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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Instrument zur Messung
der Oberflächenkontur, genauer
auf ein Instrument zur Messung der Oberflächenkontur, welches die Oberflächenrauheit
oder -kontur eines Gegenstandes mit einem Taststift mißt, der
in Kontakt mit der Oberfläche
des Werkstückes gebracht
wird, so daß Taststift
und Werkstück
relativ zueinander bewegt werden.
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Es
sind Meßinstrumente
zur Messung der Oberflächenrauheit
oder Kontur bekannt, welche die Oberflächenrauheit oder Kontur eines
Objekts messen.
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Meßinstrumente
dieser Art schließen
ein Kontaktmeßinstrument
ein, welches einen Taststift vom Kontakttyp, wie in 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 Rahmen 10, der durch
den Schaft 12 schwingen kann und den Taststift 15 auf
seiner Spitze trägt,
ein Ausgleichsgewicht 16, welches beweglich auf dem Meßarm angebracht
ist, um die auf den Meßarm 11 wirkende
Meßkraft
einzustellen, insbesondere die Kontaktkraft des Taststiftes 15 mit
dem Objekt, so daß der
Taststift 15 die Oberfläche
des zu messenden Objekts mit einer vorbestimmten Meßkraft berührt, und
eine Vorrichtung 21 zum Erkennen der Auslenkung, welches
aus einem Differentialtransformer oder ähnlichem gebildet ist, um das
Ausmaß der
Auslenkung des Meßarmes 11 während der
Schwingung zu messen.
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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 Taststift 15 und
der Taststifthalter 14 durch einen jeweils anderen ersetzt
werden kann, so daß er in
der Lage ist, verschiedenen Oberflächenkonturen von zu messenden
Objekten zu folgen.
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Zur
Messung wird ein Taststift 15 und ein Taststifthalter 14,
die jeweils zur Oberflächenkontur des
zu messenden Objekts passen, ausgewählt und auf dem Meßarm 11 montiert.
Der Taststift 15 des Meßarms 11 wird in Kontakt
mit der Oberfläche
des Objekts gebracht, und dann wird der Meßarm 11 entlang der
Oberfläche
des Objekts durch den Bewegungsmechanismus bewegt. Der Meßarm 11 schwingt
passend zu der Oberflächenkontur
des Objekts, wobei das Ausmaß der
Auslenkung des Meßarms 11 während der.
Schwingung durch ein Gerät zur
Messung 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.
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Bei
einem konventionellen, die Oberflächenrauheit oder -kontur messenden
Instrument, 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, insbesondere so, daß die
Meßkraft
einem vorbestimmten Wert gleich wird. Diese Justierung verursacht
eine verminderte Betriebseffizienz und bedeutet eine große Belastung
für den Operator.
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Des
Weiteren ist aus der
DE
40 13 742 C2 ein Abtastkopf für eine Maschine zum Ausmessen der
Mikrooberflächenkontur
von Werkstücken
bekannt, bei dem die Tastspitze unabhängig von der lokalen Oberflächenkontur
der Werkstückoberfläche mit
gleich bleibendem Druck in Anlage an der Werkstückoberfläche gehalten wird. Hier ist
allerdings nicht vorgesehen, dass der Taststifthalter und der Taststift
ausgewechselt werden können.
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Weiterhin
ist aus der
US 4,265,022 eine Messvorrichtung
zur Messung der Kontur eines Objekts bekannt. Diese Vorrichtung
umfasst einen Messarm, wobei der Schwerpunkt in dem Messarm von der
Drehachse zum Ende in Richtung des Taststifts und der andere Schwerpunkt
in dem Messarm von der Drehachse zum anderen Ende des Messarms so angeordnet
werden, dass die Linie zwischen den Schwerpunkten in einer horizontalen
Ebene im Wesentlichen über
der Drehachse liegt. Auf diese Weise erhält man eine stabile und genaue
Messkraft auf dem Taststift.
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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 messenden Objekts darzustellen.
