DE3590145T1

DE3590145T1 - Oberflächenrauheit-Meßgerät

Info

Publication number: DE3590145T1
Application number: DE19853590145
Authority: DE
Inventors: Satoshi Kawasaki Kanagawa Mizuno
Original assignee: Mitutoyo Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1984-04-10
Filing date: 1985-04-10
Publication date: 1986-04-24
Also published as: US4665739A; WO1985004707A1; GB8527703D0; DE3590145C2; GB2165361B; GB2165361A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Meßgerät zur Ermittlung einer Oberflächenrauheit.

Gegenwärtig werden mehr und mehr Verbesserungen und Steigerungen in bezug auf die Genauigkeit von Oberflächenrauheit-Meßgeräten gefordert, wobei eine feine Verlagerung eines Kontaktelements, das mit der Oberfläche eines dem Meßvorgang unterworfenen Werkstücks in Berührung ist, als ein elektrisches Signal erfaßt wird, das in einer vorbestimmten Weise verarbeitet wird, um Maßangaben über die Oberflächenrauheit des Werkstücks zu erhalten.

Bei einem Meßgerät der oben skizzierten Art wurde bisher in weitem Umfang als Verarbeitungsverfahren für das so ermittelte elektrische Signal eine analoge Methode zur unmittelbaren Integration eines analogen Ausgangssignals von einem Verlagerungssignal angewendet. Jedoch wurde auch im Zug der Fortschritte in der Elektronik in den

letzten Jahren eine Digitalmethode zur analog-digitalen Umwandlung des analogen Ausgangssignals in ein Digitalsignal und zu dessen digitaler Verarbeitung vorgeschlagen.

Wenn die Digitalmethode angewendet wird, so ruft die Anzahl der Momentwertbildungen (Abtastungen) der gemessenen Daten in bezug auf die Meßgenauigkeit ein Problem hervor. Wird beispielsweise eine vorgegebene Lägne bei geringer Anzahl an Abtastungen gemessen, so werden ersichtlich die Abstände zwischen den Abtastungen langer, was die Meßgenauigkeit herabsetzt. Wird die Anzahl der Abtastungen erhöht, so kann folglich eine zufriedenstellende Meßgenauigkeit erlangt werden. Eine erhöhte Anzahl an Abtastungen macht jedoch ein Meßgerät hoher Klasse mit beispielsweise hoher Ansprechgeschwindigkeit oder Empfindlichkeit notwendig, so daß in diesem Fall eine wirtschaftliche Beschränkung zwangsläufig hervorgerufen wird.

Im Hinblick hierauf wurde zur Entlastung der elektrischen Schaltung eine Methode der Art vorgeschlagen, wonach in Übereinstimmung mit der Meßlänge (L) des Werkstücks die Relativgeschwindigkeit eines Tasters zu diesem geändert wird, während die Verarbeitungsgeschwindigkeit für die Abtastung konstant gemacht wird. Mit diesem Verfahren wird jedoch die Anzahl der Abtastungen pro Längeneinheit mit dem Anwachsen der Meßlänge (L) vermindert, was die Nachteile nach sich zieht, daß die Meßgenauigkeit umso mäßiger wird, je größer die Meßlänge ist, und darüber hinaus ist es äußerst schwierig, die Geschwindigkeit des Tasters in bezug auf die Meßlänge genau und strikt zu ändern.

Der Erfindungsgegenstand ist mit Blick auf diesen Stand

der Technik entwickelt worden, um die dem Stand der 35

Technik anhaftenden Nachteile zu beseitigen und aufgabengemäß ein Oberflächenrauheit-Meßgerät zu schaffen, das in bezug auf die Genauigkeit und Wirtschaftlichkeit

_/_ . 3590Ί45

ausgezeichnete Eigenschaften aufweist sowie in seiner Anwendbarkeit hervorragend ist.

