DE1227668B - Pruefvorrichtung fuer metallische Oberflaechen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOIb

Deutsche KL: 42 b-12/05

Nummer: 1227 668

Aktenzeichen: W 35986IX b/42 b

Anmeldetag: 17. Januar 1964

Auslegetag: 27. Oktober 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüfvorrichtung für metallische Oberflächen mit einem einen innerhalb dreier ein Dreibein bildender Gleitstifte parallel zur Prüffläche verschiebbaren und mit einem elektromechanischen Wandler gekuppelten Taststift enthaltenden Prüfkopf und mit einem Anzeigeinstrument für den vom Wandler gelieferten Strom.

Prüfvorrichtungen der genannten Art sind bereits bekannt, und zwar sind hierbei das Meßwerk und der Taststift mittels Schlitten in einem Dreibein parallel zur Prüffläche verschiebbar, so daß der ganze innerhalb des Dreibeins liegende Flächenteil des Prüflings abgetastet werden kann, wobei die Gleitstifte des auf die Prüffläche aufgesetzten Dreibeins jeweils eine Bezugsebene für den Taststift bestimmen. Diese Bezugsebene liegt jedoch bei unebenen Oberflächen immer verschieden, je nachdem, an welchen Punkten die Gleitstifte zufällig aufsetzen, so daß reproduzierbare Ergebnisse nicht zu erhalten sind.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Prüfvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der auch Oberflächen mit unebener und gekrümmter Beschaffenheit punktweise geprüft werden können.

Diese Aufgabe wird erfmdungsgemäß dadurch gelöst, daß im Prüfkopf ein drehbarer Halter als Träger für den elektromechanischen Wandler und den Tastarm vorgesehen ist und der Halter vertikal verschiebbar gelagert ist und in der Drehachse einen gegen die zu prüfende Oberfläche andrückbaren, innerhalb der Gleitstifte des Prüfkopfes liegenden Zentralstift aufweist, während der Taststift gegenüber dem Zentralstift radial etwas versetzt ist.

Durch Drehen des Taststiftes auf einem kleinen Kreis um den Lotpunkt der Drehachse auf der zu prüfenden Oberfläche wird praktisch punktförmig, aber mit einem Mittelwert gemessen. Durch den gegen die zu prüfende Oberfläche im Lotpunkt andrückbaren Zentralstift wird dabei eine von dem Dreibein unabhängige Bezugsebene geschaffen, so daß der Wert der Oberflächenkrümmung nicht in die Rauhigkeitsmessung eingeht. Mithin bestimmt also der drehbare Halter bei gekrümmten Oberflächen eine Bezugsebene, der gegenüber der Taststift mißt. Dadurch kann der Taststift nicht nur selbst starken Krümmungen der zu untersuchenden Oberfläche genau folgen, sondern auch die Rauhigkeit eines nahezu punktförmigen Flächenelementes gemessen werden.

Außer einem punktweisen Messen gestattet die erfindimgsgemäße Vorrichtung, durch Bewegen des Prüfkopfes über die Oberfläche in verschiedenen Prüfvorrichtung für metallische Oberflächen

Anmelder:

Wilmot-Breeden Limited, Birmingham

(Großbritannien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. G. Schliebs, Patentanwalt,

Darmstadt, Ludwig-Büchner-Str. 14

Als Erfinder benannt:

Davis Charles Goodey,

Stratf ord-on-Avon, Warwickshire

(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 18. Januar 1963 (2401)

Richtungen unter gleichzeitiger Beobachtung der Änderungen in der Anzeige des Instrumentes zu bestimmen, in welcher Richtung die Oberflächenstruktur verläuft.

Die von dem elektromechanischen Wandler gelieferte Spannung wird in bekannter Weise auf ein in einem Maßstab für die Rauhigkeit geeichtes Anzeigeinstrument gegeben.

Zweckmäßigerweise wird der Antrieb für den drehbaren Halter in den Prüfkopf eingebaut, wobei hierfür ein elektrischer Motor vorgesehen werden kann, der unmittelbar mit dem Halter gekuppelt ist.

Um sicherzustellen, daß der Prüfkopf auch richtig auf die zu untersuchende Oberfläche aufgesetzt ist, können seine Gleitstifte jeder als Kontakt mit der zu prüfenden Oberfläche, die metallisch oder elektrisch leitend sein muß, in einem elektrischen Stromkreis liegen, der geschlossen sein muß, bevor der Motor anläuft. Auf diese Weise wird sicher verhindert, daß Träger mit Wandler in Drehung versetzt werden — und ein falsches Signal liefern —, bevor der Prüfkopf richtig aufgesetzt ist.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Prüfkopf,

F i g. 2 eine Unteransicht des drehbaren Halters für den elektromechanischen Wandler und den Tast

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Fig. 3 einen Querschnitt längs Linie V-V von F i g. 1 ohne drehbare Teile,

F i g. 4 einen Querschnitt längs Linie V-V von F i g. 1 mit ausgebauter oberer Lagerung,

F i g. 5 eine Seitenansicht des drehbaren Halters, teilweise im Schnitt,

Fig. 6 die elektrische Schaltung des Prüfkopfes, F i g. 7 den Überwachungskreis für den Motor.

Der in F i g. 1 dargestellte Prüfkopf weist ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 10 auf, in das oben ein kleiner Elektromotor 11 eingesetzt ist und das sich am unteren Ende zu einer Glocke 12 erweitert. In diese Glocke 12 ist ein drehbarer Halter, z. B. eine Scheibe 13, als Träger für den elektromechanischen Wandler eingesetzt, der aus zwei piezoelektrischen Kristallen 14, 15 besteht, die mit einem Taststift 16 gekuppelt sind, der gegenüber der Drehachse 17 des Trägers 13 bzw. des Motors 11 radial etwas versetzt ist. Diese Anordnung ist am besten aus Fig. 2 zu ersehen, wo der Taststift 16 dicht vor einem Zentralstift 51 liegt, wobei die radiale Exzentrizität etwa 2,5 mm beträgt. An dem Träger 13 sitzt eine Spindel 18 (vgl. Fig. 1), deren oberes Ende 19 eine Kurbel 20 mit einem Kurbelzapfen 21 trägt, der gleitend in einer zweiten Kurbel

22 geführt ist, die am unteren Ende der Motorwelle

23 sitzt.

Die ganze Anordnung aus Trägerscheibe 13, Spindel 18 und elektromechanischen! Wandler 14, 15 ist im Gehäuse 10,12 in gewissen Grenzen vertikal verschiebbar gelagert. Zu diesem Zweck sitzt die Spindel 18 in oberen und unteren Lagern 26, 47 in einer vertikal verstellbaren Lagerbüchse 25. Das obere Lager 26 ist ein Kugellager, das auch die Axialdrücke aufnimmt und die Lage der Spindel 18 in der Lagerbüchse 25 festlegt. Das untere Lager 47 ist ein einfaches Gleitlager, das die Spindelachse konzentrisch zur Gehäuseachse führt und gleichzeitig als Teil eines elektrischen Schleifkontaktes dient, wie später noch beschrieben werden wird. Die Lagerbuchse 25 wird an ihrer oberen und unteren Stirnfläche von nachgiebigen Spinnen 28, 29 gehalten und ist in der Glocke 12 parallel zur Achse der Trägerscheibe 13 verschiebbar. Die Spinnen 28,29 bestehen aus dünnem Metallblech und haben zentrisch gelochte Naben, an denen sie mittels Stirnscheiben 30, 31 an den Stirnflächen der Lagerbüchse befestigt sind. Jede Spinne hat drei gekrümmte Beine 36 oder 37 (vgl. F i g. 3 und 4), deren jedes sich zunächst radial nach auswärts erstreckt und dann auf einem Bogen von etwa 90° abgebogen ist, so daß sich eine beträchtliche freie Länge ergibt, die die notwendige Nachgiebigkeit für die Bewegung der Lagerbüchse 25 gewährleistet. An ihren äußeren Enden sind die Spinnenbeine mittels Schrauben 32 an einem festen Einsatz 38 des Gehäuses 10, 12 befestigt. In der Grundstellung der ganzen Anordnung liegen die Naben der beiden Spinnen 28, 29 etwas unter den durch die Befestigungspunkte der Spinnenbeine 36, 37 gebildeten beiden Ebenen, wie aus Fig. 1 zu erkennen ist.

Durch diese Anordnung liegt der Kopf des Taststiftes 16 etwas unter der durch drei Gleitstifte 33 bestimmten Ebene, die in die Bodenfläche einer das glockenförmige Gehäuse 12 verschließenden Kappe eingesetzt sind. Wird die Prüfvorrichtung auf eine zu prüfende Oberfläche aufgesetzt, so können sich Taststift 16 und Trägerscheibe 13 zusammen mit der Lagerbüchse 25 gegen die Wirkung der nachgiebigen Spinnen 28, 29 aufwärts bewegen, und gleichzeitig gleitet der Kurbelstift 21 in der Kurbel 22.

Jeder der drei Gleitstifte 33 des Gehäuses 12 sitzt auf einem dreieckigen Sektor 24 der Verschlußkappe, und jeder Sektor ist über eine Leitung 35 (von denen in F i g. 1 nur eine eingezeichnet ist) mit einer elektrischen Schaltung verbunden, die später beschrieben werden wird und einen automatischen

ίο Überwachungskreis darstellt.

In die Trägerscheibe 13 ist ein Tastarm 40 nachgiebig eingesetzt, der an seinem Ende den Taststift 16 trägt und in der Mitte über eine Brücke 41 mit den beiden piezoelektrischen Kristallen 14, 15 des elektromechanischen Wandlers gekuppelt ist. Die Kristalle 14, 15 sind an ihrem anderen Ende fest in einem Block 42 an der Trägerscheibe 13 eingespannt. Eine elektrische Zuleitung 43 zu den Kristallen 14, 15 ist unmittelbar mit einem Flansch an der Spindel 18 verbunden, die in ihrem oberen Teil als Schleifring in Verbindung mit einem nachgiebigen Metallstreifen 44 dient, der als Abgriff wirkt und zu einem elektrischen Anschluß 45 führt (vgl. auch Fig. 4). Die andere elektrische Zuleitung 46 zu den Kristallen 14, 15 ist mit der Lagerhülse 47 verbunden, die von der Spindel 18 durch die Isolierbüchse 27 elektrisch isoliert ist. Diese Hülse 47 wirkt als zweiter Schleifring in Verbindung mit einem weiteren nachgiebigen Metallstreifen 48, der zu einem zweiten elektrischen Anschluß 49 (Fig. 4) an der Lagerbüchse 25 führt.

An der Unterseite der Trägerscheibe 13 ist eine diametral verlaufende Schiene 50 starr befestigt, die genau in der Achse 17 des Trägers 13 einen Zentralstift 51 trägt (F i g. 2 und 5). Dieser Zentralstift 51 kommt mit der zu prüfenden Oberfläche in Kontakt, wenn der Prüfkopf aufgesetzt wird, und wenn die Gleitstifte 33 des Gehäuses 12 auf der Oberfläche aufliegen, pegelt er für den Träger 13 des Wandlers 14, 15 mit Bezug auf die Oberfläche eine Bezugsebene ein und folgt automatisch der Krümmung dieser Oberfläche. Wird nun der Motor 11 eingeschaltet, so treibt er die Trägerscheibe 13 an, und der Taststift 16 dreht sich in einem engen Kreis um die Achse 17. Unregelmäßigkeiten der Oberfläche erzeugen Schwingungen des Taststiftes, die in den piezoelektrischen Kristallen 14, 15 in entsprechende elektrische Signale für ein Meßgerät 63 umgesetzt werden.

In F i g. 6 ist die entsprechende elektrische Schaltung dargestellt. Die von den piezoelektrischen Kristallen 14, 15 gelieferten elektrischen Spannungen werden auf den hochohmigen Eingang des Kreises 60 gegeben, hinter dem in Reihe ein Verstärker 61, ein Integrator 62 und das Anzeigeinstrument 63 liegen. Das Anzeigeinstrument kann mit einem die Oberflächenrauhigkeit anzeigenden Maßstab versehen sein. Die Stromversorgung für die Schaltungsgruppen 60 bis 63 und einen Uberwachungskreis 65, der den Stromkreis des Motors 11 steuert, liefert eine tragbare Batterie 64. Der Uberwachungskreis 65 wird von den über die Leitungen 35 und die Gleitstifte 33 verlaufenden drei Stromkreisen gesteuert, derart, daß der Motorstromkreis nur dann geschlossen ist, wenn alle drei Gleitstifte 33 mit der zu prüfenden metallischen Oberfläche Kontakt machen und so einen elektrischen Kurzschluß zwischen den drei Leitungen 35 herstellen.

Der Überwachungskreis 65, der in F i g. 7 dargestellt ist, weist ein UND-Tor 69 mit Dioden auf, das einen Steuertransistor 70 dann und nur dann speist, wenn alle drei Leitungen 35 kurzgeschlossen sind. Der Steuertransistor 70 steuert die Ausgangsstufe mit einem Schalttransistor 71 im Stromkreis des Motors 11, zu dem eine Anzeigelampe 72 parallel liegt.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Prüfvorrichtung für metallische Oberflächen mit einem einen innerhalb dreier ein Dreibein bildender Gleitstifte parallel zur Prüffläche verschiebbaren und mit einem elektromechanischen Wandler gekuppelten Taststift enthaltenden Prüfkopf und mit einem Anzeigeinstrument für den vom Wandler gelieferten Strom, dadurch gekennzeichnet, daß im Prüfkopf (12) ein drehbarer Halter (13) als Träger für den elektromechanischen Wandler (14, 15) und den Tastarm (40) vorgesehen ist und der Halter (13) vertikal verschiebbar gelagert ist und in der Drehachse (17) einen gegen die zu prüfende Oberfläche andrückbaren, innerhalb der Gleitstifte (33) des Prüfkopfes liegenden Zentralstift (51) aufweist, während der Taststift (16) gegenüber dem Zentralstift (51) radial etwas versetzt ist. ·

   2. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Prüfkopf (12) oberhalb des drehbaren Halters (13) ein Antriebsmotor (11) hierfür angeordnet ist.

   3. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gleitstift (35) als Kontakt mit der zu prüfenden Oberfläche in einem elektrischen Uberwachungskreis (65) liegt, der den Antriebsmotor (11) steuert.

   4. Prüfvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Uberwachungskreis (65) einen Schalttransistor (71) im Motorstromkreis und ein mit seinen beiden Eingängen an zwei der Gleitstiftkontakte (33) angeschlosssenes UND-Tor (69) im Steuerkreis (70) dieses Transistors (71) aufweist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 425 145, 870 765,

   942542,976181,976182;
   USA.-Patentschriften Nr. 2171433, 2 363 691,

   394.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   609 708/150 10.66 © Bundesdruckerei Berlin