DE19907289C1 - Profilmesstaster - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Profilmeßtaster (10) mit einem Tasterkörper (12) und einer ein Oberflächenprofilmeßmittel aufweisenden Meßvorrichtung (20) zur Erfassung von Oberflächenprofilen von Prüflingen. Der Profilmeßtaster (10) weist einen Meß- und Kalibrierkopf (15) mit einem Kalibrierprofilkörper (35) auf. Der Kalibrierprofilkörper (35) enthält ein von dem Oberflächenprofilmeßmittel abtastbares Kalibrierprofil zur Kalibrierung bzw. Überprüfung der Kalibrierung des Profilmeßtasters.

Description

Die Erfindung betrifft einen Profilmeßtaster mit einem einen Tastarm aufweisenden Tasterkörper und einer ein Oberflächenprofilmeßmittel aufweisenden Meßvorrichtung zur Erfassung von Oberflächenprofilen von Prüflingen, wobei der Profilmeßtaster (10) einen am freien Ende (16) des Tastar­ mes (13) befestigten Meß- und Kalibrierkopf (15) mit einem Kalibrierprofilkörper (35) aufweist, der ein von dem Ober­ flächenprofilmeßmittel abtastbares Kalibrierprofil (36) zur Kalibrierung bzw. Überprüfung der Kalibrierung des Profil­ meßtasters enthält, wobei das Kalibrierprofil (36) als an dem Oberflächenprofilmeßmittel entlangführbar ausgebildet ist.

Zur Messung von Oberflächenprofilen bzw. -rauhigkeiten werden heute üblicherweise taktile Profilmeßtaster einge­ setzt. Diese enthalten als Meßvorrichtung eine Tastnadel, deren Nadelspitze als Oberflächenprofilmeßmittel dient. Die Tastnadel ist an dem freien Ende eines, in einem Drehlager gelagerten und als Wippe ausgebildeten Hebelarmes montiert. Auf der anderen Seite des Drehlagers, an dem anderen Ende des Hebelarmes, befindet sich das Meßsystem. Dieses ist meist nach dem induktiven Wirkungsprinzip mit einer Diffe­ rentialdrossel ausgeführt. Es sind aber auch andere Meßsy­ steme, beispielsweise optische möglich.

In der Vergangenheit wurden Profilmeßtaster fast aus­ schließlich zur Messung linearer Oberflächenprofile bzw. Oberflächenrauhigkeiten von Gegenständen eingesetzt. Im Hinblick auf die steigenden Anforderungen an die Oberflä­ chengüte von Werkstücken, werden heute zunehmend ganze Flächenausschnitte der Werkstückoberfläche abgetastet. Hierzu kann beispielsweise das Werkstück auf einem soge­ nannten xy-Verfahrschlitten montiert werden. Dieser wird derart unter dem stationären Taster vorbeigeführt, daß die zu messende Fläche rasterartig abgefahren wird. Bei der­ artigen Flächenmessungen ist es wichtig, daß der Tasterwert bzw. das Tastersignal nicht driftet. Derartige Meßwertver­ schiebungen können beispielsweise bedingt durch schwankende Temperaturen und/oder durch Abnutzungserscheinungen an der Nadelspitze der Tastnadel auftreten. Dies führt zu einer entsprechenden Verfälschung der Meßergebnisse. Beispiels­ weise kann deshalb eine in Wirklichkeit ebene Fläche eines Prüflings fälschlicherweise als gekrümmt erscheinen. Selbst im Falle eines völligen Defekts des Tasters, kann der Anwender diese Falschmessung nicht oder nur schwer anhand der Abtastergebnisse des abgetasteten Werkstückprofils feststellen. Denn das tatsächliche Werkstückprofil ist ihm gerade unbekannt und es besteht die Gefahr, daß sich der Anwender ungeprüft auf das Meßergebnis verläßt.

Bei Meßgeräten, welche eine direkte Messung von elektri­ schen Größen ermöglichen, beispielsweise einem Voltmeter, ist ein ständiger Nullabgleich auf elektronischen Wege ein­ fach möglich. Demgegenüber ist bei vielen Meßgeräten für nicht-elektrische Größen eine halb- oder vollautomatische Nullungs- oder Nachkalibrierungsmöglichkeit wegen der damit verbundenen Schwierigkeiten und einer umständlichen Hand­ habung nicht vorgesehen. Dies gilt bisher auch für taktile Oberflächenprofilmeßtaster. Für eine sinnvolle Kalibrierung dieser Profilmeßtaster ist es erforderlich, den gesamten Taster, einschließlich die Verschleißteile und darunter insbesondere die Tastnadel, in die Kalibrierung bzw. den Überprüfungszyklus miteinzubeziehen. Die Überprüfung der Meßelektronik alleine, ist zwar einfacher, wird aber den Praxisansprüchen nicht gerecht.

