DE894452C

DE894452C - Oberflaechenpruefer mit Anzeige mehrerer Oberflaechenmasszahlen

Info

Publication number: DE894452C
Application number: DEP2287D
Authority: DE
Inventors: Johannes Dr-Ing Perthen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1942-07-31
Filing date: 1942-07-31
Publication date: 1953-10-26

Description

Oberflächenprüfer mit Anzeige mehrerer Ob erflächenmaßzahlen Gegenstand der Erfindung ist ein Gerät zur Prüfung der Rauhigkeit und Welligkeit von Oberflächen, das nicht nur eine, sondern mehrere geometrische Oberflächenmaßzahlen anzeigt, die Längen darstellen oder auf Diese zurückgehen.
Zur Untersuchung der Rauhigkeit von Oberflächen sind eine große Anzahl von Prüfgeräten entwickelt worden. Diese bestehen aus zwei Gruppen: Die eine Gruppe gestattet, das Bild der Oberfläche zu betrachten, die andere Gruppe ermittelt eine Oberflächenmaß- oder Kennzahl. Beide Gerätegruppen genügen nicht den Anforderungen der Oberflächenmeßtechnilk. Die Betrachtungsverfahren sind nicht zu verwenden, wenn es darauf ankommt, mehrere Flächen durch einen einzigen Zahlenwert gegeneinander zu bewerten, so daß die bessere der schlechteren gegenüber sidh in einer höheren Rangstufe befindet. Es ist zwar möglich, das Oberflächenbild, nachdem es entwickelt ist, durch mathematische Betrachtungen auszuwerten.
Dies erfordert aber Zeit und Sachkenntnis. Bei der Oberflächenprüfung im Betrieb steht aber meist beides nicht zur Verfügung, so daß diese Geräte keine große Anwendung gefunden haben. Die anderen Geräte nun gestatten nicht, die Oberfläche zu betrachten, sondern sie geben für die Rauhigkeit der Oberfläche eine bestimmte Zahl an. Diese Zahl soll ein geometrischer Wert, eine Länge sein und nicht irgendeine beliebige Größe, die erst durch Vergleichsversuc.he mit anderen Geräten mühsam in eine Läng umgerechnet werden muß.
Im Laufe der Zeit sind eine ganze Reihe von geometrischen Oberflächenmaß zahlen aufgestellt worden, und zwar 1. die Rauhigkeitsgröße oder größte Höhe H, 2. die mittlere Höhe hm über der Grundlinie (Höhe des bei gllaicher Dichte eingeebneten Oberflächengebirges), 3. der Völlibikeitsgrad K oder das Verhältnis hm/H, 4. der mittlere Abstand C der Rauhigkeitsberge, 5. der Traganteil MT oder das Verhältnis der wirklich tragenden Fläche zur Gesamtfläche, 6. die abgewickelte Länge oder Fläche der Rauhigkeit.
Durch einen einzigen Zahlenwert wird eine Oberfläche nun nicht so gekennzeichnet, daß sie bei Ider Herstellung immer wieder in der gleichen Form erzeugt werden 'könnte. Je mehr Zahlenwerte aber die Oberfläche beschreiben, um so größer ist die Genauigkeit, mit der Oberflächen gleicher Güte erzeugt werden. Die praktische Oherflächenprüfung im Betrieb verlangt aber nun, daß die Ermittlung der Oberflächenzahlen schnell und durch ungeübtes Personal erfolgen kann. Andernfalls wird der Aufwand für Idas Messen zu teuer.
Es sind zwar Geräte bekanntgeworden, die die Oberfläche abtasten und dabei einen Meßwert ermitteln. Bei dem einen Gerät befindet sic'h an dem anderen Ende des Tasthebels ein Hebel mit einem schräg liegenden Reiter. Wenn beim Abtasten der Oberfläche dieser Hebel sich auf und nieder bewegt, bewegt sich der Reiter auf dem Hebel um einen bestimmten Betrag, der am besten in Millimetern gemessen wird, vorwärts. Zur Kennzeichnung der Oberfläche erhält man eine Angabe, bestehend aus Millimeter Reiterweg für x. Meter Tastlänge.
Dieser Meßwert hat sich als nicht geeignet zur Kennzeichnung der Oberflächengüte erwiesen.
Andere Geräte verwenden einen elektrischen Tonabnehmer, wie er zum Abspielen von Scllall platten benutzt wird, oder einen Tastkopf, 4er, auf diesem elektrischen Prinzip beruhend, für die Oberflächenmessung gebaut wurde, und tasten die Oberfläche mit einer hohen, zwischen 0,75 und 4,0 m/min liegenden Tastgeschwindigkeit ab, während zu einer profilgetreuen Aufzeichnung bisher Tastgeschwindigkeiten von etwa r,o bis 5,0 mm/min, d. h. 1/ioo der obengenannten Geschwindigkeiten, nicht überschritten wurden. Bei diesen hohen Tastgeschwindigkeiten tastet die Tastnadel nicht das Oberflächenprofil ab, sondern wird von ihm in Erschütterungen versetzt. Diese Erschütterungsschwingungen werden in elektrische Spannungsschwankungen umgeformt, elektrisch verstärkt und auf einem Instrument als geometrischer Mittelwert der Oberfläche angezeigt.
Ganz abgesehen davon, daß die tatsächlichen Vorgänge bei der Abtastung und der Bildung des elektrischen Mittelwertes recht undurchsichtig und schwer zu reproduzieren sind, ist es auch unmögsich, die Tastköpfe mit bekannten Längenfeinmeßgeräten statisch zu eichen. Dadurch sind Änderungen im Betriebszustand der Geräte schwer zu erkennen, und der crhaltene Meßwert eignet sich schlecht zur I(ennzeichnung der Oberflächengüte.
Demgegenüber will die vorliegende Erfindung Oberflächenmaße vermitteln, die durch mathematisch exakte Berechnung ermittelt worden sind, wobei diese Ermittlung aber selbsttätig erfolgt und gleichzeitig mehrere Oberflächenmaße errechnet werden. Die erhaltenen Oberflächcnmaß zählen sind geometrische Längenmaß zahlen, wie sie oben unter 1 bis 6 angeführt wurden.
