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Für zu wiederholende Innenmessungen mit rotationssymetrischen Geometrien z. B. Sack- und Durchgangslöchern mit kleinsten Innenradien im Querschnittsübergang existiert für produktionsnahe Prozesse kein geeignetes Messgerät. Benötigte Messergebnisse können nur durch Inanspruchnahme von Dienstleistungen gewonnen werden. Diese messraumgebundenen Verfahren mittels Perthometer (Basis Tastschnittgeräte), oder optischer Radienerfassung (auch über Triangulation) sind für die Erfassung von Messwerten an absorbierenden Materialien mit Radien im Sacklochbereich nur bedingt geeignet. Die bestehenden technischen Lösungen zur Erfüllung der dargestellten Messaufgaben sind zudem sehr aufwendig und können schon allein wegen Ihres großen Wertes und ihrer Empfindlichkeit gegen äußere Störeinflüsse nicht in der rauen, produktionsnahen Prozesskette eingesetzt werden. Die an Messräume gebundenen Messungen sind mit hohen finanziellen Aufwendungen verbunden. Damit verteuern sie Endprodukte unnötig. Die Erfindung hat zum Ziel ein robustes, taktil antastendes, kombiniertes 2-D-Kontur- und Innenradienmessgerät zu ermöglichen, welches durch die Erfassung von X- und Z-Werten mittels Sensoren keine über- oder untersetzenden Mechanismen aufweist. Um die Messung von sehr kleinen Radien, z. B. im Bohrungsgrund, zu ermöglichen, kommt der Gestaltung der Tastspitze, die hier in der Erfindung als Tastkufe ausgebildet ist, eine entscheidende Bedeutung zu. Das Kontur- und Innenmessgerät ist nachfolgend an Hand von 1 beschrieben. Es setzt sich aus den Kernkomponenten Antrieb, bestehend aus einem Motor (1), einer Rutschkupplung (2), einer Spindel (3) und einer Spindelmutter (4), einer Ankopplung, bestehend aus einer Z-Führung (7) mit einem Z-Schlitten (8) und einer 90° dazu angeordneten X-Führung (9) mit einem X-Schlitten (10), einer Sensorik, bestehend aus einem optoelektrischen Sensor-Z (11) mit einem dazugehörigen Glasmaßstab (12) und einem Sensor-X (13) mit einem ebenfalls dazugehörigen Glasmaßstab (14), einem Tastkufenschutz, bestehend aus Gleitkörper (15), einem Gleitstein (16), einer Parallelkurbel (17) und einer Druckfeder (18), einem Tastarm (19) mit einer speziellen Tastkufe (20), die eine spezielle Kufenform aufweist und einer mechanischen Basis (21) zusammen.
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Der Antrieb, die Ankopplung, das Führungssystem und die Sensorik stellen den Stand der Technik dar. Der Tastkufenschutz sowie die Tastkufe werden als neuartige Erfindung betrachtet. Ebenso ist der dadurch ermöglichte direkte Messkreis bestehend aus dem Führungssystem, der Sensorik, der Tastkufe und der mechanischen Basis ohne weitere Elemente. Das erfindungsgemäße Messgerät stellt damit eine entscheidende Neuerung im Bereich der Konturenmesstechnik dar. Der Antrieb dient der Bewegung des Z-Schlittens (8). Da dieser die X-Führung (9) mit deren X-Schlitten (10) trägt, über dem wiederum die Tastkufe (20) über den Tastarm (20) verbunden ist, wird bei Bewegung die Kontur des Prüflings erfasst. Dies wird dadurch sichergestellt, dass die Druckfeder (18), welche sich zwischen Z-Schlitten (8) und Tastarm (19) abstützt, dafür sorgt, dass die Tastkufe (19) immer an der zu vermessenden Kontur anliegt. Bei der Messung eines Innenradius im Bohrungsgrund, welche hier als eine Sonderform der Kontur schon wegen der nicht einfachen Zugänglichkeit genannt sei, ist es zwingend erforderlich, die Tastkufe vor einer Überbelastung im Radienauslauf zu schützen. Da das System Prüfling/Messgerät eine Parallelanordnung zwischen der Bohrungsachse des Prüflings- (22) und der Geräteachse (23) aufweist und die Messung schiebend erfolgt (2a, b), fährt die Tastkufe bis in die Selbsthemmung (2c) im Prüfradius ein und kommt dort