DE4437033A1 - Vorschubgerät für die Oberflächenmessung nach dem Tastschnitt-Verfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Vorschubgerät für die Oberflächenmessung nach dem Tastschnitt-Verfahren.

Sie geht aus von einem Stand der Technik, wie er durch die DE-PS 26 40 894 gegeben ist. Das aus dieser Druckschrift bekannte Vorschubgerät besteht aus einem starren Grundkörper und einem an diesem exakt geführten beweglichen und eine Kufe sowie Tastdiamanten aufweisenden Mikrotaster, der den Tastbewegungen des Tastdiamanten entsprechende Signale abgibt und durch einen an dem Grund­ körper befestigten Antriebsmechanismus mit konstanter Geschwindigkeit relativ zu dem Grundkörper über eine Taststrecke in einer Profilschnittebene des Werkstückes bewegbar ist. Der Grundkörper ist dabei rohrförmig ausge­ bildet und enthält den miniaturisierten Antriebsmechanis­ mus sowie die Führungselemente für den Mikrotaster, der in dem Grundkörper verschieblich gelagert ist und durch eine Stirnseite nach außen ragt. Dadurch, daß der Antrieb und die Führung sowie die Lagerung des Tastorgans in miniatu­ risierter Ausführung in dem rohrförmigen Gehäuse angeord­ net sind, das gleichzeitig den Grundkörper bildet, ist eine von dem Aufbau des Antriebsmechanismus und den Füh­ rungselementen des Tastorganes unabhängige Gestaltung des Grundkörpers gegeben. Die Vorschubeinheit kann wahlweise entweder unmittelbar an ihrem Umfang in einer Halterung oder dergleichen aufgenommen werden oder patronenartig in ein Zusatzstück eingefügt werden, je nach dem wie es für die jeweilige Meßaufgabe zweckmäßig ist.

Dieses Vorschubgerät, dessen Tastsystem sich über eine Gleitkufe auf dem Werkstück abstützt, ist bei der Oberflächenmessung nur für die Rauheitsabtastung der Oberfläche geeignet.

Für bestimmte Meßaufgaben, bei denen es darum geht, nicht nur die Rauheit, sondern beispielsweise auch die Welligkeit und die Formgestalt des Werkstückes zu erfas­ sen, müssen aber sogenannte Freitastsysteme eingesetzt werden. Bei solchen Freitastsystemen ist das Tastsystem nicht über eine Kufe auf der Werkstückoberfläche abge­ stützt, sondern es muß mit hoher Genauigkeit auf einer zu der Oberfläche vorzugsweise parallel ausgerichteten, in der Regel geraden ideal geometrischen Bahn geführt werden. Dazu wird eine Bezugsebene verwendet, die die Abtastung des Profilverlaufes mit der erforderlichen hohen Genau­ igkeit gewährleistet, indem sie eine exakte Geradführung des Tastsystems sicher stellt.

Bei einem in der Praxis bekannten Linear-Vorschubge­ rät für die Freitastung ist in einem im wesentlichen quaderförmigen massiven Aluminiumgehäuse, das für statio­ nären Meßaufbau mit Aufstellfüßen oder -prismen versehen ist, eine hochgenaue Führungswelle (Pinole) in Gleitlagern längsverschieblich gelagert. Diese Führungswelle ist mit einem in dem Gehäuse untergebrachten elektrisch geregelten Antriebsmechanismus gekuppelt, der ihr die über die Tast­ strecke erforderliche Längsbewegung erteilt. An einem stirnseitig aus dem Gehäuse vorragenden Ende der Führungs­ welle ist über eine Verstellbare Halterung der die Meßsi­ gnale abgebende eigentliche Taster befestigt, der an seinem vorragenden Meßarm den Tastdiamanten trägt. Die Hauptabmessungen solcher Vorschubgeräte sind verhältnis­ mäßig groß (200 bis 300 mm); sie sind schwer (1 bis 10 kg) und deshalb vorzugsweise für den stationären Betrieb gedacht. Charakteristisch für diese Vorschubgeräte ist, daß ihre Ausführungsform im wesentlichen durch den Aufbau der angewandten Motor-Getriebe-Kombination des Antriebs­ mechanismus und die Lagerung der Führungswelle etc. be­ stimmt ist, die die Größe des Grundkörpers und dessen Gestalt bestimmen. Der Grundkörper ist dabei vorzugsweise als massives schwingungssicheres Gehäuse für den Antriebs­ mechanismus und nicht nach meßtechnischen Erfordernissen aufgebaut.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Vor­ schubgerät für die Oberflächenmessung nach dem Tast­ schnitt-Verfahren zu schaffen, das in einfacher Weise Oberflächenmessung an Objekten unterschiedlicher Art durch Freiabtastung ermöglicht und dabei aufgrund seiner minia­ turisierten patronenartigen Ausbildung für vielfältige Meßaufgaben auch an schwer zugänglichen Meßorten einsetz­ bar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist das Vorschubgerät erfindungsgemäß die Merkmale des Patentanspruch 1 auf.

Durch die in dem stabförmigen Grundkörper unterge­ brachte Bezugsfläche und die Ausführung des Antriebsmecha­ nismus mit hoher Laufruhe kann das neue Vorschubgerät für Freiabtastung eingesetzt werden, wozu es am Umfang seines Grundkörpers - oder der diesen umschließenden, vorzugs­ weise zylindrischen Gehäusehülse - in einem Halter oder auch in einem geeigneten Zusatzstück aufgenommen werden kann. Daneben ist aber auch ein Einsatz als Kufenabtastsy­ stem mit ein oder zwei Gleitkufen ohne weiteres möglich; es brauchen nur wenige Teile ausgetauscht werden.

