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Gerät zur Bestimmung der Oberflacheng, lätte.
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Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Bestimmung der Oberflächenglätte
beispielsweise einer bearbeiteten Oberfläche oder einer Sclmeidkante, wobei die
die Glätte oder Rauhigkeit bestimmenden Unebenheiten gleichmäßig verteilt oder an
einer Stelle konzentriert sein können.
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Bearbeitete Oberflächen werden übllcherweise dadurch auf Ihre Glätte
geprüft, da# man mit dem Fingernagel zuerst über die zu prüfende Fläche und dann
über eine geeignete Rauhigkeitslehre fährt, deren aufeinanderfolgende Flächenabschnitte
abgestufte Rauhigkeitsunterschiede zeigen bis man den mit der Prüffläche hinsichtlich
der Rauhigkeit übereinstimmenden Flächenalschnitt gefunden hat.
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Diese iethode des tactilen Vergleiches ist selbstverständlich eine
subjektive Methode und nicht für jeden Zweck geeignet. Au#erdem können mit dem Fingernagel
üblicherweise itauhigkeitsunterschiede, die weniger als loo Prozent eines Schrittes
der Rauhigkeitslehre betragen, nicht festgestellt werden.
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Es sind elektronische Me#instrumente, die einen Prüfstift verweden,
erhältlich. Diese sind jedoch seiir teuer und haben eine für den normalen Werkstattbetrieb
übertriebelle Genauigkeit.
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Die Erfindung sieht ein Gerät vor, bei dem die Prüfung durch den
Fingernagel auf mechanische Weise nachgeahmt wird, wobei die menscnlichen Pehlerquellen
ausgeschaltet werden und außerdem eine gegenüber der Fingernagelmethode wesentlich
größere Empfindlichkeit erreicht wird. Im Vergleich zu einem elektronischen Prüfstiftgerät
ist das
Gerät gemäl3 der Brfindung notwendigerweise weniger genau,
es hat jedoch den Vorteil, daß es wesentlich billiger herzustellen, narrensicher
zu bedienen und wesentlich rascher in der Anwendung ist.
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Weitere Vorteile des Gerätes, die sich aus der folgenden Beschreibung
ergeben werden, bestehen darin, daß auch die Ilestimmung der Oberflächenglätte von
verhältnismäßig weichen Stoft'en (beispielsweise Holz, Papier, Gummi usw.) sowie
von Messerschneiden und anderen Schneidkanten möglich ist, was mit keinem der bisher
bekannten Geräte durchführbar ist.
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Gemäß der Erfindung ist ein Gerät zur Bestimmung der Oberflächenglätte
gekennzeichnet durch eine schwenkbar gelagerte Tastsonde, die in einem Winkel zu
der zu prZifendes Oberfläche einstellbar ist, mit ihrem unteren Ende auf dieser
aufsitzt und mindestens teilweise aus einem Federblatt bestent, das so steif ist,
daß es durch das Gewiclit der Sonde unter den genannten Bedingungen nicht gebogen
wird, jedoch bei Relativbewegung der Sonde gegenüber dem Pfdfstück im rechten Winkel
zur Aufhängeachse der Son, schwingen oder sich durchbiegen kann, wenn die Sonde
sicu in einem kritischen Einstellwinkel zum Prüfstück befindet, der einen Funktion
der Oberflächenglotte ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Sonde an einem Trdger
befestigt, der an einer Säule hohenverstellbar ist, die einen Fuß zum Aufsitzen
auf einem flachen Bett aufweist, wobei Einrichtungen zum Anordnen des PrUfstiickes
mit seiner Oberfläche im wesentlichen parallel zum bett sowie zum Ftihren des Säulenfußes
und/ oder des Prüfstückträgers zu ihrer Relativverschiebung in einer vorbestimmten
Richtung vorgesehen sind.
