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Vorrichtung zum automatischen Zentrieren Die Erfindung betrifft eine
Profilaufzeichnungsvorrichtung und insbesondere eine Profilaufzeichnungsvorrichtung,
die das Werkstück vor der Profilaufzeichnung automatisch zentriert.
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Zur Darstellung der vergrößerten Oberflächenprofile von Werkstücken
oder Proben werden elektromechanische Instrumente zum Zeichnen von Karten benutzt.
Aufgrund einer solchen Karte kann die Rundheit, Flachheit, Rauheit, die wellenförmige
Beschaffenheit, sowie das Gesamtprofil der Oberfläche bestimmt und k8nnen auch Oberflächenrisse
und Narben festgestellt werden. Bei der Bestimmung der Oberflächenrauheit sowie
Abweichungen von der Rundheit bei kugeligen und zylindrischen Gegenstnden dient
eine umlaufende Profilaufzeichnungseinrichtung. Eine Form dieser umlaufenden Profilaufzeichnungseinrichtung
weist einen Tisch auf, auf dem die Probe festgeklemmt wird. Ein Vorzeichner berührt
die Umfangsfläche des Werkstückes, wlhrend entweder der Vorzeichner
oder
das Werkstück genau und konzentrisch um elne Umlaufachse gedreht werden. Der Vorzeichner
schließt einen Abtaster oder einen Stenograph ein, der mit einem mechanisch-elektrischen
Umformer verbunden ist, um ein Ausgangssignal vorzusehen, das ein Maß für die Abweichungen
von einer genauen Konzentrizitat der Oberflgche des Probestückes mit Bezug auf die
Umlaufachse darstellt. Starke Schwankungen des Signals zeigen Abweichungen von der
Rundheit an, wShrend Abweichungen mit kleiner Amplitude und kurzer Dauer OberRlSchenrauheit
anzeigen. Das Umformersignal wird verstErkt und auf einer Karte entweder in Band-oder
Kreisform aufgezeichnet.
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Um eine einwandfreie Meßgenauigkeit zu erreichen, ist es erforderlich,
daß das Werkstdck mit Bezug auf die Umlaufachse des Tisches oder des Vorzeichners
genau zentriert wird. Bei umlaufenden Profilaufzeichnungseinrichtungen, bei denen
der Vorzeichner um ein feststehendes WerkstUck umläuft, wird eine Zentrierung von
Hand in zwei Arbeitsschritten ausgeführt. Zundchst wird der Tisch, auf dem das Werkstück
festgeklemmt ist, auf zwei lotrecht zueinanderliegenden Achsen eingestellt, bis
das Werkstück mit Bezug auf die Umlaufachse des Vorzeichners konzentrisch zentriert
ist. Es werden für zwei mit 180° Abstand auf dem Werkstick liegende und mit einer
Achse der Tischbewegung fluchtende Punkte auf einer Meßvorrichtung dargestellte
Ausgangssignale von dem Vorzeichner beobachtet. Der Tisch wird sodann auf dieser
Achse eingestellt, so daß die Anzeigewerte auf der Meßeinrichtung an den beiden
gegenüberliegenden Punkten ein Minimum zeigen und in der Amplitude gleich sind.
Dieses Verfahren wird sodann
fUr einen zweiten Satz von zwei gegenüberliegenden
Punkten auf einer zweiten Achse lotrecht zu der ersten Achse wiederholt und die
Werte der Aufzeichnungseinrichtung durch Einstellung des Tisches auf der zweiten
Achse gleichgesetzt.
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Der zweite Schritt in dem Zentrierverfahren besteht in der Ein-. stellung
des Vorzeichnerstiftes radial mit Bezug auf das Werkstock, um die Meßwertabweichungen
rund um das Werkstück herum auf ein Minimum zu bringen. Mit anderen Worten, der
Vorzeichner hat radial zur Umlaufachse für eine besondere Anzeigeeinrichtung, z.
B. einen Aufzeichner. Der Vorzeichner wird radial so eingestellt, daß die Verschiebung
des Stiftes durch das WerkstUck um die Nullage herum in der Amplitude auf ein Minimum
gebracht und in der Polarität fUr maximale Verschiebungsabweichungen egalisiert
wird.
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Diese beiden Schritte werden mehrmals wiederholt, wobei jedesmal eine
zunehmend größere Empfindlichkeit zur Anwendung kommt, bis für das jeweilige Werkstück
eine optimale Einstellung erreicht ist. Somit besteht das Gesamtziel des Zentriervorgangs
in der lierabsetzung der Amplitude des Ausgangssignals von dem Vorzeichner bei seiner
Drehbewegung um das Werkstück herum auf ein Minimum und in einen Polarisieren der
maximalen Schwankungen dieses Ausgangssignals, so daß die höchst mögliche Empfindlichkeit
erreicht werden kann, o : ne daB die Aufzeichnung äußerhalb der Skala liegt.
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Es sind Zentriervorrichtungen bekannt, mit denen jedoch nur exakt
rotationssymmetrische Werkstücke genau eingestellt und abgetastet werden können
(franz. Patentschriften 1. 230. 164, 1. 282. 36).
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Ferner ist eine Profilaufziechnungseinrichtung bekannt (Franz.
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Patentschrift 1.222.006), mit der sich jedoch lediglich der Unterschied
zwischen einem Maximum und einem Minimum einer rauhen Werdkstückoberfläche ermitteln
läßt.