Die Bezugsfläche ist mit Vorteil an einem Lineal ausgebildet, das in dem Grundkörper an definierten Lager­ stellen im Bereiche der Bezugsfläche maßgenau aufgelagert und längsverschieblich geführt ist und das mit dem Mikro­ taster verbunden ist. Dazu ist zu bemerken, daß grundsätz­ lich die Anordnung natürlich auch derart getroffen sein kann, daß die Bezugsfläche an dem Grundkörper oder an einem mit diesem fest verbundenen Teil ausgebildet ist, während der Mikrotaster über mit ihm verbundene Führungs­ elemente auf der Bezugsfläche maßgenau geführt ist.

Um eine exakte kippfreie Führung in zwei rechtwinklig zueinander stehenden Ebenen zu gewährleisten, weist das Lineal mit Vorteil zwei rechtwinklig zueinander stehende Bezugsflächenbereiche auf, über die es an räumlich ge­ trennten Lagerstellen an dem Grundkörper, bezüglich seiner Drehachsen gefesselt, gelagert ist. Dazu kann das Lineal an dem Grundkörper magnetisch gehalten sein, wobei es selbst mit Vorteil im Querschnitt L-förmig ist.

Der Mikrotaster ist an dem in dem stabförmigen Grund­ körper geführten Lineal in der Regel über Lagermittel befestigt, durch die gemeinsam mit dem Lineal ein Schlit­ ten ausgebildet ist, an dem der Mikrotasterlösbar befe­ stigt ist. Im übrigen ist es zweckmäßig, daß der Mikrota­ ster über die Lagermittel an dem Lineal um eine Querachse schwenkbar gelagert und vorzugsweise durch Federmittel bezüglich des Grundkörpers im Antastsinn einer Tastkufe elastisch vorgespannt ist. Die Schwenkbeweglichkeit des Mikrotasters um die Querachse ist dabei durch Anschlag­ mittel an dem Grundkörper und/oder dem Lineal in der Regel begrenzt. Bei der Verwendung des Vorschubgeräts für Frei­ abtastung halten die Federmittel den Mikrotaster an seinen zugeordneten Anschlagmitteln, mit der Folge, daß die Schwenkbeweglichkeit des Mikrotasters automatisch gesperrt ist. Bei der Kufenabtastung von längeren Werkstückuneben­ heiten, beispielsweise von Werkstückkrümmungen erlauben demgegenüber die Federmittel eine begrenzte Verschwenkung des Mikrotasters, so daß die mit diesem verbundene Gleit­ kufe den Werkstückunebenheiten etc. folgen kann, ohne daß eine unzulässige elastische Beanspruchung irgendwelcher Geräteteile eintreten würde.

Um die wahlweise Verwendung als Kufen- oder Frei­ abtastsystem in einfacher Weise zu ermöglichen, ist die Anordnung mit Vorteil derart getroffen, daß der Mikrota­ ster auf einer Stirnseite eine lösbar aufgesetzte längs­ geschlitzte rohrförmige Schutzhaube für den den Tastdia­ manten tragenden Tastarm trägt, an der bei der Kufenabta­ stung wenigstens eine dem Tastdiamanten zugeordnete Gleit­ kufe angeordnet ist. Für die Freiabtastung kann die Schutzhaube mit Gleitkufe durch eine solche ohne Kufe ersetzt oder einfach weggelassen werden, so daß der Tast­ arm mit dem Tastdiamanten frei vorragend angeordnet ist. Die Kufe kann im übrigen z. B. der Höhe nach verstellbar ausgebildet sein, um damit eine Anpassung an die verschie­ denen Meßaufgaben in einfacher Weise zu ermöglichen.

Der Antriebs- und Führungsmechanismus für den Mikro­ taster muß sich für die Freiabtastung durch eine hohe Laufruhe auszeichnen. Dafür hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn der Antriebsmechanismus einen miniaturi­ sierten Antriebsmotor aufweist, der mit von dem Mikrota­ ster wegweisender Antriebswelle in dem Grundkörper an­ geordnet ist und dessen Antriebswelle mit einem Getriebe gekoppelt ist, das in einer Höhlung des Grundkörpers im Bereiche der von dem Mikrotaster abliegenden Stirnseite des Grundkörpers angeordnet ist. Das unmittelbar in dem Grundkörper angeordnete - und nicht etwa nur auf den Motor aufgeflanschte - Getriebe läßt sich sehr präzise und laufruhig gestalten, wobei exakt definierte Lagerungs­ verhältnisse gewährleistet sind. Es kann nach außen hin in einfacher wirksamer Weise durch mit dem Grundkörper ver­ bundene Abdeckmittel, beispielsweise in Form einer Abdeck­ scheibe abgedeckt sein, so daß es staubsicher unterge­ bracht ist, während gleichzeitig ein Schmiermittelaustritt ausgeschlossen ist.