Der Gegenstand der Erfindung benutzt das an sich bekannte Verfahren, die Oberfläche mit einem mechanischen Taststift ganz langsam al>zutasten und die Bewegungen des Tasters mechanisch, optisch oder elektrisch zu vergrößern. Über diesen bekannten Stand der Technik hinausgebend erfolgt aber eine so erhebliche Leistungsverstärkung, daß kräftige Verstellantriebe z. B. nach Art kräftiger Drehspulsysteme oder entsprechender Motorell usw. betätigt werden können, die ihrerseits wieder mathematisch exakt arbeitende Rechenein richtungen für die versdiedenen Rechenoperationen (Addition, Subtraktion, Multiplikation, Division, Integration usw.) antreiben. Diese Recheneinrichtungen sind entsprechend der zu berechnenden Funktion miteinander gekoppelt, und das Ergebnis wird als fertiger Zahlenwert an dem Fenster des Rechenzählers abgelesen. Eine besondere Vereinfachung des Gerätes wird dadurch erreicht, daß bestimmte besondere Divisionsrechenwerke vermieden werden, indem ein Divisor vorgegeben und eingestellt wird und die Abtastung bis zur Erreichung des vorgegebenen Divisors durchgeführt wird. Alle Vorgänge laufen selbsttätig ab. Die Oberflächengüte wirld durch diese Maßnahmen. in umfassendster, schnellster und rechnerisch genanester Weise angezeigt, ohne geübtes Personal zu erfordern.
Obwohl mechanisch (pneumatisch) oder optisch verstärkt werden kann, sei zunächst die elektrische Vergrößerung zugrunde gelegt, die so arbeitet, daß die Anzeige des elektrischen Meßinstruments den Höhen des Oberflächeagebirges proportional ist.
Der Winkelhebel ist zu diesem Zweck mit einem induktiven oder kapazitiven Fühler verbunden, die einen Wechselstrom geeigneter Frequenz verändern.
Abb. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der Einrichtung. Die Oberfläc'he I wird durch das Tastsystem 2 abgetastet, welches mit einem elektrischen kapazitiven Fühler 3 versehen ist. Nach entsprechender Venstärkung in dem Verstärker 4 wird an den Ausgangsklemmen 5 ein Strom oder eine Stromänderung er halten, die den Ordinaten der Rauhigkeit proportional ist. Die zu prüfende Oberfläche 1 befindet sich tauf einem Tisch 6, welcher durch eine Spindel 7 transportiert wird und sich unter dem Tastsystem 2 bewegt. Der Antrieb dieses Längsvorschubes erfolgt durch den Motor 8 über das Getriebe g auf die Spindel 7.
Durch das Getriebe 9 können verschiedene Geschwindigkeiten eingestellt werden.
Auf der Spindel 7 befindet sich nun ein zweites Getriebe I0, welches die. Drehzahl der Spindel wieder ins Schnelle übersetzt, und zwar el)enfalls einstellbar. Das Getriebe treibt einen Gebermotor Ilr für eine elektrische Welle I2 an. Das Getriebe ist ferner durch ein zweites Getriebe mit einem Zählwerk 13 verbunden. Die Übersetzung wird so gewählt, daß bei einem Vorschub des Tisches 6 um je I mm das Zählwerk tausend Zählungen macht bzw. anzeigt. Das Zählwerk kann nun so eingestellt werden, daß es bei 1000 oder 2000 oder 3000 usw.
Zählungen einen Stromkreis 14 betätigt, der Relais I5 Usw. schaltet, wodurch z. B. der Motor 8 stillgesetzt werden kann.
An die Ausgangsklemmen 5 des Verstärkers 4 wird nun ein elektrisches Drehspulsystem I6 angeschlossen, dessen Achse I7 und Zeiger IS proportional zu den vom Verstärker 4 an I6 abgegebenen Stromänderungen verdreht bzw. ausgelenkt wird. Auf der Welle 17 befindet sich ein Hebel 19 mit zwei Anschlägen 20 und 21. Der Anschlag 20 legt sich gegen den Hebel 22, der sich auf der Welle 23 befindet. Tastet nun z. B. der Taster 2 einen Rauhigkeitsherg ab, so wird I6 ein entsprechender Strom zugeführt. Dadurch dreht sich I7 und nimmt über 19 und 20 den Hebel 22 mit, wodurch die Welle 17 und mit ihr das Sperrrad 24 sowie der Hebel 29 mit der Sperrklinke 30 mitgenommen werden. Über 29, 30 und das Sperrrad 31 wird aber die Welle 32 verdreht, ferner das Zahnradvorgelege 33, und schließlich erfolgt Zählung auf dem Zählwerk 34. Die hier beschriebene Anordnung hat den Zweck, zu verhindern, daß bei kurzen rückläufigen Bewegungen des Zeigers 18, die, wie Abb. 2 zeigt, auf Rauhigkeiten b beruhen, die der größeren Rauhigkeit a überlagert sind, das Zählwerk weitersummiert.
Wenn der Zeiger beim Abstieg der kleinen Rauhigkeit b etwas zurückläuft, so bleibt doch die Welle 23 auf dem erreichten höheren Stand stehen, weil sie durchs die gegen das Sperrad 24 eingreifende Sperrklinke 27 an der Rückdrehung verhindert wird. Sobald also I8 wieder ansteigt und die alte Höhe überschreitet, wird auf dem Zählwerk 34 weitersummiert. Sobald nun der Taster 2 die größte Höhe H überschritten hat, wird auch 18 wieder bis auf die Nullage zurückgehen. Es bleibt aber die Welle 23 so lange auf der erreichten höchsten Stelle festgehalten, bis in der Nullage der An schlag 2.1 den Kontakt 36 sc'hließt. Dadurch fließt aus der Stromquelle 37 Strom durch das Relais 28, die Sperrklinke 27 wird aus dem Rade 24 gezogen, und nun dreht sich die Welle 23 in Idie Nullage zurück, da sie über den Hebel 25 und Feder 26 eine entsprechende Vorspannung erhalten hat. So ist also bei einem Ausschlag des Zeigers 18, der der einmaligen größten Höhe H entspricht, diese Höhe auf dem Zählwerk 34 summiert worden. Dies kann so eingerichtet sein, daß z. B. jede dort springende Zahl 1/1000 mm Höhe ist. Bei einer größten HöheH=8,u müßte also dort die Zahl8 ersc'heinen.
