Hintergrund der Erfindung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Materialprüfvorrichtung und
insbesondere eine elektrohydraulische servo-geregelte Materialprüfvorrichtung.
Stand der Technik
Eine elektrohydraulische servo-geregelte Materialprüfvorrichtung ist
bekannt, welche eine Regelung zum Bereitstellen eines elektrischen Eingangssignals
über einen Servoverstärker an ein elektrohydraulisches Ventil beinhaltet, welches
zwischen einer hydraulischen Versorgungsquelle und einem hydraulischen Aktuator,
wie einem hydraulischen Stab, vorgesehen ist, wobei das elektrische Eingangssignal
in Übereinstimmung mit einem Soll-Versatz des beweglichen Teils des Aktuators variiert.
Typischerweise variiert die Flüssigkeitsabgabemenge der Servoventile ansprechend
auf das elektrische Eingangssignal und der bewegliche Teil des hydraulischen Stabs
wird mit einer zu der Flussmenge proportionalen Geschwindigkeit verschoben, wodurch
eine Last auf ein Prüfstück ausgeübt wird, welches zwischen dem beweglichen Stabteil
und einem Hauptkörper der Prüfvorrichtung gehalten wird. Der Ist-Versatz des beweglichen
Stabteils wird erfasst und als ein Rückkopplungssignal der Regelungs-Regelungseinrichtung
zugeführt. Unter der Regelung der Regelungs-Regelungseinrichtung wird eine Regelung
ausgeführt, damit die Ist-Versatz sich einem Soll-Versatz nähert.
In dieser Beschreibung bezeichnet der Ausdruck „Versatz eines
Prüfstücks" den Versatz eines Endes des Prüfstückes, welches mit einem beweglichen
Teil eines Aktuators verbunden ist, welche durch den Versatz des beweglichen Teils
des Aktuators verursacht wird. In einer Materialprüfvorrichtung eines Typs, welcher
mit zwei Aktuatoren versehen ist, deren bewegliche Teile zwischen einander ein Prüfstück
halten und typischerweise in entgegengesetzte Richtungen verschoben werden, bezeichnet
der Ausdruck „Versatz des Prüfstücks" die Summe der Versätze der gegenüberliegenden
Enden des Prüfstücks, welche durch Versatz der zwei beweglichen Teile der Aktuatoren
verursacht wird. Das heißt, der Ausdruck „Versatz des Prüfstücks" bezeichnet
eine Verformung des Prüfstücks, welche durch den Versatz des/der beweglichen Teile
des Aktuators verursacht wird.
Der Ausdruck „Servosystem" bezeichnet ein System, welches hauptsächlich
einen Aktuator, einen Servoverstärker und ein Servoventil aufweist. Der Ausdruck
„Regelungssystem" bezeichnet ein System, welches hauptsächlich ein Servosystem
und eine Regelung zum Regeln des Betriebes des Servosystems aufweist. Der Ausdruck
„Regelungsschleife" oder „rückgekoppelte Regelungsschleife" bezeichnet
eine Schleife, welche hauptsächlich ein Servosystem, eine Regelungs-Regelungseinrichtung
und ein Prüfstück aufweist. Darüber hinaus bezeichnet der Ausdruck „Kraft-Regelungssystem"
ein Regelungssystem zum Ausüben einer rückgekoppelten Regelung mit einer Verwendung
einer Ist-Kraft, welche auf das Prüfstück ausgeübt wird, als die Regelgröße (geregelte
Variable), wobei der Ausdruck „Versatz-Regelungssystem" ein System zum Ausführen
einer Rückkopplungs-Regelung bezeichnet, welche einen Ist-Versatz des Prüfstücks
als eine Regelgröße verwendet. Der Ausdruck „Last" bezeichnet eine breit
definierte Last, welche eine Kraft beinhaltet, welche auf das Prüfstück angewandt
wird, und allgemein als eine Last bezeichnet wird und welche ebenso den Versatz
des Prüfstückes beinhaltet. Im Fall, dass die Ist-Last oder den Ist-Versatz als
Regelgröße bezeichnet wird, bezeichnet der Ausdruck „Regelungsaufgabenwert"
oder „Regelungs-Sollwert" eine Soll-Last.
Um die Regelgröße (die aktuell auf das Prüfstück angewandte Kraft
oder die Ist-Versatz des Prüfstückes) in der rückgekoppelten Regelung zu erfassen,
welche in der Prüfvorrichtung ausgeführt wird, wird ein Erfassungsverstärker verwendet,
welcher hauptsächlich einen hochempfindlichen analogen Verstärker aufweist. Das
Erfassungssignal, welches indikativ für die Regelgröße ist und von einem analogen
Erfassungssystem bereitgestellt wird, welches einen solchen Erfassungsverstärker
aufweist, ist verantwortlich durch externe Störungen, wie elektrisches Rauschen,
beeinflusst zu werden, besonders wenn die Regelgröße einen kleinen Betrag hat, d.h.
der Pegel des Erfassungssignals gering ist. Dann ist es schwierig, ein ausreichendes
Signal zu Rauschverhältnis zu erhalten, was verursacht, dass die Regelungsgenauigkeit
verringert wird.
Um ein adäquates Signal-zu-Rauschverhältnis (SN-Verhältnis) sicherzustellen,
wird ein Mehrbereichserfassungsverstärker verwendet, welcher mehrere Bereiche, wie
einen x1-Bereich, x2-Bereich, x5-Bereich und x10-Bereich aufweist, und welcher eine
Bereichswahl ermöglicht, um einen gewünschten Bereich auszuwählen, wobei der Verstärkungsfaktor
in Abhängigkeit des Pegels des Erfassungssignals änderbar ist.
Außerdem wird wie in der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 3-248033 vorgeschlagen, der Pegel des Regelungsaufgabenwertes (Soll-Last) manchmal
synchron zu der Bereichswahl angepasst. Darüber hinaus ist die Vorrichtung, welche
in dieser Patentveröffentlichung offenbart ist, mit einem Halteschaltkreis versehen,
welcher ein Fehlersignal zwischen dem Regelungsaufgabenwert und dem
erfassten Wert hält, welcher unmittelbar vor der Bereichswahl erhalten wird, um
Unruhe in der Regelung zu beseitigen, welche durch eine Abweichung zwischen der
Zeitsteuerung der Bereichswahl und der Pegelanpassung für den Regelungsaufgabenwert
verursacht wird. Jedoch wechselt die Regelschleifenverstärkung in der Gesamtheit
des rückgekoppelten Regelungssystems aufgrund einer Bereichswahl zum Ändern des
Verstärkungsfaktors des Erfassungsverstärkers. Um eine Änderung in der Regelschleifenverstärkung
zu kompensieren, welche durch die Bereichswahl verursacht wird, benötigt das rückgekoppelte
Regelungssystem, welches eine Regelungs-Regelungseinrichtung aufweist, welche durch
einen digitalen Schaltkreis konfiguriert wird, eine Neueinrichtung der Regelkreisverstärkung,
wenn die Bereichswahl durchgeführt wurde. Daher muss ein großer Regelungseingriff
vorgenommen werden, wenn der Regelungsaufgabenwert synchron mit der Bereichswahl,
wie in der zuvor erwähnten Patentveröffentlichung vorgeschlagen, geändert wird.
