DE2939901C2 - Vorrichtung zur Untersuchung und/oder Qualitätsprüfung von metallischen Stoffen hinsichtlich ihrer Eignung als Oberflächenschicht-Material für elektrische Kontakte - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchung und/oder Qualitätsprüfung von metallischen Stoffen hinsichtlich ihrer Eignung als Oberflächenschicht-Material für elektrische Kontakte.

Ein Gerät gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches ist in der Zeitschrift »Metalloberfläche«, Jg. 32 (1978) Heft 10, unter dem Titel »Prüfung des Kontaktverhaltens von galvanisch abgeschiedenen Schichten ί>° (I)« von K.-L. Schiff und R. Schnabl veröffentlicht. Dieses Gerät weist ein angetriebenes Sondenrädchen auf, welches an einem Ende eines Waagebalkens als Träger befestigt ist. Auch das bekannte Meßgerät gestattet einen automatischen Meßablauf mit einstellba- ^b'' rer Kontaktkraft, kontrollierter Aufsetzbewegung des Sondenkontaktes und Vermeidung der Verschleppung von KorrosionsDrodukten durch den fremden Kontakt.

Die Literaturstelle sagt jedoch nichts über die Problematik aus, wenn bei einer solchen Vorrichtung über verschiedenartige Untersuchungen und Prüfungen verschiedenartige Sonden in ihrer Bewegung exakt gesteuert werden müssen.

Da es bei derartigen Prüfvorrichtungen vor allem auf ein präzises und sanftes Aufsetzen des Sondenkuntaktes auf die zu prüfende Oberfläche bzw. Probe ankommt, hat man die Aufsetzgeschwindigkeit des Prüfstiftes bereits einstellbar gemacht, z. B. bei hydraulisch, pneumatisch oder elektrodynamisch betätigten Waagesystemen. Nicht einstellbar dagegen war die Aufsetzgeschwindigkeit des Prüfstiftes bei Exzenterscheiben-Verstellung des Waagesystems. Dadurch konnten Schwingungen während des Aufsetzens von der Sonde auf die Probenoberfläche übertragen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung mit automatischem Meßablauf unter Beibehaltung des einfachen mechanischen Antriebs ein sanftes Aufsetzen der Sonde zu gewährleisten.

Darüber hinaus soll der Meßablauf leicht automatisierbar und vorprogrammierbar sein. Für verschiedenartige Proben sollen unterschiedliche Meßfühler oder -sonden einsetzbar sein. Die Vibrationsfreiheit des Aufsetzens der Sonde soll auch bei Verwendung eines elektromotorisch angetriebenen Sordenrädchens sichergestellt werden.

Alle diese Forderungen werden von der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie sie in Anspruch 1 gekennzeichnet ist, erfüllt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik ist darin zu sehen, daß bei automatischem Meßablauf durch das sanfte und präzise Aufsetzen der Sonde auf die Probe keinerlei Schwingungen zwischen Sonde und Probe entstehen können, auch dann nicht, wenn verschiedenartige Sonden, insbesondere von einem Kleinmotor verdrehbare Rädchen, verwendet werden.

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und anhand dieser Zeichnungen in der nachfolgenden Beschreibung erläutert, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Es zeigt:

F i g. 1 das Prinzip der Prüfvorrichtung mit Waagesystem, Kurvenscheiben-Antrieb und Kraftübertragung auf Waagebalken und Sonde;

F i g. 2 die Kurvenscheibe und die ihr zugeordneten Mittel, die die Verbindung (Positionierung) zur Mikroprozessor-gesteuerten Meßablaufsteuerung herstellen;

F i g. 3 stellt eine Ausführungsform der Erfindung in Vorderansicht dar;

F i g. 4 die Ausführungsform nach F i g. 3 in perspektivischer Sicht;

F i g. 5 Blockschaltbild;

F i g. 6 Zeit-Ablaufdiagramm.

Wie F i g. 1 zeigt, besitzt das Waagesystem der Kontaktprüfvorrichtung einen Waagebalken 10, der mit seiner Achse 11 praktisch spielfrei, jedoch äußerst leichtgängig in einem Rahmen 12 gelagert ist. An einem Ende des Waagebalkens auf der einen Seite von der Achse 11 ist ein Gegengewicht 13 gegenüber der Sonde 4 auf der anderen Seite des Waagebalkens 10 dargestellt.