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Bekannt ist schließlich auch eine Profilaufzeichnungseinrichtung mit
einem Tisch zur Halterung eines Werkstückes mit einer Achse, einem Vorzeichner mit
einem eine Werkstückoberfläche abfühlenden Abtaster, einem Drehantrieb, der den
Tisch und den Vorzeichner relativ zueinander um eine zur Werkstückachse parallele
Achse dreht, einer Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Signals in Abhängigkeit
von der Radjalbewegung des Abtasters während der Relativdrehung des Abtasters um
die WerkstückoberfISche, synchron mit der Drehbewegung angetriebene Resolvereinrichtungen,
die das elektrische Signal in zwei Komponenten in zwei aufeinander und auf der Werkstückachse
senkrecht stehenden Richtungen zerlegen, und Integrationseinrichtungen zum In. egrieren
der beiden Komponenten (franz. Patentschrift 1. 377. 837). Diese bekannte Vorrichtung
läßt sich jedoch nur dazu verwenden, die Lage der Achse eines zwar nicht genau aber
doch beinahe kriesförmigerl Werkstückes gegen-'ber der Drehachse der Abtastvorrichtung
zu bestimmen ; grdbere Abweichungen des Werkstückumfangs von der Kreisform hingegen
werden bei der Koordinatenbestimmung nicht bertlcksichtigt. m Gegensatz dazu soll
erfindungsgemäß eine Profilaufzeichnungseinrichtung geschaffen werden, die die genaue
Mittelpunktslage auch solcher WerkstUcke ermitteln kann, die im Querschnitt nicht
genau oder beinahe genau kreisförmig sind ; lnsbesondere soll eine
Profilaufzeichnungseinrichtung
geschaffen werden, die ohne Schwierigkeiten in bereits vorhandene Aufzeichner einzubauen
ist, schnell und gleichbleibend genau arbeitet und nicht von der Geschicklichkeit
des Bedienungsmannes abhängig ist.
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Zur LOsung dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Profilaufzeichnungseinrichtung
der oben beschriebenen Art, die gekennzeichnet ist durch eine Steuereinrichtung
zum Zentrieren des Werkstücks und zur Einstellung der Radiallage des Vorzeichners
vor der Aufzeichnung, einschlie8lich einer Integrationseinrichtung, die die beiden
Quadraturkomponenten über einen bestimmten Drehwinkel integriert und erste elektrische
Meßgrößen erzeugt, die die Entfernung der WerkstUckachse von der Drehachse in beiden
senkrecht aufeinanderstehenden Richtungen darstellen, zweier Servomotoren zur gegenseitigen
Relativverschiebung des Tisches und des Vorzeichners in beiden Richtungen in Abhängigkeit
von den MeBgrdßen, so daß die Drehachse mit der WerkstUckachse fluchtet, einer weiteren
Integrationseinrichtung, die das elektrische Signal über den gleichen Drehwinkel
integriert und zweite elektrische Meßgrößen erzeugt, die die Unebenheiten der Werkstückoberfläche
darstellen, und eines dritten Servomotors zur Radialverstellung des Vorzeichners
gegenflber der Drehachse in Abhängigkeit von den zweiten elektrischen Meßgrößen,
um den Vorzeichner auf eine dem Nullwert der elektrischen MeßgrdBen entsprechende
vorbestimmte mittlere Lage einzustellen.
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Die erfindungsgemaße Profilaufzeichnungseinrichtung berücksichtigt
bei der Koordinatenbestimmung auch erhebliche Abweichungen von
der
Kreisform und außerdem wird die WerkstUckachse in Abhängigkeit von den ermittelten
Koordinaten automatisch auf die Drehachse des Vorzeichners zentriert, wobei die
Verschiebung des Werkstückes bereits eingeleitet werden kann, bevor eine volle Umdrehung
durchgefUhrt ist. SchlieRlich ermlttelt die erfindungsgemaße Einrichtung in AbhEngigkeit
von der WerkstUckform den Jeweils bendtigten Abstand des Abtasters von der Drehachse
und sorgt somit fUr eine automatische Verstellung des Abtasters auf die ermittelte
Null-. 1age.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und der nachfolgenden beispielsweisen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen.
Es zeigen : Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Profilaufzeichners mit
einem Tisch und einem umlaufenden Vorzeichner, die automatisch eingestellt werden,
um einen Gegenstand auf dem Tisch mit Bezug auf die Umlaufachse des Vorzeichners
zu zentrieren., wobei einige Teile fortgebrochen sind, um die Quersupporte des Tisches
zu zeigen, die eine Einstellung des Gegenstandes auf lotrecht zueinander liegenden
Achsen ermdglichen, Fig. 2 eine schematische Darstellung des Vorzeichners, dessen
Abtaster mit einem Probestück zusammenarbeitet, Fig. 2A einen vergrdßerten Schnitt
durch die Vorzeichnereinstelleinrichtung nach der Linie 2A-2A in Fig. 1,
Fig.
3 einen waagrechten Schnitt durch den Tischsupport nach der Linie 3-3 der Fig. 1,
Fig.4 ein Schaltschema einer grundsatzlichen Servosteuerung mit geschlossener Schleife
zum Zentrieren des Probestückes nach einer vollstandigen Umdrehung des Vorziechners,
Fig. 5 ein Sehaltschems einer vereinfachten, vollständigen ServosteuerunfzurEinleitungderZentrierung
des Probestückes während einer Anfangsumdrehung des Vorzeichners, fiv. 6 ein Sehaltschema
der Servoverstkrkers zum automatischen Versändern Das Zugewinns der Geschlossenen
Schleife in der Servosteuerung.
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Die Zeichnungen zeivern einen umlaufenden Profilaufzeichner untern
Verwendung einer automatischen Zentriereinrichtung 10 mit einer seinkrechten Säule
12, die von einer angeformten, beenen, wang=-rechten Grundplatte 14 getragen wird.
Die Gruplatte 14 nimmt zwei Querrspporte 16, 18 auf, die eine gradlinige Einstellung
in zwei zueinander letrechten Richtungen gestatten. Der Support 16 ist auf V-Führunen
19 in der Längsrichtung nach vorn und zurück auf einer Y-Achse beweglich, die durch
den Pfeil 2o bezeichnet is (Fig. 1 und 3). Der Support 1 ist auf V-Fdhrungen 21
in der Verrichtung (seitwErts) auf einer X-Achse beweglich die durch einen Pfeil
22 bezeichnet ist (Fig. 1 und 3). Auf dem Support 18 ist ein Tisch 24 fest angeordnet,
der durch die Supporte 16 und 18 in einer waagrechten Ebene in alle Dichtungen
beweglich
ist. Der Tisch 24 weist eine ebene Oberseite 26 mit darauf gelagerten Backen 27
auf, die ein Probestück 28, dessen Profil aufzuzeichnen ist, aufnehmen und festklemmen.