Die Übersetzung kann aber auch so gewählt werden, daß die 1/10 000 mm angezeigt werden. Es genügt aber nun nicht, die größte Höhe H einmal zu summieren, sondern es soll der Nfittelwert aus einer größeren Zahl von Summationell gebildet werden.
Es bietet nun keine Schwierigkeiten, die größte Höhe H laufend auf dem Zählwerk 34 zu summieren. Sie muß nur dann durch die Anzahl der summierten Höhen dividiert werden.
Diese Division kann mit bekannten Mitteln, z. B.
Divisionswerken der Rechenmaschinen, ausgeführt werden. Ein besonders einfacher Weg ist beispielsweise hier dadurch möglich, daß durch ro, 100 oder IOOO dividiert wird, wodurch auf dem Zählrverk 34 nur die Dezimalstellung verschoben wird.
Die Lösung kann beispielsweise folgend@rmaßen erfolgen: Die Messung einer Höhe ist abgeschlossen. wenn der Anschlag 21 den Kontakt 36 betätigt untl dadurch die Welle 23 in die Ausgangsstellung zurückläuft. Es wird nun parallel zu dem Relais 28 noch ein elektrischer Zähler 38 eingeschaltet, der b@i jeder Betätigung voll 36 um eine Zahl weiterschaltet.
Dieser Zähler ist so eingerichtet, daß er bei 10, 100 oder rooo einen Stromkreis schließt, in dem das Relais 39 liegt. Soll beispielsweise nach 100 Höhenaddition@n der Mittelwert der größten Höhe H abgelesen werden, dann wird nach 100 Zählungen an 38 das Relais 39 so betätigt. daß es die Stromzuführung zu I6 unterbricht und ein Signal 35 betätigt, welches die Ablesung der größten Höhe H an 34 gestattet. Man ist aber nicht allein auf die Dezimaldivision angewiesen. Wenn z. B.
100 Zählungen zu wenig sind, 1000 aber zu lange dauern würden und der Mittelwert aus 300 Zählungen gebildet werden soll, dann wird die Division durch 300 in zwei Stufen durchgeführt. Das Getriebe 33 wird durch entsprechende Wechselräder im Verhältnis 1 : 3 untersetzt, so daß an dem Zählwerk nur t/3 der größten Höhe H summiert wird.
Am Zähler 38 wird nach 300 Zählungen das Relais 39 abgeschaltet, aber nur bei 34 durch 100 dividiert. Auf diese Weise kann jede beliebige Division durchgeführt werden.
Die soeben erfolgte Beschreibung bezog sich darauf, daß das zu prüfende O.berflächenprofil nach Abb. 2 aussah, d. h. daß es eine periodische Widerholung von Bergen und Tälern darstellte. Es gibt nun aber Oberflächenprofile, die derartige Pe rio den nicht besitzen, sondern ohne wiederkehrende Regelmäßigkeit verlaufen. Ein derartiges Profil stellt die Abb. 3 dar. Es würden sich hier für die Ermittlung der größten Höhe H Schwierigkeiten ergeben, da der Zeiger über große Längen hinweg nicht in die Nullage zurückkehrt. Es muß daher eine Einteilung in künstliche Intervall erfolgen. Diese Intervalle nennt man die Teilbereiche Bt. Zu diesem Zweck ist der Motor 40 vorgesehen, der mit seinen Klemmen 41 an der elektrischen Welle 12 des Gebermotors ii liegt. Der Motor Ao treibt über ein einstellbares Getriebe 42 eine Nockenscheibe 43 an, die den Kontakt 44 unterbricht, wodurch der Zeiger 18 bzw. die Welle I7 wieder in die Lage zurüd laufen, die dem tiefsten Punkt der Rauhigkeit entspricht (Nullage oder Grundfläche F0). Durch die Einstellung des Getriebes 42 kann dieLänge von B@ beliebig eingestellt werden. Wichtig ist die Lage von F0. Diese wird selbsttätig eingestellt durch den Anschlag 21, indem dieser den Kontakt 36 auf der Gleitbahn 45 so lange verschiebt, bis 18 wieder ansteigt und infolgedessen 21 sich wieder von 36 entfernt. Ob periodische oder nichtperiodische Oberflächen vorlisgen, ist bereits durch den Bearbeitungsvorgang bekannt. Es kann aber auch hier zwischen den Relais 28 und 44 eine gegenseitige Sperrung eingefügt werden. so daß entweder periodisch oder mit gewählter Bt abgetastet wird, aber keinesfalls mit beidem gleichzeitig.
In allen Fällen, wo man unsicher ist, welche Oberflächenform vorliegt, arbeitet man daher mit einem bestimmten Bt und sorgt dafür, daß der Kontakt 36 nicht durc'h 2I, sondern mit durch die Nockenscheibe 43 gesteuert wird. Es wird dann aber durch 21 ein besonderer Kontakt geschlossen werden, der die Unterbrechung von 44 aufhebt und bewirkt, daß IS wieder ausschlägt. Auf diese Weise wird die größte Höhe H des Oberflächengebirges ermittelt.