Die Sonde 4, bestehend aus einem aufsetzbaren elektrischen Kontakt als Meßfühler, z. B. in Form eines Rädchens, ist in einem Träger 14 eingesetzt, der seinerseits auswechselbar form- und/oder kraftschlüssig an dem Waagebalken 10 gehaltert ist. Bevorzugt wird

eine Steckkupplung, wie bei elektrischen Steckkontakten üblich (Koaxialstecker), derart, daß sowohl eine stabile und spielfreie mechanische Verbindung als auch eine sichere elektrische Verbindung über zwei gegeneinander und gegen Masse isolierte Strompfade gewährleistet ist Die Abhebe- und Aufsetzbewegung des Waagebalkens 10 mit der am Träger 14 befestigten Sonde 4 auf die Probe 5 hin bzw. von dieser weg, wird von einer elektromotorisch angetriebener. Kurvenscheibe 15 gesteuert Hierzu dient mit Vorteil ein regelbarer Gleichstrom-Motcrantrieb, welcher die Kurvenscheibe jeweils um einen bestimmten Winkelbetrag in nachher noch zu erläuternder Weise bewegt Dabei wird zum Abheben der Stößel 7 nach oben bewegt und zum Aufsetzen der Sonde 4 abgesenkt. Die Kraftübertragung von der Kurvenscheibe 15 auf den Waagebalken 10 über den Stößel 7 erfolgt mit Hilfe zweier entgegengesetzt polarisierter Permanent-Magr.ete Zl und 22 hoher Koerzitivkraft. Hierdurch erfolgt jegliche Bewegung des Hebelarmes nur sanft infolge der Dämpfung durch das magnetische Feld zwischen den beiden Dauermagneten, da sich deren einander zugekehrte gleiche Pole abstoßen. Daher wird der Waagebalken mit der Sonde 4 an ihrem Träger 14 stets sanft auf die Probe 5 aufsetzen, d. h. ohne Stöße oder Schübe zu erzeugen.

Aus F i g. 2 ist erkennbar, wie leicht die Steuerung des Kurvenscheibenantriebs und damit, wie vorher beschrieben, des Waagebalkens und der Sonde automatisierbar ist. Auf der dem Motor, welcher auf der Antriebswelle 16 auf einer Seite der Kurvenscheibe sitzt, abgekehrten Seite, sind Permanentmagnete 17, z. B. in Topfform angebracht, die bei Annäherung an die einander zugekehrten Spitzen der Zungen 18 und 19 eines Reedkontaktschalters 20 üblicher Bauart mit der Mikroprozessor-gesteuerten Automatik für den Meßablauf verbunden sind, etwa derart, daß eine Positionsmeldung der Stellung der Kurvenscheibe 15 und damit des Waagebalkens 10 erfolgt. Wird für das Material der Kurvenscheibe ein Magnetwerkstoff gewählt und für die Permanentmagnete ein Werkstoff von relativ hoher Koerzitivkraft, so ergibt sich der Vorteil, daß die Magnete 17 auf der Scheibe 15 selbsthaftend sind, wodurch sie schnell und exakt in gewünschter Weise justiert und örtlich verändert werden können, da die Anzahl und Anordnung der Magnete und/oder der Reedkontakt-Schalter frei wählbar ist.

Auf diese Weise ist es möglich, mehrere Proben, die etwa in einem gemeinsamen Meßmagazin angeordnet sind, welches seinerseits wieder auf dem Probentisch gehalten ist, nacheinander nach einem vorwählbaren Programm anzusteuern und zu messen bzw. zu prüfen. Für Messungen an einheitlichen Probenformen kann das Meßgerät in an sich aus der zitierten Literatur bekannter Weise mit festprogrammierten Prüfabläufen ausgestattet werden. Es können jedoch auch die Meßabstände für die Proben über eine Eingabetastatur vorgewählt werden. Die Positionierung in A"-Richtung erfolgt über einen eigenen Schrittmotor zum Antrieb des Probentisches mit Meßmagazin.

In V-Richtung ist das Meßmagazin durch einen Mikrometer-Antrieb manuell oder auch ebenfalls programmgesteuert durch einen zusätzlichen Schrittmotor verstellbar. Das Programm kann auf einem üblichen Magnetband gespeichert sein und den Meßablauf vorher bestimmen. Zur Speicherung und Wiedergabe können übliche Bandgeräte verwendet werden. Das Bandgerät ist mit einem Mikroprozessor verbunden, der seinerseits mit XY- ί isch mit Probenaufnahme bzw. Meßmagazinaufnahme auf dem Probentisch bei mehreren Proben sowie Abtastvorrichtung und Schnittstelle als Einheit verbunden ist (vergl. F i g. 5). An der Eingabetastatur sind neben dem Abstand der einzelnen Meßpunkte zusätzliche Informationen vorwählbar, wie Anzahl der Einzelmessungen, Einzel- oder Mehrfachmessungen pro Prüfling oder Vorwahl eines bestimmten Reibweges.

