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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Oberflächeneigenschaftsmeßvorrichtung
mit einem Detektor, der einen Taster zum Messen der Oberflächeneigenschaft,
typischerweise der Oberflächenrauhigkeit,
und einen Antriebsmechanismus aufweist, der eine Hin- und Herbewegung
des Detektors auf der zu messenden Oberfläche bewirkt, insbesondere eine Oberflächeneigenschaftsmeßvorrichtung,
die eine bessere Geradlinigkeit und Reproduzierbarkeit beim Vor-
und Rücklauf
des Detektors aufweist und kostengünstiger ist.
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Ferner bezieht sich die Erfindung
auf eine Oberflächeneigenschaftsmeßvorrichtung
mit einem Detektor, der einen Tasterarm in der Nähe eines vorderen Endes des
Tasters aufweist, und insbesondere auf eine Oberflächeneigenschaftsmeßvorrichtung
mit einem Detektor, der in der Lage ist, eine Mikrooberflächeneigenschaft
mit geringer Meßkraft
zu messen.
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Bei einer in großem Umfang benutzten Oberflächenrauhigkeitsmeßvorrichtung
wird ein Taster auf der zu messenden Oberfläche aufgesetzt und die Oberflächenrauhigkeit
durch eine der Oberflächenrauhigkeits-Richtung
entspre chende Verschiebung des Tasters gemessen, während er
mit dem Taster auf der zu messenden Oberfläche hin- und herbewegt wird,
wobei die gemessene Verschiebung in ein elektrisches Signal umgeformt
und dann das elektrische Signal in vorbestimmter Weise verarbeitet
wird.
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Es sind die verschiedensten Antriebsmechanismen
vorgeschlagen worden, durch die der Detektor auf der zu messenden
Oberfläche
hin- und herbewegt wird.
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Beispielsweise wird, wie in 22 dargestellt, in der japanischen
Patentschrift 4-60523 eine Oberflächenrauhigkeitsmeßvorrichtung
beschrieben, die eine in Lagern 33 gelagerte Gleitstange 34 aufweist.
Das Gleitelement 34 ist in einem Gestell 32 des
Antriebsmechanismus gelagert und gleitet in einer Vor- und Rücklaufrichtung
eines Detektors 10 (in der durch den Pfeil A dargestellten
Richtung) hin und her. An der Gleitstange 34 ist ein antriebsseitiger
Verbinder 40 über
einen sich bewegenden Block 36 und eine Blattfeder 38 befestigt.
An der Gleitstange 34 ist ein Vorschubblock 44 über ein
Verbindungsteil 42 zur Hin- und Herbewegung der Gleitstange 34 in
Richtung des Pfeils A befestigt. In den Vorschubblock 44 greift
eine Vorschubspindel 46 ein. Die Vorschubspindel 46 wird über ein
Untersetzungsgetriebe 50 und eine Kupplung 48 durch
einen Motor 52 in Drehung versetzt.
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In 22 ist
mit 14 ein detektorseitiger Verbindungsstift, der am hinteren
Ende (am rechten Ende in der Zeichnung) eines Gehäuses 12 des
Detektors 10 angebracht ist und mit dem antriebsseitigen
Verbinder 40 in Eingriff steht, mit 18 ein Tasterarm
mit einem sich bei der Abtastung der zu messenden Oberfläche auf
und ab bewegenden Taster 16 an seinem vorderen Ende (dem
linken Ende in der Zeichnung, der im Gehäuse 12 um einen Drehpunkt (20)
schwingt, mit 20 eine im wesentlichen wie ein L geformte
Blattfeder, die den Drehpunkt des Tasterarms 18 bildet,
mit 22 ein induktiver Verschiebungsdetektor in der Nähe eines
hinteren Endes des Tastarms 18 zum Messen einer Auf- und
Abbewegung des hinteren Endes des Tasterarms 18, mit 24 ein Wulst
zur Absorbierung kleiner Unregelmäßigkeiten in der Nähe des Tasters 16,
um dadurch einen stabilen Meßwert
zu erzielen, und mit 26 eine Nase zum Schutz des Tasters 16 und
des Tasterarms 18 bezeichnet.
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Diese japanische Patentschrift 4-60523
(JP 4-60523 B2) beabsichtigt die Ausbildung einer kompakten stationären Oberflächenrauhigkeits-Meßvorrichtung.
Sie hat jedoch einen Aufbau, bei dem die Gleitstange 34 selbst
in dem Gestell 32 des Antriebsmechanismus 30 in
Richtung des Pfeils A hin und her bewegt und daran gehindert wird,
sich hinreichend weit zu verschieben, so daß der Bewegungshub des Detektors 10 beschränkt ist.
Ferner ist die Gleitstange 34 als bewegliches Teil mit
dem Detektor 10 durch den sich bewegenden Block 36,
die Blattfeder 38, den Verbinder 40 u. s. w. verbunden,
so daß auf
die Lager 33 eine äußere Kraft
ausgeübt
wird, die es erschwert, eine stabile und sehr genaue Geradlinigkeit usw.
einzuhalten.
