DE929877C - Rauhigkeitsmessvorrichtung - Google Patents

Rauhigkeitsmessvorrichtung

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DE929877C
DE929877C DE1953P0009162 DEP0009162A DE929877C DE 929877 C DE929877 C DE 929877C DE 1953P0009162 DE1953P0009162 DE 1953P0009162 DE P0009162 A DEP0009162 A DE P0009162A DE 929877 C DE929877 C DE 929877C
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probe
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piezoelectric
damping
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DE1953P0009162
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Inventor
Walter Hecker
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Philips Intellectual Property and Standards GmbH
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Philips Patentverwaltung GmbH
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/34Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

  • Rauhigkeitsmeßvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Rauhigkeitsmeßvorrichtung mit einem piezoelektrischen, die Unebenheiten der zu untersuchenden Oberfläche abtastenden und in elektrische Spannungen umwandelnden Tastkopf und einem Anzeigeverstärker für die elektrischen Spannungen. Mit derartigen Vorrichtungen ist es möglich, die Beschaffenheit der Oberfläche von bearbeiteten Maschinenteilen u. dgl. zu messen, und zwar handelt es sich hierbei um eine Vergleichsmessung. Die Rauhigkeit des Werkstückes wird dabei mit der Rauhigkeit eines Normals verglichen, und als Rauhigkeitsmaß dient der mittlere Abstandsunterschied zwischen den Spitzen der Oberflächenunebenheiten und einer durch die Unebenheiten laufenden Mittellinie.
  • Bei den für diesen Zweck bekanntgewordenen Meßeinrichtungen ist ein Tastkopf vorgesehen, der mit der Hand über die zu untersuchende Oberfläche bewegt wird. Die hierbei in dem Tastkopf erzeugte elektrische Spannung ist der Rauhigkeit proportional. Der Tastkopf besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse, das an seiner Unterseite einen Führungsstift trägt und in dem ein Plättchen mit piezoelektrischen Eigenschaften angeordnet ist.
  • Dieses Plättchen besitzt an seinem freien Ende einen Fühlstift, der unten aus dem Gehäuse herausragt.
  • Beim Bewegen des Tastkopfes folgt der Führungsstift den kleinen Unebenheiten der Oberfläche nicht, im Gegensatz zu dem Fühlstift, der bei seiner durch die Unebenheiten bedingten Vertikalbewegung entsprechende piezoelektrische Spannungen erzeugt.
  • Ein Nachteil dieser bekannten RauhigkeitsmeB-vorrichtung besteht darin, daß die Führung des Tastkopfes von Hand erhebliche Übung voraussetzt, um sichere und reproduzierbare Meßergeb- nisse zu erzielen. Diese Übung- kann aber nicht in allen Fällen vorausgesetzt werden, und man hat daher bereits versucht, diesem Nachteil durch einen maschinellen Antrieb des Tastkopfes zu begegnen.
  • Man hat also eine Einrichtung geschaffen, in die der Tastkopf eingespannt werden konnte und die beispielsweise mittels eines kleinen Elektromotors, der mit einem Untersetzungsgetriebe und einem Kurbelgetriebe od. dgl. versehen war, den Tastkopf in waagerechter Richtung über die zu messende Oberfläche hin und her bewegte. Hierbei hat sich jedoch ergeben, daß die gewünschte Meßsicherheit damit zwar erreicht, die Empfindlichkeit der Anzeige aber merklich herabgesetzt wurde.
  • Die Erfindung hat sich zum Ziele gesetzt, diesen Nachteil zu beseitigen und beruht auf der Erkenntnis, daß die durch den motorischen Antrieb unvermeidlichen Vibrationen vom Tastkopf ferngehalten werden müssen, da sie sich auf das piezoelektrische Umformerelement übertragen und in diesem eine Störspannung erzeugen, die die Meßerripfindlichkeit erheblich herabsetzt. Bei kleinen Rauhigkeitsgraden gelangt nämlich die von der Rauhigkeit erzeugte elektrische Spannung in die Größenordnung der Störspannung. Die Erfindung kennzeichnet sich dementsprechend dadurch, daß ein die Unsicherheit manueller Tasterführung ausschließender elektromechanischer Tastkopfantrieb vorgesehen ist, bei dem durch geeigneteDämpfungsmittel nicht von der Meßfläche herrührende Vibrationen vom piezoelektrischen Umformer ferngehalten werden.
