DE977463C - Mikro-Tastsystem - Google Patents

Mikro-Tastsystem

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DE977463C
DE977463C DEP23727A DEP0023727A DE977463C DE 977463 C DE977463 C DE 977463C DE P23727 A DEP23727 A DE P23727A DE P0023727 A DEP0023727 A DE P0023727A DE 977463 C DE977463 C DE 977463C
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micro
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DEP23727A
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JOHANNES PERTHEN DR ING
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JOHANNES PERTHEN DR ING
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Classifications

    • 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)
  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Description

  • Mikro -Tastsystem Zusatz zum Patent: 976 102 Im Patent 976 102 ist ein Mikro-Tastsystem vorgeschlagen, das aus einem zylindrischen oder kugelförmigen, an einem Führungsarm pendelnd aufgehängten Gleitkörper besteht, in dem eine einen elektromechanischen Wandler verstellende Tastspitze eingebaut ist. Durch die pendelnde Aufhängung an dem Führungsarm richtet sich der Gleitkörper selbsttätig zur Oberfläche aus, unabhängig von den Bewegungen und Stellungen des Führungsarmes, der seinerseits mit einem Meßkopf verbunden ist. In dem Meßkopf befindet sich ein Vorschubsystem, das über den Führungsarm den Gleitkörper über die Oberfläche bewegt. Im allgemeinen wird der Meßkopf an einem Meßständer so befestigt, daß er in der Höhe relativ zu dem Meßobjekt verstellt werden kann. Dieses Mikro-Tastsystem wird durch die Erfindung dahin gehend verbessert, daß der Einfluß der Temperatur und der Verformung, hervorgehoben durch Eigenlast und Fortbewegungskräfte, ausgeschaltet wird.
  • Es ist ein Oberflächenmeßgerät, bestehend aus einem Aleßständer, Meßkopf und Mikro-Tastsystem, bekannt, bei dem der elektromechanische Wandler mit der Tastspitze starr in dem am Meßkopf bec festigten Führungsarm eingebaut ist. Dieser Führungsarm trägt an seinem vorderen Ende eine durchbohrte kalottenförmige Kufe, in deren Mitte eine Tastspitze hindurchtritt. Diese Anordnung hat den großen Nachteil, daß durch die Bohrung die Kugelkuppe der Kufenkalotte beseitigt ist, so daß die Kufe keine definierte Lage auf der Oberfläche besitzt. Die Auflage erfolgt vielmehr entweder auf dem vorderen oder dem rückwärtigen Rand der die Kalotte durchdringenden Bohrung.
  • Setzt man dieses Tastsystem auf die Oberfläche auf, dann wird es je nach Höhenlage des Meßkopfes zur Oberfläche entweder auf dem vorderen oder dem rückwärtigen Bohrungsrand aufliegen.
  • Man kann bei einer Höhenverstellung des Meßkopfes auch nicht feststellen, auf welchem Rand die Auflage erfolgt, weil es hier keinen exakten Null-Durchgang an dem Anzeigeinstrument des Oberflächenmeßgerätes ergibt. Der Zeigerausschlag des Instrumentes nähert sich dem Nullpunkt, um sich darauf wieder vom Nullpunkt zu entfernen, ohne daß aber ein Null-Durchgang stattfindet. Dies führt zu einer großen Unsicherheit in der Einstellung der Ausgangslage für den Meßvorgang, weil eine auf einem ebenen und glatten Einsteilnormal gewonnene Null-Einstellung sich auf einer in anderer Höhenlage befindlichen rauhen Oberfläche nicht wiederfinden läßt.
  • In einer anderen vorgeschlagenen Ausführungsform des in den Führungsarm starr eingebauten elektromechanischen Wandlers mit Tastspitze wird der Führungsarm mit einem Auflagepunkt auf der Oberfläche fest abgestützt. Dieser Auflagepunkt wird aber nicht auf der Oberfläche selbst bewegt, sondern es wird die Tastspitze relativ zu diesem Auflagepunkt parallel zur Oberfläche hin- und hergeführt. Die Tastspitze ist hierbei mit ihrem elektromechanischen Wandler an einem Schlitten befestigt, der an einer Schlittenführung eine Längsbewegung ausführt, welche auf ihn über ein Hebelgestänge vom Meßkopf übertragen wird.
