DE4338481A1 - Handprüfgerät zur Messung von Oberflächenrauhigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Handprüfgerät zur Prüfung von Ober­ flächenrauhigkeiten mit einer Tastspitze von genormter Spitzen­ verrundung und einem manuellen Haltegriffel zur Handhabung und Führung der Tastspitze über eine zu prüfende Oberfläche.

Bei der Fertigung bzw. Prüfung von bearbeiteten Oberflächen, insbesondere von Präzisionsteilen, muß die Oberflächengüte, Fehlerfreiheit und eventuell die Fehlergröße beurteilt werden. Es ist bekannt, das dieses an den dafür zugänglichen Flächen mit den aus DIN 4768 bekannten Verfahren, mittels beispielsweise Tastschnittgeräten oder Lichtschnittprojektoren erfolgen kann. Ein Nachteil der genormten quantitativen Verfahren ist der damit verbundene hohe prüf- und meßtechnische Aufwand, so daß nur für Ausfallmuster und in besonderen Zweifelsfällen diese Prüfverfah­ ren eingesetzt werden können. An unzugänglichen Stellen wird auf einfachere, qualitative Sichtprüfverfahren mit Vergleichsstan­ dards ausgewichen.

Ein besonders in der Massenfertigung eingeführtes qualitatives Verfahren ist das Abtasten der Oberfläche von Hand mit gespitz­ tem Bleistift oder genormter Prüfnadel mit definierter Spitzen­ verrundung. Ein Nachteil sowohl der Prüfnadel als auch des Blei­ stiftes ist der starre Aufbau, so daß bereits durch leichten oder unsachgemäßen Handdruck die zu prüfende Oberfläche eines Bauteils visuell verkratzt wird und eventuell die Dauerschwing­ festigkeit vermindert werden kann. Mit zunehmender Kerbempfind­ lichkeit des Bauteilwerkstoffs wird die Gefahr einer Schädigung bei manueller Abtastung größer. Prüfempfindlichkeit und subjek­ tive Beurteilung von Oberflächenfehlern werden durch unter­ schiedlich hohen Handdruck, ungeeignete Haltung des Prüfnadel­ halters und unterschiedliche Bewegungsrichtung und Bewegungsge­ schwindigkeit beeinträchtigt. Trotz dieser Mängel ist eine qua­ litative Vorauswahl der Oberflächenqualität von Bauteilen mit­ tels einfacher Handprüfgeräte im täglichen Werkstattbetrieb un­ verzichtbar. Besonders im Triebwerksbau werden Handprüfverfahren mit Prüfnadeln als Zwischenschritte in der Fertigung vorge­ schrieben.

Aufgabe der Erfindung ist es ein gattungsgemäßes, einfach zu bedienendes, für die Massenfertigung geeignetes Handprüfgerät anzugeben, das bisher eingesetzte und bekannte Handprüfgeräte verbessert und die Gefahr einer Schädigung der zu prüfenden Bau­ teile vermindert.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen Haltegriffel und Tastspitze ein Federelement angeordnet ist, das in mindestens einer Raumrichtung elastisch ist und in mindestens einer weite­ ren Raumrichtung zur Führung ′der Tastspitze über die Prüffläche richtungsstabil bleibt.

Ein Vorteil dieses Handprüfgerätes ist, daß die Vorteile des Prüfnadelgriffels uneingeschränkt beibehalten werden, so daß es ortsunabhängig ist und jederzeit zur Verfügung steht. Die auf­ bringbare Prüfkraft wird jedoch kontrollierbar begrenzt und da­ mit die Gefahr einer Beschädigung des Prüflings minimiert. Da­ rüber hinaus werden Auflösung und Prüfempfindlichkeit verbessert und vergleichmäßigt, so daß eine höhere Zuverlässigkeit in den Prüfergebnissen erreicht wird.