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Um
das genannte Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung
ein Instrument zur Messung der Oberflächenkontur zur Verfügung, welches
einen Hauptkörper,
der relativ zu einem zu messenden Objekt beweglich angeordnet ist,
einem Meßarm,
der von dem Hauptkörper
so gehalten wird, daß er
relativ zu diesem beweglich ist, wobei der Meßarm an einem Ende einen Taststifthalter
und einen 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 ein Mehrzahl von Meßkraft-Steuersignalen
aufweist, die zu Kombinationen einer Mehrzahl verschiedener Arten
des Taststifthalters und verschiedener Arten des Taststifts korrespondiert,
Bestimmungsmittel zur Bestimmung 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 Kombination der Art des Taststifthalters und der Art des
Taststifts nach der Ersetzung entspricht, die durch die Bestimmungsmittel
bestimmt wurden, und Abgeben des gelesenen Steuersignals der Meßkraft zu
den Mitteln zur Einstellung der Meßkraft, 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 ausgelenkt wird. Die Auslenkung des Meßarms wird
durch Mittel zur Messung der Auslenkung gemessen. Aus dem gemessenen
Auslenkungswert wird die Oberflächenrauheit
oder -kontur des Objekts bestimmt.
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Wenn
wenigstens eines der beiden, der Taststifthalter oder der Taststift
des Meßarms
durch eine andere Art von Taststifthalter und/oder eine andere Art
von Taststift, passend zur Oberflächenkontur des zu messenden
Objekts, ausgetauscht wird, und die Art des Taststifthalters und/oder
Art des Taststiftes nach dem Austausch durch die Bestimmungsmittel bestimmt
wird, wird ein Meßkraft-Steuersignal
gemäß der Kombination
der Art des Taststifthalters und der Art des Taststiftes, 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 Belastungen aufzuerlegen.
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Um
die Aufgabe zu lösen,
stellt die vorliegende Erfindung weiterhin ein Instrument zur Messung der
Oberflächenkontur
zur Verfügung,
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 Erkennung von Auslenkungen
zum Erkennen der Auslenkung des Meßarms, Mittel zur Einstellung
einer Meßkraft,
um die Meßkraft
einzustellen, die auf den Meßarm
wirkt, Speichermittel, welche eine Wertetabelle 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 Taststifts, verschiedener
Meßrichtungen,
in welchen das Objekt vermessen werden soll, und Inklinationswinkeln
des Hauptkörpers
korrespondieren, Mittel zum Messen des Inklinationswinkels des Hauptkörpers, Bestimmungsmittel
zur Bestimmung 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 Kombination 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 Meßkraft zu den genannten Mitteln
zur Einstellung der Meßkraft
weiterleitet, aufweist.
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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 verschiedener Arten von Taststifthaltern
und Taststiften eingestellt werden können, sondern auch in Bezug
auf die Meßrichtungen
(z. B. Aufwärts-
und Abwärtsbewegung)
und Inklinationswinkel des Hauptkörpers, wobei die Meßkraft,
welche auf den Meßarm
wirkt, auf einen angemessenen Wert mit hoher Genauigkeit gesetzt
werden kann.
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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.
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Das
Instrument zur Messung der Oberflächenkontur kann Mittel zur
Erkennung der Meßkraft beinhalten,
welche die Meßkraft,
die auf den Meßarm wirkt,
erkennen. In diesem Fall liefern die Steuermittel das gelesene Meßkraft-Steuersignal
zu den Mitteln zur Einstellung der Meßkraft und kontrollieren die Mittel
zur Einstellung der Meßkraft
so, daß der
Wert der Meßkraft,
welcher von den Mitteln zur Erkennung der Meßkraft erkannt wurde, dem gelesenen
Meßkraft-Steuersignal
gleich wird.
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In
dieser Anordnung werden die Mittel zur Einstellung der Meßkraft so
in Abhängigkeit
von dem erkannten Meßkraftwert
gesteuert, daß der
erkannte Meßkraftwert
dem Meßkraft-Steuersignal
gleich wird, wobei die Meßkraft,
die auf den Meßarm
wirkt, noch genauer eingestellt werden kann.
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Vorzugsweise
beinhalten die Mittel zur Einstellung der Meßkraft eine Stelleinrichtung,
die durch die Kontrollmittel gestellt wird, und Mittel zur Übertragung
zwischen der Stelleinrichtung und dem Meßarm, die den Ausgang der Stelleinrichtung
mit dem Meßarm
verbinden.
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Das
Obige und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus
der folgenden genauen Beschreibung im Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen
deutlicher.
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Die
Figuren zeigen im einzelnen:
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1 ist
eine Ansicht, die die Konstruktion des Detektors eines herkömmlichen
Instruments zur Messung der Oberflächenkontur zeigt.
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2 ist
eine Frontalansicht, die die Gesamtkonstruktion des Instruments
zur Messung der Oberflächenkontur,
entsprechend einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, zeigt.
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3 ist
eine Ansicht, die den Aufbau eines Detektors des Instruments zur
Messung der Oberflächenkontur,
entsprechend einer Ausführungsform, zeigt.