Im Hinblick hierauf sieht die Erfindung ein Oberflächenrauheit-Meßgerät mit einem Meßgerät-Hauptkörper, mit einem Meßfühlerkopf, der einen schwenkbar an seinem einen Ende durch den Hauptkörper gelagerten Meßarm mit einem Kontaktelement, das an einer mit einem vorgegebenen Abstand zu einem Schwenkpunkt gelegenen Stelle angeordnet ist, aufweist, mit einem eine Schwenkverlagerung des Meßarmes als ein elektrisches Signal erfassenden Verlagerungsfühler und mit einer Signalverarbeitungssektion, die ein Ausgangssignal des Verlagerungsfühlers in einer vorbestimmten Weise verarbeitet, um eine Oberflächenrauheit eines zu vermessenden, das Kontaktelement berührenden oder sich relativ zu diesem bewegenden Werkstücks zu messen, vor, wobei eine solche Anordnung zur Anwendung gelangt, daß der Verschiebungsfühler zur Abgabe eines analogen Ausgangssignals ausgebildet ist, daß das auf diese Weise erhaltene analoge Ausgangssignal durch einen A/D-Wandler in ein digitales Signal umgesetzt wird, daß das digitale Ausgangssignal in einer vorbestimmten Weise durch einen Rechenkreis verarbeitet wird, um eine Oberflächenrauheit des zu vermessenden Werkstücks rechnerisch zu ermitteln, wobei jegliche festgesetzte Meßlänge durch die Anzahl der Abtastungen N, d.h. durch 2 , die mit gleichem Abstand angesetzt sind, geteilt wird, und daß eine Zeitschaltung zur Abtaststeuerung des A/D-Wandlers, um analoge Ausgangssignale zu jedem Abtastzeitpunkt in Digitalsignale umzuwandeln, vorgesehen ist.

Das Oberflächenrauheit-Meßgerät gemäß der Erfindung kann ganz allgemein auf dem Gebiet der Vermessung von Oberflächenumrißlinien oder -konturen von einem Meß-Vorgang zu unterwerfenden Werkstücken zur Anwendung kommen.

O Γ C- :'} Λ ! C

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Oberflächenrauheit-Meßgerät im Längsschnitt;

Fig. 2 ein Blockbild einer ersten Schaltungsanordnung;

Fig. 3 ein Blockbild eines Analogschalter-Regelwiderstandes;

Fig. 4 ein Blockbild einer zweiten Schaltungsanordnung;

Fig. 5 bis 7 Darstellungen von Oberflächenrauheiten;

Fig. 8 ein Blockbild einer dritten Schaltungsanordnung;

Fig. 9 und 10 Darstellungen von Oberflächenrauheiten;

Fig. 11 ein Blockbild einer vierten Schaltungsanordnung.

Das Oberflächenrauheit-Meßgerät der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt einen Meßfühlerkopf B, der über eine bewegbare Welle 2 von einem Hauptkörper A schwingend oder oszillierend getragen wird. Die bewegbare Welle 2 ist am Hauptkörper A so befestigt, daß sie bezüglich ihrer Lage in Dreh- und Vertikalrichtungen einstellbar ist zu dem Zweck, einen Träger 4, der außenseitig von einem Gehäuse 3 abgedeckt ist, der Größe, Kontur u.dgl. eines Werkstücks anpassen zu können. Ferner sit die Welle 2 am Hauptkörper A lösbar angebracht, so daß der Meßfühlerkopf B gegen einen anderen oder neuen austauschbar ist, der der Kontur usw. des jeweiligen Werkstücks besser entspricht. An der unteren Fläche des Trägers 4 ist mittels einer Querfeder 6 ein stabförmiger Meßarm schwingend gehalten.

QQ Der Meßarm 5 wird von einem ersten Armteil 7, das im wesentlichen in seinem Mittelteil durch die Querfeder 6 am Träger 4 gelagert ist, und einem an das eine Ende des ersten Armteils 7 direkt anschließenden zweiten Armteil 8 gebildet. Das erste Armteil 7 ist an Stellen,

gc die zum Schwenkpunkt, d.h. zur Querfeder 6, in zueinander entgegengesetzten Richtungen gleich beabstandet sind, mit Dielektrika 9 und 10 versehen. Durch eine als Blatt-

-χ. r " 3.590U5

feder ausgebildete Druckfeder 11, deren Druck- oder Federkraft durch eine Stellschraube 12 justierbar ist, wird das Armteil 7 zu einer Dreh- oder Schwenkbewegung im Uhrzeigersinn (bezogen auf Fig. 1) beaufschlagt.