Zusätzlich benötigt die Bereichswahl in dem Erfassungsverstärker, welcher einen
analogen Verstärker beinhaltet, im Allgemeinen viel Zeit, im Bereich von mehreren
Millisekunden, wobei die Pegelanpassung für den Regelungsaufgabenwert in dem digitalen
Regelungssystem schnell innerhalb einer Zeitspanne in der Größenordnung von 100
Mikrosekunden vorgenommen werden kann. Ein instabiler Betrieb des digitalen Regelungssystems
kann aufgrund der großen Abweichung zwischen dem Beendigungszeitpunkt, zu welchem
die Pegelanpassung in dem digitalen Regelungssystem beendet wird, und dem Beendigungszeitpunkt
der Bereichswahl in dem analogen Erfassungssystem, gefunden werden.
Vor einer Materialprüfung wird es erwünscht, ein Prüfstück stabil
an dem Körper einer Prüfvorrichtung zu befestigen. Insbesondere ist es vorzugsweise
zu verhindern, dass das Prüfstück einer exzessive Last während dem Befestigungsvorgang
ausgesetzt ist und eine unerwünschte Last bei oder nach Beendigung des Befestigungsvorgangs
ausgesetzt ist. Jedoch ist es schwierig für den Betreiber, das Prüfstück stabil
auf dem Vorrichtungskörper unter ihrer oder seinen visuellen Beobachtungen zu befestigen.
Zu dem zuvor erwähnten Fall, dass das Prüfstück zwischen einem stationären
und einem beweglichen Futter des Vorrichtungskörpers befestigt wird, wird ein erster
Endabschnitt des Prüfstückes an dem beweglichen Futter des hydraulischen Aktuators
der Vorrichtung befestigt und dann wird der hydraulische Aktuator manuell betrieben,
um einen zweiten Endabschnitt des Prüfstückes schrittweise zu dem stationären Futter
zu bewegen, in einer Weise, dass die Ist-Kraft, welche auf das Prüfstück ausgeübt
wird, in einem Lastmessgerät überwacht wird. Wenn ein geringe Ist-Kraft, welche
auf das Prüfstück ausgeübt wird, erfasst wird, wird dadurch festgelegt, dass das
Prüfstück in leichten Kontakt mit dem stationären Futter gebracht wird und dann
wird der zweite Endabschnitt des Prüfstückes von dem stationären Futter umfasst.
Jedoch variiert die Kraft, welche erzeugt wird, wenn das Prüfstück in Kontakt mit
dem stationären Futter gebracht wird, stark in Abhängigkeit von der Steifheit des
Prüfstückes und eine exzessive Kraft kann auf das Prüfstück ausgeübt werden, selbst
wenn die Versatz des beweglichen Teils des hydraulischen Aktuators einen geringen
Betrag hat. Zusätzlich wird bereits auf das Prüfstück, welches an dem Maschinenkörper
befestigt ist, eine Kraft zu diesen Zeitpunkt ausgeübt. Daher ist es schwierig,
einen anfänglichen Zustand herzustellen, zu welchem das Prüfstück unter keiner Last
ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Materialprüfmaschine
bereitzustellen, welche in der Lage ist, stabil eine Bereichsauswahl in einem analogen
Erfassungssystem zum Detektieren einer Ist-Last durchzuführen, ohne die Notwendigkeit
einer Anpassung der Regelkreisverstärkung in einer digitalen Regelung, welche ein
Regelungssystem der Prüfmaschine bildet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Materialprüfmaschine zum
Messen einer mechanischen Eigenschaften eines Prüfstückes basierend auf einer Last
bereitgestellt, welche auf das Prüfstück angewandt wird und einer mechanischen Änderung
(z.B. einem Versatz oder Verformung), welche in dem Teststück generiert wird, während
einer rückgekoppelten Regelung eines Betriebes eines Servosystems, welches einen
hydraulischen Aktuator beinhaltet, welcher die Last auf das Prüfstück ausübt, mittels
einer Regelung, so dass eine Ist-Last, welche auf das Prüfstück angewandt wird mit
einer Soll-Last übereinstimmt.
Die Materialprüfmaschine beinhaltet:
einen Erfassungsverstärker zum Erfassen einer Last, welche auf das Prüfstück angewandt
wird oder einer mechanischen Änderung, welche in dem Prüfstück generiert wird und
zum Ausgeben eines analogen Erfassungswertes, wobei der Erfassungsverstärker mit
einem Verstärkungsfaktor betreibbar ist, welcher aus einer Mehrzahl von Verstärkungsfaktoren
ausgewählt wird; einer Bereichserfassungseinrichtung zum Schalten des Verstärkungsfaktors
des Erfassungsverstärkers; einen Detektionsskalierungsfaktor invariante Einrichtung
zum Verarbeiten eines digitalen Erfassungswertes, welcher aus dem analogen Erfassungswert
umgewandelt wird, welcher von dem Erfassungsverstärker bereitgestellt wird, in Abhängigkeit
des gewählten Verstärkungsfaktors des Erfassungsverstärkers, um dadurch einen Erfassungsskalierungsfaktor
im Erfassen einer Steuergröße in der Rückkopplungs-Regelung invariant zu machen;
und eine Steuerausgangshalteeinrichtung zum Halten eines Steuerausgangswertes
auf einem Wert, welcher kurz bevor der Verstärkungsfaktor geschaltet wird, erfasst
wird, während der Verstärkungsfaktor des Erfassungsverstärkers geschaltet wird,
wobei der Regelungsausgangswert an das Servosystem von einer digitalen Regelung
zugeführt wird, welche eine rückgekoppelte Regelungsaktion in Übereinstimmung mit
dem verarbeiteten digitalen Erfassungswert durchführt.
Vorzugsweise beinhaltet die Erfassungsskalierungsfaktorinvariante
Einrichtung einen Analog-Digital-Konverter, um den analogen Ausgangswert, welcher
von dem Erfassungsverstärker zugeführt wird, in den digitalen Erfassungswert umzuwandeln,
und eine digitale Koeffizienteneinrichtung zum Durchführen einer Koeffizientenverarbeitung,
in welcher der digitale Erfassungswert, welcher von dem Analog-Digital-Konverter
zugeführt wird, in Übereinstimmung mit dem ausgewählten Verstärkungsfaktor des Erfassungsverstärkers,
so dass der Erfassungsskalierungsfaktor invariant wird.
Vorzugsweise beinhaltet die Steuerausgangshalteeinrichtung einen Halteschaltkreis
zum Halten eines Ausgangswertes, welcher von der digitalen Koeffizienteneinrichtung
bereitgestellt wird, kurz bevor der Verstärkungsfaktor des Erfassungsverstärkers
geschaltet wird, bis das Schalten des Verstärkungsfaktors abgeschlossen ist.