Über dem Tisch 24 ist ein Schlitten 3o zur Ausfuhrung einer senkrechten Bewegung
auf der Säule 12 angebracht. In dem Schlitte 3o ist eine senkrechte Welle 32 mit
einer Achse 33 gelagert, die von inem mit dem oberen Ende der Welle 32 verbundenen
Motor 34 gedreht wird. An dem unteren Ende der Welle 32 ist ein waagrechter TrEger
38 fest angeordnet. Auf dem Träger 38 ist durch eine V-FUhrung 41 ein Vorzeichner
4o angeordnet, um radial zur Welle 32 eine einstellbare Bewegung auszufUhren. Der
Vorzeichner 4o weist einen Taster oder einen Stift 42 auf, der nach unten und radial
nach innen vorsteht, um bei Drehung der Welle 32 die ruser Umfangsfläche des WerkstUckes
28 zu berUhren. Wie in der Fig. 2 schematisch angedeutet ist, ist der Vorzeichner
4o mit einem Joch 5o versehen, auf dem der Stift 42 beweglich angeordnet ist.
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Zwischen dem Stift 42 und dem Joch 5o ist eine Druckfeder 51 eingesetzt,
um den Stift 42 nachgiebig radial nach innen zu drücken. Eine ebenfalls von dem
Joch 5o aufgenommene Spule 52 ist mit einem Generator 53 von 4 kHtz elektrisch verbunden.
Die Spule 52 ist relativ zu dem Stift 42 derart angeordnet, daß eine ra-42 diale
Bewegung des Stiftes/relativ zum Joch 5o durch den Modulationsstrom in der Spule
52 in ein elektrisches Signal umgeformt wird. Das modulierte Ausgangssignal von
dem Vorzeichner 4o (Spule 52) ist ein Maß fUr den Zentrierungsfehler und die Konzentrizität
des Probestücks 28 mit Bezug auf die Umlaufachse 33 der Welle 32 zusammen mit einem
Mail für OberflEchenfehlèrF
Die umlaufende Profilaufzeichnungseinrichtung
ist den bekannten Aufzeichnungsehrichtungen ähnlich. Bei solchen Aufzeichnungseinrichtungen
werden die radiale Lage des Vorzeichners 4o und die waagrechte Lage der Quersupporte
16 und 18 auf den entsprechenden Y-und X-Achsen 2o bzw. 22 durch Präzisionsspindelschrauben
von Hand eingestellt. Nach der Erfindung sind zur Einstellung der Supporte 16 und
18 auf den Y-und X-Achsen 2o und 22 zwei Servomotoren 5oa und 52a (Fig. 3) vorgesehen,
um das ProbestUck 28 mit Bezug auf die Umlaufachse 33 der Welle 32 zu zentrieren.
Die radiale Lage des Vorzeichners 4o und des Stiftes 42 mit Bezug auf das Probestück
28 wird durch einen Servomotor 54 (Fig. 2A) eingestellt..
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Obwohl die besonderen Vorrichtungen für die Bewegung des Vorzeichners
und der Supporte 16 und 18 in AbhSngigkeit von den Motoren 5oa, 52a und 54 keinen
wesentlichen Tell der Erfindung bilden, sei zur BrlEuterung erwffhnt, daß die Motoren
50a und 52a in der Grundplatte 14 untergebracht sind. Der Motor 5oa ist in der Grundplatte
14 befestigt und mit seiner Abtriebswelle 56 an seine t Feineinstellschraube 58
angeschlossen, die sich auf der Y-Achse 2o entlang radial nach innen erstreckt.
Die Schraube 58 ist in eine Mutter 6o eingeschraubt, die wieder auf einem in der
Grundplatte 14 gleitend gelagerten Block 62 befestigt ist. Der Block 62 stößt gegen
ein auf einer Seite einer Stange 66 befestigtes Lager 64 an. Diese Stange 66 ist
an dem Support 18 befestigt und hEngt von ihm herab. Die Grundplatte 14 weist eine
zentrale Ausnehmung 68 auf, die die Stange 66 zur Ausführung einer Bewegung darin
aufnimmt, und die Stange erstreckt sich ebenfalls durch
eine mittlere
Uffnung (nicht-gezeigt) des Supportes 16 hindurch.
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In gleicher Weise ist der Motor 52a in der Grundplatte 14 befestigt
und mit seiner Abtriebswelle 7o an eine Feineinstellschraube 72 angeschlossen, die
sich auf der X-Achse 22 radial nach innen erstreckt. Die Schraube 72 ist in eine
Mutter 74 eingeschraubt, die wieder auf einem in der Grundplatte 14 gleitend gelageten
Block 76 befestigt ist. Der Block 76 stößt gegen ein Lager 78 an, welches um 9o°
von dem Lager 64 versetzt an der Stange 66 befestigt ist. Die Stange 66 wird durch
Lager, die den Schrauben 58 und 72 diametral gegenUberliegen, von zwei federbelasteten
Stangen 8o und 82 erfaßt. Die Stangen 8o und 82 halten die Blöcke 62 und 76 mit
den Lagern 64 und 78 in Zusammenwirkung, so daß die Drehung der Schrauben 58 und
72 aufgrund der Motoren 50a bzw. 52a die Stange 66, den Support 18, den Tisch 24
und das Probestück 28 auf den Y- und X-Achsen entlangbewegt. Der Motor 54 ist an
dem einen Ende des Trägers 38 (Fig. 2A) befestigt und durch einen Getriebezug 86
zum Antrieb mit einer Feineinstellftihrungsschraube 84 verbunden. Die Schraube 84
ist mit einem Ende in einer Endplatte 88 auf dem Trãger 38 gelagert und durch diese
axial festgelegt. Die Schraube 84 erstreck-t sich in der LEngsrichtung auf des TrSgers
38 und der FUhrung 41, und/ihr anderes Ende ist eine Mutter 9o aufgeschraubt, die
auf dem Vorzeichner 4o befestigt ist.