Das zweite Armteil 8 ist in einem Schutzgehäuse 13 aufgenommen, das einstückig mit dem Gehäuse 3 ausgebildet ist sowie von dessen einer Stirnfläche vorragt, und ist an seinem freien Ende mit einem zur Achse des zweiten Armteils 8 rechtwinkligen Kontaktelement 14 versehen. An der Unterseite des freien Endstücks des Schutzgehäuses 13 ist ein halbkugelförmiges Führungs- oder Gleitstück 15 mit einer ein Durchtreten des Kontaktelements 14 nach außen erlaubenden öffnung 16 ausgestaltet. Wenn bei einer solchen Anordnung das Kontaktelement 14 mit einer zu vermessenden Oberfläche eines auf einem Tisch 17 ruhenden Werkstücks 18 in Berührung gebracht wird, so wird bei einer Bewegung des Tisches 17 in Richtung des Doppelpfeils in Fig. 1 der Meßarm 5 um die als Schwenkpunkt dienende Querfeder 6 in Übereinstimmung mit der Oberflächenrauheit des Werkstücks 18 verschwenkt.

In den Träger 4 sind an den Dielektrika 9, 10 des ersten Armteils 7 gegenüberliegenden Stellen zwei Meßspulen und 22 eingebettet, die zu den Dielektrika 9, 10 einen Abstand haben. An einer der Verbindungsstelle des ersten Armteils mit dem zweiten entgegengesetzten Stelle des Meßarmes 5 ist ein Tragglied 25 vorgesehen, das den Meßarm in einer vorgegebenen Lage hält. Von den Meßspulen 21, 22 führen die bewegbare Welle 2 durchsetzende Leitungsdrähte 23 und 24 zu einer Signalverarbeitungsektion C im Hauptkörper A. Wenn das Tragglied 25 im Ansprechen auf ein Signal vom Hauptkörper A her betätigt wird, so kann der Meßarm 5 in einer Lage gehalten werden, in der ein zwischen dem Schwenkpunkt und dem Tragglied liegender Teil gegen einen Vorsprung 26 im Gehäuse 3 gedrückt wird, wobei dann das Kontaktelement 14 des

-^- ^ 3590 U5

Meßarmes 5 im Schutzgehäuse 13 aufgenommen ist. Der Träger 4, der Meßarm 5, das Kontaktelement 14, die Dielektrika 9, 10 und die Meßspulen 21, 22 bilden zusammen den Meßfühlerkopf B.

Die Fig. 2 zeigt die Schaltungsanordnung im Hauptkörper A. Die beiden Magnetspulen 21, 22 und ein Analogschalter-Regelwiderstand 31 bilden eine an eine Stromquelle 30 angeschlossene Brückenschaltung 32, die einen Verlagerungsfühler mit analogem Signalausgang darstellt, der eine Schwenk- oder Drehverlagerung des Meßarmes 5 als ein elektrisches Signal erfaßt. Die Ein- und Ausgangsleitungen dieser Brückenschaltung 32 sind mit der Signalverarbeitungssektion C verbunden.

Wie die Fig. 3 zeigt, sind in dem Analogschalter-Regelwiderstand 31 in Aufeinanderfolge mehrere in Reihe geschaltete Widerstände 33- - 33,, zu denen Analogschalter 34- - 34g parallel geschaltet sind, angeordnet. Die Analogschalter 34- - 34, werden von einem Steuerteil 35 gesteuert. Bei dieser Anordnung kann vorher festgesetzt werden, daß dann, wenn der Meßarm 5 in einer bestimmten Lage ist, die Phase eines Ausgangssignals S- vom Verbindungspunkt zwischen den beiden Meßspulen 21, 22 zur Phase eines Ausgangssignals S_ am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 33-, und 33. umgekehrt ist. Demzufolge werden, wenn der Meßarm 5 aus dem so festgesetzten Zustand auf Grund einer Oberflächenrauheit am Werkstück 18 verlagert wird, Induktivitäten der jeweiligen Meßspulen 21, 22 verändert, was auf einer Änderung in der Spaltweite zwischen den Dielektrika 9, 10 und den Meßspulen 21, 22 beruht, und das hat zum Ergebnis, daß die Induktivitätsänderungen als gemessene Werte durch die Brückenschaltung 32 ausgegeben werden.

Die Ausgänge von der Brückenschaltung 32, d.h. das Ausgangssignal S₁ vom Verbindungspunkt der beiden Spulen

21, 22 und das Ausgangssignal S₂ vom Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 33., und 33-, werden jeweils über Widerstände 36 und 37, hinter denen die Ausgangssignale zu einem einzigen zusammengesetzt werden, an einen Operationsverstärker 38 gelegt, der das Signal dann einem A/D-Wandler 39 zuführt. Wenn das Ausgangssignal S₁ und das Ausgangssignal S- hier in ihrer Phase zueinander umgekehrt sind, so sind beide Signale S₁ und S_ zueinander versetzt, womit ein Ausgang vom Operationsverstärker 38 null wird.

