DE1623320C - Vorrichtung zum Messen der Gerad linigkeit bzw Unebenheit von Flachen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen der Geradlinigkcit bzw. Unebenheit von Flächen, ζ. B. der Oberfläche eines Maschinenbetles, unter Verwendung einer Zvvcipunkl-Auflagebrückc mit Winkclmeßgerät, wobei die Zweipunkt-Aullagebrücke entlang der zu prüfenden Oberfläche nacheinander in verschiedene Stellungen gebracht und hierbei die jeweilige Winkellage der Zweipuukl-Aullagcbrücke ermittelt wird.

Bislang erfolgte die Messung der Geradlinigkeit bzw. Unebenheit von Flächen wie etwa der Oberfläche eines Maschinenbettes nach einem der folgenden drei Verfahren:

Beim ersten Verfahren, bei dem von einem unter Spannung stehenden Klavierdraht oder von der optisehen Achse eines Peilfernrohrs Gebrauch gemacht wird; einem zweiten Verfahren unter Benutzung eines Richtscheites oder einer Eichrichtplatte und einer Meßuhr; und einem dritten Verfahren, wobei eine Zweipunkt-Auflagebrücke mit einem Instrument zur genauen Winkelmessung verwendet wird, beispielsweise eine Libelle oder ein Autokollimator.

Mit dem ersten und zweiten Verfahren ist es möglich, die Geradlinigkeit bzw. Unebenheit kontinuierlich zu messen, doch haben diese Methoden den Nachteil, daß die Unebenheit nicht sehr genau gemessen werden kann, wenn die zu messende Fläche größere Abmessungen aufweist. In der Praxis wird deshalb vielfach das dritte Verfahren unter Verwendung der Zweipunkt-Aullagebrücke mit Vorteil eingesetzt. Diese dritte 3" Methode ermöglicht es, eine Gerauigkeit zu erzielen, die von derjenigen eines benutzten Präzisionsmeßinstruments abhängt, doch ergeben sich insofern Nachteile, als es notwendig ist, Summations- bzw. Ausgleichsrechnungcn durchzuführen und die ermittelteil Werte in einem Diagramm aufzutragen, webhalb das Meßverfahren sehr umständlich und die Berechnung mit Fehlern behaftet ist. Um diese Nachteile zu vermeiden, ist vorgeschlagen worden, die Unebenheitswerte nacheinander mittels eines Integrierkondensator automatisch zu speichern. Dabei ergibt sich jedoch der weitere Nachteil, daß die elektrische Ladung einer F.ntladung unterworfen ist, sofern die Messung nicht innerhalb einer vorbestimmten kurzen Zeil abgeschlossen ist.

Es sind auch bereits Vorrichtungen zur Messung von Unebenheiten von Straßenoberliächen bekannt, welche jeweils ein oder mehrere Taslräder, die über die /u messende Straßenoberlläche geführt werden, aufweisen. Die Bewegungen dieses Tastrades bzw. dieser Taslräder werden bei jeder dieser bekannten Vorrichtungen mittels eines Umsclzmechanismus, beispielsweise einer 1 hobelvorrichtung oder eines Differentialgetriebes auf eine Aufzeichnungsvorrichtung bzw. Anzeigevorrichtung übertragen. Die bekannten Vorrichtungen sind so ausgebildet, daß die Meßvorrich-' lung kontinuierlich über eine längere Entfernung geführt wild, um Unebenheiten und Rauhigkeiten einer Nlraßenoberlläehe, welche die ruhige Fahrt von sich über die Straßen bewegenden Fahr/engen beein- 6<> trächtigen könnten, festzustellen. Diese bekannten Vorrichtungen sind nicht ausreichend feinfühlig, um peniii'iüj.'ii'cre Weitungen der Slraßenoberlläche mit großen Wellenlängen, welche die ruhige Fahrt von I ahr/aiyen nicht beeinträchtigen, festzustellen. Außer- fi,5 dem ist die Genauigkeit der Straßennberlläeheninessungen niilicls der bekannten Vorrichtungen relativ gering, nämlich in der Größenordnung von Millimetern. Die Vorrichtungen der bekannten Art, bei denen Tasträder über die zu messende Oberfläche bewegt werden, ist es unmöglich, höhere Genauigkeiten, insbesondere Genauigkeit in der Größenordnung von Mikrons, in einem Verfahren, bei dem die Räder kontinuierlich über die Fläche bewegt werden, zu erhalten, weil die Räder, die für die kontinuierliche Messung erforderlich sind, Staubteilchen von der zu messenden Oberfläche aufnehmen. Derartige Staubteilchen beeinflussen jedoch Präzisionsmessungen in starkem Maße. F.ine Ausbildung von Unebcnheitsmeßvorrichtungcn, wie sie bei den bekannten Vorrichtungen zur Messung von Straßenunebenheiten verwendet wird, ist daher für die Präzisionsnicssung von Unebenheiten an Oberflächen, und insbesondere an den Oberflächen von Maschinenbetten, nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erläuterten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und wirtschaftlicher Herstellung eine präzise, rasche und fehlerfreie Messung und Anzeige von Unebenheiten an Oberflächen ermöglicht und einfach zu handhaben ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zweipunkt-Autlagebrücke einen Weggeber aufweist, der die Unebenheiten der zu prüfenden Oberfläche elektrisch erfaßt und einen Servomotor zu einer proportionalen Winkelverdrehung veranlaßt, wodurch über eine ein- und ausschaltbare elektromagnetische Kupplung eine entsprechende Bewegung eines auf dem Rcgistrierblatt einer Anzeigevorrichtung gleitend bewegbaren Schreibstifts erfolgt, und daß eine Programmsleuereinrichtung die Reihenfolge der Betätigung von Weggeber, Kupplung und AnzeigevorrichUmg bewirkt.

