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Oberflächenmeßgerät
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Die Erfindung betrifft ein Oberfächenmeßgerät von der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 qenannten Art.
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Bei derartigen Oberflächenmeßgeräten ist es bekannt, zur Trennung
der Oberflächenfeingestalt (Rauhheit) von der Grobgestalt (Makroform) Filter vorzusehen,
die das Frequenzgemisch des der abgetasteten Oberflächengestalt entsprechenden Signals
aufzuteilen. Hierzu dient beispielsweise ein Hochpaßfilter, das nur die der Oberflächenfeingestalt
entsprechenden Signale durchläßt, so daß diese in einem nachfolgenden Schreibgerät
aufgezeichnet werden. Das Hochpaßfilter hat eine bestimmte Grenzfrequenz, und die
Abtastgeschwindigkeit ist konstant, so daß die Trennung von Oberflächenfeingestalt
und Grobgestalt in vorbestimmter Weise erfolgt.
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In der Praxis ist es häufig erwünscht, die Abtastgeschwindigkeit
zu verändern. Bei sehr langsamer Abtastgeschwindigkeit werden die Feinheiten der
Oberflächengestalt besser erfaßt. Schnellere Abtastgeschwindigkeiten verringern
dagegen
in vorteilhafter Weise die Meßzeit. Aus diesem Grunde ist
die Abtastgeschwindigkeit bei bekannten Geräten einstellbar.
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Um bei unterschiedlichen Abtastgeschwindigkeiten die Grenzfrequenz
oder Grenzwellenlänge, in der Praxis meistens Cut-off genannt, gleichzuhalten, ist
es bei bekannten Geräten erforderlich, für jede neueingestellte Abtastgeschwindigkeit
eine neuen Grenzfrequenz des Hochpaßfilters zu berechnen und dann entsprechend einzustellen.
Dies stellt nicht nur einen erhöhten Aufwand dar, sondern führt auch zu Ungenauigkeiten
bei der Einstellung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Oberflächenmeßgerät
der betreffenden Art zu schaffen, bei dem mit einem möglichst geringen Aufwand die
Gefahr von Einstellfehlern der Grenzwellenlänge bzw. des Cut-offs verringert oder
ausgeschlossen ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die
durch das andere Stellglied einstellbaren Stufen des Hochpaßfilters so bemessen
sind, daß die durch die einzelnen Einstellschritte bewirkten Änderungen der Grenzfrequenz
den durch die einzelnen Einstellschritte des einen Stellgliedes bewirkten Änderungen
der Bewegungsgeschwindigkeit der Tastspitze proportional sind. Durch die Anpassung
der einstellbaren Stufen des Hochpaßfilters and die Stufen der Verstellung der Geschwindigkeit
der Abtastspitze des Längenmeßtasters kann von der Bedienungsperson eine genaue
Zuordnung einzelner Stufen crfolgen, so daß keine Rechenarbeit mehr erforderlich
ist und außerdem die Gefahr von Fehleinstellungen vermieden ist. Wird
z.B.
die Geschwindigkeit um den Faktor 3 durch Verstellung des entsprechenden Stellgliedes
auf die nächsthöhere Stufe erhöht, so braucht erfindungsgemäß das andere Einstellglied
für die Einstellung der Grenzfrequenz bzw. des Cut-offs ebenfalls nur um eine Stufe
verstellt zu werden, um entsprechend die Grenzfrequenz des Hochpaßfilters auf den
dreifachen Wert zu erhöhen.
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Im Ergebnis bleibt dann die Grenzwellenlänge bzw. der Cut-off der
abgetasteten Wellenform konstant. Durch einfaches Hin- und Herschalten verschiedener
Stufen kann dann z.B. ganz einfach der Einfluß der Abtastgeschwindigkeit bei konstantem
Cut-off auf die zur Aufzeichnung z.B. auf einem Schreibgerät zur Verfügung stehende
Meßspannung festgestellt und damit z.B. bei die einer bestimmten Werkstückart/maximal
zulässige Abtastgeschwindigkeit bestimmt werden, bei der noch keine Meßfehler durch
die Abtastgeschwindigkeit auftreten.
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Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß das
andere Stellglied für die Einstellung der Grenzfrequenz des Hochpaßfilters ein Stufenschalter
ist, mit dem entweder der Wert des Kondensators oder der Wert des Widerstandes des
RC-Gliedes stufenweise änderbar ist. Grundsätzlich wäre es zwar möglich, die Änderung
der Grenzfrequenz des RC-Hochpaßfilters durch gleichzeitige Änderunge von Kondensator
und Widerstand zu bewirken, jedoch bedeutet das einen erhöhten Schaltungs- und Materialaufwand,
der nach der Lehre der Erfindung vermieden wird, nach der entweder nur der Wert
des Kondensators oder nur der des Widerstandes verändert wird.
