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Vorrichtung zum Messen oder Anzeigen von Rauhigkeiten oder Wellungen
einer Werkstückiläche Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung
oder zum Anzeigen von Wellungen oder Rauhigkeiten einer Oherfläche eines Werkstückes,
die einen von einem Aufnahmekopf getragenen Fühlstift sowie Mittel aufweist, die
den Fühlstift gegenüber dem Aufnahmekopf so unter Vorspannung setzen, daß dieser
Fühlstift in Berührung mit der Prüffläche gedrückt wird.
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Eine bekannte Vorrichtung dieser Art ist dem Gebrauchszweck nicht
so gut angepaßt, wie es von solchen Prüfgeräten verlangt wird, insbesondere da mit
ihr nicht schnell genug gearbeitet werden kann. Bei dieser Vorrichtung wird die
Oberflächenrauhigkeit durch ein abtastendes Messen bestimmt, und vor jeder Messung
ist für die Ausgangsstellung des Fühlstiftes die Meß- oder Anzeigevorrichtung auf
ihre Nullstellung einzustellen, was sehr sorgfältig durchgeführt werden muß und
einen verhältnismäßig - großen Zeitaufwand bedingt. Sehr schwierig gestaltet sieh
dabei die Messung von nicht ebenen Werkstückoberflächen, da hierbei die Krümmung
der Fläche zu berücksichtigen ist.
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ITm eine schnelle und dabei sehr genaue Messung bzw. Prüfung von
Werkstückoberflächen vornehmen zu können, wurde bereits vorgeschlagen. Vorrichtungen
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein von dem Aufnabmekopf getragenes,
abgerundetes Gleitstück in unmittelbarer Nachbarschaft des Fühlstiftes in Berührung
mit der Prüffläche gedrückt wird und eine im Inneren des Gehäuses angeordnete Antriebsvorrichtung
für den Aufnahmekopf den Fühlstift und das Gleitstück über die Prüffläche führt
und eine Detektorvorrichtung auf die Arbeitsbewegungen des Fühlstiftes bei seiner
Bewegung über die Prüffläche zum Messen bzw. Anzeigen anspricht, wobei die Vorrichtung
ein Meß- oder Anzeigeinstrument aufweist und das Gleitstück jeweils einen Bezugswert
für die zu messende oder anzuzeigende Arbeitsbewegung des Fühlstiftes vorgibt. Es
entsteht bei Vorrichtungen dieser genannten Art das Problem, eine geeignete Halterung
für die zu prüfenden Werkstücke zu schaffen, und die Erfindung bezweckt eine Lösung
dieses Problems.
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Die Erfindung sieht hei einer Vorrichtung der vorgenannten Art vor,
daß zur genauen Halterung des Werkstückes relativ zum Gehäuse dieses eine nach außen
vorragende Werkstückhalterung trägt, die einen parallel zur Richtung der Abtastbewegung
verlaufenden Schlitz aufweist, und daß der Teil des Aufnahmekopfes. der das Gleitstück
und einen den Fühlstift haltenden Arm trägt, durch die Gehäusewandung in eine solche
Stellung vorragt, daß während der Abtastbewegung der Fühlstift und das Gleitstück
durch den Schlitz der Werk-
stiickhalterung hindurch an der Prüffläche angreifen.
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Diese Maßnahmen gestatten es, mit ein und derselben Werkstückhalterung
Werkstücke unterschiedlicher Arten und Formen ohne weitere Anpassung prüfen zu können.
Die Werkstücke können ebene oder zylindrische oder beliebig gekrümmte Prüfflächen
aufweisen; es können außerdem auch Ringe und andere kreisförmig gestaltete Werkstücke
auf ihre Oberfiächenrauhigkeit geprüft werden. In keinem dieser Anwendungsfälle
ist es erforderlich, in der Ausgangsstellung des Fühlstiftes die Meß- oder Anzeigevorrichtung
auf ihre Nullstellung einzustellen, wie dies bei den bekannten Prüfgeräten der eingangs
genannten Art der Fall ist. Zweckmäßig wird ein der jeweiligen Größe durch entsprechende
Abmessung der Werkstückhalterung angepaßtes Prüfgerät verwendet.
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Die nach außen ragende Halterung für das Werkstück kann zweckmäßig
als Verlängerung eines plattenartigen Gliedes ausgebildet sein, das einen Teil des
Gehäuses bildet oder von diesem getragen wird, wobei dieses plattenartige Glied
seinerseits mit einer Nut oder einem Schlitz in Verlängerung des Schlitzes der Werkstückhalterung
versehen ist und als zusätzliche
Halterungsfläche für ein Werkstück
ausgebildet ist. Diese Maßnahmen tragen dazu bei, den Anwendungsbereich einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung auf Werkstücke unterschiedlicher Größe auszudehnen, die nacheinander
auf die Werkstückhalterung der gleichen Vorrichtung aufgelegt werden können.