Ausgangsseitig ist das Getriebe mit dem Mikrotaster, d. h. dessen zugeordnetem Schlitten mit Vorteil über einen Spindeltrieb gekuppelt, der in dem Grundkörper unterge­ bracht ist. Dieser Spindeltrieb weist eine Gewindespindel auf, die neben einem Gewindeteil über wenigstens einen Führungsteil verfügt, an dem sie bezüglich eines eine Spindelmutter enthaltenden Führungsteiles radial geführt ist. Dieses Führungsteil ist zweckmäßigerweise rohrförmig; es trägt Lagermittel, über die es an einer Lagerstelle, die mit Vorteil ein Kugellager enthält, kardanisch mit dem Mikrotaster oder einem mit diesem verbunden Teil (in der Regel der Schlitten) gekuppelt ist. Das Kugellager wirkt als Ausgleichselement, das verhindert, daß von dem Spin­ deltrieb herrührende Bewegungsunregelmäßigkeiten auf den Schlitten und den Mikrotaster übertragen werden und dessen Laufruhe beeinträchtigen. Der Gewindeteil der Gewindespin­ del ist durch das rohrförmige Führungsteil geschützt, wobei die zusätzliche Führung der Gewindespindel ebenfalls einen Beitrag zur Erhöhung der Laufruhe liefert.

Der stabförmige im Querschnitt in der Regel zylin­ drische Grundkörper weist mit Vorteil eine zumindest einseitig offene, sich über einen Teil seiner Länge er­ streckende Ausnehmung auf, in der wenigstens die Bezugs­ fläche, die Führungselemente des Mikrotasters und zumin­ dest ein Teil des Antriebsmechanismus untergebracht sind, dessen Getriebe in der Regel in einer eigenen Höhlung des Grundkörpers sitzt. Gleichzeitig kann der Grundkörper einen Raum zur Aufnahme der elektronischen Schaltungsteile wenigstens für den Signalausgang des Mikrotasters und die Steuerung des Antriebsmechanismus aufweisen. Dabei gilt grundsätzlich, daß alle die vorgenannten Teile und Elemen­ te innerhalb des zylindrischen oder polygonalen Gesamt­ umrisses des stabförmigen massiv, beispielsweise aus Mes­ sing hergestellten Grundkörpers liegen, derart, daß dieser in einer patronenförmigen zylindrischen Gehäusehülse untergebracht werden kann, die eng an dem Grundkörper anliegend dessen Außenabmessungen bestimmt, die typischer­ weise bei einer Länge von etwa 120 mm einen Durchmesser von ca. 24 mm haben.

Die auf dem Schaltungsträger angeordneten elektri­ schen Schaltungsteile umfassen alle Bauelemente für die Steuerung und Regelung des Antriebsmotors, für dessen Toleranzabgleich etc., ebenso wie für den Signalausgang des Mikrotasters. Damit wird erreicht, daß alle Vorschub­ geräte einer Serie von ihrer elektrischen Anschlußseite her gesehen genau gleiche Eigenschaften aufweisen und keine außerhalb des Gerätes anzuordnenden eigenen Ab­ gleichelemente und dergleichen erforderlich sind.

Die Verbindung der elektrischen Schaltungsteile mit dem Anschlußkabel erfolgt zweckmäßigerweise über eine Steckverbindung, so daß auch der Austausch eines schadhaft gewordenen Anschlußkabels ohne Mühe möglich ist.

Die Querschnittsgestalt des Grundköpers kann zylin­ drisch oder im Querschnitt quadratisch, rechteckig oder mehreckig sein. Sie kann auch von der Querschnittsgestalt des Gehäuses abweichen.

Der mimiaturisierte Antriebsmotor ergibt eine kleine Rotormasse und damit hohe Laufruhe. Die Laufruhe wird noch dadurch erhöht, daß der Antriebsmechanismus sich durch geringe Reibung auszeichnet. Das Gehäuse ist leicht von dem Grundkörper lösbar und die Gestaltung des Grundkörpers ist so, daß jederzeit eine leichte Reinigung und Wartung möglich ist.

Weitere vorteilhafte Merkmale des neuen Vorschubgerä­ tes sind Gegenstand von Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung dargestellt. Es zeigen teilweise in unterschiedlichem Maßstab:

Fig. 1 ein Vorschubgerät gemäß der Erfindung in einer Seitenansicht,

Fig. 2 das Vorschubgerät nach Fig. 1 mit aufgeschnit­ tener Gehäusehülse in einer Seitenansicht,

Fig. 3 das Vorschubgerät nach Fig. 1 geschnitten längs der Linie III-III der Fig. 4 in einer Seitenansicht,

Fig. 4 das Vorschubgerät nach Fig. 1 geschnitten längs der Linie IV-IV der Fig. 2 in einer entsprechenden Ansicht,

Fig. 5 den Grundkörper des Vorschubgeräts nach Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung gesehen von unten,

Fig. 6 den Schlitten mit dem Lineal und der Stelze des Vorschubgeräts nach Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung,

Fig. 7 den Antriebsmechanismus und den Mikrotaster des Vorschubgeräts nach Fig. 1 bei weggelassenem Grundkör­ per in perspektivischer Darstellung,

Fig. 8 das Vorschubgerät nach Fig. 1 mit abgenommener Gehäusehülse in perspektivischer Darstellung von oben,

Fig. 9 die Anordnung nach Fig. 7 in einer perspekti­ vischen Darstellung von der anderen Seite,

Fig. 10 das Vorschubgerät nach Fig. 1 beim Einsatz zusammen mit einem Zusatzstück in perspektivischer Dar­ stellung,

Fig. 11 das Vorschubgerät nach Fig. 1 beim Einsatz zusammen mit einem abgewandelten Zusatzstück in perspekti­ vischer Darstellung und Fig.

