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Vorrichtung zum Anzeigen oder Messen der Unebenheiten bzw. Rauhigkeiten
oder Wellungen einer Fläche Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum
Messen oder Anzeigen von Unebenheiten bzw.
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Rauhigkeiten oder Wellungen einer Fläche. Bei solchen Vorrichtungen
weist der Aufnehmer Mittel auf, mit deren Hilfe ein Fühlstift iiber die Prüffläche
geführt wird, der mit einem Detektor gekuppelt ist, so daß bei dieser Bewegung des
Fühlstiftes über die Prüffläche seine Bewegungen, die ungefähr senkrecht zu der
Prüffläche erfolgen, auf den Detektor übertragen werden und ein Meßergebnis in bezug
auf einen geeigneten Bezugswert herbeiführen. Es ist häufig erwünscht, als Detektor
ein piezoelektrisches Element oder eine andere Vorrichtung zu verwenden, die verhältnismäßig
»steif« ist, d. h. allen Bewegungen außer einer sehr kleinen Bewegung einen erheblichen
Widerstand bietet. Bei einer solchen Vorrichtung treten häufig Schwierigkeiten bei
einer geeigneten Lagerung des Fühlstiftes und des Detektors auf, die nämlich so
erfolgen muß, daß sie einer verhältnismäßig großen Bewegung angepaßt ist, die für
die anfängliche Einstellung des Fühlstiftes in die richtige Berührung und unter
dem gewünschten Berührungsdruck mit der Prüffläche erforderlich ist, und zugleich
auch die Vorrichtung nicht biegsam macht, daß ihre Empfindlichkeit für die kleinen
Arbeitsbewegungen des Fühlstiftes während seiner Bewegung über die Prüffläche verringert
würde.
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Erfindungsgemäß soll nun eine verbesserte Vorrichtung zum Prüfen
von Flächen geschaffen werden, mit der die obenerwähnte Schwierigkeit in zufriedenstellender
Weise überwunden wird.
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Die erfindungsgemäße Meß- oder Anzeigevorrichtung weist einen Fühlstift
auf, der mit der zu prüfenden Fläche in Berührung gebracht wird, weiter einen Aufnahmekopf,
der einen Bezugsmeßwert für die ungefähr senkrecht zur Prüffläche erfolgenden Arbeitsbewegungen
des Fühlstiftes liefert, ferner Mittel zum Antrieb des Aufnahmekopfes und damit
zur Bewegung des Fühlstiftes über die Prüffläche, einen Detektor, zwei für gewöhnlich
in Arbeitsstellung befindliche Verbindungen zwischen dem Fühlstift und dem Detektor
und zwischen dem Detektor und dem Aufnahmekopf, von denen mindestens eine eine nachgiebige
oder ausschaltbare Kupplung aufweist, um den Detektor verhältnismäßig unempfindlich
für die Arbeitsbewegung des Fühlstiftes zu machen, eine Klemmvorrichtung, die betätigt
werden kann, um die nachgiebige oder ausschaltbare Kupplung wirksam werden zu lassen
und hierdurch den Detektor auf die Arbeitsbewegungen des Fühlstiftes während seiner
Bewegung über die Prüffläche ansprechen zu lassen, und ein Meß- oder Anzeigegerät,
das von dem Detektor betätigt wird.
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Die Klemmvorrichtung wird vorzugsweise elektromagnetisch gesteuert.
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Zweckmäßig besitzt die nachgiebige oder ausschaltbare Kupplung ein
Glied, das sich bei nicht mit Festklemmung eingeschalteter Kupplung um eine Schwenkachse
parallel zur Prüffläche bewegen kann, und die Klemmvorrichtung besitzt ein Klauenpaar,
das bei Betätigung eine Greifkraft parallel zu dieser Drehachse auf das erwähnte
Glied ausübt. Vorzugsweise bestehen in diesem Fall die beiden Klemmklauen und das
Glied zwischen ihnen aus magnetisierbarem Material und bilden einen Teil eines magnetischen
Kreises, der mit einer oder mehreren Steuerwicklungen so gekoppelt ist, daß durch
Einschalten der Wicklung oder Wicklungen die beiden Klauen mit dem Glied in Eingriff
gebracht werden.
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Der Detektor wird vorzugsweise von einem Element mit piezoelektrischen
Eigenschaften gebildet, das zweckmäßigerweise die Form eines Stabes besitzt, dessen
eines Ende mit der Verbindung. zum Fühlstift zusammenwirkt, während sein anderes
Ende
das Glied, das zwischen den beiden Klemmklauen ergriffen wird,
trägt oder starr mit ihm verbunden ist.
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Bei einer Ausführungsform besteht die Verbindung zwischen dem Fühlstift
und dem Detektor aus einem Fühlstifthalter, der starr mit dem Detektor verbunden
ist, und die nachgiebige Kupplung ermöglicht es, wenn sie nicht mit Festklemmung
eingeschaltet ist, daß sich der Fühlstifthalter mit dem Fühlstift und der Detektor
als eine Einheit relativ zum Aufnahmekopf in einer Ebene bewegen, die ungefähr senkrecht
zur Prüffläche verläuft. Vorzugsweise ist die aus dem Detektor und dem Fühlstifthalter
mit Fühlstift bestehende Einheit so mit dem Aufnahmekopf verbunden, daß sie um eine
Achse, die ungefähr parallel zur Prüffläche verläuft, schwenken kann. Beispielsweise
kann der Detektor an einer von seiner Verbindung mit dem Fühlstifthalter abliegenden
Stelle starr mit einem Detektorhalter verbunden werden, der seinerseits so an dem
Aufnahmekopf angebracht ist, daß er um eine Achse geschwenkt werden kann, die ungefähr
parallel zu der Prüffläche verläuft, wobei die Klemmvorrichtung dazu dient, den
Detektorhalter an dem Aufnahmekopf in einer Stellung festzuklemmen, in der der Fühlstift
mit der Prüffläche in Berührung bleibt.
