DE19947001A1 - Instrument zur Messung der Oberflächenkontur - Google Patents

Abstract

Es wird ein Instrument zur Messung der Oberflächenkontur zur Verfügung gestellt, welches in der Lage ist, die Meßkraft in einer effizienten und akkuraten Art, und ohne eine Belastung für den Operator darzustellen, auf einen angemessenen Wert einzustellen, wenn mindestens der Taststift oder der Taststifthalter entsprechend der Oberflächenkontur des zu messenden Objekts ausgetauscht wurde. Ein Hauptkörper ist relativ zu einem zu messenden Objekt beweglich angeordnet. Ein Meßarm ist verfügbar, der von dem genannten Hauptkörper so gehalten wird, daß er relativ zu diesem beweglich ist, wobei der genannte Meßarm an einem Ende einen Taststifthalter und einen Taststift so trägt, daß der Taststifthalter und der Taststift auswechselbar sind. Die Verschiebung des Meßarmes wird von einem Gerät zur Erkennung von Verschiebungen erkannt. Die Meßkraft, die auf den Meßarm wirkt, wird durch Mittel zur Einstellung der Meßkraft justiert. Ein Speicher speichert eine Meßkraft-Steuersignal-Tabelle, die eine Mehrzahl von Meßkraft-Steuersignalen aufweist, die zu Kombinationen einer Mehrzahl verschiedener Arten des Taststifthalters und verschiedener Arten des Taststifts korrespondiert. Nach Ersetzung von wenigstens einem der beiden, des Taststifthalters und des Taststifts, wird die Art des Taststifthalters und die Art des Taststifts durch ein Eingabegerät bestimmt. Ein Steuergerät ließt ein Meßkraft-Steuersignal, welches zu einer Kombination der Art des Taststifthalters und der Art des ...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Instrument zur Messung der Ober­ flächenkontur, genauer auf ein Instrument zur Messung der Oberflächenkontur, welches die Oberflächenrauheit oder -kontur eines Gegenstandes mit einem Tast­ stift mißt, der in Kontakt mit der Oberfläche des Werkstückes gebracht wird, so daß Taststift und Werkstück relativ zueinander bewegt werden.

Es sind Meßinstrumente zur Messung der Oberflächenrauheit oder Kontur be­ kannt, welche die Oberflächenrauheit oder Kontur eines Objekts messen.

Meßinstrumente dieser Art schließen ein Kontaktmeßinstrument ein, welches ei­ nen Taststift vom Kontakttyp, wie in Fig. 1 gezeigt, aufweist und welches mit einem Detektor 5 ausgestattet ist, der einen Rahmen 10 aufweist, der durch einen nicht gezeigten Bewegungsmechanismus relativ zu dem Meßobjekt bewegt wird, weiterhin einen Meßarm 11, unterstützt mittels eines Schaftes 12 durch den Rah­ men 10, der durch den Schaft 12 schwingen kann und den Taststift 15 auf seiner Spitze trägt, ein Ausgleichsgewicht 16, welches beweglich auf dem Meßarm an­ gebracht ist, um die auf den Meßarm 11 wirkende Meßkraft einzustellen, insbe­ sondere die Kontaktkraft des Taststiftes 15 mit dem Objekt, so daß der Taststift 15 die Oberfläche des zu messenden Objekts mit einer vorbestimmten Meßkraft be­ rührt, und eine Vorrichtung 21 zum Erkennen der Auslenkung, welches aus einem Differentialtransformer oder ähnlichem gebildet ist, um das Ausmaß der Auslen­ kung des Meßarmes 11 während der Schwingung zu messen.

Der Meßarm 11 ist so ausgelegt, daß er verschiedene Arten von Taststiften 15 und Taststifthaltern 14, die den Taststift 15 halten, aufnehmen kann, so daß der Tast­ stift 15 und der Taststifthalter 14 durch einen jeweils anderen ersetzt werden kann, so daß er in der Lage ist, verschiedenen Oberflächenkonturen von zu mes­ senden Objekten zu folgen.

Zur Messung wird ein Taststift 15 und ein Taststifthalter 14, die jeweils zur Ober­ flächenkontur des zu messenden Objekts passen, ausgewählt und auf dem Meß­ arm 11 montiert. Der Taststift 15 des Meßarms 11 wird in Kontakt mit der Ober­ fläche des Objekts gebracht, und dann wird der Meßarm 11 entlang der Oberflä­ che des Objekts durch den Bewegungsmechanismus bewegt. Die Meßarm 11 schwingt passend zu der Oberflächenkontur des Objekts, wobei das Ausmaß der Auslenkung des Meßarms 11 während der Schwingung durch ein Gerät zur Mes­ sung der Auslenkung 21 erkannt wird. Die Oberflächenkontur des Objekts oder ähnlichem kann aus dem gemessenen Umfang der Auslenkung des Meßarms 11 während der Schwingung und dem Ausmaß der Bewegungen desselben bestimmt werden.

Bei einem konventionellen, die Oberflächenrauheit oder -kontur messenden In­ strument, wird das Ausgleichsgewicht 16 jedesmal justiert, wenn der Taststift 15 und der Taststifthalter 14 durch andere ersetzt werden, das heißt, daß die Position des Ausgleichsgewichtes 16 longitudinal in der Richtung des Meßarms 11 bewegt wird, wobei eine Spannungseichung oder eine elektronische Skala benutzt wird, so daß die Kontaktkraft des Taststiftes 15 auf dem Objekt gemessen wird, insbe­ sondere so, daß die Meßkraft einem vorbestimmten Wert gleich wird. Diese Ju­ stierung verursacht eine verminderte Betriebseffizienz und bedeutet eine große Belastung für den Operator.