Die erfmdungsgeinäße Vorrichtung hat eine Reihe wesentlicher Vorteile. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, Präzisionsmessungen von Unebenheiten an Oberflächen mittels einer Zweipunkt-Auflagebrücke vorzunehmen, ohne daß es erforderlich ist, Summations- bzw. Ausgleichsrechnungen durchzuführen, und ohne daß es notwendig ist, von Hand die ermittelten Werte in einem Diagramm aufzutragen. Die erlindungsgemäße Vorrichtung zeichnet die ermittelten Meßwerte selbsttätig auf. Die bei den bekannten Vorrichtungen vorhandenen Fehlerquellen sind daher von vornherein ausgeschaltet. Die erlindungsgemäl.ie Vorrichtung ist einfach handhabbar und ermöglicht eine sehr rasche Vermessung von Oberflächen. Die erlindungsgemäße Vorrichtung arbeitet diskontinuierlich, indem die Zweipunkt-Auflagebrücke auf den jeweils zu vermessenden Teil der Oberfläche aufgesetzt wird. Mit der criindungsgemäßen Vorrichtung werden nicht nur starke, innerlialb relativ kur/.er Distanz auftretende Unebenheilen ermittelt, wie bei den bekannten Slraßenoberlläehen-McßvorrichtuiH'.en. sondern darüber hinaus auch seine Oberll.ichcnwellungen mit langer Wellenlänge, die sich über große Distanzen der Oberfläche .erstrecken. Die criindungsgemäße Vorrichtung mißt daher präzise den tatsächlichen Obcriläehenverlauf der zu messenden Ober fläche, und zwar mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von Mikron. .Fehlerquellen, die Ix Vorrichtungen, bei denen Tasträder verwendet werden durch das Ansetzen von Staubteilchen auftreten, sim bei der erfind ungsgemäßen Vorrichtung von vorn herein aiisgeschalli-l. Bei der erliiHlungsgemäßen Vor richtung können elwaige Staubteilchen von de

Zwcipunkt-Auilagebrücke von der Oberfläche entfernt werden, bevor die jeweilige Messung durchgeführt wird. Die erfindungsgemäßc Vorrichtung weist eine elektromagnetische Kupplung auf, mittels derer das Ergebnis der jeweiligen Messung auf die Anzeigevorrichtung während des jeweiligen Meßvorgangs übertragbar ist. Die erlindungsgemäßc Vorrichtung benötigt daher keine elektrische Speichereinrichtung, so c aß auch die einer derartigen Speichereinrichtung innewohnenden Fehlerquellen, insbesondere die Ge- m fahr einer Entladung, wenn die Messung nicht innerhalb einer vorbestimmten kurzen Zeit abgeschlossen ist,· ausgeschaltet sind. Insgesamt gesehen ermöglicht die eründuugsgenäße Vorrichtung daher eine genaue, schnelle Messung und Anzeige der Unebenheiten an Oberflächen, sie ist einfach zu handhaben und arbeitet praktisch fehlerfrei. Die erlindungsgeinäße Vorrichtung ist daher besonders zur Vermessung von Maschinenteilen, beispielsweise Maschinenbetten, bei denen es auf eine Meßgenauigkeit in der Größen-Ordnung von Mikron ankommt, geeignet.

Vv'eitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsheispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt

F i g. .1 eine schematisehe Darstellung eines herkömmlichen Verfahrens zum Messen der Geradlinigkeit bzw. Unebenheit der Oberfläche eines Maschinenbettes durch Versetzen einer Zweipunkt-Aullagebrücke auf dieser Fläche,

F i g. 2 ein Diagramm von Unebenheitsmaßen, die auf der Grundlage von Meßwerten aufgetragen sind, die mit dem Verfahren nach F i g. 1 ermittelt wurden,

F i g. 3 ein Blockschema einer erlindungsgcmäßen Vorrichtung,

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispicls der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach F i g. 3,

F i g. 5 ein Diagramm der Reihenfolge der Betätigungen der erfindüngsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 4,

F i g. 6 eine vergrößerte Schnittansicht einer bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 verwendeten Kupplung und

F i g. 7 ein Schema einer Anordnung zur Ermittlung von Fehlern, die durch Versetzungen eines Seils und einer Seilscheibe bedingt sind, welche in der Anzeigeeinrichtung des Ausführiingsbeispiels nach F i g. 4 enthalten sind.