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Die Mutter 9o dient auch als ein Keil zur beweglichen Halterung des
Vorzeichners 4o in der Führung 41. Die Drehung des Motors 54 in entgegengesetzte
Richtungen bewegt den Vorzeichner 4o in entgegengesetzte Richtungen auf der Führung
41 entlang radial zur Welle 32, wie es in der Fig. 1 gezeigt ist.
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Nach der Darstellung in der Fig. 3 stehen die Wellen 56 und 70 der
Motoren 5oa und 52a von der Grundplatte 14 nach außen vor und sind mit Knöpfen 91
und 92 zur Einstellung der Schrauben 58 und 72 von Hand versehen. In gleicher Weise
steht die Schraube 84 auf dem Tramer 38 durch die Endplatte 88 vor und ist mit einem
Knopf 93 versehen, um die Schraube 84 von Hand einzustellen.
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Fig. 4 zeigt den modulierten Ausgang von dem Vorzeichner 40 (Spule
52), der beispielsweise durch Schleifringe (nicht gezeigt) an einen VerstErker 96
gekuppelt ist, dessen Ausgang wieder über einen Schalter loo mit einem Aufzeichnet
98 verbunden ist.
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Der VerstArker 96 hat einen einstellbaren Zugewinn zur Veränderung
der Empfindlichkeit des Aufzeichners 98. Der VerstErker 96 ist ein Grundbestandteil
eines umlaufenden Aufzeichnersj um während der von Hand durchgeführten Zentriervorgänge
eine von Hand veränderliche Empfindlis eit vorzusehen. Der Aufzeichner 82 kann ein
bekannter Aufzeichner in Form einer bandfdrmigen oder kreisförmigen Karte sein.
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Der Schalter loo ist mit einem Kontakt loh durch eine Leitung 1Q6
an einen AuflBser 108 angeschlessen (Fig. 1 und 4). Der Auflöser lo8 ist an sich
bekannt und umfaßt einen Stator und einen Rotor.
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Der Rotor des Auslösers s 108 Wird von dem Motpr 34 angetrieben, wie
es in der Fig. 1 schematisch gezeigt ist, um mit der Welle 32 und dem Vorzeichner
4o synchron umzulaufen. Der Stator des Aufissers lo8 ist relativ zu den Y-und X-Achsen
2o und 22 so ausgerichtet, d4Z zwei Quadratursteuersignale entwickelt werden, die
auf den Y-und X-Achsen 2o und 22 entlang aufgelöst werden.
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Mit anderen Worten sind die Ausgangssignale von dem Aufldser 108 Sinus-un
Cosinusfunktionen entsprechend den Komponenten des Vorzeichnerausganges auf der
X-und Y-Achse. Wenn beispielsweise y~ die Winkelstellung 8 des Stiftes von der/Achse
gemessen wird, dann ist das Signal der X-Achsenquadratur eine Sinusfunktion des
Vorzeichenausganges, und das Y-Achsenquadratursignal ist eine Cosinusfunktion des
Vorzeichenausganges. Das X-Achsenquadratursignal wird über einen Demodulator lo9
von 4 kHtz auf ein Summiergerät llo übertragen, dessen Ausgang an den Servomotor
5angeschlossen ist (Fig. 3 und 4). Das Y-Achsenquadratursignal von dem AuflBser
lo8 wird über einen Demodulator 115 von 4 Khtz auf ein Summiergerat 116 übertragen,
dessen Ausgang an den Servomotor 5oa angeschlossen ist (Fig. 3 und 4). Der VorzeicBerausgang
von dem Verstärker 96 ist außerdem durch den Kontakt lo4, die Leitung 106 und einen
Demodulator 123 von 4 kHtz an ein drittes SummiergerSt 124 angeschlossen, dessen
Ausgang wieder an den Servomotor 54a gelegt ist (Fig. 2A und 4).
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Zur Einleitung eines Profilaufzeichnungsvorganges wird ein Probestock
28 auf dem Tisch 24 festgeklemmt und relativ zur Achae 30 der Welle 32 durch Handeinstellung
der Knöpfe 91 und 92 grob zentriert. Der Stift 42 wird sodann mit dem Umfang des
Probestücks 28 durch den Einstellknopf 93 in BerUhrung gebracht. Der Schalter loo
wird mit dem Kontakt 104 in Berührung gebracht, und der Motor 34 wird betätigt,
um die Welle 32 zu drehen und dadurch den Stift 42 um den Umfang des Probestücks
28 herumzubewegen. Der Stift 42 wird durch das Probestdak 28 radial verschoben,
um das Signal von dem Generator 53 zu modulieren. Das modulierte Ausgangssignal
von dem Aufzeichner 4o wird verstärkt und auf den Aufisser lo8
Ubertragen.
Der Aufl6ser lo8 führt bei Jedem Umlauf des Stiftes 42 um das probestück 28 herum
eine Umdrehung aus, während der Stator des Auflösers so ausgerichtet ist, daB die
Aufgelösten Komponenten des Vorzeichensignals mit den beiden zueinander lotrechten
Y-und X-Achsen 2o und 22 der waagrechten Einstellung in Beziehung geracht werden,
die far den Tisch 24 aufgrund der FUhrungen 19 und 2o und der Schrauben 58 und 72
verfügbar sind. Die aufgelösten Signale werden demoduliert und dann durch die Summiergeräte
llo und 116 aufgerechnet, wdhrend sich der Vorzeichner 4o um das Probestdck 28 in
einer Drehung herumbewegt, um ein Maß far Zentrierungsfehler in Jeder Achse zu erlangen.
