DD203966A1 - Oberflaechenpruefgeraet, insbesondere fuer grosse messobjekte - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Oberflaechenpruefgeraet, insbesondere fuer grosze Meszobjekte, zur Ermittlung von Form-, Gestalt- und Rauheit mit dem Ziel u.a. einen vielseitigen Einsatz des Geraetes zu gewaehrleisten. Aufgabe ist es, ein universell anwendbares und transportables Pruefgeraet zu schaffen, mit welchem sowohl die Makro- als auch die Mikroform groeszerer Oberflaechenbereiche geprueft werden kann. Das Geraet umfaszt ein Spanndrahtlineal mit Spanndrahtsystem und Abtastsystemen zur Abtastung desselben. Es sind zu beiden Seiten des Spanndrahtsystems Abtaster angeordnet, von denen mindestens einer mit einem Stellglied verbunden ist. Der dem Meszobjekt zugewandte Abtaster traegt einen mit einem Tastorgan und Wandler versehenen Wegaufnehmer zur Abtastung der Meszobjektoberflaeche. Ein, die Abtaster ueber das Stellglied auf Null abgleichendes Servosystem ist vorgesehen. Die Abtaster und der Wegaufnehmer sind mit einer Auswerteeinrichtung verbunden. Ueber eine Ausgabeanordnung werden die einzelnen Oberflaechenparameter ausgegeben.

Description

Titelt Qberflächenprüfgerät, insbesondere für große Meßob,jekte Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Oberflächenprüfgerat, insbesondere für große Meßobjektei zur Sraittlung von Porm-, Geetalt- und Oberflächenrauheiten·

Charakteristik der bekennten technischen Lögungen

Yor allem zur Ermittlung der Rauheit technischer Oberflächen 3ind lastSchnittgeräte bekannt, bei denen ein шіѣ einem (Easter versehenes Abtastsystem über den zu prüfenden Oberflächenbereich des Meßobjektes geführt wird. Der Taster folgt dabei den Erhebungen und Tälern der Oberfläche und steht mit einem elektrischen Wandler, der beispielsweise induktiv, kapazitiv oder piezoelektrisch arbeitet, in 'Verbindung· Durch den Wandler werden die Bewegungen des Tasters in elektrische Signale umgewandelt, weiche in einer Auswerteeinrichtung zwecks Ermittlung der Oberfläehenkanngrößen., Rauheit, Helligkeit usw. weiterverarbeitet werden«

Diese Binrichtur.gen haben jedoch den wesentlichen Kachteil, daß nur relativ kleine, bis etwa 200 ша lange Oberflächenbereiche bei Ifeßob.jekten abgetastet werden können· Un größere Längen abzutasten, nuß entweder das lueßobjekt oder das Abtastsystem um einen entsprechenden Betrag versetzt warden. Dabei ergeben sich Schwierigkeiten beim Anschluß

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des Abtastvorganges an den vorher abgetasteten Cberflächenbereicii· Der Aufwand für das Einrichten ist erheblich, und die Heßunsicherheit nimmt beim Ausinessen größerer Oberflächenbereiche stark zu· Ferner gestatten diese Heßgeräte keine Formprüfung.

Aus der DD-PS 139 295 ist ein Spanndrahtlineal hoher Genauigkeit bekannt, welches vorteilhaft über dem Keßobjekt oder auf diesem angeordnet ist und aus einem Halte- und Spannvorrichtungen, Führungen und ein Spanndrahtsystem aufnehmenden Träger sowie aus Abtastsystemen zur Antastung des Spanndrahtsystems und Korrekturmitteln zur Durchhangkorrektur besteht· Hierbei bildet das Spanndrahtsystem das Geradheitsnormal, gegenüber den Abweichungen in der Makrostruktur des Meßoböektes, z. B· Ungenauigkeiten von Führungen, Welligkeiten ermittelt werden. Sine Auswerteeinrichtung ist dabei mit den Abtastsystemen und den Korrekturmitteln verbunden. Dieses Spanndrahtlineal ist nicht geeignet zur Kessung der Mikrobeschaffenheit, wie z· B, der Rauheit, von technischen Oberflächen, sondern es gestattet lediglich die Prüfung der Form von Meßobjekten.