Es ist daher Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung, ein Instrument zur Messung der Oberflächenkontur zu schaffen, welches in der Lage ist, die Meßkraft in einer effizienten und akkuraten Art auf einen angemessenen Wert einzustellen, ohne ei­ ne Belastung für den Operator durch Austauschen von mindestens einem von dem Taststift oder dem Taststifthalter entsprechend der Oberflächenkontur des zu mes­ senden Objekts darzustellen.

Um das genannte Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein Instru­ ment zur Messung der Oberflächenkontur zur Verfügung, welches einen Haupt­ körper, der relativ zu einem zu messenden Objekt beweglich angeordnet ist, ei­ nem Meßarm, der von dem Hauptkörper so gehalten wird, daß er relativ zu die­ sem beweglich ist, wobei der Meßarm an einem Ende einen Taststifthalter und ei­ nen Taststift so trägt, daß der Taststifthalter und der Taststift auswechselbar sind, Mitteln zur Messung von Verschiebungen zum Messen der Verschiebung des Meßarms, Mitteln zur Einstellung einer Meßkraft, um die Meßkraft einzustellen, die auf den Meßarm wirkt, Speichermitteln, welche eine Meßkraft-Steuersignal- Tabelle speichert, die eine Mehrzahl von Meßkraft-Steuersignalen aufweist, die zu Kombinationen einer Mehrzahl verschiedener Arten des Taststifthalters und verschiedener Arten des Taststifts korrespondiert, Bestimmungsmittel zur Be­ stimmung der Art des Taststifthalters und der Art des Taststifts nach Ersetzung von wenigstens einem der beiden, des Taststifthalters und des Taststifts, und Steuermittel zum Lesen eines Steuersignals der Meßkraft, die zu einer Kombina­ tion der Art des Taststifthalters und der Art des Taststifts nach der Ersetzung ent­ spricht, die durch die Bestimmungsmittel bestimmt wurden, und Abgeben des gelesenen Steuersignals der Meßkraft zu den Mitteln zur Einstellung der Meß­ kraft, aufweist. Mit der obigen Anordnung wird der Taststifthalter des Meßarms bewegt, während er der Oberfläche des Objekts folgt, wenn der Hauptkörper und das zu messende Objekt relativ zueinander bewegt werden, wobei der Taststift des Meßarms in Kontakt mit der Oberfläche des Objekts gehalten wird, wobei der Meßarm entsprechend der Oberflächenrauheit oder -kontur des Objekts ausge­ lenkt wird. Die Auslenkung des Meßarms wird durch Mittel zur Messung der Auslenkung gemessen. Aus dem gemessenen Auslenkungswert wird die Oberflä­ chenrauheit oder -kontur des Objekts bestimmt.

Wenn wenigstens eines der beiden, der Taststifthalter oder der Taststift des Meß­ arms durch eine andere Art von Taststifthalter und/oder eine andere Art von Tast­ stift, passend zur Oberflächenkontur des zu messenden Objekts, ausgetauscht wird, und die Art des Taststifthalters und/oder Art des Taststiftes nach dem Aus­ tausch durch die Bestimmungsmittel bestimmt wird, wird ein Meßkraft-Steuer­ signal gemäß der Kombination der Art des Taststifthalters und der Art des Tast­ stiftes, bestimmt durch die Bestimmungsmittel, aus der Meßkraft-Steuersignal- Tabelle gelesen und das gelesene Steuersignal der Meßkraft wird zu den Mitteln zur Anpassung der Meßkraft übermittelt, welche im Gegenzug die Meßkraft, die auf den Meßarm wirkt, auf einen Wert steuert, der zu dem gelesenen Steuersignal korrespondiert. Als Ergebnis kann die Meßkraft in einer effizienten und korrekten Weise auf einen angemessenen Wert gesetzt werden, ohne dem Operator Bela­ stungen aufzuerlegen.

Um die Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung weiterhin ein Instru­ ment zur Messung der Oberflächenkontur zur Verfügung, welches einen Haupt­ körper, der relativ zu einem zu messenden Objekt beweglich angeordnet ist, einen Meßarm, der von dem genannten Hauptkörper so gehalten wird, daß er relativ zu diesem beweglich ist, wobei der genannte Meßarm an einem Ende einen Taststift­ halter und einen Taststift so trägt, daß der Taststifthalter und der Taststift aus­ wechselbar sind, Mittel zur Erkennung von Auslenkungen zum Erkennen der Auslenkung des Meßarms, Mittel zur Einstellung einer Meßkraft, um die Meß­ kraft einzustellen, die auf den Meßarm wirkt, Speichermittel, welche eine Werte­ tabelle mit Werten der Steuersignale der Meßkraft speichern, die eine Mehrzahl von Steuersignalen der Meßkraft aufweist, die jeweils zu Kombinationen einer Mehrzahl verschiedener Arten des Taststifthalters, verschiedener Arten des Tast­ stifts, verschiedener Meßrichtungen, in welchen das Objekt vermessen werden soll, und Inklinationswinkeln des Hauptkörpers korrespondieren, Mittel zum Mes­ sen des Inklinationswinkels des Hauptkörpers, Bestimmungsmittel zur Bestim­ mung der Art des Taststifthalters und der Art des Taststiftes nach Ersetzung von wenigstens einem der beiden, des Taststifthalters und des Taststifts, und zur Be­ stimmung der Meßrichtung, in welcher das Objekt vermessen werden soll, und Steuermittel zum Lesen eines Steuersignals der Meßkraft, welche zu einer Kom­ bination der Art des Taststifthalters und der Art des Taststiftes nach Ersetzung korrespondiert, welche durch Bestimmungsmittel bestimmt werden, wobei die Meßrichtung durch die genannten Bestimmungsmittel bestimmt wird, und der Inklinationswinkel des genannten Hauptkörpers durch die genannten Mittel zur Winkelmessung erkannt wird, und das gelesene Steuersignal der genannten Meß­ kraft zu den genannten Mitteln zur Einstellung der Meßkraft weiterleitet, aufweist.