In F i g. I ist das Prinzip eines herkömmlichen Verfahrens zur Messung der Geradlinigkeit bzw. Unebenheit mittels einer Zweipunkt-Aullagebrücke dargestellt. Dabei ist ein Längsschnitt der Oberfläche eines Masehinenbetles mit der A'-Achse parallel zur waagerechten und der Y'-Achse senkrecht zur A'-Achse gezeigt. Die Oberfläche eines Maschinenbeltes, deren Unebenheit zu messen ist, ist mit 1 bezeichnet; 2 bezeichnet eine Libelle und 3, 4 eine Zweipunkt-Auflagebriieke, d. h. zwei Füße der Libelle 2. Der Abstand /wischen den Füßen 3, 4 der Libelle 2 ist mit I₀ bezeichnet.

Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß die Welligkeit der Maschinen-Ik'ttoberlläehe 1 hinreichend groß ist gegenüber /,,, und daß die Oberil.'iehenrauheit vernachlässigt werden kann. Um das Unebenheitsmaß <>5 entlang der A-Riehtung zu erhalten, werden die Füße 3, 4 der Libelle 2 auf die gewünschten Anfangsslellen der Betloberlläche 1 aufgesetzt, d. h. auf die Stellen 0 - .V, wie das gestrichelt angedeutet ist. Als Ablesung der Libelle 2 ergibt sich Winkel (_r, — O)/ I₀ -= Θχ. Die Füße 3, 4 werden sodann in die Stellung .ν, —.Y₂ gebracht, die in F i g. 1 voll ausgezogeir ist. Die Ablesung der Libelle 2 beträgt hier (V₂ --J₁)/ /₀ -■ (-),,. Anschließend wird die Zweipunkt■Auflagebrücke der Libelle 2 entlang einer gewünschten Strecke der Achse in die verschiedenen gestrichelt angedeuteten Lagen gebracht, in denen sich jeweils die Ablesung (-)t an der Libelle 2 ergibt.

Wenn die Messung abgeschlossen ist, werden el ie Ablesungen O_t nacheinander aufsummiert, um den Bell ag

Σ«,

/ ι

zu ergeben, woraus sich als Unebeniieitsmaß zwischen benachbarten Punkten eullang der A'-Richtung ergibt:

Σ·

,(■■),

F i g. 2 zeigt die Ablesungen von H_x. (-)., . . . <-)„ und die Unebenheilsmaße

j-i.vs.-.j·« ■■=/_u<v,,(<y; ι f-h).

die wie beschrieben erhalten wurden und auf Koordinatenpapier über der A'-Achse aufgetragen sind.

Das beschriebene herkömmliche Verfahren zur Messung der Unebenheit einer BettoberfLiche mittels einer Zweipunkt-Aullagebrücke ist nachteilig, da es eine Summations! echnung und das Antragen der Ergebnisse in einem Diagramm nach Abschluß der Messungen erfordert, wodurch die Messung umständlich durchzuführen und anfällig für Rechenfehler ist.

Im folgenden wird das Prinzip der auf die Beseitigung der Nachteile des herkömmlichen Verfahrens gerichteten Erfindung unter Verwendung einer Zweipunkt-Auflagebrücke an I land der F i g. 3 erläutert. Die dort dargestellte crlindungsgenüße Vorrichtung umfaßt einen Weggeber IOD, eine Kupplung 200, eine Anzeigeeinrichtung 300 und eine Programm ueuereinrichtung 400.

Der Weggeber 100 erzeugt eine Winkelverstelhmg, welche über die Kupplung 201) an die Anzeigeeinrichtung 300 weitergegeben wird, wie das mit ausgezogenen Linien in F i g. 3 dargestellt ist. Mit gestrichelten Linien ist die .Einwirkung des Programms der Steuerung 400 auf den Weggeber 100, die Kupplung 200 und die Anzeigeeinric'itumj; 300 dargestellt.

Der Weggeber 100 enthält ein Instrument mit einer Zweipunkt-Aullagebrücke zu elektrischen Erfassung der zu messenden Unebenheil, beispielsweise einen elektrischen Autokollimator oder eine elektrische Pendellibelle, sowie einen Servomotor, der eine Winkelverdrehung proportional zur gemessenen Unebenheit erleidet.

Die Anzeigeeinrichtung 31)1) weist einen auf einem Registrierblatt {.'leitend bewegbaren Schreibstift auf, dessen Bewegung der vom Weg»eber IOD erzeugten Winkelversleiltingentspricht und sieauf deniRegisiriorblalt aufzeichnet.