Auf der \N'elle 17 befindet sich nun noch der Hebel 46, der die Rolle 47 trägt. Diese Rolle berührt die Kontaktschiene 4S, die mit Federn 49 gegen den Querbalken 50 abgefedert ist. Das Spiel zwischen 48 und 50 heträgt 0,5/1000 mm mal Höhenvergrößerung. Ist diese rooofach, dann würde der Abstand o,s mm betragen. Der Querbalken 50 gleitet mit einer gewissen Hemmung an den Führungen 51. Die Wirkungsweise der Einrichtung ist nun folgende: Wenn der Zeiger 18 sich dem Vollausschlag entspnechend der größten Höhe H nähert, dann berührt die Rolle 47 die Schiene 48, drückt sie gegen 50 und verstellt 50 so in der Höhe, bis 18 wieder zurückkehrt. Beim nächsten Ausschlag berührt nun die Rolle 46 die Kontaktschiene 48 0,5 mm vor dem höchsten Ausschlag oder 0,5/1000 mm vor der größten Höhe H. Durch die Berührung von 47 mit 48 wird ein Stromkreis 52 geschlossen, in dem die Stromquelle 53 und das Relais 54 liegen. Durch die Betätigung von 54 wird der Motor 55 eingeschaltet, der mit seinen Klemmen an der elektrischen Welle I2 liegt. Dieser Motor dreht sich nun mit derselben Geschwindigkeit proportional zum Tischvorschub 7 und betätigt über das Vorgelege 56 das Zählwerk 57. bei dem wie bei dem Zählwerk 13 für je 1/1000 mm eine Zahl weitergeschaltet wird. Die Berührung der Rolle 47 mit der Kontaktschiene 48 entspricht der Berührung der Spitzen der Oberflächenrauhigkeit mit einer ebenen Gegenfläche.
Auf dem Zähler 57 wird also der Mikrotraganteil summiert.
Dieser Anteil muß aber im Verhältnis zur gesamten Grundfläche angezeigt werden, d. h. er muß als das Verhältnis der tragenden Fläche dividiert durch den Bezngsbereich Bo in Prozent angegeben werden. Der Bezugsbereich wird nun auf dem Zähler I3 summiert in der Form, daß dort die ZahJ Iooo entspricht I mm Vorschub des Tisches 6.
Es kann also vom Zähler 13 an den Klemmen 14 eine Schaltspannung ausgelöst werden, die das Relais 58 betätigt und nach IOOO Zählungen den Motor 55 abschaltet und gleichzeitig das Signal 59 betätigt. Durch geeignete Einstellung der Dezimale kann nunmehr an dem Zähler 57 der Mikrotraganteil abgelesen werden. Auch hier kann wieder jede beliebige Division ausgeführt werden, als z. B. bei Abtasten von 3 mm das Getriebe 56 im Verhältnis 1 : 3 untersetzt wird, so daß auf 57 nur 1/3 des Traganteiles summiert wird. Der Zähler I3 schaltet dann nach 3000 Zählungen ab, es wird aber nur die Dezimale verschoben (Division durch iooo).
Zur Ermittlung der mittleren Höhe hm werden die Klemmen 5 des Verstärkers 4 mit dem Drehspulsystem 60 verbunden, dessen Zeiger 61 die Rolle 62 entsprechend dem vergrößerten Rauhigkeitsprofil durch die Scheibe 63 führt. Diese Scheibe 63 wird angetrieben durch einen Motor 64, der mit seinen Klemmen an der elektrischen Welle 12 liegt. Er dreht sich also proportional zur Bewegung des Tisches 6 und damit dem Wege des Prüflings I. Durch die Bewegung der Rolle 62 auf der Scheibe 63 erfolgt eine Multiplikation des Tastweges s mit der jeweiligen Höhe h der Oberflächenrauhigkeit, so daß das Produkt s # h = Fm = der mittleren Fläche des Oberflächengebirges ist, wenn es über der Grundfläche eingeebnet wurde. Die Anzeige von F erfolgt über die Welle 65, .das Getriebe 66 auf dem Zähler 67. Man erhält nun die mittlere Höhe dadurch, daß F durch die Bezugs länge Bb dividiert wird. Diese wird aber an dem Zähler 13 gemessen. Wenn also der Zähler 13 1000 Zählungen durchgeführt hat, dann betätigt er über den Anschluß 14 das Relais 68, wodurch der Antriebsmotor 64 stillgelegt wird und gleichzeitig das Signal 69 die Ablesung des Zählers 67 freigibt. Bei größeren Meßlängen wird durch das Vorgelege 66 der entsprechende Divisor eingestellt, wie das oben mehrfach geschildert wurde. Auf diese Weise wurde die mittlere Höhe ermittelt.
Die Ermittlung der abgewickelten Länge des Oberflächenprofils erfolgt dadurch, daß das System 60 mit einem zweiten Zeiger 70 versehen ist, welcher eine Rolle 7I mit Getriebe 72 und Zählwerk 73 trägt. Diese Rolle 7I rollt auf einer Trommel 74, die über ein Getriebe 75 von einem Motor 76 angetrieben wird, dessen Klemmen 77 an der elektrischen Welle I2 liegen. Die Trommel 74 dreht sich also proportional zu dem Tastweg des Prüflings 1. Da der Zeiger 70 und damit die Rolle 71 proportional der Oberflächenrauhigkeit abgelenkt werden, beschreibt die Rolle auf der Trommel den Weg des Oberflächenprofils, und ihre Umdrehungen werden auf das Zählwerk 73 übertragen. Da die abgewickelte Länge ebenfalls durch die Bezugslinie Bb dividiert wird, erfolgt in bekannter Weise bei dem entsprechenden Zählerstand von 13 die Abschaltung des Motors 76 durch das an 14 liegende Relais 78. Auch bei längeren Wegen erfolgt die Division durch ein entsprechendes Untersetzungsgetriebe. Auf diese Weise wurde die Länge I ermittelt.
Der mittlere Abstand C der Bergspitzen eines regelmäßigen periodischen Oberflächenprofils wird ermittelt dadurch, daß die Anzahl der Spitzen die Bezugslinie Bb dividiert. Die Länge der Bezugslinie kann an dem Zähler I3 abgelesen werden, während die Anzahl der Spitzen entweder an dem Zähler 38 in der Einrichtung zur. Ermittlung von H oder an dem Zähler 79 in der Einrichtung zur Ermittlung von MT abgelesen werden kann.
Die Division kann nun erfolgen, indem der Zähler 38, der ja zur Messung der größten Höhe l)ereits mit einer Einrichtung zur Abschaltung nach 10, 100 oder einem Vielfachen von 10 und 100 versehen ist, nicht nur das Relais 39 betätigt, sondern auch einem Wegzähler 13a, der dem Wegzähler 13 mit einer Zahnradübersetzung parallel geschaltet ist. Wenn also der Zähler 38 nach 100 Zählungen den Zähler .13a abschaltet, dann kann an ihm nach entsprechellder Einstellung der Dezimale der Abstand C der Drehrillen abgelesen werden. Durch Einstellung eines bestimmten Untersetzungsverhältnisses zwischen 13 und 13a kann, wie oben mehrfach erläutert wurde, auch durch 50 oder 200 usw. dividiert werden.
Zur Ermittlung des Völligkeitsgrades wird hm, welches an dem Zähler 67 abgelesen werden kann, dividiert durch H, abgelesen an dem Zähler 34. Zu diesem Zweck ist das Zählwerk 34 von der entsprechenden Dezimale aus mit einer Welle80 gekuppelt, welcheeine Schnecke 8i trägt, auf der sich der Schieber 82 bewegt. Das Zählwerk 67 ist gleichfalls von der entsprechenden Dezimale aus mit einer Welle 83 mit Schnecke 84 gekuppelt, durch die der Schieber 85 verstellt wird. Durch die Verstellung der Schieber 82 und 85 wird der Zeiger 86 mehr oder weniger geneigt. Er spielt vor einer Skala 87, auf der der Völligkeitsgrad oder der Quotient hm/H abgelesen werden kann.
Es ist ganz selbstverständlich, daß durch die vorbeschriebene Einrichtung jede beliebigeLängenmeßgröße der Oberfläche angezeigt werden kann, soweit sie eine Länge oder die Funktion mehrerer Längen ist. Wenn z. B. vorgeschlagen wird, nicht den Völligkeitsgrad, sondern den Schnittfaktor oder den Quotienten aus der nach der geometrischen Meißelform errechneten größten Rauhigkeitshöhe Herr und der gemessenen größten Rauhigkeitsgröße H (Herr : H) zur Kennzeichnung heranzuziehen, dann geht dies ohne weiteres. Es wird dann die Welle 83 nicht mit dem Zähler 67 gekuppelt, sondern es wird dort mit der Hand Herr eingestellt. Nach der Ermittlung von H kann dann sofort statt des Völligkeitsgrades der Schnittgütefaktor abgelesen werden, ebenso wie beide Einrichtungen zusammen vorgesehen werden können.
In ähnlicher Weise können auch die Winkel und die Abrundungsradien der Rauhigkeit ermittelt und angezeigt werden.
Die vorbeschriebene Einrichtung stellt die geeignete Verbindung von Elementen dar, die die verschiedenen Höhen- und Längenahschnitte der Rauhigkeit der Oberfläche herausschneiden. direkt oder nach Multiplikation Speichenl zuführten und sie dann nach entsprechender Division mit anderen Aleßgrößen zur Anzeige bringen. In der beschriebienen Einrichtung sind diese Rechenglieder zum größten Teil mechanischer Art. Es können aber ebenso auch elektrische Hilfsmittel verwendet werden. So können die Speicher oder Zehlwerke zur Anzeige ersetzt werden durch Kondensatoren oder \\Tiderstände, die mit den Meßwerten aufgeladen werden oder durch diese verstellt werden, so daß das Maß der Aufladung oder Verstellung durch Meßinstrumente (Strom- oder Spannungsmesser.) abgelesen werden kann.
Für die verschiedenen Multiplikationen und Divisionen sind ebenfalls eine Reihe von Mitteln bekannt, z. B. Brückenschaltungen, Hintereinanderschaltung zweier Potentiometer, induktiv mit Ferraris- - oder dynamometrischem Prinzip. Ist das Tastgerät statt mit einem elektrischen mit einem optischen Fühler versehen, dann können die Auslenkungen des Lichtstrahles auf eine Fotozelle geworfen und in elektrische Strom- oder Spannungsänderungen umgewandelt werden, die auf der oben beschriebenen Einrichtung ausgerechnet und als Oberflächenmaßzahlen zur Anzeige gebracht werden können.
Im Gegensatz zu der in Abb. 1- beschriebenen Ermittlung von hrn kann dieses nach Abb. 4 auch in der nachfolgenden Weise ermittelt werden: Der Zeiger go und die Welle 89 des Drehspulsystems 88 werden entsprechend dem Oberflächenprofil ausgelenkt dadurch, daß 88 an die Ausgangsklemmen 5 des Verstärkers 4 angeschlossen ist. Auf der Welle 89 ist der Hebel gI mit der Sperrklinke 92 befestigt, der bei einem Ausschlag von go das Sperrr rad 93 mitnimmt. Durch dieses wird über das Getriebe 94 der Zähler 95 verstellt, bei dem jede Zahl je nach Einstellung 1/1000 oder 1/10 000 mm entspricht.
Der Stromkreis 96 des Systems 88 wird nun in regelmäßigen kurzen Zwischenräumen unterbrochen und wieder eingeschaltet. Hierzu dient der an der elektrischen Welle 12 liegende Motor 97, der mit der Nockenscheibe 98 den Kontal<t 99 öffnet und schließt. Die Geschwindigkeit wird durch das Getriebe 100 eingestellt. Die Anzahl der Unterl>rechungen wird an dem Zähler IOI gezählt. Der Zähler kann so eingestellt werden, daß nach 1000 oder me'hr Unterbrechungen das Relais 102 geschaltet wird und dadurch das System 88 abgeschaltet wird. Auf diese Weise wird hm ermittelt als Mittelwert der Summe der jeweils in bestimuv tem Abstand gemessenen Profilhöhen.
Es können nun Oberflächenprofile abgetastet werden, bei denen nicht nur eine Rauhigkeit, sondern auch eine Welligkeit auftritt. Infolgedessen wird die oben beschriebene Einrichtung, die von einer horizontalen Grundfläche ausgeht, nur die Höhen und Traganteile der Welligkeit plus Rauhigkeit an den Welligkeitsbergen messen. Im allgemeinen wird dies heute von der Oberflächenmeßtechnik gefordert, da man von der Paarung mit der Gegenfläche ausgeht und diese beiden sich in der Welligkeit berühren. Es kommen aber vor allem bei wissenschaftlichen Untersuchungen Fälle vor, bei denen nur die Rauhigkeit oder aber die Rauhigkeit getrennt von der Welligkeit untersucht werden müssen.
Abb. 5 zeigt eine Einrichtung, bei der ein doppeltes Tastsystem vorhanden ist. Die Oberfläche 300 zeigt ein welliges und rauhes Profil. Sie wird abgetastet durch den Winkelhebel 104, der eine Tastuadel IOS mit üblicher feiner Nadelabrundung trägt und daher den Rauhigkeiten ohne weiteres folgen kann. Der Hebel 104 ist mit dem einen Beleg eines kapazitiven Fühlers 106 verbunden. Um den gleichen Drehpunkt 107 des Hebels 104 bewegt sich aber auch der Hebel 108, wider eine Tastnadel 109 trägt. Der Hebel 108 trägt am anderen Ende ebenfalls einen Beleg IRIO eines kapazitiven Fühlers, während ein dritter Beleg III fest mit dem Gehäuse verbunden ist. Die Tastnadel IO9 besitzt eine ebene Fläche oder sehr große Abrundung und ist in der Mitte durchbohrt. Durch diese Bohrung tritt die feine Tastnadel 105. Die Tastnadel 109 kann aber auch nach Abb. 6 eine federnde Fläche 112 tragen, die mit einem Kugel- oder sonstigen Gelenk 113 befestigt ist. Die Wirkungsweise der Anordnung nach Abb. 5 und 6 ist so, daß die Nadel 109 die Rauhigkeiten überbrückt und nur der Welligkeit folgt. Die Nadel .105 folgt der Rauhigkeit und Welligkeit. Durch die Anordnung des kapazitiven Fühlers Io6, 110 und 111 mißt man aber zwischen 106 und 110 die Bewegung der Nadel 105 gegen IO9 (Rauhiglseit), zwischen IIO und I-II die Bewiegung der Nadel 109 gegen Erde (Welligkeit) und zwischen 106 und 111 Welligkeit und Rauhigkeit überlagert. An dem Verstärker 114 können nun zwei Stromänderungen abgenommen werden, bei 115 die Rauhigkeitsstromänderung und bei 116 die Welligkeitsstromänderung. Beide weisen nun eine horizontale Grundlinie auf. Man kann aber auch Rauhigkeit und Welligkeit überlagert verstärken sowie die Welligkeit für sich und kompensiert mit der Welligkeit aus dem überlagerten Profil die Welligkeit 'heraus.
Man kann aber auch mit einem einfachen System arbeiten und am Ende in dem Rauhigkeits-Welligkeits-Gemisch die Rauhigkeit gleichrichten, um so die Welligkeit zurückzubehalten. Mit dieser steuert man einen einfachen Fühler und kompensiert die Welligkeit heraus. Abb. 7 zeigt den Anschluß an den Verstärker 4. Als Gleichrichter ist dort beispielsweise ein ballistisches Galvanometer 117 angeschlossen, welches so träge ist, daß es Dadurch die Rauhigkeit nicht mehr ausschlägt, sondern nur durch die Welligkeit. Mit dem Zeiger des Galvanometers ist ein Potentiometer 1 I8 verbunden, welches eine Gegenspannung 1.19 in den Stromkreis 120 einführt, an dessen Klemme 5 dann die oben beschriebene Meßeinrichtung zur Rauhigkeitsauswertung angeschlossen wird. Wenn die Wirkung des Galvanometers als Gleichrichter bezeichnet wurde, so stellt dieser Vorgang eine Mittelwert- oder Integralbildung dar. Es können also statt des beispielsweise verwendeten Galvanometers alle Einrichtungen mechanischer oder elektrischer Art verwendet werden, die integrierend arbeiten und mit denen eine Gegen spannung erzeugt wird, die die Welligkeit herauskompensiert.
Man erkennt also, daß die beschriebene Einrichtung ein Universalmeßgerät ist, welches rauhe und wellige Oberflächen durch Angabe einer großen Anzahl von Oberflächenmaßzahlen restlos zu kennzeichnen gestattet. Diese Maßzahlen werden angezeigt, es besteht aber keine Schwierigkeit, sie zu drucken, z. B. auf ein gleichzeitig auf einem schreibenden Gerät aufgenommenes Profilbild der Oberfläche. Damit ist eine über den bisherigen Stand der Technik weit hinausgehende Vervollkommnung der Oberflächenmessung erreicht.
Die einzige Unvollkommenheit des Gerätes ist, daß durch die Berührung der endlichen Tastnadel mit der Oberfläche unter Umständen bei l)estimmten Profilen eine Verzerrung eintritt. Dies kann man aber dadurch vermeiden, daß die Oberfläche mit einem Lichtstrahl unter Abänderung des an sich bekannten Lichtschnittverfahrens abgetastet wird. Abb. 8 zeigt z. B. eine OberflächetI2:I, die auf einem Tisch 122 gelagert ist, der durch eine Spindel 123 und Motor 124 verschoben werden kann. Über dem Tisch befindet sich das Lichtschnittgerät nach Prof. Schmaltz, bestehend aus dem Beleuchtungsapparat mit Spalt I25 und dem Beobachtungsapparat I26. Während man aber bisher gemäß Abb. g den gesamten Lichtschnitt betrachtete, wird nun durch eine im Beobachtungsapparat angebrachte dünne, schmale Blende 128 nur ein schmaler und wenig tiefer Teil I29 des Lichtschnittprofils herausgeblendet.
Wenn nun in Abb. 8 die Oberfläche 121 durch I23 und 124 langsam verschoben wird, wandert auch das Lichtband über die Oberfläche, und in dem Okular des Beobachtungstubus I26 wird man beobachten können, daß je nach der Hö51e des Oberflächenprofils mehr oder weniger Licht durch die Blende 128 fällt. Dieses Licht fällt auf eine FotozellelI3o, wird dort in dem Verstärker 131 verstärkt und gelangt an die Ausgangsklemmen 5 dieses Verstärkers und damit in das oben leschriebene Gerät, welches nun völlig selbsttätig sämtliche Oberflächenmaßzahlen zur Anzeige bringt.