Ein Profilmeßtaster gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1 ist aus der DE 44 12 882 A1 bekannt. Dort ist am freien Ende eines mit einer Tastspitze versehenen Ab­ tastkopfes ein zur Nachkalibrierung dienender Nockenteil um eine quer zum Gehäuse angeordnete Drehachse drehbar ange­ ordnet. Zur Nachkalibrierung kann der eine Nockeninnenflä­ che aufweisende Nockenteil von einer oberen Ruhestellung, bei der ein Ausmessen eines Oberflächenprofils mittels der Tastspitze möglich ist, in eine untere Kalibierstellung verschwenkt werden. Dadurch kann ein Zusammenwirken der Nockeninnenfläche mit der Tastspitze erfolgen. Dieser Profilmeßtaster hat jedoch den Nachteil, daß der Nockenteil in der Ruhestellung konstruktionsbedingt über das vordere Stirnende des Abtastkopfes hinaussteht. Dadurch wird der nach vorn verfügbare Abtastraum limitiert. Beispielsweise lassen sich Sacklochbohrungen nicht bis zu deren Grund abtasten. Ferner kann es bei einem wiederholten Nachkali­ brieren an der Nockeninnenfläche infolge Verschleißes zu einer unerwünschten Kerbenbildung durch die Tastspitze kommen. Dadurch können unrichtige Kalibrierergebnisse und Falschmessungen auftreten. Um derartige Fehler bei der Nachkalibirieung zu vermeiden, muß der Nockenteil frühzei­ tig ausgewechselt werden. Dies ist Zeit- und kostenaufwen­ dig. Ferner ist das abtastbare Kalibrierprofil auf eine konstruktionsbedingt limitierte Bogenlänge der Nockeninnen­ fläche begrenzt, so daß bestimmte Kalibrierungen nicht oder erst nach dem Auswechseln des Nockenteils durchführbar sind.

Die DE 196 41 719 C1 A2 betrifft einen Bohrungsmeßkopf zur Bestimmung der Rauheit von Zylinderbohrungen. Hierzu weist der Bohrungsmeßkopf eine Sonde auf, die ein Rauheitsmeßge­ rät mit einer Tastspitze enthält. Für den Bohrungsmeßkopf kann als Zubehörteil eine separate Diagnosestation vorgese­ hen sein. In dieser befindet sich ein Geometrienormal in der Form eines in eine Glasplatte eingeätzten sinusförmigen Rillenprofils. Durch Abtasten dieses Profils werden Infor­ mationen über die Tasterempfindlichkeit und die Funktion des Vorschubgerätes erhalten. Die Geometrie der Tastspitze selbst muß mit Hilfe eines Spiegels visuell geprüft werden. Hierzu muß zunächst die Sonde aus der Meßbohrung entfernt und anschließend in eine Bohrung der separaten Diagnosesta­ tion überführt werden. Der Bohrungsmeßkopf und die Diagno­ sestation sind aufwendig in Konstruktion und Handhabung und es besteht bei der Bedienung durch angelerntes Personal die Gefahr einer Beschädigung der Tastspitze.

Die DE 44 37 033 A1 betrifft ein herkömmliches Vorschubge­ rät für die Oberflächenmessung nach dem Tastschnittverfah­ ren. Eine den Praxisansprüchen genügende Nachkalibrierung ist nicht vollautomatisch möglich und es besteht die Gefahr einer unabsichtlichen Beschädigung der Tastspitze.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Profilmeßtaster zur Erfassung von Oberflächenprofilen von Prüflingen derart weiterzubilden, daß eine automatisierbare, über lange Zeiträume präzise Kalibrierung oder Überprüfung der Kali­ brierung des gesamten Profilmeßtasters bei günstigen Kali­ brier- und Profilerfassungsmöglichkeiten geschaffen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1, insbesondere dadurch gelöst, daß das Kalibrierprofil (36) relativ zum Oberflächenprofilmeßmittel um die Längsachse des Tastarmes (13) drehbar und parallel zur Längsachse des Tastarmes (13) translatorisch verschieb­ bar ausgebildet ist.