Jedesmal, wenn von einer Zeitschaltung 40 Befehlsimpulse gegeben werden, wandelt der A/D-Wandler 39 ein Ausgangssignal vom Operationsverstärker 38 in ein digitales Signal um. Die Zeitschaltung 40 ist imstande, Taktimpulse von einem Taktgeber 41 zu zählen und die Umwandlungsbefehlsimpulse an den A/D-Wandler 39 immer dann abzugeben, wenn die gezählte Anzahl einen den Meßlängen L₁ - L-. entsprechenden Zählwert erreicht. Die Meßlängen L₁-L₃ werden von einem Einstellelement 42 festgesetzt. Die Zählwerte, die von einer Meßlänge zu einer anderen unterschiedlich sind, v;er den so festgesetzt, daß die vom Einstellelement 42 eingestellten Meßlängen von drei Typen (L₁ = 0,25 mm; L„ = C, 8 mm; L-, = 2,5 mm; wie es gemäß JIS (Japanese Industrial Standards) vorgesehen ist) in Übereinstimmung mit der Anzahl N der Momentwertbildungen (Abtastungen) in gleicher Weise geteilt sind. Ferner wird die Anzahl der Abtastungen so vorgegeben, daß bei einer Messung der Oberflächenrauheit gemäß der Höchstwertmethode (Rmax) die Anzahl der Abtastungen 1024, d.h. 2 , und bei einer Messung der Oberflächenrauheit nach der Mittenrauhwertmethode (Ra) die Anzahl der Abtastungen

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512, d.h. 2 , ist. Mit dieser Anordnung werden für irgendeine vom Einstellelement 42 festgesetzte Meßlänge durch gleichförmiges Teilen der Meßlänge durch die Anzahl der Abtastungen N erhaltene Digitalsignale N vom A/D-Wandler 39 an den Rechenkreis 43 gegeben.

-^' 3590U5

Der Rechenkreis 43 verarbeitet rechnerisch die Digitalsignale vom A/D-Wandler 39 in Übereinstimmung mit dem Höchstwert-(Rmax)-Betriebsbefehl oder dem Mittelrauhwert-(Ra)-Betriebsbefehl vom Befehlsgeber 44, worauf das Ergebnis vom Drucker 45 aufgezeichnet wird. Wenn die Digitalsignale vom A/D-Wandler 39 einen überaus hoch vorgegebenen Wert überschreiten, z.B. einen Wert der für den Drucker 45 außerhalb des Maßstabs oder Bereichs liegt, dann wird von einem Alarmgerät 46 eine Warnung gegeben. Im Fall der Höchstwertmethode (Rmax) kann das Ansprechen durch eine Differenz zwischen dem Maximal- und dem Minimalwert aus den vom A/D-Wandler 39 gelieferten Daten N erhalten werden. Im Fall der Kittelrauhwertmethode (Ra) kann das Ansprechen erhalten werden durch:

y = f |f(χ)|dx

Gemäß der erläuterten Ausführungsform werden folglich die jeweiligen Meßlängen durch die vorgegebene Anzahl der Abtastungen N gleichmäßig geteilt, es werden die

Signale zur Zeit der Abtastungen in Digitalsignale umgesetzt, und mit den Digitalsignalen als Basis wird die Oberflächenrauhheit des Werkstücke gesucht, so daß die Anzahl der Abtastungen ungeachtet der Meßlänge und ohne Änderung der Geschwindigkeit in der Relativbewegung zwischen dem Meßgerät und dem Werkstück konstant gemacht werden kann, womit es folglich nöglich ist, eine auf einer verminderten Anzahl von Abtastungen beruhende mäßige Maßgenauigkeit zu vermeiden.

^Q Wenn die Meßlängen L^ = 0,25 mm, L₂ = 0,8 mm und L, = 2,5 mm, wie es gemäß JIS vorgesehen ist, gleichmäßig in Übereinstimmung mit der Anzahl der Abtastungen N = 16 000 bei der Höchstwertmethode (Rmax) geteilt werden, so wird die maximale Höhe von 0,38 yum zu einem

^° wahren Wert oder Istwert gemacht. Die folgende Tabelle zeigt spezifische Meßunsicherheiten der maximalen Höhen zum Istwert, wenn die Anzahl der Abtastungen N zu

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8000, 4000, 2000 und 1000 verändert wird. Es wurden Läppteile - hergestellt von Tokyo-toritsu Kogyo Gijutsu Senta (Tokyo Industrial Technology Center) - als Prüfstücke verwendet.