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Hierdurch wird außerdem eine andere Weiterbildung der Erfindung
ermöglicht
bzw. vereinfacht, gemäß der ein weiterer Stufenschalter vorgesehen ist, mit dem
zur Änderung der Grenzfrequenz des Hochpaßfilters relativ zur Geschwindigkeit der
Tastspitze und unabhängig von dieser Geschwindigkeit bei stufenweiser Änderung des
Wertes des Kondensators zum Zwecke der Änderung der Grenzfrequenz in Abhängigkeit
von der Geschwindigkeit der Abtastspitze der Widerstand des RC-Gliedes vorzugsweise
stufenweise änderbar ist.Bei dieser Ausführungsform wird also das eine Element des
RC-Gliedes, z.B. der Kondensator, zur Änderung der Grenzfrequenz des Hochpaßfilters
und damit zur Konstanthaltung des Cut-offs bei Änderung der Abtastgeschwindigkeit
verändeft,während mit dem anderen Glied, in diesem Beispiel dann dem Widerstand,
der Cut-off abhängig von der Abtastgeschwindigkeit, also relativ dazu, änderbar
ist.
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Da bei der Erfindung die Verstellung der Abtastgeschwindigkeit und
der Grenzfrequenz des Hochpaßfilters zum Zwecke der Konstanthaltung des Cutt-offs
in genau gleichen und angepaßten Stufen erfolgt, ist es gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung möglich, die Stellglieder für die Verstellung von Geschwindigkeit
und Grenzfrequem mechanisch miteinander zu koppeln. Das bedeutet im Falle von Stufenschaltern,
daß sie auf einer Achse angeordnet sind. In einem solchen Falle ist am gemeinsamen
Betätigungsknopf überhaupt kein Hinweis mehr auf die Änderung der Grenzfrequenz
des Hochpaßfilters vorzusehen. Es genügen ganz einfach Geschwindigkeitsangaben an
den einzelnen Stufen und für die Bedienungsperson die Kenntnis, die sie sogar später
wieder vergessen kann, daß bei dem erfindungsgemäßen Gerät die Verändt?
l-ung
der Abtastgeschwindigkeit keine Änderung des Cut-offs bewirkt. änderung der Die/einzelnen
Stufen des Kondensators oder des Widerstandes des RC-Gliedes zum Zwecke der Änderung
der Grenzfrequenz des durch sie gebildeten Hochpaßfilters kann mittels eines einfachen
Stufenschalters erfolgen, wobei dann die an die einzelnen Stufen angeschalteten
Widerstände sich in der gewünschten Weise unterscheiden. Es ist aber auch möglich,
einen Schalter zu verwenden, bei dem von Stufe zu Stufe jeweils zu einem Grundwert
der ersten Stufe die ZusAzwerte der jeweiligen Stufen hinzugeschaltet werden. Hat
z.B. der Kondensator der ersten Stufe den Wert 1 und sollen sich die Stufen um den
Faktor 2 unterscheiden, so braucht in der zweiten Stufe nur ein zusätzlider Kondensator
mit ebenfalls dem Wert 1 hinzugeschaltet zu werden. In der dritten Stufe wäre es
dann erforderlich, einen Kondensator mit dem Wert 2 hinzuzuschalten, in der nächstfolgenden
Stufe mit dem Wert 4 usw., so daß eine binäre Abstufung der einzelnen Werte vorliegt.
In einem solchen Fall ist es auch zweckmäßig, die Einschaltung der einzelnen Stufen
durch elektronische Schalter zu bewirken.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Eine schematisch dargestellte Meßeinrichtung zur Oberflächenmessung
weist einen Tisch 1 auf, auf dem ein Werkstück 2 liegt, dessen Oberfläche 3 von
einer Tastspitze 4 eines Längenmeßtasters 5 abgetastet wird, der an einem schematisch
dargestellten Wagen 6 befestigt ist, der in Richtung eines Doppelpfeiles
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durch eine Spindel 8 bewegt wird, die durch einen Motor 9 angetrieben ist. Die Tastspitze
4 wird somit linienförmig über die Oberfläche 3 des Werkstückes 2 bewegt, und in
dieser Tastspur wird die Oberflächenkontur des Werkstückes sowohl hinsichtlich der
Feingestalt als auch hinsichtlich der Grobgestalt abgetastet.