Mit dieser Prüfmaschine oder ihren bevorzugten Anordnungen kann der
Erfassungsskalierungsfaktor im Erfassen der Regelgröße, welche auf die digitale
Regelung einwirkt (z.B. eine einwirkende Kraft oder eine mechanische Änderung, welche
in dem Prüfstück generiert wird) unverändert gehalten werden, sogar wenn der Verstärkungsfaktor
des Erfassungsverstärkers durch die Bereichswahl geschalten wird. Dies eliminiert
die Notwendigkeit eines Anpassens des Steuerausgangswertes, welcher von der digitalen
Regelung bereitgestellt wird oder der Regelkreisverstärkung der digitalen Regelung
synchron mit der Bereichswahl, wodurch die Konstruktion des Regelungssystems vereinfacht
werden kann. Zusätzlich kann ein Regelungsfehler, welcher durch eine Abweichung
zwischen dem Zeitpunkt, an welchem die Bereichswahl in dem analogen Erfassungssystem
durchgeführt wird und dem Zeitpunkt, an welchem die Pegelanpassung des Steuerausgangswertes
in der digitalen Regelung durchgeführt wird, absorbiert werden, wodurch die Bereichswahl
stabil durchgeführt werden kann und der Betrieb des digitalen Regelungssystems stabilisiert
wird. Dies macht es einfach, die Prüfmaschine handzuhaben und verbessert die Prüfeffizienz.
Vorzugsweise beinhaltet die Materialprüfmaschine weiter:
einen Maschinenkörper, welcher eine Prüfstückhalterung aufweist, welche mit einem
beweglichen Teil des Aktuators verbunden ist; ein Versatz-Regelungssystem, welches
eine Regelung zum rückgekoppelten Steuern des Betriebes des Serversystems beinhaltet,
um einen Ist-Versatz des beweglichen Teils des Aktuators mit einem Soll-Versatz
in Übereinstimmung zu bringen; einen Kraftdetektor zum Erfassen einer Ist-Kraft,
welche auf das Prüfstück angewandt wird, wenn der bewegliche Teil des Aktuators
versetzt wird; und
eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren des Soll-Versatzes des beweglichen Teils
des Aktuators in Übereinstimmung mit der Ist-Kraft, welche auf das Prüfstück angewandt
wird, so dass die Ist-Kraft nicht eine vorbestimmte Kraft überschreitet, wenn das
Prüfstück auf dem Maschinenkörper befestigt ist, während die Rückkopplungs-Regelung
durch das Versatz-Regelungssystem ausgeführt wird.
Mit dieser bevorzugten Anordnung wird während des Haltens des Prüfstückes
an dem Maschinenkörper, während der Versatz des beweglichen Teils des Aktuators
durch eine Einrichtung des Versatz-Regelungssystems geregelt wird, der Soll-Versatz
an sich des beweglichen Teils des Aktuators korrigiert, so dass die Ist-Kraft, welche
auf das Prüfstück angewandt wird, nicht eine vorbestimmte Kraft übersteigt. Dies
macht es möglich, die Versatzposition des beweglichen Teils des Aktuators genau
zu spezifizieren, ohne eine abrupte Änderung des Soll-Versatzes zu verursachen,
wodurch das Prüfstück an den Prüfmaschinenkörper in einer stabilen Weise befestigt
werden kann. Somit kann die Prüfstückbefestigungstätigkeit einfacher und effizienter
werden.
Vorzugsweise korrigiert die Korrektureinrichtung den Soll-Versatz
so, um ihn zu verringern, wenn die Ist-Kraft, welche auf das Prüfstück angewandt
wird und durch den Kraftdetektor erfasst wird, eine Erfassungsauflösung des Kraftdetektors
überschreitet.
Mit dieser bevorzugten Anordnung wird eine geringe Ist-Kraft erfasst,
während das Prüfstück an dem Maschinenkörper befestigt ist, der Soll-Versatz wird
so korrigiert, dass er verringert wird, und dadurch kann die Ist-Kraft, welche auf
das Prüfstück angewandt wird, im Wesentlichen auf Null reduziert werden. Dies macht
es möglich, das Prüfstück an dem Maschinenkörper unter eine Null-Last-Bedingung
zu befestigen.
Diese und andere Eigenschaften und Vorteile werden aus der detaillierten
Beschreibung der bestimmten Ausführungsformen der Erfindung offensichtlich, welche
als nicht-exklusive Beispiele in den beigefügten Zeichnungen illustriert sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht, welche
die grundlegende Konstruktion einer Materialprüfmaschine gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist ein Blockdiagramm, welches eine
Regelungsschleife in der Prüfmaschine aus 1 darstellt;
3 ist ein Blockdiagramm, welches eine
Bereichswahlfunktion des Regelungssystems der Materialprüfmaschine darstellt;
4 ist ein Ablaufdiagramm, welches einen
Betrieb einer digitalen Koeffizienteneinrichtung und einer Halteschaltung aus
3 darstellt.
5 ist ein Blockdiagramm, welches eine
automatische Prüfstückhaltefunktion des Regelungssystems der Materialprüfmaschine
darstellt;
6 ist eine Ansicht, welche eine Beziehung
zwischen der Korrektur eines Soll-Versatzes und einer Kraft darstellt, welche auf
das Prüfstück während einer automatischen Prüfstück-Befestigung angewandt wird;
und
7 ist ein Flussdiagramm einer Prüfstückbefestigungsroutine.
Detaillierte Beschreibung
Mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen wird eine elektrohydraulische
servo-geregelte Materialprüfmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung erklärt.
Wie in 1 dargestellt, ist die Prüfmaschine
so konfiguriert, dass eine unter Druck stehende Flüssigkeit (Flüssigkeitsdruck)
von einer hydraulischen Quelle 4 an einen Aktuator 3, welcher
einen hydraulischen Stab aufweist, durch ein Servoventil 5 weitergeleitet
wird, um einen beweglichen Stab 3b des Aktuators 3 zu betreiben,
wodurch eine Last auf ein Prüfstück S bereitgestellt wird, welches zwischen einem
stationären Futter 2a gehalten wird, welches auf der Seite eines Rahmens
eines Maschinenkörpers und eines beweglichen Futters 3a bereitgestellt
wird, welches auf der Aktuatorseite vorgesehen ist. In Abhängigkeit des Typs der
Materialprüfung kann das stationäre Futter 2a entfernt werden und ein Stempel
kann anstelle des beweglichen Futters 3a bereitgestellt werden, um das
Prüfstück S zwischen dem Stempel 3a und einer Lastzelle 1 zu befestigen.
Eine Ist-Kraft, welche auf das Prüfstück S von dem beweglichen Stab
3b angewandt ist, wird durch die Lastzelle 1 erfasst, ein Versatz
des Prüfstückes S wird durch eine Versatzmesslehre erfasst und eine Verwindung des
Prüfstückes S wird durch eine Verwindungsmesslehre 7 erfasst, welche an
das Prüfstück angebracht ist. Eine Regelung 8c des Regelungsabschnittes
8, welche einen Mikrocomputer oder ähnliches beinhaltet, gibt die erfasste
Kraft, den Versatz und die Verkrümmung ein und steuert den Betrieb des Servoventils
5 über einen Servoverstärker 9 in einer rückgekoppelten Weise,
unter Verwendung einer Regelkreisverstärkung, welche durch einen Regelkreisverstärkungs-Setzen
den Abschnitt 8e eingestellt wird, um einen Fehler zwischen der Kraft,
welche durch die Lastzelle 1 erfasst wird, und einer Soll-Kraft, welche
von einem Signalgenerator 8d des Regelungsabschnittes 8 gegeben
wird, auf Null zu reduzieren. Der hydraulische Aktuator 3 ist durch das
Servorückkopplungs-Regelungssystem servo-geregelt, um eine Kraft anzupassen (allgemeiner
eine Last), welche auf das Prüfstück S angewandt wird.