In der obigen Anordnung weist die Wertetabelle mit Werten der Steuersignale der Meßkraft eine Vielzahl von Steuersignalen für die Meßkraft auf, welche jeweils zu Kombinationen verschiedener Arten von Taststifthaltern und verschiedener Arten von Taststiften korrespondieren, die die Meßrichtungen, in welchen das Objekt gemessen wird, und die Inklinationswinkel des Hauptkörpers messen. Dies bedeutet, daß die optimalen Meßkräfte nicht nur in Bezug auf Kombinationen ver­ schiedener Arten von Taststifthaltern und Taststiften eingestellt werden können, sondern auch in Bezug auf die Meßrichtungen (z. B. Aufwärts- und Abwärtsbe­ wegung) und Inklinationswinkel des Hauptkörpers, wobei die Meßkraft, welche auf den Meßarm wirkt, auf einen angemessenen Wert mit hoher Genauigkeit ge­ setzt werden kann.

In diesem Fall wird der Inklinationswinkel des Hauptkörpers automatisch durch die Mittel zur Winkelmessung erkannt und muß nicht manuell durch den Operator eingegeben werden, was dadurch Arbeit und Zeit für die manuelle Eingabe spart und somit die Belastung des Operators weiter reduziert.

Das Instrument zur Messung der Oberflächenkontur kann Mittel zur Erkennung der Meßkraft beinhalten, welche die Meßkraft, die auf den Meßarm wirkt, erken­ nen. In diesem Fall liefern die Steuermittel das gelesene Meßkraft-Steuersignal zu den Mitteln zur Einstellung der Meßkraft und kontrollieren die Mittel zur Ein­ stellung der Meßkraft so, daß der Wert der Meßkraft, welcher von den Mitteln zur Erkennung der Meßkraft erkannt wurde, dem gelesenen Meßkraft-Steuersignal gleich wird.

In dieser Anordnung werden die Mittel zur Einstellung der Meßkraft so in Abhän­ gigkeit von dem erkannten Meßkraftwert gesteuert, daß der erkannte Meßkraft­ wert dem Meßkraft-Steuersignal gleich wird, wobei die Meßkraft, die auf den Meßarm wirkt, noch genauer eingestellt werden kann.

Vorzugsweise beinhalten die Mittel zur Einstellung der Meßkraft eine Stellein­ richtung, die durch die Kontrollmittel gestellt wird, und Mittel zur Übertragung zwischen der Stelleinrichtung und dem Meßarm, die den Ausgang der Stellein­ richtung mit dem Meßarm verbinden.

Das Obige und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der fol­ genden genauen Beschreibung im Zusammenhang mit den zugehörigen Zeich­ nungen deutlicher.

Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 ist eine Ansicht, die die Konstruktion des Detektors eines herkömmli­ chen Instruments zur Messung der Oberflächenkontur zeigt.

Fig. 2 ist eine Frontalansicht, die die Gesamtkonstruktion des Instruments zur Messung der Oberflächenkontur, entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, zeigt.

Fig. 3 ist eine Ansicht, die den Aufbau eines Detektors des Instruments zur Messung der Oberflächenkontur, entsprechend einer Ausführungsform, zeigt.

Fig. 4a ist eine perspektivische Ansicht, die eine Art von Taststifthalter, welche im Detektor nach Fig. 3 benutzt werden kann, zeigt.

Fig. 4b ist eine perspektivische Ansicht, die eine andere Art von Taststifthalter, welche im Detektor nach Fig. 3 benutzt werden kann, zeigt.

Fig. 5a ist eine perspektivische Ansicht, die eine Art von Taststift, welche im Detektor nach Fig. 3 benutzt werden kann, zeigt.

Fig. 5b ist eine perspektivische Ansicht, die eine andere Art von Taststift, wel­ che im Detektor nach Fig. 3 benutzt werden kann, zeigt.

Fig. 5c ist eine perspektivische Ansicht, die eine weitere Art von Taststift, wel­ che im Detektor nach Fig. 3 benutzt werden kann, zeigt.

Fig. 6 ist eine Ansicht, die den Aufbau einer Vorrichtung zur Einstellung der Meßkraft im Detektor nach Fig. 3 zeigt.

Fig. 7 ist ein Blockdiagramm, welches die Anordnung eines Steuersystems des Instruments zur Messung der Oberflächenkontur entsprechend der Ausführungsform zeigt.

Fig. 8 ist eine Ansicht, die eine Meßkraft-Steuersignal-Tabelle zeigt.

Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, welches die Anordnung eines Steuersystems ei­ nes Instruments zur Messung der Oberflächenkontur, entsprechend ei­ ner anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, zeigt.

Die vorliegende Erfindung wird im Detail anhand der vorliegenden Zeichnungen erläutert, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen.