  • Besteht das Antriebsmittel des Tastkopfes aus einem Elektromotor mit Untersetzungs- und Kurbeltrieb, so kann die Erfindung zweckmäßig in der Weise ausgebildet sein, daß der Tastkopf über ein Dämpfungsglied, vorzugsweise aus Schwammgummi, mit dem Kurbeltrieb gekuppelt ist. Dieses Dämpfungsglied überträgt sodann die Meßbewegung auf den Tastkopf, hält aber Vibrationen des im allgemeinen verhältnismäßig schnell laufenden Motors vom Tastkopf fern.
  • Eine Rauhigkeitsmeßvorrichtung nach der Erfindung kann zweckmäßig auch derart ausgestaltet sein, daß als dämpfendes Kupplungsglied zwischen dem mit einer Untersetzung ausgerüsteten Antriebsmotor und dem Tastkopf eine biegsame Welle Verwendung findet, wobei das Tastkopfgehäuse stillstehend angeordnet und der piezoelektrische Umformer in ihm in seiner Längsrichtung verschiebbar gelagert ist. Hierbei kann die Drehung der flexiblen Welle beispielsweise durch ein taumelscheibenähnliches Glied auf das Piezoelement übertragen werden, und es ergibt sich der Vorteil, daß der Tastkopf von Hand an die zu messende Stelle gebracht werden kann, dort aber nicht weiterbewegt zu werden braucht. Durch Anordnung mehrerer Führungsstifte am Tastkopf läßt sich eine sichere Auflage erzielen, so daß eine einwandfreie Messung gewährleistet ist. Es hat sich gezeigt; daß eine solche biegsame Welle eine genügende Dämpfung für die Vibrationen des Antriebs besitzt, so daß die volle Meßempfindlichkeit erzielbar ist.
  • Eine andere- zweckmäßige Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß der im ruhenden Tastkopf angeordnete Piezoumformer durch eine Magnetanordnung, die im Tastkopf untergebracht ist und mit einem Wechselstrom sehr niedriger Frequenz gespeist wird, seine Längsverschiebung erfährt und durch Luftpolster in seiner Bewegung gedämpft ist. Hierbei wird der Vorteil erhalten, daß durch Vermeidung eines motorischen Antriebs Vibrationen von vornherein ausgeschlossen sind, während durch die Speisung mit einem Wechselstrom sehr niedriger Frequenz auch Störspannungen kaum unmittelbar auf kapazitivem oder induktivemWege auf die Meßleitungen gelangen können.
  • Um die bei der jeweiligen Bewegungsumkehr des oszillierenden Antriebs möglicherweise auftretenden Erschütterungen aufzufangen bzw. vom Piezoumformer fernzuhalten, ist die erwähnte Luftpolsterdämpfung vorgesehen.
  • Die Erfindung wird an Hand einiger in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele des näheren erläutert, und zwar zeigt Fig. I eine Vorrichtung nach der Erfindung, bei der der Tastkopf durch einen Elektromotor über ein Schneckengetriebe und eine Kurbelschleife angetrieben wird, im Aufriß, Fig. 2 die gleiche Einrichtung im Grundriß, Fig. 3 einen Tastkopf mit längsverschiebbarem Piezoumformer und Antrieb über eine biegsame Welle, und Fig. 4 einen Tastkopf mit einer eingebauten, den Piezoumformer antreibenden Magnetanordnung.
  • In Fig. I und 2 ist der Tastkopf üblicher Ausführung mit I bezeichnet. Zu seinem Antrieb dient ein Elektromotor 2, der an einem Stativ 3 in der Höhe verstellbar angeordnet ist und durch eine Klemmvorrichtung 4 in jeder beliebigen Lage festgestellt werden kann. Der Motor 2 ist mit einem Schneckenuntersetzungsgetriebe 5 ausgerüstet, das die Drehzahl auf den für die Meßbewegung brauchbaren Wert von etwa 2 bis 3 Umläufen pro Sekunde herabsetzt und über eine Kurbelschleife 6 ein Gestänge 7, 8 antreibt, an dessen Ende der Tastkopf I gehaltert ist. Um eine Beschädigung des Tastkopfes zu vermeiden, soll dieser stets auf dem Werkstück 9 leicht, d. h. etwa mit seinem Eigengewicht, aufliegen. Daher ist zwischen den Teilen 7 und 8 des Gestänges ein Gelenk 10 vorgesehen, das etwa nach Art des Ellenbogengelenkes ein Anlüften des Tastkopfes I nach oben erlaubt, ein Abwärts senken über die Waagerechte hinaus aber verhindert.
