DE2805899C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Körper-Oberflächen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von Körper-Oberflächen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. ge maß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.

Aus der DD-PS 1 06 699 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung vorstehend bezeichneter Art bekannt, bei dem ein Meßkontaktabschnitt gegen die zu messende Oberfläche gedrückt wird. Die aufgrund des Reibungskoeffizienten zwischen Meß-Kontaktabschnitt und Oberfläche hervorgerufene Bewegung des Meß-Kontaktabschnitts wird dann ein Meßsignal umgewandelt, das die Oberflächenrauhigkeit der zu untersuchenden Körper-Oberfläche wiedergibt. Dabei wird der Meßkontaktabschnitt ähnlich einer Saite eines Streichinstruments durch Reibungskontakt mit der zu messenden Oberfläche mehr oder weniger stark ausgelenkt, so daß die Amplitude der Auslenkung das Ma3 der Oberflächen-Rauhigkeit darstellt.

Diese bekannte Verfahren und diese bekannte Vorrichtung werden in erster Linie dann eingesetzt, wenn Prüflinge mit Planflächen untersucht werden sollen. In diesem Fall ist der Meß-Kontaktabschnitt in der Lage, auf den Prüfling eine sehr geringe Druckbelastung auszuüben, wobei größere Poren überbrückt werden.

Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung wurde zur Messung von Oberflächeneigenschaften anders gestalteter Körper nicht herangezogen. Insbesondere zur Untersuchung von Wellen, d. h. zur Messung von Richtungseigenschaften von Wellenoberflächen wurde eine derartige Vorrichtung unter Zuhilfenahme des bekannten Verfahrens nicht herangezogen.

Bei der Bestimmung derartiger Richtungseigenschaften ist es nicht nur erforderlich, die Richtungseigenschaften qialitativ festzustellen, sondern es ist insbesondere wichtig, derartige Richtungseigenschaften quantitativ festzustellen, um in Abhängigkeit von diesem Meßergebnis dann die optimale Paarung von Welle und zugehörigem Dichtring festzulegen. Da die Welle somit beim Meßvorgang soweit wie möglich geschont werden muß. hat man bislang auf optische Systeme zurückgegriffen, um auf diese Weise ein vergrößertes Bild der Wellenoberfläche /u erhalten und dieses beurteilen zu können. Derartige Verfahren sind zwar in der Lage, Richtungseigenschaften von Wellenoberflächen qualitativ zu ermitteln. Schwierigkeiten mit diesem Verfahren zeigen sich jedoch dann, wenn Meßergebnisse verschiedener Werkstücke einander gegenübergestellt werden sollen, weil Bezugsgrößen zur quantitativen Beurteilung der Richtungseigenschaften fehlen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das be-

kannte Verfahren zum Messen von Körper-Oberflächen derart weiterzubilden, daß es zum Messen von Richtungseigenschaften vonWellenoberflächen einsetzbar ist wobei bei möglichst großer Schonung der Wellenoberfläche quantitativ reproduzierbare Meßwerte bereitgestellt werden sollen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitzustellen, die sich durch einen einfachen konstruktionstechnischen Aufbau auszeichnet

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Verfahrensschritte und hinsichtlich der Vorrichtung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 6 angegebenen Merkmale gelöst

Erfindungsgemäß wird in vorteilhafter Weise die für das zu. messene Werkstück typische Oberflächenbeschaffenheit, nämlich die durch das Herstellungsverfahren gegebenenfalls hervorgerufene Wendelrillenbildung, herangezogen, um mit einfachen kinematischen Verhältnissen ein aussagekräftiges Meßsignai zu erhalten, mit dem eine quantitative Messung ermöglicht wird. Durch die erfindungsgemäße Kinematik wird die Wellenoberfläche soweit wie möglich geschont, so daß durch die Messung keine Beschädigungen der Wellenoberfläche zu befürchten sind.

