408 sind gegenüber dem Schrägtisch 407 Verlagerungsdetektoren 418 und 419 zur Erfassung relativer Verlagerungen zwischen Schrägtisch 407 und Support 408 vorgesehen. Die Verlagerungsdetektoren 418 und 419 beaufschlagen einen ersten Differential verstärker 420 jeweils mit einem Verlagerungs detektorsignal, so daß dieser ein dem schrägen Winkel des Schrägtisches 407 zugeordnetes Schräg winkelsignal V_T an einen zweiten Differentialver stärker 403 abgibt. Ferner beaufschlagt eine Steuer schaltung 402 den zweiten Differentialverstärker 403 mit einem Steuersignal V_C, so daß das Detektorsignal des Schrägwinkeldetektors 401 gleich Null ist. Der zweite Differentialverstärker 403 verstärkt die Differenz zwischen dem Schrägwinkelsignal V_T des ersten Differentialverstärkers 420 und dem Steuer signal V_C der Steuerschaltung 402 und beaufschlagt über eine Kompensationsschaltung 404 und einen Servoverstärker 405 das Servoventil 406 mit diesem im Servoverstärker 405 nochmals verstärkten Fehler signal als Steuersignal I.

Das Servoventil 406 beaufschlagt die einander gegenüberliegenden Paare vom oberen statischen Druckpolster 410 und unteren statischen Druckpolster 413 bzw. unteren statischen Druckpolster 411 und oberen statischen Druckpolster 412 entsprechend dem Steuersignal 1 differentialmäßig bzw. unterschied lich mit Druck, um den Schrägtisch 407 um die Achse O₃ zu drehen. Sobald derselbe entsprechend dem Steuersignal V_C der Steuerschaltung 402 gedreht worden ist, sind die Drücke der beiden oberen und unteren statischen Druckpolsterpaare 410, 413 und 411, 412 ausgeglichen.

Das Servoventil 406 beaufschlagt also die beiden auf der rechten Seite des Schrägtisches 407 einander gegenüberliegenden statischen Druckpolster 410, 411 ebenso wie die beiden auf der linken Seite des Schrägtisches 407 einander gegenüberliegenden stati schen Druckpolster 412, 413 mit zwei entsprechend dem Antriebssignal unterschiedlichen Drücken, um den Schrägtisch 407 zu steuern. Sobald derselbe um einen Winkel proportional dem Instruktionssignal geneigt worden ist, müssen die Drücke der statischen Druckpolster 410 und 411 auf der einen Seite des Schrägtisches 407 ebenso im Gleichgewicht stehen wie diejenigen der statischen Druckpolster 412 und 413 auf der anderen Seite des Schrägtisches 407.

Die Vorrichtung nach Fig. 4 funktioniert folgender maßen. Wenn die zu vermessende Fläche 409 geneigt ist, dann ist auch der Support 408 geneigt, ebenso wie der an demselben hydro- oder pneumostatisch abgestützte Schrägtisch 407. Dessen schräger Winkel wird durch den Schrägwinkeldetektor 401 festge stellt, welcher ein entsprechendes Detektorsignal an die Steuerschaltung 402 abgibt. Letztere liefert stets das Steuersignal V_C, so daß das Detektorsignal des Schrägwinkeldetektors 401 gleich Null ist. Andererseits liefert der erste Differentialverstär ker 420 das der Differenz der Verlagerungsdetektor signale der Verlagerungsdetektoren 418 und 419 am Support 408 entsprechende Schrägwinkelsignal V_T, um den schrägen Winkel des Schrägtisches 407 zu erhalten. Der zweite Differentialverstärker 403 bildet die Differenz zwischen dem Schrägwinkelsignal V_T und dem Steuersignal V_C der Steuerschaltung 402 und verstärkt dieselbe.

Dieses verstärkte Fehlersignal geht über die Kompen sationsschaltung 404 dem Servoverstärker 405 zu, wird durch denselben verstärkt und gelangt dann zum Servoventil 406 als dessen Steuersignal I. Das Servoventil 406 verteilt seinen Eingangsdruck P′_S1 so, daß die Druckdifferenz zwischen dem einen Paar beiderseits des Schrägtisches 407 angeordneter statischer Druckpolster 410 sowie 413 und dem anderen Paar beiderseits des Schrägtisches 407 angeordneter statischer Druckpolster 411 und 412 dem Steuersignal I proportional ist. Wenn der die statischen Druckpolster 410 sowie 413 beaufschla gende Druck größer als der die statischen Druck polster 411 sowie 412 beaufschlagende Druck ist, dann dreht sich der Schrägtisch 407 im Uhrzeigersinn um die Achse O₃, im umgekehrten Fall entgegen dem Uhrzeigersinn.

