DE1077441B - Taststift fuer Feintaster oder Oberflaechenpruefgeraet - Google Patents

Taststift fuer Feintaster oder Oberflaechenpruefgeraet

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DE1077441B
DE1077441B DES62435A DES0062435A DE1077441B DE 1077441 B DE1077441 B DE 1077441B DE S62435 A DES62435 A DE S62435A DE S0062435 A DES0062435 A DE S0062435A DE 1077441 B DE1077441 B DE 1077441B
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DE
Germany
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stylus
transducer elements
contact
precision
electrostrictive
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Pending
Application number
DES62435A
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English (en)
Inventor
Paul-Friedrich Warning
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Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Original Assignee
Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/34Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G01B7/345Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces for measuring evenness

Description

  • Taststift für Feintaster oder Oberflächenprüfgerät Sowohl bei Feintastern, wie sie zur sehr genauen Längenmessung benutzt werden, wie auch bei registrierenden Oberflächenprüfgeräten ist ein empfindlicher und genauer Indikator für den Kontakt des Taststiftes mit dem jeweiligen Prüfling erforderlich.
  • Bei Oberflächenprüfgeräten ist eine Lösung dieser Aufgabe bekannt, nach welcher der Taststift in Schwingungen versetzt wird und das Aufsetzen der Prüfspitze des Taststiftes auf den jeweiligen Prüfling durch die beginnende Rückwirkung auf diese Schwingung indiziert wird. Dabei ist ein elektrodynamisches Antriebssystem vorhanden, welches den Taststift in seiner Bewegungsrichtung schwingen läßt. In einer zweiten Schwingspule wird eine der Schnelle der Taststiftspitze proportionale Spannung induziert, die bei vorgegebener Frequenz ein Maß für die Schwingungsamplitude ist. Das Aufsetzen der Prüfspitze des Taststiftes auf den Prüfling wird - daran erkannt, daß der Ausschlag eines diese induzierte Spannung anzeigenden Instrumentes zurückgeht. Diese Methode zur Indizierung des beginnenden Kontaktes einer Prüfspitze mit einem Priifling hat sich bei Oberflächenprüfgeräten bewährt. Von dem Grundprinzip eines schwingenden Taststiftes Gebrauch machend, bezweckt die Erfindung eine wesentliche Vereinfachung des Taststiftes gegenüber der von Oberflächenprüfgeräten her bekannten Ausführung. Die bekannten Tastspitzen mit dynamischen Systemen verlangen bei ihrer Herstellung eine hohe Präzision und ihre Montage ist verhältnismäßig zeitraubend. Der Schwerpunkt der Anwendung für erfindungsgemäße Taststifte liegt dabei auf dem Gebiet der Feintaster, aber sie sind für Oberflächenprüfgeräte je nach Genauigkeitsanforderung auch verwendbar.
  • Die Erfindung benutzt die Erkenntnis, daß es bei hinreichender Empfindlichkeit der Gesamtanordnung einschließlich Anzeigegerät nicht etwa erforderlich ist, eine weichgefederte Prüfspitze zu verwenden, wie es bei den bekannten dynamischen Systemen der Fall ist, sondern daß auch mit hartgefederten Prüfspitzen die gleiche Genauigkeit erreichbar ist und auch trotz harter Federung eine Beschädigung der Oberfläche des Prüflings vermieden werden kann.