Das Federelement ist vorzugsweise eine Blattfeder, die in einer Raumrichtung elastisch ist und in einer weiteren Raumrichtung zur Führung der Tastspitze über die Prüffläche richtungsstabil bleibt. Das eine Ende der Blattfeder wird dazu in den Haltegrif­ fel eingespannt und auf das anderer Ende der Blattfeder wird eine Prüfnadelhalterung geschoben, die einen schnellen Wechsel der Prüfnadel und damit der Tastspitzenverrundung ermöglicht. Die Federsteifigkeit und Länge der Blattfeder ist so bemessen, daß selbst Diamanttastspitzen keine visuellen Kratzer auf der Prüfoberfläche verursachen und dennoch ein ausreichendes Tastsi­ gnal auf den Haltegriffel übertragen wird.

In einer bevorzugten Gestaltung des Handprüfgerätes weist der manuelle Haltegriffel zum Erfühlen der Oberflächenrauhigkeit Aussparungen auf, die in Abstand, Tiefe und Größe auf mindestens drei Finger einer rechten oder linken Normhand abgestimmt sind. Dabei wird im wesentlichen davon ausgegangen, daß Mittelfinger und Zeigefinger den Haltegriffel von unten unterstützen und der Daumen eine Gegendruck von oben aufbringt. Die Aussparungen sind in Größe und Form auf die menschliche Hand abgestimmt, so daß ohne Verkrampfungen das volle Tastempfinden der fingerspitzen vorteilhaft genutzt wird.

Um das empfindliche elastische Federelement und die Tastspitze zu schützen ist vorzugsweise das Federelement mit Tastspitze in den Haltegriffel einziehbar, so daß in Arbeitspausen und auf der Werkbank eine besondere Sorgfalt beim Ablegen und Lagern des Handprüfgerätes entfällt.

In einer weiteren bevorzugten Gestaltung des Handprüfgerätes weist der Haltegriffel einen Hohlraum auf, der ein verlängertes Federelement aufnimmt, wobei die Federelementverlängerung zwi­ schen zwei Gleit- oder Rollenlagerpaaren freischwingend im Hohl­ raum gelagert ist und eine außen angeordnete Tastfläche zum Er­ fühlen der Oberflächenrauhigkeit über einen starren Verbindungs­ steg mit der Federverlängerung im mittleren Bereich zwischen den Gleitlagern fest verbunden ist. Das hat den Vorteil, daß die Tastfläche unmittelbar die vom Federelement übertragene Rauhig­ keit der zu prüfenden Oberfläche wiedergibt und die Oberflächen­ güte unmittelbarer erfühlt werden kann als über eine feste Ein­ spannung des Federelementes am Haltegriffel. Bei jedem Ausschlag der Tastspitze biegt sich nämlich die Federelementverlängerung in der Mitte zwischen den beiden Lagerstellen am weitesten durch. Diese Durchbiegung ist dann über den starren Verbindungssteg zur Tastfläche unmittelbar auf der Tastfläche mit einer der aufliegenden Fingerspitzen zu spüren.

Zur Signalisierung einer begrenzten Verbiegung des Federelemen­ tes weist der Haltegriffel einen elektrischen Kontakt mit nach­ geschalteter Warneinrichtung auf. Dazu kann am Haltegriffel eine starre oder elastische Verlängerung angebracht sein, die mit ihrem zu einem elektrischen Kontakt ausgebildeten freien Ende über der Tastspitzenhalterung in einem vorbestimmten Ab­ stand schwebt. Sobald das Federelement derart durchgebogen wird, daß die Tastspitzenhalterung den starren elektrischen Kontakt berührt, kann ein elektrisches, akustisches oder lichttechni­ sches Signal ausgelöst werden, um die erlaubte Durchbiegung des Federelementes während der Prüfung anzuzeigen oder zu begrenzen. Der Kontakt kann höhenverstellbar mit der Verlängerung am Halte­ griffel verbunden sein, so daß eine einfache Anpassung der Be­ grenzung der Durchbiegung des Federelementes und damit des Kon­ taktdrucks möglich wird.