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Bei einer weiteren Ausführungsform werden der Fühlstift und der Detektor
von einem Fühlstifthalter bzw. einem Detektorhalter getragen, die beide an dem Aufnahmekopf
so befestigt sind, daß sie um eine Achse, die ungefähr parallel zur Prüffläche verläuft,
geschwenkt werden können, wobei der Fühlstifthalter mit dem Detektor in Berührung
gehalten wird, so daß die nachgiebige Kupplung, wenn sie nicht festgeklemmt ist,
eine Bewegung des Fühlstiftes und des Detektors relativ zueinander und zum Aufnahmekopf
ermöglicht.
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Bei allen diesen Ausführungsformen kann der Fühlstift durch eine
Federkraft mit der Prüfffäche in Berührung gebracht werden, die direkt auf den Fühlstifthalter
einwirkt. Es können aber auch, wenn der Detektor von einem Detektorhalter getragen
wird, der an dem Aufnahmekopf gelenkig angebracht ist, und wenn als Detektor ein
piezoelektrisches Element verwendet wird, die auf den Detektorhalter einwirkenden
Federmittel, wenn die nachgiebige Kupplung nicht festgeklemmt ist, den Fühlstift
mit der Prüffläche in Berührung bringen und das Detektorelement beanspruchen, wodurch
beim Unwirksammachen der Federmittel durch die Klemmvorrichtung der Fühlstift infolge
der Beanspruchung des Detektorelementes mit der Prüffläche in Berührung bleibt.
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Zweckmäßig wird eine Anlaßvorrichtung vorgesehen, um die Bewegung
über die Prüffläche einzuleiten, wenn der Fühlstift und die Prüffläche mit der nachgiebigen
oder lösbaren Kupplung, die in nicht festgeklemmtem Zustand ist, in Berührung gebracht
wurden, wobei dann die Klemmvorrichtung nach Betätigung der Anlaß vorrichtung automatisch
betätigt wird. Eine solche Anlaßvorrichtung wird zweckmäßigerweise verwendet, um
einen selbsttätigen Arbeitsablauf einzuleiten, wobei durch Betätigung dieser Vorrichtung
ein elektrischer Schalter für das Einschalten des Elektromotors geschlossen wird,
der den Antrieb für die Bewegung über die Prüffläche liefert und ferner einen Nocken
antreibt, der die Reihenfolge der Betätigungen einer Anzahl elektrischer Schalter
in den richtigen Zeitabständen steuert, wodurch wiederum die Klemmvorrichtung betätigt
und eine Verbindung von dem Detektor zu
dem Meß- oder Anzeigegerät gebildet und anschließend
wieder unterbrochen wird, dann die Klemmvorrichtung gelöst und schließlich der Schalter
zum Steuern des Motors geöffnet wird und den Motor abschaltet, der die Bewegung
des Fühlstiftes über die Prüffläche bewirkt, während die Verbindung zu dem Instrument
besteht, und anschließend den Aufnahmekopf in seine Ausgangsstellung zurückführt,
so daß er für den anschließenden Beginn eines neuen Arbeitsablaufs bereit ist.
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Die praktische Ausführung der Erfindung kann auf verschiedene Weise
erfolgen, doch werden nachstehend beispielsweise einige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Meß- oder Anzeigegerätes an Hand der Zeichnungen beschrieben, und zwar zeigt Fig.
1 schematisch eine Seitenansicht einer Ausführungsform des Meß- oder Anzeigegerätes,
Fig. 2 eine abgeänderte Ausführungsform der Lagerung für ein Ende des Antriebsarmes,
Fig. 3 einen Schalter, der durch den Antrieb für den Antriebsarm betätigt wird (in
umgekehrter Richtung als bei Fig. 1 gesehen), Fig. 4 eine andere Möglichkeit für
den Antrieb des Antriebsarmes, Fig. 5 in größerem Maßstab einen vertikalen Schnitt
durch die bevorzugte Ausführungsform des in Fig. 1 gezeigten Aufnahmekopfes, Fig.
6 eine Draufsicht auf den Aufnahmekopf der Fig. 5, Fig. 7 einen Schnitt des bevorzugten
Aufnahmekopfes nach der Linie 7-7 der Fig. 6 und Fig. 8 bis 12 schematisch je eine
Ansicht von fünf abgeänderten Ausführungsformen des Aufnehmers.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 befindet sich die Vorrichtung
zum Prüfen der Unebenheiten bzw.
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Rauhigkeiten und Wellungen einer Fläche in einem Gehäuse A, dessen
im ganzen ebene DeckplatteAl einen Arbeitstisch bildet, auf dem der Körper mit der
zu prüfenden theoretisch ebenen Fläche angeordnet wird. Diese Deckplatte A1 ist
mit einem Schlitz A2 versehen, durch den ein Fühlstift B mit einer spitzen Metallspitze
(z. B. 0,005 mm) hindurchragt. Das eine Ende des Fühlstiftes B ist an einem Haltearm
B1 befestigt, und der Stift steht von diesem nach oben ab. so daß seine Spitze ungefähr
in gleicher Höhe wie der Arbeitstisch At liegt. Der Fühlstiftarm B1 ist an seinem
vom Fühlstift B abliegenden Ende an einem Querstück C angebracht, das sich rechtwinklig
zu dem Haltearm Bt des Fühlstiftes erstreckt und um eine Achse parallel zu seiner
Längserstreckung schwenkbar an einem hohlen Aufnahmekopf D angebracht ist, der im
allgemeinen parallel zur Deckplatte Al unterhalb dieser Platte liegt. Etwa in der
Mitte des Aufnahmekopfes D ist das obere. Ende eines Antriebsarmes E gelenkig angebracht,
dessen unteres Ende mit einer abgerundeten Lagerfläche E1 versehen ist, die mit
einer ebenen FührungsflächeF1 auf einem nach oben ragenden Ansatz F am unteren Teil
des Gehäuses A in Abrollberührung steht. Der Fühlstiftarm Bt erstreckt sich in Längsrichtung
parallel zum Aufnahmekopf D zwischen diesem Aufnahmekopf D und der Deckplatte At.