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Ferner wird in den japanischen provisorischen
Patentschriften 61-155901 und 61-155701 eine Taster-Meßvorrichtung
vorgeschlagen, bei der – als
ihr in 23 dargestellter
Hauptteil – eine
Führungsstange 54 an
ei nem Gestell eines (nicht dargestellten) Antriebsmechanismus parallel
zu einer Hin- und Herbewegungsrichtung eines Detektors 10 (in seitlicher
Richtung der Zeichnung) befestigt und der Detektor 10 an
einer Vorschubmutter 45 angebracht ist, die auf der Führungsstange 54 gleitet
und durch eine von einem Motor 52 gedrehte Vorschubspindel 46 bewegt
wird.
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In 23 ist
mit 16 ein Taster, mit 56 eine Gleitstange, die
an der Vorschubmutter 45 befestigt ist, mit 58 ein
vertikales Führungselement,
das vertikal mit einem vorderen Ende der Gleitstange 56 verbunden
ist, mit 60 ein Gleitelement, das an dem vertikalen Führungselement 58 auf
und ab verschiebbar angebracht ist, mit 62 ein Halteelement,
durch das der Detektor 10 drehbar an dem Gleitelement 60 gehalten
wird, mit 64 ein an der Führungsmutter 45 befestigter
Schaltstift und mit 66 und 68 jeweils ein am vorderen
und am hinteren Ende angeordneter Grenzschalter bezeichnet, die
in einer Vorschubgrenzposition (nachstehend als das "vordere Ende"
bezeichnet) oder in einer Rücklaufgrenzposition
(nachstehend als das "hintere Ende" bezeichnet) einschalten.
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Auch die in den provisorischen japanischen Patentschriften
61-155901 und 61-155701 vorgeschlagenen Taster-Meßvorrichtungen
können
keine hinreichende Stützweite
der Vorschubmutter 45 auf der Führungsstange 54 sicherstellen.
Daher ist die Führungsmutter 45 nicht
nur leicht einer äußeren Kraft
aussetzbar, sondern vollführt
auch eine heftige ruckartige Bewegung, die es nicht leicht macht,
eine stabile und sehr genaue Geradlinigkeit einzuhalten.
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Daneben schlägt die Anmelderin in der japanischen
Gebrauchsmusterschrift 4-24408 (JP-4-24408Y2) eine Oberflächenrauhigkeits-Meßvorrichtung
vor, bei der – als
ihr in 24 dargestellter
Hauptteil – eine
Führungsstange
an einem Gestell 32 eines Antriebsmechanismus 30 parallel
zur Hin- und Rückbewegungsrichtung
des Detektors 10 (seitlich in der Zeichnung) befestigt
und der Detektor 10 an einem von zwei beweglichen Teilen 70, 72 (dem beweglichen
Teil 70 in der Zeichnung) angebracht ist, die durch eine
von einem Motor 52 gedrehte Vorschubmutter 46 bewegt
werden.
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In 24 sind
mit 74 zwei Zugfedern zum Belasten der beweglichen Teile 70, 72 in
Richtung zueinander hin, um ein Spiel auszugleichen, bezeichnet.
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Die Oberflächenrauhigkeits-Meßvorrichtung nach
der japanischen Gebrauchsmusterschrift 4-24408 (JP4-24408Y2) hat
jedoch die gleichen Probleme wie die in den provisorischen japanischen
Patentschriften 61-155901 und 61-155701
offenbarten.
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Ferner ist in der japanischen nationalen
Offenlegungsschrift 8-503311 (WO 95/8096 A1, 118 Seiten) angegeben,
daß eine
Gleitstange, an der ein Detektor angebracht ist, dadurch positioniert
wird, daß sie
schräg
an eine L-förmige
Gleitfläche
durch eine Blattfeder in einem Antriebsmechanismus gedrückt wird,
ein Antriebsriemen über
Rollen umläuft, die
jeweils in der Nähe
eines vorderen und eines hinteren Endes des Antriebsmechanismus
angeordnet sind, die Gleitstange an einem Teil des Riemens befestigt
ist und die Drehung der Rollen bewirkt, daß ein an einem vorderen Ende
der Gleitstange ange brachter Detektor zurückläuft. Die darin vorgeschlagene Vorrichtung
unterliegt einer starken ruckartigen Bewegung in Folge von Abmessungsfehlern
der Bauteile, die es schwierig macht, eine stabile und sehr genaue
Geradlinigkeit einzuhalten.
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Ferner ist bei jeder der bekannten
Vorrichtungen der Draht zum Detektor 10 in dem Antriebsmechanismus 30 als
Zuführdraht
ausgebildet, so daß in
Abhängigkeit
von der Art des Drahtes oder der Verlegung des Drahtes, ein Teil
des Drahtes leicht einer übermäßigen Verbiegung
unterliegt und der Verbinder mit dem Detektor und einem Antriebsmechanismus,
zum Beispiel einem Gleitelement, einer unstabilen Belastung oder
dergleichen ausgesetzt ist, was einen ungünstigen Einfluß auf die
Geradlinigkeit und die Reproduzierbarkeit zur Folge hat.
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Daneben werden vorgeschlagen, als
Mechanismus zur Stützung
eines Tasterarms 18 im Detektor 10 und Ausübung einer
Meßkraft
auf diesen nicht nur ein Mechanismus, der mit einer Blattfeder 20 versehen
ist, die sowohl als Drehgelenk als auch zur Ausübung einer Kraft dient, wie
es in der japanischen Patentschrift 4-60523 dargestellt ist, sondern
auch ein Mechanismus, bei dem, wie es in der japanischen Patentschrift
3-30084 (JP 3-30084 B2) und der provisorischen Patentschrift 6-258003
vorgeschlagen wird, eine Schraubenfeder 86 gemäß 25 als Zugfeder zwischen
einem etwas von einem Lagerteil 82 eines Armhalters 80,
der den Tasterarm 18 hält, und
einer Meßkraft-Einstellmutter 84,
die an einem Gehäuse 12 (japanische
Patentschrift 3-30084) angebracht ist, entfernt angeordnet ist,
oder ein Schieber, dessen Position durch eine Gewindespindel eingestellt
wird (provisorische japanische Patentschrift 6-258003), wobei die
Position des einen Endes der Schraubenfeder 86 in der durch
den Pfeil B dargestellten Richtung durch die Meßkraft-Einstellmutter 84 oder
den Schieber, der eine Meßkraft
unter gleichzeitigem Ausgleich des Spiels des Lagerteils 82 ausübt, eingestellt
wird.
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Die Anmelderin schlägt in der
provisorischen japanischen Gebrauchsmusterschrift 1-104505 (JP-1-104505
U) vor, daß die
Schraubenfedern 92, 94 gemäß 26 eine winzige Meßkraft auf einen Tasterarm 18 ausüben, der
durch eine kreuzartige Feder 90 abgestützt wird. Der Mechanismus mit
einem Lager, der in der japanischen Patentschrift 3-30084 vorgeschlagen
wird, und die Vorrichtung mit zwei Schraubenfedern, die in der provisorischen
japanischen Gebrauchsmusterschrift 1-104504 vorgeschlagen wird,
besitzen jedoch viele Bauteile, was das Problem zur Folge hat, daß der Zusammenbau und
die Einstellung schwierig sind. Insbesondere die Vorrichtung, bei
der das Spiel des Drehpunktes ausgeglichen und die Meßkraft durch
eine Schraubenfeder eingestellt wird, wie es in der japanischen
Patentschrift 3-30084 vorgeschlagen wird, machen es schwierig, die
optimalen Punkte beider einzustellen.
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Wenn dagegen, wie es in der japanischen Patentschrift
4-60523 und der provisorischen japanischen Gebrauchsmusterschrift
1-104504 vorgeschlagen wird, der Drehpunkt durch die Blattfeder
gebildet wird, ist der Drehpunkt durch die Blattfeder festgelegt,
so daß eine
Verschiebung der Drehachse verhindert wird, was eine gleichbleibende
Genauigkeit gewährleistet.
Wenn jedoch, wie es in der japanischen Patentschrift 4-60523 angegeben ist,
die Blattfeder unabhängig
benutzt wird, ergibt sich das Problem, daß eine Änderung der Dicke oder der
Biegung der Blattfeder eine Änderung
der Meßkraft
bewirkt, was die Einstellung erschwert.
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Ferner besteht bei einem Spezialdetektor, zum
Beispiel einem Detektor für
tiefe Nuten, der einen langen Taster aufweist, das Problem, daß eine Änderung
des Gewichts des Tasterarms eine Änderung der Meßkraft bewirkt.
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Die Erfindung wurde gemacht, um die
vorstehend erwähnten
herkömmlichen
Probleme zu lösen.
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Die Erfindung besteht in einer Oberflächenmeßvorrichtung
mit einem Detektor, der einen Taster aufweist, und mit einem Antriebsmechanismus
zur Hin- und Herbewegung des Detektors längs einer zu messenden Oberfläche, wobei
die Vorrichtung ferner aufweist:
eine an einem Gestell des
Antriebsmechanismus parallel zur Hin- und Herbewegungsrichtung des
Detektors befestigte säulenförmige Führung;
ein
auf der säulenförmigen Führung entlang
gleitendes, sich in der Hin- und Herbewegungsrichtung des Detektors
erstreckendes Gleitelement, das mit der säulenförmigen Führung an wenigstens einer vorderen
und einer hinteren Stelle der Führung
in Eingriff steht, wobei der Detektor an dem Gleitelement befestigt
ist;
wenigstens eine zweite säulenförmige Führung, die an dem Gestell seitlich
in einem Abstand von dem Gleitelement befestigt ist und sich parallel
zu der ersten säulenförmigen Führung erstreckt
und an einer Anti-Rotationsanordnung
anliegt, die mit dem Gleitelement verbunden ist;
und ein Antriebsmittel,
das die Hin- und Herbewegung des Gleitelements längs der säulenförmigen Führungen bewirkt, wobei die
Anti-Rotationsanordnung mit der zweiten säulenförmigen Führung derart zusammenwirkt,
daß eine
Drehung des Gleitelements verhindert wird, wobei das Gleitelement
im wesentlichen wie ein ringförmiger
rechteckiger Block geformt ist, der sich in der Hin- und Herbewegungsrichtung
des Detektors erstreckt, und die eine der säulenförmigen Führungen durch die vordere und
die hintere Stelle hindurch eingeführt ist.
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Durch die Erfindung wird eine unstabile
Belastung des Detektors, des Verbinders und des gleitenden Abschnitts
und damit eine Beeinträchtigung der
Geradlinigkeit und Reproduzierbarkeit verhindert.
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Die Meßkraft ist mittels eines einfachen
Aufbaus genau einstellbar.
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Daher können die säulenartige Führung langgestreckt
ausgebildet und Teile des Gleitelements zur Aufnahme des gleitenden
Teils hinsichtlich ihrer Stützweite
so ausgebildet werden, daß das
Gleitelement nicht durch die äußere Kraft
beeinträchtigt wird
und die ruckartige Bewegung des Gleitelements in Folge von Abmessungsfehlern
verringert wird, so daß eine
stabile Geradlinigkeit mit hoher Genauigkeit bei geringen Kosten
erreicht wird. Dies hat eine Verbesserung der Reproduzierbarkeit
und eine Stabilisierung der Genauigkeit zur Folge und führt zu einer Verringerung
der Anzahl der Bauteile und zu einer Vereinfachung des Zusammenbaus
bei geringen Kosten.
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Vorzugsweise ist der Detektor durch
Verbinder lösbar
mit dem Antriebsmechanismus verbunden, wobei ein antriebsseitiger
Verbinder an dem Gleitelement befestigt ist.
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Vorzugsweise enthält wenigstens ein Teil eines
Kabels, das den Antriebsmechanismus mit dem Detektor verbindet und
durch die Bewegung des Detektors verformbar ist, eine flexible gedruckte
Schaltungsplatte. Dies ergibt eine Lösung des vorstehend erwähnten zweiten
Ziels.
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Ferner wird eine Oberflächeneigenschaftsmeßvorrichtung
angegeben, bei der der Taster in der Nähe eines vorderen Endes eines
Tasterarms angeordnet ist, der aus einer dünnen Platte hergestellt ist, und
eine Kraft, die in einer solchen Richtung gerichtet ist, daß sie den
Taster veranlaßt,
die zu messende Oberfläche
zu berühren,
auf den Tasterarm durch eine Schraubenfeder ausgeübt wird,
die von der dünnen
Platte unabhängig
ist. Dadurch wird das vorstehend erwähnte dritte Ziel erreicht.
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Mithin wird kein Lager benutzt, so
daß die Anzahl
der Bauelemente verringert und der Zusammenbau und das Einstellen
vereinfacht und mithin die Kosten niedrig gehalten werden. Ferner
liegt der Drehpunkt der dünnen
Platte fest, so daß eine
Verschiebung der Drehachse verhindert und die Genauigkeit stabilisiert
wird. Wenn ferner die Blattfeder unabhängig benutzt wird, bewirken
die Dickenänderung und
Verbiegung der Blattfeder eine Änderung
der Meßkraft,
so daß die
Einstellung schwierig wird. Dagegen ist es erfindungsgemäß möglich, die
Meßkraft durch
das Design festzulegen und auf einfache Weise einzustellen. Wenn
darüber
hinaus die ruckartige Bewegung des Drehpunkts vermieden und gleichzeitig
die Meßkraft
mittels nur einer Blattfeder eingestellt wird, bewirken die Dickenänderung
und Verbiegung der Blattfeder und dergleichen eine starke Schwankung,
so daß es
schwierig ist, die optimalen Punkte sowohl der Vermeidung der ruckartigen
Bewegung als auch der Einstellung der Meßkraft einzustellen. Erfindungsgemäß tritt
jedoch von vorneherein keine ruckartige Bewegung des Drehpunkts
auf, und die Schraubenfeder muß nur
im Hinblick auf die optimale Meßkraft
eingestellt werden, was die Einstellung der Meßkraft vereinfacht.
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Bei einem Spezialdetektor, wie einem
Detektor für
tiefe Nuten, der einen langen Taster aufweist und bei dem das Gewicht
des Tasterarms geändert wird,
kann die Anzahl der in Abhängigkeit
von den jeweiligen Produkten unterschiedlichen Meßkraftwerte durch Änderung
der Dicke und Form der Blattfeder und gleichzeitige Einstellung
der Druckkraft der Schraubenfeder verringert werden.
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Zweckmäßigerweise hat die dünne Platte
in der Nähe
des Drehpunkts eine andere (geringere) Federkraft (Elastizität) als in
ihren anderen Abschnitten, so daß Schwankungen der Lage des
Drehpunkts verringert werden.
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Die dünne Platte kann wie ein Kreuz
geformt und an einem Gestell des Detektors an dessen beiden Enden
befestigt sein, wobei ein Tasterarm an einem mittleren Teil der
dünnen
Platte befestigt ist, um Schwankungen der Lage des Drehpunkts zu
verhindern.
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Die Druckkraft der Schraubenfeder
kann einstellbar sein.
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Die dünne Platte kann eine Blattfeder
aufweisen, und die Blattfeder kann eine Reaktionskraft ausüben, die
der Druckkraft der Schraubenfeder entgegengesetzt ist, wobei das
Gleichgewicht zwischen der Reaktionskraft und der durch die Schraubenfeder bewirkten
Druckkraft eine Meßkraft
auf den Taster ergibt, die sehr klein und sehr genau ist.
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Diese und weitere neue Merkmale und
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben
oder anhand der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele deutlicher.
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Die genaue Art sowie weitere Ziele
und Vorteile der Erfindung ergeben sich ohne weiteres aus der nachstehenden
Beschreibung der beiliegenden Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen
gleiche oder ähnliche
Teile bezeichnen. In den Zeichnungen stellen dar:
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1 eine
perspektivische Ansicht des Aufbaus eines Hauptteils eines ersten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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2 eine
Seitenansicht aus der Durch den Pfeil II in 1 dargestellten Richtung,
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3 einen
Längsschnitt,
von seiner Vorderseite aus gesehen, eines Antriebsmechanismus, an dem
ein Detektor gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
angebracht ist,
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4 einen
Längsschnitt
des Antriebsmechanismus von oben gesehen,
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5 einen
Längsschnitt
des Antriebsmechanismus, von unten gesehen,
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6 den
Querschnitt VI-VI in 4,
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7 den
Querschnitt VII-VII in 4,
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8 den
Querschnitt VIII-VIII in 4,
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9 eine
perspektivische Ansicht eines Zustands beim Zusammenbauen einer
flexiblen gedruckten Schaltungsplatte, die in dem ersten Ausführungsbeispiel
benutzt wird,
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10 einen
Längsschnitt
des Aufbaus des Detektors des ersten Ausführungsbeispiels,
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11 eine
Explosionsdarstellung, schräg von
unten gesehen, die den inneren Aufbau des Detektors veranschaulicht,
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12 eine
Draufsicht auf die Form einer Gelenk-Blattfeder, die in dem ersten Ausführungsbeispiel
benutzt wird,
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13 eine
Vorderansicht eines Zustands, in dem der Antriebsmechanismus des
ersten Ausführungsbeispiels
in einem elektrischen Einrichtungsabschnitts enthalten ist,
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14 eine
Draufsicht auf diesen Abschnitt,
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15 eine
Unteransicht dieses Abschnitts,
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16 ein
Blockschaltbild des Aufbaus des elektrischen Einrichtungsabschnitts,
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17a eine
Schnittansicht eines abgewandelten Beispiels einer Gelenk-Blattfeder
und 17b eine Draufsicht auf die Gelenk-Blattfeder,
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18a eine
Schnittansicht einer anderen Variante der Gelenk-Blattfeder und 18b eine Draufsicht auf diese Gelenk-Blattfeder,
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19 eine
Draufsicht auf eine weitere Variante der Gelenk-Blattfeder,
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20 einen
Längsschnitt
durch den Aufbau eines Detektors gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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21 eine
Unteransicht eines Tasterarms des zweiten Ausführungsbeispiels,
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22 eine
Schnittansicht des Aufbaus einer stationären Oberflächenrauhigkeits-Meßvorrichtung,
die in der japanischen Patentschrift 4-60523 vorgeschlagen wird,
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23 eine
Vorderansicht des Aufbaus des Hauptteils eines Antriebsmechanismus
einer Taster-Meßvorrichtung,
die in der japanischen provisorischen Patentschrift 61-155901 der
Anmelderin veröffentlicht
worden ist;
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24 eine
Vorderansicht des Aufbaus des Hauptteils eines Antriebsmechanismus
einer Oberflächenrauhigkeits-Meßvorrichtung,
die in der japanischen Gebrauchsmusterschrift 4-24408 der Anmelderin
vorgeschlagen wird,
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25 einen
Längsschnitt
durch den Aufbau einer Detektorvorrichtung für eine Oberflächenrauhigkeits-Meßvorrichtung,
die in der japanischen Patentschrift 3-30084 vorgeschlagen wird,
und
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26 einen
Längsschnitt
durch den Aufbau einer Taster-Oberflächenrauhigkeits-Meßvorrichtung,
die in der provisorischen japanischen Gebrauchsmusterschrift 1-104504
der Anmelderin vorgeschlagen wird.
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Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung, die bei einer stationären
tragbaren Oberflächenrauhigkeits-Meßvorrichtung
angewandt werden, anhand der Zeichnungen beschrieben.
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Ein Antriebsmechanismus 100 dieses
Ausführungsbeispiels
enthält
eine Hauptstange (säulenförmige Führung) 104 und
eine Nebenstange (säulenförmige Führung) 106,
die an einem Gestell 102 des Antriebsmechanismus 100 befestigt
sind, einen Gleitblock (Gleitelement) 108, der weitgehend
wie ein 0 geformt ist und sich in Vor- und Rücklaufrichtung (in der durch
den Pfeil A dargestellten Richtung) eines Detektors erstreckt und
auf den Stangen 104, 106 gleitet, wobei die Hauptstange 104 durch
wenigstens eine vordere und eine hintere Stelle des Gleitblocks
hindurchgeführt
ist, einen Verbindungsstab 110 und eine Vorschubmutter 112,
die den Vorschub und Rücklauf
des Gleitblocks 108 längs
der Stangen 104, 106 bewirken, eine Vorschubspindel 114,
die mit der Vorschubmutter 112 verschraubt ist, und einen
Getriebemotor 118 für
den Drehantrieb der Vorschubspindel 114 über eine
flexible Kupplung 116.
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Wie 2 ausführlicher
zeigt, ist ein Detektorträger 108A,
der an einem hinteren Ende des Gleitblocks 108 und einer
unteren Seite des Gleitblocks 108 angeformt ist, mittels
Schrauben 122 an einer Blattfeder 152, die an
einem hinteren Ende eines Verbindergehäuses 150, das einen
Detektor 200 enthält,
angebracht ist und zur Ausübung
eines Aufsatzdrucks dient, und an einer Stangentragplatte 120 zur
Ausübung
eines Drucks auf eine Unterseite der Nebenstange 106 befestigt.
Ferner ist eine Blattfeder 126, an der eine Gleitplatte 124 zur
Ausübung
eines Drucks auf die Oberseite der Nebenstange 106 angebracht
ist, auf der Oberseite des Detektorträgers 108a mittels
Schrauben 128 befestigt.
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In den 1 bis 3 bezeichnet 101 eine
Gehäuse
des Antriebsmechanismus 100; 130 einen Schaltstift,
der aufrecht auf dem Gleitblock 108 befestigt ist; 132 und 134 jeweils
einen vorderen und einen hinteren Endschalter, die mit dem Schaltstift 130 zur
Anlage kommen, um den Getriebemotor 118 anzuhalten oder
umzukehren; 140 eine Detektor-Hubplatte, die durch eine
Schraube 142 am Gestell 102 zur Anlage an einem
winkelartigen Vorsprung 150A befestigt ist, der außerhalb
des Verbindergehäuses 150 in
der Nähe
einer Rücklaufqrenzlage
des Detektors 200 zum Anheben des Detektors 200 ausgebildet
ist, so daß er
verhindert, daß ein
Taster 202 und ein Gleitschuh 204 von der Unterseite
des Antriebsmechanismus 100 nach unten ragen; 154 ein
antriebsseitiger Verbinder, der in dem Verbindergehäuse 150 angeordnet
ist; 206 einen detektorseitigen Verbinderstift, der in
den antriebsseitigen Verbinder 154 eingeführt ist; 208 ein
Verbindergehäuse
des Detektors und 210 eine Nase desselben.
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Der Antriebsmechanismus 100 kann
in einem elektrischen Einrichtungsabschnitt 300 enthalten
sein, wie es in den noch zu beschreibenden 13 bis 15 dargestellt
ist. Am hinteren Ende des Antriebsmechanismus 100 ist ein
Verbinder 136 elektrisch mit dem Einrichtungsabschnitt 300 verbunden, und
ein zwischen dem Verbinder 136 und dem antriebsseitigen
Verbinder 154 liegender Teil ist durch eine dünne flexible
gedruckte Schaltungsplatte 138 mit einer Dicke von beispielsweise
0,2 mm über
das Verbindergehäuse 150 verdrahtet.
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Die flexible gedruckte Schaltungsplatte 138 wird,
wie 9 zeigt, am Verbindergehäuse 150 und am
Verbinder 136 durch Anlöten
an beiden Enden befestigt, in einem mittleren Teil des Gleitblocks 108 mittels
der Schraube 139 befestigt und dann in dem Antriebsmechanismus 100 in
U-Form durchhängend aufgenommen,
so daß die Änderung
der Drahtlänge in
Folge der Bewegung des Verbinders 154 aufgefangen und verhindert
wird, daß der
Detektor 200 die Zugspannung aufnimmt, selbst wenn sich
das Verbindergehäuse 150 (der
Detektor 200) bewegt.