Die Kupplung 2!(O ist als elektromagnetische Kupplung ausgebildet und verbindet de.i Weg^eher IOD sowie die Anzek'.ceiiirichluni' 3DO miteinander oder

trennt sie voneinander, so daß die vom Weggeber 100 erzeugte Winkelverstellung an die Anzeigeeinrichtung 300 weitergegeben oder nicht weitergegeben wird.

Die Programmsleuercinrichüing 400 ist so aufgebaut, daß ihr Programm auf den Weggeber 100, die Kupplung 200 und die Anzeigeeinrichtung 300 in der Weise einwirkt, daß die für die Aufzeichnung des Unebenheilsmaßcs auf dem Rcgistrierblatt notwendige Reihenfolge erzielt wird. Die Reihenfolge dieser Betätigungen ist wie folgt. Zunächst wird beim Einschalten eines Druckknopfschalter ein Selbsthaltekontakt für den Stromkreis eines Zeitgebermotors geschlossen. Dann wird die Kupplung 200 betätigt, so daß der Weggeber 100 mit der Anzeigeeinrichtung 300 gekuppelt wird. Anschließend wird die Anzeigeeinrichtung 300 betätigt, um das Unebenheitsmaß auf dem Rcgistrierblatt aufzuzeichnen. Sodann wird der Wcggcbcr 100 ausgangsseilig kurzgeschlossen, um eine Entkupplung zwischen dem Weggeber 100 und der Anzeigeeinrichtung 300 herbeizuführen. Schließlich wird das Registrierblatt über eine gewisse Strecke transportiert.

Γ i g. 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. Dabei weist der Wcggebcr 100 eine elektrische Libelle 101 mit zwei Füßen 103, 104 und mit einem Pendelkcrn 102 im Inneren auf, ferner mit einer von einer äußeren Spannungsquelle 105 gespeisten Erregerspule

106, mit in Reihe geschalteten Diffcrcntialwicklungcn

107, 108 sowie in Reihe geschalteten, unter Bildung einer Ilrückcnanordnung zu den Differentialwicklungen parallelliegenden Widerständen 109, 110. F.in Verstärker 111 ist in der Brückcndiagonalc zwischen den Widerständen 109, 110 und den Differentialwicklungen 107, 108 angeordnet, so daß der Brückenausgang verstärkt wird. Durch den Ausgang des Verstärkers 111 wird ein Servomotor 112 betätigt. Ein Potentiometer, bestehend aus einem Schleifer 114, der an einer Rotorwelle 201 des Servomotors 112 befestigt ist und auf einer Widerstandsbahn 113 gleitet, gilt als Spannungsteiler für eine Gleichspannungsquelle 115, 116 und zur Zuführung der geteilten Spannung an den Verstärker 111. Der Ausgang des Brückenkreises ist durch Schließen eines Mikroschalters 410 kurzschließbar, wobei die Kutzschlußvcrbindung geöffnet wird, wenn eine Nockenscheibe 407 um einen vorbestimmten Winkel verdreht wird.

Di(. Kupplung 200 ist als elektromagnetische Kupplung mit einer Kupplungsscheibe 204 und einer Seilstift 306 verbunden ist, während das andere Ende über Fülirungsrollen 304, 305 mit dem anderen Ende des Halters des Schreibstiftes 306 verbunden ist. Dieser liegt auf einem Registrierblatt 307 auf, das auf eine Walze 310 aufgespult und'von ihr in Pfeilrichtung 311 transportiert wird. An der Achse der Walze 310 ist ein Klinkrad 308 befestigt, das durch eine Klinke 415 in Pfeilrichtung 309 in Umdrehung versetzt werden und so die Walze 310 antreiben kann. Eine

ίο Sperrklinke 312 verhindert, daß das Klinkrad 308 in der umgekehrten Richtung verdreht werden könnte.

Die Programmsleuercinrichtung 400 umfaßt einen Zcilgebermolor 403, zwei an einer Rotorwelle 404 des Zeilgebermotors 403 befestigte Nockenscheiben 406, 407, Mikroschaller409, 410 mit Kontakten, die durch den Umfang der Nockenscheibe 407 geöffnet oder geschlossen werden können, einen Mikroschalter 408 mit einem Kontakt, der durch den Umfang der Nokkenscheibe 406 geöffnet oder geschlossen werden kann,

