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Profilschreiber
Bei der Aufzeichnung von Oberflächenprofilen wird der
senkrechte Maßstab im allgemeinen in einem anderen Vergrößerungsverhältnis geschrie
ben werden als der horizontale Maßstab. Dies hat den Nachteil, daß das wirkliche
Profil der Oberflächenrauheit nicht maßstäblich erkannt werden kann. Man macht sich
im allgemeinen eine falsche Vorstellung von der wirklichen Feingestalt der Oberfläche.
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Zum Erkennen von Wellen und Formfehlern ist es dagegen zweckmäßig,
den Horizontalmaßstab stark zu verkleinern, damit diese langwelligen Fehler schärfer
hervortreten.
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Die bisher bekannten registrierten Oberflächen prüfgeräte verwenden
entweder eine Registriereinrichtung mit einem fest eingestellten Papiervorschub
bei einer in zwei, höchstens drei Stufen umstellbaren. Tastgeschwindigkeit, oder
aber sie schalteten die Papiergeschwindigkeit bei stets gleicher Abtastgeschwindigkeit
in maximal drei Stufen um. Da sie aber außerdem die Vertikalvergrößernng der Rauhigkeiten
verändern, steht der Horizontalmaßstab stets in einem anderen Verhältnis zum Veftikaluiaßstab,
so daß sich bei dem Prüfer kein Gefühl für die wirkliche Oberflächengestalt herausbilden
kann. Es war daher bisher nicht möglich,
während,der Abtastung des
Oberflächenprofils bei unmittelbarer Beobachtung der Registrierung die' Geschwindigkeit
des Registrierpapieres so umzuschaltens daß zu jeder eingestellten Vertikalvergrößeuung
und Abtastgeschwindigkeit die Aufzeichnung des Oberfiächenprnfils in natürlichen
Proportionen und mit einer solchen Kompression des Horizontalmaßstabes möglich war,
daß für alle Vergrößerungen und Tastgeschwindigkeiten stets dieselben Verkürzungsverhältnisse
eingehalten werden konnten.
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Nach der Erfindung wird nun ein Profilschreiher angegeben, mit dem
es in einfacher Weise möglich ist, sowohl die Rauheit im natürlichen Maßstab aufzuzeichnen,
als auch den Horizontalmaßstab in festen Stufungsverhältnissen während der Aufzeichnung
schnell zu verkleinern, um dadurch die Wellen und Formfehler hervortreten zu lassen.
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Nach der Erfindung wird der Profllschreiber mit mehreren hintereinandergeschalteten
mechanischen Getrieben ausgestattet. Diese Getriebe sind: I. Ein Vergrößerungsgetriebe,
welches den Vergrößerungsstufungen für den Vertikalmaßstab entsprechend eingestellt
werden kann. Wenn die Meß-und Vergrößerungseinrichtungen für die Rauh- und Welientiefen
beispielsweise Vergröß erungsverhältnisse Iooofach, 4000fach, 10 ooofach, 40 ooofach
und 100 ooofach aufweisen, dann muß das mechanische Vergröß erungsgetriebe des Schreibers
unabhängig von der Tastgeschwindigkeit des Tasters und der Geschwindigkeit des Registrierpapieres
die festen Übersetzungsverhältnisse 1 : 4: 10 : 40 : 100 enthalten.
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2. Die von diesem Getriebe abgegebene Drehzahl wird nun einem zweiten
Getriebe zugeführt, mit dem die Verkürzung des Horizontalmaßstabes eingestellt werden
kann. Dieses Getriebe muß also eine feste Übertragung von 1 : 1 sowie feste Untersetzungen
in den gewünschten Verkürzungsverhältnissen enthalten, beispielsweise t/o, 1/25,
t/so, l/too usw. Hierdurch wird also die Einstellung der Verkürzungsverhältnisse
möglich ohne Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Tasters und der nach Ziffer
1 eingestellten Papiergeschwindigkeit 3. Erst mit Hilfe eines dritten Getriebes
wird dann die Geschwindigkeit des Registrierpapieres zu der Geschwindigkeit des
Tasters eingestellt. Dieses Getriebe kann entweder zwischen dem Antriebsmotor und
dem Getriebe zu Ziffer I oder zwischen dem Getriebe nach Ziffer I und 2 oder zwischen
dem Getriebe nach Ziffer 2 und dem Vorschubapparat für das Registrierpapier angeordnet
werden. Besitzt es größere Über- oder Untersetzungen, die in mehrere Teilgetriebe
aufgeteilt werden müssen, dann können diese verschiedenen Getriebestufen statt unmittelbar
nacheinander auch auf die drei vorgenannten Stellen aufgeteilt eingebaut werden.
