DE2145792C - Vorrichtung zur pneumatischen Mes sung der Abweichungen der Oberflachenge sta)t von Prüflingen, insbesondere der Oberflachenrauheit - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur pneumatischen Messung der Abweichungen der Oberflächengestalt von Prüflingen, insbesondere der Oberflächenrauheit, unter Verwendung von entlang der Priiflingsoberfläche geführten Meßdüsen.

Bei der direkten pneumatischen Längenmessung wirkt sich die Oberflächenrauheit als systematischer Fehler dahingehend aus, daß das zu ermittelnde Maß in Richtung auf eine Prüflingsoberfläche zu groß angezeigt wird. Die Untersuchung dieses Fehlereinflusses ist der Gegenstand zahlreicher wissenschaftlicher Untersuchungen, ζ. Π. Breitinger, R. »Fehlerquellen beim pneumatischen Messen'«, Diss. TLJ Stuttgart 1969; Carl, R. »Der Einfluß rauher und verunreinigter Oberflächen auf berührungslose pneumatische Messungen* Maschinenmarkt 67 (19(Sl), S. 25/28; Hahne, H. »Der Einlluß der Oberflächenrauheit auf die Anzeige eines Industrie-Anzeiger 29 (1970), Nr. 8, S. 1(6/147; Kretschmer, G. »Einfluß der Rauhigkeit auf die Mel.igenauigkeit beim Messen mit pneumatischen Meßgeräten«, Werkstattstechnik £?■" (1967), Nr. 2, S. 73/75; Trost, S. »Pneumatische Oberflächenmessung«, Fachberichte für Oberflächentechnik. Oktober 1963, S. 136/142. Das übereinstimmende Ergebnis dieser Arbeiten, besteht in einem direkten funktionellen Zusammenhang zwischen verschiedenen Oberflächenmeßgrößen und dem Meßfehler bei der direkten pneumatischen Längenmessung mit Meßdüsen.

Als Folgerung aus diesen Erkenntnissen war es naheliegend, pneumatische Oberflächcnmeßverfahren zu entwickeln, die auf eben dem Prinzip basieren, daß eine Meßt'.üse, die auf der Prüflingsüberfläche

ίο aufliegt oder in einem bestimmten Abstand dazu sieht, die pneumatische Messung der Oberflächenrauheit gestattet. In der vorstehend letztgenannten Literaturstelle ist eingehend eine Reihe solcher Oberflächenmeßverfahren beschrieben, die in handelsübliehen Meßgeräten Anwendung gefunden haben. Sämtliche dieser pneumatischen Oberflächenmeßgeräte weisen trotz erheblichen konstruktiven Aufwands den entscheidenden Nachteil schlechter Reprodu/.ierbarkeit und großer systematischer Meßfehler auf, die in der unsicheren ir.echanischen Auflage bzw. in nicht konstantem Abstand der Meßdüse zur Meßfläche beg:ündet sind. Die reproduzierbare Messung einer Oberflächenrauheit in der Größenordnung von Mikron (μ) mittels mechanischem Koitakt einer relaliv großen Meßdüse ist ,uißerordentlich schwierig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der unter Vermeidung der tiesehilderten Nachteile tier bekannten Vorrichtungen mit einfachen Mitteln die Abweichungen der Oberflächengestalt und insbesondere die Ol eiflächenrauheit mit wesentlich geringerer Meßunsicherhcit und besserer R.enroduzierbarkeit gemessen unü geprüft werden können.

Dies wird nach der Erfindung erreicht durch die Zuordnung wenigstens eines Kontaktmeßdüsen-Elements zu »venigstens jiner direkten Meßdüse für jede Mcßstelle und die Volumen- und Druckdifferenzbildung an den Meßleitungen von direkter. Meßdüsen und Kontakt-Meßdüsen-Elementen.

Es entsteht also das Meßergebnis durch Antasten der I'rifiingsoberfläche mil wenigstens einer direkten Meßdüse einerseits und wenigstens einem Kontakt-Meßdüsenelement andererseits in Differenzschaltung. Dadurch wird erreicht, «biß das Meßergebnis und dessen Anzeige von einer genauen Justierung des gesamten Meßelements zur Prüflingsoberfläche unabhängig ist. Es kann die Meßdüse innerhalb ihres Meßbereichs einen beliebigen Abstand zur Prüflingsober'läche einnehmen. Das jeweilige Kontakt-Mei'düsvn-Element kompensiert durch die Dilferenzschallung die jeweilige Lageänderung des gesamten Meßelements und der Meßdüse mit der für pneumatische Meßverfahren üblichen geringen Meßunsicherheit. Hei der Messung mit Hilfe der Vorrichtung nach der Erfindung wird der Nachteil eines schwer reproduzierbaren und unkontrollierten mechanischen Kontakts des gesamten M^ßelements an der Meßstelle vermieden. Die verwendeten Mittel Sinti einfach. Die direkten Meßdüsen und die Kontakt-Meßdüsen-Eleniente können in einem Meßelement zusammengefaßt und über die Prüflingsoberlläche geführt werden. Es kann z. B. auf einfache Weise die Druckdifferenzbildung zwischen den direkten Meßdüsen und den Kontakt-Meßdüsen-Elemcnten in einem DifTerenz-Druckmeßgerät vorgenommen werden, auf das die jeweiligen Meßleitungen