und einen Hebel 411 mit einem länglichen Schlitz, welcher von fest angeordneten Führungsstiften 414 durchsetzt wird, so daß der Hebel in den Richtungen α und b der Pfeilrichtimg 413 hin- und herbewegt werden kann. An seinem freien Ende trägt der Hebel 411 eine Laufrolle 412, die mittels einer Feder 416 an den Umfang der Nockenscheibe 406 angedrückt wird, und an seinem anderen Ende die Klinke 415 im Eingriff mit dem Klinkrad 308. Der Motor 403 ist durch einen Druckknopfschalter 401 mit einer Spannungsquelle 402 verbunden. Wie in F i g. 4 dargestellt, ist der Mikroschalter 408 parallel zu dem Druckknopfschalter 401 angeschlossen. Werden die Nockenscheiben 406, 407 in Pfeilrichtung 405 in Umdrehung versetzt, so werden die Mikroschalter 408, 409 geschlossen, während der Mikroschalter 410 geöffnet wird.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung erläutert. Zunächst werden die Füße 103, 104 der elektrischen Libelle 101 auf eine waagerechte Ebene aufgesetzt, und es wird die Anzeigeeinrichtung 300 zweckmäßig so eingestellt, daß der Schreibstift 306 auf einem Punkt 0 des Registrierblattes 307 aufruht. Die Füße 103, 104 der elektrischen Libelle 101 werden dann auf die Ausgangsstelle 0 — .V₁ der zu messenden Bettoberfläche 1 aufgesetzt, wie das bei Nummer 0 in F i g. 5 angegeben i-t. Der Pendelkern 102 des Differentialtransformators der elektrischen Libelle 101 neigt sich entweder nach rechts oder nach links und erzeugt

scheibe 205 aufgebaut, die in einer Gleitführung 208 um

eine Rotorwelle 201 drehbar gelagert ist, die aus dem 50 dadurch eine Ausgangsspannung V₁ der aus den Servomotor 112 hervorragt, wie in F i g. 6 gezeigt ist. Differentialwicklungen 107,108 und den Widerständen Die Kupplungsscheibe 204 ist an der Seilscheibe 205 109, 110 bestehenden und von der Erregerspule 106 befestigt, so daß beide ein Teil bilden. Die Kupplungs- gespeisten Brücke. Da Vt proportional zu I₀-Gt ist, scheibe 204 kann in Pfeilrichtung 206 gegenüber einer ist der Wert der Ausgangsspannung in dieser Stellung aufderRotorwellc201befesligtenKupplungsscheibe203 55 proportional dem entsprechenden Unebenheitsmaß, hin- und herbewegt werden. Die Kupplungsscheibe 203 Der Druckknopfschalter 401 ist noch nicht geschlossen, trägt an ihrer Unterseite eine Magnetspule 202, die
bei Stromzufuhr von einer Spannlingsquelle 417 nach
Betätigung eines Mikroschalters 409 die Kupplungsscheibe 203 magnetisiert. Die Kupplungsscheibe 204 60
sowie die Seilscheibe 205 sind auf einem Axiallager 209

drehbar gelagert, so daß die durch Schwerkraftwirkung erzeugte Reibung bei Bewegung der Kupplungsscheibe 204 und der Seilscheibe 205 gegenüber der Rotorwelle 201 verringert wird.

Um den Umfang der Seilscheibe 205 läuft ein Seil 301, dessen eines Ende über Fiihrungsrollen 302, mit einer Seite eines Halters für einen Schreibso daß der Verstärker 111 eingangsseitig durch den Mikroschalter 410 kurzgeschlossen ist, so daß keine Ausgangsspannimg abgegeben wird.

Sodann wird der Druckknopfschalter 401 eingeschaltet, wie mit Nummer 1 in F i g. 5 angegeben. Dadurch wird der Zeitgebermotor 403 an die Spannungsquelle 402 gelegt, so daß die Rotorwelle 404 in Pfeilrichtung 405 umläuft. Gleichzeitig gleitet eine am Umfang der Nockenscheibe 406 angeordnete Nase an dem Mikroschalter 408 vorbei, so daß dessen eine Sclbsthalteschaltung für den Motor 403 bildende Kontakte geschlossen werden. Der Motor 403 bringt

daher die Nockenscheiben 406, 407 zum kontinuierlichen Umlauf, wie mit Nummer 2 in F i g. 5 angegeben. Hat die Nockenscheibe 407 einen Winkel von etwa 45° zurückgelegt, so schließt ihre Nase die Kontakte des Mikroschalters 409, so daß die Magnetspule 202 der elektromagnetischen Kupplung 200 mit der Spannungsquelle 417 verbunden wird und daher die Kupplungsscheibe 203 der elektromagnetischen Kupplung magnetisiert. Infolgedessen wird die Kupplungsscheibe 204 durch die magnetische Scheibe 203 nach unten angezogen, wie das mit Nummer 3 in F i g. 5 angegeben ist. Hat die Nockenscheibe 407 etwa 90° zurückgelegt, so öffnet ihre Nase die Kontakte des Mikroschalters 410, wodurch die Kurzschlußverbindung an der Ausgangsseite der elektrischen Libelle 101 unterbrochen wird. Dadurch gelangt die Spannung Vt über den Verstärker 111 an den Servomotor 112, wie mit Nummer 4 in F i g. 5 angegeben. Nun beginnt der Servomotor 112 umzulaufen, wodurch der Schleifer 114 des Potentiometers über die Widerstandsbahn 113 geführt wird, so daß die Spannung der Gleichspannungsquelle 115, 116 in eine Ausgangsspannung V₇, verändert wird. Der Servomotor 112 beendet seinen Umlauf zu einem Zeitpunkt, wenn V_p gleich wird V_t und die Eingangsspannung V_m für den Servomotor 112 verschwindet. Während des Umlaufs des Servomotors 112 wird die Seilscheibe 205 um einen Winkel Ic₁I₀Oi verdreht. Ai₁ ist dabei eine Konstante und der Winkel daher proportional zu V_p und damit zu I₀Qt. Dieser Umlauf in Pfeilrichtung 207 bewirkt eine Bewegung des Seils 301, das um die Seilscheibe 205 läuft und durch die Führungsrollen 302 bis 305 geführt ist. Dadurch wird der am Seil 301 befestigte Schreibstift 306 über das Registrierblatt 307 in Y-Richtung senkrecht zur 0 — jc-Achse bewegt. Diese Bewegung des Schreibstiftes 306 hört an einer Stellung auf, die proportional ist zu k_x!₀Ot, d. h. an der Stellung k₂yt = k₂l₀O_t, wobei k₂ eine Konstante ist. k₂yt ist in diesem Falle ^hich k₂y_u was wiederum gleich ist k₂l₀O_v