Dadurch lassen sich in einfacher und präziser Weise alle Komponenten des Profilmeßtasters vollautomatisierbar über­ prüfen, beispielsweise immer beim Einschalten des Geräts, oder ereignisabhängig, oder in vorherbestimmbaren Zeitin­ tervallen. Diese Maßnahmen lassen sich nicht nur besonders vorteilhaft bei den üblicherweise eingesetzten taktilen Profilmeßtastern vorsehen, sondern auch bei innovativen Meßvorrichtungen, die eine optische Erfassung des Werk­ stückprofils ermöglichen. Der Anwender kann je nach dem Ergebnis der Überprüfung ggf. eine Neukalibrierung vorneh­ men oder, im Falle eines defekten Profilfühlers, diesen gegen einen neuen Profilfühler austauschen. Vorteilhafter­ weise kann auch die Neukalibrierung vollautomatisch erfol­ gen.

Durch die Maßnahme, daß das Kalibrierprofil relativ zum Oberflächenprofilmeßmittel drehbar und translatorisch verschiebbar ausgebildet ist, wird im Meßzustand eine besonders gute Werkstück-Zugänglichkeit für das Oberflä­ chenprofilmeßmittel und im Überprüfungs- bzw. Kalibrierzu­ stand eine präzise Überprüfung bzw. Kalibrierung des Pro­ filmeßtasters ermöglicht. Bedingt durch die Längsverschie­ bemöglichkeit kann die Kalibrierung in derjenigen Richtung erfolgen, in der üblicherweise auch abgetastet wird, so daß eine den praktischen Anforderungen entsprechende besonders präzise Kalibrierung möglich ist. Ferner kann das Kali­ brierprofil in Längsrichtung des Tastarmes in bestimmten zeitlichen Intervallen verschoben werden, so daß immer wieder neue Oberflächenabschnitte des identischen Kali­ brierprofils zur Verfügung stehen. Dadurch läßt sich über­ lange Zeiträume eine präzise Kalibrierung von gleichblei­ bender Qualität erreichen. Außerdem können durch die Längs­ verschieblichkeit des Kalibrierprofils eine Vielzahl von in Längsrichtung beabstandeten umlaufenden Kalibrierprofilen vorgesehen und abgetastet werden. Dadurch ist ein größeres Spektrum von auf spezielle Meßaufgaben angepaßter unter­ schiedlicher Kalibrierprofile nutzbar.

Dadurch, daß der Tasterkörper einen Tastarm aufweist, an dessen freiem Ende der Meßkopf und der Kalibrierkopf ange­ ordnet ist, kann der gesamte Profilmeßtaster vollautomati­ sierbar in seiner Kalibrierung überprüft oder kalibriert werden. Ferner ermöglicht diese Position des Meßkopfes und des Kalibrierkopfes günstige Meßmöglichkeiten, auch an schwierig zugänglichen Stellen des Prüflings. Dies kann weiter durch eine vorteilhafte Gestaltung des Tastarmes unterstützt werden. Beispielsweise kann mit Hilfe eines dünnen und/oder langen Tastarmes das Oberflächenprofilmeß­ mittel leicht in bzw. durch Öffnungen des Prüflings einge­ führt werden, um auch die Oberflächenprofile von tieferlie­ genden Werkstückbereichen abtasten zu können.

Alternativ oder in Kombination mit der Maßnahme, daß das Kalibrierprofil als an dem Oberflächenprofilmeßmittel entlangführbar ausgebildet ist, kann in kinematischer Umkehr das Oberflächenprofilmeßmittel als an dem Kalibrier­ profil entlangführbar ausgebildet sein. Dadurch lassen sich vollautomatisierbare Überprüfungsmöglichkeiten für die Kalibrierung des Gesamtsystems schaffen, die optimal auf die jeweiligen Meßaufgaben und die Anwenderbedürfnisse angepaßt gestaltet werden können.

Vorteilhafterweise ist der Kalibrierprofilkörper mit einem Hohlkörper, vorzugsweise mit einer ovalen Buchse ausgebil­ det, wobei zweckmäßigerweise der Hohlkörper ein das Kali­ brierprofil enthaltendes Innenprofil aufweist. Dadurch kann der Kalibrierprofilkörper mit seinem Kalibrierprofil bei geringem Gewicht in günstiger Weise relativ zu dem Oberflä­ chenprofilmeßmittel angeordnet werden, so daß eine präzise automatisierbare Überprüfung bzw. Kalibrierung des Profil­ meßtasters möglich ist.