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4a ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Art von Taststifthalter,
welche im Detektor nach 3 benutzt werden kann, zeigt.
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4b ist
eine perspektivische Ansicht, die eine andere Art von Taststifthalter,
welche im Detektor nach 3 benutzt werden kann, zeigt.
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5a ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Art von Taststift, welche
im Detektor nach 3 benutzt werden kann, zeigt.
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5b ist
eine perspektivische Ansicht, die eine andere Art von Taststift,
welche im Detektor nach 3 benutzt werden kann, zeigt.
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5c ist
eine perspektivische Ansicht, die eine weitere Art von Taststift,
welche im Detektor nach 3 benutzt werden kann, zeigt.
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6 ist
eine Ansicht, die den Aufbau einer Vorrichtung zur Einstellung der
Meßkraft
im Detektor nach 3 zeigt.
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7 ist
ein Blockdiagramm, welches die Anordnung eines Steuersystems des
Instruments zur Messung der Oberflächenkontur entsprechend der Ausführungsform
zeigt.
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8 ist
eine Ansicht, die eine Meßkraft-Steuersignal-Tabelle
zeigt.
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9 ist
ein Blockdiagramm, welches die Anordnung eines Steuersystems eines
Instruments zur Messung der Oberflächenkontur, entsprechend einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, zeigt.
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Die
vorliegende Erfindung wird im Detail anhand der vorliegenden Zeichnungen
erläutert,
die bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung zeigen.
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Zunächst wird
auf 2 Bezug genommen, die, entsprechend einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, den gesamten Aufbau eines Instruments
zur Messung der Oberflächenkontur
zeigt. Das Instrument zur Messung der Oberflächenkontur, welches der vorliegenden
Ausführungsform
entspricht, weist einen Meßfuß 2,
an welchem ein Werkstück 1,
welches vermessen werden soll, angeordnet 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 Kippbewegung über eine
Kippvorrichtung 7 auszuführen, und einen Detektor 5,
welcher zusammen mit der Detektoraufnahme 4 beweglich an
einen Boden der Detektoraufnahme 4 gekoppelt ist (normalerweise
in Richtung der X-Achse wie durch den Pfeil X angedeutet), auf.
Die Kippvorrichtung 7 hat einen drehbaren Schaft, welcher
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 Kippvorrichtung 7 relativ
zum Meßfuß 2 in
einer Richtung parallel zur Seitenoberfläche drehbar ist (in eine Richtung,
die durch den Pfeil T angedeutet ist). Der Rotationswinkel der Kippvorrichtung 7,
das heißt
der Inklinationswinkel des Detektors 5, wird durch einen
Winkelsensor 8 gemessen. Der Winkelsensor 8 kann
von einem üblichen
Typ sein. Zum Beispiel kann der Winkelsensor, wie aus der offengelegten
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 photoelektrischen
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.
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Der
Detektor 5 ist wie in 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, eine Vorrichtung zur Messung
der Auslenkung 21, welche aus einem Differentialtransformer
oder ähnlichem
gebildet ist, angebracht am Rahmen 10, zur Erkennung 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.
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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 Taststifthalter 14, welcher so an einem Ende
des Gewichtsstabes 13 angekoppelt ist, daß dieser
von diesem entfernt werden kann, um durch einen anderen Taststifthalter
ausgetauscht zu werden, und einen Taststift 15, der auf
der Spitze des Taststifthalters 14 so angebracht ist, daß dieser
von diesem entfernt werden kann, um durch einen anderen Taststift
ausgetauscht zu werden, auf.
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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 4a gezeigt,
ausgewählt, ebenso
wie des Taststifthalters H2 mit Proportionalabweichung in der Form
eines angewinkelten Rohres mit einer Spitze, die im rechten Winkel
gebogen ist, wie in 4b gezeigt.
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Ebenso
werden für
den Taststift 15 eine Vielzahl von Arten von Taststiften
bereit gestellt. Aus dieser Vielzahl von Taststiften wird ein zur
zu messenden Oberfläche
des Werkstücks 1 passender
ausgewählt
und auf den Taststifthalter 14 montiert. 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 5a ge zeigt, hat, eines zweiseitig
geschnittenen Taststiftes S2, welcher eine Spitze schräg an zwei
Seiten, wie in 5b gezeigt, abgeschnitten hat,
und eines konischen Taststiftes S3, welcher eine konisch geschnittene
Spitze, wie in 5c gezeigt, aufweist.