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Der Träger kann durch eine Schraubspindel im Innern der Säule höhenverschiebbar
sein, oder er kann ein einfacher Läufer an einer gebogenen Säule sein, deren KrUmmungsmittelpunkt
etwa am unteren Ende der Sonde liegt, wobei vorzugsweise in beiden Fällen Einrichtungen
zum Vergrößern und Sichtbarmachen der Schwingungen vorgesehen sind, die der Säule
bei ihrer Bewegung über die Prüfiläche erteilt werden.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden an lland der
beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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. 1 zeigt eine Ansicht des Gerätes in seiner Betriebsstellung.
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Fit. 2 ist eine vergrößerte Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeigte
Tastsonde.
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Fig. 3 ist eine Seitenansicht der Tastsonde.
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Fig. 4 ist ein vergrößerter Längsschnitt durch die Spitze der Tastsonde.
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Bei der dargestellten Ausfuhrungsform ist das Bett 5 des Prüfgerätes
oder Komparators eine längliche Platte, auf der in der Mitte eine FUhrungsschiene
6 mit dreieckigem Querschnitt befestigt ist.
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Dieses Bett trägt den FuB 7 des eigentlichen Komparators und ferner
einen Träger 8 mit quadratischem. querschnitt für das PriifstUck 9, dessen Oberflächenglätte
festgestellt werden soll. Die Unterseite dieser Teile ist geschliffen und mit einer
V-förmigen Längsnut lo versehen, die zu der Führungsschiene 6 komplementär ist.
Die Ftihrungsschiene kann selbstverständlich auch weggelassen werden und die Teile
7, 8 in BerUhrung mit einer am Bett 5 angelegten geraden Kante gehalten werden.
i Von. der Dasis 7 nach oben stehend und an dieser mittels einer Klammer 11 befestigt
ist eine Säule 12 von quadratischem querschnitt mit einer koaxialen Bohrung 13,
in welcher ein. Sondenträger 14 gleitet der sich durch einen Längsschlitz 15 in
einer der Säulenflächen erstreckt.
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Im Innern der Bohrung 13 befindet sich eine konzentrische Schraubspindel
16, die in der Klammer 11 und im oberen Ende der Säule 12 gelagert ist. Der Träger
J. 4
ist als muter ausgebildet, so daß er in dem Schlitz 15 auf
und abbewegt wird, wenn die Schraube 16 mittels eines Rändelrades 17 gedreht wird,
das am unteren Ende der Schraubspindel befestigt und in einer Aussparung 18 des
Fußes 7 angeordnet ist.
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An dem herausragenden Teil des Trägers 14 ist ein tronmelförmiges
Anzeigegerät 19 befestigt, das auf einer Seite eine Skala mit Winkeleinteilung 2o
trägt, über welche sich ein drehbarer. Zeiger 21 bewegen kann. Dieser sitzt auf
einer mittleren Welle 22, die rechtwinklig zu der genannten Führungsschiene 6 angeordnet
ist. Die Welle ist durch ein Zahngetriebe mit einem Arm 23 verbunden, der sich durch
einen Umfangsschlitz 24 an dem Anzeisegerät erstreckt, und zwar derart, daß eine
Winkelbewegung des Armes eine vergrößerte (beispielsweise fünffache) Bewegung des
Zeigers 21 über die Skala 2o erÖibt.
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An dem freien Ende des armes 23 ist mittels einer stoßdämpfenden
Feder 25 ein Kopf 26 befestigt, in den eine abnehmbare Tastsonde 27 eingesteckt
ist. Diese endet in einem dunnen Federblatt 28 mit einer verhältnismäßig starren
Spitze 28a.
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Bei Betrieb des Gerätes wird das Prüfstück 9 (das als quaderformiger
Block dargestellt ist) auf der geschliffenen oberen Fläche des Trägers 8 angeordnet.
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Danach werden dieser Träger und der Säulenfuß 7 relativ zueinander
bewegt und die Höhe des Trägers 14 mittels des Handrades 17 verändert, bis die Sondenspitze
28a leicht auf der zu prüfenden Oberfläche 9a aufliegt, won sich der Arm 23 in der
Mitte des Schlitzes 24 befindet.
