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Vorschubgerät für die Oberflächenmessung
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nach dem Tastschnitt-Verfahren Die Erfindung betrifft.ein Vorschubgerät
für die Oberflächenmessung nach dem Tastschnitt-Verfahren, bestehend aus einem starren
Grundkörper und einem an diesem exakt geführten, beweglichen Tastorgan, das seinen
Tastbewegungen entsprechende Signale abgibt und durch einen Antriebsmechanismus
mit konstanter Geschwindigkeit über eine Taststrecke in einer Profilschnittebene
eines Werkstückes bewegbar ist.
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Solche Vorschubgeräte sind für die Oberflächenmessung, d.h. für Rauhheits-
und Welligkeitsabtastungen einer Oberfläche, in mehreren Ausführungsformen in der
Praxis bekannt. Das Tastorgan wird in der Regel durch einen Feder- oder Elektromotor
angetrieben, dem eine Einrichtung zur Konstanthaltung der Vorschubgeschwindigkeit
sowie Schaltgetriebe oder Steuereinrichtungen zum Wechsel der konstanten Vorschubgeschwindigkeiten
zugeordnet sind. Um zu gewährleisten, daß während des Vorschubs über die Taststrecke
die Bahn des das eigentliche Tastglied des als Mikrotaster ausgebildeten Tastorgans
bildenden Tastdiamanten exakt in der Schnittebene gehalten
bleibt,
ist eine genaue Längsführung des Tastorgans bzw.
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dessen Halterung vorgesehen. Außerdem verfügt ein derartiges Vorschubgerät
über Einrichtungen zum Aufstellen oder Befestigen auf Meßplatten, Meßtischen usw..
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Grundsätzlich sind zwei Bauformen solcher Vorschubgeräte bekannt geworden,
die in einigen Abwandlungen in Gebrauch sind. Bei der ersten Bauform sind unten
an dem quaderförmigen Grundkörper Anschlußelemente für den das Tastorgan bildenden
Mikrotaster vorhanden, während an einer Seitenfläche Befestigungselemente für Haltevorrichtungen
vorgesehen sind. Diese Vorschubgeräte werden nämlich vorzugsweise seitlich an säulenförmigen
Meßständern höhenverstellbar angebracht.
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Bei der zweiten Bauform ist ebenfalls ein etwa quaderförmiger Grundkörper
vorhanden, der auf der Unterseite aber mit öhenverstellbaren Füßen versehen und
im übrigen dazu eingerichtet ist, vorzugsweise ohne Meßständer unmittelbar auf Meßplatten
oder auf eine entsprechende Bezugsfläche des Werkstückes selbst aufgestellt zu werden.
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In beiden Fällen ragt an einer Stirnseite des Grundkörpers das indem
Grundkörper längsverschieblich geführte, angetriebene Tastorgan vor. Auch ist es
bekannt, an einer Stirnseite Gestänge mit Halteeinrichtungen für das Tastorgan vorzusehen.
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Die Hauptabmessung dieser Vorschubgeräte liegt bei 200 bis 300 mm
mit einem Gewicht von 1 bis 10 kg. Sie sind damit vorzugsweise für den stationären
Betrieb gedacht.
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Daneben haben sich in der Praxis auch kleine Ausführungsformen von
prinzipiell gleichem Aufbau herausgebildet, die in den kleinsten Bauformen etwa
faustgroß sind und zum transportablen Einsatz dienen.
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Charakteristisch für die bekannten Vorschubgeräte ist, daß die jeweilige
Ausführungsform im wesentlichen durch den Aufbau der angewandten Motor-Getriebe-Kombination
des Antriebsmechanismus bestimmt ist, die die Größe des Grundkörpers und dessen
Gestalt bestimmt. Der Grundkörper ist dabej nämlich vorzugsweise als Gehäuse für
den Antriebsmechanismus und nicht nach meßtechnischen Erfordernissen aufgebaut.