Werden Kontaktteile unterschiedlicher Oberflächenform, Kontur oder dergleichen geprüft, so setzen solche unterschiedlichen geometrischen Probeformen auch unterschiedliche Sonden voraus, wie auch unterschiedliche Materialien, Oberflächenzusammensetzungen, Fedem. Nieten, Drähte, Streifen, Walzprofile oder dergleichen.

Wenn, wie dargestellt, der Sondenträger 14 als mechanische und elektrische Steckkupplung ausgebildet ist, so kann diesen unterschiedlichen Meßanforderungen jederzeit durch die Wahl einer entsprechenden Sonde Genüge getan werden. Als Sonde, Meßfühler oder Kontakt kann dann ein Prüfstift, ein Prüfdraht oder eine Kontaktniete, aber auch ein Rädchen verwendet werden. Durch die Steckverbindung wird das Auswechsein des Sondenkontaktträgers stark vereinfacht. Probenform, Abstand und Oberfläche usw. können mit der Wahl der jeweiligen Sonde und ihres Trägers leicht eingehalten werden.

Bei Verwendung eines Kontakträdchens als Meßfühler läßt sich dies leicht nach jeder Messung einige Winkelgrade verdrehen und auf diese Weise werden Verschleppungen von Verunreinigungen von einem Meßpunkt auf den nächsten vermieden. Beim Wechseln des Sondenträgers ist das Meßrädchen !eicht zu

^i:> reinigen.

Bei bisher bekannten Konstruktionen mit einer Sonde in Rädchenform war zu deren Bewegung ein relativ großer Aufwand nötig. Eine einfache Lösung für einen elektromotorischen Antrieb des Sondenrädchens ist ein direkt kuppelbarer Kleinmotor, wie den F i g. 3 und 4 zu entnehmen. Der Kleinmotor 1 ist federnd an einem Tragarm 6 an dessen freiem Ende aufgehängt, wobei ein Tragarm 6 aus magnetischem Federstahl bevorzugt wird. Dieser Arm 6 ist bevorzugt seitlich relativ zum Lagerrahmen 12 des Waagebalkens 10 wegschwenkbar entgegen der Wirkung eines Magneten 9, der den Tragarm 6 in der eingekuppelten Stellung festhalten will. Als Lager kann dabei die Stellschraube 8 dienen, insbesondere, wenn sie an ihrer Spitze kuppenförmig ausgestaltet ist (vergl. F i g. 3). Das Sondenrad 4 ist auf einer Seite des Sondenträgers 14 gelagert und kann mit einem Gegenrad 3 auf einer gemeinsamen Welle angeordnet, d. h. direkt verbunden sein. Dieses Gegenrad ist dann auf der gegenüberliegenden Seite des Trägers 14. Auf dieser Seite sitzt auch der Kleinmotor 1 mit seinem Antriebsritzel 2 (vergl. F i g. 3), welches in und außer Eingriff mit dem Rad 3 gebracht werden kann. Mit Vorteil ist die Anordnung so getroffen, daß im Moment des Abhebens des Waagebalkens 10 das Ritzel 2, welches vom Antriebsmotor 1 angetrieben wird, in das Zahnrad 3 eingreift und dadurch das Sondenrädchen 4 um einige Winkelgrade verdreht, wobei der Antriebsimpuls durch Einstellung der Länge des Gleichstromimpulses an den entsprechenden Motor 1 gesteuert werden kann. Bei Absenken des Waagebalkens mit der Sonde läuft das Sondenrädchen 4 und sein Gegenrad 3 frei, d. h. außer Eingriff mit dem Ritzel 2 des Motors 1. Dadurch ist nur die jeweils über Gewichte

oder mittels Federkraft, Stellschraube bzw. Spindel oder elektromagnetischem Tauchspulenantrieb kontinuierlich verstellbare Kontaktkraft bei der Kontaktwiderstandsmessung wirksam.

Funktionsbeschreibung:

Die Funktion der Kontaktprüfvorrichtung sei nachstehend anhand des Blockschaltbildes Fig.5 erläutert, während die zeitliche Folge eines Prüfablaufs aus dem Diagramm F i g. 6 ersichtlich ist. i< >

Das Prüfprogramm wird bevorzugt in einem Bandspeicher auf Magnetband gespeichert, der mit dem Mikroprozessor verbunden ist. Dieser kann die gespeicherten Informationen abrufen und der Schnittstelle zuführen. Die Anfangsposition des Probenmaga- ι ~> zins und die Austarierung des Waagesystems (Baiken mit Sonde und Gegenkraft) wird manuell eingestellt. Der Bereich der Belastung des Waagebalkens liegt im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa zwischen 2 und 20OcN, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Die 2» Absenkbewegung ist entsprechend einstellbar. Die Einstellung erfolgt ruckfrei und kontinuierlich, ebenfalls programmgesteuert.