■^^ Meßlänge N ^\^^	0	,25 mm	0	,8 mm	2,	5 mm
8000	0	,80 %	0	,08 %	0,	00 %
4000	1	,40 %	0	,40 %	0,	08 %
2000	4	,80 %	1	,00 %	0,	23 %
1000	5	,80 %	2	,50 %	0,	75 %

Aus dieser Tabelle folgt somit, daß bei jeder der Meßlängen die spezifischen Meßungenauigkeiten der maximalen Höhen zum Istwert, d.h. die maximale Höhe, wenn die Anzahl der Abtastungen N = 16 000 ist, mit der Abnahme in der Anzahl der Abtastungen N vergrößert werden. Selbst wenn die Meßlänge L. = 0,25 mm und die Anzahl der Abtastungen N = 1000 ist, so ist dennoch bei L. = 0,25 mm der Istwert oder wahre Wert 0,38 yum. Somit ergibt sich ein Fehler von 0,38 um χ 0,058 = 0,022 ^jm, was vom Gesichtspunkt der Genauigkeit in der Praxis kein Problem darstellt. Gemäß der Mittelrauhwertmethode (Ra) wird das Ansprechen ferner erhalten durch

If(x)|dx

Somit kann die Anzahl der Abtastungen noch kleiner sein, und es ist insbesondere ausreichend, wenn die Zahl der Abtastungen N = 500 oder mehr ist. Insofern erhebt sich vom Gesichtspunkt der Genauigkeit in der Praxis kein Problem, wenn die Anzahl der Abtastungen N mit 1024 oder mehr im Fall der Höchstwertmethode (Rmax) und die Zahl der Abtastungen N im Fall der Mittelrauhwertmethode (Ra) mit 512 oder mehr angesetzt werden.

-y*:_M. ^3590U5

Ferner wird in Übereinstimmung mit den vom Einstellelement 42 festgesetzten Meßlängen L., L_ und L₃ jede dieser Längen selbsttätig gleichförmig geteilt, so daß die Notwendigkeit zur Einregelung der Relativbewegungsgeschwindigkeit beseitigt wird.

Die Anzahl der Abtastungen N wird des weiteren mit 2 angesetzt, so daß die Operation mittels einer Verschiebungsmethode ausgeführt werden kann, womit die Zeitspanne für diesen Vorgang verkürzt und das Programm sowie seitens der Hardware die Konstruktion vereinfacht werden können. Diese Tatsache führt zu einem wirtschaftlichen Vorteil und darüber hinaus zu einer verringerten Speicherkapazität, so daß der Energieverbrauch herabgesetzt werden kann. Vor allem aber wird das Meßgerät nun zur Ausbildung als tragbares Meßgerät geeignet, dem eine Batterie eingegliedert wird.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist die Anordnung so getroffen, daß das Operationsergebnis von einem Drucker aufgezeichnet und, wenn ein vorbestimmter Wert überschritten wird, in diesem Zeitpunkt ein Alarm gegeben wird. Jedoch kann auch eine Schaltungsanordnung , wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, zur Anwendung kommen. Hier veranlaßt der Rechenkreis 43, daß der Drucker in Aufeinanderfolge die Digitalsignale vom A/D-Wandler 39 aufzeichnet, er sucht auf der Basis der Digitalsignale in Übereinstimmung mit der minimalen Potenzierung eine mittlere Linie und veranlaßt einen Speicher 50, die gO Neigung dieser mittleren Linie zu speichern. Wenn die in Übereinstimmung mit dem Minimum erhaltene mittlere Linie

y = A + Bx ist (1)

dann ist

■ μ

ι _yi ft -'

5" χ i Π

£» i .yi ⁱⁱ¹ - ^{Σ ν|}

ΙΟ "

.=!■■- _η

worin η die Gesamtzahl der Abtastungen und xi sowie yi die Werte der Abszisse χ und der Ordinate y zum Zeitpunkt der Abtastung Nr. i sind.

Insofern kann die Neigung der mittleren Linie mittels der Gleichung (3) gesucht werden.