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Bei der Handhabung eines Vorschubgerätes muß dieses in Bezug auf die
Meßfläche am Werkstück so orientiert werden, daß die durch die Bahnkurve des Tastorgans
bestimmte Schnittebene in die erforderliche Lage zur Meßfläche gebracht wird. Dazu
müssen in der Regel mehrere Dimensionen, wie Neigung, Richtung und Höhe der Bahnkurve
des Tastorgans justiert werden. Da bei den bekannten Vorschubgeräten, wie erwähnt,
der Grundkörper in der Regel im Hinblick auf den in ihm angeordneten Antriebsmechanismus
gestaltet und dimensioniert ist, bedeutet dies, daß diese Geräte bei ihrem Einsatz
eine Fülle von Hilfseinrichtungen, wie Meßständer mit Höhen- und Neigungseinstellung,
Kreuztische, Schwenk-Schraubstöcke, Vorsatzprismen und dgl. erforderlich machen.
Diese Hilfsmittel sind in jedem Falle der speziellen Ausführungsform des jeweiligen
Vorschubgerätes angepaßt, was zu einer großen Typenvielfalt mit unwirtschaftlichen
Herstellungsmengen führt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, hier abzuhelfen und ein Vorschubgerät
zu schaffen, das mit einem Minimalaufwand an einfachen Hilfsmitteln es gestattet
allen meßtechnischen Forderungen gerecht zu werden und das damit universell einsetzbar
ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs genannte Vorschubgerät
gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der miniaturisierte Antriebsmechanismus
und die Führungselemente für das Tastorgan in einem den Grundkörper bildenden
Gehäuse
angeordnet sind, das das an ihm verschieblich gelagerte Tastorgan trägt.
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Dadurch, daß der Antrieb und die Führung sowie die Lagerung des Tastorgans
in miniaturisierter Ausführung in einem rohrförmigen Gehäuse angeordnet sind, ist
eine von dem Aufbau des Antriebsmechanismus und den Führungselementen des Tastorganes
unabhängige Gestaltung des Grundkörpers geschaffen. Die das rohrförmige Gehäuse
aufweisende "Vorschubeinheit" kann wahlweise entweder unmittelbar an ihrem Umfang
an einer Halterung oder dgl. aufgenommen werden oder patronenartig in ein Zusatzstück
eingefügt werden, je nachdem, wie es für die jeweilige Meßaufgabe zweckmäßig ist.
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Um Beschädigung und Fehlbehandlungen des empfindlichen Tastorgans
zu verhüten, ist es zweckmäßig, wenn das Tastorgan durch ein stirnseitig auf das
rohrförmige Gehäuse aufgesetztes, haubenartiges Schutzstück abgedeckt sind. Dieses
Schutzstück liegt mit Vorteil innerhalb des Umrisses des des dem rohrförmigen Gehäuses
umschriebenen Zylinders, so daß das rohrförmige Gehäuse ohne Behinderung durch das
Schutzstück in dem Grundkörper montiert werden kann, außerdem kann es als Stütze
für das Vorschubgerät ausgebildet und gegebenenfalls mit einer prismatischen Führung
versehen sein.
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Das rohrförmige Gehäuse kann in einer bevorzugten Ausführungsform
in einer entsprechenden Bohrung eines Einrichtungen zur Aufstellung oder Halterung
aufweisen Zusatzstückes aufgenommen sein. Dies gestattet es, beispielsweise durch
entsprechende Aufstellung des Zusatzstückes auf einer Bezugsfläche und/oder durch
entsprechende Verdrehung des rohrförmigen Gehäuses um seine Längsachse in der Bohrung
des Zusatzstückes das Tastorgan entsprechend den jeweiligen
Gegebenheiten
der Meßaufgabe einfach so zu orientieren, daß es auf die Schnittebene ausgerichtet
ist.
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Das Zusatzstück kann mit Vorteil eine zur Aufstellung auf ebene und
zylindrische Flächen eingerichtete, prismenförmige Aufstellfläche aufweisen, in
deren Bereich ein Längsschlitz vorgesehen sein kann, während das rohrförmige Gehäuse
in unmittelbarer Nähe der prismenförmigen Aufstellfläche achsparallel zu deren Längsachse
in dem Grundkörper gespannt ist, derart, daß das Tastorgan durch den Längsschlitz
in die prismenförmige Aufstellfläche ragt und in diese eintastet. Damit kann das
Vorschubgerät ohne weiteres auf ebene oder zylindrische Meßflächen aufgestellt werden,
wie es im übrigen auch möglich ist, das Vorschubgerät an Meßtischen und dgl. zu
befestigen.
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Um die universelle Einsatzmöglichkeit des Vorschubgerätes' noch zu
erhöhen, ist es zweckmäßig, wenn das Zusatzstück auf der der prismenförmigen Aufstellfläche
gegenüberliegenden Seite eine maßgenaue Auflagefläche aufweist. Auch kann das Zusatzstück
zu der prismenförmigen Aufstellfläche rechtwinklig verlaufende und als Auflage-
und/oder Bezugsflächen ausgebildete Stirnflächen tragen, die ebenso wie die Auflagefläche,
eine maßgenaue Positionierung des Vorschubgerätes gestatten. Darüber hinaus können
an dem Grundkörper-verstellbare Stützfüße angeordnet sein, die vorteilhafterweise
in im Bereiche der Stirnflächen vorgesehenen Führung höhenverstellbar geführt sein
können.
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Schließlich kann das Vorschubgerät auch derart eingesetzt werden,
daß auf das rohrförmige Gehäuse endseitig wenigstens eine Standplatte aufgesetzt
ist, die gegebenenfalls mit dem eine prismatische Führung tragenden Schutzstück
derart zusammenwirkt,daß dieses ebenfalls als Stütze für das'Vorschubgerät wirkt.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 Ein Vorschubgerät gemäß der Erfindung in einer Seitenansicht,
Fig. 2 das Vorschubgerät nach Fig. 1 in einer Ansicht von vorne, Fig. 3 das Vorschubgerät
nach Fig. 1 mit aufgesetztem Schutzstück in einer Seitenansicht, Fig. 4 das Vorschubgerät
nach Fig. 3 in einer Ansicht von vorne, Fig. 5 das Vorschubgerät nach Fig. 1 im
axialen Schnitt in einer Seitenansicht und in schematischer Darstellung, Fig. 6
das Vorschubgerät nach Fig. 3 mit einer aufgesetzten Standplatte in einer Seitenansicht,
Fig. 7 das Vorschubgerät nach Fig. 6 in einer Ansicht von vorne, Fig. 8 das Vorschubgerät
nach Fig. 3 eingesetzt in ein Zusatzstück in einer Seitenansicht, Fig. 9 die Anordnung
nach Fig. 8 in einer Ansicht von vorne, Fig. 10 das Vorschubgerät nach Fig. 8 mit
dem Zusatzstück und mit einem höhenverstellten Stützfuß in einer Seitenansicht,
Fig.
11 die Anordnung nach Fig. 10 in einer Ansicht von vorne, Fig. 12 das Vorschubgerät
nach Fig. 10 mit dem Zusatzstück in einer anderen Einsatzlage, in einer Seitenansicht,
Fig. 13 die Anordnung nach Fig. 12 in einer Ansicht von vorne, Fig. 14 das Vorschubgerät
nach Fig. 12 in der Anwendung auf die Messung der Oberfläche eines zylindrischen
Werkstücks, in einer Seitenansicht, Fig. 15 die Anordnung nach Fig. 14 in einer
Ansicht von vorne und Fig. 16 das Vorschubgerät nach Fig. 3 eingesetzt in ein Zusatzstück
in der Anwendung auf die Messung der Innenwandung einer senkrecht zur Planfläche
eines Werkstückes verlaufenden Bohrung.
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Das Vorschubgerät weist ein den Grundkörper bildenden starres, rohrförmiges
Gehäuse 1 auf, das bei den dargestellten Ausführungsbeispielen zylindrisch und auf
seiner Außenseite glattwandig ausgebildet ist. Das rohrförmige Gehäuse 1 ist endseitig
durch stirnseitige Abschlußplatten 2, 3 verschlossen, von denen die eine Abschlußplatte
2 ein elektrisches Anschlußkabel 4 und die diesem zugeordnetenlim einzelnen nicht
veranschaulichten elektrischen Anschlußelemente trägt. In dem rohrförmigen Gehäuse
1 ist ein miniaturisierter Elektromotor 5 (Fig. 5) enthalten, der über ein Getriebe
6 eine Gewindespindel 7 antreibt,
die ihrerseits in eine entsprechende
Gewindebohrung 8 eines Schlittens 9 eingeschraubt ist, der an der Innenwand des
rohrförmigen Gehäuses 1 verschieblich geführt ist. Mit dem Schlitten 9 ist ein das
eigentliche Tastorgan bildender Mikrotaster 10 über eine Haltestange 11 verbunden,
die an dem Schlitten 9 an einem Drehpunkt 12 verschwenkbar angelenkt ist. Der Mikrotaster
10 ragt durch eine öffnung 13 der Abschlußplatte 3 nach außen; er trägt stirnseitig
ein haubenartiges Schutzrohr 14, das mit einer Gleitkufe 15 versehen ist und eine
Bohrung aufweist, durch die ein bei 16 angedeuteter Tastdiamant nach außen ragt.