Zunächst setzt durch erstes Einschalten des Hubmotors die am Waagebalken mittels Träger befestigte ·?> Sonde auf der ersten Probe auf (Absenken). Der eingeprägte Meßstrom wird eingeschaltet für die zeit /|. Die Prüfbedingungen richten sich im wesentlichen nach DIN 41 640, soweit sie die elektrische Messung des Kontaktwiderstandes betreffen. Es wird deshalb mit J<> einer maximalen Gleichspannung von 15 Millivolt und eingeprägten Meßströmen von 1 bis 10 Milliampere (vorwählbar) gearbeitet.

Die Meßwertübernahme erfolgt nach einer Zeit h-Der als Maß für den Kontaktwiderstand zwischen Sonde und Probe auftretende Spannungsabfall zwischen den vor der Kontaktgabe elektrisch isolierten Kontakten wird auf einem hochohmigen Spannungsmeßgerät angezeigt. Angeschlossene Registriergeräte werden durch einen nach definierter Zeit t) abgegebenen Impuls zur Übernahme des Meßwertes veranlaßt.

Ais Registriergeräte können Drucker, Klassiergeräte, Lochstreifen-Stanzer oder Rechner eingesetzt werden. Eine Klassierung der Meßwerte und Ausgabe auf einem Drucker kann jedoch auch durch den Mikroprozessor erfolgen.

Dann vergeht eine Zeit U, bis der Meßstrom abgeschaltet wird und die erste Messung beendet ist. Nach Ablauf der Zeil 15 erfolgt, wie zu Beginn, das zweite Einschalten des Hubmotors, damit der Waagebalken mit der Sonde von der Probe gehoben wird (Anheben) und in der darauffolgenden Zeitspanne te nach dem Ausschalten des Meßstromes wird der Schrittmotor zum Antrieb des Meßtisches eingeschaltet. Nach der Meßtischbewegung treibt der Sondenmotor für eine vorgewählte Zeitspanne tj das Sondenrädchen an und dreht es um einen bestimmten Winkelbetrag, so daß für die nächste Messung eine saubere Oberflächenstelle zur Verfügung steht.

Danach wird der Hubmotor erneut eingeschaltet und treibt die Kurvenscheibe 15 so lange an, bis diese um einen Winkelbetrag verdreht ist, an dem der nächste Permanentmagnet 17 erreicht wird. Das Erreichen dieser Position wird mit Hilfe der Reedkontaktschalter 20 an die Steuerung rückgemeldet.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Untersuchung und/oder Qualitätsprüfung von metallischen Stoffen hinsichtlich ihrer Eignung als Oberflächenschicht-Material für elektrische Kontakte, mit einem Waagebalken, der an einem Ende eine Sonde zum Aufsetzen auf eine den Gegenkontakt darstellende Probe des zu untersuchenden metallischen Stoffes sowie am anderen Ende Gewichte zur Einstellung einer bestimmten Kontaktkraft trägt und dessen Aufsetzbewegung durch eine Verstelleinrichtung gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung zwei mit gleichen Polen einander gegenüberliegende Magnete (21, 22) zur Dämpfung der Aufsetzbewegung der Sonde (4) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung aus einer auf einen Stößel (7) einwirkenden Kurvenscheibe (15) gebildet wird, und daß der Stößel (7) aus zwei Teiien besteht und die Magnete (21, 22) an einander gegenüberliegenden Enden dieses Stößels (7) befestigt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- :s zeichnet, daß die Kurvenscheibe (15) mehrere Haftmagnete (17) trägt, welche zur Steuerung eines automatischen Meßablaufs während der Drehung der Kurvenscheibe (15) einen oder mehrere Schutzrohrkontakte (20) mit magnetischen Zungen jo betätigen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (4) an einem Sondenträger (14) angebracht ist, der an dem Waagebalken (10) durch eine Steckverbindung r> auswechselbar gehaltert ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (4) als Rädchen ausgebildet ist, daß ein elektrischer Kleinmotor am freien Ende eines Tragarms (6) so aufgehängt ist, daß er bei abgehobener Sonde das Rädchen um einige Winkelgrade verdreht, und daß bei aufgesetzter Sonde Rädchen und Motor entkuppelt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Austausch des Sondenträgers (14) der Tragarm (6) mit dem elektrischen Kleinmotor (1) wegschwenkbar ist.