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Zweckmäßig greift der Fühlstift auf der Seite des zu prüfenden Werkstückes
an, die von den Werkstückhalterungen getragen wird. In diesem Fall ist eine Ausrichtung
des Werkstückes durch die Werkstückhalterung gegeben. Selbstverständlich ist die
Erfindung auch dann anwendbar, wenn die Größe und Formgebung des Werkstückes eine
von der beschriebenen Werkstückhalterung unabhängige, zusätzliche Halterung erforderlich
macht.
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Der Aufnahmekopf einer erfindungsgemäßen Vor richtung kann durch
geeignete Mittel in dem Gehäuse entlang einer vorbestimmten, im wesentlichen geradlinigen
Bahn bewegt werden. Die Bewegung des Aufnahmekopfes entlang dieser geraden Bahn
kann auf verschiedene Weise bewirkt werden. Bei einer Ausführungsform besteht die
Vorrichtung zum Bewegen des Fühlstiftes über die Prüffläche aus einem Glied mit
einer abgerundeten Lagerfläche, die zu einer oder mehreren Führungen hin gedrückt
wird, die eine Führungsebene parallel zu der gewünschten geradlinigen Bewegung des
Aufnahmekopfes bilden, wobei dieser Aufnahmekopf kraftschlüssig mit dem Lagerglied
schwenkbar verbunden ist, und zwar in einem Abstand von der Führungsebene, der gleich
oder ungefähr gleich dem Krümmungsradius der abgerundeten Lagerfläche ist. Ferner
weist diese Ausführungsform Mittel auf, um das Lagerglied so zu bewegen, daß es
entlang der Führungsebene in der gewünschten Bewegungsrichtung des Aufnahmekopfes
rollt. Bei einer anderen Ausführungsform besteht die Vorrichtung zum Bewegen des
Fühlstiftes aus einem langen Arm, der in wirksamer Weise mit seinem einen Ende an
dem Aufnahmekopf angelenkt ist und an seinem anderen Ende ein festes Gelenk besitzt,
sowie aus Mitteln, durch die der lange Arm so bewegt wird, daß er sich um sein festes
Gelenk in einer Ebene dreht, die die gewünschte Bewegungsrichtung des Aufnahmekopfes
enthält, wodurch sich die Bewegung des Aufnahmekopfes, die einer kleinen Drehung
des langen Armes zugeordnet ist, einer geradlinigen Bewegung nähert. Es kann jede
dieser beiden Ausführungsformen verwendet werden, gleichviel, ob die Bezugsmeßmarke
für den Fühlstift von einem auf dem Fühlstifthaltenrm getragenen Gleitstück gebildet
wird oder nicht.
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Die zweckmäßigste Form des Detektors ist meist ein elektrischer Übertrager,
der mit dem Fühlstifthaltearm auf verschiedene Art und Weise gekuppelt wird. Eine
solche Ausführungsform weist mindestens zwei normalerweise in Arbeitsstellung befindliche
Kupplungen zwischen dem Fühlstifthaltearm und einem Detektor bzw. zwischen diesem
Detektor und dem Aufnahmekopf auf, und mindestens eine von diesen zwei Kupplungen
ist nachgiebig oder ausschaltbar, um den Detektor unempfindlich für die Arbeitsbewegungen
des Fühlstiftes machen zu können.
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Weiter ist eine Klemmvorrichtung vorgesehen, 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 Iassen. Dabei kann die nachgiebige oder ausschaltbare
Kupplung ein Glied aufweisen, das sich bei nicht festgeklemmter Kupplung
um eine
parallel zur Prüffläche verlaufende Schwenkachse schwellen kann; die Klemmvorrichtung
besitzt dann ein Elauenpaar, das bei Betätigung eine Greifkraft parallel zu dieser
Schwenkachse auf das erwähnte Glied ausübt. Die Klemmvorrichtung wird vorzugsweise
elektromagnetisch betätigt, und in diesem Fall bestehen die beiden Klemmklauen und
das Glied zwischen ihnen vorzugsweise 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. Bei einer Ausführungsform besteht die
Verbindung zwischen dem Fühlstift und dem Detektor aus einem Fühlstifthalter, der
starr mit dem Detektor verbunden ist, und die aus dem Detektor und dem Fühlstifthalter
mit Fühlstift bestehende Einheit ist so mit dem Aufnahmekopf verbunden, daß sie
um eine Achse, die ungefähr parallel zur Prüffläche verläuft, schwenken kann, so
daß die nachgiebige Kupplung, wenn sie nicht festgeklemmt ist, eine Bewegung dieser
Einheit relativ zu dem Aufnahmekopf um diese Gelenkachse ermöglicht. Der Detektor
besteht vorzugsweise aus einem piezoelektrischen Kristall.
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Die praktische Ausführung der Erfindung kann auf verschiedene Weise
erfolgen; nachstehend wird beispielsweise eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Meß- oder Anzeigegerätes an Hand der Zeichnungen beschrieben, und zwar zeigt Fig.
1 eine schematische Seitenansicht der bevorzugten Ausführungsform, Fig. 2 eine abgeänderte
Ausführungsform der Lagerung für ein Ende des Antriebsarmes, Fig. 3 das Gehäuse
der bevorzugten Ausführungsform mit einem daran abnehmbar angebrachten zusätzlichen
Arbeitstisch, Fig. 4 und 5 das Gehäuse mit anderen darauf angebrachten Vorrichtungen,
die dazu dienen, die Anordnung des Werkstückes auf der vorstehenden Werkstückhalterung
zu erleichtern; Fig. 6 und 7 zeigen weitere solcher Vorrichtungen für das Gehäuse,
Fig. 8 eine andere Antriebsmöglichkeit für den Antriebs arm, Fig. 9 einen Schalter,
der durch den Antrieb für den Antriebsarm der Fig. 1 betätigt wird (in umgekehrter
Richtung wie bei Fig. 1 gesehen), Fig. 10 in größerem Maßstab einen vertikalen Schnitt
durch den in Fig. 1 gezeigten Aufnahmekopf, Fig. 11 eine Draufsicht auf den Aufnahmekopf
der Fig. 10 und Fig. 12 einen Schnitt der Aufuahmekopfeinheit nach der Linie 12-12
der Fig. 11.
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Bei dieser Ausführungsform befinden sich die hauptsächlichen Teile
des Gerätes in einem kastenartigen Gehäuse A (vgl. Fig. 1), dessen Oberseite aus
einer Deckplatte At aus gehärtetem Metall besteht, mit der eine geschlitzte Nase
A2 einteilig ausgebildet ist, die von der Mitte einer der Kanten der Deckplatte
vorsteht, so daß diese geschlitzte Nase A2 oberhalb der einen SeitenwandungA3 des
Gehäuses über diese nach außen vorsteht. Zweckmäßig wird in der Platte A1 eine Nut
A4 vorgesehen, die zu einem noch zu beschreibenden Zweck als Fortsetzung des Schlitzes
in der Nase A2 ausgebildet ist. Ein Fühlstift B mit einer scharfen Spitze mit sehr
kleinem Radius (z. B.
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Q,005 mm) ragt durch den Schlitz in der Nase A2 von einem Haltearm
Bt nach oben, so daß die Spitze des Fühlstiftes B ungefähr in einer Ebene mit der
Oberseite
der Nase A2 liegt. Der Haltearm Bl für den Fühlstift
erstreckt sich vom unteren Ende des Fühlstiftes B ungefähr waagerecht durch ein
Loch au in der SeitenwandungA8 des Gehäuses A und ist etwa in seiner Mitte mit einem
hohlen Aufnahnnekopf D gelenkig verbunden, der im allgemeinen parallel zur Deckplatte
A1 in dem Gehäuse verläuft. Der Aufnahmelsopf ist etwa in seiner Mitte mit einem
Ende eines Antriebsarmes E gelenkig verbunden, dessen anderes Ende mit einer abgerundeten
LagerflächeEl versehen ist, die mit einer ebenen Führungsfiäche Pl auf einem nach
oben ragenden Ansatz F am unteren Teil des Gehäuses A in Rollberührung steht. Der
Fühlstiftarm B1 erstreckt sich in Längsrichtung parallel zum Aufnahmekopf D, wobei
die Achse seiner Gelenkverbindung mit diesem Kopf quer zur Längserstreckung verläuft.
Wie am deutlichsten in Fig. 11 gezeigt, besteht die Gelenkverbindung zwischen dem
Aufnahmekopf D und dem Antriebsarm E vorzugsweise aus einem Paar Gewindeschrauben
E5, die durch die Seitenwandungen Dl des Aufnahmekopfes D nach innen ragen; diese
spitzen Vorsprünge E5 erfassen zwischen sich den Antriebsarm E in einer solchen
Weise, daß eine Drehachse im rechten Winkel zur Längserstreckung des Aufnahmekopfes
D festgelegt wird. Das andere Ende des Antriebsarmes E ist mit dem einen Ende einer
Blattfeder G verbunden, die in Längsrichtung in der Ebene der Führungsfläche Pl
verläuft, auf der die Lagerfläche El auf dem Arm E abrollt; das andere Ende dieser
Feder ist in der Ebene dieser Führungsfläche an einem nach innen ragenden Vorsprung
Fs der Seitenwand des Gehäuses A befestigt. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird die abgerundete
Lagerfläche El vorzugsweise durch die abgerundeten unteren Kanten von zwei Platten
E begrenzt, die am unteren Ende des Antriebsarmes E an dessen beiden Seiten angebracht
sind. Der nach oben ragende Vorsprung F, der die ebene Führungsfläche Fl 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 G in der Ebene
der Führungsfläche Pl 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 ab gerundeten Lagerfläche E1 und
der Führungsfläche Fl verhindert wird, andererseits aber in einer senkrecht zu dieser
Führungsfläche verlaufenden Richtung so weit biegsam ist, daß eine Drehbewegung
des Antriebs armes E um die Krümmungsachse seiner abgerundeten Lagerfläche El ohne
weiteres möglich ist. Diese Lagerfläche El ist um die Achse der Gelenkverbindung
zwischen dem Aufnahmekopf D und dem Antriebsarm E, die von den beiden obenerwähnten
spitzen Vorsprüngen Es bestimmt wird, zylindrisch gekrümmt, so daß sich bei einer
Rollbewegung diese Gelenkverbindung in einer geradlinigen Bahn parallel zur Führungsfläche
F1 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 Geienkband verwendet werden. Beispielsweise ist bei
der Ausführungsform der Fig. 2 eine Federverbiiidung H zwischen dem unteren Ende
des Antriebsarmes E und einem vom Boden des Gehäuses A nach oben stehenden VorsprungH1
befestigt, so daß dieses GelenkbandH in wirksamer Weise ein Scharnier bildet, um
das sich der Antriebsarm E drehen kann. Der Antriebsarm E
wird mit I Hilfe eines
Messerschneidenpaares Hf am unteren Ende des Antriebsarmes E an dessen beiden Seiten
frei auf dem Boden des Gehäuses A gelagert, wobei diese Messerschneiden H2 mit einem
Paar Berührungsflächen II3 auf einem vom Boden des Gehäuses A nach oben ragenden
Ansatz H4 in Eingriff gelangen. Bei dieser Anordnung ist ersichtlich, daß sich die
Gelenkverbindung zwischen dem Aufnahmekopf D und dem Antriebsarm E auf einer gekrümmten
Bahn bewegt, wobei das Ausmaß der Annäherung an eine geradlinige Bahn von der Länge
des Antriebsarmes E abhängt.
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Der Aufnahmekopf D trägt einen Haltearm J3, der sich in Längsrichtung
parallel zuin Aufnahmekopf D unterhalb des Haltearmes B1 für den Fühlstift erstreckt
und ein kufenförmiges Gleitstück J mit einem im Vergleich zum FühlstiftB großen
Radius (z. B.
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2,5 cm) trägt; dieser Arm Il erstreckt sich durch das Loch 245 in
der Gehäusewandung A3 unterhalb des geschlitzten Ansatzes A2, so daß das Gleitstück
J nach oben durch den Schlitz in der Nase A2 neben dem Fühlstift B hindurchragt.
Der Aufnahmekopf D ist in bezug auf das obere Ende des Antriebsarmes E ausbalanciert,
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 das diese Fläche aufweisende Werkstück auf dem geschlitzten Ansatz
242 angeordnet wird, der somit eine Halterung für das V\rerkstück bildet. Wie in
Fig. 3 gezeigt, kanil, wenn die Fläche eines Körpers geprüft werden soll, ein zusätzlicher
Halterungstisch Z mit einem Schlitz Vl, der der Nase A" angepaßt ist, an dem Gehäuse
A befestigt werden und bildet hierbei dann eine Verlängerung der gehärteten Deckplatte
Al. Dann wird der Körper mit seiner zu prüfenden flachen Fläche auf dem Zusatztisch
V über der geschlitzten Nase A2 angeordnet und ist dann zur Prüfung bereit.
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Es ist zu bemerken, daß in Fig. 3 und ebenso auch in den noch zu beschreibenden
Fig. 4 und 5 der Fühlstift B und das Gleitstück 1 und auch ihre entsprechenden Haltearme
B1 und Jt aus Gründen der Deutlichkeit fortgelassen wurden. Von einem U-förmigen
Träger W (Fig. 4), der an einer zweiten Seitenwandung A6 des Gehäuses A angebracht
ist, wird ein plattenförmiger Teil W1 getragen, der parallel zum Schlitz der Nase
A2 in einer vertikalen Ebene verläuft und eine Begrenzung bildet, an die der zu
prüfende Körper angelegt werden kann, damit er genau in die gewünschte Lage gebracht
wird. Der U-förmige Träger W, der an der Wandung A6 des Gehäuses A vorsteht, dann
nach oben ragt und hierauf waagerecht über die gehärtete Deckplatte Al führt, kann
von der SeitenwandungH6 des Gehäuses A aus nach innen und außen verschoben werden,
wodurch der Abstand der Begrenzung Wl von der Nase A2 eingestellt werden kann. Die
Bewegung des Trägers W innerhalb und außerhalb des Gehäuses 4 kann entweder durch
Reibung oder auch mit Hilfe einer feststellbaren und lösbaren Klammer geregelt werden.
Vorzugsweise besteht der U-förmige Träger aus zwei Teilen; der obere Teil, der die
Begrenzung W1 trägt, ist abnehmbar an dem unteren Teil W2 befestigt, so daß eine
Anzahl verschieden großer Begrenzungsstücke ohne weiteres in dieser Lage angebracht
werden können. Obgleich dies nicht gezeigt ist, können gegebenenfalls Mittel vorgesehen
werden, um das Begrenzungsstück W1 um eine waagerechte Achse einzustellen und auszurichten.
Wenn es nun erforderlich ist, eine Linie auf der Oberfläche eines zylindrischen
Körpers
parallel zur Achse des Körpers zu prüfen, kann dieser auf den Arbeitstisch Al gebracht
und etwas belastet werden, so daß er gegen das Begrenzungsstück rollt. Der Abstand
des Begrenzungsstückes Wl von der Nase A2 wird so eingestellt, daß, wenn der zylindrische
Körper an diesem Begrenzungsstück anliegt, die gewünschte zu prüfende Linie auf
dem Körper sich über dem Schlitz in der Nase A2 befindet. Um einen zylindrischen
Körper mit kleinen rem Durchmesser zu prüfen, kann dieser Körper genau auf der Nase
A2 angeordnet werden, indem er in die Nut A4 der gehärteten Deckplatte 41 gelegt
wird.
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Gleichviel, ob der Schlitz bis zu dem freien Ende der Nase A2 führt,
wie dies in der Zeichnung gezeigt ist, oder nicht, kann die Nut A4 sich in jedem
Fall bis zu diesem freien Ende fortsetzen, so daß ein langer zylindrischer Körper
ohne weiteres in der richtigen Lage angeordnet werden kann. Zur Unterstützung der
Anbringung von ringförmigen und rohrförmigen Körpern weist das Gehäuse einen Bügel
X auf, der parallel zur Fühlstiftbewegung in der Wandung43 des Gehäuses A, durch
die der Fühlstiftarm Bl hindurchragt, einstellbar verschoben werden kann.
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Wie in Fig. 5 gezeigt, kann der Bügel X zur Erleichterung der Anordnung
von Ringen eine Rückplatte Xl tragen, die senkrecht zur Richtung der Fühlstiftbewegung
angeordnet ist und bei X2 eine Aussparung für die Nase A2 aufweist, gegen deren
frei liegende Seite ringförmige Werkstücke gedrückt werden können, die auf der Nase
A2 liegen; die ringförmigen Werkstücke können gegebenenfalls mittels des oben beschriebenen
Begrenzungsstückes W1 auch seitlich angeordnet werden, das gewünschtenfalls für
diesen Zweck nach oben und nach unten vorstehende Teile besitzen kann. Ferner ist
in Fig. 5 auf dem Gehäuser ein Knopf Xs gezeigt, um den Bügel X über eine I(upplung
aus Zahnstange und Ritzel anzutreiben.
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In Fig. 6 ist eine andere Ausführungsform in Form einer vertikal
einstellbaren V-förmigen Halterung X4 gezeigt, die vom äußeren Ende des Bügels X
getragen wird und mit der Unterseite eines Rohres in Eingriff gelangt, dessen innere
zu prüfende Wandung auf der Nase A2 ruht. Sowohl die einstellbare Begrenzung W'
als auch die einstellbaren Führungsplatten Xl oder X4 können gewünschtenfalls vollständig
von dem Gehäuse A abgenommen werden. Um kleine ringförmige Werkstücke, die auf der
Nase ohne die Führungsplatte aufgehängt werden können, in ihrer Lage zu halten,
kann ein seitlich einstellbarer Anschlag vorgesehen werden. Zum Beispiel kann, wie
in Fig. 7 gezeigt, dieser Anschlag aus einer Anschlagplatte X5 bestehen, die parallel
zur Nase A2 am Ende eines Stabes X6 befestigt ist, der seinerseits einstellbar an
dem Bügel X angebracht ist, so daß die Anschlagplatte X5 zur Nase A2 hin- oder von
dieser wegbewegt werden kann.
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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 und
sich das oberen Ende des Antriebsarmes E in einer praktisch geraden Linie bewegt
und hierbei den Aufnahmekopf D mit sich führt. Somit bewegt sich also der Aufnahmekopf
D in einer praktisch geraden Linie über die Prüffläche, wobei das Gleitstück 1 ständig
nach oben in Berührung mit der Prüffläche gedrückt wird, und zwar durch die zuvor
erwähnte Feder D2, die auf den Aufnahmekopf D um die Achse der Gelenkverbindung
am oberen Ende des Antriebsarmes E einwirkt.
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Die Mittel für den Antrieb des Antriebsarmes E können aus einem Elektromotor
Q bestehen, der über ein Reduziergetriebe Q1 und Q2 eine Welle Q3 antreibt, die
an ihrem einen Ende ein Sägeprofilgewinde Q4 besitzt (Fig. 8). 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 Aufnahmekopf D in seine Ausgangssteilung zurückgestoßen werden,
wobei die Halbmutter Q5 über die Gewindegänge der Welle Q5 gleitet.
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Vorzugsweise wird jedoch, wie in Fig. 1 gezeigt, der Antriebsarm
von einem Kurbelarm K3 angetrieben, der exzentrisch an einem vom Elektromotor K
über einen Antriebsriemen K1 angetriebenen Kurbelrad K2 angelenkt ist. Schalter
für die Steuerung des Motors K und der Klemmvorrichtung, die nachstehend noch beschrieben
werden, werden zweckmäßigerweise von einem Nocken betätigt, der auf der Kurbelwelle
K4 für das Kurbelrad K2 angebracht ist.