Es wird dann eine Getriebestufe zwischen Antriebsmotor und Getriebe nach Ziffer
I, die zweite Getriebestufe zwischen Getriebe nach Ziffer I und 2 und eine dritte
Getriebestufe zwischen Getriebe 2 und dem Vorschubapparat für das Registrierpapier
angeordnet. Alle drei Getriebestufen bilden aber das Getriebe nach Ziffer 3 mit
dem die Verwendung von Meßtaster mit verschiedener Vorschubgesohwindigkeit möglich
wird, da das Getriebeübertragungsverhältuis in einfacher Weise umgeschaltet werden
kann.
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4. Bei der Aufzeichnung von Oberflächenprofilen im Maßstab 1 : I
der vertikalen zu den horizontalen Erstreckungen werden bei hohen Vergrößerungsverhältnissen
beispielsweise von 10 ooofach ab sich hohe Geschwindigkeiten des Registrierpapieres
ergeben. Aus diesem Grunde erfolgt der Einbau eines die Abtastgeschwindigkeit des
Tasters herabsetzenden Vorschubgetriebes in dem Taster-Vorschubapparat. Man wird
diesem Getriebe zweckmäßig Untersetzungsverhältnisse von t o und t/zoo geben und
dieses Getriebe mit dem Getriebe Ziffer 2 vorzugsweise durch Fernsteuerung so kombinieren,
daß bei Aufzeichnung im Verhältnis I: I die Tastgeschwindigkeit herabgesetzt wird.
Besonders geeignet ist hierfür ein Planetengetriebe, bei dem durch Festhalten zweier
verschiedener Zahnräder oder dadurch, daß diese beiden Zahnräder durch ein Ritzel
am entgegengesetzten Umlauf gehindert werden, drei verschiedene tSbertragungsverhältnisse
durch Fernsteuerung sich bequem einstellen lassen.
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Die Einschaltung der verschiedenen tSberse*zungen kann entweder durch
Betätigung von Drucktasten oder durch Umsohaltung vermittels Skalenknöpfen erfolgen,
wie sie bei elektrischen Geräten üblich sind.
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Der Obertlächenprofilschreiber nach der Erfindung hat den Vorteil,
daß man unmittelbar während der Abtastung der Oberfläche die Vergrößerungs- und
Verkürzungsverhiltnislse des aufgezeichneten Profils ändern und die Oberflächengestalt
in der jeweils günstigsten Form sichtbar machen kann.
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Vor allem weiß man aber in jedem Augenblick, mit welchem Vergrößerungsmaßstab
und Verkürzungsverhältnis die Aufzeichnung erfolgt ist, weil dies aus der Stellung
des Schalters oder der Drucktasten auf der Frontplatte des Gerätes zweifelsfrei
hervorgeht.
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Dadurch, daß die Verkürzung für alle VergrößeW rungen in denselben
festen Verkürzungsstufen vorgenommen wird, bildet sich bei dem Benutzer eines solchen
Profilschreibers ein besseres und sichereres Urteil über. die Eignung der abgetasteten
Oberfläche für bestimmte Zwecke.
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Bisher wurde nämlich die Geschwindigkeit des Registrierpapieres ganz
willkürlich gewählt und verändert. Hierdurch ergaben sich ebenso willkürliche Verkürzungsverhältuis
5 e für den Horizontalmaßstab des Oberflächenproflis.
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Bei der Einstellung der für einen gewünschten Horizontalmaßstab erforderlichen
Papiergeschvindigkeit muß also die Abtastgeschwindigkeit, mit der der Taster sich
über die Oberfläche bewegt, die Vergrößerung des Oberflächenprofils in vertikaler
Richtung und die Verkürzung der Profilaufzeichnung in horizontaler Richtung berücksichtigt
werden.
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Wenn man nun mit einem einzigen Getriebe oder mit einem mehrstufigen
Getriebe, welches aus zwischen zwei parallelen Wellen angeordneten Übertragungsmitteln,
z. B. Zahnrädern besteht, arbeitet, so kann man bei einer Änderung des tSbertragungsverhältnisses
nur einer der drei obengenannten Bestimmungsgrößen: Abtastgeschwindigkeit, Vertikalvergrößerung
oder Papiergeschwindigkeit entsprechen. Es ergeben sich also für den Horizontalmaßstab
ungleichartige und willkürliche Vergröß rungen, deren Ermittlung umständlich ist
oder des Nachsuchens in einer Tabelle bedarf. Der Vergleich mit anderen Pfofilaufnahmen
und die Urteilssicherheit wird dadurch erschwert.
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Will man aber trotzdem mit einem vielstufigen umschaltbaren Parallelgetriebe
zu festen Stufungen gelangen, dann müssen ebensoviele Getriebe vorhanden sein, wie
sich aus dem Produkt der Be stimmungsgrößen und ihrer Stufungen ergibt. Ist beispielsweise
jede der drei obigen Bestimmungsgrößen in drei Stufen unterteilt, dann wären 27
Übertragungsgetriebe notwendig.
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Der Erfindungsgegenstand löst diese Aufgabe aber mit nur neun Getrieben,
da er für jede Bestimmungsgröße ein Getriebe vorsieht, was genau so gestuft ist,
wie die Bestimmungsgröße selbst.
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Da diese Getriebe hintereinandergeschaltet - sind, arbeiten sie multiplikativ,
d. h. es können mit nur neun Getrieben 27 verschiedene Geschwindigkeiten oder Drehzahlen
eingestellt werden. Der Profilschreiber ist also nicht nur übersichtlicher und meßtechnisch
günstiger, sondern auch in seinem Aufbau einfacher und billiger.
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Um ferner die Aufzeichnung dies Oberflächenprofils in geradlinigen
Koordinaten zu erzielen, wird an dem Zeiger des elektrischen Schreibsystems eine
dünne Blattfeder angebracht, an deren Ende sich eine Schreibspitze befindet. Wenn
der Zeiger des Schreibsystems infolge seiner Bewegung um den Mittelpunkt des Systems
sich vom Papier entfernen will, dann bleibt die Blattfeder in Verbindung mit dem
Papier und zeichnet infolgedessen in geradlinigen Koordinaten auf.
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Ein Ausführungsbeispiel wird durch die Abb. I und 2 dargestellt.
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In bekannter Weise wird längs einer Gleitbahn 2 ein Schlitten 3 mit
Hilfe einer Spindel 4 bewegt.
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An dem Schlitten 3 ist die Tastspitze 5 mit ihrem Hebel 6 beweglich
gelagert. Hierdurch wird beispielsweise ein elektrischer Kondensator 7 verändert,
der auf einen elektrischen Verstärker 8 wirkt. Die Tastspitze 5, der Hebel 6 und
der Kondensator 7 stellen einen elektromechanisch,enWandler dar, der hier beispielsweise
kapazitiv arbeitet, aber ebenso auch induktiver, ohmscher oder anderer Art sein
könnte. Diese Einzelheiten dienen nur zur besseren Erläuterung. Sie bilden keinen
Teil der Erfindung. Der Schlitten 3 erhält seine Vorschubgeschwindigkeit durch die
Spindel 4, die von dem Motor 9 angetrieben wird. Der Motor 9 ist zweckmäßig ein
Synchronmotor. Nach der Erfindung befindet sich zwischen dem Motor 9 und der Spindel
4 ein umschaltbares mehrstufiges Getrieb 10, welches so ausgebildet ist, daß es
die Untersetzungen I: I: I: I0 und I: I00 beispielsweise einzustellen gestattet.