Zunächst wird auf Fig. 2 Bezug genommen, die, entsprechend einer Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung, den gesamten Aufbau eines Instruments zur Messung der Oberflächenkontur zeigt. Das Instrument zur Messung der Ober­ flächenkontur, welches der vorliegenden Ausführungsform entspricht, weist einen Meßfuß 2, an welchem ein Werkstück 1, welches vermessen werden soll, ange­ ordnet ist, eine Säule 3, welche auf dem Meßfuß aufgestellt ist, einen Schieber 6, welcher auf der Säule 3 zur Bewegung entlang der Säule 3, so wie durch den Pfeil Z angedeutet, in vertikale Richtung (in Richtung der Z-Achse) montiert ist, eine Detektoraufnahme 4, welche auf dem Schieber 6 montiert ist, um eine Kippbewe­ gung über eine Kippvorrichtung 7 auszuführen, und einen Detektor 5, welcher zu­ sammen mit der Detektoraufnahme 4 beweglich an einen Boden der Detektorauf­ nahme 4 gekoppelt ist (normalerweise in Richtung der X-Achse wie durch den Pfeil X angedeutet), auf. Die Kippvorrichtung 7 hat einen drehbaren Schaft, wel­ cher nicht gezeigt ist und welcher auf dem Schieber 6 so montiert ist, daß er über dessen äußere Oberfläche hervorragt, und wobei der genannte Schaft der Kippvor­ richtung 7 relativ zum Meßfuß 2 in einer Richtung parallel zur Seitenoberfläche drehbar ist (in eine Richtung, die durch den Pfeil T angedeutet ist). Der Rotati­ onswinkel der Kippvorrichtung 7, das heißt der Inklinationswinkel des Detektors 5, wird durch einen Winkelsensor 8 gemessen. Der Winkelsensor 8 kann von ei­ nem üblichen Typ sein. Zum Beispiel kann der Winkelsensor, wie aus der offen­ gelegten japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 6-147894 bekannt ist, aus einem Gehäuse bestehen, einem im Gehäuse aufgehängten Pendel zur Schwingbewegung und einem Winkeldetektor, welcher aus einem photoelektri­ schen Element oder ähnlichem zur Messung der Inklination des Pendels relativ zum Gehäuse in Form von elektrischen Signalen gebildet ist. Jeder andere Typ von Winkelmesser kann ebenfalls verwendet werden.

Der Detektor 5 ist wie in Fig. 3 gezeigt aufgebaut. Der Detektor 5 weist einen Rahmen 10 als Hauptkörper, welcher mit dem Detektorvorschub 4 verbunden ist, zur Bewegung relativ zu einem Werkstück, welches vermessen werden soll, durch den Detektorvorschub 4, einen Meßarm 11, welcher über einen Schaft 12 durch den Rahmen 10 unterstützt wird, so daß er um den Schaft 12 schwingen kann, ei­ ne Vorrichtung zur Messung der Auslenkung 21, welche aus einem Differential­ transformer oder ähnlichem gebildet ist, angebracht am Rahmen 10, zur Erken­ nung des Ausmaßes der Auslenkung des Meßarms 11 während der Schwingung und ein Gerät zur Anpassung der Meßkraft 31, angebracht am Rahmen 10, zur Einstellung der Meßkraft, welche auf den Meßarm 11 wirkt, auf.

Der Meßarm 11 weist einen Gewichtsstab 13, angebracht am Rahmen 10 über den Schaft 12, gesichert durch Unterstützungsmittel 17, die an der inneren Oberfläche des Rahmens 10 zur Schwingung um den Schaft 12 angebracht sind, einen Tast­ stifthalter 14, welcher so an einem Ende des Gewichtsstabes 13 angekoppelt ist, daß dieser von diesem entfernt werden kann, um durch einen anderen Taststift­ halter ausgetauscht zu werden, und einen Taststift 15, der auf der Spitze des Tast­ stifthalters 14 so angebracht ist, daß dieser von diesem entfernt werden kann, um durch einen anderen Taststift ausgetauscht zu werden, auf.

Als Taststifthalter 14 werden eine Vielzahl von Arten von Taststifthaltern zur Verfügung gestellt. Aus der Vielzahl der Arten von Taststifthaltern wird ein zur zu messenden Oberfläche des Werkstücks 1 passender ausgewählt und auf den Gewichtsstab 13 montiert. Ein passender Taststifthalter wird beispielsweise aus einer Vielzahl von Taststifthaltern, einschließlich des Taststifthalters H1 in Form eines geraden Rohres, wie in Fig. 4a gezeigt, ausgewählt, ebenso wie des Tast­ stifthalters H2 mit Proportionalabweichung in der Form eines angewinkelten Roh­ res mit einer Spitze, die im rechten Winkel gebogen ist, wie in Fig. 4b gezeigt.

Ebenso werden für den Taststift 15 eine Vielzahl von Arten von Taststiften bereit gestellt. Aus dieser Vielzahl von Taststiften wird ein zur zu messenden Oberflä­ che des Werkstücks 1 passender ausgewählt und auf den Taststifthalter 14 mon­ tiert. Zum Beispiel wird ein passender Taststift aus einer Vielzahl von Arten von Taststiften ausgewählt, einschließlich aus einem einseitig geschnittenen Taststift S1, welcher eine Spitze, auf einer Seite schräg abgeschnitten, wie in Fig. 5a ge­ zeigt, hat, eines zweiseitig geschnittenen Taststiftes S2, welcher eine Spitze schräg an zwei Seiten, wie in Fig. 5b gezeigt, abgeschnitten hat, und eines koni­ schen Taststiftes S3, welcher eine konisch geschnittene Spitze, wie in Fig. 5c gezeigt, aufweist.