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Die
Vorrichtung zur Einstellung der Meßkraft 31 ist so aufgebaut,
daß eine
bestimmte Meßkraft
auf den Meßarm 11 beaufschlagt
wird. Beispielsweise weist diese, wie in 6 gezeigt,
einen Rotationskraftgenerator 32, wie z. B. ein rotierendes
Solenoid und einen umsteuernden Motor als Stelleinrichtung auf,
welche an die innere Oberfläche
des Rahmens 10 montiert ist, eine angetriebene Riemenscheibe 33,
welche an einem Hauptschaft des Rotationskraftgenerators 32 angebracht
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 befestigt sind. Der Riemen 36 und die
Riemenscheiben 33 bis 35 bilden die Übertragungsmittel.
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Wenn
der Rotationskraftgenerator 32 eine Rotationskraft zur
Drehung der Riemenscheiben 33 bis 35 in einer
Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn, wie in 6 gezeigt,
erzeugt, wird der Gewichtsstab 13 scharnierförmig um
den Schaft 12 in eine Richtung, die sich bei Aufsicht gemäß 6 entgegen
dem Uhrzeigersinn mittels des Riemens 36 bewegt, um eine
abwärts
gerichtete Meßkraft
auf den Meßarm 11 zu
erzeugen.
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Umgekehrt,
wenn der Rotationskraftgenerator 32 eine Rotationskraft
zum Drehen der Riemenscheiben 33 bis 35 in eine
Richtung, bei Aufsicht gemäß 6 im
Uhrzeigersinn, erzeugt, wird der Gewichtsstab 13 scharnierförmig um
den Schaft 12 in einer Richtung im Uhrzeigersinn beim Blick
wie in 6 durch den Riemen 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 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 abwärts
gerichtete Meßkraft).
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7 zeigt
den Aufbau eines Steuersystems eines Instruments zur Messung der
Oberflächenkontur
entsprechend der vorliegenden Ausführungsform, welches die Meßkraft festlegt
und justiert. Wie in 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.
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Mit
der CPU 45 ist ein Speicher 46 als Speichermittel
verbunden, eine Eingabevorrichtung 47 als Bestimmungsmittel
und eine Anzeige 48 als Anzeigemittel.
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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 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 entsprechend 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 abwärts gerichtete Kraft), und
Inklinationswinkeln (0°,
15°, 45°, 60°, 75°) des Detektors 5 (Hauptkörper 10)
angeordnet sind. Die Meßkraft-Steuersignale α1, α2, α3, ... sind
Werte eines elektrischen Stroms, mit dem der Rotationskraftgenerator 32 versorgt
wird.
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Beispielsweise
sind für
eine Kombination des Taststifthalters H1 und des Taststiftes S1
mehrere Meßkraft-Steuersignale α1, ... α6 vorgegeben, welche
jeweils für
die Winkel 0°,
15°, 45°, 60° und 75° optimal
sind, wobei dies die Inklinationswinkel sind, wenn die Meßrichtung
aufwärts
gerichtet ist.
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Der
Operator kann über
das Eingabegerät 47 neue
passende Meßkraft-Steuersignale
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 ändern, die
bereits in der Tabelle 49 registriert sind, indem er neue
Werte mittels des Eingabegerätes 47 eingibt.
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Daneben
kann der Operator durch das Eingabegerät 47 die Meßrichtung
(aufwärtige
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.
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Die
CPU 45 arbeitet in Abhängigkeit
von der Kombination der Art des Taststifthalters, der Art des Taststiftes
und der Meßrichtung
(aufwärtige
Richtung oder abwärtige
Richtung), welche vom Operator mittels des Eingabegerätes 47 festgelegt
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 Einstellung der Meßkraft weiterzuleiten.
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Die
Arbeitsweise der vorliegenden Ausführungsform, die wie oben aufgebaut
ist, wird nun beschrieben.
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Für die Messung
wird eine Sorte eines Taststifthalters 14 und eine Sorte
eines Taststiftes 15, welche optimal zu der zu messenden
Oberflächenkontur
des Werkstücks 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 gewünschten
Meßrichtung
(aufwärtige
Richtung oder abwärtige
Richtung) eingeben.
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Die
CPU 45 liest dasjenige Meßkraft-Steuersignal aus der
Meßkraft-Steuersignal-Tabelle 49, welches
der Kombination der Art (H1 oder H2) des Taststifthalters 14 und
der Art (S1, S2 oder S3) des Taststiftes 15 und der Meßrichtung
(aufwärtige
Richtung oder abwärtige
Richtung, welche bestimmt wurden) entspricht, sowie den von dem
Mittel zur Winkelmessung 8 gemessenen Inklinationswinkel
ein und liefert das gelesene Steuersignal zu der Vorrichtung 31 zur
Einstellung der Meßkraft.