Wie im einzelnen in den Fig. 6 und 7 gezeigt, besteht die Gelenkverbindung zwischen
dem Aufnahmekopf D und dem Antriebsarm E zweckmäßig aus einem Paar Gewindeschrauben
F2, die durch die Seitenwandungen Dl des hohlen Aufnahmekopfes D nach innen hindurchführen;
diese spitzen Vorsprünge F2 erfassen zwischen sich das von der abgerundeten Lagerfläche
El abliegende Ende des Antriebsarmes E, wodurch eine Drehachse im rechten
Winkel
zur Längserstreckung des Aufnahmekopfes D festgelegt wird. Das andere Ende des Antriebsarmes
E ist mit dem einen Ende einer Federverbindung, z. B. Blattfeder G, verbunden, die
in Längsrichtung im wesentlichen in der Ebene der Führungsfläche F1 verläuft, auf
der die Lagerfläche El abrollt; das andere Ende dieser Feder ist in der Ebene dieser
Führungsfläche F1 an einem nach innen ragenden Vorsprung 775 an der Seitenwand des
Gehäuses A befestigt. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird die abgerundete Lagerfläche Et
vorzugsweise durch die abgerundeten unteren Kanten von zwei Platten E2 begrenzt,
die am unteren Ende des Antriebsarmes E an dessen beiden Seiten angebracht sind.
Der nach oben ragende Vorsprung F, der die ebene Führungsfläche F1 trägt, weist
zwischen den Ebenen der beiden Platten E2 eine Aussparung auf, die das untere Ende
des Antriebsarmes E aufnimmt, an dem das eine Ende der Feder 0 in der Ebene der
FührungsflächeFt befestigt ist. Die Feder G besitzt eine solche Größe und Abmessung,
daß sie einerseits in oder nahe der Führungsebene im wesentlichen starr ist und
somit praktisch eine Gleitbewegung zwischen der abgerundeten Lagerfläche El und
der Führungsfläche Ft verhindert wird, andererseits in einer rechtwinklig zu dieser
Fiihrungsfläche verlaufenden Richtung so weit biegsam ist, daß eine Drehbewegung
des Antriebsarmes E um die Krümmungsachse seiner abgerundeten Lagerfläche El ohne
weiteres möglich ist. Diese Lagerfläche Et ist um die Achse der Gelenkverbindung
zwischen dem Aufnahmekopf D und dem Antriebsarm E, z. B. um die Achse, die von den
beiden obenerwähnten spitzen Vorsprüngen 772 bestimmt wird, zylindrisch gekrümmt,
so daß sich bei einer Rollbewegung diese Gelenkverbindung in einer geradlinigen
Bahn parallel zur FührungsflächeFt bewegt.
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Gewünschtenfalls kann an Stelle einer zylindrischen Lagerfläche an
dem vom Aufnahmekopf D abliegenden Ende des Antriebsarmes E eine Verbindung aus
einer Messerschneide und einem Gelenkband verwendet werden. Beispielsweise ist bei
der Ausführungsform der Fig. 2 eine Federverbindung H zwischen dem unteren Ende
des Antriebs armes E und einem vom Boden des Gehäuses A nach oben stehenden Vorsprung
H1 befestigt, so daß dieses Gelenkband H in wirksamer Weise ein Scharnier bildet,
um das sich der Antriebsarm E drehen kann. Der Antriebsarm E wird mit Hilfe eines
Messerschneidenpaares H2 am unteren Ende des Antriebsarmes E an seinen beiden Seiten
frei auf dem Boden des Gehäuses A gelagert, wobei diese Messerschneiden H2 mit einem
Paar von Berührungsflächen H3 eines vom Boden des Gehäuses A nach oben ragenden
Ansatzes II4 in Eingriff gelangen. Der Ansatz H4 ist zwischen den Berührungsflächen
H3 mit einer Aussparung zur Aufnahme des unteren Endes des Antriebs armes 77 versehen,
an dem das eine Ende des Gelenkbandes H befestigt ist. Bei dieser Anordnung läßt
sich erkennen, daß die Gelenkverbindung zwischen dem Aufnahmekopf D und dem AntriebsarmE
sich auf einer gebogenen Bahn bewegt, wobei das Ausmaß der Annäherung an eine geradlinige
Bahn von der Länge des Antriebsarmes E abhängt.
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Die Vorrichtung wird vorzugsweise so angeordnet, daß der Boden des
Gehäuses A und der Arbeitstisch Al waagerecht liegen und sich der Antriebsarm E
im allgemeinen in senkrechter Richtung erstreckt. Der Aufnahmekopf D trägt einen
Haltearm J1, der sich in Längsrichtung parallel zum Aufnahmekopf D unterhalb des
Haltearmes B1 für den Fühlstift erstreckt
und ein kufenförmiges Gleitstück J mit
verhäl.tnismäßig großem Radius (z. B. 2,5 cm) im Vergleich zum FühlstiftB trägt,
die nach oben durch den Schlitz 2 des Arbeitstisches Al neben dem Fühlstift hindurchragt.
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Der Aufnahmekopf D ist in bezug auf das obere Ende des Antriebs armes
ins Gleichgewicht gebracht, und eine Feder D2, die am Gehäuse A befestigt ist, wirkt
auf den Aufnahmekopf so ein, daß das Gleitstück J nach oben gedrückt wird und an
der zu prüfenden Fläche anliegt, wenn der diese Fläche aufweisende Körper auf dem
Arbeitstisch Al angeordnet wird.