Zweckmäßigerweise weist das Kalibrierprofil eine Rampe zur Überprüfung der Kennlinienlinearität des Profilmeßtasters und/oder Rillen unterschiedlicher Tiefe und/oder ein mes­ serschneidenartiges Profil zur Kontrolle einer Signalver­ stärkung und/oder der Unversehrtheit des Oberflächenprofil­ meßmittels auf.

Zweckmäßigerweise weist der Hohlkörper eine das Oberflä­ chenprofilmeßmittel im Meßzustand hindurchtretenlassende Öffnung auf. Dadurch ist eine im wesentlichen uneinge­ schränkte Erfassung des Oberflächenprofils eines Prüflings bei besonders präzisen Meßmöglichkeiten für eine Überprü­ fung der Kalibrierung bzw. eine Kalibrierung des Profilmeß­ tasters gegeben.

Zweckmäßigerweise sind die Öffnungsränder der Öffnung derart ausgebildet, daß das Oberflächenprofilmeßmittel bei einer Drehung und/oder translatorischen Verschiebung des Hohlkörpers nicht beschädigt wird. Dies läßt sich vorteil­ haft dadurch erreichen, daß die Öffnungsränder als Rampe ausgebildet sind.

Zweckmäßigerweise ist der Tastarm als Schutzrohr zum Schutz der Meßvorrichtung gegen mechanische Einflüsse ausgebildet. Dadurch wird ermöglicht, daß der Profilmeßtaster über lange Zeit mit Sicherheit präzise arbeitet.

Zweckmäßigerweise ist der Hohlkörper mit einer kreiszylin­ drischen Buchse und der Tastarm mit einem kreiszylindri­ schen Lager ausgebildet, wobei der Innendurchmesser der Buchse geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Lagers, so daß der Hohlkörper auf dem Lager mit geringem Spiel präzise lagerbar ist.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn der Kalibrierprofilkör­ per mit einem Kalibrierprofilkörper-Antriebsmittel gekop­ pelt ist. Vorteilhafterweise ist zusätzlich wenigstens ein Fühler zur Messung der Geschwindigkeit und/oder der Positi­ on des Kalibrierprofils vorgesehen, wobei vorzugsweise der Fühler mit einer Stellvorrichtung zur Positionierung des Kalibrierprofils und/oder mit einer Regelvorrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit des Kalibrierprofils gekoppelt ist, die mit dem Kalibrierprofilkörper-Antriebsmittel gekoppelt sind. Durch diese Maßnahmen läßt sich der gesamte Überprüfungs- bzw. Kalibriervorgang vollautomatisch durch­ führen und das Kalibrierprofil oder bestimmte, selektiv anfahrbare Teilbereiche des Kalibrierprofils können mit einer geregelten, vorzugsweise konstanten Geschwindigkeit abgefahren werden.

Vorteilhafterweise ist das Oberflächenprofilmeßmittel mittels eines Antriebsmittels in den Hohlkörper überführbar ausgebildet. Dadurch lassen sich ungewollte Beschädigungen des Oberflächenprofilmeßmittels vermeiden, so daß über lange Zeit sichere und präzise Messungen möglich sind.

Zweckmäßigerweise sind das Kalibrierprofilkörper-Antriebs­ mittel und/oder das Antriebsmittel für das Oberflächenpro­ filmeßmittel, mit einem Aktuator, insbesondere mit einer Magnet/Spule-Vorrichtung, beispielsweise einem Elektromotor oder einem Elektromagneten, mit einer drehbaren Nocke, einem Bimorph- oder Piezostellelement oder anderen hierfür geeigneten miniaturisierten Aktuatoren ausgebildet. Vor­ zugsweise sind das Kalibrierprofilkörper-Antriebsmittel und/oder das Antriebsmittel für das Oberflächenprofilmeß­ mittel als ein gemeinsames Antriebsmittel ausgebildet. Derartige Miniaturantriebsmittel lassen sich besonders platzsparend bei geringem Gewicht an dem Tasterkörper anordnen, so daß eine präzise automatisierbare Kalibrierung oder Überprüfung der Kalibrierung des gesamten Profilmeßta­ sters möglich ist, bei weiterhin günstigen Profilerfas­ sungsmöglichkeiten.