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Eine für diesen Zweck geeignete Anordnung ist in Fig. 9 gezeigt,
und vorzugsweise wird hierbei der Nocken L außerdem zur Steuerung eines Schalters
Lt 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 M1 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 M8, 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 Nt auf dem Nocken
L derart in Eingriff gelangt, daß eine geringe Drehung des Nokkens L bewirkt wird,
die jedoch ausreicht, um den Motorschalter L1 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 Kontaktsteuerelemente
L7 bzw. LS zur Betätigung des Motorschalters Lt bzw. des Klemmvorrichtungsschalters
L2, ferner ist auf den Armen eines gegabelten Teils des Hebels L4 ein Paar von miteinander
ausgerichteten kontaktsteuerbetätigenden Elementen L9 vorgesehen, die zwei Kontaktpaare
P und po für das integrierende Meßgerät steuern. Jeder Kontakt der Kontaktpaare
P und Pl befindet sich zweckmäßig 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 F 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 LA
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 das
Meßgerät 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 pA zu schließen, wodurch die Zählkreise für die
Aufnahme von Signalen nach Maßgabe der Bewegungen des Fühlstiftes bereitgemacht
werden. 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 KontaktpaarP1 geöffnet, worauf das auf Grund der Bewegungen des Fühlstiftes
aufgenommene Signal gezählt wird. Eine Drehung des Nockens L um weitere 90° schließt
das KontaktpaarP, wodurch das Meßgerät kurzgeschlossen und hierdurch der Zeiger
des Gerätes in seiner Anzeigestellung, d. h. auf dem Anzeigewert gehalten wird.
Bei einer weiteren Drehung des Nockens L wird der Klemmvorrichtungsschalter L2 und
dann der Motorschalter L1 ge öffnet, 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 über
die Prüffläche bewegt haben und während der restlichen Drehung in die Ausgangsstellung
zurückgeführt wurden. Die zugehörigen Nockenantriebs- und Schaltvorrichtungen sind
in dem GehäuseA an der einen Seite des Antriebsarmes E angebracht. Wenn der Antrieb
gemäß der Fig. 8 verwendet wird, kann auf der Welle Q3 ein den Schalter steuernder
Nocken angebracht werden.
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Die Verwendung eines auf diese Weise arbeitenden integrierenden Meßgerätes
in Verbindung mit einer einzigen verhältnismäßig langsamen Bewegung des Fühlstiftes
über die Prüffläche ist bei weitem zu bevorzugen, obgleich gewünschtenfalls auch
andere Ausführungsformen eines Meß- oder Anzeigegerätes verwendet werden können.
So ist es z. B. auch möglich, daß der Fühlstift über die Prüffläche hin- und her-Bewegt
wird und ein stark gedämpftes Voltmeter für die Anzeige der durchschnittlichen Rauhigkeit
verwendet wird. Es ist gewünschtenfalls ferner möglich, eine fortlaufende Aufzeichnung
der Ob erflächenrauhigkeit an Stelle einer Durchschnittsanzeige zu erhalten, indem
ein Kathodenstrahloszillograph oder ein Schreibfedergerät als Meßgerät verwendet
wird.
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Vorzugsweise wird eine Vorrichtung zum Aufzeichnen der Arbeitsbewegungen
des Fühlstiftes relativ zu dem kufenförmigen Gleitstück verwendet mit einer Kupplung
zwischen dem Fühlstiiftarm und einem verhältnismäßig »steifen« Detektor, z. B. einen
piezoelektrischen Kristall, der allen Bewegungen außer
einer sehr kleinen Bewegung
einen erheblichen Widerstand entgegensetzt Bei einem solchen Detektor ist es zweckmäßig,
eine Kupplung vorzusehen, die den verhältnismäßig großen Bewegungen angepaßt ist,
die für das anfängliche Einstellen des Fühlstiftes in die richtige Berührung und
unter dem gevwünschten Berührungsdruck mit der Prüffläche erforderlich ist, wobei
jedoch gleichzeitig die gewünschte Empfindlichkeit des Detektors für die kleinen
Bewegungen des Fühlstiftes beim Bewegen über die Prüffläche aufrechterhalten wird.
Es ist ersichtlich, daß bei der oben beschriebenen Anordnung für das Anbringen verschieb
den er Arten von Werkstücken eine ausreichende Anfangsbewegung des Fühlstiftes ermöglicht
werden muß, damit die anfänglichen Extremstellungen des Fühlstiftes mit erfaßt werden,
die auftreten, erstens wenn der Prüfling ein Ringkörper mit einem kleinen Radius
ist und die Prüflinie auf seiner Innenfläche liegt und zweitens wenn ein Zylinder
mit einem kleinen Radius in der Nut über dem Schlitz in der Nase liegt und seine
Prüflinie unterhalb der Oberseite der Nase verläuft. Es ist ferner zweckmäßig, jedoch
nicht wesentlich, daß diese anfängliche Bewegung nicht von einer Kraft begleitet
wird, die durch infolge der relativen Steifheit auftretende Kristallspannung entstehen
könnte.
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Eine Ausführungsform ist in den Fig. 10, 11 und 12 dargestellt, die
den Aufnahmekopf in größerem Maßstab zeigen. Wie bereits zuvor erwähnt, besteht
ein solcher Aufnahmekopf aus einem hohlen Körper, dessen Mittelteil mit dem oberen
Ende des Antriebsarmes E gelenkig verbunden ist. Der Haltearm Jl des Gleitstückes
ist an dem einen Ende dieses hohlen Aufnahmekopfes D mittels zweier Befestigungsschrauben
J1 angebracht. Der Haltearm BA für den Fühlstift, dessen eines Ende mittels einer
Schraube C6 an dem Querstück C befestigt ist, ist mit dem Aufnahmekopf D mit Hilfe
einer aus einer Messerschneide und einem Gel enkband bestehenden Verbindung gelenkig
verbunden. Somit trägt der Aufnahmekopf D zwei waagerechte Messerschneiden Cl, die
quer zur Längsrichtung des Aufnahmekopfes 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 be!iden Messerschneiden Ci 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 Aufnahmekopf D
angebracht.