  • Die Erfindung betrifft einen Taststift für Feintaster oder Oberflächenprüfgerät mit elektrischer Indizierung des Kontaktes mit dem jeweiligen Prüfling infolge Rückwirkung auf eine von ihm oder eines Teiles von ihm ausgeführte Schwingung, und sie ermöglicht dadurch besonders einfache und wenig aufwendige Ausführungen, daß zur Erzeugung der Schwingung und zur Indikation der Beeinflussung der Schwingungsamplitude je ein elektrostriktives Wandlerelement dient. Vom Prinzip der Elektrostriktion Gebrauch machende elektromechanische Wandler- elemente sind bekanntlich äußerst einfach und billig herzustellen. Auch ihre Montage ist besonders einfach durchführbar. Durch die Wahl solcher Wandlerelemente werden also erhebliche Vereinfachungen für die Herstellung von Taststiften mit schwingender Prüfspitze möglich gemacht. Einfach und zugleich vorteilhaft sind solche Anordnungen, bei denen die beiden elektrostriktiven Wandlerelemente mechanisch in Reihe geschaltet sind und in der Reihenfolge »Meßspitze - Indikatorelement - Antriebselement - Schaft des Taststiftes«. Die räumliche Anordnung in dieser Reihenfolge wird deshalb als besonders vorteilhaft vorgeschlagen. Der Schaft des Treibstiftes ist über den Meßantrieb mit dem gesamten Meßgerät fest verbunden und hat außerdem eine sehr große Masse, so daß er in jedem Falle als ruhend angesehen werden kann. Das Antriebselement erzwingt eine schwingende Bewegung von Indikatorelement und Tastspitze. Die Trägheitswirkung der Masse behafteten Tastspitze bewirkt, daß auf das Indikatorelement Kräfte ausgeübt werden, so daß also bei unbelasteter Tastspitze im Indikatorelement eine gewisse Wechselspannung erzeugt wird. Sobald die Tastspitze durch beginnenden Kontakt mit dem Prüfling in ihrer Schwingung behindert wird, steigt die im Indikatorelement erzeugte elektrische Spannung stark an und gibt somit eine zuverlässige und sehr empfindliche Anzeige für die Berührung zwischen Tastspitze und Prüfling. Den verwendeten elektrostriktiven Wandlern ist es bei dieser Anordnung eigen, daß die auftretende Schwingungsamplitude nur sehr klein ist. Demzufolge ergibt sich auf der anderen Seite eine hohe Empfindlichkeit der gesamten Anordnung. Beschädigungen der Oberfläche des Prüflings können sehr wohl vermieden werden, wenn nur die Bewegung des gesamten Taststiftes langsam genug erfolgt und nach beginnendem Kontakt rechtzeitig gestoppt wird.
  • Die weiteren Vorschläge der Erfindung betreffen die Verwendung verschiedener Wandlerelemente, die alle nach dem elektrostriktiven Prinzip arbeiten. Einmal wird vorgeschlagen, Wandlerelemente vom Typ der Dickenschwinger zu verwenden, die dann eine scheibenförmige Gestalt haben. Nach diesem Vorschlag ergeben sich besonders einfache Ausführungen.
  • Die Abb. 1 zeigt ein solches Ausführungsbeispiel. Der Schaft 1 des Treibstiftes wird durch hier nicht dargestellten Meßantrieb auf und ab bewegt. Auf sein mit glatter Schnittfläche ausgeführtes unteres Ende ist ein scheibenförmiges Wandlerelement 2 vom Typ der Dickenschwinger aufgeklebt. Es wird zu Schwingungen erregt durch eine an seine Anschlüsse 8 anzulegende Wechselspannung. Auf die freie Unterseite dieses Wandlerelementes ist das zweite Wandlerelement 3 in gleicher Weise aufgeklebt. Seine Anschlüsse9 werden mit dem Anzeigegerät verbunden.
  • Auf die freie Unterseite dieses zweiten Wandlerelementes ist die Tastspitze 4, hier als abgerundete Kuppe ausgebildet, aufgeklebt. Die Wirkungsweise der gesamten Anordnung ist nach oben Gesagtem verständlich und bedarf keiner weiteren Erläuterung.
  • Andere, kaum kompliziertere Ausführungen, denen andere Vorteile eigen sind, werden möglich, wenn gemäß weiterem Vorschlag der Erfindung die beiden Wandlerelemente vom Typ der Biegeschwinger sind und eine langgestreckte Form haben. Die Abb. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel hierzu. Dabei ist zugleich noch von dem weiteren vereinfachenden Vorschlag Gebrauch gemacht, daß die beiden Wandlerelemente zu einem gemeinsamen Teil vereinigt sind, derart, daß ein einziges Stück elektrostriktives Material mit den für beide Funktionen erforderlichen Elektroden versehen ist. Der Schaft 1 des Taststiftes und die Tastspitze 4 sind hier durch ein stabförmiges Element 5 elektrostriktiven Materials verbunden. Entsprechend der Tatsache, daß Biegeschwinger angewendet werden, liegt die Längsausdehnung dieses stabförmigen Elementes senkrecht zur Bewegungsrichtung von Schaft 1 und Priifspitze 4. Das Element 5 ist mit vier Belegungen versehen. Das dem Schaft 1 naheliegende Paar 6 der elektrischen Belegungen dient dem Antrieb, und das der Prüfspitze4 nahegelegene Paar 7 elektrischer Belegungen dient der Indikation. Dementsprechend wird also dem Elektrodenpaar 6 über die Zuleitung 8 die erregende elektrische Wechselspannung zugeführt, und an die mit dem Elektrodenpaar 7 verbundenen Zuleitungen 9 wird das Anzeigeinstrument angeschlossen. Ein solches unter Verwendung von Biegeschwingern aufgebautes System ist weicher als eine Ausführung, die nur Dickenschwinger benutzt. Dementsprechend kann mit noch geringerem Kontaktdruck der Tastspitze 4 auf die Oberfläche des Prüflings gearbeitet werden.
  • Die Schwingungsamplituden der Tastspitze 4 sind bei einer solchen Ausführung im allgemeinen größer als bei Ausführungen, die der Abb. 1 entsprechen. Biegeschwinger sind an sich nicht schwieriger herzustellen als Dickenschwinger, so daß ihre Verwendung keine merklichen Nachteile mit sich bringt. Die Verwendung nur eines einzigen Teiles elelitrostriktiven Materials bedeutet außerdem eine merkliche Vereinfachung.
  • Gegenüber bekannten Ausführungen sind Taststifte nach der Erfindung so viel einfacher und billiger herzustellen, daß der Anwendung des an sich bekannten Prinzips eines schwingenden Taststiftes ein großes Anwendungsfeld erschlossen werden dürfte. Auch ist die Umstellung an sich vorhandener Meßgeräte nach der Erfindung sehr einfach und ohne großen Aufwand nachträglich durchführbar.
  • Infolge der Massenträgheit der Prüfspitze 4 wird im Indikatorelement auch im Ruhezustand, d. h. ohne Kontakt mit dem Prüfling bereits eine geringe Wechselspannung induziert, die an den Leitungen9 zur Verfügung steht und dementsprechend einen Ruheausschlag des angeschlossenen Meßinstrumentes bewirkt. Dieser Ruheausschlag kann in der Praxis sehr wohl als Anzeige für die Betriebsbereitschaft benutzt werden. Es ist aber auch möglich, die Empfindlichkeit der Anordnung zu erhöhen, indem gemäß weiterem Vorschlag der Erfindung die Ausgangsspannung des Indikatorelementes mit der Speisespannung des Erregerelementes nach Betrag und Phase so miteinander kombiniert wird, daß für das Anzeigeinstrument eine Kompensation des Ruheausschlages, wie er ohne Kontakt mit dem Meßobjekt an sich vorhanden wäre, erreicht wird. Die Abb. 3 zeigt beispielhaft das Wirkschaltbild einer solchen Schaltungsanordnung. Ein Generator 10 erzeugt die Erregerwechseispannung, die über den Anschluß 8 dem Erregerelement vom Taststift zugeleitet wird und dort die mechanische Schwingung der Prüfspitze bewirkt. Die Ausgangsspannung des Indikatorelementes wird über den Anschluß 9 einem Vorverstärker 11 zugeführt und im Anzeigeinstrument 12 angezeigt. Ein nach Betrag und Phase durch die Schaltungsanordnung 13 entsprechend eingestellter Anteil der vom Generator 10 erzeugten Wechselspannung wird mit der Indikatorspannung unter Differenzbildung vereinigt, wobei die Dimensionierung so getroffen ist, daß gerade der Ruheausschlag am Instrument 12 kompensiert wird. Es ist aber auch möglich, die Dimensionierung so zu wählen, daß nur eine Teilkompensation des Ruheausschlages erreicht wird. Unter Verzicht auf einen Teil der Empfindlichkeitssteigerung kann dadurch die Anzeige der Betriebsbereitschaft erhalten bleiben.
  • PATENT.\NSYRUCEIE.
  • 1. Taststift für Feintaster oder Oberflächeilprüfgerät mit elektrischer Indizierung des Kontaktes mit dem jeweiligen Prüfling infolge Rückwirkung auf eine von ihm oder eines Teiles von ihm ausgeführte Schwingung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Schwingung und zur Indikation der Beeinflussung der Schwingungsamplitude je ein elel;trostriktives Wandlerelement dient.