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Dann
wird der Rotationskraftgenerator 32 von der Vorrichtung 31 zur
Einstellung der Meßkraft als
Reaktion auf das von der CPU 45 gelieferte Meßkraft-Steuersignal
bewegt, um die auf den Meßarm 11 wirkende
Meßkraft
auf einen Wert, der zu dem Steuersignal korrespondiert, einzustellen.
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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.
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Wie
oben beschrieben, werden, entsprechend der gegenwärtigen Ausführungsform,
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 Taststifthalters 14 und
Arten (S1, S2, S3) des Taststiftes 15, der Meßrichtungen
(aufwärtige
und abwärtige
Richtung), sowie zu den Inklinationswinkeln (0°, 15°, 45°, 60°, 75°) des Detektors 5 (Hauptkörper 10)
korrespondieren, und, während
der Messung, wird eine der Kombinationen bestimmt und dann ein Meßkraft-Steuersignal,
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 akkuraten Art auf einen passenden Wert
gesetzt werden, ohne Aufwand für
den Operator zu verursachen.
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Weiterhin
wird der Inklinationswinkel des Detektors 5 (Hauptkörper 10),
der einen Parameter der verschiedenen Kombinationen bildet, automatisch durch
den Winkelsensor 8 wahrgenommen und muß nicht manuell durch den Operator
eingegeben werden. Dies kann Arbeit und Zeit für die manuelle Eingabe durch
das Eingabegerät 47 sparen
und daher die Belastung des Operators weiter reduzieren.
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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
kompakte Form bringt.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf den Aufbau der oben beschriebenen
Ausführungsform begrenzt,
sondern kann, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen,
geändert
und variiert werden, um so die Aufgabe der Erfindung zu lösen.
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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 3 gezeigt,
befestigt und mit dem Meßarm 11 über die
Verbindung angekoppelt. Ein Stellglied wird zur Verfügung gestellt,
um die rutschende Bewegung des beweglichen Teils entlang der linearen
Führung zu
verursachen.
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In
diesem Fall kann das Stellglied jeden Aufbau aufweisen, wie z. B.
eine Schwingspule, die aus einem Magnet und einer Spule besteht,
und einem Linearmotor.
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Weiterhin
speichert in der oben beschriebenen Ausführungsform die Meßkraft-Steuersignal-Tabelle 49 Werte
des Inklinationswinkels des Detektors 5 (Hauptkörper 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, beispielsweise durch
Berechnung derselben durch Mittel der proportionalen Berechnung,
basierend auf Steuersignalen, welche zu den benachbarten gespeicherten
Werten der Inklinationswinkel korrespondieren.
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Zusätzlich kann
ein Meßkraft-Steuersignal, welches
einmal aus der Meßkraft-Steuersignal-Tabelle 49 ausgelesen
wurde, durch Bedienung der Eingabevorrichtung 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 gesetzt wird.
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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 weitergeleitet
wird, welche im Gegenzug die Vorrichtung 31 zur Einstellung
der Meßkraft
als Reaktion auf den erkannten Meßkraftwert so einstellt, daß der erkannte
Meßkraftwert
zu dem Meßkraft-Steuersignal
gleich wird, wodurch die Meßkraft, welche
auf den Meßarm 11 wirkt,
noch genauer eingestellt werden kann. Genauer, wie in 9 gezeigt, ist
ein Meßwandler 51 als
Mittel zum Erkennen 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 Meßwandlerelemente
sind auf der äußeren Oberfläche des
Taststifthalters 14 in einer kreisförmigen Anordnung angebracht.
Die CPU 45 regelt als Reaktion auf den Ausgang 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.
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Wie
oben beschrieben und entsprechend einem Instrument zur Messung der
Oberflächenkontur nach
der gegenwärtigen
Erfindung, speichert eine Meßkraft-Steuersignal-Tabelle
eine Vielzahl von Meßkraft-Steuersignalen,
die einen Meßarm
mit den optimalen Meßkräften beaufschlagen,
in einer Weise, die zu Kombinationen verschiedener Arten von Taststifthaltern
und Arten von Taststiften korrespondiert und während der Messung, wenn eine
der Kombinationen bestimmt ist, wird ein Meßkraft-Steuersignal aus der
Tabelle ausgelesen und zu den Mitteln 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 werden, ohne eine Belastung für den Operator darzustellen.