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Die Schrauben für die Befestigung der Gelenkbänder C2 sind mit C3
bezeichnet. Die Gelenkbänder C2 dienen dazu, das Spiel an den Messerschneiden C1
zu vermindern. Um das Querstück C mit den Messerschneiden C1 im Eingriff zu halten,
drückt eine Feder C4 das Querstück nach unten, wobei die Befestigung C5 für diese
Feder C4 SO in dem Aufnahmekopf D angebracht ist, daß sie in der Längsrichtung des
Aufnahmekopfes 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 Aufnahmekopf D und das Gleitstück J etwas nach oben gedrückt wird.
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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 B1 für den Fühlstift erstreckt
und zwisde.1 den hochstehenden Vorsprüngen Rl der Querhalte-109 508/178
rung
R hindurchführt. Ein einstellbarer Anschlag R2 ragt von der Querhalterung R in dem
Aufnahmekopf D nach oben und berührt das Detektorelement S etva in der Mitte. Das
Detektorelement S ruht auf dem AnschlagR2, so daß die Höhe dieses Anschlages R2
bestimmt, wie weit die Spitze des Fühlstiftes B anfangs über die Spitze des Gleitstückes
J hinausragt.
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Das Detektorelement S ist über einen Verstärker mit einer Anzeigevorrichtung
verbunden, mit der die Änderungen in der elektrischen Potentialdifferenz, die durch
ein solches piezoelektrisches Element erzeugt werden, als seine Biegungsänderungen
gemessen werden können.
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Das vom Querstück C und von den Vorsprüngen Rl 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 Aufnahmekopf D eine Klemmvorrichtung, die bei Betätigung (z. B.
mittels des zuvor beschriebenen nockenbetätigten Schalters) eine Gerade durch den
plattenartigen Anker T parallel zur Achse der Gelenkverbindung für das Querstück
C bildet, das den Fiihlstilft B und das Detektorelement S trägt. Wie in den Fig.
10, 11 und 12 gezeigt, besteht diese Klemmvorrichtung aus einem Paar magnetisierbarer
Kerne T2, die in Nuten an der Unterseite der Querhalterung R festgeklemmt sind,
die ihrerseits mit Hilfe einer von einer Klemmschraube T4 gehaltenen magnetisierbaren
Klemmplatte T3 von dem Aufnahmekopf 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 Weller2 nach oben zu der einen Seite des plattenartigen Ankers
T erstreckt. Der magnetische Fluß über die Kernes2, die Klemmplatte T3, die Klemmarme
T5, den Anker T und die Luftspalte an jeder Seite des Ankers wird durch den durch
die Wicklungen T1 der Spulen T6 fließenden Strom erzeugt. Wenn diese Wicklungen
T1 eingeschaltet sind, werden die Klemmarme T5, die an ihren Halteachsen T2 angelenkt
sind, zueinander hingezogen, wodurch der Anker T zwischen ihnen im vvesentlichea
an in einer Geraden liegenden Stellen ergriffen wird. Der Deutlichkeit halber in
Fig. 11 fortgelassene, jedoch in Fig. 12 dargestellte Anschläge T7 sind vorgesehen,
um den Spalt zwischen den Klemmarmen T5 und dem Anker T zu begrenzen, wenn die Wicklungen
T1 nicht erregt sind. Gewünschtenfalls können schwache, nicht gezeigte Rückholfedern
vorgesehen werden, um die Klemmarme T5 beim Ausschalten der Wicklungen T1 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
B1 und das vom Querstück getragene Detektorelement S nicht mehr relativ zu dem Aufnahmekopf
D schwenken können, ohne das Detektorelement 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 einer der beschriebenen Arten auf dem vorstehenden Nasenhalter
A2 angeordnet wurde. Wie bereits erwähnt, wird das vom Aufnahmekopf D getragene
Gleitstück J von der Feder D2 etwas nach oben in Berührung mit der Prüffläche gedrückt.
Die Vorspannung der auf dem Quer stück C befindlichen Feder C4 wird zuvor so eingestellt,
daß der Fühlstift B mit dem erforderlichen ge-
ringen 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 1 hinausragt.