Die zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Vorrichtungskomponenten gemäß Patentanspruch 6 sind sehr einfach ausgebildet, erfüllen jedoch gleichzeitig die an sie gestellten Anforderungen vollkommen. Dabei ergibt sich der zusätzliche Vorteil der Erfindung, wonach die Empfindlichkeit der Messung durch Variation der Aufhängung des Meß-Kontaktabschnitts und der Drehbewegung der Welle in weiten Grenzen variierbar ist, ohne hierdurch an der Grundkonzeption der Vorrichtung Veränderungen vornehmen zu müssen. Es ergibt sich somit eine große Flexibilität hinsichtlich des Anwendungsgebiets des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das dem Erfindungsgegenstand zugrundeliegende Prinzip, eine Art Getriebezug aufzubauen, bei die zu messende Wellenoberfläche als Spindel fungiert und der Meß-Kontaktabschnitt Bestandteil eines Spindel-Mutter-Getriebes ist, eröffnet in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, Variationen im Bereich des Meß-Kontaktabschnitts vorzunehmen, durch die unter Beibehaltung einer größtmöglichen Schonung der Wellenoberfläche die Empfindlichkeit des Meßverfahrens bzw. der Meßvorrichtung variiert werden kann.

Die Weiterbildung gemäß Patentanspruch 2 bzw. 7 ist in vorrichtungstechnischer Hinsicht sehr vorteilhaft, da hier die Schwerkraft als Energieträger zur Bereitstellung der Andruckkraft herangezogen werden kann.

Die Ausgesta'tung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 3 ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise ein Arbeiten nach der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 2 und sorgt darüber hinaus dafür, daß die zu messende Wellenoberfläche weitgehend geschont wird, indem sich der Meß-Kontaktabschnitt an den Flanken der Oberflächen-Furchen der zu messenden Welle ab= stützt.

Die Weiterbildung gemäß Patentanspruch 5 bzw. 10 hat den Vorteil, daß ein größerer Bereich der Wellenoberfläche gleichzeitig untersucht und somit ein Maß für die mittlere Oberflächenqualität gewonnen werden kann.

Wenn die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 11 ausgebildet ist, kann durch einfache Variation des Gewichts das Ansprechverhalten der Meßyorrichtung verändert werden, ohne dadurch die Beschädigungsgefahr der Welle anheben zu müssen.

Eine besonders gute Schonung ergibt sich mit der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 13.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher ίο beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Vorderansicht eines ersten Ausführungsbeispiels zur Erläuterung des Verfahrens zum Messen der Richtungseigenschaften einer Drehwelle,

F i g. 2 eine Seitenansicht des in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels zur Darstellung der Lagebeziehung zwischen der Welle und einem drahtähnlichen Meß-Kontaktabschnitt zeigt,

Fig.3 eine Vorderansicht eines weiteren Ausführungsbebpiels des Meß-Kontaktabschnitts,
F i g. 4 eine Seitenansicht des in . g. 3 gezeigten Ausfuhrungsbeispieis,

F i g. 5 eine Vorderseitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des Meß-Kontaktabschnitts und

F i g. 6 eine Seitenansicht des in F i g. 5 gezeigten Ausführv-:gsbeispiels.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine Welle 1, die gemessen werden soll, ist konzentrisch auf eine Hauptwelle 2 montiert, deren Achse horizontal gehalten wird und die durch Lager 3 drehbar gelagert ist Die Welle 1 kann über eine Drehkraftübertragungseinrichtung 4 mittels eines Motors 5, dessen Drehzahl veränderbar und dessen Umlaufrichtung umkehrbar ist, in frei wählbarer Richtung mit frei wählbarer Geschwindigkeit gedreht werden. Ein faserförmiger drahtähnlicher Meß-Kontaktabschnitt 16 von dem ein Ende in einer Läge oberhalb und hinter der Welle 1 gehalten wird, erstreckt sich bis unterhalb der Welle 1 und wird durch ein Gewicht 12 gespannt, das an dem unteren Ende desselben Gefestigt ist, wobei der Meß-Kontaktabschnitt die Oberfläche der Welle 1 berührt, die gemessen werden soil. Die Lage, in der das obere Ende des drahtähnlichen Materials 16 befestigt ist, kann durch Betätigen eines Trägerstabr 13 horizontal und vertikal bewegt werden. Das drahtähnüche Material 16 wird durch horizontales Bewegen des Trägerstabs 13 in eine Meßlage gebracht. Der Druck, den das drahtähnüche Material 16 auf die zu messende Oberfläche ausübt, wird durch Verschieben des Trägerstabs in horizontaler und vertikaler Richtung eingestellt. Eine Skala 14 ist unterhalb der Welle 1 hinter dem drahtähnlichen Material 16 vorgesehen; sie ist im wesentlichen parallel zu der Welle i. Ein Drehzahlmesser 15 ist mit de. Hauptwelle 2 verbunden, um deren Drehzahl festzustellen. Bei diesem Ausführungsbeispiel dient d^r Abschnitt des drahtähnlichen Meßmaterials 16, der die Oberfläche der Welle 1 berührt, als Meß-Kontaktabschnitt 11.

Anhand der F i g. 3 bis 6 werden weitere Beispiele von Meß-Kontaktabschnitten beschrieben, die erfindungsgemäß verwendet werden können.

Ein in den F i g. 3 und 4 gezeigter MeE-Kontaktabschnitt 10 besitzt einen plattenförmigen Körper aus einem elastischen Material wie beispielsweise Gummi, der an dem Mittdabschnitt einer Angel- oder Abtastschnur 17 befestigt ist und gegen die zu messende Oberfläche der Welle 1 gedrückt wird; die Abtastschnur 17 ist ähnlich wie das oben erwähnte drahtähnüche Meßmaterial 16 gestützt.

Ein nadelähnlicher Meß-Kontaktabschnitt 9, wie in den F i g. 5 und 6 gezeigt ist, ist auf der Innenoberfläche eines Arms 18 vorgesehen, dessen eines Endes pendelbar gelagert ist; er wird gegen die zu messende Oberfläche der Weile 1 gedrückt.

Das Verfahren zum Messen der Richtungseigenschaften der Oberfläche einer Welle wird nachstehend anhand des in den F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Die Lage, in der das drahtähnliche Meßmaterial 16 gehalten ist, und die Lage der Skala 14 werden unter Berücksichtigung des Durchmessers der Welle 1 und der Lage des zu messenden Wellenabschnitts gewählt. Dann wird die Hauptwelle 2 langsam vor- und zurückgedreht, um bei der Welle 1 zu prüfen, ob der Meß-Kontaktabschnitt 11, der auf dem drahtähnlichen Material 16 vorgesehen und in Berührung mit der Oberfläche der Welle 1 ist. horizontal bewegt wird. Wird der mit der Oberfläche der Welle 1 in Berührung befindliche Meß-Kontaktabschnitt 11 nicht in irgendeine Richtung bewegt. zeigt dies an, daß die Welle 1 keine Richtungseigenschaften besitztWird der Meß-Kontaktabschnitt 11, der mit der Oberfläche der Welle 1 in Berührung steht, bewegt, ist es notwendig, den Zusammenhang zwischen der Richtung, in die die Hauptwelle 2 gedreht wurde, und der Richtung, in die das drahtähnliche Meßmaterial 16 bewegt wurde, sowie die Drehzahl der Hauptwelle 2 mittels des Drehzahlmessers 15 und die Größe der Bewegung des drahtähnlichen Meßmaterials gegenüber der Skala 14 festzustellen. Die Richtung (der Neigung) der mikroskopischen Vorsprünge der Welle 1 ergibt sich durch Bestimmen des Zusammenhangs zwischen der Richtung, in die die Hauptwelle 2 gedreht wurde, und der Richtung, in die das drahtähnliche Meßmaterial 16 bewegt wurde. Die Größe der Steigung (Torsionswinkel) der mikroskopischen Vorsprünge ergibt sich durch Bestimmen des Zusammenhangs zwischen der Drehzahl der Hauptwelle 2 und der Größe der Bewegung der Welle 1.

Bei allen beschriebenen Varianten des Verfahrens zum Messen der Richtungseigenschaften der Oberfläche einer Welle wird ein Meß-Kontaktabschnitt gegen die Oberfläche der Welle gedruckt, die horizontal und drehbar gelagert ist; dadurch wird die Größe der Bewegung des Meß-Kontaktabschnitts in axialer Richtung gemessen, die durch die Drehung der Welle verursacht wird. Drahtähnliche Materialien, wie beispielsweise Fasern, die linienförmig die Gegenstandsoberfläche berühren, nadelähnliche Materialien, wie beispielsweise Nadeln, die einen Punkt der Gegenstandsoberfläche beruhren. und plattenförmige Materialien, die beispielsweise aus Gummi, Kunststoff, Metallen oder Leder bestehen und einen größeren Bereich der Gegenstandsoberfläche berühren, können als Meß-Kontaktabschnitt verwendet werden.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Messen der Richtungseigenschaften der Umfangsfläche einer Drehwelle, um für eine Passung mit einer öldichtung den Leckdurchgang der Hydraulik-Flüssigkeit zu minimieren.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Messen von Körper-Oberflächen, bei dem ein Meß-Kontaktabschnitt gegen die zu messende Oberfläche gedrückt und eine Relativbewegung zwischen Meß-Kontaktabschnitt und zu messender Oberfläche erzeugt wird, wobei als Meßgröße die Mitnahme-Bewegung des Meß-Kontaktabschnitts herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Messen von Richtungseigenschaften von Wellenoberflächen der Meß-Kontaktabschnitt (9; 10; 11) gegen die zylindrische Oberfläche einer Welle (1) gepreßt wird, die horizontal und drehbar gelagert ist, daß die Welle (1) in Vorwärts- und Rückwärts-Richtung gedreht wird, und daß die Anzahl der Wellen-Umdrehungen und das Maß der Horizontalbewegung des Meß-Kontaktabschnitts (9; 10; 11) gemessen wird.

2. Verfangen nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

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Meß-Kontaktabschnitts(9; 10; 11) gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meß-Kontaktabschnitt (11) in Linienberührung mit der zu messenden Oberfläche gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meß-Kontaktabschnitt (9) in Punktberührung mit der Oberfläche gebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichne' daß der Meß-Kontaktabschnitt (10) in Flächenberührung mit der zu messenden Oberfläche gehalten wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem gegen die zu messende Oberfläche preßbaren Meß-Kontakiabschnitt, einer Einrichtung zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem zu messenden Körper und dem Meß-Kontaktabschnitt, und einer Detektoreinrichtung zur Ermittlung der hierdurch hervorgerufenen Mitnahme-Bewegung des Meß-Kontaktabschnitts, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (2) zur drehbaren Lagerung einer zu messenden Welle (1),

eine Drehantriebsvorrichtung (3 bis 5) für die Welle (l).und

eine Zähleinrichtung (15) zur Erfassung der Wellen-Umdrehungen, sowie

eine Detektoreinrichtung (14) zur Ermittlung des hierdurch hervorgerufenen Horizontalbewegungsmaßes des Meß-Kontaktabschnitts(9; 10; 11).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Meß-Kontaktabschnitt (9; 10; 11) mit seinem oberen Endabschnitt pendelnd aufgehängt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meß-Kontaktabschnitt (11) aus einem drahtähnlichen Material (16) besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meß-Kontaktai schnitt (9) von einem nadelförmigen Teil gebildet ist.

10. Vorrichtung nach Ansprüche oder 7 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Meß-Kontaktabschnitt (10) einen plattenförmigen Körper aufweist.

11. Vorrichtung nach Ansprüche, dadurch ge-

kennzeichnet daß der Meß-Kontaktabschnitt (11) an seinem unteren Ende ein Gewicht (12) trägt und mit seinem oberen Endabschnitt oberhalb der Welle (1) gestützt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Meß-Kontaktabschnitt (9) auf der Innenoberfläche eines Arms (18) angeordnet ist, dessen eines Ende pendelnd aufgehängt-ist

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Meß-Kontaktabschnitt (10) am Mittelabschniit einer Abtastschnur (17) vorgesehen ist, die an ihrem unteren Ende ein Gewicht trägt und an ihrem oberen Ende oberhalb der Welle (1) gehalten ist