zwangsläufig zum Stehen. Ab diesem Zeitpunkt dürfen keine weiteren Kräfte über die Gewichtskraft der bewegten Masse des Radiusmessgerätes auftreten, da sonst die zulässige Flächenpressung der Tastkufe überschritten würde. Die Tastkufe selbst ist so gestaltet, dass die genannte Parallelanordnung zwischen Prüfling und Messgerät in Verbindung mit schiebender Messung und daraus erhöhter Flächenpressung im Kontaktbereich überhaupt erst möglich ist. Das Gerät ist so ausgelegt, dass die Eigenmasse der bewegten Massen diesem Anspruch gerecht wird und auch keine weiteren Kräfte wirken können. Deshalb wurde eine Ankopplung gewählt, bei der sich der Z-Schlitten (8), welcher alle bewegten Massen trägt, über einen Ausleger (6) gegen die Glocke (5) abstützt. Diese Glocke (5) ist fest mit der Spindelmutter (4) verbunden und gleichzeitig gegen den Ausleger (6) drehgesichert ist. Während der gesamten Messung in der Z-Abwärtsbewegung und der Rückwärtsbewegung in die obere Ausgangsstellung des Z-Schlittens, stützen sich die bewegten Massen über die Ankopplung zur Spindelmutter ab. Falls es während der Messung zu einem „Verhakeln” zwischen Tastkufe und Werkstückkontur kommen sollte, kann nur das Eigengewicht der bewegten Masse wirken, ebenso wie am Messende, welches sich zwangsläufig in der Selbsthemmung im Radienauslauf einstellt. Dabei hebt sich der Ausleger (6) von der Glocke (5) ab. Natürlich können auch andere konstruktive Ausführungsformen von Ausleger (6) und Glocke (5) die gleiche Wirkung erzielen. Es muss nur sichergestellt sein, dass es zwischen dem Z-Schlittenablauf und der Spindelmutter zu keiner Überbestimmung kommt. Es sei noch angemerkt, dass dieser Wirkmechanismus des sich Abhebens in der Selbsthemmung und/oder beim „Verhakeln” die in den 1 und 2 dargestellte senkrechte Einsatzlage des Messgerätes voraussetzt. Da auch andere Einsatzlagen, z. B. horizontal vorgesehen sind, wird die Tastkufe über die sich im Antriebsstrang befindliche Rutschkupplung (2) vor zu großer Flächenpressung geschützt. Ein Abheben von Ausleger und Glocke wird bei diesem Anwendungsfall konstruktiv verhindert. Die Rutschkupplung wirkt aber auch in der senkrechten Anwendung des Messgerätes entsprechend den 1 und 2, nämlich dann, wenn es in der Z-Bewegung von unten nach oben nach der Messung evtl. zum „Verhakeln” aus irgendwelchen Gründen kommt. Zwar wäre hierbei nicht der Kontaktbereich der Tastkufe (20) betroffen, aber das Gerät selbst gilt es zu schützen. Wie schon genannt, sind im mechanischen Messkreis keine Übersetzungen oder Untersetzungen vorhanden. Die Wertepaare X und Z der Kontur werden über die Glasmaßstäbe (12) und (14) direkt zur Sensorik (11) und (13) übertragen. Um die Tastkufe (20) außerhalb der Messung vor mechanischer Beschädigung zu schützen und sie von der Ausgangsstellung vor der Messung an die Innenbohrung des Prüflings (35) zu führen, verfügt das Messgerät über einen Tastkufenschutz. Der Mechanismus des Tastkufenschutzes wird hinsichtlich seiner Wirkungsweise mittels 3a–d näher beschrieben. Der Prüfling mit Bohrung (24) wird so zum Messgerät positioniert, dass sich dessen Gleitkörper (15) auf der oberen Bohrungskante abstützt (3a). Dabei ist das Messgerät z. B. in einem üblichen Messständer mit Z-Pinole aufgenommen, so dass dieser Vorgang der Grundpositionierung möglich ist. Der Z-Schlitten (8) befindet sich dabei in der vor jeder Messung üblichen oberen Ausgangslage. Nach Betätigen der Start-Taste bewegt sich der Z-Schlitten nach unten, wobei der Gleitstein (16) an der Stufe des Gleitkörpers (15) an seiner Weiterbewegung gehindert wird (3b). Da die Z-Bewegung weiter abwärts erfolgt, kommt es zu einer Schwenkung der Parallelkurbel (17) gegen die Kraft der Druckfeder (18), was dazu führt, dass der X-Schlitten (10) bewegt wird (3c, 3d).