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Der Antriebsarm E wird etwa in seiner Mitte derart angetrieben, daß
er sich im wesentlichen parallel zur Längsrichtung des Aufnahmekopfes D bewegt,
so daß sich das obere Ende des Antriebsarmes E praktisch in einer geraden Linie
bewegt und hierbei den Aufnahmekopf D mit sich führt. Hierdurch wird das Gleitstück
J in einer praktisch geraden Linie über die Prüffläche bewegt und durch die erwähnte
Feder D2, die auf den Aufnahmekopf D einwirkt, ständig nach oben gedrückt, und zwar
um die Achse der Gelenkverbindung zwischen dem Aufnahmekopf und dem oberen Ende
des Antriebs armes E herum.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, wird der Antriebsarm E zwecltmäßig von einem
Elektromotor K angetrieben, der über einen Antriebsriemen Kl ein Schwungrad K2 antreibt,
mit dem der Antriebs arm E über eine Kurbelstange K3 verbunden ist. Die das Schwungrad
K2 tragende Welle K4 kann gegebenenfalls außerdem einen Nocken L zur Steuerung eines
Zählmessers für die Anzeige der durchschnittlichen Rauhigkeit der Prüffläche tragen
(die Art und Weise der Übertragung der Fühlstiftbewegungen auf die Meßvorrichtung
wird weiter unten beschrieben). Eine für diesen Zweck geeignete Anordnung ist in
Fig. 3 gezeigt, und vorzugsweise wird hierbei der Nocken L außerdem zur Steuerung
eines Schalters Li für den Antriebsmotor K und eines Schalters L2 für eine Klemmvorrichtung
(die weiter unten beschrieben wird) verwendet, die bei Betätigung eine Kupplung
herstellt, über die die Bewegungen des Fühlstiftes auf das integrierende Meßgerät
übertragen werden. Die Bewegung des Nockens L wird mit Hilfe eines Hebels M eingeleitet,
der von einem Handgriff (schematisch mit Mt bezeichnet) von außerhalb des Gehäuses
A bedient wird. Der Hebel M ist an einer Stelle M2 schwenkbar an dem Gehäuse A angebracht,
und sein Ende besitzt einen gegabelten Teil M3, der mit einem festen Anschlag M4
zur Begrenzung der Bewegung des Hebels M in der einen oder anderen Richtung zusammenwirkt.
Der Hebel M trägt einen Klinkenarm N, der zum Nocken L hin ragt und, wenn der Hebel
M aus seiner Ruhestellung herausbewegt wird, mit einem Anschlag Ni auf dem Nocken
L derart in Eingriff gelangt, daß eine geringe Drehung des Nockens L bewirkt wird,
die jedoch ausreicht, um den Motorschalter Lt in der nachstehend erläuterten Weise
zu betätigen. Eine Feder N2 wirkt über den Arm N auf den Hebel M ein, um den Hebel
M normalerweise in seiner Ruhestellung zu halten. Der Nocken L arbeitet mit einer
Rolle L3 zusammen, die auf einem von einem Schalter betätigten Hebel L4 getragen
wird, der bei L5 an das Gehäuse A angelenkt ist; die Rolle L3 wird durch eine Feder
L6, die auf den Hebel L4 an der von dem Gelenkzapfen L5 abliegenden Seite der Rolle
L3 einwirkt, mit dem Nocken L in Berührung gehalten. Der Hebel L4 trägt zwei kontaktbetätigende
Elemente L7 und L8 zur
Betätigung des Motorschalters L1 bzw. des
Klemmvorrichtungsschalters L2, und ferner ist auf den Armen eines gegabelten Teils
des Hebels L4 ein Paar von miteinander ausgerichteten kontaktbetätigenden Elementen
L9 vorgesehen, um zwei Kontaktpaare P und P1 für das integrierende Meßgerät zu steuern.
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Jeder Kontakt der Kontaktpaare P und pl befindet sich zweckmäßigerweise
auf einem Ende eines Federarmes p2, dessen anderes Ende in bezug auf das Gehäuse
A ortsfest angeordnet ist. Wenn der Hebel M seine Ruhestellung eingenommen hat,
wird das Kontaktpaar P geschlossen, und das integrierende Meßgerät wird kurzgeschlossen.
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Um einen Anzeige- oder Meßvorgang auszuführen, wird nun der Hebel
M von Hand um einen kleinen Winkel gedreht, der ausreicht, um den Hebel L4 eine
kleine Drehung ausführen zu lassen, wie sie zur Betätigung des Motorschalters Ll
erforderlich ist. Dann setzt der Motor seine Antriebsbewegung fort, wobei der Klinkenarm
N von dem Anschlag Nl gelöst wird, so daß der Hebel M in seine normale Ruhestellung
zurückkehren kann. Kurz nachdem der Motor K den Antrieb übernommen hat, bewirkt
eine weitere Drehung des Nockens L, daß der Hebel L4 den Schalter L2 für die Klemmvorrichtung
betätigt, wodurch die Kupplung, über die die Bewegungen des Fühlstiftes B auf die
Meßvorrichtung übertragen werden, vollständig hergestellt wird. Nach einer Drehung
des Nockens um etwa 900 ist der Hebel L4 weit genug gedreht worden, um das Kontaktpaar
P zu öffnen und das Kontaktpaar pl zu schließen, wodurch die Zählkreise für die
Aufnahme von Signalen nach Maßgabe der Bewegungen des Fühlstiftes vorbereitet werden.
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Durch das Schließen des Kontaktpaares pl wird zweckentsprechend die
Meßvorrichtung wieder in ihre Nullstellung zurückgeführt. Nach einer Drehung des
Nockens L um etwa 2250 wird das Kontaktpaar Pl geöffnet, worauf das auf Grund der
Bewegungen des Fühlstiftes aufgenommene Signal gezählt wird. Eine Drehung des Nockens
L um weitere 900 schließt das Kontaktpaar P, wodurch die Meßvorrichtung kurzgeschlossen
und hiernach auf dem aufgezeichneten Wert eingestellt gehalten wird. Bei einer weiteren
Drehung des Nockens L wird der Klemmvorrichtungsschalter L2 und dann der Motorschalter
Ll geöffnet, und zwar unmittelbar bevor der Nocken wieder seine Ausgangsstellung
einnimmt. Es ist ersichtlich, daß sich während der Drehung des Nockens L das kufenförmige
Gleitstück J und der Fühlstift B langsam mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit
entlang einer im wesentlichen geradlinigen Bahn iiber die Prüffläche bewegt haben
und während der restlichen Drehung in die Ausgangsstellung zurückgeführt wurden.