Ziel der Erfindung

2,3 ist der Zweck der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen, die ilöglichkeit der Messung von Oberflächenparametern auch größerer Oberflächenbereiche von Keßobjekten zu schaffen und einen vielseitigen Einsatz zu gewährleisten.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde_э ein universell anwendbares und transportables Oberflächenprüfgerät zu schaffen, welches gestattet, sowohl die Makroform als auch die Hikroform großer Oberflächenbereiche technischer Oberflächen an Meßobjekten zu ermitteln. Diese Aufgabe vrlxd bei einem Oberflächenprüfgerät, umfassend ein Spanndrahtlineal hoher Genauigkeit, welches Halte- und Spannvorrichtungen, Führungen und einen, ein Spanndraht syst em aufnehmenden (Träger sowie Abtastsysteme und Korrekturmittel umfaßt, dadurch gelost, daß ein oder mehrere, vorzugsweise induktive und in linearisiersnder Schaltung geschaltete Abtaster zu beiden Seiten des Spanndrahtsystems auf einem in Führungen eines Trägers verschiebbar gelagerten Schlitten angeordnet sind, wobei mindestens einer dieser Abtaster mit einem, senkrecht zur Ebene des Spanndrahtsygtems bewegbaren Stellglied oder mit einem sich am Meßobjekt abstützenden Gleitstück verbunden ist, und das an dem auf der» dem Keßobjekt zugwandten Seite des Sparmdrahtsystems vorgesehenen Abtaster oder an das Gleitstück ein an sich bekannter, vorzugsweise massearmer Wegaufnehmer angeordnet ist, welcher ein die Oberfläche des Meßobjektes abtastendes Tasterorgan und einen Wandler umfaßt, und daß vorzugsweise ein, die zu beiden Seiten des Spanndrahtsystems angeordneten Abtaster über das Stellglied elektrisch auf Hull abgleichendes Servosystem vorgesehen ist«

Vorteilhaft ist dabei, wenn die Abtaster, der Wegaufnehmer und das Stellglied aus elektromagnetischen, piezoelektrischen

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oder kapazitiven Elementen aufgebaut sind. Ferner ist der tfegaufnehmer eine Differentialdrosselspule mit einem Anker, der mit dem Tastorgan verbunden ist· Das Stellglied ist eine Tauchspule, ein Stellmotor oder ein piezoelektrisches Element·

Das Oberflächenprüfgerät erlaubt erstmalig die Prüfung der Makro- und Mikrobeschaffenheit sowohl von kleinen als auch großen Oberflächenbereichen an Meßobjekten. 3s ist in Leichtbauweise ausgeführt und kann auch im mobilen Werkstattbetrieb verwendet werden und ist somit universell einsetzbar.

Ausführmiftsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen Pig· 1 schematisch das Oberflächenprüfgerät, Pig. 2 das Spanndrahtsystem mit Servokreis mit integral arbeitendem Stellglied, Pig» 3 das Spanndrahtsystem mit Servokreis mit proportional

wirkendem Stellglied, Pig· 4 das Spanndrahtsystem mit Servokreis mit Stellmotor und

Pig. 5 das Spanndrahtsystem mit Gleitstück. Das in Pig. 1 schematisch dargestellte Oberflächenprüfgerät umfaßt einen Träger 1 mit Pührungen 2 für einen Schlitten 3, welcher ein vorzugsweise aus elektromagnetischen kapazitiven oder piezoelektrischen Elementen aufgebautes Stellglied 4, z. 3· eine Tauchspule oder einen Steilriotor trägt und der entlang der Pührung 2 verschiebbar ist. Im Ausführungsbeispiel werden lediglich elektromagnetische Zlementa vorgesehen. Auf dem Träger 1, v/elcher in Leichtbauweise ausgeführt ist, oe-

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finden sich Halte- und SpannалOrdnungen 5 und 6, zwischen denen ein aus vielen dünnen Drähten bestehendes Spanndrahtsystem 7 eingespannt ist. An den Träger 1 sind ferner, in Längserstreckung desselben einsteirbar angeordnet, Stützen und 9 vorgesehen, die auf dem Meßobjekt 10 ruhen und mit ihrem oberen Ende das Spanndrahtsystem 7 stützen und in Richtung senkrecht zur Oberfläche des Meßobjektes 10 höhenverstellbar sind·

Das gesamte Oberflächenprüfgerät kann mittels höhenverstellbarer Stützelemente 11 und 12 auf dem Meßobjekt 10 oder auf einer Unterlage, auf welcher sich das Meßobjekt befindet, ruhen.