Fig. 12 das Vorschubgerät nach Fig. 1 bei der Ver­ wendung mit zwei anderen Zusatzstücken in perspektivischer Darstellung.

Wie beispielsweise aus den Fig. 1 bis 4 zu ersehen, weist das Vorschubgerät einen stabförmigen, im wesentli­ chen zylindrischen Grundkörper 1 auf, der von einer end­ seitig aufgeschobenen satt anliegenden zylindrischen Hülse 2 umschlossen ist, die an dem Grundkörper fixiert ist. Die auf ihrer Außenseite bis auf eine Verdrehsicherung 3 glattwandig ausgebildete Hülse 2 besteht aus Metall oder Kunststoff; sie ist endseitig durch eine Abschlußplatte 4 verschlossen, durch die ein Anschlußkabel 5 eingeführt ist. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite ist auf einen axial vorragenden Teil 6 des Grundkörpers 1 ein Schutz­ rüssel 7 lösbar aufgesetzt, der auf seiner Unterseite längsgeschlitzt ist und dessen Funktion im mechanischen Schutz der eigentlichen Tastorgane besteht.

Der massiv aus Metall, beispielsweise Messing, herge­ stellte Grundkörper 1 umschließt einen im wesentlichen zylindrischen Mikrotaster 8, der stirnseitig aus dem Grundkörper 1 vorragt und auf seiner Stirnseite eine lösbar angeordnete Schutzhaube 9 trägt, welche ein ange­ formtes rohrförmiges Haubenteil 10 aufweist, das längs­ geschlitzt ist und an seinem Ende eine Gleitkufe 11 trägt. Die Gleitkufe 11 ist in eine entsprechende Gewindebohrung des Haubenteils 10 eingeschraubt und mittels eines mit einem Innensechskant versehenen Schlüsselteiles 12 bei abgenommenem Schutzrüssel 7 in ihrer Höhe verstellbar. Die zu dem Mikrotaster 8 achsparallele Schutzhaube 10 um­ schließt einen bei 13 in Fig. 3 angedeuteten Tastarm des Mikrotasters 8, welcher endseitig einen Tastdiamanten 14 trägt, welcher in unmittelbarer Nähe der Gleitkufe 11 liegt oder in einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform auch durch eine Öffnung in der Gleitkufe 11 ragen kann.

Die Schutzhaube 9 kann beispielsweise durch Lösen zweier Befestigungsschrauben von dem Mikrotaster 8 abge­ nommen und insbesondere für die Freiabtastung entweder weggelassen oder durch eine Schutzhaube ohne Gleitkufe 11 ersetzt werden.

Der ein zylindrisches, rohrförmiges Gehäuse aufwei­ sende Mikrotaster 8 ist an sich bekannten Aufbaus, wozu beispielsweise auf die DE-OS 25 35 912 verwiesen werden kann. Er ist an seinem dem Tastarm 13 gegenüberliegenden Ende lösbar in einer entsprechenden Längsbohrung 15 eines Lagerteiles 16 aufgenommen, das bei 17 längsgeschlitzt ist, wobei die beiden den Längsschlitz 17 begrenzenden Bereiche durch eine bei 18 vorgesehene Klemmschraube miteinander verbunden sind, so daß der Mikrotaster reib­ schlüssig gehalten ist. Der Signalausgang des Mikrotasters 8 erfolgt über einen Steckanschluß 19 (Fig. 3).

Wie insbesondere aus Fig. 5 zu ersehen, weist der stabförmige Grundkörper 1 eine symmetrisch zu seiner Längsachse liegende schlitzartige Ausnehmung 20 auf, die durch zwei einander gegenüberliegende parallele ebene Seitenwände 21 begrenzt ist und die sich auf der Seite des Mikrotasters 8 bis zu einem massiven Kopfstück 22 er­ streckt, das den Ansatz 6 (Fig. 5) trägt und eine teil­ kreisförmige Durchgangsöffnung 23 für den Mikrotaster 8 aufweist. Auf der gegenüberliegenden Seite ist die Aus­ nehmung 20 ebenfalls durch ein massives angeformtes Teil 24 des Grundkörpers 1 begrenzt, so daß sich zusammen mit den dazwischen verlaufenden, auf ihrer Innenseite die Wände 21 bildenden Teilen ein besonders stabiler Aufbau des Grundkörpers 1 ergibt. Die Ausnehmung 20 mündet auf ihrer in Fig. 5 hinten liegenden Seite über einen Längs­ schlitz 25 in eine Aussparung 28 (Fig. 8), welche durch eine ebene Grundfläche begrenzt ist, auf welcher eine aus Isoliermaterial bestehende Leiterplatte 29 gegenüber dem Umriß des Grundkörpers 1 versenkt angeordnet ist.

In der Ausnehmung 20 des Grundkörpers 1 ist ein Schlitten aufgenommen, dessen Aufbau insbesondere aus den Fig. 6, 7 zu ersehen ist und der aus dem Lagerteil 16 und einem mit diesem verbundenen Lineal 30 besteht. Das aus Stahl hergestellte Lineal 30 weist einen im wesentlichen L-förmigen Querschnitt auf und trägt exakte ebene Bezugs­ flächen für die Längsbewegung des Mikrotasters 8, die zwei rechtwinklig zueinander verlaufende Bezugsflächenbereiche 31, 32 (Fig. 4, 7) umfassen.

