DE969690C - Einrichtung zum kontinuierlichen Aufzeichnen des Profils einer Oberflaeche - Google Patents

Description

• Einrichtung zum kontinuierlichen Aufzeichnen des Profils einer Oberfläche Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum kontinuierlichen Aufzeichnen des Profils einer Oberfläche unter Verwendung eines über die Oberfläche gleitenden Tasters und eines das Profil aufzeichnenden Schreibers.
• Zu diesem Zweck wird eine spitze Tastnadel über die zu prüfende Oberfläche geführt, wobei sich entweder die Tastspitze über die Oberfläche oder die Oberfläche unter der Tastspitze gleichförmig bewegt. Die Tastnadel befindet sich meist an einem Hebel, der in einem Kreuzfedergelenk gelagert ist.
• Das andere Ende des Hebels trägt einen elektrischen Meßfühler. Dieser arbeitet kapazitiv oder induktiv und erzeugt Strom- oder Spannungsänderungen, die, in geeigneter Weise verstärkt, mit Hilfe eines schreibenden Strom- oder Spannungsmessers aufgezeichnet werden.
• Bei der Abtastung von Oberflächen, insbesondere im Bereiche von wenigen I/Iooo mm, sind die erhaltenen Spannungsänderungen an den Meßfühlern so gering, daß eine mehrstufige Verstärkung notwendig ist. Damit das schreibende Gerät von der Anlage ausgesteuert werden kann, muß der Verstärker eine mehrstufige Spannungsveränderung sowie eine Leistungsendstufe erhalten. Eine solche Einrichtung ist nicht nur umfangreich und teuer, sondern auch inkonstant. Bereits kleinste Veränderungen an den Fühlern, Erwärmungen in den Verstärkern usw. bringen Fehler in die Anzeige und Aufzeichnung.
• Diese Nachteile werden durch die im folgenden zu beschreibende Einrichtung behoben. Die Einrichtung besteht darin, daß die über die Oberfläche gleitende Tastspitze, die einen elektrischen Differentialfühler verstellt, eine Meßgröße erzeugt, die so lange eine Schreibfeder oder Schreibeinrichtung verstellt, bis eine durch diese Verstellung der Schreibeinrichtung erzeugte, entgegengesetzt gerichtete Abgleichgröße die der Tastspitzenbewegung proportionale Meßgröße aufhebt. Hierbei kann die Stellung der Schreibfeder oder des Schreibers der Stellung der Tastspitze auf der Oberfläche in einem bestimmten Vergrößerungsverhältnis proportional sein.
• Die Wirkungsweise wird durch die Zeichnung verdeutlicht. Die Oberfläche 1 wird durch den gleichmäßigen Vorschub g durch den Motor 10 und Spindel in einer Richtung bewegt und nach Erreichen der Endlage zurücktransportiert. Auf der Oberfläche gleitet die Tastspitze 2, die an dem Hebel 3 befestigt ist. Der Hebel 3 ist wiederum in dem Drehpunkt 4 gelagert. Die Ausbildung des Hebels und der Lagerung richtet sich nach dem Verwendungszweck. Für die Abtastung einer Oberfläche besteht der Drehpunkt 4 aus einem Kreuzfedergelenk. Am anderen Ende des Hebels 3 ist ein elektrischer Wegmeßfühler angebracht, dessen einfachste Ausführung durch ein Potentiometer 5, 6 dargestellt ist. An dem Widerstand 5 werden durch den Schleifer 6 Teilspannungen abgegriffen, die zur Steuerung der Schreiberbewegung dienen.
• Die Aufzeichnung des Oberflächenprofils erfolgt hier beispielsweise so, daß ein Antriebsmotor I2 eine Spindel 14 verstellt, auf der sich eine Mutter I5, die eine Schreibfeder I6 trägt, je nach Drehrichtung des Motors 12 verstellen läßt. Der Motor 12 verstellt gleichzeitig noch eine Spindel 20 mit einer Mutter 21, an der der Schleifer 8 eines Potentiometers 7 befestigt ist. Die Anschlüsse I3 und I7 des Motors sind mit den Schleifern 6 und 8 der Potentiometer 5 und 7 verbunden. Wird der Schleifer 6 durch den Tasthebel 3 verstellt, so fließt ein Strom, der den Motor I2 in Umdrehung versetzt. Hierdurch wird nichtnur das Oberflächenprofil 19 auf dem von dem Motor 22 bewegten Registrierpapier 18 aufgezeichnet, sondern auch über die Spindel 20 und die Mutter 21 der Schleifer 8 verstellt, der an dem Potentiometer 7 einen Strom oder eine Spannung abgreift. Diese elektrische Größe ist jener elektrischen Größe entgegengesetzt gerichtet, die den Motor 12 antreibt.
• Der Motor 12 wird also zum Stillstand kommen, wenn beide Größen einander gleich, aber entgegengesetzt gerichtet sind, wodurch sie sich aufheben.
• Bei einer Umkehr der Bewegungsrichtung des Schleifers 6 ändert sich auch die Flußrichtung des durch den Motor I2 fließenden Stromes, so daß der Motor I2 seine Drehrichtung ändert. Es kann aber auch ein polarisiertes Relais eingebaut werden, das je nach der Richtung des Stromes den Drehsinn des Motors 12 auf Rechts- oder Linkslauf schaltet. Werden die Potentiometer 5 und 7 statt mit Gleichstrom mit Wechselstrom betrieben, so kann der Antrieb I2 der Schreibeinrichtung ein phasenabhängiger Motor sein, der seine Drehrichtung ändert, wenn sich die Phasenlage durch die Änderung der gegenseitigen Bewegungsrichtung der Schleifer 6 und 8 umkehrt.
• Statt der Potentiometer 5, 6 und 7, 8 können auch andere elektrische Meßfühler verwendet werden, da für die Abtastung von Oberflächen Potentiometer infolge der Reibung des Schleifers zu große Verstellkräfte besitzen. Es werden hier Differentialkondensatoren, Differentialschwingspulen oder Photozellen in Differentialschaltung verwendet.
• Hierbei kann man diese Fühler so ausbilden, daß sie mit Wechselstrom von 50Hz betrieben werden können und solche Strom- und Spannungsänderungen erzeugen, daß ein hochempfindliches Relais darauf anspricht. Infolgedessen kann die gesamte Oberflächen-Abtasteinrichtung ohne Verstärkerröhren aufgebaut werden.
• Andererseits wird durch die Verwendung von Verstärkerröhren die Empfindlichkeit und Genauigkeit gesteigert, wobei die Verstärkungseinrichtung in an sich bekannter Weise zwischen den Meßfühler und den Schreiber geschaltet wird. Die Differentialschaltung des Meßfühlers und die Kompensation durch den mit dem Schreiber zusammengebauten Abgleicher verhindern Fehler durch Inkonstanz der Röhren und gewährleisten eine große Betriebssicherheit der Meßeinrichtung.
• Die Meßfühler 5 und Abgleicher 7 haben im allgemeinen eine lineare Kennlinie, können aber auch eine exponentielle, logarithmische oder sonst geeignete Kennlinie besitzen, wodurch es möglich ist, spezielle Profildiagramme zu erzielen oder einen Rechenvorgang einzuschalten.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Einrichtung zum kontinuierlichen Aufzeichnen des Profils einer Oberfläche unter Verwendung eines über die Oberfläche gleitenden Tasters und eines das Profil aufzeichnenden Schreibers, dadurch gekennzeichnet, daß der über die Oberfläche gleitende Taster proportional seiner Vertikalverschiebung eine Meßgröße erzeugt, die in an sich bekannter Weise selbsttätig kompensiert wird, wenn die Stellung der Schreibfeder des Schreibers der Stellung des Tasters in einem bestimmten Vergrößerungsverhältnis proportional ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch I, gekennzeidnet durch einen Meßtaster mit einem elektrischen Meßfühler als Differentialkondensator, Differentialschwingspule oder Fotozelle in Differentialschaltung.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Meßtaster mit einem Differentialmeßfühler und ein Schreibsystem mit einem Differentialabgleicher, der der von dem ersten Meßfühler erzeugten Meßgröße entgegengeschaltet ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfühler statt einer linearen eine exponentielle, logarithmische oder sonst geeignete Kennlinie besitzen.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler und der Abgleicher an Wechselstrom liegende Phasenschieber sind und der Antrieb für das Schreibsystem ein phasenabhängiger Motor ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch I bis 5, gekennzeichnet durch eine zwischen der Tastspitze und dem Meßfühler angebrachte mechanische Übersetzung und/oder an sich bekannte elektrische Verstärker zwischen dem Meßfühler und dem Schreibsystem.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 692 920; französische Patentschrift Nr. 8I3 ogo; USA.-Patentschriften Nr. I 998 939, 1 612 117.

   S c h m i d t und O 1 k, »Fühlergesteuerte Maschineu«, I939, S. 34, 37, 54, 69, 8I.