Die zugehörigen Nockenantriebs- und Schaltvorrichtungen sind in dem Gehäuse A an
einer Seite des Antriebsarmes E angebracht.
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Die Mittel für den Antrieb des Antriebsarmes E können auch, wie in
Fig. 4 gezeigt, aus einer vom Motor angetriebenen Welle Q bestehen, die über ein
Reduziergetriebe Qt, Q2 eine zweite Welle Q3 antreibt, die an ihrem einen Ende ein
Sägeprofilgewinde Q4 besitzt. Eine mit einem entsprechenden Gewinde versehene Halbmutter
Q5 greift in dieses Sägeprofilgewinde Q4 ein und wird mit Hilfe eines Federbandes
Q6, das an der Mitte des Antriebsarmes E befestigt ist, unter Federbelastung mit
dem Gewinde in Eingriff gebracht, wobei die von der Feder ausgeübte Kraft ausreicht,
um die Halbmutter Q5 während des ganzen wirksamen Bewegungsbereiches mit dem Sägeprofilgewinde
Q4 in Antriebsverbindung zu
halten. In der entgegengesetzten Richtung kann der Aufnehmerkopf
D in seine Ausgangsstellung zurückgestoßen werden, wobei die Halbmutter Q5 über
die Gewindegänge der Welle Q3 gleitet. Gewünschtenfalls können auf der Welle Q3
Mittel für den Antrieb einer Welle, die den Nocken L für die Steuerung der Schalter
trägt, vorgesehen werden. Wenn ein solcher Nocken und Antrieb vorgesehen wird, werden
diese Teile vorzugsweise in dem Gehäuse A an einer Seite des Antriebsarmes E angebracht.
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Die Verwendung eines integrierenden Meßgerätes (Zählmeßgerätes),
das in oben beschriebener Weise mit einer einzigen verhältnismäßig langsamen Bewegung
des Fühlstiftes über die Prüffläche, um hierdurch die gewünschte Angabe der durchschnittlichen
Rauhigkeit zu erhalten, arbeitet, ist zu bevorzugen, doch können gegebenenfalls
auch andere Ausführungsformen eines Meß- oder Anzeigegerätes verwendet werden. So
kann z. B. bei einer Ausführungsform der Fühlstift verhältnismäßig schnell über
die Fläche hin- und herbewegt werden, wobei ein stark gedämpftes Voltmeter für die
Anzeige der durchschnittlichen Rauhigkeit verwendet wird. Es ist gewünschtenfalls
ferner möglich, eine fortlaufende Aufzeichnung der Oberflächenrauhigkeit an Stelle
einer Durchschnittsanzeige zu erhalten, indem ein Kathodenstrahloszillograph oder
ein Federschreiber als Meßgerät verwendet wird.
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Der Aufnehmerkopf D ist in den Fig. 5, 6 und 7 in größerem Maßstab
gezeigt. Wie bereits zuvor erwähnt, besteht ein solcher Aufnehmerkopf D aus einem
hohlen Körper, dessen Mittelteil mit dem oberen Ende des Antriebs armes E gelenkig
verbunden ist. Der Haltearm Jl des Gleitstückes ist an dem einen Ende dieses hohlen
Aufnehmerkopfes D mittels zweier Befestigungsschrauben J2 angebracht. Der Haltearm
B1 für den Fühlstift, dessen eines Ende mittels einer Schraube C6 an dem vorgenannten
Querstück C befestigt ist, ist mit dem Aufnehmerkopf D mit Hilfe einer aus einer
Messerschneide und einem Gelenkband bestehenden Verbindung gelenkig verbunden. Somit
trägt der Aufnehmerkopf D zwei waagerechte Messerschneiden Cl, die quer zur Längsrichtung
des Aufnehmerkopfes verlaufen und jeweils mit der flachen Unterseite eines Endes
des Querstückes C zusammenwirken. Ein Paar Federverbindungen C2 sind mit ihrem einen
Ende an dem Querstück C nahe dessen Enden, jedoch zwischen den beiden Messerschneiden
Cl, im wesentlichen in der von diesen Schneiden bestimmten Ebene, befestigt, und
ihre anderen Enden sind in der gleichen waagerechten Ebene an nach oben ragenden
Vorsprüngen R1 einer Querhalterung R in dem Aufnehmerkopf D angebracht. Die Schrauben
für die Befestigung der Gelenkbänder C2 sind mit C3 bezeichnet. Die Gelenkbänder
C2 dienen dazu, den Schlupf an diesen Messerschneiden C1 auf einen Mindestwert zu
bringen. Um das Querstück C mit den Messerschneiden C1 im Eingriff zu halten, drückt
eine Feder C4 das Querstück nach unten, wobei die Befestigung für diese Feder C4
So in dem Aufnehmerkopf D angebracht ist, daß sie in der Längsrichtung des Aufnehmerkopfes
D eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann die Lage der Befestigungsstelle
C5 so eingestellt werden, daß der Fühlstift B mit dem gewünschten Druck in bezug
auf den Aufnehmerkopf D und das Gleitstück J etwas nach oben gedrückt wird. Das
zwischen den Gelenkbändern C2 befindliche Querstück C trägt einen Detektor, der
aus einem piezoelektrischen Element S besteht, das sich von dem Querstück C in entgegengesetzter
Richtung wie der
Haltearm Bt für den Fühlstift erstreckt und zwischen
den hochstehenden Vorsprüngen Rl der Querhalterung R hindurchführt. Ein einstellbarer
Anschlag R2 ragt von der Querhalterung R in dem Aufnehmerkopf D nach oben und berührt
das Detektorelement S etwa in der Mitte. Das Detektorelement S ruht auf dem Anschlag
R2, so daß die Höhe dieses Anschlags R2 bestimmt, wie weit die Spitze des Fühlstiftes
B über die Spitze des Gleitstücks J anfangs hinausragt.