Das Lineal 30 ist über seine beiden Bezugsflächenbe­ reiche 31, 32 über örtlich voneinander getrennte Lage­ rungspunkte innerhalb der Ausnehmung 20 an dem Grundkörper 1 exakt geführt. Von den als Gleitpunkten ausgebildeten Lagerstellen sind drei Lagerstellen 33, 34 auf einer Seitenwand 21 der Ausnehmung 20 derart verteilt angeord­ net, daß zwei Lagerstellen 33 in gleicher Höhe an der innenliegenden Längskante der Wand 21 liegen (vergleiche Fig. 5), während die dritte Lagerstelle 34 zwischen den beiden Lagerstellen 34 in der Nähe der Öffnungsberandung der Ausnehmung 20 angeordnet ist.

Die dem Bezugsflächenbereich 32 zugeordneten beiden Lagerstellen sind in Fig. 5 bei 35 mit den Aufnahmebohrun­ gen für die Lagerteile sichtbar, sie liegen in der die Ausnehmung 20 bodenseitig begrenzenden und rechtwinklig zu den Wänden 21 verlaufenden Bodenwand 36 etwa auf der Höhe der seitlichen Lagerstellen 33.

Zwischen den seitlichen Lagerstellen 33 ist im Berei­ che der Seitenwand 21 eine magnetische Halterung für das Lineal 30 vorgesehen, die zwei gegenpolige Dauermagnete 36 aufweist, welche durch einen in einer entsprechenden Vertiefung des Grundkörpers 1 liegenden magnetischen Rückschlußbügel 37 (Fig. 2) magnetisch miteinander ver­ bunden sind.

Eine entsprechende magnetische Halterung für das Lineal 30 ist auch den beiden anderen Lagerstellen 35 zugeordnet; ihre Dauermagnete sind in Fig. 5 mit 37 be­ zeichnet, während die zugehörigen magnetischen Rückschluß­ bügel in Fig. 7 bei 38 angedeutet sind.

Durch die fünf Lagerstellen 33, 34, 35 ist das Lineal 30 achsparallel zu dem Grundkörper 1 exakt linear geführt. Es ist gleichzeitig gegen Kipp- und Drehbewegungen um seine Kipp- und Drehachsen gefesselt.

Mit dem Lineal 30 ist das Lagerteil 16 um eine Quer­ achse 39 (Fig. 6) schwenkbar gelagert, die in der Nähe einer Stirnseite des Lagerteiles 16 angeordnet ist. An der Unterseite des Führungsteils 16 greift außerdem eine Zugfeder 40 an, die schrägliegend anderenends bei 41 auf der Innenseite des Lineals 30 verankert ist und die be­ strebt ist, das Lagerteil 16 relativ zu dem Lineal 30 in einer Stellung zu halten, in der das Lagerteil 16 mit seinem dem Mikrotaster 8 zugewandten Ende 42 in Fig. 6 an dem den Bezugsflächenbereich 32 tragenden Schenkel des Lineales 30 anliegt, womit der Mikrotaster 8 im Tastsinne vorgespannt ist. Die Schwenkbeweglichkeit des Lagerteils 16 und damit des Mikrotasters 8 ist auch im anderen Schwenksinne dadurch begrenzt, daß das gegenüberliegende Ende 43 des Führungsteils 16 an dem zugeordneten Schenkel des L-förmigen Lineals 30 anschlägt, das somit die Schwenkbegrenzungsanschläge für den Mikrotaster 8 bildet.

Zum Verschieben des aus dem Führungsteil und dem Lineal 30 bestehenden Schlittens und damit des Mikrota­ sters 8 relativ zu dem Grundkörper 1 dient ein Antriebs­ mechanismus, der einen miniaturisierten Elektromotor 44 aufweist (Fig. 7), welcher über ein Zahnradgetriebe 45 einen auch als "Stelze" bezeichneten Gewindespindeltrieb 46 betätigt, der innerhalb der Ausnehmung 20 des Grundkör­ pers 1 liegend an einer Lagerstelle 47 an der Innenseite des Lineals 30 angelenkt ist.

Der Elektromotor 44 ist mit seiner Antriebswelle 48 von dem Mikrotaster 8 wegweisend in der Ausnehmung 20 angeordnet, wo er in eine entsprechende Aufnahme in dem massiven Endteil 24 (Fig. 5) stirnseitig eingesetzt ist. Seine Antriebswelle 48 ragt in der insbesondere aus Fig. 3 zu entnehmenden Weise in eine zur Stirnseite hin offene Höhlung 49 des Grundkörpers 1, in der das Getriebe 45 untergebracht ist und die nach außen hin durch den Ab­ schlußdeckel 4 staubdicht abgeschlossen ist.

Der Spindeltrieb 46 weist eine mit dem Getriebe 45 gekuppelte Gewindespindel 51 (Fig. 3, 6) auf, die mit einem Gewindeteil 52 mit der in einem Führungsrohr 53 angeordneten Gewindemutter 54 zusammenwirkt. Neben dem Gewindeteil 52 ist die Gewindespindel 51 mit einem glatt­ wandigen Teil 55 verbunden, der über eine Gleitbuchse 56 an dem Führungsrohr 53 radial exakt geführt ist. Der Gewindeteil 52 ist damit nach außen hin geschützt. Gleich­ zeitig ist eine einwandfreie Führung der Gewindespindel 51 gewährleistet, die zur Laufruhe des Antriebsmechanismus beiträgt.

An seinem Ende ist das Führungsrohr 53 über ein in Fig. 3 bei 57 angedeutetes Kugellager an der Lagerstelle 47 an dem Lineal 30 kardanisch angelenkt. Das Kugellager 57 wirkt dabei als Ausgleichselement, das die Übertragung von Bewegungsunregelmäßigkeiten von dem Spindeltrieb 46 auf das Lineal 30 weitgehend verhindert.

In die Ausnehmung 20 ragt von oben her (Fig. 7, 8) ein Endschalter 570, der an der Unterseite der Leiter­ platte 29 befestigt ist und mit dem Spindeltrieb 46 derart zusammenwirkt, daß er in den Bewegungsweg des Führungs­ rohres 53 ragt und damit die Längsbewegung des Mikrota­ sters 8 in Rücklaufrichtung abschaltet.

Die Leiterplatte 29 trägt alle gerätespezifischen Bauelemente, von denen in Fig. 2, 3 bei 58 lediglich einige angedeutet sind, für die Steuerung und Regelung sowie den Abgleich des Antriebsmotors 44. Außerdem sind auf ihr die dem Signalausgang des Mikrotasters 8 zugeord­ neten elektrischen Schaltungen, einschließlich erforderli­ cher Anpassungs- und Abgleichseinrichtungen enthalten. Die elektrische Verbindung der Signalausgangsseite des Mikro­ tasters 8 mit den zugehörigen Schaltungsteilen auf der Leiterplatte 29 erfolgt über eine in Fig. 7 bei 60 ange­ deutete flexibel Leitung, die einerseits über einen Stec­ ker an den Steckverbindungsanschluß 19 (Fig. 3) des Mikro­ tasters 8 angeschlossen und andererseits an der Leiter­ platte 29 befestigt ist.

Auf der Leiterplatte 29 ist außerdem innerhalb des Umrisses des Grundkörpers 1 liegend eine Zentral-Stecker­ leiste 62 angeordnet, in die ein Zentral-Stecker 63 einge­ steckt ist, der mit dem Anschlußkabel 5 verbunden ist. Durch einfaches Lösen der Steckverbindung 62, 63 kann somit das Anschlußkabel 5 im Reparaturfall ausgetauscht werden.

Das im Vorstehenden beschriebene Vorschubgerät kann für die Freiabtastung verwendet werden. Zu diesem Zweck wird die Schutzhaube 10 (Fig. 3) mit der Kufe 11 abgenom­ men, so daß der Tastdiamant 14 die Werkstückoberfläche frei abtasten kann. Dabei hält die Zugfeder 40 das Lager­ teil 16 in fester Anlage an dem zugeordneten Schenkel des Lineals 30, so daß die Schwenkbewegung um die Achse 39 gesperrt ist.

Bei entsprechender Betätigung des Antriebsmotors 44 wird der Mikrotaster 8, über die Bezugsflächen 31, 32 an dem Lineal 30 gegenüber dem Grundkörper 1 exakt geführt, längs der Taststrecke vorbewegt. Das Gerät selbst ist dabei am Außenumfang seiner Hülse 2 und damit des Grund­ körpers 1 an einer Halterung, etc. aufgenommen.

Der Tastarm 13, die Tastarmschutzhaube 9 und der Schutzrüssel 7 sind auswechselbar. Der Gerätedurchmesser ist kleiner als ein englischer Zoll ausgeführt, wobei ein großer Mikrotaster 8 (mit einem Durchmesser von ca. 8 bis 12 mm und mehr) verwendet werden kann, der im Servicefall durch Lösen der Klemmschraube 18 (Fig. 6) leicht ausge­ tauscht werden kann.

Das Vorschubgerät kann im Bedarfsfall auch ohne weiteres zur Kufenabtastung eingesetzt werden, wobei dann, wie bereits erwähnt, entsprechend Fig. 1 bis 3 eine Schutzhaube 9 mit einer oder mehreren Gleitkufen 11 auf den Mikrotasters 8 stirnseitig aufgesetzt wird.

Das ganze Gerät zeichnet sich durch hohe Meßgenau­ igkeit bei Freiabtastung, durch kleine Abmessungen sowie dadurch aus, daß es lediglich besonders wenig Bauteile erfordert. Die Anordnung des Getriebes 45 der Höhlung 49 des Grundkörpers 1 gewährleistet zusammen mit der erläu­ terten Ausbildung des Spindeltriebes 46 eine hohe Laufruhe für die Tastbewegung des Mikrotasters 8, wobei das Getrie­ be 45 gegen Schinutzpartikel, etc. einwandfrei gekapselt ist.

Bei dem Einsatz des Vorschubgeräts zur Kufenabtastung kann der Mikrotaster 8 gesteuert von der Gleitkufe 11 um die Achse 39 (Fig. 3) eine begrenzte Schwenkbewegung ausführen, wie sie durch langwellige Unebenheiten, Krum­ mungen oder Welligkeiten in der Werkstückoberfläche be­ dingt ist. Dabei ist der Mikrotaster 8 durch die Zugfeder 40 (Fig. 6) im Antastsinne federnd vorgespannt.

In den Fig. 10 bis 12 schließlich sind noch einige Zusatzeinrichtungen für das Vorschubgerät dargestellt, die seine Einsatzmöglichkeiten erweitern. So zeigt Fig. 10 das Vorschubgerät nach Fig. 1 zusammen mit einem sogenannten Zusatzstück 65, das eine durchgehende Axialbohrung auf­ weist, in die von der Unterseite her ein Längsschlitz mündet und in die das Vorschubgerät mit seinem Grundkörper 1, d. h. der Gehäusehülse 2 am Umfang reibschlüssig aufge­ nommen ist. Das im wesentlichen parallelepipedförmige Zusatzstück 65 enthält Einrichtungen zur Verstellung des Vorschubgerätes sowohl quer zu dessen Längsachse, d. h. im Auf- und Absinne als auch zur Veränderung seiner Neigung bezüglich einer Horizontalachse. Diese an sich in ihrem Aufbau bekannten und deshalb nicht weiter erläuterten Stelleinrichtungen, deren Funktion durch Symbole darge­ stellt ist, sind durch kleine Stellräder 66, 67 auf der Oberseite des Zusatzstückes 65 zu bedienen. Im Bereiche seiner beiden Stirnseiten ist das Zusatzstück 65 mit Aufnahme- und Aufstellprismen 68 ausgerüstet, die bei­ spielsweise zur Halterung in einem bei 69 dargestellten Stativ dienen können.

In Fig. 11 ist das Vorschubgerät nach Fig. 1 in der Ausführung mit zwei Kufen 11 dargestellt, zwischen denen der nicht sichtbare Tastdiamant 14 sitzt. In diesem Falle ist das Vorschubgerät auf seiner den Kufen 11 gegenüber­ liegenden Seite am Umfang der Hülse 2 in einem schellen­ artigen Halterungsteil aufgenommen, das durch eine Klemm­ schraube 71 mit der Hülse 2 verklemmt ist und das zur Höhenverstellung eine Gewindespindel 72 trägt, die gegen das Werkstück 73 - oder eine Meßkonsole etc. - sich ab­ stützt.

In Fig. 12 schließlich ist das Vorschubgerät nach Fig. 1 in einer Ausführung dargestellt, bei der anstelle des Schutzrüssels 7 nach Fig. 1 ein Schutzrüssel 7a ver­ wendet ist, der zwei beidseitig des Tastarms 13 liegende ausfahrbare Füße 74 aufweist, die mittels einer Stell­ schraube 75 wahlweise ein- oder ausgefahren werden können.

Auf das andere Ende der Hülse 2 ist ein hülsenartiges Endstück 76 aufgeschoben, das auf seiner ebenen Unterseite einen ausfahrbaren Fuß 77 trägt, dessen Betätigung über eine Stellschraube 78 erfolgen kann. Der Fuß 77 liegt mittig zu den beiden vorderen Füßen 74 und gestattet es, gemeinsam mit diesen das Vorschubgerät auf einer festen Unterlage exakt zu der zu messenden Oberfläche auszurich­ ten.

Claims (33)

1. Vorschubgerät für die Oberflächenmessung nach dem Tastschnitt-Verfahren, mit:
einem starren länglichen Grundkörper (1),
einem an dem Grundkörper über Führungselemente ver­ schieblich geführen Mikrotaster (8), der den Tastbewegun­ gen eines Tastdiamanten (11) entsprechende Signale abgibt,
einem in dem Grundkörper (1) angeordneten miniaturi­ sierten Antriebsmechanismus (44, 45, 46) für den Mikrota­ ster (8) , durch den dieser mit konstanter Geschwindigkeit relativ zu dem Grundkörper (1) über eine Taststrecke in einer Profilschnittebene des Werkstückes bewegbar ist und
mit einer in dem Grundkörper (1) untergebrachten maßgenauen Bezugsebene (31, 32) , über die der Mikrotaster (8) bei seiner Tastbewegung relativ zu dem Grundkörper (1) exakt geführt ist.

2. Vorschubgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Grundkörper (1) in einem rohrförmigen Gehäuse (2) angeordnet ist.

3. Vorschubgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Stirnseite des Grundkörpers (1) ein längsgeschlitzter Schutzrüssel (7) für den Mikro­ taster (8) und dessen Teile lösbar angeordnet ist.

4. Vorschubgerät nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsfläche (31, 32) an einem Lineal (30) ausgebildet ist, das in dem Grundkörper (1) an definierten Lagerstellen (33, 34, 35) im Bereiche der Bezugsfläche maßgenau aufgelagert und längsverschieblich geführt ist und das mit dem Mikrotaster (8) verbunden ist.

5. Vorschubgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsfläche (31, 32) an dem Grundkörper (1) oder an einem mit diesem fest ver­ bundenen Teil ausgebildet ist und daß der Mikrotaster (8) über mit ihm verbundene Führungselemente auf der Bezugs­ fläche (31, 32) maßgenau geführt ist.

6. Vorschubgerät nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Lineal (30) zwei rechtwinklig zueinander stehende Bezugsflächenbereiche (31, 32) aufweist, über die es an räumlich getrennten Lagerstellen (33, 34, 35) an dem Grundkörper (1) bezüglich seiner Drehachse gefesselt gelagert ist.

7. Vorschubgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lineal (30) an dem Grundkörper (1) magnetisch gehalten ist.

8. Vorschubgerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lineal (30) im Querschnitt L- förmig ist.

9. Vorschubgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrotaster (8) an dem an dem Grundkörper (1) geführten Lineal (30) über Lager- oder Führungsmittel (16) befestigt ist, durch die gemeinsam mit dem Lineal (30) ein Schlitten ausgebildet ist.

10. Vorschubgerät nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Mikrotaster (8) über die Lagermittel an dem Lineal (30) um eine Querachse (39) schwenkbar gelagert ist.

11. Vorschubgerät nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Mikrotaster (8) durch Federmittel (40) bezüglich des Grundkörpers (1) im Antastsinne elastisch vorgespannt ist.

12. Vorschubgerät nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbeweglichkeit des Mikro­ tasters (8) um die Querachse (39) durch Anschlagmittel (42, 43) an dem Grundkörper (1) und/oder dem Lineal (30) be­ grenzt ist.

13. Vorschubgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrotaster (8) auf einer Stirnseite eine lösbar aufgesetzte längsge­ schlitzte rohrförmige Schutzhaube (9) für einen den Tast­ diamanten (16) tragenden Tastarm (13) des Mikrotasters (8) aufweist, an der gegebenenfalls wenigstens eine Gleitkufe (11) angeordnet ist.

14. Vorschubgerät nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kufe (11) verstellbar ausgebildet ist.

15. Vorschubgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmecha­ nismus einen miniaturisierten Antriebsmotor (44) aufweist, der mit von dem Mikrotaster (8) wegweisender Antriebswelle (48) in dem Grundkörper (1) angeordnet ist.

16. Vorschubgerät nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Antriebsmechanismus ein mit der An­ triebswelle (48) gekuppeltes Getriebe (45) aufweist, das in einer Höhlung (49) des Grundkörpers (1) angeordnet ist.

17. Vorschubgerät nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Getriebe (45) im Bereiche der von dem Mikrotaster (8) abliegenden Stirnseite des Grundkörpers (1) angeordnet und nach außen hin gegebenenfalls durch mit dem Grundkörper (1) verbundene Abdeckmittel (4) abgedeckt ist.

18. Vorschubgerät nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (45) ausgangs­ seitig über einen Spindeltrieb (46) mit dem Mikrotaster (8) gekuppelt ist und der Spindeltrieb (46) in dem Grund­ körper (1) untergebracht ist.

19. Vorschubgerät nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Spindeltrieb (46) eine Gewindespindel (51) aufweist, die neben einem Gewindeteil (52) wenigstens einen Führungsteil (55) besitzt, an dem sie bezüglich eines eine Spindelmutter (54) enthaltenden Führungsteil (53) radial geführt ist.

20. Vorschubgerät nach Anspruch 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Führungsteil (53) rohrförmig ist und Lagermittel (57) trägt, über die es an einer Lagerstelle (47) kardanisch mit dem Mikrotaster (8) oder einem mit diesem verbundenen Teil (30) gekuppelt ist.

21. Vorschubgerät nach Anspruch 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lagermittel ein Kugellager (57) enthal­ ten.

22. Vorschubgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der stabförmige Grundkörper (1) eine zumindest einseitig offene, sich über einen Teil seiner Länge erstreckende Ausnehmung (20) aufweist, in der wenigstens die Bezugsebene (31, 32), die Lagerelemente (16, 39, 30) des Mikrotasters (8) und zu­ mindest ein Teil (46) des Antriebsmechanismus unterge­ bracht sind.

23. Vorschubgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) einen Raum (28) zur Aufnahme der elektronischen Schal­ tungsteile (58) wenigstens für den Signalausgang des Mikrotasters (8) und die Steuerung des Antriebsmechanismus aufweist.

24. Vorschubgerät nach Anspruch 23, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elektronischen Schaltelemente auf wenig­ stens einem Schaltungsträgerelement (29) angeordnet sind, das in einer Aussparung (28) des Grundkörpers (1) inner­ halb dessen zylindrischen Umrisses liegend angeordnet ist.

25. Vorschubgerät nach Anspruch 24, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an dem Schaltungsträgerelement (29) ein Endschalter (57) sitzt, der in den Bewegungsweg des Mikro­ tasters (8) oder eines mit diesem gekuppelten Teiles (46) des Antriebsmechanismus ragend angeordnet ist.

26. Vorschubgerät nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalausgang des Mikrotasters (8) mit dem zugeordneten Schaltungsteil auf dem Schaltungs­ trägerelement (29) mittels flexibler Leitungsmittel (60) verbunden ist, die an dem Schaltungsträgerelement (29) verankert sind.

27. Vorschubgerät nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem elektrischen Schal­ tungsträgerelement (29) wenigstens eine elektrische An­ schluß-Steckvorrichtung (62) für ein elektrisches Zulei­ tungskabel (5) angeordnet ist.

28. Vorschubgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Schal­ tungsträgerelement (29) angeordneten elektrischen Schal­ tungsteile (58) die das Einzelgerät bestimmenden Bauele­ mente umfassen.

29. Vorschubgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) wenigstens ein im wesentlichen massives Kopfstück (22; 24) aufweist.

30. Vorschubgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) gegebenenfalls über sein Gehäuse (2) am Umfang in einer entsprechenden Bohrung eines Zusatzstückes (65) aufgenom­ men ist, das Einrichtungen (68) zur Aufnahme und Halterung sowie zur Verstellung (66, 67) des Grundkörpers (1) be­ züglich der Aufnahme- und Halterungseinrichtungen auf­ weist.

31. Vorschubgerät nach Anspruch 30, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verstelleinrichtungen zur Verstellung des Grundkörpers (1) quer zu seiner Längsachse und/oder zur Veränderung der Neigung eingerichtet sind.

32. Vorschubgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Grundkörper (1) oder dessen Gehäuse (2) im Bereiche wenigstens einer Stirnseite ein Halterungselement (70, 7a, 76) aufgesetzt ist, das Stelleinrichtungen (72, 75, 78) zur Lageverände­ rung bezüglich einer Unterlage aufweist.

33. Vorschubgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrotaster (8) auswechselbar an seinen Lagerelementen (16) gehalten ist.