Vorteilhafterweise ist die Meßvorrichtung mit einer Tast­ nadel und das Oberflächenprofilmeßmittel als Nadelspitze ausgebildet. Dies erlaubt eine hochpräzise taktile Meßmög­ lichkeit des Oberflächenprofils des Prüflings.

Alternativ oder auch zusätzlich zu der Verwendung von Tast­ nadeln kann die Meßvorrichtung mit einem optischen Sensor und einem optischen Empfänger und das Oberflächenprofilmeß­ mittel mit Lichtstrahlen, insbesondere mit Laserstrahlen, ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine hochpräzise berüh­ rungslose Oberflächenabtastung in Verbindung mit besonders günstigen Profilerfassungsmöglichkeiten durch den Einsatz von geeigneten Strahlführungs- und -formungsmitteln.

Vorstehende Maßnahmen tragen sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander zu einer präzisen und automatisier­ baren Kalibrierung oder Überprüfung der Kalibrierung des gesamten Profilmeßtasters bei weiterhin günstigen Profiler­ fassungsmöglichkeiten bei.

Weitere Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung sind dem nachfolgenden, anhand der Figuren abgehandelten Beschreibungsteil entnehmbar.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht mit Teil-Schnitt des Profil­ meßtasters mit dem als Schutzrohr ausgebildeten Tastarm, an dessen freiem Ende der Meß- und Kalibrierkopf angeordnet ist;

Fig. 2 einen vergrößerten Längsquerschnitt durch den Meß- und Kalibrierkopf mit der Tastnadel und dem Kalibrierprofilkörper;

Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt durch den auf dem Lager drehverschieblich gelagerten Kalibrierpro­ filkörper mit stark vergrößerter Darstellung des Kalibrierprofils, ohne Darstellung der anderen, in diesem Bereich des Profilmeßtasters angeordneten Teile.

In Fig. 1 ist der Profilmeßtaster 10 dargestellt. Dieser ist mit dem Tasterkörper 12, dem Tastarm 13 und dem Meß- und Kalibrierkopf 15 ausgebildet. Der Meß- und Kalibrier­ kopf 15 ist an dem freien Ende 16 des Tastarmes 13 angeord­ net und weist die Meßvorrichtung 20 sowie den Kalibrierpro­ filkörper 35 auf. An dem anderen Ende des Tasterkörpers 12 ist die Halterung 18 vorgesehen, mittels der der Profilmeß­ taster 10 an einer nicht in den Figuren gezeigten Verfahr­ einheit befestigt werden kann.

Die Meßvorrichtung 20 ist mit der Tastnadel 22 ausgebildet, welche als Oberflächenprofilmeßmittel die Nadelspitze 23 aufweist. Die Nadelspitze 23 wird im Meßzustand mittels der Verfahreinheit über die zu erfassende Oberfläche des Prüf­ lings geführt und dabei entsprechend dem jeweiligen Ober­ flächenprofil ausgelenkt. Anstelle der Tastnadel 22 können beispielsweise auch geeignete optische bzw. optoelektroni­ sche Sender und Empfänger, auch in Verbindung mit einer hochaperturigen Objektivlinse verwendet werden, wobei in diesem Fall als Oberflächenprofilmeßmittel beispielsweise gebündelte Lichtstrahlen, insbesondere Laserstrahlen, eingesetzt werden können.

Zur sensiblen und präzisen Übertragung der mechanischen Auslenkung der Tastnadel 22, an das eine elektronische Weiterverarbeitung der mechanischen Meßgrößen ermöglichende Meßsystem 24, ist der Hebel 25 vorgesehen. Dieser ist als Wippe ausgebildet und weist die beiden Hebelarme 26 und 27 auf. Der Hebel 25 ist über das Drehlager 28 in bzw. an dem Tasterkörper 12 gelagert befestigt. An dem freien Ende des vorderen Hebelarmes 26, der zu dem freien Ende 16 des Tastarmes 13 weist, ist die Tastnadel 22 befestigt. Auf der anderen Seite des Drehlagers 28, an dem gegenüberliegenden Ende des hinteren Hebelarmes 27 des Hebels 25, ist das Meßsystem 24 mit dem elektronische Komponenten enthaltenden Meßwerterfassungmittel 29 angeordnet. Das Meßsystem 24 ist im Ausführungsbeispiel mit der optoelektronischen Vorrich­ tung 34 gebildet, kann jedoch auch mit einer induktiven Vorrichtung, insbesondere einer Differentialdrossel gestal­ tet sein.