Die Ausgänge von den ummiergeråten 110 und 116, die far eine vollstEndige Umlaufbewegung
um das ProbestUck herum integriert sind, werden zur Wiedereinstellung des Tisches
24 durch die Servomotoren 5oa und 52a enutzt, um die Zentrierfehler auf Null herabzusetzen.
Der nicht ufgelöste Ausgang von dem Vderstärkbge 96 wird demoduliert und dann durch
das SummiergerEt 124 um das ProbestUck 28 herum aufgeechnet, um ein MaB des Vorzeichnereinstellfehlers
vorzusehen.
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Der Ausgang von dem Summiergerät 124 wird zur Neueinatellung des
Vorzeichners 4o durch den Servomotor 5oa verwendet, um den Fehler auf Null zu bingen.
Das Verfahren kann bei fortschreitend hdherer Empfindlichkeit wiederholt werden,
bis die Einstellungen auf der mpfindlichsten Skala durchgeftihrt worden sind,. die
far das berefende ProbewerkstUck verwendbar ist. Die Servomotoren 50a, 2a und 54
werden sodann entregt, und das Vorzelchnerausgangs'-nun signal, das/nur ein Maß
far die Ob erflächenbeschaffehhit des Probestucks 28 ist, wird durch Bewegung des
Schalters loo zur Verbind es Verstärkers 96 mit dem Aufzelchner 98 aufgezeichnet.
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Die In dieser Weise erzielte Zentrierwirkung ist tatsEchlich eine
Erweiterung des Vierpunkteverfahrens, das früher zum Zentrieren von Hand auf eine
unbegrenzte Anzahl von Punkten auf de « Umfang des Werkstücks 28 angewendet wurde.
Ein Querschnittsflachenmittelpunkt des Probestücks 28 wird in der von des Stift
42 berührten Ebene mit der Drehachse 33 der Welle 32 ausgerichtet.
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Nach einem Merkmal der Erfindung ist es möglich, das Ausgangssignal
von dem Vorzeichner 4o unmittelbar zur Steuerung der Motoren 50a, 52a und 54 zu
verwenden. Die folgenden Eberlegungen, die in Verbindung mit dem Betrieb der in
Fig. 4 gezeigten Servo-Steuerung angestellt wurden, bilden die Grundlage für die
in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform. Bei der Anordnung eines Probe-Werkstücks auf
des Tisch 24 durch den Bedienungamann oder als folle einer Lalufzentrierung berührt
der Stift 42 das Probestück 28, und das Ausgangssignal von des Vorzeichner 40 liegt
beim Umlauf des Vorzeichners 4o un das Probestück 28 heruaw lmow innerhalb Seines
linearden Bereiches. Das Ausgangssignal von der Spule 52 ist ein 4 Khtz-Träger,
dessen Amplitude durch die dem Stift 42 durch des Probestück 28 bei der Bewegung
den Vorwteiehners 4o us das Probestück 28 herum erteilte Yerschiebung moduliert
ist.
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Die folgenden Betrachtungen dindon in der Modulationshülle oder lhrem
demodulierten Äquivalent ihren Ausgan.
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Nach der Grobzentrierung und vor Beendigung der Finzentrierung kann
das Vorzeichnmausgangssignal wie folgt ausgesrückt weroen: Ep X at+ + Ec +Ew + Er,
in
welcher Ep = Gesamtausgangssignal von dem Vorzeichner 40, Et = Komponente vo Ep
infolge des Vorzeichnereinstellfehlers Ec = Komponente infolge des TEischzentrierfehlers,
E = Komponente infolge der"Niederfrequenz"-Abweichungen von der Hundheit oder der
wellenförmigen Ausbildung des Probestücks 28, Er = Komponente infolge der "Hochlrequen"-Oberflächenrauchheit
des Probestücks 28.
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Jede der Komponenten stellt ein Spannungsanalogon einer Verschlebung
in Nikromillimeter dar. FAr einen gegebenen Empfindlichkeitsbereich haben alle Komponenten
denselben Skalenfaktor (Volt je Mikromillimeter). Der Skalenfaktor ãndert sich bei
einer Veränderung der Empfindlichkeit. In der Gleichung 1 sind die Komponenten Et
und Ec diejenigen, die während des Zentriervorganges auf Null gebracht werdne, während
die Komponenten Ew und E nach Beendigunp des Zentriervorganges aufgezeichnet werden
Die auf den Vorzeichnereinstellungsfehler zurückzuführende Komponente Et ist eine
Konstante oder eine "Gleichstom"-Bezeichnung wenn der Vorziechner um das ProbestAck
28 herum umläuft. Alle anderen Komponenten von Ep sind periodische Funktionen von
8, der Winkeldrehung des Vorzeichners 4o um das Probestück 28 herum.
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Sie sind ebenso Funktionen der Zeit t, wobei 0 durch die Geschwindigkeit
der Welle 32W in Beziehung steht, und zwar bei übereinstimmunedn Einheiten in Form
der Gleichung Q=Wspt.
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Die Zentrierfehlerkomponente, die bei einem vollständig runden ProbestUck
am besten sichtbar ist, ist periodisch bei einer Frequenz von 1 Htz je Umdrehung
und wird durch die Formel Ec=Ec' sin (#+#c) (3a) oder Ec= Ec'sin (Wspt+#c) (3b)
wiedergegeben, wo dc die Winkelbeziehung zwlschen dem H6chstwert des Zentrierfehlers
und den Tischachsen 2o und 22 bedeutet.
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Wenn #c=0 ist, dann ist nur in einer Tischachse eine Zentrierung korrektur
erforderlich ; wenn #c=90° ist, dann ist eine Korrektur nur in der zweiten Tischachse
erforderlich. FOr andere Werte von je ist eine Korrektur in beiden Achsen erforderlich.