Die Nockenscheiben 406, 407 der Steuerung 400 laufen weiterhin in der Pfeilrichtung 405 um. Wenn sie bei einem Winkel von 225° angekommen sind, gleitet die Nase der Nockenscheibe 407 an dem Mikroschalter 409 vorbei und öffnet dabei dessen Kontakte, so daß die Magnetspule 202 der Kupplung abgeschaltet wird. Der Schreibstift 306 verbleibt in der Stellung^, und die Kupplungsscheibe 204 wird von der Kupplungsscheibe 203 durch die Spannwirkung der Feder 210 entkuppelt. Bei einem Drehwinkel von etwa 270° der Nockenscheibe 407 gleitet deren Nase an dem Mikroschalter 410 vorbei, schließt dabei dessen Kontakte und bewirkt damit eine Kurzschlußverbindung an der Ausgangsweite der elektrischen Libelle 101. Dadurch verschwindet die Ausgangsspannung Vt des Weggebers 100, und der Servomotor 112 kehrt in die Winkelstellung zurück, welche der Bedingung Vt = 0 entspricht. Gleichzeitig bewirkt die Nase der Nockenscheibe 406 eine Aufwärtsbewegung der an einem Ende des Hebels 411 angebrachten Rolle 412 in Pfeilrichtung 413, wie mit Nummer 5 in F i g. 5 angegeben. Dadurch wird die Klinke 415 am anderen Ende des Hebels 411 noch oben entgegen der Kraft der Feder 416 mit Führung durch die Führungsstifte 414 bewegt, so daß das Klinkrad 308 der Anzeigeeinrichtung 300 um einen Zahn in Pfeilrichtung 309 verdreht wird. Dadurch wird die mit dem Klinkrad 308 unmittelbar verbundene Walze 310 in Pfeilrichtung 311 um ein gegebenes Stück k₃l₀ weiterbewegt, wobei k₃ eine Konstante bezeichnet. Der Motor 403 setzt seinen . Umlauf fort, die Nockenscheiben 406 und 407 gelangen in die 360°-Stellung und damit wiederum in die in F i g. 4 dargestellte Lage, in der die Nase der Nockenscheibe 406 an der Laufrolle 412 an einem Ende des Hebels 411 vorbeigleitet. Infolge der Spannkraft der Feder 416 bewegt sich der Hebel 411 daher abwärts in Richtung b des Pfeils 413. Die Klinke 415 am

ίο anderen Ende des Hebels 411 bewegt sich unter der Wirkung der Feder 416 um einen Zahn nach hinten, während das Klinkrad 308 durch die Sperrklinke 312 festgehalten wird. Gleichzeitig bewirkt die Nase der Nockenscheibe 406 eine Aufwärtsbewegung des Kontakts von Mikroschalter 408, so daß die Verbindung zwischen dem Zeitgeberschalter 403 und der Spannungsquelle 402 unterbrochen und der Zeitgebermotor 403 daher stillgesetzt wird. Wie oben erwähnt, ist damit ein Zyklus für die Messung von I₀Ot beendet.

F i g. 5 zeigt den Ablauf der eben beschriebenen Folge von Vorgängen Nummer 1 bis 5. Dabei sind die Drehwinkel der Nockenscheiben 406, 407 auf der Abszisse aufgetragen. Die Länge der waagerechten, den Nummern 0 bis 5 entsprechenden Linien zeigt den jeweiligen Wirkungsbereich des Drehwinkels der Nockenscheiben 406, 407.

Wie oben erläutert, ist das Unebenheitsmaß yt am Ausgangspunkt des Messung 0 — X₁ auf dem Registrierblatt 307 als k₂y_y aufgezeichnet, worauf die elektrische Libelle 101 versetzt und auf die anschließenden Stellen X₁ — x₂ aufgesetzt wird. Dann wird der Druckknopfschalter 401 betätigt, um den Stromkreis für den Zeitgebermotor 403 zu schließen.