Bei einer Ausbildung des Handprüfgerätes mit Federelementverlän­ gerung können Kontakt und Kontakteinstellung in den Haltegrif­ fel integriert werden, womit die Zuverlässigkeit und Kompaktheit des Handprüfgerätes erhöht wird.

In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung trägt das Federelement einen Meßfühler, der mit einer Auswerteeinheit zur Bestimmung der Oberflächenrauhigkeit verbunden ist. Das hat den Vorteil, daß die qualitative und subjektive Prüfung mit dem Handprüfgerät quantisiert und objektiviert wird. Dieses kann vorzugsweise mit einem Dehnmeßstreifen, der auf dem Federelement als Meßfühler aufgeklebt oder mit der Oberfläche des Federele­ mentes in anderer Weise verbunden ist, erreicht werden. Auch ka­ pazitive und induktive Meßfühler können eingesetzt werden, ins­ besondere in Verbindung mit der Durchbiegung einer Federelement­ verlängerung innerhalb des Haltegriffels. Zwischen Federelement und Tastspitze oder Federelementverlängerung und Haltegriffel kann auch ein Piezokristall angeordnet werden, der als Meßfühler die Druckschwankungen aufnimmt und der Auswerteeinheit zur Be­ stimmung der Oberflächenrauhigkeit zuführt.

Wird ein Piezokristall vorzugsweise direkt zwischen Tastspitze und Tastspitzenhalter angeordnet, so können ähnlich einem kon­ ventionellen Tonkopf eines Plattenspielers Bearbeitungsriefen und -rillen sowie andere Oberflächendefekte unmittelbar und un­ abhängig von der Geschicklichkeit des Bedienungspersonals fest­ gestellt bzw. angezeigt werden.

Bei einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist das Federele­ ment zur Tastspitze hin abgewinkelt und weist gegenüber der Prüfoberfläche einen Winkel zwischen 20 und 45° auf. Das hat den Vorteil, daß gegenüber einer ausgedehnten Prüfoberfläche ein ausreichender Freiraum für die Handhabung des Haltegriffels ge­ schaffen wird.

Die folgenden Figuren sind beispielhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Handprüfgerät mit Haltegriffel und festver­ bundenem Federelement,

Fig. 2 zeigt ein Handprüfgerät mit einziehbarem Federelement und einer Tastfläche am Haltegriffel,

Fig. 3 zeigt ein Handprüfgerät mit Signalisierung einer be­ grenzten Durchbiegung des Federelementes,

Fig. 4 zeigt ein Handprüfgerät mit Federelement und Meßfüh­ ler.

Fig. 1 zeigt ein Handprüfgerät mit Haltegriffel 1 und festver­ bundenem Federelement 2, das an seinem hinteren Ende 3 fest in den Haltegriffel 1 eingespannt ist und an seinem vorderen Ende 4 einen auswechselbaren Halter 5 für eine Tastspitze 6 trägt. Die­ se Tastspitze 6 kann aus einer herkömmlichen Prüfnadel gebildet werden und beispielsweise einen Diamantkegel mit definierter Spitzenverrundung tragen. Die Tastspitze 6 mit Halter 5 kann aber auch aus einem Massenartikel, wie einem Tonabnehmerkopf mit Nadel aus Phonogeräten bestehen.

Das Federelement 2 dient einerseits der Prüfkraftbegrenzung, so daß die Prüfoberfläche vor unsachgemäßer Handhabung besser ge­ schützt ist, als bei herkömmlichen Handprüfgeräten. Andererseits soll es die Unebenheiten, Rauhigkeiten sowie gravierende Einzel­ fehler der Prüfoberfläche 7 wie Oberflächenrisse oder -ver­ tiefungen, Bearbeitungsrillen oder -riefen fühlbar auf den Halte­ griffel 1 übertragen.