Die Digitalsignale vom A/D-Wandler 39 werden nicht nur dem Rechenkreis 43 zugeführt, sondern auch dem Alarmgerät 46 und einem Verstärkungsregelkreis 51. Wenn die digital^en Ausgangssignale vom A/D-Wandler 39 den übermäßig hohen Wert übersteigen, z.B. den Wert, der außerhalb des Maßstabs des Druckers 45 liegt, dann regelt der Verstärkungsregelkreis 51 eine Verstärkung des A/D-Wandlers 39 auf der Grundlage der Neigung der mittleren Linie, die im Speicher 50 gespeichert ist, d.h. einen Relativneigungswinkel zwischen dem Werkstück 18 und dem Kontaktelement 14 zur Bewegungsbezugslinie. Wenn bei dieser Anordnung beispielsweise ein Relativneigungswinkel zwischen dem Werkstück 18 und dem Kontaktelement zur Bewegungsbezugs-

go linie null ist, so ist der gemessene Wert der in Fig. 5 gezeigte, während dann, wenn der gemessene Wert durch den Neigungswinkel zur Zeit der Relativbewegung aus dem Maßstab fällt, wie Fig. 6 zeigt, zur nachfolgenden Meßzeit eine Korrektur ausgeführt wird, wie in Fig. 7 darge-

gc stellt ist.

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Bei der oben beschriebenen Anordnung wird die mittlere Linie auf der Grundlage der Digitalsignale vom A/D-Wandler 39 durch die minimale Potenzierung gesucht, es wird die Neigung der mittleren Linie, d.h. der relative ° Neigungswinkel zwischen dem Werkstück 18 und dem Kontaktelement 14 zur Bezugslinie der Bewegung gespeichert, und wenn die Digitalsignale den vorgegebenen übermäßig hohen Wert übersteigen, so wird die Verstärkung des A/D-Wandlers 39 auf der Basis des Relativneigungswinkels geregelt, so daß bei der Messung der Oberflächenrauheit eine richtige und genaue Messung ohne eine Maßstabsüberschreitung ausgeführt werden kann. Ferner wird, wenn der gemessene Wert aus dem Maßstab fällt, wie oben erläutert wurde, die Verstärkung für die Vorbereitung der anschließenden Messung geregelt, so daß eine Reguliertätigkeit nicht notwendig ist und das Messen schnell durchgeführt werden kann.

Zusätzlich kann, wie Fig. 8 zeigt, die Neigung des mittleren Werts, die im Speicher 50 gespeichert ist, dem steuerteil 35 als ein Befehlswert zugeführt werden. In diesem Fall steuert das Steuerteil die Analogschalter 34., - 34g in einer Richtung, in der die als Befehlswert gegebene Neigung eliminiert wird, und regelt die Werte der Widerstädne 33_η - 33_r kontinuierlich variabel, so

l b

daß der gemessene Wert selbsttätig korrigiert wird. Wenn der gemessene Wert aus dem Maßstab fällt, wie Fig. 9 beispielsweise zeigt, dann wird eine Korrektur, wie sie in Fig. 10 dargestellt ist, für die anschließende Meßtätigkeit ausgeführt.

Gemäß dieser Methode wird die Verstärkung im Meßgerät nicht geregelt, so daß solch ein Vorteil zusätzlich erlangt werden kann, daß die Meßgenauigkeit nicht vermindert wird.
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ν ., ·"■·'" 3590H5 -^- /Ik- Ferner können in einem Meßgerät mit austauschbarem Meßfühlerkopf, wie Fig. 11 zeigt, Kennmarken 54, die vom einen Meßfühlerkopf B zum anderen unterschiedlich sind, an den jeweiligen Meßfühlerköpfen fest angebracht sein, wobei die Kenndaten der jeweiligen Meßfühlerköpfe N in Verbindung mit den Kennmarken 54 der Köpfe gespeichert werden. Eine Lesevorrichtung 55, die die Kennmarke 54 des Meßfühlerkopfes B jedesmal liest, wenn dieser durch einen neuen ersetzt wird, ist in der Signalverarbeitungs-Sektion C vorgesehen, so daß eine im Rechenkreis 43 voreingestellte Konstante auf der Grundlage des Kennwertes, der der gelesenen Kennmarke zugeordnet ist, erneuert oder ersetzt werden kann.