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Das Detektorelement S ist über einen Verstärker mit einer Anzeigevorrichtung
elektrisch verbunden (die z. B. von der vorgenannten Meßvorrichtung gebildet werden
kann), mit der die Änderungen in der elektrischen Potentialdifferenz, die über ein
solches piezoelektrisches Element erzeugt werden, als seine Biegungsänderungen gemessen
werden können.
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Das vom Querstück C und von den Vorsprüngen Ri des Aufnahmekopfes
D abliegende Ende des Detektorelementes S trägt einen kleinen plattenartigen Anker
T aus magnetisierbarem Werkstoff, der in einer waagerechten Ebene liegt. An dieser
Stelle trägt der Aufnehmerkopf D eine Klemmvorrichtung, die bei Betätigung (z. B.
mittels des zuvor beschriebenen nockenbetätigten Schalters) eine feste Leitung durch
den plattenartigen Anker T parallel zur Achse der Gelenkverbindung für das Querstück
C bildet, das den Fühlstift B und das Detektorelement S trägt. Wie in den Fig. 5,
6 und 7 gezeigt, besteht diese Klemmvorrichtung aus einem Paar magnetisierbarer
Kerne T2, die in Nuten in der Unterseite der Querhalterung R festgeklemmt sind,
die ihrerseits mit Hilfe einer von einer Klemmschraube T4 gehaltenen magnetisierbaren
Klemmplatte T3 von dem Aufnehmerkopf D getragen wird. Jeder der Kerne T2 bildet
ferner eine Welle, an der ein Klemmarm T5 aus magnetisierbarem Werkstoff angelenkt
ist, der sich von der Welle T2 nach oben zu der einen Seite des plattenartigen Ankers
T erstreckt. Der magnetische Fluß über die Kerne T2, die Klemmplatte T3, die Klemmarme
T5, den Anker T und die Luftspalte an jeder Seite des Ankers wird durch den durch
die Wicklungen Tl der Spulen T6 fließenden Strom erzeugt. Wenn diese Wicklungen
Tl eingeschaltet sind, werden die Klemmarme T5, die an ihren Halteachsen T2 angelenkt
sind, zueinander hingezogen, wodurch der Anker T zwischen ihnen im wesentlichen
an in einer Geraden liegenden Stellen ergriffen wird. Der Deutlichkeit halber in
Fig. 6 fortgelassene, jedoch in Fig. 7 dargestellte Anschläge T7 sind vorgesehen,
um den Spalt zwischen den Klemmarmen T5 und dem Anker T zu begrenzen, wenn die Wicklungen
Tt nicht erregt sind. Gewünschtenfalls können schwache, nicht gezeigte Rückholfedern
vorgesehen werden, um die Klemmarme T5 beim Ausschalten der Wicklungen Tl wieder
in ihre Ruhestellungen zurückzuführen.
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Es ist ersichtlich, daß bei Betätigung der Klemmvorrichtung die Lage
des Ankers T relativ zu dem Aufnahmekopf D ortsfest bleibt und die Fühlstifthalterung
Bl und das vom Querstück C getragene Detektorelement S nicht mehr relativ zu dem
Aufnahmekopf D schwenken können, ohne das Detektorelement S zu biegen.
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Nachstehend wird die Arbeitsweise der Vorrichtung, und zwar insbesondere
der Aufnahmeeinheit, beschrieben, wobei vorausgesetzt wird, daß der die Prüffläche
aufweisende Körper in der erforderlichen Stellung auf dem Arbeitstisch angeordnet
wurde. Wie bereits erwähnt, wird das vom Aufnahmekopf D getragene Gleitstück J von
der genannten Feder 772 etwas nach oben in Berührung mit der Prüffläche gedrückt.
Die
Vorspam1eng der auf dem Querstück C befindlichen Feder C4 wird zuvor so eingestellt,
daß der Fühlstift B mit dem erforderlichen geringen Druck gegen die Prüffläche gedrückt
wird, und der einstellbare Anschlag R2 wurde zuvor so eingestellt, daß der Fühlstift
B anfangs um das erforderliche Stück über das Gleitstück J hinaus ragt. - Dann wird
der Antrieb in Gang gesetzt und die Klemmvorrichtung betätigt, z. B. mittels des
Schalters L2, der von dem nockenbetätigten Hebel gesteuert wird, der in Zusammenhang
mit Fig. 3 beschrieben wurde, wobei die Klemmvorrichtung anschließend so wirkt,
daß das eine Ende des Detektorelementes S relativ zum Aufnahmekopf D ortsfest eingestellt
wird. Der Fühlstift B wird durchdie Wirkung der Vorspannfeder C4 noch in Berührung
mit der Prüffläche gehalten und, wenn die Klemmvorrichtung betätigt wird, das Detektorelement
S entlastet. Der Antrieb bewirkt, daß sich der Aufnahmekopf in einer im wesentlichen
geraden Linie über die Prüffläche bewegt, und während dieser Bewegung bewegt sich
der Fühlstift ungefähr senkrecht zur Prüffläche und relativ zum Aufnahmekopf D entsprechend
den Rauhigkeiten der Oberfläche aufwärts und abwärts, wobei diese Arbeitsbewegungen
ein Verbiegen des piezoelektrischen Elementes in unterschiedlichem Maße in der einen
oder der anderen Richtung entsprechend der Bewegung des Fühlstiftes relativ zu der
Stellung, die er beim Festklemmen einnimmt, hervorrufen, so daß dieses Element eine
unterschiedliche elektrische Leistung liefert, die zur Steuerung des Meß- oder Anzeigegerätes
verwendet wird.
