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Geradheitsmeßvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung
zur Feststellung der Abweichungen von der Geradheit ebener oder zylindrischer Werkstücke.
Derartige Meßvorrichtungen werden benötigt beispielsweise bei der Herstellung und
Prüfung von Richtplatten, Walzen für die Metall-, Papier- und Kunststoffolien-Herstellung,
Druckwalzen, Führungen von Werkzeugmaschinen und zum Ausrichten von Werkzeugen und
Maschinenteilen.
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Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art trägt der Abtaster P ein
oder mehrere an der Bildung eines optischen Kreislaufes von einer Zielscheibe M
zu einem Beobachtungsinstrument I beteiligte Ablenk-Glieder, wobei zur Ableitung
der Meßgröße die visuelle oder fotogra fische Beobachtung der scheinbaren Bildverlagerungen
einer Fadenkreuzscheibe dient, deren Bild von einem optischen System mit konstanter
Länge seines Kreislaufes erzeugt wird, indem er (der Kreislauf) beim Abtaster beginnend
von zwei an den bei den Enden einer Kontrollinie L festangeordneten Reflektorsystemen
zu diesem (also dem Kreislauf) geschlossen wird. (DPS 875 270).
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Die scheinbaren Bildverlagerungen werden nach bekannten Verfahren
gemessen, z. B. mittels Mikrometerokularen, Lamellen-, Prismen-, Linsenablenkern.
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Die genannte Einrichtung ist sehr kostspielig, da die verläßliche
gegenseitige Anordnung der optischen Glieder einen soliden mechanischen Aufbau erfordert.-Ferner
ist die Vermessung eines Prüflings mit dieser Anordnung zeitraubend, da diese nur
punktweise vorgenommen
Werden kann und eine ständige Nachstellung
der optischen Meßmittel erfordert. Außerdem ist eine fortlaufende Beobachtung deS
Messungsverlaufes z. B. an einem Zeigerinstrument nicht möglich.
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Bei einer anderen bekannten, auf interferrometrischer Grundlage beruhenden
Einrichtung der genannten Art dient als Steuerglied eine aus einem Fresnelschen
Prisma oder einer Fresnelschen Spiegelanordnung bestehende Ablenkeinrichtung innerhalb
eines einen Lichtspalt im Unendlichen abbildenden Strahlenbündels, das beim Durchtritt
durch die Ablenkvorrichtung bzw. durch Refklektion an derselben in zwei sich durchdringende
Strahlenbündel aufgeteilt wird, welche miteinander in bekannter Weise Interferenzfiguren
erzeugen.
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Zur Ableitung der Meßgröße dienen die Bewegungen der chromatischen
Interferenzstreifen in Abhängigkeit von der Verstellung des die zu prüfende Werkstückoberfläche
abtastenden Meßtasters, welche mittels eines Meßmikroskopes oder einer Fotozellenanordnung
beobachtet werden können, wobei auch elektrische Anzeige der Meßergebnisse möglich
ist.
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Die beschriebene bekannte Einrichtung ist ein hochwertiges, hochempfindliches
optisches Präzisionsgerät, das daher entsprechend teuer ist. In vielen praktischen
Fällen läßt es sich jedoch gar nicht ausnutzen, so daß seine Beschaffung nicht immer
gerechtfertigt ist.
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Hinzu kommt, daß dieses Präzisionsgerät nur von hochqualifiziertem
Fachpersonal bedient werden kann, was wiederum seinen Einsatz be" sonders verteuert.
(DPS 1 013 436).
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Außerdem ist die visuelle Auswertung mühsam und die Auswertung über
Fotozellen aufwendig, weil besondere Rechner erforderlich sind, da keine unmittelbaren
Zusammenhänge zwischen dem Gang der Interferenzstreifen und den sie hervorrufenden
Tasterauslenkungen bestehen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in
der Angabe einer robusten und wohlfeilen Meßvorrichtung zur Feststellung der Abweichungen
von der CInit Gèradheithoher Meßgenauigkeit, die leicht zu handhaben und daher für
den Werkstattgebrauch geeignet ist.
