DE1284097B

DE1284097B - Oberflaechenmessgeraet

Info

Publication number: DE1284097B
Application number: DEP36330A
Authority: DE
Inventors: Gerighausen; Dreyer Heinz; Dipl-Ing Dr-Ing Johannes; Kunzmann Konrad; Perthen; Dipl-Ing Werner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1965-03-20
Filing date: 1965-03-20
Publication date: 1968-11-28
Also published as: GB1221090A; US3580062A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Oberflächenmeßgerät, .,chergröße des Integrators verstellt, indem entweder bei dem eine mit einem elektromechanischen Meß- ' die Größe des Ladewiderstandes bei Konstanthaltung wertwandler verbundene Tastspitze relativ zu dem der Größe des Speichers des Integrators oder die zu prüfenden Werkstück längs dessen Oberfläche um Größe des Speichers des Integrators bei Konstantbestimmte Meßstrecken verschoben wird, wobei die 5 haltung der Größe des Ladewiderstandes verändert Bewegungen der Tastspitze senkrecht zur Werkstücks- wird.

oberfläche mittels des Meßwertwandlers in elektrische Es kann auch die relative Anschaltdauer des Inte-

Meßwerte umgewandelt werden, die nach Verstärkung grators an die Meßanordnung bei Konstanthaltung auf eine elektronische Recheneinrichtung gegeben der Speichergröße und der Ladewiderstandsgröße werden, welche die Mittelwerte des Oberflächenprofils io verändert werden, indem eine Meßwertuntersetzungsüber eine bestimmte Meßstrecke (Prüflänge) dadurch einrichtung aus einem oder mehreren regelbaren bildet, daß die Ausgangswerte eines Integrators für Widerständen oder Kondensatoren vor oder hinter die Streckenintegration durch eine der Meßstrecke dem Integrator verstellt wird.

entsprechende Meßzeit dividiert werden. Beispielsweise kann man ein verstellbares hoch-

Die bekannten Oberflächenmeßgeräte zur Mittel- 15 ohmiges Potentiometer als veränderlichen Ladewiderwertbildung durch Streckenintegration besitzen fest stand verwenden und dessen Einstellknopf mit einer eingestellte Meßwege {Prüflänge), beispielsweise für Skala versehen, auf welcher die Meßstrecke ange- 2, 5, 10 und 25 mm Länge. Innerhalb dieser Strecken zeigt wird. Ferner kann man in der Einstellvorrichwird unter Abzug einer Beruhigungsstrecke von etwa tung für die Bewegung des Meßtasters einen Stell-25% über die restliche Strecke (Bezugsstrecke) die 20 knopf vorsehen, mit welchem man die Länge der Mittelwertbildung durchgeführt. Diese bekannten Meßstrecke des Meßtasters einstellen kann. Durch Oberflächenmeßgeräte haben den Nachteil, daß die den Einstellknopf mit Skala kann auch ein Konden-Stufung der Prüflänge und der von der Prüflänge sator an Stelle eines Potentiometers verstellt werden, abhängigen Bezugsstrecke relativ grob ist und eine In beiden Fällen muß der Beobachter an zwei vonfeinfühlige Anpassung an die Größe des Meßobjektes 25 einander getrennten Knöpfen die Einstellung des nicht möglich ist. Außerdem müssen bei Umschaltung Gerätes auf eine bestimmte Meßlänge vornehmen, der Prüflänge auch gleichzeitig die Rechenschaltungen Zur Entlastung des Beobachters und zur Verhü-

für sämtliche Oberflächenmaße umgeschaltet werden. tung von Bedienungsfehlern wird vorteilhafterweise Zwar kann man bei den ebenfalls bekannten Ober- die Verstellvorrichtung für das Potentiometer bzw. flächenmeßgeräten, bei denen die Mittelwertbildung 30 für den Kondensator mechanisch mit der Verstelldurch Verlaufsintegration geschieht, die Meßwege vorrichtung für die Meßstrecke gekoppelt, so daß kontinuierlich einstellen. Aber die Verlaufsintegration für die Verstellung der Meßstrecke und die Anpassung ergibt keine objektiven Beobachtungsergebnisse. Viel-- des Potentiometers bzw,_; des Kondensators nur ein mehr wird der Mittelwert aus den Zeigerschwankun- einziger Einstellknopf bedient werden muß. gen eines Anzeigeinstrumentes durch visuelle Beob- 35 Der stetig regelbare Widerstand oder die Kapazität achtung seitens des Prüfers abgeleitet. Die Fest- kann auch durch dekadisch gestufte parallelzuschalstellung des Mittelwertes über eine größere Bezugs- tende Festwiderscände oder Kondensatoren gebildet strecke ist daher unsicher und schwierig. werden, die mittels Dekadenschaltern zu dem dem

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Meßweg entsprechenden Gesamtwert zusammengeein Oberflächenmeßgerät zur Mittelwertbildung des 40 schaltet werden, derart, daß man z. B. ata.' ersten Oberflächenprofils durch, elektronische. Integration ,, Dekadenschalter 0,10, 20, 30 usw. bis 100 mm Meßüber eine beliebige Meßstrecke (Prüflänge) zu " ^; weg, am zweiten Schalter 0, 1 usw. bis 9 nim Meßschaffen, wobei die Länge der gewünschten Meß- weg, am dritten Schalter 0, 0,1 usw. bis 0,9 mm strecke stetig oder vielstufig in sehr kleinen Schritten Meßweg einstellen kann, so daß insgesamt 100 mm eingestellt werden kann und trotzdem die Mittel- 45 Gesamtmeßweg um je 0,1mm steigend einstellbar wertbildung stets auf die jeweils eingestellte Meß- sind.

strecke bezogen erfolgt. Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- Ausführungsbeispiels veranschaulicht, wobei bei löst, daß die während der Abtastung des Oberflächen- ,(Verbindung der Schältzunge 70 eines Umschalters 71 prof ils stattfindende fortlaufende Addition oder 50 mit dem jContakt 72 die Speichergröße des Integra-Speieherung der Meßwerte in - der Integrationsein- ■■ t©rs 19 durch Veränderung des Ladewiderstandes richtung durch mechanische Kopplung einer Ver- bzw. des Speicherkondensators an "die Größe des Stellvorrichtung für die Prüf länge mit einer Meßwert- ; _::Meßweges angepaßt wird. Falls dagegen die Schaltuntersetzungseinrichtung vor oder hinter dem Inte- . zunge 70 mit dem Kontakt .73 verbunden ist, wird grator oder mit einer Einrichtung zur Verstellung 55' dei¹ Integrator durch Veränderung der relativen Ander Speichergröße des Integrators -stetig oder viel- schaltdauer bei Konstanthaltung der Speichergröße stufig in sehr kleinen Schritten in Abhängigkeit von \'\:äes Integrators art die.Meßweggröße angepaßt, der eingestellten Prüflänge beeinflußbar ist. Der Tastbolzen 1 und; die Spulen 2 und 3 stellen die

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird er- wesentlichen Teile eines Tasters T dar, wobei die reicht, daß die Mittelwertbildung stets der jeweils 60 Spulen 2 und 3 mit Spulen 4 und 5 zu einer Meßeingesiellten Meßstrecke entspricht, unabhängig von brücke zusammengefaßt sind, die über Leitungen 7 der Länge der Meßstrecke, und die Oberflächen- und 6 von einem Oszillator 8 mit Trägerfrequenz- · prüfung sich besser als bisher an Werkstücke mit spannung versorgt wird. Durch die axialen Bewegununterschiedlichen Abmessungen anpassen läßt und gen des Tastbolzens 1 beim Gleiten seiner Spitze ^: nicht mehrere Meßgeräte für verschiedene Meßlängen 65 über die Werkstücksoberfläche O wird der Abgleich ' bereitgehalten werden müssen. der Meßbrücke geändert, so daß zwischen den An- ^:

Zweckmäßigerweise wird zur Anpassung des schlußstellen 9 und 10 Spannungsdifferenzen aufIntegrators an die Größe der Meßstrecke die Spei- treten. Die Anschlußstelle 9 ist an Masse angeschlos- i

sen, während die Spannungen an der Anschlußstelle 10 über die Leitung 11 an das Gitter der Eingangsröhre eines bekannten Trägerfrequenzverstärkers 12 gelangen.

An Stelle der genannten Ausführungsform des Halbbrückentasters können auch Taster anderer Bauart verwendet werden.