  • Bei einem solchen Tastsystem ist zwar die Unsicherheit im Auffinden der Null- bzw. Ausgangslage vermieden, aber die Ausrichtung der Führungsbahn, an der sich der Schlitten mit dem elektromechanischen Wandler parallel zur Oberfläche bewegt, muß noch immer durch Höhenverstellung des Meßkopfes am Meßständer hervorgerufen werden. Hierzu bedarf es außer dieses Meßständers auch noch einer nicht unerheblichen Sachkunde desjenigen, der das Oberflächenmeßgerät bedient.
  • Es ist schließlich eine Vorrichtung bekannt, bestehend aus einer Platte mit drei kugelförmig ausgebildeten Füßen, die sich auf eine ebene Fläche abstützen. An einem dieser Füße ist ein elektromechanischer Wandler angebracht mit einem Ausleger, der an seinem vorderen Ende einen Tastkörper trägt. Dieser Tastkörper berührt etwa im Mittelpunkt der Platte die Oberfläche. Das Ganze kann von Hand verschoben werden, wobei Unebenheiten durch eine Veränderung der Höhenlage des Tastkörpers erfaßt und zur Anzeige gebracht werden.
  • Diese Einrichtung dient vorzugsweise der Überprüfung der Unebenheit von Werkstücken, da für die Zwecke der Oberflächenprüfung eine Verschiebung von Hand zu keinen einwandfreien Maß ergabnissen führen würde. Hierzu müßte ein entsprechender Vorschubapparat oder Meßkopf mit einem Führungsgestänge vorhanden sein, was aber nicht der Fall ist.
  • Die Einrichtung nach Patent 976 102 vermeidet die Nachteile der vorbeschriebenen Einrichtungen.
  • Da durch die pendelnde Aufhängung die Höhenlage des Meßkopfes im Verhältnis zu dem Gleitkörper keinen Einfluß auf dessen Lage zur Oberflächen-Hüllfläche besitzt, treten beim Aufsetzen des Gleitkörpers auf die Oberfläche keinerlei Schwierigkeiten hinsichtlich der Ausgangs-Nullage ein. Das Anzeigeinstrument des Oberflächenmeßgerätes wird immer dann Null anzeigen, wenn die Tastspitze in Höhe der Verbindungslinie der beiden Gleitkufen oder der Auflagefläche des Mikro-Tastsystems steht.
  • Der zylindrische oder kugelförmige Gleitkörper kann von einer solchen Größe sein, daß hinsichtlich der Anfertigung des elektromechanischen Meßwertwandlers keine baulichen Schwierigkeiten entstehen. Wesentlich ist ja zunächst nur, daß der Gleitkörper sich zur Oberfläche selbst ausrichten und einstellen kann.
  • Ein solcher normal groß dimensionierter Gleitkörper wird für alle Meßwertvergrößerungen, die im Bereich bis etwa Io ooofach liegen, ausreichend sein.
  • Die praktische Durchführung von Oberflächenmessungen verlangt aber heute Vergrößerungen, die bis Ioo ooofach, ja bis I ooO ooofach gehen und die sich ohne wesentliche Erschwerungen unter normalen werkstattmäßigen Bedingungen, also nicht nur in einem klimatisierten Meßraum, verwirklichen lassen müssen. Die Einflüsse, die bei so hohen Vergrößerungen sich auswirken, sind einerseits die Temperatur, andererseits die elastischen und bleibenden Deformationen.
  • Der Temperatureinfluß wird um so größer werden, je länger oder größer der Abstand zwischen der Auflagekufe auf der Oberfläche und der Lagerung für die Tastspitze des elektromechanischen Wandlers ist. Da bei der Oberflächenabtastung die Höhenlage der Tastspitze im Verhältnis zur Gleitkufe ermittelt wird, wird die Nullpunktkonstanz um so besser sein, je geringer der Abstand der Gleitkufe von der Lagerung der Diamantspitze ist, weil ja unter dem Temperatureinfluß dieser Abstand sich verändert.
  • Es kommt also sehr wesentlich darauf an, daß die Abmessung dieses Gleitkörpers, insbesondere aber des Abstandes zwischen Gleitkufe und Lagerung der Tastspitze, möglichst klein wird. Andererseits könnte diese Verkleinerung der Abmessungen zu einer höheren Empfindlichkeit gegen Deformation führen.
  • Diese Deformationsempfindlichkeit wird aber gerade durch die Verkleinerung der Abmessungen ebenfalls herabgesetzt, weil die tragende Konstruktion dieses Tastsystems ein zylindrisches oder kugelförmiges Gehäuse ist. Durch die Verkleinerung haben aber diese Gehäuse eine sehr starke Krümmung und wirken daher wie eine sehr ausgesteifte Schalenbauweise. Weiterhin ist die Masse sowohl des tragenden Körpers als auch des beweg- lichen Teiles des elektromechanischen Wandlers durch die Verkleinerung so gering, daß auch bei einer stoßartigen Belastung keine deformierenden Kräfte auf das schalenartige Gehäuse wirken.