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Von dem Längenmeßtaster 5 wird ein der Oberflächenkontur entsprechendes
Signal über eine Leitung 10 in einem Verstärker 11 geliefert, dessen Ausgangssignal
über eine Leitung 12 an eine Schaltbahn 13 eines speziellen Stufenschalters gelangt,
die bei Bewegung in Richtung eines Doppelpfeiles 14 mit festen Kontakten 15 in Berührung
kommt, so daß stufenweise Kontakte 15 zu- bzw. abgeschaltet werden. Auf diese Weise
wird in der ersten Stufe der Kondensator 16 angeschaltet, in der zweiten Stufe die
Kondensatoren 16 und 17, in der dritten Stufe die Kondensatoren 16, 17, 18 usw.,
Der Kondensator 16 hat den Wert 1, der Kondensator 17 den Wert 1, der Kondensator
18 den Wert 2, der Kondensator 19 den Wert 4 usw., sie unterscheiden sich also von
Stufe zu Stufe um den Faktor 2. Das bedeutet, daß mit jeder Schaltstellung die insgesamt
an die Leitung 12 angeschaltete Kapazität sich um den Faktor 2 ändert.
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Die Kondensatoren 16-21 bilden zusammen mit in Reihe geschalteten
Widerständen 23-29 ein RC-Hochpaßfilter, dessen Ausgang 30 mit einem Schreibgerät
31 verbunden ist, aus dem, schematisch dargestellt, ein Papierstreifen 32 herauskommt,
aut dem die Oberfächenkontur des Werkstückes 2 unter Berücksichtigung der Wirkung
des RC-Hochpaßfilters als Kurve 33 aufgezcichnet ist.
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Die Verbindungspunkte zwischen den Widerständen 23 und 29 sind an
feste Kontakte 34 eines speziellen Stufenschalters angeschlossen, die stufenweise
mit einer in Richtung eines Doppelpfeiles 35 beweglichen Kontaktbahn 36 in Verbindung
bringbar sind. Dieser Stufenschalter entspricht in der Bauart also dem mit den Teilen
13 und 15. Die Widerstände 23-29 unterscheiden sich in gleicher Weise von Stufe
zu Stufe wie die Kondensatoren 16 und 22, so daß hierfür das gleiche Stufenprinzip
angewendet ist. Durch Bewegung der Kontaktbahn 36 in Richtung des Doppelpfeiles
35 läßt sich ebenso wie durch die Bewegung der Kontaktbahn 13 die Grenzfrequenz
des Hochpaßfilters ändern, unabhängig von anderen Teilen und damit anders als mit
der Kontaktbahn 13, was nachfolgend näher beschrieben wird.
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Die Kontaktbahn 13 ist über eine durch eine gestrichelte Linie angedeutete
gemeinsame Achse 37 mit einer beweglichen Kontaktbahn 38 eines weiteren Stufenschalters
verbunden, die damit in Richtung eines Doppelpfeiles 39 bewegbar ist. Durch eine
Bewegung kommt die Kontaktbahn 38 mit festen Kontakten 40 in Verbindung, an denen
Widerstände 41-47 liegen, die mit einer Speisequelle 48 für den Motor 9 verbunden
sind. Die Widerstände 41-47 unterscheiden sich so voneinander, daß sich bei Bewegung
der Kontaktbahn 38 der Speisestrom für den Motor 9, im Falle eines Gleichstrommotors
z.B. der Speisestrom für die Feldwicklung, so ändert, daß eine stufenweise Änderung
der Drehgeschwindigkeit des Motors 9 und damit der Bewegung der Tastspitze 4 auf
der Oberfläche 3 erfolgt. Um der Lehre der Erfindung zu genügen, sind bei diesem
Ausführungsbeispiel, bei dem sich der
jeweilige Anschaltwert der
Kondensatoren 16-22 bei Verstellung der beweglichen Kontaktbahn 13 von Stufe zu
Stufe um den Faktor 2 ändert, die Widerstände 41-47 so abgestuft, daß sich die Geschwindigkeit
des Motors 9 von Stufe zu Stufe ebenfalls um den Faktor 2 ändert. Unter dieser Bedingung
bleibt bei Verstellung der Achse 37 die Grenzwellenlänge für die Abtastwellenform
und damit der Cut-off konstant.
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Durch eine Verstellung der Kontaktbahn 36 ist in einfacher Weise
die Änderung der Grenzfrequenz des Hochpaßfilter.s unabhängig von der Abtastgeschwindigkeit
und damit die Änderung des Cut-offs, also der Grenzfrequenz des Hochpaßfilters,relativ
zur Abtastgeschwindigkeit möglich.
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