DE2654421A1

DE2654421A1 - Messvorrichtung zur messung der oberflaechenbeschaffenheit eines werkstuecks

Info

Publication number: DE2654421A1
Application number: DE19762654421
Authority: DE
Inventors: Kurt Kreiensen
Original assignee: Hommelwerke GmbH
Current assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Priority date: 1976-12-01
Filing date: 1976-12-01
Publication date: 1978-06-08
Also published as: DE2654421C2

Description

Meßvorrichtung zur Messung der Oberflächenbeschaffenheit
eines Werkstücks Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zur Messung der Oberflächenbeschaffenheit eines Werkstücks, mit einem elektromechanischen Meßwandler, dessen mit einer Tastspitze versehener Tastarm in Tastrichtung vorgespannt ist, und mit einer Vorschubeinrichtung, an der der Meßtaster befestigt ist und der die Tastspitze des Meßwandlers über die zu prüfende Oberfläche führt.
Eine bekannte Meßvorrichtung zur Abtastung der Oberflächenbeschaffenheit eines Werkstücks weist einen elektromechanischen Meßwandler auf, dessen an einem Tastarm vorgesehene Tastspitze ständig in Richtung auf die abzutastende Oberfläche tung vorgespannt ist. Die Vorschubeinrich/ ist lediglich in der Lage, eine Hin- und Herbewegung etwa parallel zur Oberfläche des zu prüfenden Werkstücks auszuführen. Soll eine Abtastung der Oberfläche entlang mehrerer paralleler Pfade erfolgen, um so nicht nur eine lineare, sondern auch eine flächige Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit durchzuführen, so bewegt sich auch die Tastspitze der Vorschubeinrichtung hin und her und auch schrittweise seitlich.
Ein beträchtlicher Nachteil dieser bekannten Meßvorrichtung besteht darin, daß die Tastspitze bei Rückführung durch die Vorschubeinrichtung zum Anfangspunkt der Abtastbahn auf der Oberfläche aufliegt und dadurch abgenutzt wird. Diese Abnutzung ist besonders groß, weil die Bewegung nicht in Schlepprichtung des Hebels, sondern umgekehrt dazu erfolgt, wodurch sich der Auflagedruck erhöhen und sich Schwingungen ausbilden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dies Nachteile zu vermeiden.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß eine Abhebeinrichtung für den Tastarm vorgesehen ist.
Mit dieser Abhebeinrichtung ist es möglich, den Tastarm und damit die Tastspitze von der Oberfläche es zu messenden Werkstücks anzuheben. Dieses Anheben kann beim Rücklauf gescheren, so, daß eine unnötige Abnutzung der empfindlichen Tastspitze vermieden wird. Außerdem kann das Anheben auch dann erfolgen, wenn ein neues Werkstück zur Prüfung untergeschoben werden soll. Ein derartiges Unterschieben kann auch in beliebigen Richtungen erfolgen. Wird bei der bekannten Meßvorrichtung das Unterschieben seitlich durchgeführt, so bestehen besonders große Gefahren für eine Beschädigung der Tastspitze bzw. des Tastarmes, der in seitlicher Richtung weitgehend ungeführt ist.
Die Abhebeinrichtung besteht zweckmäßigerweise aus einem Elektromagneten, der entweder unmittelbar an den Tastarm angreift, wenn dieser magnetisch anziehbar ist, oder der einen Zuganker aufweist, der an den Tastarm angreift.
Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Zuganker des Elektromagneten an einem Arm eines zweiarmigen Hebels angeordnet ist, der durch eine Feder entgegen der Zugrichtung des Elektromagneten vorgespannt ist und dessen anderer Arm bei stromlosem Elektromagneten auf einen Arm eines zweiarmigen Tasthebels drückt, dessen anderer Arm der Tastarm ist. Bei dieser Lösung befindet sich der Tastarm bei stromlosem Elektromagneten im abgehobenen Zustand, die Tastspitze liegt nur dann auf, wenn zum Zwecke der Messung der Elektromagnet erregt ist. Die Anordnung des Zugankers des Elektromagneten an einem Arm eines zweiarmigen Hebels trägt in sehr vorteilhafter Weise der Tatsache Rechnung, daß unterhalb des Tastarmes kein Raum für die Anordnung eines Zugmagneten, der bei Erregung den Tastarm freigibt, vorhanden ist.
Die Feder ist zweckmäßigerweise eine Kugel- oder Spiralfeder, also eine Feder mit im wesentlichen quadratischer Charakteristik. Auch ist es zweckmäßig, daß der Elektromagnet verzögert anspricht bzw. abfällt, so daß das Aufsetzen der Tastspitze langsam erfolgt. Dabei ist es gleichzeitig zweckmäßig, daß das System von Feder und Elektromagnet eine stet,Te Abhängigkeit von Weg zu Erregerstrom des Magneten aufweist, insbesondere, daß die Feder eine lineare und der Elektromagnet eine quadratische Charakteristik hat. Durch einen vorgegebenen zeitlichen Verlauf des Erregerstromes kann daher die Absenkgeschwindigkeit der Tastspitze genau bestimmt werden.
,Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Abhebeinrichtung programmgesteuert ist, derart, daß sie vor Start der Vorschubeinrichtung unwirksam und nach Beendigung der Vorschubbewegung wirksam gemacht wird. Durch die Programmsteuerung erfolgt das Absenken der Abtastspitze zwangsläufig immer nur dann, wenn eine Abtastung in Zugrichtung des Abtastarmes erfolgen soll. Zu allen übrigen Zeiten ist die Tastspitze angehoben und damit geschützt, was besonders dann der Fall ist, wenn sich der Tastarm mit der Tastspitze im angehobenen Zustand in einem Schutzrohr befindet.
Zweckmäßigerweise ist ein Zeitglied vorgeseheii, das bei Start der Meßvorrichtung gestartet wird und die Vorschubeinrichtung nach einer Zeit in Gang setzt, die wenigstens der Absenkzeit der Abhebeinrichtung entspricht. Durch diese Maßnahme.
ist sichergestellt, daß der Vorschub immer erst dann beginnt, wenn die Abtastnadel abgesenkt ist. Der Start der Vorschubeinrichtung kann auch durch den Start des elektromechanischen Wandlers ausgelöst werden, wobei es zweckmäßig ist, daß die Ausgangsspannung des elektromechanischen Meßwandlers in einem Differenzierglied differenziert wird und das Abheben der Abhebeinrichtung bewirkt, wenn das differenzierte Signal bei Stillsetzen der Vorschubeinrichtung verschwindet. Insgesamt ergibt sich somit bei Ausnutzung aller Vorteile eine Meßvorrichtung, bei der nach Drücken eines Startknopfes sich die zunäciist abgehobene Tastspitze langsam mit vorherbestimmter Geschwindigkeit auf die Meßoberfläche absenkt, worauf dann durch Erscheinen des durch das Aufruhen auf die Meßoberfläche bewirkten Ausgangssignals am Ausgang des Meßwandlers nach Differenzierung das Startsignal für die Vorschubeinrichtung entsteht. Danach bewegt die Vorschubeinrichtung die Abtastnadel über den Meßweg. Errei ht die Vorschubeinrichtung ihre Endstellung, so verschwindet das Abtastsignal am Ausgang des Meßwandlers, wodurch das Anheben der Tastspitze bewirkt wird. Danach läuft die Vorschubeinrichtung in ihre Ausgangsstellung zurück.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt einen gemäß der Erfindung ausgebildeten elektromechanischen Meßwandler mit der Abhebeinrichtung, Fig. 2 zeigt schematisch die gesamte Meßvorrichtung mit dem Meßwandler, Fig. 3 verdeutlicht schematisch die weseiitlichen elektrischen Steuervorgänge bei einem Ausführungsbeispiel der Abhebeinrichtung.
Fig. 1 zeigt einen elektromechanischen Meßwandler 1, dessen Tastspitze 2 sich an einem Tastarm 3 befi6it, der Teil eines zweiarmigen Tasthebels 4 ist, dessen anderer Arm 5 einen Anker 6 eines elektromechanischen Wandlersystems 7 aufweist.
Der Tasthebel 4 ist mittels einer Blattfeder 8 drehbar gelagert und durch einstellbare Wendelfedern 9 und 10 so vorgespannt, daß er sich ständig in eine Richtung zu drehen sucht, in der die Tastspitze 2 nach unten auf die Oberfläche eines Werkstücks gedrückt wird. Der Tastarm 3 befindet sich in einem Schutzrohr 11, in dessen Ende sich eine Bohrung 12 befindet, durch die die Tastspitze 2 beim Messen htrausragt. Bei äußeren Kräften auf die Tastspitze bzw. beim gesteuerte1 Abheben verschwindet die Tastspitze 2 im wesentlichen in dem Schutzrohr 11 und ist dadurch ebenfalls geschützt.
Oberhalb des hinteren Armes 5 bzw. des ankers 6 des Tasthebels 4 befindet sich ein zweiarmiger Hebel 13, dessen einer Arm 14 nach unten abgewinkelt ist und durch eine Öffnung 15 in dem Wandersystem 7 ragt. An dem anderen Arm 16 befiuiit sich ein Anker 17 eines aus einer Spule 18 und einem Kern 19 gebildeten Elektromagneten. Um eine Drehachse 20 des zweiarniigen Hebels erstreckt sich eine-Zylinderfeder 21, die den Hebel 13 so vorspannt, daß der Arm 14 bei stromloser Spule 18 nach unten auf den Anker 6 und damit auf das hintere Ende des Armes 5 drückt Die Kraft der Feder 21 ist dabei so bemessen, daß der Arm 14 den Arm 5 entgegen der Kraft der Feder 9 nach unten drückt und somit den Tastarm anhebt. Bei Erregung der Spule 18 wird der Anker 17 angezogen, so daß der Arm 15 den Arm 5 nach oben freigibt, so daß sich der Tastarm 3 absenken kann.
Fig. 2 zeigt den elektromechanischen Meßwandler 1 in seiner Anordnung in der gesamten Meßvorrichtung. Er ist an einer Stange 22 befestigt, die in Richtung von Pfeilen 23 durch eine Vorschubeinrichtung 24 hin- und herbewegbar ist. Die Vorschubeinrichtung 24 steht fest mit einem Tisch 25 in Verbindung, auf dem ein Werkstück 26 aufgelegt ist, dessen Oberfläche zu prüfen ist.
,Bei Betrieb bewegt sich zunächst die Tastspitze 2 des Meßwandlers 1 durch eine Programmsteuerung nach unten auf eine Oberfläche 27 des Werkstücks 26. Danach wird die Vorschlbeinrichtung 24 gestartet, so daß sich der Meßwandler an s r Stange 22 nach rechts bewegt. Erreicht die Vorschubeinrichtung 24 ihre rechte Endstellung, wodurch sie stillgesetzt wird, so wird durch die Programmsteuerung die Abtastspitze 2 angehoben, wonach der Meßwandler 1 wieder nach rechts in seine Ausgangslage gebracht wird. Danach erfolgt entweder das Unterlegen eines neuen Werkstücks oder z.B. auch eine stufenweise seitliche Bewegung der Vorschubeinrichtung 24 senkrecht zur Zeichenebene, um mehrere parallele Pfade auf der -berfläche des Werkstücks abzutasten. Das erntte Starten der Meßvorrichtung kar.ii durch einen Knopfdruck oder auch L,vogl mmgesteuert werden.
Fig. 3 zeigt schematisch verínfa-ht ein Blockschaltbild einer einfachen Steuerung der Abhebeinrichtung. Der Ausgang des elektromechanischen Meßwandlers 1 ist über einen Verstärk r 28 mit einem Differenzierglied 29 verbunden, dessen Signal durch ein Zeitglied 30 verzögert einen Schalter 31 betätigt, der einen Motor 32 der Vorschubeinrichtung 24 einschaltet.
Der Start des Absenkvorganges erfolgt durch einen Druckschalter 33 der über einen normalerweise geschlossenen Schctlter 34 und ein durch einen Widerstand 35 und einen Kondensator 36 angedeutetes Zeitglied die Spule 18 des Elektromagneten mit einer Stromquelle 37 verbindet. Der Schalter 34 wird geöffnet, wenn die Abtastbahn durchlaufen ist und die Vorschubeinrichtung ihre Endstellung erreicht hat.
;Gemäß einer Weiterbilding der Erfindung kann der Elektros.agnet durch den elektromechanischen Meßwandler bestimmt sein.
Das würde bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bedeuten, daß der zweiarmige Hebel 13 mit dem aus Anker 17, Spule 18 und Kern 19 gebildeten Elektromagneten entfällt und statt dessen die Spule des elektromechanischen Meßwandlers zusätzlich so gespeist wird, daß der Anker 6 nach unten und damit der Tastarm 3 nach oben bewegt wird.