Zum Schutz der Tastnadel 22 und des Hebels 25, insbesondere des die Tastnadel 22 tragenden vorderen Hebelarmes 26, vor mechanischen Einflüssen, weist der Tasterkörper 12 das Schutzrohr 30 auf. In diesem sind der vordere Hebelarm 26 des Hebels 25 und zumindest Teile der Tastnadel 22 ge­ schützt angeordnet.

Die besondere Andordnung und Gestaltung des Kalibrierpro­ filkörpers 35 geht am besten aus den Fig. 2 und 3 hervor. Der Kalibrierprofilkörper 35 ist als Hohlkörper 37 mit der ovalen Buchse 38 und der im Ausführungsbeispiel einstückig mit dieser verbundenen kreiszylindrischen Buchse 44 ausge­ bildet. Die Buchse 44 ist auf dem ebenfalls kreiszylin­ drisch ausgebildeten Lager 46 in einer Spielpassung präzise gelaget. Das Lager 46 ist an dem freiem Ende 31 des Schutz­ rohres 30 mit diesem fest verbunden. Die ovale Buchse 38 des Kalibrierprofilkörpers 35 weist das Innenprofil 39 auf, welches das Kalibrierprofil 36 enthält. Dieses ist derart ausgebildet, daß es insbesondere die Überprüfung des Tast­ nadelspitzenradius, des Meßbereichs, der Kennlinienlineari­ tät und der richtigen Messung der Oberflächenrauheit ermög­ licht. Zu diesem Zwecke ist der Kalibrierprofilkörper 35 um die Längsachse des Tastarmes 13 bzw. des Lagers 46 drehbar und/oder parallel zur Längsachse des Tastarmes bzw. des Lagers 46 translatorisch verschiebbar auf dem Lager 46 gelagert, wie in den Fig. 2 und 3 jeweils mit Hilfe der Doppelpfeile 49 und 51 angedeutet.

Die Drehung des Kalibrierprofilkörpers 35 erfolgt mittels eines Zahnrades 47, welches über eine Achse 48 mit einem in den Figuren nicht dargestellten Mikromotor antreibbar gekoppelt ist, der im Tastarm 13 oder im Tasterkörper 12 angeordnet ist.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Profilmeßtasters 10 oder gemäß einem alternativen Erfin­ dungsgedanken ist der ein Feder-Masse-System ausbildende Profilmeßtaster 10 mit geeigneten Dämpfungselementen ausge­ bildet. Dies kann dadurch geschehen, daß am hinteren Hebel­ arm 27 des Hebels 25 als passives Dämpfungselement ein kleiner Bolzen oder Flügel 52 angebracht ist, welcher in eine entsprechende Bolzen- bzw. Flügelaufnahme 53 im Ta­ sterkörper 12 paßt. Wird der Flügel 52 beispielsweise mit Öl benetzt, so erzielt man eine gute Dämpfung, deren Wert über die Größe des Spaltes zwischen dem Flügel 52 und der Flügelaufnahme 53 eingestellt werden kann. Alternativ kann auch ein aktives Dämpfungselement ausgebildet sein, bei­ spielsweise, unter Verwendung einer elektrorheologischen Flüssigkeit. Legt man in geeigneter Weise an diese ein elektrisches Feld an, so ändert sich ihre Viskosität. Auf diese Weise kann entweder statisch oder dynamisch, über einen Regelkreis mit einer Reglervorrichtung und einem Fühler zur Erfassung der Bewegungen bzw. Schwingungen des Hebels 25, die Dämpfung des Hebels 25 eingestellt werden.

Der Profilmeßtaster 10 ist vorzugsweise mit einem in den Figuren nicht gezeigten integrierten Tastnadelabhebemecha­ nismus ausgebildet. Dieser kann z. B. derart gestaltet sein, daß ein Miniaturelektromotor eine Exzenterscheibe um einen definierten Winkel dreht. Die Exzenterscheibe hebt den Hebelarm 26 des Hebels 25 an, und folglich wird die Tastna­ del 22 vom Prüfling abgehoben. Diese Möglichkeit ist sehr sinnvoll beim Zurückfahren des Profilmeßtasters 10 zur Schonung der Tastnadel 22.