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Für das taktil antastende Innenradiusmessgerät 1 ist eine Tastspitzenform erforderlich, die es ermöglicht, den Innenradius am Bohrungsgrund zu messen 4. Aufgrund des Aufbaues, der sich u. a. durch eine Parallelität innerhalb gewisser Toleranzen zwischen Geräteachse (23) und der Bohrungsachse (22) des Prüflings auszeichnet, sind Tastspitzen- und Tastspitzenformen nach dem bisherigen Stand der Technik nicht anwendbar, weil deren Geometrie im taktilen Bereich zu hohe Flächenpressungen hervorrufen würden. Die zu hohe Flächenpressung entstünde hier durch eine Z-Kraft von 1 N, die aus dem Grundaufbau des Messgerätes resultiert. Die Problematik wird durch die spezielle in der Erfindung genutzte Tastkufe gelöst. Ihr Tastradius (36) beträgt ca. 10 μm. Dieser ist Bestandteil einer Kufenform mit einem Kufenradius (37), der wesentlich größer als der Tastradius (36) ist. Eine Kugel gleichen Radius würde nur eine geringere Z-Kraft bei gleicher zulässiger Flächenpressung zulassen. Mittels einer Tastkufe nach 5 ist eine taktile Antastung mit nachfolgend gezeigtem Grundprinzip möglich. Der Einsatz einer größeren Tastkugel würde einen Kugelradius voraussetzen der bei oben genannter zulässiger Z-Kraft bereits über dem kleinsten zu messenden Prüfradius (26) läge. Der Freiwinkel (27) garantiert, dass bei paralleler Lage zwischen Geräteachse (23) und Bohrungsachse (22) der Tastradius (36) an der Innenbohrung des Prüflings anliegen kann. Desweiteren kann über diesen Freiwinkel das Eintauchen des Tastradius (36) in das Rauhigkeitsprofil (28) in der Bohrung (29) oberhalb des Prüflingsradius (30) variiert werden, ohne dabei die Parallelität oder sonstige Ausgangslagen zwischen der Geräteachs (23) und der Bohrungsachse (22) zu diesem Zweck variieren zu müssen. Dies kann genutzt werden, um die Erfassung der Rauigkeit der Bohrung (28) schon mechanisch zu unterdrücken oder auch bewusst erfassen zu wollen (6). Die Bohrung kann dabei eine zylindrische, konische oder auch andere Form aufweisen. Der Abstand B zwischen Schaft (38) und Schneide (36) macht einen Kufenradius (37) möglich, der nur geringfügig kleiner als der Bohrungsradius (31) des Prüflings (35) ist (5). Tatsächlich stellt der Kufenradius (36) den Ausschnitt einer Ellipse dar, sobald der Spitzenwinkel (33) > 0° ist. Dies führt zu einem höheren Traganteil im Prüfradius gegenüber einer Kugel, deren Radius identisch dem Tastkufenradius (36) wäre. Solche Wirkungen weisen die im Stand der Technik zu erwähnenden HM-Tastspitzen auf, deren Spitzenwinkel (33) bei 71° bzw. 78° liegen. Dieser Effekt wird noch durch die kleinen Schaftdurchmesser verstärkt. In 7a sind eine HM-Tastspitze nach dem Stand der Technik und in 7b eine Tastkugel im Vergleich zur erfindungsgemäßen Tastkufe mit deren Kufenradius (36) 7c dargestellt. Hieraus wird deutlich, dass die Berührungsfläche (34) an der Kontaktzone mit dem Kontaktradius bei der erfindungsgemäßen Tastkufe wesentlich höher ist.
