CH655179A5 - Anordnung zur gerad- und ebenheitsmessung. - Google Patents

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Messanordnung der DD-PS 125 440 so zu verbessern, dass deren Messergebnis unabhängig von vertikalen Verkippungen um beliebige horizontale Drehachsen der Messfläche ist.

Die erfindungsgemässe Anordnung zur Gerad- und Ebenheitsmessung ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet.

Es ist vorteilhaft, wenn die jeweils auf den Gefässen aufsitzenden Traggestelle hermetisch abgeschlossen und über Luftschläuche, vorzugsweise mit einer gemeinsamen in die Atmosphäre mündenden Luftaustrittsöffnung, miteinander verbunden sind.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1: Anordnung zur Ebenheitsmessung mit einer Kipp-5 korrekturmöglichkeit und

Fig. 2: Vertikalwegaufnehmer der Anordnung gemäss Fig.l mit hermetischem Abschluss.

In Fig. 1 ist eine Anordnung zur Ebenheitsmessung mit io einer Kippkorrektur dargestellt. Auf einer Aufnahmevorrichtung 1 liegt ein Werkstück 3 mit einer zu prüfenden Oberfläche 2. Die Messanordnung umfasst zwei Vertikalwegaufnehmer 30 und 31, die über eine Röhre 16 miteinander verbunden sind. Der Vertikalwegaufnehmer 30, der aus einem ls Gefäss 6, in dem sich eine Flüssigkeit 8 befindet, aus einer Membran 10 und aus einem mit der Membran 10 in Verbindung stehenden und an einem Traggestell 14 befestigten Geber 12 (symbolisch dargestellt!) besteht (siehe Fig. 2), sitzt über einen Taster 29 auf der Oberfläche 2 des Werkstückes 3 20 auf. Der Vertikal wegaufnehmer 31, bestehend aus einem Gefäss 7, einer Flüssigkeit 9, einer Membran 11, einem Geber 13 (ebenfalls symbolisch dargestellt!) und einem Traggestell 15, sitzt mit einem Taster 32 auf einer Referenzfläche 33 der Aufnahmevorrichtung 1 auf. Die Aufnahmevorrichtung 1 25 ruht auf zwei Ständern 34,35 auf einem Untergrund 36. Die elektrischen Ausgänge der Vertikalwegaufnehmer 30,31 sind über Leitungen 21 und 22 mit einem Differenzbildner 23 verbunden, dessen Ausgang über einen Messverstärker 24 und ein Filter 25 auf einen ersten Eingang einer Auswertestufe 54 30 geführt ist. Ausgangsseitig ist die Auswertestufe 54 mit einer Anzeigestufe 26 verbunden.

Die Vertikalwegaufnehmer 30 und 31 erzeugen über die Leitungen 21 und 22 elektrische Signale, die abhängig sind von der relativen Höhe der Taster 29 und 32 und damit von 35 der Höhenkoordinate der Oberflächenmessung des Werkstückes 3. Das Differenzsignal dieser beiden Ausgangssignale der Vertikalwegaufnehmer 30,31 wird verstärkt und im Filter 25 vom Spektrum der Störsignale, die vor allem durch Schwingungen am Aufstellungsort hervorgerufen werden, 40 getrennt. Das Messergebnis wird in der Anzeigestufe 26 registriert bzw. angezeigt.

Unterhalb der Aufnahmevorrichtung 1 sind mittels zweier Befestigungsglieder 37,38 zwei weitere Vertikalwegaufnehmer 39,40 fest angebracht, die durch eine Röhre 41 kom-45 munizierend verbunden ist. Die zwei Vertikalwegaufnehmer 39 und 40 sind in x-Koordinatenrichtung der Aufnahmevorrichtung 1 angeordnet. Die Ausgangssignale der beiden Vertikalwegaufnehmer sind über Leitungen 42 und 43 einem weiteren Differenzbildner 44 zugeführt, dessen Ausgang mit so einem Messverstärker 45 in Verbindung steht. Der Ausgang des Messverstärkers 45 ist an eine Filterstufe 46 angeschlossen, die ausgangsseitig über eine Umrechenstufe 47 mit einem zweiten Eingang der Auswertestufe 54 in Verbindung steht. In gleicher Weise ist (in der Zeichnung aus Gründen ss der Übersicht nicht dargestellt) ein weiteres Vertikalwegaufnehmerpaar in y-Koordinatenrichtung unter der Aufnahmevorrichtung 1 fest angeordnet, dessen Ausgangssignale gleichermassen über einen Differenzbildner, Messverstärker, Filterstufe und Umrechenstufe (ebenfalls nicht in der Zeich-60 nung dargestellt) mit dem dritten Eingang der Auswertestufe 54 in Verbindung stehen.