Das elektrohydraulische Servo-Regelungssystem wird durch eine Rückkopplungssteuerschleife
repräsentiert wie in 2 dargestellt. Spezifischer weist
das Regelungssystem eine Fehlereinheit 8b zum Bestimmen eines Fehlers &Dgr;
zwischen einem Steuer-Sollwert (z.B. Soll-Last oder Soll-Versatz) und einer Ausgabe
eines Erfassungsverstärkers 8a, welche eine Änderung angibt(eine Ist-Kraft
oder einen Ist-Versatz), welche in dem Prüfstück S generiert wird und beinhaltet
eine Regelung 8c zum Regeln des Betriebs des Servoventils 5 mittels
eines Servoverstärkers 9 in Übereinstimmung mit dem Fehler, welche durch
die Fehlereinheit 8b erfasst wird. Somit steuert das Regelungssystem den
Betrieb des Servoventils 5, um den Fehler &Dgr; auf Null zu reduzieren,
wodurch hydraulisch der Aktuator 3 angetrieben wird, um die Last, welche
auf das Prüfstück S einwirkt, anzupassen.
Ein erstes Merkmal der Prüfmaschine besteht darin, dass wie in
3 gezeigt, die Prüfmaschine ein analoges Erfassungssystem,
welches hauptsächlich einen Erfassungsverstärker 8a enthält, und ein digitales
Regelungssystem aufweist, welches hauptsächlich die digitale Regelung
8c enthält. Das digitale Regelungssystem ist eingerichtet, um eine digitale
Rückkopplungs-Regelung durchzuführen, in welcher der Betrieb des Servosystems
11 digital in Übereinstimmung mit dem Erfassungswert geregelt wird, welche
durch den Erfassungsverstärker 8a erfasst wird und indikativ für die Kraft
ist, welche auf das Prüfstück S angewandt wird, oder indikativ für den Versatz,
welche in dem Prüfstück generiert wird. Weiter ist das digitale Regelungssystem
konfiguriert, um den Erfassungswert einer Kraft oder eines Versatzes an eine Analog-Digital-Umwandlung
zu übertragen, und liest den resultierenden digitalen Erfassungswert aus und berechnet
digital die Regelungsausgabe für das Servosystem 11 unter Verwendung einer
vorbestimmten Regelkreisverstärkung in Übereinstimmung mit dem Fehler &Dgr; zwischen
dem digitalen Erfassungswert und dem Regelungs-Sollwert, welcher durch den Signalgenerator
8d vorgegeben wird. Das digitale Regelungssystem dient als PI- oder PID-Regelungssystem.
Der Erfassungsverstärker 8a ist mit einem beliebigen der
z.B. vier Verstärkungsfaktoren, wie x1, x2, x5 und x10, betreibbar.
Das digitale Regelungssystem beinhaltet einen Bereichsauswahl-Regelungsabschnitt
zum Auswählen und Einstellen des Verstärkungsfaktors des Erfassungsverstärkers
8a, einen AD-Wandler 213, um den Erfassungswert, welcher von dem
Erfassungsverstärker 8a zugeführt wird und welcher die Kraft oder den Versatz
betrifft, einer Analog-Digital-Umwandlung zu unterwerfen, um dadurch einen digitalen
Erfassungswert zu erhalten, eine digitale Koeffizienteneinheit 214 zum
Koeffizientenverarbeiten des digitalen Erfassungswertes in Übereinstimmung mit dem
Bereich (Verstärkungsfaktor), welcher in dem Erfassungsverstärker 8a eingestellt
ist, und einen Halteschaltkreis 215 zum Halten des Koeffizienten-verarbeitenden
digitalen Erfassungswertes. Die Fehlereinheit 8b bestimmt den Fehler zwischen
dem Koeffizienten-verarbeitenden digitalen Erfassungswert, welcher von dem Halteschaltkreis
215 zugeführt wird, und dem Regelungs-Sollwert, welcher durch den Signalgenerator
8d erzeugt wird. Die digitale Regelung 8c steuert den Betrieb
des Servosystems 11 in Übereinstimmung mit dem Fehler und unter Verwendung
einer vorbestimmten Regelkreisverstärkung. Die Betriebsarten der digitalen Koeffizienteneinheit
214 und des Halteschaltkreises 215 werden durch den Bereichsauswahl-Regelungsabschnitt
212 geregelt.
Nachfolgend werden charakteristische Funktionen und Betriebsarten
des Regelungssystems, welches wie oben aufgebaut ist, erläutert.
Der Erfassungsverstärker 8a, welcher einen hochsensitiven
analogen Verstärker beinhaltet, ist so eingerichtet, dass der Verstärkungsfaktor
des Verstärkers 8a selektiv unter der Regelung des Bereichsauswahl-Regelungsabschnittes
212 eingestellt wird. Die Bereichswahl des Erfassungsverstärkers
8a wird auf Hardwarebasis ausgeführt, z.B. durch Ändern einer Schaltkreiskonstante
des Verstärkers. Eine Zeitspanne in der Größenordnung von mehreren zehn Millisekunden
wird benötigt, um die Schaltkreiskonstante zu ändern.
Im Gegensatz dazu werden vielfältige funktionale Abschnitte des Regelungsabschnittes
8, wie der AD-Wandler 213 und die digitale Koeffizienteneinheit
214 eingerichtet, um die operative Verarbeitung in Intervallen des Regelungszyklusses,
z.B. 100 Mikrosekunden, auszuführen. Weiter wird der verwendete Koeffizient in der
Koeffizientenverarbeitung in der digitalen Koeffizienteneinheit 214 ebenso
geschaltet und während des Regelungszyklusses eingestellt. Unter der Regelung des
Bereichsauswahl-Regelungsabschnittes 212 und synchron mit der Bereichswahl
in dem Erfassungsverstärker 8a wird der Koeffizient in der digitalen Koeffizienteneinheit
214 geschaltet, um einen Wert zu haben, welcher invers proportional zu
dem Verstärkungsfaktor in dem Erfassungsverstärker 8a ist, wodurch das
Produkt des Verstärkungsfaktors in dem Erfassungsverstärker 8a und des
Koeffizientenwertes in der digitalen Koeffizienteneinheit 214, d.h. der
Erfassungsskalierungsfaktor im Erfassen der Kraft, welche auf das Prüfstück S angewandt
wird oder des Versatzes des Prüfstückes, wird unverändert beibehalten wird. Zum
Beispiel, falls der Verstärkungsfaktor in dem Erfassungsverstärker 8a auf
x10 gesetzt ist, wird der Koeffizientenwert in der digitalen Koeffizienteneinheit
214 auf einen Wert geändert, welcher ein Zehntel des normalen Koeffizientenwertes
ist, welcher verwendet wird, wenn der Verstärkungsfaktor auf x1 eingestellt ist,
wodurch der Ausgabewert des AD-Wandlers 213 in ein Zehntel umgewandelt
wird, wodurch der Erfassungsskalierungsfaktor unverändert beibehalten wird.