  • Auch wenn keine Schalenwirkung vorliegen würde, würde die Deformationsempfindlichkeit dennoch herabgesetzt werden, weil der Einfluß der Abstandsänderungen zwischen der Auflagefläche und dem Meßwandler hinsichtlich der Deformation dem Temperaturverhalten des Systems entspricht.
  • Die Verkleinerung der Abmessungen des elektromechanischen Wandlers beeinträchtigt dessen elektrisches Verhalten gar nicht oder nur geringfügig.
  • Bei der Entwicklung des Mikro-Tastsystems, das zunächst nur eine Beschädigung der Oberfläche ausschließen sollte, wie bei dessen Auslegung erwartet werden konnte, war es überraschend, daß die Verkleinerung der Abmessungen zusätzlich zu einer Minderung des Temperatureinflusses und der körperlichen Deformation des Mikro-Tastsystems auf den Ausfall der Meßergebnisse führte und eine Veränderung der Wirksamkeit des elektrischen Systems nicht eintrat.
  • Die Grenze, bei der diese Wirkung der Verkleinerung eintritt, liegt bei einem Durchmesser von etwa 12 mm und weniger sowie einer Länge, die zwischen dem I- bis 3fachen des Durchmessers liegt. Man wird für die Messung von Außenflächen, die meist keine sehr große Ausdehnung besitzen, es bevorzugen, die Länge des Körpers möglichst kurz, den Durchmesser aber an der oberen genannten Grenze zu halten. Bei Bohrungen dagegen ist es wichtig, den Durchmesser noch wesentlich unter I2 mm zu verkleinern, um auch weit in enge Bohrungen sicher hineintasten zu können. In diesem Fall kann es aber vorteilhaft sein, die Länge des Gleitkörpers auf das Mehrfache des Durchmessers zu bringen, wodurch der Gleitkörper eine bessere Führung in der Bohrung erhält.
  • Ein Ausführungsbeispiel wird durch die Abb. I und 2 dargestellt. In Abb. I liegt der kleine Zylinder 2 auf der Oberfläche I auf. In diesem Zylinder ist nun der elektromechanische Wandler, bestehend aus der Tastspitze 3, dem Gelenkhebel 4, dem Lager 5 und dem Kondensator 6, untergebracht. Die Ausbildung dieses elektromechanischen Wandlers könnte auch anders sein, mit einem anderen Hebelsystem und einer anderen Art von elektrischem Fühler 6. Die Tastspitze 3 befindet sich vorzugsweise nahe dem vorderen Ende, so daß sie gut beobachtet werden kann. Der elektrische Fühler 6 ist mit dem elektrischen Verstärker 7 verbunden. Der Zylinder 2 wird von dem Haltearm 8 hin- und herbewegt und ist in diesem pendelnd aufgehängt, so daß er sich nach der Grobgestalt der Oberfläche ausrichten kann. Der Abstand zwischen der Auflagefläche des Mikro-Tastsystems auf der Prüfflächen und dem Lager 5 des Gelenkhebels ist d.
  • Die Abb. 2 zeigt einen Querschnitt durch das Mikro-Tastsystem der Abb. I. Sie läßt vor allem erkennen, daß der Zylinder 2 in den Lagern Io pendelnd beweglich ist, aber sich nicht seitlich, d. h. in der Ebene der Oberfläche, bewegen kann. Er muß also immer seine Spur einhalten.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Mikro-Tastsystem nach Patent 976 Io2, bei dem der gesamte Meßfühler in einem vorzugsweise zylindrischen oder kugeligen Gleitkörper eingebaut ist, der an einem Führungsarm pendelnd mit Selbsteinstellung zur Oberfläche gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen des Tastsystems gegenüber den durch den Stand der Technik bekannten Abmessungen wesentlich kleiner sind, wobei der Durchmesser des Gleitkörpers unter 12 mm liegt und die Länge das I- bis 3fache des Durchmessers beträgt.
    In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 344 2I7, 2 363 69I, 2 335 390, 2 397 923, 2 404 143, 2405 I33, 2471009.
DEP23727A 1954-09-08 1954-09-08 Mikro-Tastsystem Expired DE977463C (de)

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DEP23727A DE977463C (de) 1954-09-08 1954-09-08 Mikro-Tastsystem

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DE977463C true DE977463C (de) 1966-07-14

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