3s sind ein oder mehrere vorzugsweise induktive und in Iinearisierender Schaltung geschaltete Abtaster 13 und 14 zu beiden Seiten des Spanndrahtsystems 7 auf den Schlitten angeordnet, wobei mindestens einer dieser Abtaster 13 mit den senkrecht zur Sbene des Spanndrahtsystems 7 bewegbaren Stellglied 4 oder, чгіе es Pig. 5 zeigt, mit einem sich am Keßobjekt 10 abstützenden Gleitstück 15 verbunden ist. An dem, auf der dem Meßobjekt 10 zugewandten Seite des Spanndrahtsystems 7 liegenden Abtaster 14 oder an dem Gleitstück 15 (Pig. 5) ist ein an sich bekannter, vorzugsweise massearmer Wegaufnehmer 16 angeordnet, welcher vorzugsweise eine Differentialdrosselspule 17 mit einem Anker 18 umfaßt, an dem ein die Oberfläche des Meßobjektes 10 abtastendes Tastorgan 19, z. B. eine Tastnadel, angeordnet ist.

Unter bestimmten Bedingungen bei der Messung der Llikrogestalt der zu prüfenden Oberfläche kann es sich als vorteilhaft erweisen, beiderseits йез Spanndrahtsysterns mehrere Abtaster in mechanischer Parallelschaltung vorzusehen, die evtl. mit getrennten Brückenschaltungen verschaltet sind (in den figuren nicht dargestellt).

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Bei dem in Pig· 2 dargestellten Spanndrahtsystem mit Servokreis mit integral arbeitendem Stellglied 4 sind, ebenso wie bei den Anordnungen nach den Figuren 3> 4 und 5 t die Abtaster 13 und 14 bzw· 20 und 21 (Pig. 5) mit einem Meßverstärker 22, vorzugsweise einem Trägerfrequensverstärker, verbunden· Der Servokreis umfaßt u.a· zwei als induktive Querankeraufnehmer in Doppeldrosselschaltung mit linearer Kennlinie ausgebildete Abtaster 13 und 14 und das Spann-» drahtsystem 7.

Der Meßverstärker 22 enthält bei der Anordnung nach Pig· Brückenergänzungsglieder und eine Leistungsendstufe für einen ihm nachgesohalteten Stellmotor 23, welcher über Getriebeglieder 24 oder direkt in Abhängigkeit von der Stellung der Aufnehmer 13 und 14 relativ zum 5panndraht3ystem den Abgleich einer Ifechselstrombrückenschaltung 24 vornimmt· Dabei wird gleichseitig die Stellung der Abtaster 13 und 14 zum Spanndrahtsystem 7 durch Beaufschlagung das Stellglieden 4 geregelt· Es wird so erreicht, daß der Wegaufnehmer 16, der mit dem Abtaster 14 verbunden ist«, bei Verschiebung den Schlitten 3 entlang dex Führung 1 genau parallel zum Spanndrahtsystem 7 geführt wird· Hestspannungen des dynamisch evtl. nicht vollständig erfolgenden Abgleiches der Brückenschaltung 24 werden vom Meßverstärker 22 an eine Auswerteeinrichtung 25, die dem Meßverstärker 22 nachgeschaltet ist, gegeben und hier zusammen mit den von dem Hfegaufnehmer 16 über den Verstärker 26 gelieferten Signalen weiterverarbeitet· Die von dem Wegaufnehmer 16 gelieferten Signale enthalten Anteile, die aus der Eakro- und Mikroforn der Oberfläche des Meßobjektes herrühren· Mittels Filter werden aus den von der Auswerteeinrichtung 25 gelieferten korrigierten Signale die einzelnen Oberflächenparameter, Rauheit, Welligkeit, Formabweichung, voneinander getrennt

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und in einer Ausgabeeinrichtung 28 zur Anzeige gebracht oder aufgezeichnet.

Es versteht sich von selbst, daß in die Auswerteeinrichtung auch weitere Korrekturgrößen (Signale), wie z. B, Durchhangkorrektur - oder weitere gerätespezifischen Worte, eingegeben werden können, um ein von Hestfehlem weitestgehend freies Meßergebnis zu erhalten·

Eei der Anordnung nach Pig, 3 ist das Spanndrahtsystem 7 mit einem Servokreis mit proportional wirkendem Stellglied 4, z· B. einer Tauchspule kombiniert, welches direkt alt dem Meßverstärker 22 verbunden ist und durch Signale von ihm beaufschlagt wird· Dieses Stellglied 4 .führt den Brückenabgleich mit einem prinzipiell gemäß dem Proportionalverhalten verbleibenden Abgleichrest (Diagonalspannungsrest in der Brückenschaltung) aus· Dieser Meßabgleichrest wird, wie durch 29 in Pig· 3 und 4 gekennzeichnet, vom Meßverstärker 22 in die Auswerteschaltung 25 eingegeben.