Dadurch nimmt das Gerät automatisch den gleichen Bewegungsablauf vor, wie er in F i g. 5 angegeben ist. Nachdem ein Bewegungszyklus beendet ist, läuft der Schreibstift 306 von y₁ in 7-Richtung auf dem Registrierblatt 307 und beendet seine Bewegung bei k₂y₂.

In diesem Falle wird der Betrag k₂y₂ = k₂l₀ (O₁ + O₂) angezeigt, da die Ausgangsspannung Vt des Weggebers 100 entsprechend dem Winkel O₂ in der Stellung Xi — X₂ nun dem Betrag A^₂ 0>₂ — yj = k₂l₀O₂ entspricht. Der Servomotor 112 läuft daher proportional zum Betrag der Ausgangsspannung V_t um. Der Schreibstift 306 bewegt sich um das Stück k₂l₀0₂ von der vorhandenen Position y_l = k₂l₀Ox weiter und gelangt auf dem Registrierblatt 307 in bezug auf die Abszisse 0 — X in die Stellung k₂y₂ — k₂l₀(O_x + O₂).

In ähnlicher Weise wird die elektrische Libelle 101 nacheinander auf die Stellung X₂ — X₃, x₃ — x₄ ... X_n-I — Xn aufgesetzt. Dabei wird jedesmal der Druckknopfschalter 401 geschlossen, wodurch jeweils der in F i g. 5 dargestellte Bewegungsablauf automatisch in Gang gesetzt wird. Nach Beendigung der erwähnten Messungen ergibt sich auf dem Registrierblatt 307 eine gewünschte stufenförmige Kurve 313 (F i g. 4), die das Unebenheitsmaß gemäß folgender Beziehung wiedergibt:

k₂ y„ = k₂l₀-^£Ot.

Wird die Konstante k₂ genügend groß gewählt, beispielsweise gleich 10³, dann ist für den Wert y = 10~³mm der Betrag k₂y = 10³ · 10~³mm = 1 mm.

Es ist daher möglich, einen Skalenfaktor von 10^s zu erhalten, d. h. einen Meßwert von 10~³mm mit einem

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Ausschlag von 1 mm in F-Richtung auf dem Registrierblatt 307 abzubilden.

Um den Aufwand für die Herstellung des oben beschriebenen Präzisionsmeßgeräts in Grenzen zu halten, ist es notwendig, den durch die Drehmomentübertragung von der Kupplungsscheibe 203 auf die Kupplungsscheibe 204 entstehenden Winkelfehler sowie einen durch Absacken des Seils 301 der Anzeigeeinrichtung 300 erzeugten Fehler zu vermeiden. F i g. 6 zeigt in vergrößertem Maßstab eine Ausführungsform einer Kupplung für eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Die bewegliche Kupplungsscheibe 204 und die Seilscheibe 205 sind in einer Gleitführung 208 mit geringem Bewegungsspiel drehbar um die Rotorwelle 201 des Servomotors 112 gelagert. Die Kupplungsscheiben 203 und 204 sind so ausgebildet, daß die Kupplungsscheibe 204 von der Kupplungsscheibe 203 an ihrem ganzen Umfang angezogen werden kann. Dadurch wird verhindert, daß die Kupplungsscheibe 204 bei einer Axialverschiebung zusammen mit der Seilscheibe 205 frei hin- und hergeht. Die Kupplungsscheibe 204 und die Seilscheibe 205 sind mittels des Axiallagers 209 drehbar gelagert, so daß sie ohne eine große schwerkraftbedingte Reibung umlaufen können. Zwischen den Kupplungsscheiben 203 und 204 ist eine Druckfeder 210 eingesetzt, die dazu dient, den durch Übertragung des Drehwinkels von der Kupplungsscheibe 203 an die Kupplungsscheibe 204 in einer gegen die Achse dieser Scheiben geneigten Richtung erzeugten Fehler zu vermeiden. Ein solcher Fehler tritt auf, wenn die Kupplungsscheibe 204 von der Kupplungsscheibe 203 angezogen wird, aber auch, wenn die Kupplungsscheiben 203, 204 nach dieser Anzugsbewegung umlaufen sowie wenn die Kupplungsscheibe 204 unter der Wirkung der Feder 210 von der Kupplungsscheibe 203 gelöst wird.

F i g. 7 zeigt die Seilscheibe 205 in etwas abgesackter Stellung, beispielsweise in einer Lage ζ = 0,3 mm, wenn die Kupplungsscheibe 204 von der Kupplungsscheibe 203 angezogen ist. Es sei vorausgesetzt, daß die Seilscheibe 205 sich in einer Stellung 0 befindet, wenn die Kupplungsscheibe 204 nicht von der Kupplungsscheibe 203 angezogen ist; daß die Seillängen von der Lage 0 bis zu den Fühlungsrollen 302 bzw. 305 jeweils Z₁ bzw. I₂ betragen; und daß die Seillängen von der Lage 0 bis zu dem Schreibstift 306 jeweils L₁ bzw. L₂ betragen. Ferner sei angenommen, daß die Seilrolle 205 in einer neuen Lage Θ ankommt, wenn die Kupplungsscheibe 204 von der Kupplungsscheibe 203 angezogen und daher die Seilscheibe 205 nach unten gezogen wird. Es gelten dann die folgenden Beziehungen:

(Y + I₁)* + Z* = Q₁ + ICL₁)*

Dabei wird Y negativ, wenn sich die Lage 0' links von der Stelle 0 befindet, während Y positiv ist, wenn die Lage 0' rechts von der Stelle 0 ist. K ist ein Faktor, der die relative Verlängerung unter Spannung angibt.