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Die Komponente infolge der Abweichung von der Rundheit Ew ist ebenso
periodisch. FUr ein gegebenes ellipsenförmiges Probestück ist vw bei 2 Htz Je Umdrehung
periodisch ; für eine dreieckige Verformung bei 3 Htz je Umdrehung, oder allgemein
Ew = Ew' sin (n#+#n) n = 2, 3, ... (4).
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Unregelmäßige Probestücke mit augenscheinlich willkttrlicher Yerformung
(die sich nur einmal je Umdrehung wiederholt), können durch die Fourier'-sche Analyse
als aus Kombinationen XSumwen und Differenzen) von Ausdrücken der Formel der Gleichung
4 bestehend dargestellt werden. Sehr häufig scheint jedoch ein einziger Ausdruck
vorzuherrschen. Jede Eigenfrequenzausdrücke, die von ern P
unregelmEßigen
Probestück herrGhren, werden durch das Zentriersystem als Zentrierfehler gedeutet
und werden in die durchzuführende Tischkorrektur mit eingeschlossen. Ein Ausdruck
dieser Art tritt beispielsweise dann auf, wenn das Probestück einen Hdeker oder
eine Ausnehmung aufweist, die über einen verhältnismäßig großen Anteil von e anhält.
Der Einschluß einer Korrektur für eine solche Unregelmäßigkeit in den Zentriereinstellungen
ist allgemein in der Form wünschenswert, daß hierdurch eine maximale Aufzeichnungsempfindlichkeit
gestattet wird.
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Die Komponente des Ausdruckes E, die der Oberflächenrauhheit entspricht,
ntxlich Er, besteht aus Ausdrücken der Gleichung 4, jedoch bei höheren Frequenzen.
In diesem Falle ist es weniger wahrscheinlich, daß eine einzige Frequenz vorherrscht,
und daher wird Er am beaten durch die folgende Formel ausgedrückt :
Die Gleichung 1 kann dann wie folgt umgeschrieben werden : Ep = Et + Ec sin (A +
#c) + Ewsin (n#+#n)
In der unmittelbar folgenden Analyse wird das obige jedoch wie folgt vereinfacht
: Ep=Et+Ec sin (# + #c) + Ewsin 20 (7a) der Ep=Et+ec sin (wspt+#c)+Ew sin2wspt.
(7b)
da alle anderen Ausdrücke, die in Ep enthalten sein können,
Ergebnisse erbringen, die gleich denjenigen sind, die für die oben eingeschlossenen
Ausdrücke erzielt werden.
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Um ein Maß für den Tischzentrierungsfehler entsprechend Jeder Achse,
in der korrigierende Einstellungen vorgenommen werden können, zu erhalten, muß Ep
in zwei sueinander lotrechte Komponenten aufgelöst werden. Bel richtig ausgerichtetem
Auslöser ergibt sich der Vorgang : Epx = ep sin # (8) und Epx = Ep cos # (9) Wird
die Gleichung 7a eingesetzt, dann ergibt sich Epx = Et sin e + E sin (# + oc) =Et
sin A + E sin2 0 cos c + E sin A cos9sin dc + N sin 8 sin 20 (lo) und Epy =Et cos
E + Ec cos # sind # cos #c + Ec cos 2# sind #c +Ew cos # sin 2# (11) Bel vollständiger
Integration des Ausdruckes Epx um das Probestuck herum ergibt sich der Gesamtfehler
-Et cos # + Ec cos #c (1/2 # - 1/4 sin 26)
Ähnlich ist
So verschwinden in der Integration alle Auscdrücke aujer dem Ausdruck sin2 # in
E (gleiuchung 10) und dem Aufdruck cos 8 in Epyt (Gleichunr 11). Diese Ausdrücke
geben # x und # y proportional zu den Komponenten des Zentreierungsfehlers Ec auf
jeder Achse.
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Die Ausdrücke #x und #y sind gleich O, nur wenn der Zentrierungsfehler
gleich 0 ist : Ec = 0.
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Um ein Maß für den Vorzeichnersestellfehler t zu erzielen, wind das
nicht aufgelöste Signal Fp der gleichung 7a um das probe stück herum intergriert:
In dieser Integration verschwinden alle periodischen Ausdrücke, und es bleibt nur
die Proporten t: Et, die gleich 0 wird,
wenn F = 0 ist, und der
Vorzeichner ist nach einem Umlauf Richti eingestellt, um die H6chstschwankungen
in dem Vorzeichnerausgang in der PolaritSt zu egalisieren.
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Das Ergebnis der vorhergehenden Schritte besteht darin, daß die Intergration
von Epx, Epy und Ep einmal um das probestück herum andere werte als Null zum Ergebnis
hat, die ein Maß dafü rein, um wieviel der Tisch 24 bewegt und wieviel der Vorzeichner
4o eingestellt werden muß.
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Aufgrund der Erkenntnis, daß die Zentrierung in einem einzigen Umlauf
des Vorzeichners 4o vollendet werden kann, ist nach einem anderen Merkmal der Erfindung
festgestellt worden, daß die Einstellung der Supporte 16 und 18 des Vorzeichners
4o wShrend und vor Beendigung einer Anfangsumdrehung eingeleitet werden kann, um
Zeit in dem Zentriervorgang zu sparen. Die Fig. 5 zeigt einen Servosteuerkreis zur
ununterbrochenen Stellung der Supporte 16 und 1E wShrend eines ersten Umlaufs zum
allmEhlichen Reduzieren des Zentrierfehlers sowie zur Verringerung des Vorzeichnereinstellfehlers
auf Null bei Beendigung eines Umlaufs des Vorzeichner 4o um das Probes'; herum.
Der Ausgang von dem Vorzeichner 4o (Spule 52) wird nach den Fign. 1 und 5 auf einen
verffinderlichen D§mpfungswiderstand 144 Ubertragen, dessen Ausgang wieder an einen
Verstgrker 146 gelegt wird. Mit dem Ausgang des Verstärkers 146 lst eine Leitung
148 verbunden, um wffihrend des Zentriervorganges einen Eingang fAr die Servosteuerung
vorzusehen. Mit dem Ausgang des Verstärkers 146 ist außerdem ein Demodulator 15o
verbunden.