Die Vorrichtung zur Einstellung der Meßkraft 31 ist so aufgebaut, daß eine be­ stimmte Meßkraft auf den Meßarm 11 beaufschlagt wird. Beispielsweise weist diese, wie in Fig. 6 gezeigt, einen Rotationskraftgenerator 32, wie z. B. ein rotie­ rendes Solenoid und einen umsteuernden Motor als Stelleinrichtung auf, welche an die innere Oberfläche des Rahmens 10 montiert ist, eine angetriebene Riemen­ scheibe 33, welche an einem Hauptschaft des Rotationskraftgenerators 32 ange­ bracht ist, und getriebene Riemenscheiben 34 und 35, welche an beiden Seiten des Gewichtsstabs 13 des Meßarms 11 angebracht sind und an dem Rahmen 10 mit einer nicht gezeigten Befestigungsplatte montiert sind, sowie einen Riemen 36, welcher um die Riemenscheiben 33, 34 und 35 gewickelt ist, und dessen beide Enden jeweils an der unteren bzw. oberen Oberfläche des Gewichtsstabes 13 be­ festigt sind. Der Riemen 36 und die Riemenscheiben 33 bis 35 bilden die Übertra­ gungsmittel.

Wenn der Rotationskraftgenerator 32 eine Rotationskraft zur Drehung der Rie­ menscheiben 33 bis 35 in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn, wie in Fig. 6 gezeigt, erzeugt, wird der Gewichtsstab 13 scharnierförmig um den Schaft 12 in eine Richtung, die sich bei Aufsicht gemäß Fig. 6 entgegen dem Uhrzei­ gersinn mittels des Riemens 36 bewegt, um eine abwärts gerichtete Meßkraft auf den Meßarm 11 zu erzeugen.

Umgekehrt, wenn der Rotationskraftgenerator 32 eine Rotationskraft zum Drehen der Riemenscheiben 33 bis 35 in eine Richtung, bei Aufsicht gemäß Fig. 6 im Uhrzeigersinn, erzeugt, wird der Gewichtsstab 13 scharnierförmig um den Schaft 12 in einer Richtung im Uhrzeigersinn beim Blick wie in Fig. 6 durch den Rie­ men 36, bewegt, um eine aufwärts gerichtete Meßkraft auf den Meßarm 11 zu er­ zeugen. In diesem Fall ist der Taststifthalter 14 auf dem Gewichtsstab 13 in einer umgekehrten Art montiert, wobei der Taststift aufwärts gerichtet ist, wie durch die durch zwei Punkte unterbrochenen Kettenlinien in Fig. 6 angedeutet ist. Dies bedeutet, daß die Befestigungsposition des Taststifthalters oder der die Meßkraft beaufschlagenden Richtung entsprechend der Meßrichtung geändert werden kann (Messung durch eine aufwärts gerichtete Meßkraft oder Messung durch eine ab­ wärts gerichtete Meßkraft).

Fig. 7 zeigt den Aufbau eines Steuersystems eines Instruments zur Messung der Oberflächenkontur entsprechend der vorliegenden Ausführungsform, welches die Meßkraft festlegt und justiert. Wie in Fig. 7 gezeigt, ist der Winkelsensor 8 mit einer Zentralprozessoreinheit (CPU) 45 als Steuermittel durch ein Interface 41 und einen A/D(Analog/Digital)-Wandler 42 verbunden. Die Vorrichtung zur Einstellung der Meßkraft 31 ist mit der CPU 45 durch ein Interface 43 und einen D/A(Digital/Analog)-Wandler 44 verbunden.

Mit der CPU 45 ist ein Speicher 46 als Speichermittel verbunden, eine Eingabe­ vorrichtung 47 als Bestimmungsmittel und eine Anzeige 48 als Anzeigemittel.

Der Speicher 46 hat Speicherbereiche für die Speicherung von Meßwerten und ähnlichem, sowie für eine Meßkraft-Steuersignal-Tabelle 49. Die Meßkraft- Steuersignal-Tabelle 49 weist ein Datenformat wie in Fig. 8 gezeigt auf. Die Tabelle 49 enthält Meßkraft-Steuersignale α1, α2, α3, . . ., welche optimale, auf den Meßarm 11 wirkende, Meßkräfte übertragen, und die passend zu entspre­ chend verschiedenen Kombinationen von Arten (H1, H2) des Taststifthalters 14 und verschiedenen Arten (S1, S2, S3) des Taststiftes 15, sowie zu Meßrichtungen (Messung mittels einer aufwärts gerichteten Kraft und Messung mittels einer ab­ wärts gerichtete Kraft), und Inklinationswinkeln (0°, 15°, 45°, 60°, 75°) des De­ tektors 5 (Hauptkörper 10) angeordnet sind. Die Meßkraft-Steuersignale α1, α2, α3, . . . sind Werte eines elektrischen Stroms, mit dem der Rotationskraftgenerator 32 versorgt wird.

Beispielsweise sind für eine Kombination des Taststifthalters H1 und des Tast­ stiftes S1 mehrere Meßkraft-Steuersignale α1, . . . α6 vorgegeben, welche jeweils für die Winkel 0°, 15°, 45°, 60° und 75° optimal sind, wobei dies die Inklinati­ onswinkel sind, wenn die Meßrichtung aufwärts gerichtet ist.

Der Operator kann über das Eingabegerät 47 neue passende Meßkraft-Steuersi­ gnale für Kombinationen von verschiedenen Arten von Taststifthaltern 14 und Tastköpfen 15 eingeben, um diese in der Meßkraft-Steuersignal-Tabelle 49 zu registrieren. Weiterhin kann der Operator Meßkraft-Steuersignale passend än­ dern, die bereits in der Tabelle 49 registriert sind, indem er neue Werte mittels des Eingabegerätes 47 eingibt.

Daneben kann der Operator durch das Eingabegerät 47 die Meßrichtung (aufwär­ tige Richtung oder abwärtige Richtung) bestimmen oder auswählen, genauso wie die Arten der Taststifthalter und Tastköpfe, die verwendet werden, während er auf den Bildschirm des Displays 48 blickt. Ein Ausgangssignal des Winkelsensors 8, welches den Inklinationswinkel des Detektors 5 (Hauptkörper 10) anzeigt, wird durch das Interface 41 und den A/D-Konverter 42 in die CPU 45 eingegeben.