der direkten Meßdiisen und der Kontakt-Meßdüsen-F.lemente geschaltet sind. Es kann dann die Skala eines solchen Difierenz-Druckmeßgeräts nemäß den bekannten Gesetzmäßigkeiten der pneumatischen l.angenmeßtechnik in Oberflächenmeßgrößen wie ■/. 13. gemihelte Rauhtiefe, arithmetischer Mittenrauheir -Hier Glättungstiefe in Mikron (μ) eingeteilt sein, so daß eine direkte Ablesung der Öberfüiehenmeß- £!\ißcn möglich ist.

Nach einer zweckmäßigen AuJührungsform der ic Erfindung sind an jeder Meßstelle jeder direkten Meßdüse zwei gleiche Kontakt-Meßdüsen-Eiemente zugeordnet und die Kontakt-Meßdüsen-Elemente in Summe geschaltet. In einer derartigen Anordnung virJ ein etwaiger Ausrichtungsiehkr zwischen dem '.5 r>!.jKelement der Vorrichtung und der ⁿrüf!ins>s-(!oriläche kompensiert, so daß eine einwandfreie !>.·.. sung der Gestaltabweichungen ermöglicht wird. } :;:·,· besonders zweckmäßige und einfache Bauform \:'.<:d dabei nach der Erfindung dadurch erreicht, ι!.;'-', auf jeder Seite der direkten Meßdüse ein Kont iki-Meßdüsen-Element angeordnet ist und direkte Mi-ijdüse und Kuntakt-Meßdüsen-Elementc mit ihren Λ Ji^en in einer gemeinsamen Ebene liegen.

/.ur Messung gekrümmter und insbesondere zy- !!■■idrischer Prüflir.gsoberfläehe-n hat es sich als be- -■..iiders vorteilhaft erwiesen, wenn in weiterer Ausbildung der Erfindung an dem als Dorn. Ring oder lochen ausgebildeten Meßelement einander diametral gegenüberliegend wenigstens jeweils eine direkte M.'iklüse sowie wenigstens jeweils ein Kontakt-Meßdiisen-EIement in einer Radialebene und/oder jeweils v.enigstens ein Kontakt-Meßdüsen-Element in einer Asialebent, jeweils bezogen auf die gekrümmte Prüflingsfiäche, angeordnet sind und daß die Meßleitungen der jeweils einander gegenüberliegenden gleichartigen Meßdüsen in Summe geschaltet sind.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fi!¹, 1 eine im wesentlichen schematische Darstellung der Vorrichtung nach der Erfindung mit einer Ausf.'iirungafjim der Auswertung des MeB-e.gebnisses,

F i g. 2 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform des Meßclements cL". Vorrichtung zur Messung einer zylindrischen Bohrung,

F i g. 3 eine schematische Schnittansicht des Meßelements einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, ebenfalls zur Messung zylindrischer Bohrungen.

Durch die Wahl von Vordüsen 6 und 7 wird das übersetzungsverhältnis des D'fferenzdruckineßgeräts 5 bestimmt. Mit der verstellbaren Düse 8 liißt sich der Nullpunkt innerhalb des Anzeigeberciches des Geräts 5 einstellen. In dem Meßelcment 9 der Vorrichtung sind einander zugeordnet die unmittelbar wirkende oder direkte Meßdüsc 10 und das mittelbar über das federnde Kontak(element 12 wirkende Kontakt-Meßdüsen-Element mit der Meßdüse. IL angeordnet. Die Meßdüsen 10 und Il sind über die Leitungen 4 bzw. 3 mit dem Difrerenz-Druckmeßger'iit 5 verbunden und tasten bei entsprechender Bewegung so die Prüflingsoberfläche 13 ab. Man justiert die Meßvorrichtung mittels eines Einstellnormals der Rauheit »Null« so, daß am Differenz-Druckmeßgerat 5 der Meßzeiger 14 auf der Skala auf dem Skalen-Nullstrich steht. Es kann aber auch die Justierung mit einem Einstellnormal bekannter Rauheit vorgenommen werden. Setzt man danach das Meßelement 9 auf eine rauhe Prüflingsoberfiäche !3, so stellt sich infolge des erhöhten Ausstrümungsvolumens zwischen der Meßdüse 10 und der Prül-Hngsoberfläche in der Leitung 4 ein niedrigerer Druck als in der Leitung 3 ein. Durch die resultierende Glcichgewichtsbewegung der Druckmeßbälge wird der Zeiger 14 aus der Null-Lage auf der Skala 15 nach rechts bewegt. Die Ergebnisse beispielsweise der vorerwähnten Veröffentlichung von Hahne aus •Industrie-Anzeiger« gestatten es, die Skala 15 direkt in einen der Oberflächenmeßwerte mittlere Rauhtiefe R,„. arithmetischer Mittenrauhwert R,. oder Glättungstiefe R₁, in u zu teilen und dementsprechend die Oberruichenrauheit der abgetasteten Prüflingsoberfläche 13 direkt anznzeir"^-n.