  • Ist der Tastkopf I starr mit dem Gestänge 7, 8 verbunden, so übertragen sich offenbar die Vibrationen des Motors. 2 unmittelbar auf den Tastkopf I und können in seinem Piezoumformer eine Störspannung erzeugen. Um dies zu vermeiden, ist zwischen dem Gestänge 7, 8 und dem Tastkopf I ein Dämpfungsglied in Gestalt eines Schwammgummi futters II vorgesehen, das die mechanische Kupplung zwischen diesen beiden Teilen herstellt, eine Übertragung der Vibrationen aber verhindert.
  • In Fig. 3 ist ein Tastkopf im Schnitt im Auf-und Grundriß dargestellt mit einem Gehäuse 2I, das an seinem vorderen Ende einen Führungsstift 22 unten herausragend trägt. Im Gehäuse ist ein Gleitkörper 23 längsverschiebbar angeordnet, der einseitig einen Fortsatz 24 aufweist, mit dem er sich unter dem Einfluß einer Feder 25 gegen die schräge Vorderfläche eines taumelscheibenartigen Gliedes 26 stützt. Das letztere besitzt einen Wellenzapfen27, der links aus dem Gehäuse 21 herausragt und mittels der aus den Spiralen 28 und dem Spiralschlauch 29 bestehenden biegsamen Welle angetrieben wird. Weiterhin ist im Gleitkörper 23 ein piezoelektrischer Umformer 30 befestigt, der an seinem vorderen Ende mit einem Fühlstift 3I ausgerüstet ist. Außer dem Führungsstift 22 ist noch mindestens ein weiterer Führungsstift 33 am Gehäuse2I befestigt. Im Oberteil des Gehäuses mündet ein Kabel 34 von zweckmäßig konzentrischer Bauart, an das unterhalb eines Gehäusedeckels 35 die Zuführungsleiter 36 des Piezoumformers angeschlossen sind.
  • Setzt man den in Fig. 3 dargestellten Tastkopf so auf die bezüglich ihrer Rauhigkeit zu untersuchende Werkstückoberfläche, daß die Führungsstifte 22, 23 fest aufruhen, und rotiert gleichzeitig die biegsame Welle 28, 29, so wird hierdurch das Gleitstück 23 in eine längsgerichtete Hinundherbewegung versetzt. Dementsprechend wird der auf der Werkstückoberfläche aufrubende Fühlstift 3I bewegt und vermittelt elektrische Spannungen an das Kabel 34 und den an dieses angeschlossenen Verstärker, die der Rauhigkeit der Werkstückoberfläche proportional sind. Vibrationen des den Antrieb bewirkenden Motors können über die biegsame Welle 28, 29 nicht auf den Tastkopf übertragen werden, so daß die an das Kabel 34 abgegebenen Spannungen frei von Störspannungen sind.
  • Bei dem in Fig. 4 dargestellten Tastkopf ist von vornherein der Entstehung von störenden Vibrationen dadurch vorgebeugt, daß an Stelle eines Elektromotors eine Magnetanordnung als Antrieb benutzt wird. Hierbei besteht das Gehäuse 41 des Tastkopfes aus ferromagnetischem Material und trägt in entsprechenden ringförmigen Ausnehmungen zwei Spulen 42 und 43. Diese werden aus einer Wechselstromquelle gespeist, deren Frequenz etwa 2 bis 3 Hz beträgt und die zweckmäßig mit dem Anzeigeverstärker des Rauhigkeitsmeßgerätes räumlich vereinigt ist. Als Wechselstromquelle kann beispielsweise eine Röhrenkippschaltung dienen, die rechteckige gleichlange Impulse liefert, wobei aber vorteilhaft die Rechteckform durch entsprechende Filteranordnungen stark abgerundet ist, so daß sie sich der Sinusform nähert. Diese Maßnahme ist zweckmäßig, um einen weichen Gang der Vorrichtung zu erzielen und gleichzeitig eine kapazitive oder induktive Übertragung dieser Spannung auf den Meßteil zu erschweren oder zu verhüten. Die Spulen 42 und 43 sind so geschaltet, daß im Tastkörper 41 der Reihe nach abwechselnd magnetische Nord- und Südpole entstehen, die ihre Polarität im Takte der speisenden Frequenz wechseln.