Die verstärkte Eingangsspannung wird sodann über die Leitung 13 einem bekannten Phasendemodulator 14 zugeführt und dort phasenrichtig gleichgerichtet. Hierzu ist es erforderlich, daß von dem Oszillator 8 ein und dieselbe Spannung über die Leitungen 6 und 7 zu der Meßbrücke und gleichzeitig als Steuerspannung über die Leitungen 15 und 16 in den Phasendemodulator 14 eingespeist wird. Am Ausgang des Demodulators 14 entstehen elektrische Meßwerte, die nach Passieren einer Doppelweg-Gleichrichteranordnung 17 über die Leitung 18 in den Integrator 19 gelangen.

Bei der in der Zeichnung gezeigten Stellung der Schaltzunge 70 des Umschalters 71 wird über einen regelbaren Widerstand 20 ein Speicherkondensator 21 des Integrators 19 aufgeladen, wobei der Kondensator 21 im Gitterkreis des einen Systems einer Doppelelektronenröhre 22 liegt. Das andere System besitzt in seinem Gitterkreis ebenfalls einen Kondensator 23 von derselben Größe wie 21, der aber nicht über die Leitung 18 aufgeladen wird. Beide Kondensatoren können durch die Schalter 24 und 25 entladen werden.

Durch die Aufladung des Kondensators 21 entstehen zwischen den Kondensatoren 26 und 27 der Röhre 22 Spannungen, die der Röhre 28 eines Zerhackers als Betriebsspannung zugeführt werden. Der Zerhacker wird über das Gitter der Röhre 28 fremdgesteuert. Im Anschluß an die Zerhackung wird die Spannung in einem Trägerfrequenzverstärker 29 verstärkt und in der Gleichrichteranordnung 30 gleichgerichtet. Der Verstärkungsgrad des Trägerfrequenzverstärkers 29 läßt sich so einstellen, daß am Kondensator 31 eine Spannung herrscht, die dieselbe Größe, aber entgegengesetzte Polarität der Spannung besitzt, auf die der Kondensator 21 aufgeladen wurde.

Da die Kondensatoren 21 und 31 additiv zusammengeschaltet sind, ist ihre Gesamtspannung gegen Erde stets gleich Null.

Durch die beschriebene Ausbildung der Anordnung bleibt das Spannungsgefälle zwischen der aus der Meßanordnung kommenden Ladespannung und der Spannung an den Kondensatoren 21 und 31 konstant. Infolgedessen fließt durch den Widerstand 20 ein konstanter Strom, und die Kondensatoren 21 und 31 werden streng zeitproportional aufgeladen.

Durch Veränderung entweder des Widerstandes 20 oder des Kondensators 21 durch die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung 62 bis 65 kann sodann die Speichergröße des Integrators stetig oder vielstufig in kleinen Schritten an verschieden große Meßstrecken angepaßt werden. Die gesuchte Meßgröße wird an einem Anzeigeinstrument 32 abgelesen.

Wenn dagegen die Schaltzunge 70 des Umschalters 71 mit dem Kontakt 73 verbunden ist, gelangt der Meßwert über den Widerstand 51 und die Sperrdiode

52 an den Kondensator 21 des Integrators. Zwischen dem Widerstand 51 und der Sperrdiode 52 ist eine als elektronischer Schalter wirkende Elektronenröhre

53 angeschlossen, mittels der die Meßwerte anteilig zur Erde abgeleitet werden. Die Elektronenröhre 53 erhält von einem Multivibrator 54 die Schaltspannung, deren Impulsdauer durch die Einstellung eines Genauigkeitspotentiometers 55 oder eines Präzisionsdrehkondensators 56 der Länge der Meßstrecke angepaßt wird. Hierzu dient wieder eine Verstellvorrichtung 62 bis 65. Mittels eines Schlittens 58 wird die zu prüfende Oberfläche O relativ zum Taster T bewegt, wobei diese Bewegung mittels einer Spindel 59 erfolgt, welche mit der am Schlitten 58 befestigten

ίο Mutter 60 zusammenwirkt und durch den Elektromotor 61 angetrieben wird. Die Ausgangslage des Schlittens 58 liegt z. B. am linken Ende der Spindel 59, während das Meßwegende durch die Stellung eines Kontaktpaares 62 bestimmt wird, welches in der Stromversorgungsleitung des Elektromotors 61 liegt und dessen Stromzufuhr unterbricht, sobald es durch die Mutter 60 geöffnet wird.

Das Kontaktpaar 62 ist auf einer Mutter 63 angebracht, die über eine Spindel 64 mittels eines Handrades 65 verdreht wird. Gleichzeitig mit dem Kontaktpaar 62 wird ein ebenfalls an der Mutter 63 befestigter Schleifer 66 auf dem Potentiometer 55 eingestellt. Die jeweilige Stellung der Mutter 63 und somit auch die des Kontaktpaares 62 und des Schleifers 66 wird durch einen an der Mutter 63 befestigten Zeiger 67 auf der Skala 68 angezeigt.