Das Federelement 2 kann ein elastischer Federdraht beispielsweise mit oval ein Querschnitt sein, der zwar biegeelastisch aber tor­ sionsfest ist oder wie in diesem Beispiel eine Blattfeder, die biegeelastisch in Richtung der Prüfkraft und richtungsstabil in Richtung des Prüfweges auf der Prüfoberfläche 7 ist.

Der Haltegriffel 1 zeichnet sich durch eine besondere Formgebung aus. In diesem Beispiel ist er von oval ein Querschnitt und zeigt drei Einformungen 8, 9 und 10, die den fingerspitzen von Mittel­ finger (Einformung 8), Daumen (Einformung 9) und Zeigefinger (Einformung 10) einer Normhand angepaßt sind. Die Einformungen 9 und 10 für Daumen und Zeigefinger liegen dazu nahe beieinander, beispielsweise in einem Abstand von 5 bis 8 mm, jeweils auf der Ober- und Unterseite des Haltegriffels 1, damit ein geringes Drehmoment auf das Federelement ausgeübt wird und keine übermä­ ßige Durchbiegung des Federelementes erfolgen kann. Die Einfor­ mung 8 auf der Unterseite des Haltegriffels 1 dient der Stüt­ zung und Führung des Handprüfgerätes durch den Mittelfinger und weist einen größeren Abstand zur Einformung 9 für den Daumen auf, als zwischen Einformung 9 und 10. Durch die Anordnung der Einformungen wird gewährleistet, daß das Handprüfgerät sicher zwischen drei fingerspitzen gehalten werden kann und eine gerin­ ge Prüfkraft und Tasthaltekraft aufzubringen ist, um feinfühlig die Oberflächenfehler der Prüffläche 7 zu ertasten.

Zur Gewährleistung eines ausreichenden Freiraums zwischen Prüf­ fläche 7 und Haltegriffel 1 ist das Federelement 2 am vorderen Ende 4 leicht angewinkelt. Dazu haben sich Winkel zwischen 20 und 45° bewährt. In diesem Beispiel ist der Winkel ca. 30°.

Fig. 2 zeigt ein Handprüfgerät mit einziehbarem Federelement 2 und einer Tastfläche 19 am Haltegriffel 1. Am vorderen Ende 4 des Federelementes 2 ist wie in Beispiel 1 der Halter 5 für die Tastspitze 6 befestigt. Im vorderen Bereich des Haltegriffels 1 befindet sich eine Aussparung 11, die den Halter 5 mit Tastspit­ ze 6 aufnehmen kann. Das Federelement 2 weist im Innern des Haltegriffels 1 eine elastische Federverlängerung 12 auf, die zwi­ schen zwei Gleitlagerpaaren 13, 14 und 15, 16 schwingfähig ge­ führt wird. Die Gleitlagerpaare ermöglichen einerseits das Ein- und Ausfahren der Tastspitze und andererseits ein widerstands­ armes Durchbiegen oder Schwingen der Federelementverlängerung 12. An Stelle der Gleitlagerpaare können auch Rollenlagerpaare ein­ gesetzt werden.

In ausgefahrenem Zustand befindet sich in der Mitte zwischen den Gleitlagepaaren ein starrer Steg 17, der fest mit der Federele­ mentverlängerung 12 verbunden ist. Dieser Steg 17 ermöglicht einerseits das Ein- und Ausfahren des Federelementes 2 mit Tast­ spitze 6 und andererseits im ausgefahrenen Zustand ein Ertasten der Oberflächenfehler und -rauhigkeit durch Übertragung der Änderung der Durchbiegung der Federelementverlängerung 12 auf die Tastfläche 19.

Zur Bewegung des Steges 17 weist der Haltegriffel 1 ein Langloch 18 auf. In den Endpositionen kann das Federelement 2 oder der Steg 17 mittels klappender oder einrastender Verriegelung 40 arretiert wer­ den. Diese Verriegelungen 40 können im Hohlraum des Haltergriffels 1 oder im Langloch 18 angeordnet sein. Die Einformungen 8 und 10 auf der Unterseite des Haltegriffels dienen der Stützung und Führung des Handprüfgerätes, wobei die Einformung 10 zusätzlich in Zusammenwirken mit der Tastfläche 19 die Ertastung der Ober­ flächengüte unterstützt.