Die Anordnung nach Pig. 4 besitzt als Stellglied ein Servokreis einen Stellmotor 30, der direkt oder über Getriebeglieder 31 Mit den Abtastern 13 шз-d 14 verbunden ist. Der Meßverstärker 22 speist hier über seine Leisttmgsendstufe direkt den als integral wirkendes Stellglied anzusehenden Stellmotor 30. Bventuelle Diagonalspanmmgsreste, ά. h· Abgleichreste 29 der Brückenschaltung, werden der Auswert«einrichtung 25 zugeführt und bei der Korrektur der Meßwerte berücksichtigt.

3ine AusfUhrungsform mit mechanischer Filterung zur Trennung von Formfehler und Welligkeit von der Rauheit zeigt Pig. 5. Hier sind am Schlitten 32, der ebenfalls wie der Schlitten an Träger 1 verschiebbar gelagert ist, senkrecht zum Spanndrahtsystem 7 auslenkbar, die Abtaster 20 und 21 angeordnet, die mit einesi über die zu prüfende Oberfläche des üeßobjek-

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tes 10 gleitenden Gleitstück 15, ζ, B. in Form einer Kalotte oder Kufe, verbunden sind. An einem am Gleitstück 15 befestigten Glied 33 sind ein massearmer #egaufnehmer 34 und ein lastorgan 35 angeordnet, wobei das Tastorgan 35 relativ zum Gleitstück 15 auslenkbar an einem am Glied 35 angeordneten Hebel 36 befestigt ist und über diesen den Anker 37 des Wegaufnehmers 34 betätigt· Bei dieser Anordnung werden die beim Gleiten des Gleitstückes 15 über die Oberfläche durch Bewegung der Abtaster 20 und 21 relativ zum Spanndrahtlineal 7 erzeugten Signale über den Verstärker 22 und die durch den Wegaufnehmer 34 erzeugten Signale über den Verstärker 26 der Auswerteeinrichtung 25 zugeführt· Die Ausgangssignale der Auswerteeinrichtung 25 beinhalten Angaben über die Mikrogestalt der abgetasteten Oberfläche und -werden der Ausgabeeinrichtung 38 zugeführt· Diese Anordnung kommt also ohne einen Servokreis der oben beschriebenen Art zum liachregulieren der Abtaster 20 und 21 zum Spanndrahtsystem 7 aus·

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Claims (4)

- 9 -Erfindungaanspruch

1. Oberflächenprüfgerät, insbesondere für große Ueßobjekte, umfassend ein SpanndrahtlineaJL hoher Genauigkeit, welches vorzugsweise über dem Prüfling oder auf diesem angeordnet ist und welches aus einem, Halte- und Spannvorrichtungen, Führungen und ein Spanndrahtsystem aufnehmenden Träger und Abtastsysteinen zur Abtastung des Drahtsystems und Korrekturmittel zur Durchhangkorrektur besteht, und eine Auswerteeinrichtung, welche mit den Abtastsystemen und Korrekturmitteln verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß ein oder mehrere, vorzugsweise induktive und in linearisierender Schaltung geschaltete Abtaster(13» 14 und 20, 21,'zu beiden Seiten des Spanndrahtsystems (7) auf einem in Führungen(2)eines Trägers(1)verschiebbar gelagerten Schlitten^angeordnet sind, wobei mindestens einer dieser Abtaster (13) mit einem, senkrecht zur ЗЪепе des Spanndrahtsystems(7)bewegbaren Stellglied(4)oder mit einem sich am Meßobjekt abstützendem Gleitstück(15)verbunden ist, und daß an dem auf der, dem I£eßobjekt (10) zugewandten Seite des SpaTmdrahtsystems(7j vorgesehenen Abtaster (14) oder an dem Gleitstück(15jein an sich bekannter, vorzugsweise massearmer i7egaufnehmer(16) angeordnet ist, welcher ein die Oberfläche des Meßobjektes(10) abtastendes Tastorgan (19, 35)und einen Wandler umfaßt, und daß vorzugsweise ein, die zu beiden Seiten des Spanndrahtsystems(7) angeordneten Abtaster(13» 14) über das Stellglied(4)elektrisch auf ITuIl abgleichendes Servosystem vorgesehen ist.

2. Oberflächenprüfgerät nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtaster [13, 14, 20,21,) der ".7egaufnehmer(i6) und das Stellglied (A) aus elektromagnetischen, piezoelektrischen oder kapazitiven Elementen aufgebaut sind.

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3· Oberflächenprüfgerät, nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegaufnehmer(16, 34j eine Differentialdrosselspule mit einem Anker (18, 37}umfaßt, der mit dem Tastorgan(19, 35)verbunden ist.

4. Oberflächenprüfgerät nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (A) vorzugsweise eine Tauchspule, ein Stellmotor(31j oder ein piezoelektrisches Element ist.
- Hierzu 2 Blatt Zeichnungen -