Die CPU 45 arbeitet in Abhängigkeit von der Kombination der Art des Taststift­ halters, der Art des Taststiftes und der Meßrichtung (aufwärtige Richtung oder abwärtige Richtung), welche vom Operator mittels des Eingabegerätes 47 festge­ legt werden muß, und eines Wertes des Inklinationswinkels des Detektors 5 (Hauptkörper 10) des Winkelsensors 8, um die Meßkraft-Steuersignale, die zu der Kombination aus der Meßkraft-Steuersignal-Tabelle 49 im Speicher 46 entspricht, zu lesen, und das gelesene Steuersignal zur Vorrichtung 31 zur Ein­ stellung der Meßkraft weiterzuleiten.

Die Arbeitsweise der vorliegenden Ausführungsform, die wie oben aufgebaut ist, wird nun beschrieben.

Für die Messung wird eine Sorte eines Taststifthalters 14 und eine Sorte eines Taststiftes 15, welche optimal zu der zu messenden Oberflächenkontur des Werk­ stücks 1 sind, ausgewählt und auf den Gewichtsstab 13 montiert und dann die Art (H1 oder H2) des Taststifthalters 14 und die Art (S1, S2 oder S3) des Taststiftes 15 bestimmt oder durch die Eingabevorrichtung 47 zusammen mit der gewünsch­ ten Meßrichtung (aufwärtige Richtung oder abwärtige Richtung) eingeben.

Die CPU 45 liest dasjenige Meßkraft-Steuersignal aus der Meßkraft-Steuersi­ gnal-Tabelle 49, welches der Kombination der Art (H1 oder H2) des Taststift­ halters 14 und der Art (S1, S2 oder S3) des Taststiftes 15 und der Meßrichtung (aufwärtige Richtung oder abwärtige Richtung, welche bestimmt wurden) ent­ spricht, sowie den von dem Mittel zur Winkelmessung 8 gemessenen Inklinati­ onswinkel ein und liefert das gelesene Steuersignal zu der Vorrichtung 31 zur Einstellung der Meßkraft.

Dann wird der Rotationskraftgenerator 32 von der Vorrichtung 31 zur Einstellung der Meßkraft als Reaktion auf das von der CPU 45 gelieferte Meßkraft-Steuer­ signal bewegt, um die auf den Meßarm 11 wirkende Meßkraft auf einen Wert, der zu dem Steuersignal korrespondiert, einzustellen.

Dann wird die Messung ausgeführt. Mit dem Taststift 15, welcher in Kontakt mit der Oberfläche des Werkstücks 1 mit einer angepaßten, wie oben eingestellten, Meßkraft gehalten wird, wird die Detektoraufnahme 4 betrieben, um den Detektor 5 zu bewegen. Dies bedeutet, daß der Taststift 15 aufwärts und abwärts ausgelenkt wird, während er der Oberfläche des Werkstücks 1 folgt, so daß der Meßarm 11 schwingt. Der Wert der Auslenkung des Meßarms 11 während der Schwingung wird durch die Vorrichtung zur Messung der Auslenkung wahrgenommen. Die Oberflächenrauheit oder -kontur des Werkstücks 1 wird aus den gemessenen Werten der Auslenkung bestimmt.

Wie oben beschrieben, werden, entsprechend der gegenwärtigen Ausführungs­ form, Meßwert-Steuersignale, die für die optimale Meßkraft für den Meßarm 11 Anwendung finden, in der Meßkraft-Steuersignal-Tabelle 49 gespeichert, so daß sie zu den verschiedenen Kombinationen von Arten (H1, H2) des Taststift­ halters 14 und Arten (S1, S2, S3) des Taststiftes 15, der Meßrichtungen (aufwärti­ ge und abwärtige Richtung), sowie zu den Inklinationswinkeln (0°, 15°, 45°, 60°, 75°) des Detektors 5 (Hauptkörper 10) korrespondieren, und, während der Mes­ sung, wird eine der Kombinationen bestimmt und dann ein Meßkraft-Steuersi­ gnal, welches zu der ausgewählten Kombination korrespondiert, aus der Meßkraft- Steuersignal-Tabelle 49 ausgelesen und zur Vorrichtung 31 zur Einstellung der Meßkraft geleitet. So kann die Meßkraft automatisch auf einen optimalen Wert gebracht werden. Als Ergebnis kann die Meßkraft in einer effizienten und akku­ raten Art auf einen passenden Wert gesetzt werden, ohne Aufwand für den Ope­ rator zu verursachen.

Weiterhin wird der Inklinationswinkel des Detektors 5 (Hauptkörper 10), der ei­ nen Parameter der verschiedenen Kombinationen bildet, automatisch durch den Winkelsensor 8 wahrgenommen und muß nicht manuell durch den Operator ein­ gegeben werden. Dies kann Arbeit und Zeit für die manuelle Eingabe durch das Eingabegerät 47 sparen und daher die Belastung des Operators weiter reduzieren.

Weiterhin muß ein Balancegewicht, welches in der longitudinalen Richtung des Meßarms 11 beweglich ist und wie es im Stand der Technik benötigt wird, nicht zur Verfügung gestellt werden, und daher hat das Gehäuse des Detektors 5 keinen über diesen hinausragenden Auswurf, was die gesamte Konstruktion in eine kom­ pakte Form bringt.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf den Aufbau der oben beschriebenen Aus­ führungsform begrenzt, sondern kann, ohne vom Schutzbereich der Erfindung ab­ zuweichen, geändert und variiert werden, um so die Aufgabe der Erfindung zu lö­ sen.