Dieses Getriebe befindet sich also in dem Vorschubapparat für den Taster.
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Der Verstärker8 gibt seine Ausgangsspannung an das elektrische Schreibsystem
12 ab, das mit seiner Schreibfeder I3/I4 auf einem Registrierstreifen 15 hin- und
herbewegt wird. Der Registrierstreifen. 15 läuft über eine Rolle I7, die von einem
Synchronmotor I8 über drei hintereinander geschaltete Getriebe I9, 20 und 21 angetrieben
wird.
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Diese mehrstufigen Getriebe können nun umge schaltet werden. Wesentlich
ist, daß die Übersetzungen dieser Getriebe in folgender Weise ab gestimmt werden:
Das Getriebe 20 ist so gestuft wie die VergrößeW rungsverhältnisse des Verstärkers
8 gestuft sind. Hat dieser dieVerstärkungsstufen 4000: I, I0000: I und 40000:I,
dann muß das Getriebe 20 die Eingangsdrehzahl im Verhältnis von 4000: I0000: 40000
oder im Verhältnis 1 : 2,5: 10 übertragen. Wenn also dieses - Getriebe 20 entsprechend
den Vergrößerungsverhältnissen eingestellt wird, dann erhält das Registrierpapier
auch die proportionale Vorschubgeschwindigkeit.
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Diese Vorschubgeschwindigkeit kann nun durch das Getriebe 21 im unmittelbaren
Durchgang übertragen und verringert werden. Wird sie nicht verkleinert, dann wird
die Aufzeichnung des Profils im Verhältnis der Rauhtiefe zum Rillenabistand von
I: I erfolgen. Wird dagegen im Getriebe 21 eine Untersetzung eingeschaltet, dann
wird die Papiergeschwindigkeit verringert und das Profil überhöht aufgezeichnet.
Durch feste Untersetzungsstufen im Getriebe 21 können also feste Uberhöhungsmaßstäbe
eingestellt werden.
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Um nun die Geschwindigkeit, mit der die Tastspitze 5 sich über die
Oberfläche I bewegt, in das richtige Verhältnis zur Geschwindigkeit des Re gistrierpapieres
I5 zu bringen, ist ein drittes G& Getriebe 19 nachgeschaltet, welches. die TastergeW
schwindigkeit und die Papiergeschwindigkeit aufeinander anpaßt. Dieses Getriebe
19 kann umg schaltet werden, wenn die Tas!tergeschwindigkeit z. B. bei sehr großen
oder sehr kleinen Taststrecken verändert werden muß. Das Wesentliche ist aber, daß
bei einer Umschaltung des Getriebes 19 die durch das Getriebe 20 eingestellten Vefgrößerungsmaßstäbe
oder die durch das Getriebe 21 eingestellten Uberhöhungsverhältnisse bei entsprechender
Stellung des Schalters 11 nicht verändert werden.
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Da bei hohen Vergrößerungen und bei einem Überhöhungsverhältnis I:
I des Registrierpapiers mit sehr hoher Geschwindigkeit ablaufen müßte, wird zweckmäßig
in diesem Falle die Vorschub geschwindigkeit des Tasters mittels des Getriebes 10
entsprechend herabgesetzt.
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Die Abb. I zeigt noch die Art, wie die Blattfeder 14 mit der Schreibspitze
22 an dem Zeiger I3 des Schreibsystems I2 befestigt ist. In Abb. 2 ist der Ablauf
des Papiers 15 von der Vorratsrolle I6
über die Transportrolle 17
zu erkennen, an deren Stirnseite sich die Schreibspitze 22 bewegt und dadurch die
Aufzeichnung in rechtwinkeligen Ko ordinaten vornimmt.