Der Vorteil dieser Anordnung gegenüber dem üblichen Lichtschnittgerät ist die selbsttätige Auswertung, die unaljhälgig vom Beobachter immer in der gleichen Weise erfolgt. Der trägheitslose Lichtstrahl gestattet in Verbindung mit einer Einrichtung, in der die Speicller, Multiplikatoren und Divisionsglieder durch elektrische Bauteile, Brücken usw. ersetzt sind, durch die außerordentlich hohe mögliche Tastgeschwindigkeit eine schnelle An -gabe der Oberflächen'maßzahlen. Um Schwankungen in der Lichtstärke durch Inkonstanz der Beleuchtungslampe oder durch veränderte Reflexion der Oberfläche auszuschalten, wird in Abb. g die Blende I28 nicht nur mit dem Spalt I29, sondern noch mit einem zweiten Spalt 132 versehen. Dieser zweite Spalt empfängt sein Licht aber unterhalb des Oberflächenprofils aus dem Lichtband des Oberflächenschnittes.
Abb. ro zeigt, daß das Licht von 129 und I32 auf je eine Fotozelle I33 und I34 fällt, die mit ihren Verstärkern sich in einer Brückenanordnung I35 befinden. Die auf I33 und I34 fallenden Lichtmengen sind nun ungleich, so daß die Brücke aus dem Gleichgewicht kommt. Der im Brückenzweig I36 liegende Nullindikator I37 wird daher abgelenkt. An seinem Zeiger 138 befindet sich eine Blende 139, die das von der Blende 132' auf die Fotozelle fallende Licht abblendet. Dieser Vorgang geht so lange vor sich, bis durch 139 das auf I34 durchgelassene Licht gleich dem auf I33 fallenden Licht ist. Die Verstellung des Zeigers I38 ist dann der Ordinate der Rauhigkeit proportional.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Einrichtung zur Prüfung der Oberflächengüte, bestehend aus einem die zu prüfende Oberfläche abtastenden Taster mit elektrischem oder optisch-elektrischem Fühler und elektrischem Verstärker oder mit sonstiger geeigneter Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß proportional zu den vertikalen Auslenkungen des Tiasters (2, 105/104, IO9/I08) und zu seinem horizontalen Weg bezüglich der abzutastenden Oberfläche (I, 300) Verstellantriebe (I6, 60, 88 88 und 8, 11, 41, 56, 64, 76, 97, I24) betätigt werden, welche die verschiedenen mathematischen Rechenoperationen ausführende und entsprechend der darzustellenden Funktion gekoppelte, als Ergebnis eine größere Zahl von Oberflächenmaß zahlen zur Kennzeichnung der Oberflächengüte anzeigende Rechenwerke antreiben.
2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß statt mittels eines mechanischen Tasters (2) die Oberfläche optisch durch einen nur von der verschiedenen Oberflächengestalt beeinflußten feinen Lichtstraihl (II29), beispielsweise unter Abänderung des an sich bekannten Lichtschnittverfahrens abgetastet wird.
3. Einrichtung nach Anspruch I und 2, dadurch gekennZzeichnet, daß die Anzeige der Oberflächenmaßzahlen auf Rechen- bzw. Zählwerken (13, 13a, 34, 38, 57, 67, 73, 79, 95, 101) mit vorgeschalteten, auf die Vergrößerung der Tasterbewegungen einstellbaren und die Dezimalstelle des Ergebnisses berücksichtigenden Getrieben (z. B. 10, vor 13 und 13a, 32/33, 56, 66, 72, 94) erfolgt.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung besonderer Divisionslgetriebe ein fester, vorzugsweise dezimaler Divisor vorgegeben und mittels der vor den Rechen- bzw. Zählwerken angeordneten Einstellgetriebe (z. B. 32/33, 56, 66, 72, 94, 10, vor I3 und' I3a usw.) in Verbindung mit entsprechender Kennzeichnung der Dezimalstelle auf den Rechen- bzw. Zählwerken des Dividenden eingestellt wird, nach dessen Erreichen durch die Rechen- bzw. Zählwerke des Divisors (z. B. 13/14, 38, 79, 101) mittels beispielsweise elektrisch betätigter Schalter (I5, 39, 54> 5S, 68, 78, 102) oder ausrückbarer Kupplungen (vor 13a) der Rechenvorgang unterbrochen und die Freigabe der Ablesung durch z. B. Signalzeichen (35> 59. 69) angezeigt wird.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 l>is 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein von dem Verstellantrieb (z. 13. i6) bewegter Zeiger oder Hebel (19/21, 46) Schleppeinrichtungen (45, 50/51) beiderseits zur selbsttätigen Einstellung und Kennzeichnung des Gesamtausschlages sowie der oberen und unteren Profilbegrenzungsebene mitnimmt und diese Schleppeinrichtungen vorzugsweise mit Mittlen zur Steuerung der Recheneinrichtungen von diesen Bezugsebenen aus, beispielsweise mit Schaltern, vorzugsweise um bestimmte Beträge federnden Kontakten (36, 47/48/49) versehen sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschlagsweite eines Verstellantriebes (I6) fortlaufend auf einem Additionszähler (34) addiert, die Anzahl der Ausschläge auf einem Divisorzähler (38) summiert wird und durch sperrende Mittel (z. 13. 19 bis 31) zu kleine Amplituden oder kurze Rückläufe von der fortlaufenden .ddition angeschlossen werden, während eine Division durch einen vorgegebenen Divisor mittels eines Divisorzählers (38) erfolgt.
7. Abart der Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Verstellantrieb (I6) zugeführten Ströme bzw. Spannungen durch einen Schalter (44) proportional zu bestimmten, z. B. mittels eines Getriebes (42) einstellbaren horizontalen Bewegungen des Tasters kurzzeitig unterbrochen werden.