Durch die mechanische Kopplung wird entweder das Potentiometer 55 für den Multivibrator 54 in Abhängigkeit von der Einstellung der Meßstrecke eingestellt, oder es tritt an die Stelle des Potentiometers

55 ein Kondensator 56 bzw., wie bereits erwähnt, wird bei Umlegung der Schaltzunge 70 des Umschalters 71 auf den Kontakt 72 durch die Verstelleinrichtung 62 bis 65 der Widerstand 20 oder der Kondensator 21 verändert.

Durch eine Doppelweg-Gleichrichterschaltung 17 kann z. B. der Mittelwert »arithmetischer Mittenrauhwert Ra« gebildet werden, oder falls der »geometrische Mittenrauhwert Rs« oder die »Glättungstiefe Rp« bzw. der »Traganteil t_p« oder die »Welligkeitsglättungstiefe« gemessen werden sollen, so können an Stelle der Gleichrichterschaltung 17 jeweils andere Schaltelemente angeschlossen werden. Ebenso beeinflussen die vor den Dioden des Schaltkreises 17 liegenden Kondensatoren und Widerstände 69 die Bildung des Meßwertes im Sinne eines Welligkeitstrenners, der die Rauheit von der Welligkeit trennt bzw. der die Amplituden der langsamen elektrischen Frequenzen herabsetzt.

Dieser Welligkeitstrenner kann mit der Einrichtung zur Verstellung der Integration in Abhängigkeit von der Meßstrecke verstellbar und gekoppelt ausgeführt werden, so daß insbesondere bei immer kleiner werdender Meßstrecke auch der Welligkeitstrenner auf eine kleiner werdende Welligkeitstrennlänge eingestellt wird. Zu diesem Zweck werden die im Kreis 17 liegenden Widerstände und Kondensatoren 69 ebenso wie die Widerstände 20 bzw. 21 oder 55 bzw.

56 verstellbar ausgeführt und mit diesen in geeigneter Weise gekoppelt.

Claims

Patentansprüche:

1. Oberflächenmeßgerät, bei dem eine mit einem elektromechanischen Meßwertwandler verbundene Tastspitze relativ zu dem zu prüfenden Werkstück längs dessen Oberfläche um bestimmte

Meßstrecken verschoben wird, wobei die Bewegungen der Tastspitze senkrecht zur Werkstücksaberfläche mittels des Meßwertwandlers in elektrische Meßwerte umgewandelt werden, die nach Verstärkung auf eine elektronische Recheneinrichtung gegeben werden, welche die Mittelwerte des Oberflächenprofils über eine bestimmte Meßstrecke (Prüflänge) dadurch bildet, daß die Ausgangswerte, eines Integrators für die Streckenintegration durch eine der Meßstrecke entspre- *o chende Meßzeit dividiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die während der Abtastung des Oberflächenprofils stattfindende fortlaufende Addition oder Speicherung der Meßwerte in der Integratoreinrichtung (19) durch mechanische Kopplung einer Verstellvorrichtung (62 bis 65) für die Prüflänge mit einer Meßwert-Untersetzungseinrichtung (55 oder 56) vor oder hinter dem Integrator (19) oder mit einer Einrichtung (20 oder 21) zur Verstellung der Spei- »9 chergröße des Integrators (19) stetig oder vielstufig in sehr kleinen Schritten in Abhängigkeit von der eingestellten Prüflänge beeinflußbar ist.

2. Oberflächenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwert-Untersetzungseinrichtung aus einem oder mehreren regelbaren Widerständen (55) oder Kondensatoren (56) besteht.

3. Oberflächenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichergröße durch stetige oder vielstufige Änderung eines oder mehrerer Widerstände (20) oder Kondensatoren (21) bzw. einer Kombination derselben einstellbar ist.

4. Oberflächenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Widerstand (20) ein niederohmiges Präzisionspotentiometer und für den Kondensator (21) ein Präzisionsdrehkondensator geringer Kapazität verwendet wird.

5. Qberflächenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Schaltkreis (17) liegenden, als Welligkeitstrenner dienenden Widerstände und Kondensatoren (69) mit der Verstellvorrichtung für die Meßstrecke gekoppelt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen