DE8422929U1 - Rauheitssonde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rauheitssonde nach dem Oberbegriff des Snhutzanspruchs 1.

Zur optischen Messung der Rauheit einer Oberfläche wird beim am häufigsten verwendeten Verfahren mit einem Sendestrahl geringer Apertur ein Lichtfleck auf der Oberfläche des Objektes erzeugt und die durch die Oberflächenstruktur verursachte Streukeule photoelektrisch erfaßt. Als photoelektrische Empfangssysteme werden meistens Diodenzeilen eingesetzt (DE-OS 28 20 910, DE-OS 30 37 622), mit denen ein Schnitt durch die Streukeule aufgenommen wird.

Diese Geräte erfassen bei gegebener Diodenzeile selbst bei austauschbarer Kollimatoroptik nur einen eingeschränkten Winkelbereich, so daß bei sehr breit aufstreuenden Objektoberflächen ein zentraler Bereich der Streukeule erfaßt wird, der bei rauhen Oberflächen noch keine auswertbare Information liefert. Berücksichtigt man, daß viele technische Oberflächen, wie z.B. gewalzte Bleche, geschliffene Werkstücke (senkrecht zur Schleifrichtung betrachtet), sandgestrahlte, gegossene oder geläppte Flächen eine ungeordnete, periodenfreie Rauheitsprofilkurve zeigen, die zu einer etwa symmetrischen, monotonen Streukurve führen und berücksichtigt man ferner, daß oft bei gleichbleibendem Fertigungsverfahren nur graduelle Rauheitsunterschiede von Werkstück zu Werkstück oder am durchlaufenden Material gemessen werden sollen, so besteht ein Bedürfnis nach einer vereinfachten Rauheitssonde, mit der eine Information über die Breite der Streukeule mit nur zwei Empfängern in geeigneten Positionen gewonnen wird. Die Erfindung will also eine Rauheitssonde der eingangs genannten Gattung schaffen, welche bei möglichst einfachem und kompaktem Aufbau eine möglichst differenzierte Aussage über die Rauhigkeit der abgetasteten Oberfläche ermöglicht, einfach und narrensicher in der Handhabung ist und sehr betriebssicher arbeitet. Insbesondere sollen geringfügige Qualitätsunterschiede beim Schleifen und Polieren von Metalloberflächen mit der erfindungsgemäßen Rauheitssonde problemlos und genügend genau ermittelt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Schutzanspruchs 1 vorgesehen. Auf diese Weise ist ein präzises Aufsetzen in der Fokusposition bei verschiedenen Werkstückformen gewährleistet. Der Adapter stellt also eine ein wandfreie Justierung zwischen der gekrümmten Wellen-Oberfläche und der ebenen Meßkopfgrundflache her.

Die Aufnahme der Adapter ist zweckmäßig so gestaltet, daß der Meßkopf ohne aufgesteckten Adapter zur Rauheitsmessung an ebenen Oberflächen auf diese aufgesetzt werden kann. Der Meßkopf kann auch ohne die Aufnahme für Adapter zur berührungslosen Messung am laufenden Gut verwendet werden.

Im einfachsten Fall wird beispielsweise der eine Lichtempfänger in den Winkel der regulären Reflexion, d.h. in das Maximum des gestreuten Lichtes gesetzt, während der zweite Empfänger in einem geeigneten Winkelabstand (von z.B. 10 bei gewalztem Feinblech) gebracht wird. Die beiden Signale der Lichtempfänger werden verstärkt, und der Quotient der beiden Ausgangssignale wird als Kennwert für die Rauheit angezeigt bzw. zur Auswertung weitergegeben, tin von Uiiwsltlicht unabhängig zu sein, wird die Strahlungsquelle im Bereich von Kilohertz intermittierend betrieben und die Verstärkung auf die gleiche Frequenz abgestimmt. Das ergibt auch einen weiteren Vorteil gegenüber den mit einer Diodenzeile arbeitenden Geräten.

Unter welcher Winkeldifferenz gegen das Maximum der Streukeule d.h. zum dort angeordneten Haupt-Lichtempänger der zweite Lichtempfänger angeordnet wird, richtet sich nach der Rauheit und damit der Streubreite der zu messenden Oberfläche. So ergibt sich bei fast blanken bzw. spiegelnden Oberflächen ein optimaler Winkeldifferenzwert von 2 , bei rauhen Karosserieblechen dagegen von 15 , um die beste Differenzierungsmöglichkeit von Probe zu Probe zu erhalten.

Besonders bei Oberflächen mit geringer Aufstreuung ist es zweckmäßig, Fehlmessungen durch ein schiefes Aufsetzen des Meßkopfes dadurch zu vermeiden, daß der zweite Lichtempfänger durch zwei symmetrisch auf beiden Seiten neben dem im

Maximum stehenden Haupt-Lichtempfanger angeordnete, parallel geschaltete photoelektrische Lichtempfänger, z.B. Photodioden realisiert wird.

Ein kleiner Winkelfehler beim Aufsetzen wird ebenso wie eine leichte Schiefheit der Streukurve so durch Mittelwertbildung in erster Näherung kompensiert.

Um einerseits mit der Reuheitssonde nach Möglichkeit jede zu messende Fläche zu erreichen und andererseits die Forderung nach einer für die jeweilige Objektoberfläche optimierten Kinkelanordnung mit möglichst geringem Aufwand zu erfüllen, wird die Rauheitssonde zweckmäßig in zwei durch Kabel und Stecker verbundene Einheiten aufgespalten, nämlich den Meßkopf, der die Strahlungsquelle, die Lichtempfänger und Vorverstärker enthält, und die als gesondertes Basisgerät ausgestaltete üuswerteelektronik, in der der Hauptverstärker, die Quotientenbildungsstufe, die Anzeigeanordnung und evtl. Zusatzfunktionen untergebracht sind.

Im Meßkopf werden je nach beabsichtigter Verwendung die beiden bzw. drei Empfänger quer durch die Reflexionskeule vei.-schieblich angeordnet, um den Meßkopf an verschieden stark aufstreuenden Oberflächen anpassen zu können oder es wird eine Reihe von Empfängern beispielsweise mit Winkelabständen von 5, 10, 15° usw. zu beiden Seiten des unter dem Reflexionswinkel angeordneten Haupt-Lichtempfängers angeordnet und für die Messung der für die jeweilige Rauheitsklasse des Objektes optimale Meßwinkel durch eine elektronische Schaltung ausgewählt. Vorteilhaft ist bei dieser Anordnung, daß bei den Vorversuchen zur Auswahl des optimalen Meßwinkels keine mechanische Verstellung erforderlich ist.

Neben den Meßköpfen mit veränderbarem Meßwinkel, die für die Messung an verschiedenartigen Oberflächen, z.B. in einem Prüflabor geeignet sind, wird auch eine Reihe von Meßköpfen mit jeweils unter einem festen Winkel angeordneten Lichtempfängern zum gleichen Basisgerät mit Auswerteelektronik konzipiert, so daß betriebliche Meßplätze für

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die Messung an gleichbleibenden Objekten mit je einem passenden Meßkopf ausgerüstet werden können.

Um an einem Werkstück oder einer durchlaufenden Materialbahn gleichzeitig an mehreren Stellen Rauheitsmessungen durchführen zu können, ist ein erweitertes, mit der Auswerteelektronik ausgestattetes Basisgerät für eine Simultanmessung mit bis zu sechzehn Meßköpfen vorgesehen, welches die Meßwerte der angeschlossenen Meßköpfe parallel oder seriell erfaßt und an Auswertegeräte weitergibt.

Im einfachsten Fall kann der Lichtfleck mit einer Kollimatoroptik erzeugt werden, während die Lichtempfänger ohne zwischengeschaltete Optik in den gewünschten Winkelpositionen in dem Abstand von beispielsweise 10 bis 20 mm vom Lichtfleck angeordnet sind. Selbst bei Verwendung einer Leuchtdiode als Lichtquelle und Photodioden als Empfänger lassen sich so ausreichende Signale und Winkelauflösung besser als 10° erzielen. Für höhere Forderungen an die Winkelauflösung werden die Lichtempfänger je in die Brennebene eines Kollimators gebracht oder gemeinsam in der Brennebene nur eines einzigen Kollimators angeordnet. Winkelauflösungen von besser als 1° werden so erzielt, ohne die elektrischen Signale unzulässig zu schwächen. Ein derartiger Meßkopf wird zwar etwas größer, bietet aber dafür der. Vorteil, daß er auch die von relativ blanken, d.h. wenig rauhen Oberflächen erzeugten, sehr schmalen Streukeulen noch messend erfassen kann. Hier ist zur Erzielung einer entsprechenden Winkelauflösung am Empfänger eine Einstrahlung mit Aperturwinkeln unter 1° als Strahlungsquelle ein Laser erforderlich.

Wählt man den Einfallswinkel kleiner als 10 , so ist schließlich ein Aufbau der Optik möglich, bei dem die gleiche Kollimatoroptik auf der einen Seite ihrer Pupille für das einfallende Strahlungsbündel und auf der anderen Seite! für die ausfallende Strahlung der Streukeule benutzt wird.

Soll zusätzlich die Forderung erfüllt werden, den Meßkopf möglichst klein auszubilden, um auch an schwer zugänglichen Stellen noch messen zu können, so ist vor allem für Messungen mit kleinen Winkeldifferenzen die Verwendung von Lichtleitern zwischen Meßpositionen und Empfänger zweckmäßig. Im Extremfall kann der Meßkopf aufgespalten werden in einen Fühler, der die Sende- und EmpfangsStrahlung vor Ort steuert und eine Relaisstation, in der Sender, Empfänger und Vorverstärker untergebracht sind, wobei Fühler und Relaisstation mit Lichtleitern verbunden sind.

Für alle Meßköpfe soll ein System von austauschbaren Adaptern vorgesehen sein, um ein präzises Aufsetzen in der Fokusposition bei verschiedenen Werkstückformen zu gewährleisten. Läßt man diese Ansätze und ihre Aufnahme weg, so kann der gleiche Meßkopf an ein Stativ montiert werden, um für Messungen an laufendem Gut, z.B. unter dem Meßkopf vorbeilaufenden Materialbahnen eingesetzt zu werden. Eine zusätzliche Eichkappe ermöglicht zwischen den Messungen eine Kontrolle der Eichung der Rauheitssonde.

Bei der praktischen Messung ist es vorteilhaft, wenn die den Empfängern nachgeschalteten Verstärker sich automatisch dem angebotenen Lichtpegel anpassen, so daß der Benutzer sich keine Gedanken über den Reflexionskoeffizienten des Meßobjektes machen muß. Auch eine Selbstkontrolle der Sonde ist zweckmäßig als Zyklus in dem die Auswerteelektronik enthaltenden Basisgerät eingebaut. In diesem Zyklus wird sowohl der Reflexionswert Null ohne Probe und damit die Sauberkeit des Abdeckfensters als auch der Reflexionswert eines weißen Remissionsstandards und damit der Abgleich der Empfängerempfindlichkeiten und Verstärker kontrolliert.

In allgemeinster Form wird die Erfindungsaufgabe dadurch gelöst, daß die Lichtempfänger an eine eine Quotientenbildungsstufe enthaltende Auswerteelektronik angeschlossen sind, die

den Quotienten von Linearkombinationen der Empfangssignale der Lichtempfänger von zwei unterschiedlichen Lichtempfängerkombinationen bildet und ein entsprechendes, für die Rauheit der Oberfläche repräsentatives Ausgangssignal liefert.

Die Empfänger werden zweckmäßig je nach Geometrie des Meßobjekts und Vorzugsrichtung der Oberflächenstruktur einmal in einem Schnitt durch die Streukeule in der Einfallsebene, ein anderes Mal in einem Schnitt senkrecht zur Einfallsebene jeweils senkrecht zum regulär reflektierten Strahl angeordnet.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Figur 1 eine schematische Ansicht eines Meßkopfes einer

erfindungsgemäßen Rauheitssonde liiit in der EinfalJsebene verschiebbaren Empfängern, wobei außerdem die das Basisgerät darstellende Auswerteelektronik blockschaltbildartig angedeutet ist,

Figur 2 eine schematiscli perspektivische Ansicht einer weiteren

Ausführungsform eines Meßkopfes einer erfindungsgemäßen Rauheitssonde mit sieben schaltbaren Empfängern in festen Winkelpositionen in einem Schnitt durch die Reflexionskeule senkrecht zur Einfallsebene ohne Kollimator auf der Ettpfängerseite,

Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Meßkopfes einer erfindungsgemäßen Rauheitssonde mit ebenfalls sieben schaltbaren Lichtempfängern und mit einem gemeinsamen Kollimator für die Strahlungsquelle und die Lichtempfänger,

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Figur 4 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Rauheitssonde mit schematisch angedeutetem, zwei Lichtempfänger aufweisendem Meßkopf und der damit verbundenen, das Basisgerät darstellenden Auswerteelektronik,

Figur 5 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines Meßkopfes für eine erfindungsgemäße ! Rauheitssonde mit sieben Empfängern,

Figur 6 eine schematische Seitenansicht einer baulichen

\ Verwirklichung einer erfindungsgemäßen Rauheits-

sonde,

Tigur 7 einen Schnitt nach Linie VIl-VII in Figur 6,

Figur 8 eine schematische Seitenansicht einer für die

' Rauheitssonde nach den Figuren 6 und 7 geeigne-

t ten Eichkappe und

figur 9 ein Blockschaltbild der das Basisgerät bildenden Auswerteelektronik für den Anschluß von bis zu sechzehn Meßköpfen.

Nach Figur 1 besteht der Meßkopf einer erfindungsgemäßen ! Rauheitssonde aus einer Strahlungsquelle 23, z.B. einer Leucht-

' diode, einer Kollimatoroptik 25 und einem mit einer Kolli-

: mat or optik 31 versehenen ersten Lichtempfanger 11. Das aus der

Kollimatoroptik 25 austretende konvergierende Lichtbündel 32 schließt mit seiner Achse einen festen Winkel ti. zur Senk- !' rechten auf der Oberfläche 34 des zu untersuchenden Materials 35 ein. Das Lichtbündel 32 erzeugt auf der Oberfläche 34 einen Lichtfleck 24. Der Lichtempfanger 11 ist nach Fig. 1 unter dem Reflexionswinkel (X angeordnet und empfängt somit den Hauptteil des von dem Lichtfleck 24 rückgestreuten Lichtes.

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Ein weiterer Lichtempfänger 12 mit einer davor angeordneten Kollimatoroptik 36 ist unter einem wesentlich größeren Winkel &bgr; relativ zur Senkrechten 33 angeordnet und in seiner Winkelposition gemäß dem Doppelpfeil f veränderbar.

Die beiden Lichtempfänger 11, 12 geben entsprechend der Lichtbeaufschlagung elektrische Ausgangssignale E1 bzw. E2 ab, die an eine Auswerteelektronik 13 angelegt sind, innerhalb der eine Quotientenbildungsstufe 14 vorgesehen ist, die den Quotienten E2/E1 bildet und an einer Anzeigevorrichtung 37 ein für Rauheit der Oberfläche 34 repräsentatives Ausgangssignal abgibt.

Durch Veränderung des Winkels ß kann der Lichtempfänger 12

in einen für das gerade untersuchte Material 35 optimal geeigneten Bereich der Reflexionsstreukeule gelegt werden, so daß z.B. Abweichungen der Rauheit von einem gewünschten Normalwert eine besonders starke Veränderung des Quotienten E2/E1 nach sich ziehen. Wir die Rauheitssonde z.B. zur Kontrolle der Güte eines Schleif- oder Poliervorganges eingesetzt, so kann die an der Anzeigevorrichtung 37 angezeigte Kennzahl als Mass für die Güte des Schleif- oder Poliervorganges herangezogen werden.

Während bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 der durch die Lichtempfänger 11, 12 abgetastete Schnitt durch die Reflexionsstreukeule mit der Einfallsebene zusammenfällt, ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 der ausgenessene Schnitt 15 durch die Streukeule senkrecht zur Einfallsebene gelegt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel erzeugt eine Strahlungsquelle 23 über einen Kollimator 25 einen Lichtfleck 24 auf der Oberfläche 34 des Materials 35. Der Haupt-Lichtempfänger 11 ist wieder unter dem Reflexionswinkel oL angeordnet. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist auf Kollimatoren in den Lichtempfangsstrahlengängen verzichtet worden.

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In Richtung senkrecht zur Einfallsebene sind zu beiden Seiten des Haupt-Lichtempfängers 11 jeweils nebeneinander drei Lichtempfänger 12a, 12, 12b bzw. 12a¹, 12', 12b' angeordnet, welche untereinander gleiche Winkelabstände von z.B. 5 aufweisen.

Die ersten beiden, dem Haupt-Lichtempfänger 11 benachbarten Lichtempfänger 12b und 12a' können jedoch zum Haupt-Lichtempfänger 11 einen größeren Winkel von z.B. 10 oder 20° aufweisen.

Sämtliche Lichtempfänger sind In einer Schnittfläche 15 angeordnet, wobei die Berandung 38 dieser Fläche die Schnittfigur mit der Streukeule des Lichtflecks 24 darstellt.

Wie in Fig. 2 schematisch dargestellt ist, liefert der Haupt-Lichtempfänger 11 wieder das Ausgangssignal E1 während die Lichtempfänger 12 und 12' parallel geschaltet sind und ein gemeinsames Ausgangssignal E2 liefern. Durch eine geeignete elektronische Schaltung, die im folgenden anhand von Fig. 5 erläutert wird, können statt der Lichtempfänger 12, 12' auch andere Lichtempfänger, z.B. die Empfänger 12a, 12b¹ oder 12b, 12a' parallel zueinander geschaltet werden, um das Ausgangssignal E2 zu bilden.

Durch die Parallelschaltung der beiden symmetrisch zum Haupt-Lichtempfänger 11 angeordneten Lichtempfänger 12, 12' werden gewisse Fehlausrichtungen des Meßkopfes ausgeglichen; weiter werden hierdurch gewisse Verzerrungen oder Schiefstellungen der Streukeule 38 in ihrer Auswirkung auf das Meßergebnis kompensiert.

In allen Ausführungen bezeichnen gleiche Bezugszahlen entsprechende Bauelemente wie in den vorangehenden Figuren.

Nach Fig. 3 wird ein und derselbe Kollimator 25' für die Konzentration des Lichtes der Strahlungsquelle 23 auf der Oberfläche 34 des Materials 35 und zur Konzentration des vom Lichtfleck 24 ausgehenden Lichtes auf die einzelnen Lichtempfänger 12a, 12, 12b, 11, 12a', 12', 12b¹. ausgenutzt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind die beiden äußeren Lichtempfänger 12a, 12b' zur Bildung des Ausgangssignals E2 parallel geschaltet. In jedem Fall, d.h. sowohl beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 als auch bei dem nach Fig. 3 sind die Lichtempfänger im Abstand der Brennweite von den Kollimatoren 31, 36 bzw. 25' angeordnet.

Nach Fig. 4 sind die Strahlungsquelle 23 und die Lichtempfänger 11, 12 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 mit den Vorverstärkern 39, 40 in einem ein einheitliches Bauteil bildenden Meßkopf 26 untergebracht. Der Meßkopf 2 6 ist über ein Kabel 41 mit dem die Auswerteelektronik 13 enthaltenden Basisgerät verbunden· Ein in dem Basisgerät enthaltenes Netzgerät 4 2 speist über eine Stabilisierungsstufe 43 und das Kabel 41 die Strahlungsquelle 23. Die Ausgänge der Vorverstärker 39, 40 sind über das Kabel 41 mit Wechselstromverstärkern 44, 45 verbunden, die über Gleichrichter 46, 47 an die beiden Eingänge der Quotientenbildungsstufe 14 angelegt sind. Die erfindungsgemäße Rauheitssonde wird also vorzugsweise mit Wechsellicht betrieben, wobei auch eine IR-Strahlung Anwendung finden kann.