8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß während der Betätigung eines Schalters (47/48) auf einem Rechenzähler (57) die horizontalen Bewegungen des Tasters fortlaufend addiert und auf einem Zähler (79) die Anzahl der Betätigungen gezählt werden, während eine Division durch einen vorgegebenen Divisor mittels des Divisorrechenzählers (13) erfolgt.
9. Abart der Einrichtung nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß durch mehrere Einrichtungen (46 bis ,7) mit verschieden langem Federungsweg der Federn (49) horizontale Tastwege in beliebiger Höhenlage zu demOberflächenprofil summierbar sind.
10. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Verstellantrieb (60) eine über ein Einstellgetriebe (66) ein Rechen- bzw. Zählwerk (67) antreibende Friktionsrolle (62) auf der durch einen Motor (64) proportional zu den horizontalen Bewegungen des Tasters (2) umlaufenden Scheibe (63) verstellt wird' und die Anzeige auf dem Zähler (67) durch einen vorgegebenen Divisor mittels eines Divisorzählers (13) dividiert wird.
11. Einrichtung nach Anspruch I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß einem Verstellantrieb (88) in Intervallen des horizontalen Tasterweges mittels eines Schalters (z. B. 99) die von dem Verstärker (4) gelieferten, den vertikalen Tasterbewegungen proportionalen Ströme bzw.

Spannungen zugeführt, auf einem Rechenzähler (95) fortlaufend die Ausschlagsweiten des Verstellantriebes (88) addiert und durch den an dem Zähler (ioi) vorgegebenen Divisor dividiert werden.
12. Einrichtung nach Anspruch I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf einem Rechenzälhler (13a) erfolgende Summation des horizontalen Tastweges durc'h die Divisorrechenzähler (38 bzw. 79) abschaltbar ist.
13. Einrichtung nach Anspruch I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein Divisionsrechenwerk, beispielsweise zwei zueinander senkrechte Schraubgetriebe (81, 84) mit Gleitffihrungen (82> 85), die proportional zu zwei Oberflächenmaßzahlen, beispielsweise den Ergebnissen auf zwei Rechenzählwerken (34> 67), selbsttätig verstellt werden, mittels eines Zeigers (86) auf einer Skala (87) der Quotient zweier Oberflächenmaße angezeigt wird.
14. Ablart der Einrichtung nach Anspruch rg, gekennzeichnet durch die Einstellbarkeit eines der beiden Schraubgetriebe bzw. an der Ouotientenbildung beteiligten Rechenwerkes von Hand auf einen vorgegebenen Wert.
.15. Einrichtung nach Anspruch I bis 5, da--durch gekennzeichnet, daß ein Verstellantrieb (60) eine auf einem proportional zu der horizontalen Tasterbewegung umlaufenden Antriebssystem (74) laufende Friktionsrolle (7I) verstellt, die sich tangential zu beiden Bewegungen einstellen kann und deren Umdrehungen über ein Einstellgetriebe (72) fortlaufend auf dem Rechenzähler (73) summiert und mittels des Divisorrechenzählers (13) durch einen vorgegebenen Divisor dividiert werden.
I6. Einrichtung nach Anspruch I bis 15> dadurch gekennzeichnet, daß zur getrennten Messung von Rauhigkeit und Welligkeit zwei Tastköpfe vorhanden sind, von denen der eine eine Tastspitze (105), der andere eine Tastfläche (109) besitzt.
17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Tastkopf mit einem eigenen Fühler (106, 110), Verstärker (114) und entsprechenden Verstärkerausgängen (115, .i i6) zur getrennten Anzeige der Rauhigkeits-und Welligkeitsmaße versehen ist.
18. Einrichtung nach Anspruch I6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastspitze (105) durch die Mitte der Tastfläche (109) tritt und l)eide vorzugsweise den gleichen Gelenkpunkt (107) haben.
19. Einrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine federnde, vorzugsweise als Blattfeder ausgebildete Tast- bzw. Gleitfläche (112), die sich in jedem Punkte der Welligkeit tangential zu i'hr einstellen und die Rauhigkeit ülierbrüdien kann.
20. Einrichtung nach Anspruch I bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die der überlagerten Rauhigkeit und Welligkeit entsprechenden Strom- bzw. Spannungsänderungen zwei elektrischen Kreisen zugeführt werden, in deren einem eine integrierende Einrichtung, z. B. ein ballistisches Galvanometer (II7), vorgesehen ist. das zur Anzeige bzw. als Verstellantrieh für Welligkeitsrecheneinrichtungen dient als auch der Welligkeit proportionale Stromänderungen (119) erzeugt, mit denen in dem anderen elektrischen Kreise die Welligkeit herauskompensiert wird und Idie der Rauhigkeit allein proportionale Stromänderung zur Verstellung einer die Rauhigkeitsrecheneinrichtungen betätigenden Verstelleinrichtung (I6) übrigbleibt.
21. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 5, gekennzeichnet durch eine Blende (128) mit einem schmalen Schlitz (129) im Strahlengang des Tubus (I26) und eine Fotozelle (130) mit Verstärker (131).
22. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 5 und 21, gekennzeichnet durch einen weiteren Schlitz (132) in der Blende (128) als Mittel zur Beseitigung der Inkonstanz Ider Beleuchtungseinrichtung (I25) und der veränderlichen Reflexion der Oberfläche (I2I) durch Gegeneinanderschalten der durch die beiden Schlitze (I29, I32) fallenden Lichtmengen.
23. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 15 und 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die beiden Schlitze (128, 132) fallenden Lichtmengen über zwei Fotozellen (133, 134) und anschließende elektrische Verstärkung einen Nullmotor (132) verstellen, der gleichzeitig als Verstellantrieb für die Recheneinrichtungen dient.
24. Einrichtung nach Anspruch l>is I5, 20 und 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige der Rechenzählwerke durch gleichzeitig mitbetätigte druckende Rechenzählwerke auf Prüfkarten, vorzugsweise auf dem das Oberflächenprofil enthaltenden Registrierstreifen ahgedruckt wird.