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Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß die Stärke des Lichtstromes
in einem zu der zu prüfenden Werkstückoberfläche parallel ausgerichteten Lichtstrahlengang,
der innerhalb des von einer einfachen Beleuchtungseinrichtung ausgehenden Lichtstromes
durch gleichartig gelegene Kanten zweier in Lichtstrahlenrichtung hintereinander
liegenden kongruenten Schlitze zweier Blenden abgegrenzt ist, durch eine senkrecht
zur Lichtstrahlenrichtung stehende Schattenblende beeinflußt wird, deren Eintauchtiefe
in den Strahlengang von den Hubbewegungen der Tastkufe des die zu prüfende Werkstückoberfläche
abtastenden Meßtasters gesteuert wird und daß der in Strahlenrichtung hinter der
Schattenblende durch den Schlitz der Blende hindurchtretende Lichtstrom zur Auswertung
der Werkstückoberfläche dient.
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Die Erfindung wird an Hand der Fig. 1 und 2 erläutert, wobei Fig.
1 eine Ausführungsform der Erfindung mit nur einem Strahlengang und Fig. 2 eine
weitere Ausführungsform der Erfindung mit zwei Strahlengängen veranschaulicht.
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In Fig. 1 stellt Teil 21 eine einfache , beispieXsweise aus einer
normalen Projektionslampe und einem Kondensor bestehende Beleuchtungseinw dar richtung,
deren Licht noch sehr viele diffuse Anteile enthält. Imerhalb des von der Beleuchtungseinrichtung
21 ausgehenden Lichtstromes 22 wird durch die beiden in Strahlenrichtung hintereinanderliegenden
kongruenten Schlitze 7 und 8 der Blenden 5 und 6, die beiderseits der zu prüfenden
Werkstückoberfläche 23 angeordnet sind, ein Lichtstrahlengang 20 abgegrenzt, der
mittels der an den Sockeln der Blenden 5 und 6 vorgesehenen Stellschrauben 13 und
14 zur Werkstilckoberfläche 23 parallel ausgerichtet wird.
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In den Strahlengang 20 taucht von unten her die Schattenblende 12
ein, mit welcher die Stärke des Lichtstromes zwischen den Schlitzen 7 und 8 beeinflußt
wird. Die Schattenblende 12 ist über den im Gehäuse des Meßtasters 11 axial beweglichen
Taststift 10 mit der Tasterkufe 9 verbunden.
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Der Meßtaster 11 wird durch eine besondere Antriebsvorrichtung parallel
zum Strahlengang 20 über die Werkstückoberfläche 23 geführt.
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Der Weg der Lichtstrahlen des Strahlenganges 20 verläuft von der Beleuchtungseinrichtung
21 durch den Schlitz 7 der Blende 5 über die Schattenblende 12 durch den Schlitz
8 der Blende 6 bis zu dem fotoelektrischen Wandler 15 einer fotoelektrischen Meßanordnung
16.
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Zur Durchführung der Geradheitsmessungen wird der Meßtaster 11 in
Richtung des Lichtstrahlenganges über die We rkstückoberfläche 23 geführt. Dabei
vollführt die Tasterkufe 9 im Falle von Unebenheiten auf der Werkstückoberfläche
quer zur Richtung des Lichtstrahlenganges 20 verlaufende Hubbewegungen, die über
den Taststift 10 auf die Schattenblende 12 übertragen werden und auf diese Weise
Schwankungen der Eintauchtiefe der Schattenblende 12 in den Lichtstrahlengang 20
verursachen. Dadurch werden gleichzeitige Schwankungen der Stärke des durch den
Schlitz 8 hinurchtretenden Lichtstromes bewirkt, die durch den Wandler 15 der fotoelektrischen
Meßanordnung 16 in analoge Schwankungen eines elektrischen Meßwertes umgesetzt werden,
die nach Verstärkung in einem elektrischen Verstärker 17 an einem Anzeigegerät 18
oder einem Schreibgerät 19 beobachtet werden können.
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Da die analogen Schwankungen des elektrischen Meßwertes nur Bruchteile
des elektrischen Meßwertes selber betragen, sind sie bekanntermaßen mit einem Anzeigegerät
18 oder Schreibgerät 19, deren Skalen
und Empfindlichkeiten auf
die Erfassung des elektrischen Meßwertes selber vorgesehen sind, nur ungenau zu
bestimmen. Zur Behebung dieses Mangels dient eine Meßanordnung der obengenannten
Art nach Fig. 2, -die nach dem gleichen Prinzip arbeitet wie die bisher behandelte,
durch Fig. 1 dargestellte. Daher gilt für ihre Wirkungsweise sinngemäß das zu der
Fig. 1 Gesagte.