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Der Detektor 200 hat im
wesentlichen, wie es in 10 (im
Längsschnitt)
und 11 (in der schräg von unten
gesehenen Explosionsdarstellung) dargestellt ist, ein Hauptkörpergestell 212 mit
einer Verschiebungsdetektionsspule 214 an seinem hinteren
Ende, einen Tasterarm 220 mit einem Oberflächenrauhigkeitstaster 202 in
der Nähe
seines vorderen Endes und einen Verschiebungsdetektionskern 222 in
der Nähe
seines hinteren Endes, eine eben geformte Gelenk-Blattfeder 230,
wie es in 12 dargestellt
ist, zur Befestigung zum Beispiel eines mittleren Teils des Tasterarms 220 am
Hauptkörpergestell 212,
eine Schraubenfeder 240 zur Ausübung einer Kraft, die in eine
solche Richtung gerichtet ist (nach unten in 9), daß der Taster 202 über den Tasterarm 220 auf
die zu messende Oberfläche
gedrückt
wird, und eine Stellschraube 242 zur Einstellung der Druckkraft
der Schraubenfeder 240.
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Die Gelenk-Blattfeder 230 ist
am Hauptkörpergestell 212 mittels
Schrauben 232 und am Tasterarm 220 mittels Schrauben 234 befestigt.
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In 10 ist
mit 216 ein Deckel bezeichnet.
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Der elektrische Einrichtungsabschnitt 300 enthält im wesentlichen,
wie es in 13 (Vorderansicht), 14 (Draufsicht), 15 (Unteransicht) und 16 (Blockschaltbild) dargestellt
ist, eine Signalverarbeitungsschaltung 304 zur Verarbeitung
eines Signals, das hier von dem in dem Antriebsmechanismus 100 enthaltenen Detektor 200 über ein
mit dem Verbinder 136 verbundenes Kabel 302 zugeführt wird,
eine Meßschaltung 306 zur
Ermittlung einer Oberflächenrauhigkeit
entsprechend den verschiedenen Arten von Parametern in Abhängigkeit von
einem von der Signalverarbeitungsschaltung 304 erzeugten
Signal, eine digitale Anzeigevorrichtung 308 zum Anzeigen
des durch die Meßschaltung 306 ermittelten
Meßwertes,
eine Antriebsschaltung 310 zum Antreiben des Getriebemotors 118 in
dem Antriebsmechanismus 100 über das Kabel 302,
eine Steuerschaltung 312 zum Steuern der Antriebsschaltung 310,
der Meßschaltung 306 und
der digitalen Anzeigevorrichtung 308, und eine Stromversorgungsschaltung 314 zur
Stromversorgung der jeweiligen Schaltung.
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Die durchgehende Linie in der Zeichnung stellt
die Lage des vorderen Endes des Detektors 200 dar, der
beim Messen vorsteht, während
die strichpunktierte Linie die Lage des vorderen Ende des Detektors 200 darstellt,
wenn er in dem elektrischen Einrichtungsabschnitt 300 angeordnet
ist.
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In 16 ist
mit 320 ein Betriebsschalter, mit 322 ein Startschalter
und mit 324 ein Parameterwählschalter bezeichnet.
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Beim Messen wird die erforderliche
Meßkraft auf
den Taster 202 durch Einstellung des Betrags der Einführung der
Federdruck-Einstellschraube 242 entsprechend dem zu messenden
Objekt ausgeübt. Darüber hinaus
wird in Abhängigkeit
von dem zu messenden Objekt gemäß den 13 bis 15 gewählt, ob der Antriebsmechanismus 100 derart
zu benutzen ist, daß er
sich im Gehäuse
des elektrischen Einrichtungsabschnitt 300 befindet, oder
der Antriebsmechanismus 100 unabhängig in der Weise benutzt wird,
daß er
vom elektrischen Einrichtungsabschnitt 300 getrennt ist.
Wenn beispielsweise die innere Oberfläche eines kleinen Loches gemessen werden
soll, erfolgt die Messung bei entferntem Antriebsmechanismus 100,
weil der elektrische Einrichtungsabschnitt 300 störend ist,
und bei mit dem elektrischen Einrichtungsabschnitt 300 vereinigtem
Antriebsmechanismus 100 in den anderen Fällen.
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Genauer gesagt, wird der Taster 202 des
Detektors 200 mit der zu messenden Oberfläche in Berührung gebracht,
der Betriebsschalter 320 eingeschaltet und der Startschalter 322 betätigt. Daraufhin versetzt
die Steuerschaltung 312 den Getriebemotor 118 über die
Antriebsschaltung 310 in Drehung. Wenn der Getriebemotor 118 die
Vorschubspindel 114 in Drehung versetzt hat, wird der Gleitblock 108 in
axialer Richtung der Vorschubspindel 114 verschoben, so
daß der
Taster 202 des Detektors 200 entsprechend der
Oberflächenrauhigkeit
des zu messenden Gegenstands auf und ab verschoben wird.