Beispielsweise ist das Gerät zur Einstellung der Meßkraft 31 nicht beschränkt auf dasjenige, welches in der oben beschriebenen Ausführungsform dargestellt ist, sondern kann ein bewegliches Teil, eine lineare Führung und eine Verbindung aufweisen, welche die übertragenden Mittel darstellen. Das bewegliche Teil ist an dem Rahmen 10 mittels der linearen Führung für die vertikale Bewegung, wie in Fig. 3 gezeigt, befestigt und mit dem Meßarm 11 über die Verbindung angekop­ pelt. Ein Stellglied wird zur Verfügung gestellt, um die rutschende Bewegung des beweglichen Teils entlang der linearen Führung zu verursachen.

In diesem Fall kann das Stellglied jeden Aufbau aufweisen, wie z. B. eine Schwingspule, die aus einem Magnet und einer Spule besteht, und einem Linear­ motor.

Weiterhin speichert in der oben beschriebenen Ausführungsform die Meßkraft- Steuersignal-Tabelle 49 Werte des Inklinationswinkels des Detektors 5 (Haupt­ körper 10) in Intervallen von 15°. Wenn der von dem Winkelsensor 8 gemessene Inklinationswinkel zwischen benachbarte, gespeicherte Werte fällt, kann ein Meßkraft-Steuersignal durch eine Interpolationsmethode gewonnen werden, bei­ spielsweise durch Berechnung derselben durch Mittel der proportionalen Berech­ nung, basierend auf Steuersignalen, welche zu den benachbarten gespeicherten Werten der Inklinationswinkel korrespondieren.

Zusätzlich kann ein Meßkraft-Steuersignal, welches einmal aus der Meßkraft- Steuersignal-Tabelle 49 ausgelesen wurde, durch Bedienung der Eingabevor­ richtung durch den Operator passend verändert oder angepaßt werden. Dies kann verhindern, daß ein Werkstück aus einem relativ weichen Material verkratzt oder beschädigt wird, indem das Meßkraft-Steuersignal auf einen kleineren Wert ge­ setzt wird.

Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform das Meßkraft-Steuersignal lediglich zu der Vorrichtung 31 zur Einstellung der Meßkraft weitergeleitet wird, kann dies alternativ so angeordnet werden, daß die Meßkraft, welche auf den Meßarm 11 wirkt, erkannt wird, und der erkannte Meßkraftwert zur CPU 45 wei­ tergeleitet wird, welche im Gegenzug die Vorrichtung 31 zur Einstellung der Meßkraft als Reaktion auf den erkannten Meßkraftwert so einstellt, daß der er­ kannte Meßkraftwert zu dem Meßkraft-Steuersignal gleich wird, wodurch die Meßkraft, welche auf den Meßarm 11 wirkt, noch genauer eingestellt werden kann. Genauer, wie in Fig. 9 gezeigt, ist ein Meßwandler 51 als Mittel zum Er­ kennen der Meßkraft mit der CPU 45 durch ein Interface 52 und einen A/D- Konverter 53 verbunden. Der Meßwandler 51 ist beispielsweise so aufgebaut, wie in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 5-332859 offenbart. Dies bedeutet, daß er vier Meßwandlerelemente aufweist, welche so verbunden sind, daß sie zwei Brückenschaltungen bilden, wobei die Summe der Ausgangswerte derselben die erkannte Meßkraft anzeigen. Die vier Meßwand­ lerelemente sind auf der äußeren Oberfläche des Taststifthalters 14 in einer kreis­ förmigen Anordnung angebracht. Die CPU 45 regelt als Reaktion auf den Aus­ gang des Meßwandlers 51 das Gerät zur Einstellung der Meßkraft 31 so, daß der Ausgangswert des Meßwandlers 51 dem Meßkraft-Steuersignal, welches aus der Meßkraft-Steuersignal-Tabelle 49 ausgelesen wurde, gleich wird.

Wie oben beschrieben und entsprechend einem Instrument zur Messung der Ober­ flächenkontur nach der gegenwärtigen Erfindung, speichert eine Meßkraft-Steu­ ersignal-Tabelle eine Vielzahl von Meßkraft-Steuersignalen, die einen Meß­ arm mit den optimalen Meßkräften beaufschlagen, in einer Weise, die zu Kombi­ nationen verschiedener Arten von Taststifthaltern und Arten von Taststiften kor­ respondiert und während der Messung, wenn eine der Kombinationen bestimmt ist, wird ein Meßkraft-Steuersignal aus der Tabelle ausgelesen und zu den Mit­ teln zur Einstellung der Meßkraft geliefert. Auf diese Weise kann die Meßkraft auf den richtigen Wert eingestellt werden. Im Ergebnis kann die Meßkraft auf ei­ nen angemessenen Wert in einer effizienten und korrekten Weise eingestellt wer­ den, ohne eine Belastung für den Operator darzustellen.