Claims

Ansprüche Meßvorrichtung zur Messung der - Oberflächenbeschaffenheit vorzugsweise eines Werkstücks, mit einem/elektromechanischen Meßwandler, dessen mit einer Tastspitze versehener Tastarm in Tastrichtung vorgespannt ist, und mit einer Vorschubeinrichtung, an der der Meßtaster befestigt ist und der die Tastspitze des Meßwandlers über die zu prüfende Oberfläche führt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abhebeinrichtung (17, 18, 19) für den Tastarm (3) vorgesehen ist
2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abhebeinrichtung aus einem Elektromagneten (17, 18, 19) besteht.
3. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet unmittelbar an dem Tastarm angreift.
4. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet einen Zuganker aufweist, der an den Tastariit angreitt.
5. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch yekennzeichnet, daß der Zuganker (17) des Elektromagneten an einem Arm (5) eines zweiarmigen Hebels (13) angeordnet ist, der durch eine Feder (21) entgegen der Zugrichtung des Elektromagneten (18, 19) vorgespannt ist1 und dessen anderer Arm (14) bei stromlosem Elektromagneten (18, 19) auf einen Arm (5) eines zweiarmigen Tasthebels (4) drückt, dessen anderer Arm der Tastarm (3) ist.
6. Meßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine auf der Drehachse (20) des E, bels (13) angeordnete Zylinderfeder (21) ist.
7. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet abfallverzögert ist.
8. Meßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der @ llektrtnmagnet anzugverzögert ist.
9. Meßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeicllnet, daß das System von Feder (21) und Elektromagnet (18, 19) eine stetige Abhängigkeit von Wey- zu Erregerstrom des Magneten aufweist, insbesondere, daß die Feder (21) eine quadratische und der Elektromagnet eine lineare Charakteristik hat.
10. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abhebeinrichtung programmgesteuert ist, derart, daß sie vor Start der Vorschubeinrichtung (24) unwirksam unu nach Beendigung der Vorschubbewegung wirksam gemacht wia
11. Meßvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitglied (39) vorgesehen ist, das bei Start der Meßvorrichtung gestartet wird und die Vorschubeinrichtung (24) itach einer Zeit in Gang setzt, die wenigstens der Abscnkzeit der Abhebeinrichtung entspricht.
12. Meßvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß aie Ausgangsspannung des elekGromechanischen Meßwandlers (1) den Start der Vorschubeinrichtung (24) auslöst.
13. Meßvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des elektromechanischen Meßwandlers (1) in einem Differenzierglied (29) differenziert wird und das Abheben del Abhebeinrichtung bewirkt, wenn das differenzierte Signal bei Stillsetzen der Vorschuzeinrichtung (24) verschwindet.
14. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aer Elektromagnet der elektromechanische Meßwandler ist.