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Die Säule 12 wird dann in Richtung auf das Prüfstück 9 oder in Gegenrichtung
bewegt und der Zeiger 2o beobachtet.
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Werui sich der Zeiger nicht bewegt, wird die Säule 12 in ihre Ausgangsatellung
zurUckgebracht und dann eine nochmalige Verschiebung vorgenommen, wobei der Träger
14 etwas hbher eingestellt wird, um den Einstellwinkel der Sonde 27 zu vergrößern.
Dies wird solange wiederholt, bis eine walirnehmbare Bewegung des Zeigers 2o anzeigt,
daß ein kritischer Einstellwinkel erreicht ist, bei dem die Unregelmäßigkeit der
flache 9a das Federblatt 28 zum Schwingen oder Durchbiegen bringen.
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Die Me#person merkt sich dann die Zeigerstellung auf der Skala 20,
die so kalibriert sein kann, daß der angezeigte. Winkel mit hinreichender Genauigkeit
ein directes A ail fur die Unregelmäßigkeiten der PrUffläche 9 ist, beispielsweise
für die Abweichungen vom Mittelwert, gemessen in µ, oder einem anderen Parameter,
wie der maximalen Tiefe.
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Nach kurzer Einübung ist die Meßperson fähig, den kritischen Einstellwinkel
f'ür einen beliebigen Oberflächentyp ungefähr vorher einzustellen, so da# der erforderliche
Einstellvorgang zum Herausfinden des exakten Winkels rasch durchgeführt werden kann.
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Das Prüfstück 9 kann selbstverständlich quer zu dem Trager 8 verschoben
werden, so daß innerhalb seiner Breite mehrere Prüfstriche gezogen werden können.
Vorzugsweise sind au dem Träger 8 an den beiden Seitenflächen V-förmige Führung
snuten loa ausgebildet, so daf3 der Träger als V-Träger verwendet werden kann, in
dem ein rundes Prüfstück angeordnet und falls gewünscht gedretit werden kann.
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Man erkennt, dass auf dieser Weise ein gegebener bereich einer Oberfläche
seier viel rascher geprüft werden kann als mit einem iiblichen Taststiftinstrument.
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Außerden, kann mittels eines abgeänderten Prüfstückträgers die Glatte
von gekrümmten Oberflächen (beispielsweise Zahnradprofeilen) in ähnlicher Weise
geprüft werden, wobei in solchen Fällen zweckmä#igerweise ein möglichst langes Federblatt
verwendet wird, da sich dann der geringste Einfluß der Krümmung der Prüffläche auf
das Me#-ergebnis ergibt.
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Der verbesserte Komparator spricht auch auf kleine Sprünge und Risse
in der Prüffläche an, die sonst nur
durch optische Methoden feststellbar
sind, so da# das Gerät auch zur 1essung von örtlichen Oberflächenfehlern anstatt
zur Bestimmung der allgemeinen Oberflächenstruktur verwendet werden kann.
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Eine weitere Möglichkeit zur Verwendung der Vorrichtung ist die Verwendung
als Güte-und Ausschußlehre zur Prüfung einer Anzahl von gleichartigen Werkstücken.
Hierbei wird der Träger 14 in einer solchen Höhe über dem Träger 8 eingestellt,
die einem bestimmten Einstellwinkel der Sonde 27 entspricht. Jede Oberfläche, die
so glatt ist, daL sie keine Scnwwingung oder Verbiegung der darüber'fahrenden Sonde
hervorruft, wird für gut befunden.
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In bestimmten Fällen kann es nützlich sein, eine Säul e mit zwei
unabhängigen Trägern 14, zwei vergrö#ernden Anzeigegeräten 19 und zwei Sonden 27
vorzusehen, wobei die Träger in verschiedenen Höhen angeordnet sind, so dal3 die
entsprechenden Sonden als Gütelehre und als Ausschulehre verwendbar sind.