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. 9 beschrieben wurde, wobei die Klemmvorrichtung anschließend so bewirkt,
daß das eine Ende des Detektorelementes S relativ zum Aufnahmekopf D ortsfest eingestellt
wird. Der Fühlstift B wird durch die Wirkung der Vorspannfeder C4 noch in Berührung
mit der Prüffläche gehalten, und wenn die Klemmvorrichtung betätigt wird, wird das
Detektorelement S von Spannung 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
zu dem Aufnahmekopf D entsprechend den Rauhigkeiten der Prüffläche 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 Vorrichtung kann auch auf andere Weise abgewandelt werden. So
braucht z. B. der Detektor nicht aus einem Kristall oder einem anderen verhältnismäßig
steifen Teil zu bestehen, sondern kann ein be liebiger Ubertrager sein, der eine
Spannung oder Strom erzeugen oder modulieren kann, wenn der eine Teil des tbertragers
einer Bewegung unterzogen wird. Weiter können auch die Anbringung des Aufnahmekopfes
auf dem Antriebs arm und die Mittel für den Antrieb dieses Armes durch eine andere
Vorrichtung ersetzt werden, die den Aufnahmekopf auf der gewünschten Bahn antreibt,
die gerade oder gebogen sein kann oder auch jede beliebige andere Form besitzen
kann. Beispielsweise kann das Gleitstück, statt direkt an der Werkstückfläche anzugreifen,
auch nach unten gerichtet und mit einer flachen oder anders geformten Bezugsfläche
in Berührung gebracht werden.
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Es kann auch auf der Unterseite des Gleitstückarmes ein Lagerteil
vorgesehen werden, das mit einem Ende einer radialen Führungsstange mit Kugelkopf
in Eingriff gelangt, deren anderes Ende in einem Lager auf dem Gehäuse ruht.
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Es ist ferner hervorzuheben, daß zwar der Zweckmäßigkeit halber die
vorragende Werkstückhalterung als waagerecht über einer Kante des Gehäuses vorstehend
beschrieben wurde, das Gehäuse aber auch in umgekehrter Lage oder irgendeiner anderen
Stellung angebracht werden kann, wobei die Teile des Aufnahmekopfes so ins Gleichgewicht
gebracht werden, daß sie auch in diesen anderen Stellungen arbeiten können. Auch
braucht in diesem Fall die Nase nicht geschlitzt zu sein, da der Fühlstift an der
Seite der Nase nach oben ragt und mit der Prüffläche in Berührung gelangt.
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Der Verstärker und die Meßgeräte befinden sich vorzugsweise in einem
Gehäuse, das von dem oben beschriebenen Gehäuse A, das die Werkstückhalterung trägt,
getrennt ist. Diese beiden Gehäuse sind dann miteinander durch biegsame elektrische
Kabel verbunden, um den Detektor mit dem Verstärker und gegebenenfalls auch die
nockengesteuerten Schalter mit
dem integrierenden Gerät elektrisch
zu verbinden Die Verwendung von zwei durch biegsame Kabel verbundenen Gehäusen erleichtert
die Bewegung des die Werkstückhalterung tragenden Gehäuses A, so daß dieses Gerät
gewünschtenfalls so angewendet werden kann, daß die Nase A2 auf die Prüffläche aufgelegt
wird, statt den zu prüfenden Körper auf der Nase zu tragen. Zu diesem Zweck kann
beispielsweise das Gehäuse A mit der Werkstückhalterung an einem beweglichen Träger
oder ausschwenkbaren Arm getragen werden, der seinerseits an einem geeigneten Haltegestell
angebracht ist.
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PATENTANSPROCHE: 1. Vorrichtung zur Messung oder zum Anzeigen von
Wellungen oder Rauhigkeiten einer Oberfläche eines Werkstückes, die einen von einem
Aufnahmekopf getragenen Fühlstift sowie Mittel aufweist, die den Fühlstift gegenüber
dem Aufnahmekopf so unter Vorspannung setzen, daß dieser Fühlstift in Berührung
mit der Prüffläche gedrückt wird wobei der Aufnahmekopf relativ zu einem die Vorrichtung
umschließenden Gehäuse so unter Vorspannung gesetzt wird, daß ein abgerundetes Gleitstück,
das von diesem Aufnahmekopf getragen wird, in unmittelbarer Nachbarschaft des Fühlstiftes
in Berührung mit der Prüffläche gedrückt wird, ferner eine im Inneren des Gehäuses
angeordnete Antriebsvorrichtung für den Aufnahmekopf den Fühlstift und das Gleitstück
über die Prüffläche führt und eine Detektorvorrichtung auf die Arbeitsbewegungen
des Fühlstiftes bei seiner Bewegung über die Prüffläche zum Messen bzw.
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Anzeigen anspricht und ein Meß- oder Anzeigeinstrument aufweist,
wobei das Gleitstück jeweils einen Bezugswert für die zu messende oder anzuzeigende
Arbeitsbewegung des Fühlstiftes vorgibt, dadurch gekennzeichnet, daß zur genauen
Halterung des Werkstückes relativ zum Gehäuse (,-l) dieses eine nach außen hervorragende
Werkstückhalterung (A2) trägt, die einen parallel zur Reich tung der Abtastbewegung
verlaufenden Schlitz aufweist, und daß der Teil des Aufnahmekopfes (D), der das
Gleitstück (J) und einen den Fühlstift (B) haltenden Arm (U1) trägt, durch die Gehäusewandung
(A8) in eine solche Stellung vorragt, daß während der Abtastbewegungen der Fühlstift
und das Gleitstück durch den Schlitz der Werkstückhalterung hindurch an der Prüffläche
angreifen.