Das Meßelement 9 mit Nle'.klüse 10 und Kontakt-Meßdüsen-Element 11. 12 wird relativ zur Prüflingsoberfläche 13 an ihr entlang bewegt, um örtluiK Meßwerte sowie Minimal- und Maximalwerte der A bweichungen der Oberflächengestalt zu ermitteh..

Die Meßleitungen 3 und 4 können auch auf jeweils ein gesondertes Volumen-. Druck- oder Geschwindigkeitsmeßgerät geschaltet sein, falls eine derartige Auswertung im jeweiligen Anwcndungsfal! gewünscht wird. Wie bei der unmittelbaren Auswertung des DifFerenzmeßwerts können dann auch bei diesen Anwendungsfällen jeweils gewünschte Auswertungssignale zur weiteren Verarbeitung der Meßwerte erzeugt werden.

Zur Erläuterung des Meßprinzips ist die Darstel'ung in Fig. I stark vereinfacht wurden. Eki Mittel zur Ausrichtung des Meßelements 9 zur allgemeinen Richtung der Prüflingsoberflache 13 (DIN 4762) ist eier Einfachheit wegen nicht dargestellt, ZwcekmäC'g werden zwei gleiche Koniakt-Mefcdüaen-Eleniente· 11, 12 verwendet, und zwar wird zweckmäßig jeweils ein Kontakt-Meßdüsen-Element auf jeder Seite der direkten Meßdüse derart angeordnet, daß Kontakt-Meßdüsen-Eiemente und direkte Meßdüse mit ihren Achsen in einer Ebene liegen. Beide Kontakt-Meßdüsen-Eiemente werden in Summe auf die Leitung 3 geschaltet. In einer solchen Anordnung kompensiert sich ein etwaiger Ausrichtungsfehler zwischen Meßelement 9 und Prüflingsoberfiäche 13. so daß eine einwandfreie Messung der Gestaltabweichungeu ermöglicht wird.

Bei entsprechender Ausbildung des Meßelements kann die Vorrichtung zur pneumatischen Messung der Abweichungen der Oberflächengestalt nach der Erfindung außer an planen auch an beliebig kovex oder konkav gekrümmten Prüflingsobertlächen eingesetzt werden. F i g. 2 und 3 zeigen entsprechende Ausführungsbeispiele, und zwar Meßelemente der weiter oben beschriebenen Bauart als Meßdorne für zylindrische Bohrungen. Gemäß F i g. 2 sind für eine solche Meßaufgabe an dem als Meßdorn ausgebildeten Meßelemcnt 9 einander diametral gegenüberliegend angeordnete Meßdiisen 10 bzw. Kontakt-Meßdüsen-Elemente U, 12 in einer Radialebene des Meßdorns 9 angeordnet. Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform sind die wiederum diametral einander gegenüberliegend angeordneten Meßdüsen 10 und 11,12 in einer Axialebene des Meßdorns 9 angeordnet. Entsprechend der Form der Prüflingsoberfiäche und den bekannten Anordnungen tier Mtßdüsen in pneumatischen Meßeiementen können jeweils angepaßte andere Bauformen der Vor-

richtung im Rahmen der Erfindung ausgeführt werden.

Die Meßvorrichlung nach F i g. 1 zeigt die Summe aller Abweichungen der Oberflächengestalt zwischen der Mcßdüsc 10 und dem Kontakt-Meßdüsen-Element 11,12 an, soweit sie von diesen räumlich erfaßt werden. Nach DIN 4760 kann man die Gestaltabwcichungcn der Oberfläche nach ihrer Ordnung in Formabweichungen, Wclligkeit und Rauheit einteilen. Je kleiner der Durchmesser der Meßdüsc 10, der Radius des Kontaktelementes 12 und ihr gegenseitiger Abstand sind, desto weniger Anteile der Formabweichungen und Wclligkeit und um so mehr Anteile dcrObcrflächcnrauhcitder Prüflingsobcrflächc enthält das Meßergebnis. Eine völlige Isolierung der einzelnen Ordnungen der Gcstaltabweichungen der Oberfläche voneinander ist meßtechnisch nicht möglich.