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Der Elektromotor 5 bildet mit dem Getriebe 6 und der Gewindespindel
7 sowie dem Schlitten 9 und der Haltestange 11 den-Antriebsmechanismus für das Tastorgan
in Gestalt des Mikrotasters 10. Wird der an das elektrische Anschlußkabel 4 angeschlossene
Elektromotor eingeschaltet, so werden der Schlitten 9 und damit der Mikrotaster
10 in der Längsrichtung des rohrförmigen Gehäuses 1 verschoben, womit der Tastdiamant
16 des in dem rohrförmigen Gehäuses 1 exakt seitlich geführten Mikrotasters 10 die
Taststrecke- abfährt. Dabei stützt sich der Mikrotaster 10 über das Schutzrohr 14
und die Gleitkufe 15 auf der Meßfläche ab, um zu vermeiden, daß der Tastdiamant
16 einem unregelmäßigen oder einem zu hohen Anpreßdruck ausgesetzt ist. Beim Durchlaufen
der Taststrecke gibt der Mikrotaster über nicht weiter dargestellte elektrische
Leitungen elektrische Signale ab, die der Tastbewegung des Tastdiamanten 16 entsprechen
und die ein Maß für die Welligkeit und die Rauhheit der abgetasteten Meßfläche darstellen,
das in an sich bekannter Weise ausgewertet werden kann.
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Das den Grundkörper des Vorschubgerätes bildende rohrförmige Gehäuse
1 kann an seinem Umfang in einfacher Weise aufgenommen werden, wozu gegebenenfalls
einfache Hilfsmittel
verwendet werden können, die ihrerseits zur
Befestigung an bekannten Meßhilfseinrichtungen der industriellen Längenmeßtechnik,
wie Meßtische, Magnetständer, Meßuhrenaufnahmen und dgl. versehen sind.
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Um den empfindlichen Mikrotaster 10 gegen Fehlbehandlungen zu schützen,
ist bei der beispielsweise in den Fig. 3, 4 dargestellten Ausführungsform des Vorschubgerätes
an der stirnseitigen Abschlußplatte 3 ein haubenartiges Schutzstück 17 befestigt,
das den Mikrotaster 10 mit seinen aus dem rohrförmigen Gehäuse vorragenden Teilen
14, 15 nach oben und zur Seite hin abdeckt. Dieses Schutzstück 17 weist eine prismatische
Führung - 18 auf, die es gestattet, das Schutzstück 17 gleichzeitig als Stützelement
für das Vorschubgerät zu benutzen.
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Dazu kann in der aus den Fig. 6 und 7 ersichtlichen Weise auch das
rohrförmige Gehäuse 1 im Bereiche der stirnseitigen Abschlußplatte 2 eine Standplatte
19 aufgesetzt sein, die, ebenso wie das Schutzstück 17, prismatische Führungen 20
aufweisen kann, die ein Arbeiten auf Plan- und Zylinderflächen gestatten, wie es
bei 21 veranschaulicht ist.