Zur Neu- bzw. Nachkalibrierung oder zur Überprüfung der Kalibrierung wird zuerst die Tastnadel 22 motorisch oder z. B. über einen Magnetaktuator soweit bis in den als Hohl­ körper 37 ausgebildeten Kalibrierprofilkörper 35 abgehoben, daß eine freie Drehung und/oder Verschiebung des Kalibrier­ profils 36 unter die Nadelspitze 23 möglich ist. Anschlie­ ßend wird der Kalibrierprofilkörper 35 mit Hilfe des Zahn­ rades 47 oder mit Hilfe anderer, geeignet erscheinender Kalibrierprofilkörper-Antriebsmittel, soweit gedreht und/oder verschoben, bis die Öffnung 42 unter der Tastnadel 22 um einen ausreichenden Winkel verdreht und/oder verscho­ ben ist. Danach wird die Tastnadel 22 wieder abgesenkt, bis sie an dem Innenprofil 39 des Kalibrierprofilkörpers 35 anliegt. Sie befindet sich nun am Anfang einer definierten Abtaststrecke, deren Profilverlauf bekannt ist und die das eigentliche Kalibrierprofil 35 ausbildet. Die ovale Buchse 38 wird nun definiert, d. h. mit konstanter Geschwindigkeit, verschoben und/oder gedreht und dabei das Kalibrierprofil 35 abgetastet und gemessen. Die ermittelten Meßwerte können gegebenenfalls zur Korrektur der Kalibrierkennlinie oder für eine Neu- bzw. Nachkalibrierung verwendet werden. Zu diesem Zwecke weist das Kalibrierprofil 36 mehrere Rillen unterschiedlicher Tiefe und/oder eine Messerschneide auf. Durch Abtasten und Ausmessen dieser Kalibrierelemente kann beispielsweise die Signalverstärkung des Meßsystems 24 und die Unversehrtheit der Nadelspitze 23 kontrolliert werden. Zusätzlich kann das Kalibrierprofil 36 eine Rampe aufwei­ sen, so daß die Kennlinienlinearität ebenfalls überprüft werden kann. Das Innenprofil 39 bzw. das Kalibrierprofil 36 ist vorteilhafterweise derart ausgebildet, daß bei dem beschriebenen Kalibrier- bzw. Überprüfungsvorgang die Tastnadel 22 symmetrisch um ihre Nullposition ausgelenkt wird. Schließlich wird der Hohlkörper 37 bzw. der Kali­ brierkörper 35 wieder in seine Ausgangsposition gebracht und die Tastnadel 22 kann durch die Öffnung 42 wieder in die Meßposition überführt werden.

Für den Fall, daß der Profilmeßtaster 10 kein Antriebsmit­ tel für das Oberflächenprofilmeßmittel, insbesondere keinen Abhebemechanismus für die Tastnadel 22 aufweist und diese folglich nicht zurückgezogen werden kann, sind die Öff­ nungsränder 43 der Öffnung 42 rampenförmig gestaltet, so daß die ganz heraushängende Tastnadel 22 mit ihrer Nadel­ spitze 23 bei der Translation und/oder Drehung des Kali­ brierprofils 36 bzw. des Kalibrierprofilkörpers 35 an den rampenförmig ausgebildeten Öffnungsrändern 43 entlangglei­ ten kann und folglich nicht beschädigt wird.

BEZUGSZEICHENLISTE

10

Pofilmeßtaster

12

Tasterkörper

13

Tastarm

15

Meß- und Kalibrierkopf

16

freies Ende von

13

18

Halterung

20

Meßvorrichtung

22

Tastnadel

23

Nadelspitze

24

Meßsystem

25

Hebel

26

Hebelarm

27

Hebelarm

28

Drehlager

29

Meßwerterfassungsmittel

30

Schutzrohr

31

freies Ende von

30

34

optoelektronische Vorrichtung

35

Kalibrierprofilkörper

36

Kalibrierprofil

37

Hohlkörper

38

ovale Buchse

39

Innenprofil

42

Öffnung

43

Öffnungsrand

44

kreiszylindrische Buchse

46

Lager

47

Zahnrad

48

Achse

49

Doppelpfeil

51

Doppelpfeil

52

Flügel

53

Flügelaufnahme

Claims (17)