Claims (6)

1. Instrument zur Messung der Oberflächenkontur, welches einen Hauptkörper, der relativ zu einem zu messenden Objekt beweglich angeordnet ist, einen Meßarm, der von dem genannten Hauptkörper so gehalten wird, daß er relativ zu diesem beweglich ist, wobei der genannte Meßarm an einem Ende einen Taststifthalter und einen Taststift so trägt, daß der Taststifthalter und der Taststift auswechselbar sind, Mittel zur Messung von Verschiebungen zum Messen der Verschiebung des genannten Meßarmes, Mittel zur Einstellung einer Meßkraft um die Meßkraft einzustellen, die auf den genannten Meßarm wirkt, Speichermittel, zum Speichern einer Meßkraft-Steuersignal-Tabelle mit einer Mehrzahl von Meßkraft-Steuersignalen, die jeweils zu Kombina­ tionen einer Mehrzahl verschiedener Arten des genannten Taststifthalters und verschiedener Arten des genannten Taststifts korrespondiert, Bestimmungs­ mittel zur Bestimmung der Art des genannten Taststifthalters und der Art des genannten Taststifts nach der Ersetzung von wenigstens einem der beiden, des genannten Taststifthalters und des genannten Taststifts, und Steuermittel zum Lesen eines Meßkraft-Steuersignals, die zu einer Kombination der ge­ nannten Art des Taststifthalters und der genannten Art des Taststifts nach der Ersetzung gehört, die durch die genannten Bestimmungsmittel bestimmt wur­ den, und Abgeben des gelesenen Meßkraft-Steuersignals zu den genannten Mitteln zur Einstellung der Meßkraft, enthält.

2. Instrument zur Messung der Oberflächenkontur nach Anspruch 1, welches Mittel zum Erkennen der genannten Meßkraft beinhaltet, zur Erkennung der Meßkraft, die auf den Meßarm wirkt, und wobei die genannten Steuermittel das gelesene Meßkraft-Steuersignal zu den genannten Mitteln zur Einstel­ lung der Meßkraft weiterleiten und die Mittel zur Einstellung der genannten Meßkraft so steuern, daß der Wert der genannten Meßkraft, welcher von den genannten Mitteln zur Bestimmung der Meßkraft erkannt wurde, dem gelese­ nen Steuersignal der genannten Meßkraft gleich wird.

3. Instrument zur Messung der Oberflächenkontur nach Anspruch 1, wobei die genannten Mittel zur Einstellung der Meßkraft eine Stelleinrichtung enthal­ ten, die durch die genannten Steuermittel gestellt wird, und die genannte Stelleinrichtung und der genannte Meßarm mit Mitteln zur Übertragung, die die genannte Stelleinrichtung mit dem genannten Meßarm verbinden, um ei­ nen Ausgabewert von der Stelleinrichtung zum Meßarm zu übertragen, ver­ bunden sind.

4. Instrument zur Messung der Oberflächenkontur, welches einen Hauptkörper, der relativ zu einem zu messenden Objekt beweglich angeordnet ist, einen Meßarm, der von dem genannten Hauptkörper so gehalten wird, daß er relativ zu diesem beweglich ist, wobei der genannte Meßarm an einem Ende dessel­ ben einen Taststifthalter und einen Taststift so trägt, daß der Taststifthalter und der Taststift auswechselbar sind, Mittel zum Erkennen von Verschiebun­ gen zum Erkennen der Verschiebung des genannten Meßarms, Mittel zur Einstellung einer Meßkraft, um die Meßkraft einzustellen, die auf den ge­ nannten Meßarm wirkt, Speichermittel, zum Speichern einer Meßkraft- Steuersignal-Tabelle mit einer Mehrzahl von Meßkraft-Steuersignalen, die jeweils zu Kombinationen einer Mehrzahl verschiedener Arten des genannten Taststifthalters, verschiedener Arten des genannten Taststifts, Meßrichtungen, in welchen das genannte Objekt vermessen werden soll, und Inklinationswin­ keln des genannten Hauptkörpers korrespondieren, Mittel zum Erkennen des Inklinationswinkels des Hauptkörpers, Bestimmungsmittel zur Bestimmung der Art des Taststifthalters und der Art des Taststiftes nach Ersetzung von wenigstens einem der beiden, des genannten Taststifthalters und des genann­ ten Taststifts, und zur Bestimmung der Meßrichtung, in welcher das Objekt vermessen werden soll, und Steuermittel zum Lesen eines Meßkraft-Steuer­ signals der Meßkraft, welche zu einer Kombination der Art des Taststifthal­ ters und der Art des Taststiftes nach Ersetzung korrespondiert, welche durch Bestimmungsmittel bestimmt werden, wobei die Meßrichtung durch die ge­ nannten Bestimmungsmittel bestimmt wird, und der Inklinationswinkel des genannten Hauptkörpers durch die genannten Mittel zur Winkelerkennung bestimmt wird, und das gelesene Meßkraft-Steuersignal zu den genannten Mitteln zur Einstellung der Meßkraft weiterleitet, enthält.

5. Instrument zur Messung der Oberflächenkontur nach Anspruch 4, welches Mittel zur Erkennung der genannten Meßkraft beinhaltet, welche zur Erken­ nung der Meßkraft, die auf den Meßarm wirkt, eingesetzt werden, und wobei die genannten Steuermittel das gelesene Steuersignal der genannten Meßkraft zu den genannten Mitteln zur Einstellung der Meßkraft weiterleiten und die Mittel zur Einstellung der genannten Meßkraft so steuern, daß der Wert der genannten Meßkraft, welcher von den genannten Mitteln zur Erkennung der Meßkraft erkannt wurde, dem gelesenen Steuersignal der genannten Meßkraft gleich wird.

6. Instrument zur Messung der Oberflächenkontur nach Anspruch 4, wobei die genannten Mittel zur Einstellung der Meßkraft eine Stelleinrichtung enthal­ ten, die durch die genannten Steuermittel gestellt wird, und die genannte Stelleinrichtung und der genannte Meßarm mit Mitteln zur Übertragung, die die genannte Stelleinrichtung mit dem genannten Meßarm verbinden, um ei­ nen Ausgabewert von der Stelleinrichtung zum Meßarm zu übertragen, ver­ bunden sind.