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Oberflächenprüfer mit Anzeige mehrerer Oberflächenmaßzahlen
In der
deutschen Patentschrift 977 396 ist ein Oberflächenprüfgerät für eine umfassende
Kennzeichnung der Rauhigkeit und Welligkeit von Oberflächen durch Anzeige mehrerer
geometrischer Oberflächenmaßzahlen, die Längen darstellen und auf diese zurückgehen,
behandelt. Diese Maßzahlen sind: Die größte Höhe bzw. die Rauhtiefe, die Glättungsgröße,
die mittlere Höhe bzw. die mittlere Rauhtiefe, der Völligkeitsgrad, der Traganteil,
der Riefenabstand, der arithmetische und der geometrische Mittelwert und vor allem
ein Meßwert für die Profilform.
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Ein Oberflächenprüfgerät, das alle diese Maßzahlen anzeigen kann,
gibt eine so erschöpfende Aussage über die Oberflächengestalt, daß es an Hand dieser
Meßwerte möglich ist, einander stets gleichende Oberflächen zu erzeugen. Ein derartiges
Gerät ist außerordentlich nützlich.
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Das Oberflächenmeßgerät nach der oben angegebenen Erfindung löst
nun die Aufgabe mit Hilfe eines einzigen Anzeigeinstrumentes ein und derselben Bauart,
das einen über einer Skala spielenden Zeiger besitzt, sowohl Maximalwerte, beispielsweise
die Rauhtiefen, als auch Mittelwerte der Oberflächengestalt als Maßzahlen anzuzeigen.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt in Verbindung mit einem Oberflächenmeßgerät,
bei dem die Oberfläche mit einem mechanischen Taststift abgetastet wird, der parallel
zu der zu prüfenden Oberfläche verschoben wird und der durch die Rauhigkeit und
Welligkeit der Oberflächen senkrecht zu ihr ausgelenkt wird. Dabei wird ein elektrischer
Verstärker gesteuert, an den das die Oberflächen-
unebenheiten bzw.
das die Oberflächengestalt anzeigende Instrument angeschlossen ist.
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In diesem Oberflächenprüfgerät sind erfindungsgemäß Einrichtungen
vorgesehen, welche Spannungen und Ströme erzeugen, die den vom Taster abgenommenen
niaximalwerten und den aus den Momentanwerten abgeleiteten bzw. errechneten Mittelwerten
der Oberflächengestalt entsprechen.
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Diese Einrichtungen sind wahlweise an das Anzeigeinstrument anschaltbar,
das dadurch sowohl die Maximalwerte als auch die Mittelwerte anzeigen kann. Dieses
Instrument hat einen über einer Skala spielenden Zeiger. Mit Hilfe dieser Skala
erfolgt dann die unmittelbare Ablesung des jeweiligen Meßwertes der eingestellten
Oberflächenmaßzahl. Der Ausgang des Verstärkers ist je nach der Schalterstellung
unmittelbar mit dem Anzeigeinstrument verbunden oder über eine der Rechenschaltungen,
die zur Ermittlung der jeweiligen Oberflächenmaßzahl dienen.
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In der vorliegenden Erfindung werden Oherflächenprüfgeräte beschrieben,
in denen die Rechenvorgänge nicht in besonderen RechellschaltungeIl stattfinden,
sondern daß dazu Anzeigeinstrumente verwendet werden, die mit besonderen Einrichtungen
ausgestattet sind, mittels derer die Anzeige der vom Taster abgenommenen Älaximalwefte
der Oberflächengestalt oder die Anzeige der aus den Momentanwerten abgeleiteten
Mittelwerte der Oberflächengestalt bewirkt wird.
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Zur Messung der größten Höhe H, die inzwischein als Rauhtiefe R bezeichnet
worden ist, bewegt sich in Fig. I die Oberfläche 3 unter dem Taster I in Längsrichtung.
Der Taster I verstellt einen Meßfühler, der über einen Verstärker 5 ein Anzeigeinstrument
6 ausschlagen läßt. Der Zeiger des Instrumentes 6 verstellt nun einen Schleppzeiger
7.
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Weml der Taster I über die Spitze 2 des Oberflächenprofils 3 binwegtastet,
bleibt der Schleppzeiger 7 auf dem höchsten Punkt des Ausschlages des Instrumentes
6 stehen und zeigt so die größte Höhe H an.
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Statt eines Schleppzeigers 7 kann aber auch der Zeiger 6« in der
höchsten Stellung festgehalten werden, wenn er mit einem mechanischen Gesperre versehen
ist, welches nach Art der Reibgesperre zwar den Anstieg des Zeigers 6 a zuläßt,
ihn aber sofort festhält, wenn er wieder zurücklaufen will.