1. Profilmeßtaster mit einem einen Tastarm aufweisenden Tasterkörper und einer ein Oberflächenprofilmeßmittel aufweisenden Meßvorrichtung zur Erfassung von Oberflä­ chenprofilen von Prüflingen, wobei der Profilmeßtaster (10) einen am freien Ende (16) des Tastarmes (13) befe­ stigten Meß- und Kalibrierkopf (15) mit einem Kali­ brierprofilkörper (35) aufweist, der ein von dem Ober­ flächenprofilmeßmittel abtastbares Kalibrierprofil (36) zur Kalibrierung bzw. Überprüfung der Kalibrierung des Profilmeßtasters enthält, wobei das Kalibrierprofil (36) als an dem Oberflächenprofilmeßmittel entlangführ­ bar ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalibrierprofil (36) relativ zum Oberflächenprofil­ meßmittel um die Längsachse des Tastarmes (13) drehbar und parallel zur Längsachse des Tastarmes (13) transla­ torisch verschiebbar ausgebildet ist.

2. Profilmeßtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kalibrierprofilkörper (35) mit einem Hohl­ körper (37), vorzugsweise mit einer ovalen Buchse (38) ausgebildet ist.

3. Profilmeßtaster nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Hohlkörper (37) ein das Kalibrierprofil (36) enthaltendes Innenprofil (39) aufweist.

4. Profilmeßtaster nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Kalibrierprofil (36) mit einer Rampe zur Überprüfung der Kennlinienlinearität des Profilmeßtasters ausgebildet ist.

5. Profilmeßtaster nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalibrierprofil (36) mit Rillen unterschiedlicher Tiefe und/oder mit einem messerschneidenartigen Profil zur Kontrolle einer Signalverstärkung und/oder der Unversehrlichkeit des Oberflächenprofilmeßmittels ausgebildet ist.

6. Profilmeßtaster nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (37) eine das Oberflächenprofilmeßmittel im Meßzustand hindurch­ tretenlassende Öffnung (42) aufweist.

7. Profilmeßtaster nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Öffnung (42) Öffnungsränder (43) aufweist, die derart ausgebildet sind, daß das Oberflächenprofil­ meßmittel bei einer Drehung und/oder translatorischen Verschiebung des Hohlkörpers (37) nicht beschädigt wird.

8. Profilmeßtaster nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Öffnungsränder (43) als Rampe ausgebildet sind.

9. Profilmeßtaster nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Tastarm (13) als Schutz­ rohr (30) zum Schutz der Meßvorrichtung (20) gegen me­ chanische Einflüsse ausgebildet ist.

10. Profilmeßtaster nach einem der Ansprüche 2 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (37) mit einer kreizylindrischen Buchse (44) und der Tastarm (13) mit einem kreiszylindrischen Lager (46) ausgebil­ det sind, wobei der Innendurchmesser der Buchse (44) geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Lagers (46), so daß der Hohlkörper (37) auf dem Lager (46) mit geringem Spiel präzise gelagert ist.

11. Profilmeßtaster nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalibrierprofilkörper (35) mit einem Kalibrierprofilkörper-Antriebsmittel gekoppelt ist.

12. Profilmeßtaster nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Fühler zur Messung der Geschwindigkeit und/oder der Position des Kalibrierprofils (36) vorgesehen ist.

13. Profilmeßtaster nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler mit einer Stell­ vorrichtung zur Positionierung des Kalibrierprofils und/oder mit einer Regelvorrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit des Kalibrierprofils gekoppelt ist, die mit dem Kalibrierprofilkörper-Antriebsmittel gekoppelt ist.

14. Profilmeßtaster nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenprofilmeß­ mittel mittels eines Antriebsmittels in den Hohlkörper (37) überführbar ausgebildet ist.

15. Profilmeßtaster nach einem der Ansprüche 11 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalibrierprofilkörper- Antriebsmittel und/oder das Antriebsmittel für das Oberflächenprofilmeßmittel mit einem Elektromotor, ei­ nem Elektromagneten, einem Bimorph- oder Piezostellele­ ment ausgebildet sind.

16. Profilmeßtaster nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (20) mit einer Tastnadel (22) und das Oberflächenprofilmeßmittel als Nadelspitze (23) ausgebildet sind.

17. Profilmeßtaster nach einem der Ansprüche 1 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (20) mit einem optischen Sender und Empfänger und das Oberflä­ chenprofilmeßmittel mit Lichtstrahlen, insbesondere mit Laserstrahlen ausgebildet sind.