Durch besonders große Ausbildung des Durchmessers der Meßdüsc 10 des Radius' des Kontaktelemenls 12 und ihres gemeinsamen Abstandes dagegen kann das Meßelcmcnt 9 Formabweichungen, Welligkcit und Rauheit der Prüflingsoberfläche summarisch erfassen.

Eine andere Möglichkeit, Welligkeit und Formabwcichungcn von der Obcrflächenrauheit vom Meßcrgcbnis zu trenner!, besteht in der rechnerischen Er miltlung. So sind Wclligkeit und Formabweichungen beispielsweise durch einfache mechanische Messungen zu ermitteln und können von dem hier pneumatisch erhaltenen Mcßcrgcbnis in Abzug gebracht werden, so daß sich die Oberflächenrauheit als Differenzbetrag ergibt.

Eine weitere Möglichkeit, unerwünschte Anteile von Formabweichungen und Wenigkeiten der Prüflingsobcrflächc aus dem Meßergebnis herauszuhalten, besteht in einer weiteren vorteilhaften Gestaltung des Meßclements 9. Es können die Meßdüsen 10 in diejenige Schnittebene des Prüflings gelegt werden, in der die geringsten Formabweichungen vorhanden sind, bei einem kreisrunden rauhen Querschnitt gemäß F i g. 2 in diese Ebene und bei geringen Formabweichungen in Richtung der Längsachse gemäß Abb. 3 in jene Ebene.

Bei der erfindungsgcmäßcn Meßvorrichtung bleiben insbesondere die bekannten Vorteile der pneumatischen Längenmeßtechnik erhalten, nämlich die einfache, schnelle und genaue Meßmöglichkeit auch bei rauhen Werkstattbedingungen und die Möglichkeit der Benutzung eines Differcnz-Druckmeßgeräles als Meß- und Steuergerät.

Schließlich erweist sich die pneumatische Längcnao mcßlcchnik durch die Summenmessung bei der Anordnung mehrerer Meßdüsen in Mcßclcmenten wie beispielsweise Düscndornen (F i g. 2 und 3), Düsenringen oder Meßrachen dadurch als vorteilhaft, daC die Genauigkeit des Meßergebnisses von der Gcnauig kcit der Zentrierung des Meßelements zur Prüflings oberfläche innerhalb des Meßbereichs der Meßdüscr

Je nach der zu lösenden Meßaufgabe können bc der Vorrichtung nach der Erfindung an jeder Meß stelle mehrere direkte Meßdüsen 10 und mehren Kontakt-Meßdüsen-Elcmente 11,12 angeordnet wer den, wobei die Meßdüsen gleicher Art jeweils zu Summenbildung geschaltet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   L. Vorrichtung zur pneumatischen Messung der Abweichungen der Oberflächengestalt von Prüflingen, insbesondere der Oberllächeiirauheit, unter Verwendung von entlang der Prüflingsoberfläche geführten Meßdüsen, gekennzeichnet durch die Ζικ..-iiung wenigstens eines Kontakt-Meßdüsen-Elements (11. 12) zu wenigstens einer direkten Meßdüse (10) für jede Meßstelle und die Volumen- und Druckdüierenzbildung an den Meßleitungen (3. 4) von direkten Meßf'.üsen und KonUikt-Mefklüsen-Elemeuteu.
2. 2. Vorrich'.. ng nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Meßstelle jeder direkten Meßdüse (10) zwei gleiche Kontakt-Meßdüsen-Hlemente (U, 12) zugeordnet sind und die Kontakt-Meßdüsen-Elemente in Summe geschaltet sind.
3. .1. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite der direkten Meßdüse (10) ein Kontakt-Meßdüsen-Element (M, 12) angeordnet ist und direkte Meßdüse und Kontakt-Meßdüsen-Eleniente mit ihren Achsen in einer gemeii..,amen Ebene liegen.
4. 4. Vorrichtung nach Ansruchl oder 2 zur Messung an gekrümmten Prüflingsoberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß u dem als Dorn, Ring oder Rachen ausgebildeten Meßelement (9) einander diametral gegenüberliegend wenigstens jeweils eine direkte Meßdüse (10) sowie wenigstens jeweils ein Kontakt-Meßdüsen-Element (11, 12) in einer Radialcbene und/oder jeweils wenigstens ein Kontakt-Meßdüsen-Element (11, 12) in einer Axialebene, jeweils bezogen auf die gekrümmte Prüflingsoberfläche (13). angeordnet sind und daß die Meßleitungen (3, 4) der jeweils einander gegenüberliegenden gleichartigen Meßdüsen in Summe geschaltet sind.