Wenn der Schrägtisch 407 sich dreht, dann ändern sich die Verlagerungsdetektorsignale der Verlage rungsdetektoren 418 und 419 und somit auch das Schrägwinkelsignal V_T des ersten Differen tialverstärkers 420, welches dem Steuersignal V_C der Steuerschaltung 492 im wesentlichen gleich wird. Dann ist der Vorgang beendet. Dabei können Diffe renzen zwischen dem Steuersignal V_C und dem Schräg winkelsignal V_T durch ausreichende Erhöhung der Umlaufverstärkung des Servosystems vermindert wer den.

Da die absoluten Werte der schrägen Winkel der zu vermessenden Fläche 409 bzw. des Schrägtisches 407 einander gleichgemacht werden, kann der schräge Winkel der zu vermessenden Fläche 409 durch Bestim mung des schrägen Winkels des Schrägtisches 407 ermittelt werden. Da ferner das Steuersignal V_C bzw. das Schrägwinkelsignal V_T dem schrägen Winkel des Schrägtisches 407 proportional ist, kann der schräge Winkel der zu vermessenden Fläche 409 durch Messen des Steuersignals V_C bzw. des Schrägwinkelsignals V_T bestimmt werden.

Versuche haben gezeigt, daß der Schrägtisch 102 bzw. 407 mit einer Auflösung von 0,02 Sekunden gesteuert werden kann. Wenn daher der Schrägwinkeldetektor 101 bzw. 401 in der Nähe des Nullpunktes ein Auflösungs vermögen größer als 0,02 Sekunden aufweist, dann können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Winkel inkremente von 0,02 Sekunden gemessen werden.

Als Servoventil 213 bzw. 313 bzw. 406 kann beispiels weise ein Prallplattenventil verwendet werden. Als Schrägwinkeldetektor 101 bzw. 401, welcher den schrägen Winkel des Schrägtisches 102 bzw. 407 in ein elektrisches Signal umwandelt, wurde zwar ein Neigungsmesser mit Pendel verwendet, jedoch kann auch eine elektrische Waage, ein photoelektrischer Autokollimator oder ein Lasermeßgerät eingesetzt werden. Als Strömungsmittel zur Abstützung des Schrägtisches 102 bzw. 407 am Support 103 bzw. 408 kann eine Flüssigkeit, beispielsweise ein Öl, oder ein Gas, beispielsweise Luft, verwendet werden. Damit werden die statischen Druckpolster 202 bis 407 bzw. 302 bis 307 bzw. 410 bis 415 beaufschlagt, wie geschildert, um jeweils ein Druckpolster, also ein unter einem bestimmten Druck stehendes Strömungs mittelpolster zu erzeugen.

Die Kompensationsschaltungen 211, 311 und 404 gemäß Fig. 2 bis 4 sind zur Steuerung der Charakteristiken beim Korrekturbetrieb des Steuerungssystems vorge sehen, beispielsweise der Beharrungskennwerte.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen schräger Winkel kann sowohl in Verbindung mit einer Einzel welle als auch in Verbindung mit einer Mehrfachwelle verwendet werden. Der Schrägwinkeldetektor derselben wird in der Nähe des Nullpunktes benutzt, um auf diese Weise einen Fehler aufgrund einer fehlenden Linearität der Empfindlichkeit des Schrägwinkel detektors zu beseitigen, und die Druckbeaufschlagung der statischen Druckpolster der hydro- oder pneumo statischen Abstützung des Schrägtisches am Support wird zur Veränderung des gegenseitigen Spiels gesteuert, so daß die Neigung der zu vermessenden Fläche mit der Neigung des Schrägtisches mit hoher Genauigkeit übereinstimmt und der schräge Winkel mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann.

Weiterhin ist es möglich, durch Vergrößerung des Arbeitsbereichs der erfindungsgemäßen Vorrichtung über denjenigen des Schrägwinkeldetektors hinaus den Meßbereich entsprechend zu vergrößern. Auch können Neigungen um zwei zueinander senkrechte Achsen gleichzeitig gemessen werden, was die Wirksamkeit der Messung erhöht.