Im Speziellen wird, falls die Kraft, welche durch die Lastzelle
1 erfasst wird, in der Größenordnung eines Zehntels der Maximalkraft ist,
der Verstärkungsfaktor in dem Erfassungsverstärker 8a auf z.B. x10 gesetzt,
um die Kraft hochsensitiv mit einem geeigneten Signal-zu-Rauschverhältnis (nachfolgend
als SN-Verhältnis bezeichnet), zu erfassen. In diesem Fall ist der Pegel des Signals,
welcher indikativ für die Regelgröße ist und dem Erfassungsverstärker
8a zugeführt wird, zehnmal größer als ein normaler Signalpegel. Die digitale
Koeffizienteneinheit 214 führt das Koeffizientenverarbeiten mit Bezug auf
den digitalen Erfassungswert aus, welcher durch den AD-Wandler 213 erhalten
wird, in welchem das Ausgangssignal des Erfassungsverstärker 8a einer Analog-Digital-Wandlung
unterworfen wird, unter Verwendung eines Koeffizientenwertes, welcher invers proportional
zu dem Verstärkungsfaktor des Erfassungsverstärkers 8a ist, wodurch eine
Funktion zum Wiedergewinnen des Pegels der Steuergröße, welche der Fehlereinheit
8b zugeführt wird, auf einen normalen Pegel erhalten wird.
Der Erfassungsskalierungsfaktor wird durch das Koeffizientenverarbeiten
konstant gehalten, welches synchron mit der Bereichswahl des Erfassungsverstärkers
8a durchgeführt wird, so dass eine Rauschkomponente, wie ein elektrisches
Leistungsrauschen, welches das analoge Erfassungssystem beeinflusst, reduziert wird,
wodurch das SN-Verhältnis verbessert wird. Als Konsequenz wird eine fehlerhafte
Aktion in dem Regelungssystem, welche einem Rauschen zuzuordnen
ist, verhindert, und der Betrieb des Regelungssystem stabilisiert. Somit wird, falls
der Verstärkungsfaktor des Erfassungsverstärkers 8a erhöht wird, die Kraft
oder der Versatz mit einer höheren Empfindlichkeit erfasst, wobei der Pegel der
Rauschkomponente, welche das Erfassungssystem beeinflusst, konstant gehalten wird.
In Konsequenz kann das Verhältnis des Pegels der Rauschkomponente zu dem Pegel des
Erfassungssignals verringert werden.
Der Betriebsmoduswechsel in dem digitalen Regelungssystem aufgrund
einer Bereichswahl in dem Erfassungsverstärker 8a wird zu einem Zeitpunkt
ausgeführt, welcher durch den Regelungszyklus festgelegt wird und mit einer hohen
Geschwindigkeit. Aus diesem Grund wird, falls die Bereichswahl während der Rückkopplungs-Regelung
für das Servosystem 11 angewiesen wird, wird eine Abweichung zwischen dem
Moduswechselzeitpunkt in dem digitalen Regelungssystem und dem Bereichswahlzeitpunkt
in dem Erfassungsverstärker 8a unvermeidlich auftreten. Diesbezüglich veranlasst
der Bereichswahh-Regelungsabschnitt den Halteschaltkreis 215 in der Weise
zu arbeiten, dass die Regelungsausgabe, welche von der digitalen Regelung
8c an das Servosystem 11 zugeführt wird, konstant gehalten wird,
bis die Bereichswahl in dem Erfassungsverstärker 8a abgeschlossen ist.
Spezifischer, wenn Bereichswahl-Instruktionssignal automatisch von
dem Regelungsprogramm bereitgestellt wird oder manuell durch einen Betreiber bereitgestellt
wird, gibt der Bereichsauswahl-Regelungsabschnitt 212 Bereichsauswahl-Instruktionen
an den Erfassungsverstärker 8a und die digitale Koeffizienteneinheit
214 und zu der selben Zeit Instruktionen an den Halteschaltkreis
215, um die Ausgabe der digitalen Koeffizienteneinheit 214 für
eine bestimmte Zeitspanne zu halten. Bis diese Zeitspanne vorbei ist, ab dem Zeitpunkt
zu welchem Bereichsauswahl-Instruktionen gegeben werden, wird der Erfassungswert,
welcher kurz bevor die Bereichsauswahl angewiesen wurde, an die Fehlereinheit
8b zugeführt. Während oder nachdem die Bereichsauswahl in dem Erfassungsverstärker
8a abgeschlossen ist, wird der Erfassungswert akkurat durch die digitale
Koeffizienteneinheit 214 bestimmt, in welcher der Moduswechsel oder Koeffizientenwertwechsel
bereits abgeschlossen war. Somit gibt nach Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne,
ab wann die Bereichsauswahl angewiesen wurde, der Bereichsauswahl-Regelungsabschnitt
212 Instruktionen an den Halteschaltkreis 215, um die Aktion des
Haltens des digitalen Erfassungswertes zu lösen, so dass die Ausgabe der digitalen
Koeffizienteneinheit 214 an die Fehlereinheit 8b zugeführt wird.
Während der Regelungsaktion des Regelungssystems, welches wie oben
beschrieben konstruiert ist, falls das Bereichsauswahlinstruktionssignal RS zum
Anweisen des Schaltens eines Verstärkungsfaktors, z.B. von x1 nach x10, an den Bereichsauswahl-Regelungsabschnitt
212 gegeben wird, wie in 4 dargestellt, veranlasst
die Koeffizienteneinheit 214 unter der Regelung des Regelungsabschnitts
212 den Koeffizienten rasch zu wechseln, z.B. von einem Wert von 1 auf
einen Wert von 0,1, synchron mit einem Takt CP, welcher den Regelungszyklus festlegt,
bis der nächste Takt geniert wird, wie durch das Symbol RA in 4a
dargestellt ist. Im Gegensatz dazu wird die Bereichswahl in dem Erfassungsverstärker
8a, um den Verstärkungsfaktor z.B. von x1 nach x10 zu verändern, mit einer
Verzögerung von mehreren zehn Millisekunden bezogen auf das Bereichsauswahl-Instruktionssignal
RS abgeschlossen, wie durch das Symbol RB in 4 dargestellt.
Der Bereichsauswahl-Regelungsabschnitt 212 gibt ein Haltesignal
aus, wie durch das Symbol RH in 4a dargestellt, zu einem Zeitpunkt,
welcher unter Berücksichtigung der benötigten Zeitspanne für den Erfassungsverstärker
8a die Bereichsauswahl durchzuführen bestimmt wird, wodurch der Halteschaltkreis
215 zum Betrieb veranlasst wird. Als ein Ergebnis wird bis die Bereichsauswahl
in dem Erfassungsverstärker 8a abgeschlossen ist, der digitale Erfassungswert
E1 kurz vor der Bereichsauswahl in dem Halteschaltkreis 215 gehalten, so
dass die Fehlereinheit 8b mit einem konstanten digitalen Erfassungswert
C2 versorgt wird. Spezifischer arbeitet der Halteschaltkreis 215, um die
Ausgabe der digitalen Koeffizienteneinheit 214 zu halten, welche kurz bevor
der Koeffizientenwert in der Einheit 214 geschaltet wird, erfasst wird
und leitet diesen an die Fehlereinheit 8b weiter. Nach Beendigung der Bereichsauswahl
in dem Erfassungsverstärker 8a wird ein Erfassungswert C3, welcher mit
einem neuen Erfassungsbereich bestimmt wird, der Fehlereinheit 8b zugeführt.