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Die beschriebene Ausführungsform eines Meß- oder Anzeigegerätes kann
im Rahmen der Erfindung auf verschiedene Weise abgewandelt werden, und zwar insbesondere
hinsichtlich der Befestigung des Fühlstiftes und des Detektors auf dem Aufnahmekopf.
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So kann bei einer anderen Ausführungsform, die in Fig. 8 gezeigt
ist, der Haltearm Bl für den Fühlstift selbst mittels einer aus Messerschneide und
Gelenkband bestehenden - Verbindung (mit B6 und B7 bezeichnet) an dem Aufnahmekopf
D angelenkt werden, und das Detektorelement S wird von einem Detektorhaltearm St
getragen, der mittels einer zweiten Messerschneide und eines zweiten Gelenkbandes
(mit S6 und S7 bezeichnet) unabhängig von den anderen Teilen an dem Aufnahmekopf
angelenkt ist. Das Ende der Fühlstifthalterung Bt an der vom Fühlstift abliegenden
Seite ragt etwas, über das Ende des Elementes S hinaus und ist mit einem Ansatz
B2 versehen, der mit Hilfe einer Federklammer B3 mit der Oberseite des Elementes
& S in Berührung gehalten wird, wodurch sichergestellt wird, daß die beiden
sich überlappenden Enden stets die entsprechenden Bewegungen ausführen. Das vom
Detektorelement abliegende Ende der Detektorhalterung Slwird mit Hilfe einer Feder
U nach oben gedrückt, so daß der Fühlstift B in bezug auf den Aufnahmekopf D und
das Gleitstück mit dem gewünschten Fühlerdruck ebenfalls nach oben gedrückt werden.
Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, um die Lage des Fixpunktes Ul für die Feder
U einzustellen.
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Bei dieser Ausführungsform befindet sich das Detektorelement S, wenn
die Klemmvorrichtung (die schematisch mit T8 bezeichnet und in der zuvor beschriebenen
Weise ausgebildet ist) betätigt wird, in belastetem Zustand, und zwar auf Grund
der Tatsache, daß die Vorspannfeder U, die dazu dient, den Fühlstift B nach oben
zu drücken, durch dieses Element S wirksam wird. Somit wird also, nachdem die Klemmvorrichtung
betätigt wurde, der Fühlstift B auf Grund der Biegung des Elementes S mit der Prüfflächein
Berührung
gehalten, die den gleichen Druck auf den Fühlstift ausübt wie ursprünglich die Feder
U.
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Während der Bewegung iiber die Prüffläche bewirken die Bewegungen
des Fühlstiftes B Änderungen der Biegung des Elementes S in bezug auf seine anfängliche
Biegung, und diese Änderungen werden in gleicher Weise wie bei der zuvor beschriebenen
Ausführungsform gemessen.
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Bei einer weiteren in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform ist das Detektorelement
S in einem Detektorhalter S1 angebracht, der mittels einer Messerschneide und eines
Gelenkbandes wie bei der vorherigen Ausführungsform am Aufnahmekopf D angelenkt
ist (die Messerschneide ist mit &6 und das Gelenkband mit S; bezeichnet), und
der Haltearm B1 für den Fühlstift wird starr von dem von der Detektorhalterung Sl
abliegenden Ende des Elementes S getragen. Es wird eine ähnliche Klemmvorrichtung
verwendet, wobei diese Klemmvorrichtung T8 im Betrieb dazu dient, den Detektorhalter
S1 an dem Aufnahmekopf D festzuklemmen. Wenn die Klemmvorrichtung nicht benutzt
wird, kann sich der Detektorhalter S1, der sowohl das Element S als auch den Haltearm
Bl für den Fühlstift trägt, relativ zu seiner Gelenkverbindung mit denn Aufnahmekopf
77 drehen, und die Vorspannfeder besitzt auch in diesem Fall eine einstellbare Befestigung
Ul, so daß die Federkraft, die in diesem Fall dazu dient, das vom Elementes abliegende
Ende der Detektorhalterung St nach unten zu drücken, den Fühlstift B mit der erforderlichen
Kraft nach oben mit der Prüffläche in Berührung drückt. Es ist ersichtlich, daß
die durch eine solche Einstellung hervorgerufene Biegung des Elementes S bei dieser
Ausführungsform in der entgegengesetzten Richtung wie bei der vorher beschriebenen
Ausführungsform stattfindet und daß in diesem Fall, wie auch bei der bereits beschriebenen
Ausführungsform, die bei der Bewegung iiber die Prüffläche aufgezeichnete elektrische
Leistung auf den Abweichungen der Biegung von der anfangs eingestellten Biegung
beruht.
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In einer weiteren in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform hat der Detektorhalter
die Form eines Armes &5 und ist erheblich länger als in den beiden anderen beschriebenen
Ausfiihrungsformen, wobei das Detektorelement S von einem Ansatz &2 von diesem
Arm SI getragen wird und parallel zu und über dem Arm &5 zu dem Haltearm B1
für den Fühlstift führt, der seinerseits an dem Ende des Haltearmes S5 für den Detektor
mittels einer aus einer Messerschneide und einem Gelenkband bestehenden Verbindung
(mit B8 und B9 bezeichnet) angelenkt ist. Die Fühlstifthalterung B1 ragt mit dem
vom Fühlstift B abliegenden Ende über das von der Befestigung abliegenden Ende des
Detektorelementes S vor und wird mit diesem durch einen messerschneidenartigen Ansatz
B4, der von diesem Ende der Fühlstifthalterung Bl getragen wird, und einer Feder
B5 in Berührung gehalten, die zwischen der Fühlstifthalterung Bl und der Detektorhalterung
S1 wirksam wird. Der Haltearm S5 für den Detektor ist an dem Aufnahmekopf D mittels
einer Messerschneide und eines Gelenkbandes (mit S8 und S9 bezeichnet) angelenkt,
wobei außerdem eine Klemmvorrichtung T8 der früher beschriebenen Art verwendet wird.