Wenn ein Steuersignal erzeugt wird, so daß der Neigungsunterschied zwischen der zu vermessenden Fläche und dem Schrägtisch gleich Null wird, und wenn der Schrägtisch mittels der Druckpolster der hydro- oder pneumostatischen Abstützung am Support derart mit Kräften beaufschlagt wird, daß das Steuersignal und ein dem Schrägtisch zugeordnetes Schrägwinkelsignal einander gleich werden, dann können die Neigungen der zu vermessenden Fläche bzw. des Schrägtisches mit hoher Genauigkeit in gegen seitige Übereinstimmung gebracht werden, um Fehler aufgrund von fehlender Linearität der Empfindlich keit des Schrägwinkeldetektors zu beseitigen, was eine hohe Genauigkeit beim Messen des schrägen Winkels gewährleistet.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen schräger Winkel, mit

- einem Support, welcher auf eine zu vermessende Fläche aufsetzbar ist,
- einem Schrägwinkeldetektor, der um eine Achse schwenkbar am Sup port gelagert ist und ein Detektorsignal abgibt, das in seiner horizontalen Lage Null ist, und
- einem Antrieb zum horizontalen Ausrichten des Schrägwinkeldetek tors,

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

- ein Schrägtisch (102), welcher mittels wenigstens eines Paares statischer Druckpolster (202, 204; 302, 304) am Support (103) um die Achse (O₁; O₂) drehbar hydro- oder pneumostatisch abgestützt ist,
- der Schrägwinkeldetektor (101) ist auf dem Schrägtisch (102) zur Feststellung dessen Schrägwinkels angeordnet und steuert den auf die statischen Druckpolster (202, 204; 302, 304) aufgebrachten Druck auf solche Weise, daß das Detektorsignal des Schrägwinkel detektors (101) immer Null ist,
- gegenüber dem bzw. jedem ersten Paar von statischen Druckpol stern (202, 204, 302, 304) ist ein zweites Paar von statischen Druckpolstern (203, 205; 303, 305) angeordnet, und
- ein Servoventil (213; 313) mit vorgeschaltetem Servoverstärker (212; 312) zur Steuerung des Druckes der Druckpolster (202 bis 205; 302 bis 305) ist derart entsprechend dem dem Servoverstär ker (212; 312) zugeführten Detektorsignal (V₁, V₀₁; V₂, V₀₂) des Schrägwinkeldetektors (101) vorgesehen, daß das De tektorsignal (V₁, V₀₁; V₂, V₀₂) Null gleich wird (Fig. 1 bis 3).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein mit einem der Signale (V₁, V₀₁, I₁; V₂, V₀₂, I₂) zwischen dem Schrägwinkeldetektor (101) und dem Servoventil (213; 313) beauf schlagbares Anzeigegerät (214; 314) für den entsprechenden schrägen Winkel.

3. Vorrichtung zum Messen schräger Winkel, mit

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

- ein Schrägtisch (407), welcher mittels wenigstens eines Paares statischer Druckpolster (410, 412) am Support (408) um die Achse (O₃) drehbar hydro- oder pneumostatisch abgestützt ist,
- der Schrägwinkeldetektor (401) ist auf dem Schrägtisch (407) zur Feststellung dessen Schrägwinkels angeordnet und steuert den auf die statischen Druckpolster (410, 412) aufgebrachten Druck auf solche Weise, daß das Detektorsignal des Schrägwinkeldetektors (401) immer Null ist,
- mindestens ein zweites Paar von statischen Druckpolstern (411, 413) gegenüber dem bzw. jedem ersten Paar von statischen Druckpolstern (410, 412),
- eine mit dem Schrägwinkeldetektor (401) verbundene Steuerschal tung (402) zur Erzeugung eines solchen Steuersignals (V_C), daß das Detektorsignal des Schrägwinkeldetektors (401) stets gleich Null ist,
- ein Verlagerungsdetektor (418, 419) zur Feststellung der relati ven Verstellung zwischen Schrägtisch (407) und Support (408),
- ein Differentialverstärker (403) zur Verstärkung einer Differenz zwischen einem Verstellsignal (V_T) des Verlagerungsdetektors (418, 419) und einem Steuersignal (V_C) der Steuerschaltung (402),
- ein Servoverstärker (405) zur Verstärkung des vom Differential verstärker (403) gelieferten Fehlersignals, und
- ein Servoventil (406) zur Verteilung des aufgebrachten Drucks des Arbeitsströmungsmittels auf die statischen Druckpolster (410 bis 413) in Abhängigkeit von dem Steuersignal (I) des Servover stärkers (405) (Fig. 4).

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß dem Schrägwinkeldetektor (101; 401) eine Kompen sationsschaltung (211; 311; 404) zum Empfang des Detektorsignals nachgeschaltet ist.