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Bei der Anordnung nach Fig. 2 werden innerhalb des von der Beleuchtungseinrichtung
21 ausgehenden Lichtstromes 22 zwei voneinander unabhängige und unter sich parallele
Lichtstrahlengänge 49 und 50 durch gleichartig gelegene Kanten, 30, 31; 32, 33;
34, 35; 36f 37,von zwei übereinanderliegenden kongruenten Schlitzen 40 und 42 der
Blende 38 und zwei dazu ebenfalls kongruenten Schlitzen 41 und 43 der zu Blende
38 kongruenten Blende 39 abgegrenzt und mittels der Stellschrauben 55 und 56 an
den Sockeln der Blenden 38 und 39 zur Werkstückoberfläche 23 parallel ausgerichtet.
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In jeden der Strahlengänge 49 bzw. 50 taucht jeweils eine der beiden
zur Lichtstrahlenrichtung senkrecht stehenden Schattenblenden 44 bzw.
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45 von unten bzw. oben ein, deren Eintauchtiefen in die Strahlengänge
von den Hubbewegungen der Tastkufe 46 des die zu prüfende Werkstückoberfläche abtastenden
Meßtasters 48 über den Taststift 47 gemeinsam gesteuert werden, aber dabei die Stärke
der Lichtströme in den Strahlengängen 49 und 50 gegensinnig ändern.
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Daher tritt bei einer Zunahme des Lichtstromes durch den Schlitz 41
eine Abnahme des Lichtstromes durch den Schlitz 43 ein und umgekehrt.
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Die Lichtströme der Strahlengänge 49 und 50 treffen hinter den Bl
endenschlitzen 41 und 43 unabhängig voneinander auf die fotoelektrischen Wandler
51 und 52 der fotoelektrischen Meßeinrichtung 53 und werden dort in analoge elektrische
Meßwerte umgewandelt, deren
Differenz beispielsweise nach Verstärkung
in dem elektrschen Verstärker 17 einem Anzeige gerät 18 oder einem Schreibgerät
19 zugeleitet werden.
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Die Empfindlichkeit der Meßvorrichtung ist besonders hoch, wenn die
fotoelektr. Wandler 51 und 52 in Differenzschaltung die veränderbaren Zweige einer
elektrischen Brückenschaltung 54 bilden. Außerdem werden bei Anwendung einer Differenzschaltung
die GleichStromanteile aus den Meßwerten elimiiiiert, so daß nur die im Vergleich
zum Gesamtmeßstrom erheblich geringeren, von den Lichtstromschwankungen infolge
der Schattenblendenverstellungen allein verursachten Meßwerts chwankungen ausgewertet
werden0 Äußere Stromstöreinflüsse, welche Gleichstromanteile in die Meßergebnisse
bringen, lassen ach durch Verwendung einer Wechselstrommeßbrücke von der Meßwerterfassung
ausschalten. Um für diese Meßbrücke die geeigneten Meßwerte zu erhalten, werden
die Lichtströme der Strahlengänge 49 und 50 vor dem Eintritt in die Meßanordnung
53 durch einen mechanischen oder elektronischen Zerhacker - beispielsweise durch
eine die Strahlengänge 49 und 50 senkrecht schneidende Flügelblende - in Lichtimpulse
zerlegt, die mit den fotoelektrischen Wandlern 51 und 52 in pulsierende Gleichstromspannungswerte
ung ewandelt werden0 Um Einflüsse auf die Meßergebnisse auszuschließen, die von
Streuungen der elektrischen Eigenschaften von Bauteilen der Auswerteschaltung herrühren,
werden die Lichtströme beider Strahlengänge 49 und 50 vor dem Eintritt in die Meßanordnung
53 mittels einer Lichtstrahlenumlenkeinrichtung, beispielsweise einer Sammellinse,
abwechselnd auf ein und denselben fotoelektrischen Wandler, z. B. 51, der Meßbrücke
54 gerichtet und die entstandenen Meßwertimpulse mit Hilfe eines die Meßbrücke und
einen phasenempfindlichen Gleichrichter steuernden Wechselstrom Fncratnrn phasengetreu
gleichgerichtet.