  • Auf einem Führungsstab 44 im Innern des Tastkörpergehäuses ist ein stabförmiger Dauermagnet 45 befestigt, und der Führungsstab ist in Lagerungen 46 längsverschiebbar angeordnet. Unter dem Einfluß der wechselnden Magnetisierung des Gehäuses 42 erfolgt demnach eine hin und her gehende Längsverschiebung des Magnetstabes 45 bzw. des Führungsstabes44. Letzterer trägt an seinem einen äußeren Ende den Piezoumformer 47, der auf diese Weise die für die Messung erforderlichen Längsbewegungen ausführt. Für den Anschluß des Anzeigeverstärkers einerseits und der niederfrequenten Speisestromquelle andererseits ist am Ende des Tastkopfes eine Buchsenanordnung 48 vorgesehen, die mit Hilfe eines entsprechenden Steckers und eines mehradrigen abgeschirmten Kabels mit dem Anzeigeverstärker bzw. der Stromquelle verbunden wird.
  • Durch Anwendung einer Kurvenform, die wenigstens, wie beschrieben, annähernd der Sinusform entspricht, wird eine sehr gleichmäßige Bewegung des Piezoumformers 47 erreicht. Darüber hinaus dienen die rechts und links des Stabmagneten 45 zwischen diesem und den Lagerungen46 vorhandenen ringförmigen Lufträume dadurch als Polster, die die Bewegung noch weiter dämpfen, daß sie mit der Außenluft über entsprechend knapp bemessene, nicht weiter dargestellte, enge Kanäle verbunden sind. Im allgemeinen genügt hierfür das unvermeidliche Spiel zwischen dem Führungsstift 44 und den Bohrungen in den Lagerungen 46. Es sei noch erwähnt, daß der Führungsstab 44 wenigstens an einem Ende rechteckigen Querschnitt aufweisen sollte, damit eine Drehung des Magneten45 um seine Längsachse und damit ein Abheben des Fühlstiftes 49 von der Werkstückoberfläche verhindert wird.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRUCHE: I. Rauhigkeitsmeßvorrichtung mit einem piezoelektrischen, die Unebenheiten der zu untersuchenden Oberfläche abtastenden und in elektrische Spannungen umwandelnden Tastkopf und einem Anzeigeverstärker für die elektrischen Spannungen, gekennzeichnet durch einen, die Unsicherheit manuellerTasterführung ausschließenden elektromechanischen Tastkopfantrieb, bei dem durch Dämpfungsmittel nicht von der Meßfläche herrührende Vibrationen vom piezoelektrischen Umformer ferngehalten werden.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch I unter Verwendung eines Elektromotors mit Untersetzungs- und Kurbeltrieb als Antriebsmittel, daduroh gekennzeichnet, daß der Tastkopf (I) über ein Dämpfungsglied (11), vorzugsweise aus Schwammgummi, mit dem Kurbeltrieb (6) gekuppelt ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch I, gekennzeichnet durch die Verwendung einer biegsamen Welle (28, 29) als dämpfendes Supp- lungsglied zwischen dem mit einer Untersetzung ausgerüsteten Antriebsmotor und dem Tastkopf, so daß dessen Gehäuse (2I) stillstehend angeordnet und der piezoelektrische Umformer (30) in ihm in seiner Längsrichtung verschiebbar gelagert ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der im ruhenden Tastkopf angeordnete Piezoumformer (47) durch eine Magnetanordnung (42, 43, 45), die im Tastkopf untergebracht ist und mit einem Wechselstrom sehr niedriger Frequenz gespeist wird, seine Längsverschiebung erfährt und durch Luftpolster in seiner Bewegung gedämpft ist.
    Angezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 460 726; deutsche Patentschrift Nr. 870 765; P athen, »Prüfen und Messen der Oberflächengestalt«, I949, S. II8.
DE1953P0009162 1953-02-08 1953-02-08 Rauhigkeitsmessvorrichtung Expired DE929877C (de)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2460726A (en) * 1943-01-11 1949-02-01 Brush Dev Co Surface roughness measuring device
DE870765C (de) * 1943-07-10 1953-03-16 Johannes Dr-Ing Perthen Unmittelbares, selbsttaetiges Oberflaechenmessgeraet

Patent Citations (2)

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