In der Zwischenzeit wird, bis die Bereichsauswahl in dem Erfassungsverstärker
8a abgeschlossen ist, die digitale Koeffizienteneinheit 214 die
Ausgabe des AD-Wandlers 213 der Koeffizientenverarbeitung unterwerfen,
wobei angenommen wird, dass die Bereichsauswahl bereits beendet ist. In Konsequenz
weicht die Ausgabe der digitalen Koeffizienteneinheit 214 stark von dem
Originalpegel des Erfassungswertes ab, wie durch das Symbol RD in 4
dargestellt. Falls der Verstärkungsfaktor in dem Erfassungsverstärker
8a auf einen Wert von x10 gesetzt wird, führt die digitale Koeffizienteneinheit
214 das Koeffizientenverarbeiten aus, um die Ausgabe des AD-Wandlers
213 um einen Faktor 10 zu verringern, im Versuch den Erfassungsskalierungsfaktor
konstant zu halten. Tatsächlich wird jedoch der Verstärkungsfaktor in dem Erfassungsverstärker
8a noch nicht auf x10 geschaltet ist und der Erfassungswert, welcher der
Koeffizientenverarbeitung unterworfen wird, ist auf einem Pegel,
welcher ein Zehntel des vorgesehenen Pegels des Erfassungswertes ist, wie in
4 durch das Symbol RD dargestellt ist. Um zu verhindern,
dass das Signal RD, welches im Erfassungspegel stark von dem vorgesehenen Pegel
abweicht, der Fehlereinheit 8b zugeführt wird, veranlasst der Bereichsauswahl-Regelungsabschnitt
212 den Betrieb des Halteschaltkreises 215. Durch Halten des Erfassungswertes,
welcher von der digitalen Koeffizienteneinheit 214 kurz vor der Bereichsauswahl
zugeführt wird, wird die digitale Koeffizienteneinheit 214 daran gehindert,
einen unerwünschten Erfassungswert an die Fehlereinheit 8b auszugeben.
Nach Beendigung der Bereichsauswahl in dem Erfassungsverstärker
8a entspricht der Erfassungswert, welcher von dem Erfassungsverstärker
8a zugeführt wird, dem Verstärkungsfaktor, wie durch das Symbol RE in
4 dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt unterwirft die digitale
Koeffizienteneinheit 214 den Erfassungswert RE der Koeffizientenverarbeitung,
in welcher der Koeffizientenwert 0,1, geeignet für den neuen Verstärkungsfaktor,
d.h. x10, in dem Erfassungsverstärker 8a verwendet wird. Während oder nach
Erlöschen des Haltesignals RH erlaubt der Halteschaltkreis 215 dem Erfassungswert
C3, welcher durch die Koeffizientenverarbeitung in der digitalen Koeffizienteneinheit
214 erhalten wird, dort hindurch zu laufen, so dass der Erfassungswert
C3 der Fehlereinheit 8b zugeführt wird.
Gemäß der Prüfmaschine dieser Ausführungsform, welche die Funktion
hat, den Erfassungswert kurz bevor die Bereichswahl angewiesen wird, zu halten,
bis die Bereichswahl in der Erfassung abgeschlossen ist, um dadurch den Pegel des
Steuerausgangswertes, welcher dem Servosystem 11 zugeführt wird, konstant
zu halten, kann die Kontinuität des Erfassungswertes, welcher z.B. an die Fehlereinheit
8b zugeführt wird, aufrecht erhalten, sogar falls der Bereich oder der
Verstärkungsfaktor in dem Erfassungsverstärker 8a, wie in Abhängigkeit
des Prüfzustandes, während der Materialprüfung benötigt geschalten wird, während
das Servosystem 11 betrieben wird. Dies macht es möglich, die Regelgröße
zu erfassen, d.h. die Kraft, welche auf das Prüfstück oder den in dem Prüfstück
generierten Versatz in einem Erfassungsbereich zu bestimmen, welcher es ermöglicht,
den Verstärkungsfaktor geeignet für die Regelgröße oder den Steuer-Sollwert mit
einem adäquaten SN-Verhältnis bereitzustellen, wodurch eine stabile Rückkopplungs-Regelung
mit einer hohen Genauigkeit erreicht werden kann.
Mit der vorgenannten Anordnung wird der für den Verstärkungsfaktor
oder Erfassungsbereich in dem Erfassungsverstärker 8a geeignete Koeffizient
in der digitalen Koeffizienteneinheit 214 eingestellt, so dass der Skalierungsfaktor
in der Detektion des Detektionswertes, welcher der Fehlereinheit 8b zugeführt
wird, konstant gehalten wird. Somit wird es unnötig, den Pegel des Regelungs-Sollwertes
anzupassen, welcher von dem Signalgenerator 8d an die Fehlereinheit
8b zugeführt wird. Da die Verstärkung in dem Signalerfassungssystem konstant
gehalten wird, ist es unnötig, die Regelkreisverstärkung in der digitalen Regelung
8c anzupassen. In Konsequenz kann der Erfassungsbereich (Verstärkungsfaktor)
in dem Erfassungssystem einfach geschalten werden.
Da weiter der Erfassungsbereich in dem Erfassungssystem wie benötigt,
geschaltet werden kann, während der Betrieb des Servosystems 11 geregelt
wird, ist es möglich, einen unstabilen Betrieb des Regelungssystems während der
Bereichsauswahl, zu vermeiden. Dies macht es möglich, das Schalten des Auswahlbereiches
in einer angepassten Weise in Übereinstimmung mit dem Materialprüfzustand durchzuführen,
wodurch die Prüfmaschine einfach gehandhabt werden kann und die Prüfeffizienz verbessert
wird.
Eine zweite Eigenschaft der Materialprüfmaschine gemäß der vorliegenden
Ausführungsform liegt darin, dass der Regelungsabschnitt 8 der Prüfmaschine
während der Befestigung des Stückes S an dem Maschinenkörper durch das Versatz-Regelungssystem
eingerichtet wird, welches rückgekoppelt den Betrieb des Servosystems
11 in Übereinstimmung mit dem Versatz des Aktuators 3 (Prüfstück
S) steuert, und darin, dass es eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren des Soll-Versatzes
beinhaltet, welche auf das Versatz-Regelungssystem wirkt in Übereinstimmung mit
der Kraft, welche auf das Prüfstück S durch den Aktuator 3 unter der Regelung
des Versatzsteuersystems angelegt wird. Während dessen wird die Prüfmaschine mit
einem zwischen der Lastzelle 1 und dem Stempel 3a befestigten
Prüfstück S eingerichtet, welcher mit dem beweglichen Stab 3b des Aktuators
3 verbunden ist.
Wie in 5 dargestellt, beinhaltet das
Versatz-Regelungssystem der Prüfmaschine eine Versatzerfassungseinrichtung (Erfassungsverstärker
8a) zum Erfassen des Ist-Versatzes (Steuergröße) des Aktuators
3, welcher die Betriebsgröße des Servosystems 11 ist, an dem Ausgang
der Versatzmesslehre 6; eine Fehlereinheit 8b zum Bestimmen des
Fehlers &Dgr;e11 zwischen dem Ist-Versatz H und dem Soll-Versatz R11,
welcher manuell durch den Betreiber mittels einer Sollwert-Einstelleinrichtung
13 eingestellt wird, welche einen Tastaturmanipulationsabschnitt (nicht
dargestellt) oder ähnliches beinhaltet; und eine Regelung 8c zum rückgekoppelten
Steuern des Betriebs des Servosystems 11, um den Fehler &Dgr;e11
auf Null zu reduzieren.
Die Korrektureinrichtung der Maschine beinhaltet eine Krafterfassungseinrichtung
(Erfassungsverstärker 8a) zum permanenten Erfassen der Kraft K,
welche durch den Aktuator 3 auf das Prüfstück S angewandt wird, durch den
Ausgang der Lastzelle 1; eine Kraftbestimmungseinrichtung 117
zum Bestimmen der Größe der bestimmten Kraft; und eine Sollwert-Korrektureinrichtung
118 zum Korrigieren des Soll-Versatzes RH in Übereinstimmung
mit der bestimmten Kraft. Die Korrektur des Soll-Versatzes, welche auf der erfassten
Kraft basiert, wird immer in Intervallen des Steuerzyklusses durchgeführt, unabhängig
davon, ob die Versatz-Regelung des Aktuators 3 mittels des Versatz-Regelungssystems
stabilisiert ist, in anderen Worten, unabhängig davon, ob der Aktuator
3 in die Versatzposition versetzt ist oder nicht versetzt ist, welche durch
den Soll-Versatz angegeben ist.
Zum Beispiel bestimmt die Kraftbestimmungseinrichtung 117,
ob die Kraft, welche auf das Prüfstück S angewandt wird, und durch die Lastzelle
1 erfasst wird, eine Kraft ist, welche gleich oder größer als 0,2 Prozent
der Gesamtskala der Erfassung der Lastzelle oder eine so kleine Kraft ist, welche
geringer als 0,2 Prozent der gesamten Erfassungsskala ist. Wie in 6
gezeigt, fällt die Kraft mit weniger als 0,2 Prozent der gesamten Skala innerhalb
eines toten Bereichs des Erfassungssystems, welches die Lastzelle 1 beinhaltet
und dadurch im Wesentlichen als Null betrachtet wird.
Die Soll-wertkorrigierende Einrichtung 118 korrigiert den
Soll-Versatz RH basierend auf dem Ergebnis einer Kraftbestimmung in einer
solchen Weise, dass die Kraft, welche auf das Prüfstück durch den Aktuator
3 des Servosystems 11 ausgeübt wird, durch das Versatz-Regelungssystem
auf Null geregelt wird, d.h. die Kraft K, welche auf das Prüfstück S angewandt wird,
wird geringer als 0,2 Prozent der Gesamtskala der Erfassung.
Falls eine erfasste Kraft K 0,2 Prozent der Gesamtskala überschreitet,
wird die erfasste Kraft K zu diesem Zeitpunkt mit einer vorbestimmten Konstante
&agr; multipliziert, z.B., um eine äquivalente Transformation der Kraftkomponente
in eine äquivalente Komponente in dem Versatz-Regelungssystem zu erreichen, wodurch
der umgewandelte Wert (Spannungswert) &agr;·K als Korrekturwert erhalten
wird. Dieser Korrekturwert &agr;·K wird von der Steuergröße (Spannungswert
äquivalent zu dem Versatz) H subtrahiert, welcher zurück an das Versatz-Regelungssystem
zu diesem Zeitpunkt zurückgeführt wird, und der resultierende Wert als neuer Sollwert
R11 eingestellt wird, wodurch der Soll-Versatz R11 korrigiert
wird. Die Konstante &agr; korrespondiert zu dem Verhältnis zwischen der Regelkreisverstärkung
des Kraft-Regelungssystems und der des Versatz-Regelungssystems, und wird vorab
in Übereinstimmung mit der elastischen Konstante des Prüfstückes S und ähnlichem
bestimmt.
In Übereinstimmung mit der Anordnung, wo der Soll-Versatz, welcher
dem Versatz-Regelungssystem zugeführt wird, wird in Übereinstimmung mit der Kraft
korrigiert, welche auf das Prüfstück S während des Befestigens des Prüfstückes S
an dem Prüfmaschinenkörper angewandt wird, damit die Kraft, welche auf das Prüfstück
S angewandt wird, auf Null reduziert wird, d.h. um die angewandte Kraft auf 0,2
Prozent der Gesamtskala der Erfassung der Lastzelle 1 zu reduzieren, kann
der Versatz des Aktuators 3 des Servosystems 11 geeignet geregelt
werden, wodurch die Kraft, welche auf das Prüfstück S während des Befestigens des
Prüfstücks an dem Maschinenkörper angewandt wird, auf Null reduziert werden kann.
Insbesondere wird der Betrieb des Servosystems 11 geregelt, um die Versatzposition
des Aktuators 3 mit hoher Genauigkeit festzulegen, während der Soll-Versatz
in Abhängigkeit mit der auf das Prüfstück angewandten Kraft korrigiert wird, ohne
eine abrupte Änderung in dem Soll-Versatz zu verursachen. Dies macht es möglich,
eine stabile Befestigung des Prüfstücks S an dem Maschinenkörper in einen Null-Lastzustand
zu befestigen, ohne eine exzessive Last auf den Prüfkörper S anzuwenden. Dadurch
wird die Befestigungsarbeit des Prüfstücks S einfach und die Befestigungseffizienz
kann stark erhöht werden.
7 zeigt eine Prüfstückbefestigungs-Regelungsroutine,
welche durch die Regelung 8c während der Befestigung des Prüfstückes an
dem Maschinenkörper ausgeführt wird.
Die Prüfstückbefestigungs-Regelungsroutine wird gestartet, nachdem
der bewegliche Stab 3b des Aktuators 3 anfänglich auf eine vorbestimmte
Referenzposition eingestellt wird und dann das Prüfstück S auf dem Stempel
3a (allgemeiner ein bewegliches Futter) des beweglichen Stabs
3b des Aktuators 3 platziert wird. Unter dieser Teststück-Platzierungsbedingung
ist das Prüfstück S in natürlicher Weise in einem Zustand, wo es beabstandet von
der Lastzelle 1 (im Allgemeinen ein stationäres Futter 2a) angeordnet
ist. Deshalb wird die durch die Lastzelle 1 erfasste Kraft auf Null zurückgesetzt
(Schritt S201), um dadurch Beeinflussungen von externen Faktoren auf die Lastzelle
1 zu beseitigen. Danach wird der Prüfstück-Spannungsmodus gestartet.
Nachfolgend wird die anfängliche Einstellung einer Größe einer Soll-Bewegung,
welche als Soll-Versatz RH dient, des Aktuators 3 automatisch
basierend auf einem Steuerprogramm oder manuell durch den Betreiber mittels des
Tastaturmanipulationsabschnittes 113 durchgeführt (Schritt S202). Darauf
wird das Versatz-Regelungssystem betätigt, wodurch das Servosystem 11 rückgekoppelt
geregelt wird, unter Verwendung des Ist-Versatzes des Aktuators 3 als Steuergröße,
um zu veranlassen, dass der Aktuator 3 in die Soll-Bewegungsposition versetzt wird
(Schritt S203).
Während der Versatz-Regelung wird eine Anfrage für eine Modusänderung
überwacht (Schritt S204). Falls die Modusänderung angefragt wird, wird der Spannungsmodus
beendet und in den angefragten Betriebsmodus gewechselt.
Falls in dem Schritt S204 bestimmt wird, dass keine Anfrage für einen
Moduswechsel vorgenommen ist, wird der Spannungsmodus weiter durchgeführt und eine
Anfrage zur Änderung der manuellen Einstellung bezüglich des Soll-Versatzes RH
wird bestimmt (Schritt S205). Falls die Änderungsanfrage aus dem Grund gemacht wird,
dass der anfängliche Wert des Soll-Versatzes, welcher in Schritt S202 eingestellt
wird, exzessiv gering oder groß ist oder ähnliches, wartet der Regelungsfluss auf
eine manuelle Eingabe des Soll-Versatzes RH durch den Betreiber und ändert
den Soll-Versatz RH auf einen manuell eingegebenen neuen Soll-Versatz
(Schritt S206). Nachfolgend wird der Spannungsmodus unter Verwendung des neuen Soll-Versatzes
RH durchgeführt.
Während des Spannungsmodus wird mit Intervallen einer Periode (z.B.
einer Periode von 100 Mikro-Sekunden) bestimmt, ob eine Kraft auf das Prüfstück
S durch den beweglichen Stab 3b des Aktuators 3 ausgeübt wird,
in Abhängigkeit des Regelungszyklusses der Regelung 8c (Schritt S207).
Falls die angewandte Kraft nicht erfasst wird, geht der Regelungsfluss zu Schritt
S203 zurück. Andererseits, falls eine Kraft auf das Prüfstück S detektiert wird,
insbesondere wenn die Kraft 0,2 Prozent der Gesamtskala der Lastzelle
1 überschreitet, detektiert wird, wird, um die Kraft auf Null zu reduzieren,
das Produkt der Last K, welche zu diesem Zeitpunkt erfasst wird, und eines Umwandlungskoeffizienten
&agr; von dem Ist-Versatz H des beweglichen Stabs 3b (Prüfstück S) subtrahiert,
um dadurch einen neuen Soll-Versatz RH (Schritt S208) zu bestimmen. Danach
wird der neue Soll-Versatz RH eingestellt. Dadurch wird der Soll-Versatz
RH in Übereinstimmung mit der erfassten Kraft K korrigiert (Schritt S209).
Als ein Ergebnis wird die auf das Prüfstück S angewandte Kraft auf 0 reduziert,
d.h. veranlasst auf einen Wert zu reduzieren, welcher innerhalb eines Bereiches
von 0,2 Prozent der Gesamtskala der Erfassung der Lastzelle 1 fällt.
Nachfolgend kehrt der Regelungsfluss zu Schritt S203 zurück, bei welchem
die Versatz-Regelung durchgeführt wird. Falls die Korrektur des Soll-Versatzes RH
einmal bei Schritt S209 ist, wird der Versatz des beweglichen Stabs 3b
des Aktuators im Wesentlichen Null, so dass ein Null-Lastzustand, in welchem die
auf das Prüfstück S angewandte Kraft im Wesentlichen Null ist, aufrecht erhalten
wird. In dieser Weise wird das Befestigen des Prüfstückes an dem Maschinenkörper
beendet. Es ist für den Betreiber angenehm, falls er oder sie über den Abschluss
der Befestigung des Prüfstückes informiert wird, wenn die Korrektur des Soll-Versatzes
mit Schritt S209 abgeschlossen ist oder wenn eine vorbestimmte Zeitspanne ab dem
Zeitpunkt, ab welchem die Korrektur abgeschlossen wurde, abgelaufen ist.
Wie zuvor beschrieben, kann die Befestigung des Prüfstückes in dieser
Ausführungsform durch Betreiben des Versatz-Regelungssystems unter Verwendung des
Regelungsalgorithmus durchgeführt werden, welcher relativ einfach ist. Insbesondere
wird die Soll-Versatzposition des beweglichen Stabs 3b des Aktuators
3 mit hoher Genauigkeit spezifiziert, um die Last, welche auf das Prüfstück
angewandt wird, auf Null zu reduzieren, indem der Soll-Versatz, welcher an das Versatz-Regelungssystem
geleitet wird, in Übereinstimmung mit der auf das Prüfstück angewandten Kraft korrigiert
wird. Somit kann das Prüfstück S an dem Maschinenkörper stabil und sicher in einem
Null-Lastzustand befestigt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorhergehende Ausführungsformen
beschränkt, sondern kann auf vielfältige Weise modifiziert werden.
Zum Beispiel, um einen unstabilen Betrieb des Servosystems
11 zu vermeiden, wenn die Bereichsauswahl in dem Erfassungsverstärker
8a durchgeführt wird, kann der Regelungsausgang der digitalen Regelung
8c des Servosystems 11 festgehalten werden. Alternativ kann der
Ausgang (Fehlerwert) der Fehlereinheit 8 festgehalten werden, um den unstabilen
Betrieb des Servosystems zu verhindern, In diesem Fall ist es vorteilhaft, den Steuer-Sollwert
beizubehalten, welcher von dem Signalgenerator 8d an die Fehlereinheit
8b zugeführt wird, wenn der Erfassungsbereich in dem Erfassungsverstärker
8a geschalten wird.
Weiter kann die Korrekturgröße &agr;·K des Soll-Versatzes,
welcher für die angewandte Kraft K geeignet ist, in Abhängigkeit der Regelkreisverstärkung
des Versatz-Regelungssystems oder Ähnlichem bestimmt werden. Die Korrekturberechnungsformel
von H – &agr; K kann in vielfältiger Weise verändert werden. Weiter kann der
Umfang des toten Bereichs in der Krafterfassung in Übereinstimmung mit der Spezifikation
der Prüfmaschine oder der Lastzelle bestimmt werden.
Für die anfängliche Einstellung der Bewegungsposition und des Soll-Versatzes
des beweglichen Stabs 3b des Aktuators wird die manuelle Einstellung in
dieser Ausführung angepasst, in welcher ein numerischer Wert durch die Sollwert-Einstellungseinrichtung
113 eingegeben wird, in einer Weise, dass der bewegliche Stab
3b an die Referenzposition gestellt wird. Alternativ
kann der Betreiber Tasten betätigen, um wiederholt schrittweise Erhöhungen/Verringerungen
des Versatzes anzuweisen, während der Versatz des beweglichen Stabs 3b
des Aktuators 3 visuell erfasst wird, wodurch die anfängliche Einstellung
der Bewegungsposition des beweglichen Stabs 3b gesetzt wird. In einer anfänglichen
Einstellung des Soll-Versatzes kann ein Kandidat für einen Soll-Versatz auf einer
Anzeigentafel angezeigt werden und ansprechend auf Tastendrücke erhöht und verringert
werden, so dass ein gewünschter Soll-Versatz manuell durch Drücken einer abschließenden
Taste manuell gesetzt werden kann, wenn der in der Anzeigentafel angezeigt, einen
gewünschten Wert annimmt.
Es ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung weiter verändert
werden kann, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.