Kippt beim Messvorgang der Höhenkoordinate der auszuwertenden Oberfläche 2 die Aufnahmevorrichtung 1, so entsteht zwischen den Vertikalwegaufnehmern 30 und 31 ein 65 Höhenunterschied, der nicht durch die Geometrie der Oberfläche 2 vom Werkstück 3, sondern auch durch einen Kippwinkel bedingt wird und als Messfehler auf das Messergebnis wirkt. Diese Kippung wird mit den beiden an der Aufnahme-

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Vorrichtung 1 angebrachten Vertikalwegaufnehmerpaaren (in x-Koordinatenrichtung Vertikalwegaufnehmer 39,40) je nach Koordinatenrichtung erfasst und über die nachgeschalteten elektrischen Mittel ausgewertet. Dabei wird das verstärkte und gefilterte Differenzsignal der Vertikalwegauf-nehmer 39,40 der Umrechenstufe 47 zugeführt, in der eine durch die Vertikalwegaufnehmer 39,40 registrierte Höhenänderung Ah in einen Kippwinkel Aa umgerechnet wird.

Dabei gilt:

Ah

= tgAa b

b = Abstand der Vertikalwegaufnehmèr 39 und 40 voneinander. Der Kippwinkel Aa stellt also eine Kippung dar, welche die Aufnahmevorrichtung 1 momentan um eine parallel zur y-Koordinate liegende Kippachse vollführt hat. Dieser momentane Kippwinkel Aa wird von der Umrechenstufe 47 der Auswertestufe 54 zugeführt. In der gleichen Weise wird durch das andere nicht in der Zeichnung dargestellte Vertikalwegaufnehmerpaar ein infolge einer Kippung um eine Kippachse parallel zur x-Achse auftretender momentaner Höhenunterschied erfasst, aus dem analog zur Umrechenstufe 47 ein Kippwinkel Aß ermittelt wird. Auch dieser Kippwinkel Aß wirkt auf die Auswertestufe 54 ein, in der die das Messergebnis der z-Koordinate der Oberfläche 2 verfälschenden Höhenunterschiede durch Verkippungen um horizontale Drehachsen vom z-Koordinaten-Messergebnis eliminiert werden. Verkippungserscheinungen der Aufnahmevorrichtung 1 beeinträchtigen nicht das in der Anzeigestufe 26 registrierte Messergebnis.

Zur Steigerung der Genauigkeit der Kippkorrektur ist es zweckmässig, die Vertikalwegaufnehmer 39 und 40 in möglichst grossem Abstand b voneinander anzuordnen. In der Praxis zeigt sich, dass klimatische und aerodynamische Einflüsse durch unterschiedliche Einwirkungen auf die Membranen 10 und 11 der Vertikalwegaufnehmer 30 bzw. 39 und 31 bzw. 40 das Messergebnis der Höhenkoordinatenmessung und der Kippwinkelerfassung beeinträchtigen. Je grösser jeweils der Abstand b der Vertikalwegaufnehmer 30 und 31 bzw. 39 und 40 voneinander ist, um so grösser ist die Gefahr der unterschiedlichen Umweltbedingungen an den Membranen 10,11. Um diesem Nebeneffekt zu begegnen, sind die Traggestelle 14 und 15 jeweils hermetisch abgeschlossen und

über zwei Luftschläuche 48,49 mit einem T-Stück 50 verbunden, dessen dritter Anschlusskanal 51 frei bleibt. Die beiden Anschlusskanäle des T-Stückes 50 zu den Traggestellen 14,15 sind durch zwei Schruaben 52 und 53 regu-s lierbar. Der Anschlusskanal 51 bildet die einzige Verbindungsstelle der hermetisch abgeschlossenen Traggestelle 14, 15 mit der Atmosphäre (vgl. Fig. 2 !). Die Schrauben 52 und 53 werden so eingestellt, dass eine Druckwelle, die an den Anschlusskanal 51 einströmt, an den Membranen 10,11 gleiche Luftdruckbedingungen hervorruft. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung wird erreicht, dass nicht nur der Luftdruck an sich, sondern auch, insbesondere bei grösseren Abständen der Mess- bzw. Mess- und Referenzstellen, störende aerodynamische Bedingungen, wie Luftturbulenzen, das Messergebnis nicht verfälschen.