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Ein Dämpfungsmiderstand 144, der Verstärker 146 und der Demodulator
15o bilden Stromkrelse, die in bekannten umlaufenden Profilaufzeichnungsvorrichtungen
bereits vorhanden sind. Ein Schalter 152 verbindet den Demodulator 15o wahlweise
mit einem Aufzeichner 154 oder der Leitung 148 zu dem Servosteuerkreis.
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Der Steuerkreis umfaßt allgemein einen Stromkreis 156 zum Ein-und
Beenden leiten/eines Zentriervorganges. Eine Leitung 158 verbindet den Stromkreis
156 mit einem Servovorzeichner 16o Uber eine Leitung 162 und mit einem Servoquertranoport
164 Aber eine Leitung 166.
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Der Stromkreis 156 umfaßt ein Relais 17o mit vier Kontakten 172, 174,
176 und 178. Das Relais 17o ist Aber einen Handbetätigungsschalter 182 an die Stromquelle
180 angeschlossen. Die Kontakte 172 dichten das Relais 170 dber normal geschlossene
Kontakte 184 eines Randrelais 186 ab. Die Kontakte 174 verbinden eine einstellbare
Zeitsteuerung 188 und einen UmdrehungszShler 19o mit der @ Energiequelle 180. Der
ZEhler l9o wlrd durch die Welle 32 ange- @ trieben, um die Umläufe des Vorzeichners
4o zu zählen. Die Kontakte 176 verbinden einen Anzeiger 192 mit der Energiequelle
180.
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Die Kontakte 178 verbinden den Ausgang des Verattrkers 146 mit der
Leitung 158 tuber die Leitung 148 und einen Schalter 156, wenn der Schalter 152
sich in seiner Mittelstellung befindet.
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Der Vorzeichnerservor 160 schließt einen Demodulator 200 ein der an
eine Additionsvorrichtung 2o2 angeschlossen ist, die wieder an einen 6o Htz-Modulator
2o4 angeschlossen ist. Der Modulator 2o4 ist an einem Servoverstãrker 2o6 angeschlossen,
der wieder an einem Servomotor 2o8 angeschlossen ist. Der Motor 2o8 ersetzt den
Motor
54 (Fig. 2A und 4), um den Vorzeichner 4o einzustellen.
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An dem Motor 2o8 ist ein Gleichstromtachometer 21o angeschlossen,
um eine RUckkopplung durch die Additionsvorrichtung 2o2 vorzusehen und die Ansprechung
des Motors 2o8 linear zu gestalten.
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Die Servosteuerung 164 schließt einen AuflOser 214 ein, der mit dem
in den Fig. 1 und 4 gezeigten Auflöser loB identisch ist.
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Der Aufldser 214 entwickelt zwei Quadratursteuersignale, die Sinus-un
Cosinusfunktionen entsprechend den Komponenten des Vor zeichnerausgangs auf der
X-und Y-Achse sind. Das X-Achsenquadratursignal ist Uber einen 4 kHtz-Demodulator
218, eine Additionsvorrichtung 220, einen 6o Htz-Modulator 222 und einen ServoverstErker
224 an einen Servomotor 216 angeschlossen. Zwischen dem Motor 216 und der Additionseinrichtung
22o ist ein Gleichstromtachometer 226 angeschlossen, um eine RUckkopplung vorzusehen,
die die Ansprechung des Motors 216 linear gestaltet. Der Motor 216 ersetzt den in
den Fig. 3 und 4 gezeigten Motor 52a. zur Einstellung des Tisches 24.
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In gleicher Weise wird das Quadratursteuersignal der Y-Achse von dem
Auflöser 214 Uber einen 4 kHtz-Demodulator 232, eine Additionsvorrichtung 234, einen
6o Htz-Modulator 236 und einen Servoverstärker 238 auf einen Servomotor 230 dbertragen.
Zwischen dem Motor 23o und der Additionsvorrichtung 234 ist ein Gleichstromtachometer
24o angeschlossen, um eine Rückkopplung vorzunehmen, die die Ansprechung des Motors
230 linearisiert. Der Motor 230 ersetzt den in den Fign. 3 und 4 gezeigten Motor
5oa zur Einstellung des Tisches 24.
die Verstärker 206, 224 und
238 sind Verstärker mit verEnderlichem Zugewinn von der in der Fig. 6 gezeizten
Art. Zur Erläuterung sei erwähnt, daß der VerstSrker 2o6 einen Rückkopplungswiderstand
25o und zwei Eingangsvorspannungsweiderstände 252 und 254 aufweist. Der Widerstand
252 ist in Reihenschaltung mit einem Gleichrichter 256 an den Widerstand 254 gelegt.
Der'Widerstand 254 ist von Hand veränderlich und wird gemäß der Drehzahl der Welle
32 während der Grob-und Feinznetriervorgänge eingestellt.
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Bei einer gegebenen Einstellung des Widerstandes 254 leitet der (leichrichter
256 hei großen Signalen, um einen hohen Zugewinn sowie eine hohe Empfangsbandbreite
in dem Verstärker 2o6 und somit eine schnelle Ansprechung des Servomotors 2o8 vorzusehen.
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Bei derselen Sensitivitätseinstellung des Widerstandes 254 ist der
Gleichrichter 25o bei kleinen Signale nicht leitend, so daß der Zugewinn und die
Empfansgbandbreite der Verstärker durch das Verhältnis des Widerstandes 250 zum
Widerstand 254 bestimmt wird.