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In einer anderen1 in den Fig. 8 bis 13 gezeigten Ausführungsform ist
das Vorschubgerät mit seinem zylindrischen Gehäuse 1 in eine entsprechende Längsbohrung
22 eines im wesentlichen quaderförmigen Zusatzstückes 23 eingesetzt und an seinem
Umfang in der Längsbohrung 22 aufgenommen. Das Zusatzstück 23 weist eireprismenförmige
Aufstellfläche 24 auf, in deren unmittelbarer Nähe die das rohrförmige Gehäuse 1
aufnehmende Längsbohrung 22 angeordnet ist. Die Längsbohrung 22 steht über einen
in dem Zusatzstück 23 vorgesehenen Längsschlitz 250mit der prismenförmigen Aufstellfläche
24 in Verbindung, so daß in der aus Fig. 9 ersichtlichen Weise der Mikrotaster 10
mit seinem Tastdiamanten 16
unmittelbar in die prismenförmige Aufstellfläche
24 eintasten kann. Je nach den Gegebenheiten der jeweiligen Meßaufgabe kann dabei
das Vorschubgerät mit seinem rohrförmigen Gehäuse in der Längsbohrung 22 längsverschoben
werden, so daß der Tastdiamant 16 entweder in der aus Fig. 8 ersichtlichen Weise
seitlich neben dem Zusatzstück 23 seine Taststrecke durchläuft, oder aber so bewegt
wird, daß die Taststrecke zumindest teilweise im Bereiche der prismenförmigen Aufstellfläche
24 unter dem Zusatzstück 23 verläuft.
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Rechtwinklig zu der prismenförmigen Aufstellfläche 24 sind an dem
Zusatzstück 23 zwei als Auflage- und/oder Bezugsflächen ausgebildete maßhaltige,
ebene Stirnflächen 25, 26 vorgesehen, die es gestatten'beispielsweise zum Abtasten
der Innenwandung einer Bohrung eines Werkstückesldas Zusatzstück 23 mit dem in der
Längsbohrung 22 angeordneten Vorschubgerät auf einer der Stirnflächen 25 oder 26
auf einer Bezugsfläche aufzustellen.
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Außerdem-ist die der prismenförmigen Aufstellfläche 24 gegenüberliegende
Kopffläche des Zusatzstückes 23 bei 27 als ebenfalls maßgenaue Auflagefläche ausgebildet,
die es ermöglicht, auch sogenannte Uberkopf-Messungen vorzunehmen, wie es in Fig.
12, 13 gezeigt ist. Das Zusatzstück 23 ist dabei auf die Auflagefläche 27 aufgestellt;
auf das Schutzstück 17 ist ein ringförmiges Werkstück 28 aufgelegt, dessen Innenfläche
von dem Tastdiamanten 16 abgetastet wird.
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Im Bereiche der beiden Stirnflächen 25, 26 sind an dem Zusatzstück
23 seitliche Führungen 29, 30 ausgebildet, auf denen höhenverstellbare Stützfüße
geführt sind, von denen einer bei 31 in Fig. 10, 11 veranschaulicht ist.
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Der Stützfuß 31 ist mittels einer Klemmschraube 32 in seiner jeweiligen
Höhenlage fixierbar; er gestattet es
beispielsweise in der in Fig.
10, 11 dargestellten Weise ein auf die Bezugsfläche 21 aufgesetztes Werkstück 33
abzutasten. Das Zusatzstück 23 mit seinem Stützfuß 31 dient damit als Meß-Hilfsmittel
zur Messung an einer erhöht liegenden Meßfläche auf dem Werkstück, wobei das Vorschubgerät
durch den Stützfuß 31 in der Waagerechten gehalten wird.
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In den Fig. 14, 15 ist eine weitere Anwendung des Vorschubgerätes
mit dem Zusatzstück 23 auf eine sogenannte Uberkopf-Messung veranschaulicht. Dabei
ist das Zusatzstück 23 mit seiner Auflagefläche 27 wiederum auf eine Aufstellfläche
aufgestellt, während das bei 34 veranschaulichte zylindrische Werkstück auf die
nunmehr nach oben weisende prismenförmige Aufstellfläche 24 aufgelegt ist und durch
den Längsschlitz 250des Zusatzstückes 23 hindurch durch den Tastdiamanten 16 von
unten her abgetastet wird.
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In Fig. 16 schließlich ist noch der bereits erwähnte Anwendungsfall
veranschaulicht, bei dem das Zusatzstück 23 mit seiner Stirnfläche 25 auf eine Unterlage
35 aufgesetzt ist, so daß die Stirnfläche 25 als Bezugsfläche und Standfläche dient.
Die Unterlage 35 ist im vorliegenden Fall durch das Werkstück gebildet, das eine
rechtwinklig zur Planfläche verlaufende Bohrung 36 aufweist, deren Innenwandung
durch den Tastdiamanten 16 abgetastet wird.
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Auch diese Weise können auch Schnittkanten an Planflächen abgetastet
werden.