Fig. 3 zeigt ein Handprüfgerät mit Signalisierung einer begrenz­ ten Durchbiegung des Federelementes 2. Dazu ist in diesem Bei­ spiel eine kontaktgebende verstellbare Schraube 21 über dem Hal­ ter für die Tastspitze 6 angeordnet. Sobald der Halter aufgrund einer entsprechend starken Durchbiegung des Federelementes 2 die Kontaktschraube 21 berührt, wird ein Stromkreis für den Signal­ geber 20 über die elektrischleitenden Bauteile, Halter für die Tastspitze 6, Federelement 2, Federelementverlängerung 12, Zulei­ tung 23 zur Batterie 22 geschlossen. Damit kann ein akustisches oder optisches Signal oder ein elektrisches Steuersignal ausge­ löst werden. Der Kontaktspalt wird im unbelasteten Fall zwischen 1 bis 3 mm eingestellt. Im belasteten Fall soll die maximale Prüfkraft damit auf 3 bis 5 g begrenzt werden.

In diesen Beispiel sitzt die Kontaktschraube 21 verstellbar und arre­ tiert in einem metallischen Gewinde. Das metallische Gewinde ist mit dem Signalgeber 20 verbunden und steckt in einer isolierenden Halterung 24, die an einer Schiebehülse 25 befestigt ist. Diese Schiebehülse 25 ist auf dem Haltegriffel 1 gleitend angebracht und trägt eine Einformung 8 auf der Unterseite für den Mittelfinger. Die Schiebehülse 25 ist darüberhinaus als Mitnehmer für den Steg 17 aus­ gebildet, der die Tastfläche 19 trägt. Die Signaleinrichtung 26 kann auch in dem hinteren Ende 27 des Haltegriffels 1 angeordnet werden. Die Kontaktschraube 21 kann ferner im Haltegriffel 1 unterhalb der Stelle der maximalen Durchbiegung der Federelementverlängerung 12 verstellbar eingepaßt werden, so daß das Handprüfgerät ein kompaktes einfach handhabbares, ortsunabhängiges und jederzeit verfügbares Prüfwerkzeug ist.

Der Haltegriffel 1 ist in diesem Beispiel aus elektrisch isolie­ rendem Material.

Fig. 4 zeigt ein Handprüfgerät mit Federelement 2 und Meßfühler 31, der an eine Auswerteeinrichtung 32 angeschlossen ist. In diesem Beispiel ist der Meßfühler 31 ein auf das Federelement 2 aufgeklebter Dehnmeßstreifen und die Auswerteeinheit 32 besteht im wesentlichen aus einer Wheatstone′schen Brücke mit nachge­ schaltetem Meßverstärker. Eine Begrenzungs- und Kontaktschraube 33 ist unterhalb der maximalen Durchbiegung der Federelementver­ längerung 12 angeordnet, die mit einer Signaleinrichtung 26 ver­ bunden ist, die im hinteren Ende des Haltegriffels 1 unterge­ bracht ist. Damit wird gewährleistet, daß der Prüfdruck ein be­ grenztes Maß nicht überschreitet.

Als Meßfühler können auch kapazitive oder induktive Meßaufnehmer eingesetzt werden. Diese werden innerhalb des Haltegriffes 1 am Ort der maximalen Durchbiegung angeordnet, wenn eine Federele­ mentverlängerung 12 vorgesehen ist.

Besonders geeignet sind als Meßfühler 31 Piezokristalle, wie sie konventionell in Tonaufnehmern verwendet werden. Diese können innerhalb des Haltegriffels 1 am Ort der maximalen Durchbiegung der Federelementverlängerung 12 zwischen Haltegriffel 1 und Federelementverlängerung 12 oder außerhalb des Haltegriffels 1 zwischen Tastspitze 6 und ihrem Halter oder zwischen Halter und Federelement 2 angeordnet werden.