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Wenn das Gerät in der beschriebenen Weise als Letire verwendet wird,
kann es leicht so eingerichtet werden, daß eine leichte liuslenkung der oder jeder
Probe 27 zur T ; etatigung eines Mikroschalters und damit zum Einschalten einer
geeigneten sichtbarem oder hörbaren Warneinrictitung verwendet wird.
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In einer halbautomatischen Ausführungsform des Gerätes kann die Bewegung
der Säule 12 relativ zu dem PrUfstück mittels eines rotors durchgeführt werden,
der automatisch abschaltbar ist, wenn bei der von Hand bewirkten Veränderung des
Einstellwinkels der Sonde die Warneinrichtung in Betrieb gesetzt wird, während bei
einer vollautomatischen Ausführungsform auch die Veränderung des Einsteilwinkels
mechanisch durch denselben oder einen anderen Motor erfolgen kann.
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Man erkennt, daß bei der dargestellten Form des Komparators eine
Veränderung der Höhe des Trägers 14 notwendigerweise eine Veranderung der Länge
des PrUfweges der Sondenspitze 28a über die Prüffläche 9a zur Folge hat, falls nicht
gleichzeitig die Einstellung der Sonde in Längsrichtung entsprechend geändert wird.
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Eine solche Kompensation ist nicht erforderlich, wenn ein Komparator
von einfacherer Forum verwendet wird, bei dem die Säule in der Ebene der Sondenbewegung
eine kreisbogenförmige Krümmung aufweist, wobei der Krümmungsmittelpunkt mit der
Probenspitze bei Nullstellung des Anzeigegerätes übereinstimmt. Hei einer derartigen
Anordnung ist es nur erforderlich, eine anfängliche Höheneinstellung der Säule relativ
zu dem Prüfstück oder umgekehrt vorzunehmen. Sobalu dies jedoch geachehen
ist,
hat eine Veränderung des Einstellwinkels der Sonde keinen Einflu# auf die Lage des
@erührungs-. punktes der Sonde mit der prüffläche.
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Das Federblatt, dessen Empfindlichkeit für Oberflächen-Unregelmäßigkeiten
die Brauchbarkeit des Gerätes bestimmt, kann aus einem Federstalilstreifen von etwa
25 p Dicke bestehen und die gesamte oder nahezu die gesamte Lange der Sonde ausmachen.
Vorzugsweise bildet das rederblatt jedoch nur eine kurze Verbindung zwischen einem
starren Schaft und einer starren Spitze, wobei die Spitze ein Teil des Federblattes
sein kann, der in geeigneter Weise unbiegsam gemacht worden ist (vg1. Fig. 2 und
3).
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Die Spitze der Sonde ist zweckmä#igerweise in der Dicke und gegebenenfalls
auch in der r@ite abgerundet.
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PUr extreme Genauigkeit kann ihre Arbeitskante so augebildet sein,
daß sie, wie in Fig. 4 gezeigt, einen allmählich zunehmenden Krümmungsradius hat,
so dal3 eine ebene Prüffläche bei beliebigem Einstellwinkel der Sonde stets tangential
zu der Arbeitsplatte verläuft. Hierdurch werden Fehler eliminiert, die sonst dadurch
auftreten konnten, da# die Sondenspitze durch standigen Gebrauch bei einem bestimmten
Winkel eine oder mehrere Abflachungen bekommt.
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Für bestimmte Verwendungszwecke, beispielsweise die Prüfung von Schneidkanten,
beispielsweise an Werkzeugen,
Rasierklingen und chirugischen Messer,
kann eine für sonstige Verwendungszwecke durchaus brauchbare Sondenspitze aus verhältnismäßig
hartem Stahl ungeeignet sein, da der auftretende Druck außerordentlich hoch ist.
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In diesem Fall wird vorteilhafterweise eine keilförmige oder flache
Spitze aus natürlichem oder synthetischem Diamant oder einer ! ähnlichen Material
an dem Federblatt befestigt.