An der Messfläche, vorzugsweise am Messtisch für das Messobjekt, können in jeder horizontalen Koordinatenrichtung je eine an sich aus der DD-PS 125 440 vorbekannte Messeinrichtung mit den Vertikalwegaufnehmern fest angeordnet werden. Damit werden sowohl in x- als auch in y-Richtung vertikale Verkippungserscheinungen gemessen. Aus den Messergebnissen dieser Verkippungen werden getrennt nach den horizontalen Drehachsen in der Umrechenstufe 47 Korrekturwerte ermittelt, die in der Auswertestufe 54 mit dem Messergebnis der Höhenkoordinatenmessung verknüpft werden. Das Messergebnis der z-Koordinaten der Messfläche ist somit frei von beliebigen vertikalen Verkippungsauswir-kungen des Messobjektes um horizontale Drehachsen.

Um eine möglichst hohe Genauigkeit zu erreichen, ist es zweckmässig, die paarweisen Vertikalwegaufnehmer 30,31 in einem möglichst grossen Abstand voneinander an der Messfläche anzuordnen. In der Praxis zeigt sich jedoch, dass ein möglichst grosser Abstand der Vertikalwegaufnehmer die Messgenauigkeit bzw. -Zuverlässigkeit nicht generell verbessert. Ursächlich dafür sind klimatische, vorwiegend aber aerodynamische Einflüsse z.B. durch Turbulenzen, die besonders bei grossem Abstand der Messstellen voneinander unterschiedliche Auswirkungen auf die Membranen 10,11 der Vertikalwegaufnehmer zeigen. Es ist deshalb vorteilhaft die Vertikalwegaufnehmer 30,31 hermetisch abzuschliessen und mittels eines Luftschlauches zu verbinden, der lediglich eine gemeinsame Luftaustrittsöffnung zur Atmosphäre aufweist. Auf diese Art und Weise werden gleiche klimatische und aerodynamische Bedingungen an den Membranen der 45 Vertikalwegaufnehmer geschaffen.

IS

20

25

30

35

B

2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

655179 PATENTANSPRÜCHE

1. Anordnung zur Gerad- und Ebenheitsmessung, bei der mindestens ein über einer Mess- und mindestens ein über einer Referenzfläche angeordneter, je im wesentlichen ein flüssigkeitsgefülltes, eine Membran und einen Geber enthaltendes Gefäss mit aufgesetztem Traggestell aufweisender Ver-tikalwegaufnehmer als kommunizierende Gefässe wirkend sind, wobei am Ausgang des Gebers von der Membranhöhe bzw. -ausdehnung abhängige elektrische Signale anliegen, die über einen Differenzbildner einem Messverstärker zugeführt sind, der ausgangsseitig über eine Filterstufe mit einer Anzeigestufe in Verbindung steht, gekennzeichnet dadurch, dass die Filterstufe (25) über eine zwei weitere Eingänge enthaltende Auswertestufe (54) mit der Anzeigestufe (26) in Verbindung steht, dass an der Messfläche in jeder horizontalen Koordinatenrichtung jeweils mindestens zwei weitere Vertikalwegaufnehmer (39,40), die in einem Abstand voneinander fest angeordnet sind, deren elektrische Ausgangssignale für jede Richtung über jeweils einen weiteren Differenzbildner (44) jeweils einem weiteren Messverstärker (45) mit jeweils einer nachfolgenden weiteren Filterstufe (46) zugeführt sind und dass jede der beiden weiteren Filterstufen jeweils über eine Umrechenstufe (47) mit jeweils einem der zwei weiteren Eingänge der Auswertestufe (54) in Verbindung steht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die jeweils auf den Gefässen aufsitzenden Traggestelle (14,15) hermetisch abgeschlossen und über Luftschläuche (48,49) vorzugsweise mit einer gemeinsamen in die Atmosphäre mündenden Luftaustrittsöffnung miteinander verbunden sind.

Aus der DD-PS 125 440 ist das Messprinzip bekannt, mit zwei oder mehreren kommunizierenden Gefässen, in denen eine Flüssigkeit je nach relativer vertikaler Lage der Gefässe zueinander jeweils eine mit einem Geber in Verbindung stehende Membran auslenkt. Aus diesen Auslenkungen werden elektrische Signale gewonnen, die nach Differenzbildung verstärkt, gefiltert und angezeigt werden. Ein ähnliches Messverfahren ist auch zwischenzeitlich aus der DE-OS 2 739 975 bekanntgeworden. Die kommunizierenden Gefässe stellen Vertikalwegaufnehmer dar, die zur Messung bzw. Prüfung der Oberflächengeometrie grosser Werkstücke oder zur Messsteuerung von Fertigungssystemen verwendet werden. Ein grosses Nachteil dieses Messprinzips ist, dass ein Verkippen der Anordnung statisch und dynamisch im Messvorgang erhebliche Mess- bzw. Fertigungsfehler bringt. Dadurch werden die Messgenauigkeit der Oberflächemessung und die zuverlässige mögliche Auflösung der Feinbearbeitungs- und Messeinrichtung begrenzt.

Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Messgenauigkeit und -Sicherheit.