Eine Vorspannfeder U (wiederum mit einer einstellbaren Befestigung Ul) wirkt, wenn
die Klemmvorrichtung nicht in Arbeitsstellung ist, nach unten auf das von der Fühlstifthalterung
771 abliegende Ende des Haltearmes S5 für den Detektor, so daß der Fühlstift B nach
oben in Berührung mit der Prüffläche gedrückt wird, wobei sich der Detek-
torhalterS5
und der FühlstifthalterB1 mit entsprechenden Bewegungen um ihre jeweiligen Achsen
drehen.
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Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der das Detektorelement
S auf einer ortsfesten Halterung S3 getragen wird, die auf dem Aufnahmekopf D gelagert
ist, und der Haltearm B1 für den Fühlstift ist an dem Aufnahmekopf mittels einer
Messerschneide B10 und einem Gelenkband B11 angelenkt, wobei die Klemmvorrichtung
am zum Fühlstift B abliegenden Ende seines Haltearmes Bl angebracht ist und dazu
dient, das Detektorelement S an dem Fühlstiftarm B festzuklemmen. Eine solche Klemmvorrichtung
besteht vorzugsweise aus einer vom Fühlstifthaltearm getragenen Kammer V, die eine
magnetische Paste oder ein magnetisches Pulver Vl enthält, in die bzw. in das das
Ende des Detektorelementes & hineinragt. Hierbei sind Feldwicklungen V2 vorgesehen,
um das in der Kammer V befindliche Material Vl zu magnetisieren, so daß dieses Material
praktisch zu einem festen Körper wird und dabei das Ende des Elementes S in seiner
relativen Lage zu dem Haltearm B1 für- den Fühlstift festklemmt. Wenn die Feldwicklungen
V2 nicht erregt werden, kann sich das Ende des Elementes S durch die magnetisierbare
Paste oder das Pulver Vl hindurchbewegen, wenn sich der Haltearm Bl für - den Fühlstift
um seine Gelenkverbindung mit dem Aufnahmekopf D dreht. Bei dieser Ausführungsform
wirkt eine Vorspannfeder U2 auf den Haltearm Bt für den Fühlstift ein, und zwar
gleichviel ob die IS:lemmvorrichtung in Arbeitsstellung - ist oder nicht, und hält
den Fühlstift B mit der Prüffläche in Berührung.
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Bei einer weiteren in Fig. 12 gezeigten Ausführungsform trägt der
Aufnahmekopf D eine feste Detektorhalterung 54, von der aus sich das Detektorelement
S von dem Fühlstift weg erstreckt, und der Haltearm Bl für den Fühlstift, der (mittels
einer Messerschneiden-Gelenkbandverbindung der oben beschriebenen Art, die mit B12
und B13 bezeichnet ist) an einem Träger W auf dem Aufnahmekopf D angelenkt ist,
führt über das Detektorelement S, so daß ihr vom Fühlstift B abliegendes Ende im
wesentlichen senkrecht über dem freien Ende des Detektorelementes S liegt. An diesem
Ende ist an dem Haltearm B1 ein Klemmarm X aus magnetisierbarem Material angelenkt,
der normalerweise frei hängt, so daß der Haltearm B1 sich frei um sein Gelenk drehen
kann, wobei eine Vorspannfeder U3 auf den Haltearm B1 für den Fühlstift einwirkt,
um den Stift mit dem gewünschten leichten Druck gegen die Prüffläche zu pressen.
Vorzugsweise ist die Befestigung U4 für diese Feder U3 einstellbar an dem Träger
W angebracht.
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Der- Detektorhalter S4 trägt ferner einen Elektromagneten Xl, der
in eingeschaltetem Zustand den Klemmarm X fest gegen das freie Ende des Detektorelementes
S drückt, so daß die Arbeitsbewegungen des Fühlstiftes B beim Überqueren der Prüffläche
zu Anderungen der Biegung dieses Elementes S führen.
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Es ist ersichtlich, daß die oben beschriebenen Ausführungsformen
nur beispielsweise erläutert sind und daß das Gerät im Rahmen der Erfindung auch
auf andere Weise abgewandelt werden kann. So braucht z. B. der Detektor nicht von
einen piezoelektrischen Element gebildet zu werden, sondern kann auch ein anderes,
verhältnismäßig steifes Element sein, das eine Spannungsänderung hervorrufen kann,
wenn ein Teil des Elementes einer Bewegung ausgesetzt wird.
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Ebenso können auch die Befestigung des Aufnahmekopfes auf dem Antriebsarm
und -die Mittel für den
Antrieb dieses Armes durch- andere Vorrichtungen
ersetzt werden,- die den Aufnahmekopf auf einer ungefähr geradlinigen Bahn antreiben
können.
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PATENTANSPROCHE: 1. Vorrichtung zum Anzeigen oder Messen der Unebenheit
bzw. Rauhigkeit oder Wellungen einer Fläche mit einem Aufnahmekopf, dessen Antrieb
einen Fühlstift über die Prüffläche bewegt, und mit einem Detektor zum Steuern eines
Meß- oder Anzeigegerätes in Abhängigkeit von den Arbeitsbewegungen des Fühlstiftes,
die annähernd senkrecht zur Prüffläche und relativ zu einem von dem Aufnehmerkopf
gelieferten Bezugswert vor sich gehen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine
von zwei normalerweise in Arbeitsstellung befindlichen Verbindungen zwischen dem
Fühlstift (B) und dem Detektor (S) und zwischen dem Detektor (S) und dem Aufnehmerkopf
(77) eine lösbare oder nachgiebige Kupplung aufweist, die den Detektor (S) für die
Arbeitsbewegungen des Fühlstiftes (B) unempfindlich macht, und daß diese lösbare
oder nachgiebige Kupplung durch Betätigung einer Klemmvorrichtung (T2) in eine Arbeitsstellung
gebracht werden kann, in der der Detektor (S) auf die Arbeitsbewegungen des Fühlstiftes
(B) während seiner Bewegung über die Prüffläche anspricht.