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Die Verschiebung des Taster 202 wird
durch den Detektor 200 in ein elektrisches Signal umgeformt,
das der Signalverarbeitungsschaltung 304 über das
Kabel 302 zugeführt
wird. Danach wird das verarbeitete Signal der Meßschaltung 306 zugeführt. Die
Meßschaltung 306 ermittelt
die Oberflächenrauhigkeit
anhand des ihr aus der Signalverarbeitungsschaltung 304 zugeführten Signals
entsprechend den ihr von der Steuerschaltung 312 angewiesenen Parametern
und veranlaßt
ihre Anzeige durch die digitale Anzeigevorrichtung 308.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist
der Gleitblock 108 im wesentlichen wie ein 0 geformt, das
in Vor- und Rücklaufrichtung
des Detektors langgestreckt ist, und die Hauptstange 104 passiert dabei
dessen vorderes und hinteres Ende. Dabei ergibt sich eine lange
Stützweite
bei reduziertem Gewicht und einfachem Aufbau. Ferner drückt nicht
nur die Hauptstange 104, sondern auch die kurze Nebenstange 106 auf
den Detektorhalter 108A des Gleitblocks 108, was,
insbesondere, eine hohe Stabilität ergibt.
Darüber
hinaus ist die Form des Gleitelements nicht auf ein wenigstens ungefähres 0 beschränkt. Daneben
ist die Form der säulenförmigen Führung nicht
auf eine im Querschnitt kreisförmige
Säule und die
Anzahl der säulenförmigen Führungen
nicht auf zwei beschränkt.
Das Gleitelement kann wie ein Prisma geformt sein, es kann nur eine
Hauptstange vorgesehen sein, oder es können mehr als zwei lange Nebenstangen
vorgesehen sein.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Verdrahtung
mit dem antriebsseitigen Verbinder 154 als flexible gedruckte
Schaltungsplatte 138 ausgebildet, so daß der gebogene Teil stabilisiert
wird und die auf den gebogenen Teil und mithin den Verbinder 154 ausgeübte Kraft
(Belastung) konstant ist. Dadurch wird verhindert, daß der Gleitzustand
des Gleitelements dem Einfluß der
Schwankung der Belastung durch die Drahtbiegung ausgesetzt wird,
was die Geradlinigkeit der Bewegung des Detektors und die Reproduzierbarkeit
zur Folge hat. Auch dies macht den Einzeldraht unnötig, verringert
die Anzahl der Bauelemente und erleichtert die Verdrahtungs arbeit.
Darüber
hinaus kann der Draht zum antriebsseitigen Verbinder ein herkömmlicher
Zuleitungsdraht sein.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Gelenk-Blattfeder 230 wie
ein einfaches Viereck geformt, was die Konstruktion einfach macht.
Darüber hinaus
kann die Plattendicke der Gelenk-Blattfeder entsprechend einem zu
messenden Objekt geändert werden,
oder es kann eine sich in Richtung der Breite der Platte erstreckende
Nut 230A an einer Gelenkstelle des mittleren Teils vorgesehen
sein, um die Breite zu verringern, wie es durch das abgewandelte, in 17 dargestellte Beispiel
veranschaulicht ist, oder es kann ein Randteil 230B mit
geringer Dicke vorgesehen sein, wie die in 18 als Beispiel dargestellte Abwandlung,
oder es kann ein Hohlraum 230C vorgesehen sein, der die
Federkraft in der Nähe
des Drehpunkts im Vergleich zu dem des übrigen Teils verringert, wie
es als weiteres Anwandlungsbeispiel in 19 dargestellt ist.
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Ferner kann die Blattfeder 230 in
eine solche Richtung gebogen sein, daß sie auf die Schraubenfeder 240 drückt und
dadurch eine Reaktionskraft gegen die Druckkraft durch die Schraubenfeder 240,
die auf die Schraubenfeder 240 ausgeübt werden soll, bewirkt wird.
Mithin ermöglicht
das Gleichgewicht zwischen der Reaktionskraft und der Druckkraft durch
die Schraubenfeder die Ausübung
einer Meßkraft
auf den Taster 202. In diesem Fall ist eine kleine Meßkraft so
leicht eingestellt, daß sie
der Differenz der Meßkraft
entsprechend dem Krümmungsradius des
vorderen Endes des Tasters oder der Differenz des Gewichts des Tastarms
als eine Möglichkeit, zum Beispiel
wie der Detektor für
eine tiefe Nut, gewachsen ist.
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Ferner kann die Blattfeder aus einer
kleinen elastischen dünnen
Platte oder als kreuzförmige Blattfeder 250,
wie das in 20 (im Längsschnitt) und
in 21 (Unteransicht
eines Tastarms) dargestellte zweite Ausführungsbeispiel, hergestellt
sein, wonach ihre beiden Enden am Hauptgestell 212 mittels
der Schrauben 252 und ihr Mittelpunkt mittels Schrauben 254 am
Tastarm befestigt werden kann.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel sind beide Enden
der Blattfeder 250 am Gestell 212 befestigt. Daher
ist insbesondere der Drehpunkt stabil.
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Bei allen Ausführungsbeispielen wird die Erfindung
bei einer stationären
tragbaren Oberflächenrauhigkeits-Meßvorrichtung
angewandt, doch ist die Anwendung der Erfindung nicht darauf beschränkt. Vielmehr
kann die Erfindung auch beispielsweise bei Konturenmeßvorrichtungen
und Oberflächerauhigkeitsprüfungen,
wie bei in dreidimensionalen Koordinaten arbeitenden Meßmaschinen,
angewandt werden.