An die Quotientenbildungsstufe 14 schließt sich ein Analog-Digitalwandler 4 8 an, an den wahlweise eine Anzeigevorrichtung 37 oder ein Mikroprozessor-Interface 4 9 angelegt sein kann, welches z.B. zur Speisung eines Computers 5O Verwendung findet.

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Aufgrund der Quotientenbildung erscheinen auf der Anzeigevorrichtung 37 bzw. am Ausgang des Mikroprozessor-Interface 4 9 für die Rauheit der Oberfläche repräsentative Kennzahlen bzw. Kennwerte.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind die sieben Lichtempfänger der Meßköpfe nach den Fig. 2 und 3 schematisch dargestellt. Jeder der Lichtempfänger 11, 12, 12', 12a, 12b, 12a·, 12b¹ ist über je einen Schalter 16, 17, j8, 19 ... 20, 21 sowohl mit dem Vorverstärker 39 als auch mit dem Vorverstärker 40 verbunden. Sämtliche Schalter werden durch eine Umschaltelektronik 22 angesteuert, die ihrerseits über das Kabel 41 vom Basisgerät beaufschlagt werden kann.

Von den jedem Lichtempfänger zugeordneten Schaltern ist stets einer von beiden geöffnet. Der andere Schalter ist entweder ebenfalls geöffnet, wenn der betreffende Lichtempfänger inaktiv ist, oder er ist geschlossen, wobei der Lichtempfänger durch Schließen des geeigneten Schalters an den Vorverstärker 39 oder 40 angelegt wird. Auch eine Parallelschaltung, wie sie in den Fig. 2 und 3 angedeutet ist, kann mit der Schaltung nach Fig. 5 ohne weiteres verwirklicht werden. Auch andere Kombinationen der Lichtempfänger, als sie in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht sind, können mit der Schaltung nach Fig. 5 realisiert werden.

Nach Fig. 6 und 7 besteht der Meßkopf aus einem flachen quaderförmigen Gehäuse, an dessen unterer Schmalseite der hauptsächlich durch die Strahlungsquelle 23 gebildete Lichtsender unter einem solchen Winkel angeordnet ist, daß das Sendelichtbündel 3 2 unter dem Winkel ÖL (Fig. 7) auf die Oberfläche 34 auftrifft, welche bei diesem Ausführungsbeispiel die Oberfläche einer Kurbelwelle 35 darstellt, deren Oberflächen-öearbeitung mittels der erfindungsgemäßen Rauheitssonde untersucht werden soll. Unter dem Reflexionswinkel 06 (Fig. 7) ist die in Fig. 6 ge-

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strichelt angedeutete Schnittfläche 15 mit den Lichtenipfängern 11, 12, 12' angeordnet. Der mittlere Liehtempfanger 11 befindet sich im Zentrum der Streukeule 38, während die Lichtempfänger 12, 12· nach Fig. 6 unter festen, entgegengesetzt gleichen Winkeln in der Schnittflache 15 angeordnet sind. Die Lichtempfänger 12, 12' sind analog dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 parallel geschaltet.

Die Signale von 11 und 12 und 12" werden, wie hier nicht dargestellt, gemäß Blockschaltbild Fig. 4 in dem Meßkopf vorverstärkt und über Leitung 41 an das Basisgerät 13 weitergegeben.

Erfindungsgemäß weist das Gehäuse des Meßkopfes 26 in seinem unteren Bereich einen Adapter 27 auf, welcher beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6 und 7 eine halbzylindrische Ausnehmung 51 aufweist, mit der der Adapter 27 passend so auf die Kurbelwelle 35 aufsetzbar ist, daß das Sendelichtbündel 32 zur Bildung des Lichtfleckes 24 optimal auf der

Oberfläche 34 fokussiert ist. Der Adapter 27 ist durch Steckmittel 52 an der Adapteraufnahme des Meßkopf-Gehäuses 26 lösbar verbunden, so daß er durch Abziehen entfernt und ggfs. durch einen an ein anderes Werkstück angepaßten Adapter ersetzt werden kann. Bei abgenommenem Adapter 27 befindet sich die untere Grenzfläche 53 exakt in der Höhe des Fokus des Sendelichtbündels 32, so daß durch Aufsetzen des nicht mit dem Adapter 27 versehenen Meßkopfes 26 auf eine ebene Fläche ebenfalls problemlos eine Rauhigkeitsmessung vorgenommen werden kann. Macht man die am Gehäuse 26 vorgesehene Adapteraufnahme lösbar, so kann dieser Meßkopf an einem Stativ befestigt für die berührungslose Messung am laufenden Gut eingesetzt werden.

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Zum Zwecke der Eichung kann statt des Adapters 27 nach Fig. 8 eine mit entsprechenden Steckmitteln 52 versehene, passend ausgebildete Eichkappe 28" von unten auf die Adapteraufnahme des Meßkopfs 26 aufgesteckt werden, wobei innerhalb der Eichkappe 28 ein Remissionsstandard 29 derart angeordnet ist, daß es sich bei aufgesteckter Eichkappe 28 genau im Fokus des Sendelichtbündels 32 befindet. Dieses Standard remittiert das einfallende Licht in jedem Raumwinkel gleich stark und ermöglicht so einen Empfindlichkeitsabgleich von Empfängern und Verstärkern.

Im Bereich des Ein- und Austritts der Lichtbündel in bzw. aus dem Meßkopf 26 ist an dessen Boden im inneren Bereich ein Lichtdurchtrittsfenster 30 vorgesehen. Der Adapter 27 ist in diesem Bereich oben mit einer öffnung 54 versehen, die an das Fenster 30 von unten angrenzt. Die Eichkappe 28 wird ebenfalls auf die Adapteraufnahme 27a aufgesteckt und grenzt direkt an den Freiraum 55 unterhalb des Fensters 30 an.

Die Rauheitsmessung mit der Rauheitssonde nach den Fig. 6, 7 erfolgt einfach dadurch, daß der Meßkopf 26 in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise auf die Kurbelwelle 35 aufgesetzt wird. Auf der Anzeigevorrichtung 37 erscheint dann unmittelbar eine für die Rauheit der Oberfläche repräsentative Kennzahl.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 enthält die das Basisgerät bildende Auswerteelektronik 13 wieder das Netzgerät 42 mit Stabilisierungsstufen 43 zur Speisung der verschiedenen Strahlungsquellen über das Kabel 41. Im Unterschied zu der Ausführung nach Fig. 4 sind jedoch an jedem Eingang viele Meßköpfe, z.B. sechszehn Stück, parallel an Multiplexer 56, 56' angeschlossen, welche die einzelnen Meßköpfe seriell an die beiden Meßkanäle anschließen, die analog Fig. 4 aufgebaut sind. Auf diese Weise können nacheinander alle sechzehn Meßköpfe regelmäßig abgefragt werden, was

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z.B. mittels eines Mikroprozessors 54 geschehen kann, an den die Anzeigevorrichtung 37, ein Drucker 55 und ein Interface 49'■angeschlossen sind.

Eine automatische Verstärkungsregelung kann durch Einschaltung von Regelverstärkern 57, 57' in die beiden Meßkanäle erfolgen, wobei als Steuergröße ein von dem den Haupt-Lichtempfänger 11 enthaltenden Hauptkanal im Anschluß an den Wechsels tromverstärker 45 abgeleitetes Signal dient, welches über einen Gleichrichter 58 eine Verstärkungsregelungsstufe beaufschlagt, die die beiden Regelverstärker 58, 57' ansteuert.

Die Anordnung der Enpfänger auf einer Linie senkrecht zur Einfallsebene gemäß Fig. 2 und 3 bietet vor allen Dingen Platzvorteile, weil so sämtliche nebeneinander angeordneten Lichtempfänger seitlich vom Lichtsendeteil liegen, so daß der Ort der Lichtempfänger allein nach den optischen Gegebenheiten und unabhängig vom Lichtsendeteil gewählt werden kann.