Claims (1)

  1. 2. Taststift nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden elektrostriktiven Wandlerelemente mechanisch in Reihe geschaltet sind in der Reihenfolge » Meß spitze-- Indikatorelement Antriebselement Schaft des Taststiftes«.
    3. Taststift nach Anspruch 1 oder insbesondere Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wandlerelemente vom Typ der Dickenschwinger sind und scheibenförmige Gestalt haben.
    4. Taststift nach Anspruch 1 oder insbesondere Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wandlerelemente vom Typ der Biegeschwinger sind und langgestreckte Form haben.
    5. Taststift nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wandlerelemente zu einem gemeinsamen Teil vereinigt sind, derart, daß ein einziges Stück elektrostriktiven Materials mit den für beide Funktionen getrennten Elektroden versehen ist.
    6. Schaltungsanordnung für eineil Treibstift nach einem oder mehreren der Ansprüche -l bis 5 zur Indikation seines Kontaktes mit dem Meßobjekt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des Indikatorelementes mit der Speise- spannung des Erregerelementes nach Betrag und Phase so miteinander kombiniert ist, daß für das Anzeigeinstrument eine Kompensation des Ruheausschlages, wie er ohne Kontakt mit dem Meßobjekt an sich vorhanden wäre, erreicht wird.
DES62435A 1959-04-03 1959-04-03 Taststift fuer Feintaster oder Oberflaechenpruefgeraet Pending DE1077441B (de)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3190113A (en) * 1962-11-28 1965-06-22 Kaman Aircraft Corp Electro-mechanical torque sensing device and method
DE2711976A1 (de) * 1976-03-19 1977-09-22 Ampex Magnetkopfeinheit fuer videobandaufzeichnungsgeraete
DE3003370A1 (de) * 1980-01-31 1982-01-07 Elan-Schaltelemente Kurt Maecker Gmbh, 4040 Neuss Feinmesstaster, insbesondere als wegaufnehmer fuer laengenmessgeraete
WO1992008101A1 (de) * 1990-11-05 1992-05-14 Jenoptik Carl Zeiss Jena Gmbh Anordnung zum messen linearer abmessungen auf einer strukturierten oberfläche eines messobjektes
WO1992008102A1 (de) * 1990-11-05 1992-05-14 Jenoptik Carl Zeiss Jena Gmbh Anordnung zum messen linearer abmessungen auf einer strukturierten oberfläche eines messobjektes

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WO1992008102A1 (de) * 1990-11-05 1992-05-14 Jenoptik Carl Zeiss Jena Gmbh Anordnung zum messen linearer abmessungen auf einer strukturierten oberfläche eines messobjektes

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