In diesem Fall wird eine Konstante K im Rechenkreis 43 selbsttätig durch eine Korrekturschaltung 52 jedesmal dann erneuert, wenn der Meßfühlerkopf B ausgetauscht wird. Wenn nach dem Austausch des Meßfühlerkopfes B gegen einen neuen die Kennmarke 54 des Kopfes B durch die Lesevorrichtung 55 gelesen wird, so ersetzt die Korrekturschaltung 52 die Konstante K im Rechenkreis 43 auf der Basis eines der Kennmarke 54 zugeordneten, vom Speicher 53 ausgelesenen Kennwertes. Im Speicher 53 sind vorher die Kennwerte für jede Kennmarke 54, die den auszustauschenden Meßfühlerköpfen B zugeordnet ist, gespeichert. Für Schwenkverlagerungswerte des Meßarmes 5 beispielsweise werden die Kennkurven der Ausgangssignale u. dgl. für die jeweiligen Meßfühlerköpfe B vorher gespeichert. Nachdem dann irgendeiner der Meßfühlerköpfe B am Hauptkörper A

gO befestigt ist, wird die Kennmarke 54 dieses Kopfes B von der Lesevorrichtung 55 gelesen, und der dieser Kennmarke 54 zugeordnete gelesene Kennwert wird dann aus dem Speicher 53 ausgelesen. Hierauf ersetzt die Korrekturschaltung 52 die Konstante K im Rechenkreis 43 auf der Grund-

gg lage des aus dem Speicher 53 gelesenen Kennwerts, und diese ersetzte Konstante wird während der Operation als ein Korrekturwert verwendet.

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Durch diese Anordnung wird der Vorteil geboten, daß die Notwendigkeit einer Anpassung der Signalverarbeitungssektion C immer dann, wenn ein Meßfühlerkopf gegen einen anderen ausgetauscht wird, beseitigt wird.

Die Meßlängen müssen nicht notwendigerweise auf die drei Typen L₁ = 0,25 mm, L_? = 0,8 mm und L-, = 2,5 mm beschränkt werden; wenigstens sollten aber die Meßlängen, die in JIS vorgesehen sind, in Betracht gezogen werden.

Ferner kann als Verlagerungsfühler ergänzend zu der oben beschriß- · benen Brückenschaltung 32 irgendein Fühler, der eine Schwenk- oder Drehverlagerung des Meßarmes 5 als ein Analogsignal erfassen kann, z.B. ein Differentialtransformator, zur Anwendung gelangen.

Bezüglich der Relativbewegung zwischen dem Werkstück 18 und dem Kontaktelement 14 kann im Gegensatz zur beschriebenen Ausführungsform das Kontaktelement 14 relativ zum zu vermessenden Werkstück 18 bewegbar gemacht werden. In diesem Fall kann die Anordnung so getroffen werden, daß ein Relativbewegungswert zwischen diesen Teilen beispielsweise durch einer. Verschlüßler od. dgl. anstelle der Taktimpulse vom Taktgeber 41 erfaßt wird, wobei die Ausgänge dieses Verschlüßlers der Zeitschaltung 40 eingegeben werden, in der die Verschlüßlerausgänge in Übereinstimmung mit den Meßlängen gezählt werden, so daß die Umwandlungsbefehlsimpulse erzeugt werden können. Durch diese Anordnung wird der Vorteil erlangt, daß selbst bei einer Änderung der Relativgeschwindigkeit in der Bewegung der Teile zueinander die Anzahl der Impulse pro Längeneinheit nicht verändert wird.

W ie erläutert wurde, kann erfindungsgemäß die Anzahl der Abtastungen ohne Rücksicht auf die Meßlänge und ohne Änderung der Relativbewegungsgeschwindigkeit zwischen dem Meßgerät und Werkstück konstant gemacht werden, wes-

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halb durch die Erfindung ein Oberflächenrauheit-Meßgerät geschaffen wird, das eine hervorragende Meßgenauigkeit hat, darüber hinaus aber äußerst kostengünstig ist.