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Bei kleinen Signalen ist die Empfahbandbreite der Verstärker 206,
un 24 und 238 derart, daj sie die Zweiten hearmonischen Oberwellen des Vorzeichnerzunsanges
für eine Umlaufbewegung zurückstofßen. Beispielsweise tt bel einer Wellendrehzahl
von zehn Umdrehungen je Minute die Empfangsbandbreite des VerstSrkers 2o6 in der
Größenordnung von 1/6 Htz je Sekunde. Bei einer Wellendrehzahl von 1/lo Umbrehung
je Minute liegt die Empfangsbandbreite in der Größenordnung von i/6oo htz je Sekunde.
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Der 3etrieb der in der Fig. 5 gezeigten Steuerung entspricht dem Betrieb
der in Verbindung mit der Flg. 4 offenbarten Steuerung abgesehen davon, daß die
Servomotoren 208, 216 und 23o die erforderliche
Integration durchfUhren,
um den Zentrierungsfehler des Tisches 24 und den Einstellfehler des Vorzeichners
4o allhlich auf Null zu bringen. Wenn der Schalter 152 in seine antere Stellung
bewegt ist und der Schalter 182 geschlossen ist, dann beginnen die Motoren 208,
216 und 23o sofort mit der Einstellung des Vorzeichners 4o und des Tisches 24.
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Die Bewegung jedes Motors besteht aus zwei Komponenten. Für den Vorzeichnerservomotor
2o8 ist eine Bewegungskomponente aufgrund des Stellungsfehlers des Tisches 24 sinusfOrmig,
während eine j Komponente zur Einstellung des Vorzeichners 4o nicht periodisch und
so gerichtet ist, daß sie den Fehler des Vorzeichners 4o auf ilull bringt. In gleicher
Weise ist far den Servoquertransport 164 (llotoren 216 und 230) eine Bewegungskomponente
infolge des Einstellfehlers des Vorzeichners 4o periodisch, wShrend die Komponente
zur Linstellung des Tisches 24 nicht periodisch und so gerichtet ist, daß sie den
Fehler des Tisches 24 auf Null bringt.
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Somit ist Jeder Servomotor l6o und 164 in der Form wirksam, daß er
seinen eigenen Fehler herabsetzt, während er sinusförmig auf den Fehler fAr den
anderen Servomotor in der Form anspricht, daß sowohl der Vorzeichner 4o als auch
der Tisch 24 schließlich nach Null konvergieren. Die Servowirkung wird allmthlich
fortachreitend dber die groben und feinen Empfindlichkeitsbereiche bei herabgesetzten
Drehzahlen der Welle 32 wiederholt.
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Die Dauer des Zentriervorgangestdrd für jeden Empfindlichkeitsbereich
durch die Zeiteinstellung 188 und den Zähler 19o bestimmt.
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Das Relais 186 wird zur Beendigung eines Zentriervorganges erst
nach
AHauf der Zeitsteuerung 188 betätigt und nachdem der Zähler eine 19o/vorher festgelegte
Anzahl an Umlffufen des Vorzeichners 4o gezählt hat. Im Idealfall kann für Jeden
Empfindlichkeitsbereich innerhalb eines Umlaufs des Vorzeichners 4o ein Zentrierungsvorgang
vollendet werden, da die Verminderung des Zentrierfehlers des Tisches 24 und des
Einstellfehlers des Vorzeichners 4o auf Null eingeleitet wird, sobald der Vorzeichner
4o seine Drehbewegung beginnt. Jedoch werden bei einem in der Praxis wirtschaftlich
zu verwendenden Aufzeichner die Zeiteinstellung 188 und der Zähler 19o so eingestellt,
daß eine optimale Zentrierung bel jedem Empfindliehkeitsbereich sichergestellt ist.
Beispielsweise kann bei vier Grobeinstellungen der Zdhler 19o auf zwei Umdrehungen
und die Zeitsteuerung 188 auf zwei Minuten eingestellt sein.
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Für die letzten zwei oder die Feineinstellungen kann die Zeitsteuerung
188 auf vier Minuten und der Zlhler 19o auf vier Umdrehungen eingestellt sein. Wenn
die Zeiteinstellung 188 ausgelaufen ist und die Welle die auf der Zähleinrichtung
19o eingestellte Anzahl von Umdrehungen ausgefuhrt hat, dann wird das Relais 186
betätigt, um die Kontakte 184 zu Offnen und das Relais 17o zur Beendigung des Zentriervorganges
zu entregen und die Anzeigeeinrichtung'192 aufleuchten zu lassen.
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Die automatische Zentrierung gemäß der beschriebenen Erfindung ist
schnell und gleichbleibend genauer als die durch das früher benutzte Vierpunkteverfahren
von Hand durchgeführte Zentrierung.
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Weitere Verkürzungen in der Zeit zur Vollendung eines Zentriervorganges
kdnnen durch Beendigung des Zentriervorganges für jede Empfindlichkeitseinstellung
gemäß der Größe des Fehlersignals,
beispielsweise der Geschwindigkeit
der Motoren 2o8, 216 und 230 anstatt durch Zeitsteuerungen und Umdrehungszähler
erreicht werden. Bei der in Fig. 5 gezeigten Steuerung ist eine Beendigung des Zentriervorganges
in einem Umlauf des Vorzeichners 4o durch sehr genaue und verfeinerte Servoeinrichtungen
beabsichtigt.
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Die automatische Zentrierung gemäß der Erfindung ist insbesondere
vorteilhaft, da der Ausgang des Vorzeichners 4o unmittelbar zur Einstellung des
Tisches 24 und des Vorzeichners 4o benutzttwird.
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AuRerdem werden der Tisch 24 und der Vorzeichner 4o gleichzeitig eingestellt,
um den Zentrierfehler herabzusetzen und den Vorzeichnereinstellfehler schnell auf
Null zu bringen.
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Es sei darauf hingewiesen, daR das Verfahren und die Vorrichtung zum
automatischen Zentrieren, die hier-off-enbart und beschrieben sind, nur der Erläuterung
sowie Darstellung dienen und keinesfalls als Begrenzung der Erfindung gedacht sind.