Die Auswerteeinwirkung 32 weist vorzugsweise elektrische Filter auf, die die Störsignale, welche dem Meßsignal überlagert sind, heraus­ filtern sollen. Bei den Störsignalen handelt es sich einerseits um hochfrequente systembedingte und andererseits um äußerst niederfrequente handhabungsbedingte Störungen, so daß vorzugsweise Bandpaßfilter einge­ setzt werden. Nach der Eliminierung von Störsignalen wird ein unkali­ briertes Meßsignal erhalten, das mittels Oberflächenvergleichsnormalen bewertet werden kann. In einer bevorzugten Ausbildung der Auswerte­ einrichtung 32 weist diese deshalb elektronisch gespeicherte, tabel­ larische Vergleichsnormale auf, die zum Abgleich und zur Normierung des Meßsignals zugeschaltet werden können.

Claims (12)

1. Handprüfgerät zur Prüfung von Oberflächenrauhigkeiten mit einer Tastspitze von genormter Spitzenverrundung und einem manuellen Haltegriffel zur Handhabung und Führung der Tast­ spitze über eine zu prüfende Oberfläche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen Haltegriffel (1) und Tastspitze (6) ein Federelement (2) angeordnet ist, das in mindestens einer Raum­ richtung elastisch ist und in mindestens einer weiteren Raumrichtung zur Führung der Tastspitze (6) über die Prüffläche (7) richtungsstabil bleibt.

2. Handprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (2) eine Blattfeder ist.

3. Handprüfgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der manuelle Haltegriffel (1) zum Erfühlen der Ober­ flächenrauhigkeit Aussparungen (8, 9, 10) aufweist, die in Abstand, Tiefe und Größe auf mindestens drei Finger einer rechten oder linken Normhand abgestimmt sind.

4. Handprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (2) mit Tastspitze (6) in den Haltegriffel (1) einziehbar ist.

5. Handprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Haltegriffel (1) einen Hohlraum aufweist, der ein verlängertes Federelement (12) aufnimmt, wobei die Federelement­ verlängerung (12) zwischen zwei Gleit- oder Rollenlagerpaaren (13, 14, 15, 16) frei schwingend im Hohlraum gelagert ist und eine außen angeordnete Tastfläche (19) zum Erfühlen der Oberflächenrauhigkeit über einen starren Verbindungssteg (17) mit der Federverlängerung (12) im mittleren Bereich zwischen den Gleitlagern (13, 14, 15, 16) fest verbunden ist.

6. Handprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltegriffel (1) einen elektrischen Kontakt mit nachgeschalteter Signaleinrichtung (26) zur Signali­ sierung einer begrenzten Verbiegung des Federelementes (2) auf­ weist.

7. Handprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (2) einen Meßfühler (31) trägt, der mit einer Auswerteeinheit (32) zur Bestimmung der Oberflä­ chenrauhigkeit verbunden ist.

8. Handprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (2) einen Dehnmeßstreifen aufweist.

9. Handprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (2) einen kapazitiv ange­ koppelten Meßfühler aufweist, wobei das Federelement (2) eine kapazitive Fläche trägt und die kapazitive Gegenfläche ge­ genüberliegend am Haltegriffel (1) angebracht ist.

10. Handprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (2) einen induktiven Meß­ fühler trägt, wobei ein Spulenkern mit einer Primärwicklung oder ein Permanentmagnet auf dem Federelement (2) befestigt ist und die diese umgebende Meßspule vom Haltegriffel (1) getragen wird.

11. Handprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (2) über mindestens einen Piezokristall mit der Tastspitze (6) oder dem Haltegriff (1) ver­ bunden ist.

12. Handprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (2) zur Tastspitze (6) hin abgewinkelt ist und gegenüber der Prüfoberfläche einen Winkel (a) zwischen 20 und 45° aufweist.