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Oberflächenprüfgerät zur Feststellung des Traganteils von gewölbten
Flächen anderer Art als Ebenen oder Außenflächen von Zylindern Zusatz zum Patent
865934
Das Patent 885 934 betrifft eine Anordnung zur optischen Oberflächenprüfung,
bei der der Prüfling mit regelbarem Anpreßdruck gegen ein Prüfprisma gedrückt und
die Totalreflexion beobachtet wird.
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Eine Bedingung der Oberflächenprüfgeräte, die mit der Störung der
Totalreflexion arbeiten, ist, daß das Licht von einer Seite auf die totalreflektierende
Fläche fällt und nach der anderen Seite reflektiert wird. Da die totalreflektierende
Fläche stets die Hypotenusenfläche eines durchsichtigen Prismas ist, fällt das Licht
bei Geräten bisheriger Ausführung stets durch eine Kathetenfläche des Prismas ein
und durch die zweite wieder aus.
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Es gibt jedoch eine ganze Reihe technischer Oberflächen, bei denen
dieses Verfahren nicht angewendet werden kann, weil die Flächen nur von einer Seite
aus zugänglich sind. Zu diesen Flächen gehören beispielsweise die Flanken von Zahnrädern
und Sackbohrungen.
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Sollen derartige Flächen geprüft werden, so muß durch entsprechende
Einrichtungen dafür gesorgt werden, daß, trotzdem das Licht von derselben Seite
aus zur Hypotenusenfläche gelangt, wie die Betrachtung erfolgt, eine Totalreflexion
bzw. bei der Prüfung eine Störung der Totalreflexion auftritt.
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Die erwähnten Flächen, nämlich Zahuflanken und Bohrungen, bieten
aber noch eine weitere Schwierigkeit insofern, als eine einfache Regelmäßigkeit
wie bei Auflenzylindern oder ebenen Flächen nicht vorhanden ist, so daß es weitaus
schwieriger ist, die Teile so aufzunehmen, daß die Berührungsstelle zwangsläufig
im Blickfeld des blikroskops liegt. Besonders bei Zahnflanken macht dies außerordentliche
Schwierigkeiten, weil die Oberfläche allein als Ausgangspunkt für die Aus-Wichtung
nicht dienen kann.
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Weiterhin erschwerend für die gestellte Aufgabe kommt noch hinzu,
daß möglichst die ganze im Mikroskop sichtbare Berührungsstelle gleichzeitig scharf
abgebildet erscheinen soll. Das bedeutet aber, daß für sämtliche Berührungsstellen
zwischen Prüfkörper und Prüfling nahezu gleiche Objektentfernung für das Mikroskop
vorhanden sein soll, Dann müssen jedoch die einfallenden und total reflektierenden
Strahlen senkrecht zu dieser Berührungslinie stehen bzw. beide in einem senkrechten
Schnitt zur Krümmungsachse der zu prüfenden Oberfläche liegen.
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Beim Gegenstand der Erfindung wird diese Aufgabe auf folgende Art
und Weise gelöst: Der Strahlengang des Lichtes wird in das Mikroskop geleitet, so
daß Beleuchtung und zum Auge des Beschauers gelangende Strahlen achsengleich bzw.
achsenparallel laufen. Das Mikroskop ist auf die eine Kathetenfläche des Prüfprismas
gerichtet, so daß die Beleuchtung durch diese Kathetenfläche fällt und zur Hypotenusenfläche
gelangt. Von dieser wird das Licht total reflektiert und gelangt zur zweiten Katheteufläche
Die Besonderheit der Erfindung ist Ilun, daß diese Kathetenfläche bespiegelt ist,
so daß das Licht senkrecht oder nahezu senkrecht auf diese Fläche auftrifft, erneut
reflektiert wird und wieder zur Hypotenusenfläche zurückkehrt, wo ebenfalls erneut
Totalreflexion erfolgt.
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Die Störung dieser Totalreflexion durch angelegte Prüflinge kann
nun, wie bekannt, im Mikroskop beobachtet werden.
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Die Art der zu prüfenden Oberfläche kann es nun notwendig machen,
daß nicht mit einem gewöhnlichen rechtwinkeligen Dreiseitenprisma gearbeitet werden
kann, so daß ein Einfallen des Lichtes durch eine Kathetenfläche und die Spiegelung
an einer zweiten Kathetenfläche nicht ohne weiteres möglich ist. Besonders ist dies
dann der Fall, wenn das Gesamtblickfeld im Mikroskop scharf erscheinen soll, die
Blickrichtung also, wie z. B. bei Bohrungen, parallel zur Berührungslinie läuft.
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B'ie bereits früher ausgedrückt, kann ein durch gehend scharfer Blickfeld
nur dadurch erreicht werden. daß der von der Berührungsstelle ausgehende Strahl
senkrecht zur Berührungslinie läuft Infolgedessen ist eine weitere Umlenkung, der
Strahlen notwendig.
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In der Abb. I ist im Schnitt bzw. in der Draufsicht eine Bohrung
dargestellt, in der sich die Spiegel A, B, D und E befinden. Der Spiegel A reflektiert
den in Längsrichtung kommenden Strahl, daß er den Spiegel B trifft und von diesem
erneut gegen das Prüfprisma C abgelenkt wird, daß an dessen gebogener Hypotenusenfläche
Totalreflexion auftritt. Infolge dieser gelangt der Lichtstrahl zum Spiegel D und
von diesem reflektiert zum Spiegel E, der ihn wieder parallel zur Bohrungsachse
aus der zu prüfenden Bohrung herauswirft.
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Zur weiteren Verbesserung kann man die reflektierenden Flächen in
einem Prisma vereinigen.
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\weiterhin kann man den Strahlengang so legen, daß die ein- und austretenden
Strahlen achsengleich laufen und dadurch ein Minimum an Platz benötigt wird.
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Die beispielsweise Ausführung eines derartigen Prüfprismas ist in
Abb. 2a und 2b dargestellt.
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Der eintretende Strahl trifft, von der Fläche F GHJ reflektiert,
gegen die spiegelnde Seitenfläche KLMN, von dieser gegen die totalreflektierende
gewölbte Hypotenusenfläche. Durch die Totalreflexion gelangt der Strahl gegen die
spiegelnde Seitenfläche G O P Q, von der er senkrecht wieder zur totalreflektierenden
Prüffläche zurückgeworfen wird und von dieser den gleichen Rückweg über die erste
Seitenfläche und die Fläche F GH J in das Mikroskop nimmt.
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Derartige Prüfprismen geben, wie bekannt, dadurch Aufschluß über
die Güte eines Körpers, daß die Abweichungen des Prüflings von der Form des Prüfkörpers
durch Störung der Totalreflexion erkannt werden.
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Sollen hochwertige Flächen Igeprüft werden, so ist es selbstverständlich
notwendig, daß die Prüffläche des Prüfkörpers eine äußerst gute Fläche darstellt,
da sonst ihre Fehler ebenfalls angezeigt werden und hierdurch ein falsches Ergebnis
erzielt wird.
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Durch Schleifen und Polieren lassen sich zwar hochwertige Flächen
herstellen, jedoch bleiben immer Bearbeitungsspuren zurück. Läßt man dagegen eine
Fläche durch Erstarren aus dem flüssigen bzw. teigigen Zustand sich bilden, so ist
diese Fläche zwar, makrogeometrisch gesehen, nicht einwandfrei eben, mikrogeometrisch
stellt sie jedoch höchste Obe!rflächengüte dar.
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Das besondere Kennzeichen der erfindungsgemäßen Oberflächenprüfgeräte
ist daher, daß in ihm Prüfprismen verwendet werden, deren Prüffläche durch Erstarren
aus flüssigem oder teigigem Zustand gebildet wurde.
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Die Schwierigkeiten der Prüfung von Flächen, wie Zahnflanken und
Bohrungen, sind hiermit jedoch noch nicht überwunden. Bei Zahnrädern insbesondere
sind hierzu besondere Vorrichtungen notwendig, da die Krümmung der zu prüfenden
Fläche wechselt und eine Ausrichtung nach dieser Fläche wie bei zylindrischen Körpern
nicht möglich ist.
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Ein schnelles Prüfen von Oberflächen ist nur dann möglich, wenn das
Prüfgerät auf bestimmte Werte eingestellt wird und infolgedessen. Prüfling und Prüffläche
sich zwangsläufig: im Blickfeld des Gerätes berühren und nicht erst durch Verschieben
des Prüflings versucht werden muß, eine Berührung im Blickfeld zu erreichen. Es
genügt also
keineswegs, eine Priiffläche an eine Zahnflanke anzulegen,
weil dann die Berührungsstelle in den seltensten Fällen im Blickfeld sein wird.
Ohne die erfindungsgemäßen Einrichtungen ist also ein umständliches Suchen erforderlich.
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Bei dem erfindungsgemäßen Gerät erfolgt vor der Prüfung die Einstellung
auf Teilkreis und Eingriffswinkel der Verzahnung. Damit ist garantiert, daß sich
Prüffläche und Zahnflanke im Blickfeld des Mikroskops berühren. Bei der Ausgestaltung
wird die Tatsache benutzt, daß bei einer Zahnflanke die Tangente im Teilkreis mit
dem Teilkreisradius an dieser Stelle den Eingriffswinkel bildet. Diese Stelle der
Flanke wird als zu prüfende Stelle ausersehen.
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Das erfindungsgemäße Gerät nach Abb. 3 besteht im wesentlichen aus
einem Schieber R mit einer Aufnahme für das zu prüfende Zahnrad und einer Schwinge
S, deren Drehachse .11IS in der Längsachse T-T' des Schiebers liegt und auf der
ein Oberflächenprüfgerät Opr befestigt ist, und zwar so, daß die PrüfflächePF durch
die Drehachse der Schwinge geht und die Strahlenachse ebenfalls. Die Berührung zwischen
Prüfling und Prüffläche muß also in der Drehachse der Schwinge erfolgen. Dies wird
erreicht, indem die Schwinge S so geschwenkt wird, daß die PrüfflächePF mit der
Längsachse 7'-T' des Schiebers R den Eingriffswinkel der zu prüfenden Verzahnung
bildet und der Schieber R so verschoben wird, daß die Mitte des Zahnrades von der
DrehachseMS der Schwinge S eine Entfernung gleich dem halben Teilkreis des Zahnrades
hat. Wird jetzt die Zahnflanke in bekannter Weise angedrückt, so muß die Berührungsstelle
im Mikroskop sichtbar sein. Die Schwinge S und der Schieber R sind mitWinkd- bzw.
Längenmaßstäben versehen, die die Einstellung von Eingriffswinkel und Teilkreisdurchmessern
direkt nach geforderten Werten gestatten.
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Mit einem Gerät dieser Ausführung kann jedoch nur die Oberflächengüte
der Flanke im Teilkreis geprüft werden. Durch eine weitere erfindungsgemäße Ausführung
ist die Prüfung der ganzen Flanke möglich. Dies ist in Abb. 4 dargestellt.
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Das Mikroskop und das Prüfprisma ist auf einem Schieber U befestigt,
und zwar so, daß die Hypotenusenfläche von letzterem, an der die Totalreflexion
stattfindet, parallel zur Achse V-V' steht.
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Der Schnittpunkt des Strahlenganges des Mikroskops mit der Hypotenusenfläche
soll auf der I,inie W-W' liegen. Das Zahnrad wird mit Hilfe des SchiebersX so aufgenommen
bzw. mit Hilfe der Skala Z so eingestellt, daß der Abstand seines Mittelpunktes
von der AchseW-W' dem halben Grundkreisdurchmesser entspricht. Durch eine geeignete
Andrückvorrichtung wird der notwendige Anpressungsdruck an die Prüffläche des Prüfprismas
in bekannter Weise erzeugt. Durch Bewegen des Mikroskopschiehers U tritt eine Abwälzbewegung
ein, durch die nacheinander alle Stellen der Flanke zur Anlage an das Prüfprisma
kommen, und zwar jeweils im Blickfeld des Mikroskops.
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PATENTANSPR(JCHE: I. Oberflächenprüfgerät nach Patent 885 934 zum
Prüfen von nur einseitig zugänglichen Stellen, wie Zahnflanken und Bohrungen, auf
Traganteil nach dem Verfahren der teilweise gestörten Totalreflexion, dadurch gekennzeichnet,
daß die ein- und ausfallenden Strahlen parallel zueinander geleitet werden und vorzugsweise
durch entsprechend angeordnete reflektierende Flächen (A, B, D, E) zu der total
reflektierenden Fläche (Prüffläche) geleitet werden.