Claims

Patentansprüche

20 1· Oberflächenrauheit-Meßgerät mit einem Meßgerät-Hauptkörper, mit einem Meßfühlerkopf, der einen schwenkbar an seinem einen Ende durch den Hauptkörper gelagerten Meßarm mit einem Kontaktelement, das an einer mit einem vorgegebenen Abstand zu einem Schwenkpunkt gelegenen

25 Stelle angeordnet ist, aufweist, mit einem eine Schwenkverlagerung des Meßarmes als ein elektrische Signal erfassenden Verlagerungsfühler und mit einer Signalverarbeitungssektion, die ein Ausgangssignal des Verlagerungsfühlers in einer vorbestimmten Weise verarbei-

30 tet, um eine Oberflächenrauheit eines zu vermessenden, das Kontaktelement berührenden oder sich relativ zu diesem bewegenden Werkstücks zu messen, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschiebungsfühler (32) ein Analogsignal abgibt, daß ein Analog-Digital-Wandler

35 (39) das vom Verschiebungsfühler erhaltene analoge Ausgangssignal in ein Digitalsignal umwandelt, daß ein Rechenkreis (43) das Digitalsignal zur Berechnung

einer Oberflächenrauheit des Werkstücks (18) verarbeitet, wobei irgendeine festgesetzte Meßlänge durch die Anzahl der Abtastungen N, nämlich 2ⁿ, die mit gleichem Abstand angesetzt sind, geteilt wird, und daß eine Zeit schaltung (40) zur Abtaststeuerung des Analog-Digital-Wandlers, um analoge Ausgangssignale zu jedem Abtastzeitpunkt in digitale Signale umzuwandeln, vorgesehen ist.
2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Abtastungen N bei der Berechnung der Oberflächenrauheit nach der Höchstwertmethode (Rmax) mit 1024 oder mehr angesetzt wird.
3. Meßgerät anch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Abtastungen N bei der Berechnung der Oberflächenrauheit nach der Mittelrauhwertmethode (Ra) mit 512 oder mehr angesetzt wird.
4. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechenkreis (43) bei Erfassen eines übermäßig hohen Meßwerts ein Alarmgerät (46) auslöst.
5. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechenkreis (43) einen Relativneigungswinkel zwischen dem Werkstück (18) und dem Meßarm (5) zu einer Bezugsbewegungslinie aus den Ausgangssignalen des A/D-Wandlers (39) sucht.
6. Meßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechenkreis den Relativneigungswinkel als eine mittlere Linie in Übereinstimmung mit der Potenzierung sucht.

-/. βί. 3590U5
7. Meßgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein den vom Rechenkreis gesuchten Relativneigungswinkel speichernder Speicher (50) und eine Einrichtung (35) zur Steuerung eines Ausgangssignals vom Verlagerunqsfühler (32) in einer Richtung, in der der im Speicher als Befehlswert gespeicherte Relativneigungswinkel eliminiert wird, vorgesehen sind.
8. Meßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlagerungsfühler (32) eine Brückenschaltung mit elektromagnetischer Induktion ist.
9. Meßgerät nach Anspruch 7.oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (35) einen

je Widerstand in der Brückenschaltung (32) regelt.
10. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9,dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühlerkopf (B) am Meßgerät-Hauptteil (A) austauschbar angebracht ist.
11. Meßgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß

der Rechenkreis (43) den Dimensionen oder sonstigen Eigenschaften des Werkstücks (18) eigene, vom Meßfühlerkopf (B) ausgegebene elektrische Signale unter Ver-„(. wendung einer vorgegebenen Konstanten (K) rechnerisch verarbeitet, daß an den jeweiligen Meßfühlerköpfen (B) Kennmarken (54), die vom einen zum anderen Meßfühlerkopf unterschiedlich sind, angebracht sind, daß an der Signalverarbeitungssektion (C) eine Vorrichtung (55), _ die selbsttätig die Kennmarke liest, und ein Speicher (53), der Kennwerte der jeweiligen Meßfühlerköpfe speichert, vorhanden sind und daß eine Korrekturschaltung (52) vorgesehen ist, die selbsttätig eine Konstante in der Signalverarbeitungssektion auf der Grundlage

des der Kennmarke zugeordneten, im Speicher gespeicherob

ten Kennwertes bei Lesen der Kennmarke eines ausgetauschten Meßfühlerkopfes durch die Lesevorrichtung erneuert.

_ο> 3590U5

1
12. Meßgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (53) einen Kennwert eines Erfassungsteils aus einem Ausgangssignal des Erfassungsteils, das mit der Signalverarbeitungssektion (C) verbunden ist, er-

5 mitteIt und den Kennwert selbsttätig in Verbindung mit der von der Lesevorrichtung (55) gelesenen Kennmarke (54) speichert.