Bei größeren Einfallswinkeln und vor allem bei Meßsonden mit einstellbaren Meßwinkeln ist die Anordnung der Empfänger in der Einfallsebene günstiger.

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Claims (15)

1. Rauheitssonde zur optischen Messung der Rauheit von Oberflächen mit ausgeprägter Reflexionsstreukeule mit einem aus einem ein Lichtbündel schräg auf die Oberfläche sendenden Lichtsender und innerhalb der Streukeule reflektiertes Licht empfangenden photoelektrischen Lichtempfängern bestehenden Meßkopf, wobei die Lichtempfänger an eine eine Quotientenbildungsstufe enthaltende Auswerteelektronik angeschlossen sind, die den Quotienten von Linearkombinationen der Empfangssignale der Lichtempfänger von zwei unterschiedlichen Lichtempfängerkombinationen bildet und ein entsprechendes, für die Rauheit der Oberfläche repräsentatives Ausgangssignal liefert, dadurch gekennzeichnet , daß zur Messung bei Wellen-Oberflächen auf den Meßkopf (26) wenigstens

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ein eine der Welle (35) entsprechende Ausnehmung aufweisender Adapter (27) aufgesteckt ist.

2. Rauheitssonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß nur zwei Lichtempfänger (11, 12) im Meßkcpf (26) angeordnet sind und daß die Winkelpositionen wenigstens eines der beiden Lichtempfänger (11, 12) innerhalb eines Schnittes (15) durch die Streukeule veränderbar ist.

3. Rauheitssonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß daß der eine Lichtempfänger (11) unter dem Reflexionswinkel (OC) angeordnet ist.

. Rauheitssonde nach Anspruch 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, daß der eine Lichtempfänger (11) winkelmäßig fest angeordnet ist.

. Rauheitssonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Meßkopf (26) in der Schnittfläche (15) durch die Streukeule mehr als zwei Lichtempfänger (11, 12, 12', 12a, 12b, 12a¹, 12b¹) unter unterschiedlichen festen Winkeln angeordnet sind.

6. Rauheitssonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfänger (11 _e 12, 12', 12a, 12b, 12a¹, 12b¹) voneinander einen gleichen Winkelabstand von 2 bis 10°, insbesondere etwa 5° aufweisen.

7. Rauheitssonde nachAnspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß der mittlere Lichtempfänger (11) unter dem Reflexionswinkel ((X) angeordnet ist.

8. Rauheitssonde nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die äußeren Lichtempfänger (12, 12') vom mittleren Lichtempfänger (11) gleichen Winkelabstand haben.

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9. Rauheitssonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß im Meßkopf (26) eine Strahlungsquelle (23) und ein Kollimator (25) angeordnet sind und daß die Lichtempfänger (11, 12, 12', 12a, 12b, 12a¹, 12b¹) ohne zwischengeschaltete Optik im Meßkopf (26) befestigt sind.

10. Rauheitssonde nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtempfänger je oder paarweise mit einer "Kollimatoroptik oder einer gemeinsamen Kollimatoroptik versehen sind.

11. Rauheitssonde nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Strahlungsquelle (23) und die Lichter.pfänger (11, 12, 12', 12a, 12b, 12a¹, 12b¹) mit einer gerieinsamen Kollimatoroptik (25¹) versehen sind.

12. Rauheitssonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfläche durch Lichtleiter mit den Lichtempfängern und gegebenenfalls der Strahlungsquelle (23) verbunden sind.

13. Rauheitssonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß auf den Meßkopf (26) eine Eichkappe (28) mit einem Remissionsstandard (29) aufgesteckt ist.

14. Rauheitssonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Empfängeranordnung (15) senkrecht zum regulär reflektierten Strahl (11) und zur Einfallsebene liegt.

15. Rauheitssonde nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängeranordnung (15) senkrecht zum regulär reflektierten Strahl (11) in der Einfallsebene liegt.