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Älan kann aber auch dem Zeiger 6 a eine solche mechanische Dämpfung
geben, die erst bei dem Rücklauf wirksam wird, so daß der Zeiger 6 a den Maximalausschlag
zwar schnell erreicht, aber nur sehr langsam wieder auf Null zurückkriecht. So kann
beispielsweise gemäß Fig. 2 an dem Zeiger 8 ein Luft- oder (Sldämpfungsflügel 9
angebracht sein, der mit einer Klappe 10 versehen ist, die beim Ausschlag des Zeigers
sich öffnet und dadurch die Dämpfung verringert. Beim Rücklauf schließt sich die
Klappe 10 und verursacht eine große Dämpfung.
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Nach Fig. 3 kann aber auch der Zeiger I I mit einer Spule I2 verbunden
sein, die sich in einem sehr starken Magnetfeld N-S bewegt. Die Spulenwindungen
sind durch ein Ventil I3, z. B. einen Gleichrichter, eine Diode usw. kurzgeschlossen.
Schlägt der Zeiger II aus, so wird in der Spule ein Strom induziert, der aber nicht
fließen kann, weil das Ventil keinen Durchlaß hat. Der Zeiger kann sich also in
dieser Richtung ungehindert schnell bewegen. Will nun der Zeiger II von dem erreichten
Ausschlag zurückkehren, dann fließt der Spulenstrom in der entgegengesetzten Richtung.
Für diese sperrt aber das Ventil I3 nicht, so daß die Windungen 12 kurzgeschlossen
sind. Hierdurch wird die Bewegung der Spule 12 in dem Magnetfeld N-S stark gedämpft,
und der Zeiger kriecht ganz lang sam zurück.
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Wie Fig. 5 zeigt, ist die Glättungsgröße G der Abstand der mittleren
Ebene Ig von der Hüllebene 19 des Profils 20. Weiterhin ist die mittlere Höhe hni
die Differenz zwischen der größten Höhe H und der Glättungsgröße G. Die Ermittlung
der Glättungsgröße erfolgt von der Hüllfläche 19 ausgend nach der Gleichung G =h'.ds,
s wobei s der Tastweg, ds die Änderung des Tastweges in der Horizontalen, ä' dagegen
die zu jedem ds gehörige Tiefe des Profils von der Hüllfläche aus gemessen ist.
Die mittlere Höhe hrn würde sich nach derselben Formel ergeben, wenn Itm nicht von
der Hüllebene, sondern von der Grundfläche aus gemessen würde.
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Die beispielsweise Ausführung eines Gerätes zur Durchführung dieser
Messung zeigt die Fig. 6. Der Ausgang des Verstärkers 2I ist mit einem kräftigen
Steuerungsglied 22 verbunden, welches sich im Takt der Rauhigkeiten bewegt und den
Schleifer des linearen Potentiometers 24, das an einer Stromquelle 25 liegt, verstellt.
Die Oberfläche 27, die mittels des Supportes 28 unter dem Taster längs bewegt wird,
verstellt gleichzeitig den Schleifer eines linearen Potentiometers 29, das aus der
Stromquelle 30 gespeist wird. Die an 29 abgegriffene, der Änderung des Tastweges
ds proportionale Teilspannung wird mit der am Potentiometer 24 abgegriffenen Teilspannung
multipliziert und dem Steuerungsglied 26 zugeführt, das über ein multiplizierendes
Getriebe 23 das Potentiometer2ßa verstellt und somit das Produkt ii'' ds bildet.
Diese dem Produkt proportionale an 2ßa abgegriffene Teilspannung muß durch die am
Potentiometer 29 abgegriffene, dem Tastweg s proportionale Teilspannung dividiert
werden.
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Das geschieht in der Weise, daß der ersten Spule eines Kreuzspulinstrumentes
26e die dem Produkt h ' ds proportionale Spannung und der zweiten Spule die dem
Betrag s proportionale Spannung zugeführt werden. Dann wird auf der Skala des Anzeigeinstrumentes
26a der Quotient dieser Spannungen angezeigt, der gleich ist der Oberflächenmaßzahl
der Glättungsgröße G.
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Die mittlere Höhe hrn bzw. die mittlere Rauhtiefe Rs wird dadurch
erhalten, daß die Glättungsgröße G von der größten HöheH abgezogen wird.
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Dies kann beispielsweise mit einer Anordnung geschehen, bei der ein
an sich bekanntes Drehspulinstrument, das zwei parallelliegende Spulen hat, kombiniert
wird mit einer bekannten Einrichtung, die eine der Rauhtiefe proportionale elektrische
Ausgangsspannung liefert, und einer weiteren bekannten Einrichtung, die eine der
Glättungsgröße proportionale Spannung liefert, wobei die der Rauhtiefe proportionale
Spannung an die erste Spule und die der Glättungsgröße proportionale Spannung an
die zweite Spule angeschlossen werden, so daß auf der Skala des Anzeigeinstrumentes
das Oberflächenmaß der mittleren Höhe angezeigt wird.
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Weitere Schaltungsanordnungen zur Ermittlung von der Rauhtiefe bzw.
der Glättungsgröße proportionalen elektrischen Spannungen sind in der deutschein
Patentschrift 977 396 beschrieben.