Aus den obigen Beziehungen ergeben sich Y und Z wie folgt:

_z Λ I

Z₁ L₁ /_a L₂
»

2KL_xI₂(L_x -\
h V h

L₂)

Nimmt man etwa in einem Zahlenbeispiel die Werte:

I_x — 70 mm,

I₂ = 200 mm,

L₁ = 100 mm,

L₂ = 440 mm und

K = 2 · ΙΟ-⁶

an, so ergeben sich:

— Y = 0,6 · 10-³mm und
Z = 0,33 mm.

Man sieht, daß die Versetzung der Seilscheibe 205 vernachlässigbar ist.

Wie weiter oben erläutert wurde, hat die erfindungsgemäße Vorrichtung die bedeutenden Vorteile, daß komplizierte und fehleranfällige Rechnungen sowie Kurvendarstellungen entfallen können daß die mit der Zweipunkt-Auflagebrücke gemessenen Werte automatisch integriert und nacheinander auf einem Registrierblatt aufgezeichnet werden können, und daß die Diagramme des Unebenheitsmaßes an Stellen längs einer Linie auf der zu messenden Fläche sehr genau aufgezeichnet werden können. Die Erfindung liefert daher einen großen technischen Fortschritt bei der Messung der Geradlinigkeit bzw. Unebenheit von Flächen, beispielsweise der Fläche eines Maschinenbettes.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen der Geradlinigkeit bzw. Unebenheit von Flächen, z. B. der Oberfläche eines Maschinenbettes, unter Verwendung einer Zweipunkt-Auflagebrücke mit Winkelmeßgerät, wobei die Zweipunkt-Auflagebrücke entlang der zu prüfenden Oberfläche nacheinander in verschiedene Stellungen gebracht und hierbei die jeweilige Winkellage der Zweipunkt-Auflagebrücke ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweipunkt-Auflagebrücke einen Weggeber (100) aufweist, der die Unebenheiten der zu prüfenden Oberfläche elektrisch erfaßt und einen Servomotor (112) zu einer proportionalen Winkelverdrehung veranlaßt, wodurch über eine ein- und ausschaltbare elektromagnetische Kupplung (200) eine entsprechende Bewegung eines auf dem Registrierblatt (307) einer Anzeigevorrichtung (300) gleitend bewegbaren Schreibstifts (306) erfolgt, und daß eine Programmsteuereinrichtung (400) die Reihenfolge der Betätigung von Weggeber (100), Kupplung (200) und Anzeigevorrichtung (300) bewirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Weggeber (100) eine elektrische Libelle (101) mit zwei Füßen (103, 104) und mit einem Pendelkern (102) im Inneren, mit einer von einer äußeren Spannungsquelle (105) gespeisten Erregerspule (106), mit in Reihe geschalteten Differentialwicklungen (107, 108) sowie in Reihe geschalteten, unter Bildung einer Brückenanordnung zu den Differentialwicklungen parallelliegenden. Widerständen (109, 11.0) aufweist, wobei die Brückenanordnung über einen Verstärker (111) mit dem Servomotor (112) verbunden ist und außerhalb des Brückengleichgewichts eine der gemessenen Unebenheit proportionale Spannung abgibt, wodurch der Servomotor winkelverstellt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

ii

gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung (300) eine von der Programmsteuereinrichtung (400) angetriebene, das Registrierblatt (307) aufspulende Walze (310) enthält, mit der ein Klinkrad (308) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Kupplung (200) zwei Kupplungsscheiben (203, 204), deren eine infolge einer atn ganzen Umfang wirksamen Anziehungskraft ζ ι der anderen beweglich ist, und ferner eine mit der beweglichen Kupplungsscheibe verbundene Seilscheibe (205) aufweist, um die ein Seil (301)

läuft, das an beiden Seiten des Schreibstiftes (306) befestigt ist.

5. Vorrichtung wenigstens nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmsteuereinrichtung (400) zwei Nockenscheiben (406, 407), die beide an ihrem Umfang eine Nase zum öffnen bzw. Schließen von Mikroschaltern (408 bis 410) haben, und ferner einen Hebel (411) aufweist, der an seinem einen Ende eine an der einen Nockenscheibe anliegende Laufrolle (412) und am anderen Ende eine Klinke (415) trägt, die in das Klinkrad (308) der Anzeigevorrichtung (300) eingreift.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen