DE2950627A1 - Anordnung zur messung von oberflaechenprofilen - Google Patents

Description

PHILIPS PATElNiTVERWALTUMG GMBH PHD 79-153

"Anordnung zur Messung von Oberflächenprofilen¹¹

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung von Oberflächenprofilen, bei der die den Auslenkungen eines über die zu prüfende Fläche bewegten Biegeelementes proportionalen elektrischen Spannungen nach Verstärkung einem Anzeigegerät zugeführt werden.

Derartige Anordnungen sind vielfach bekannt, so z.B. aus der DE-PS 929 877 sowie aus dem Aufsatz "Stand der Oberflächenprüfung", erschienen in der Zeitschrift «Fachberichte für Oberflächentechnik", 1973, Heft 1, Seiten 20 bis 23. Dabei werden als Biegeelemente häufig Piezoelemente verwendet, die ' einen verhältnismäßig einfachen Aufbau der Anordnung ermöglichen. Für viele Anwendungen ist es jedoch nachteilig, daß die Auflagekraft nicht konstant ist, sondern von der Auslenkung abhängt. Dadurch sind die Anwendungsmöglichkeiten eingeschränkt, insbesondere hinsichtlich weicherer Oberflächen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Auflagekraft konstant, d.h. unabhängig von der Auslenkung ist. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Auflagekraft selbst einstellbar ist.

Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß das Biegeelement ein bilaminares keramisches Element ist, das mit Mitteln zur Erzeugung einer der Auslenkung proportionalen Spannung versehen ist, die

1 30025/0450

/ PHD 79-153

mit einer Vergleichsspannung verglichen wird und die Differenzspannung nach Verstärkung dem Biegeelement zugeführt wird. Zweckmäßigerweise bestehen diese Mittel aus Dehnungsmeßstreifen.

Die dadurch bewirkte Auslenkung bewirkt ein Nachgeben des Biegeelementes in der Auslenkungsrichtung, wodurch die beabsichtigte Wirkung erzielt wird, nämlich die Auflagekraft unabhängig von der Auslenkung zu halten.

Um den Gia d der Kompensationswirkung verändern zu können, ist es zweckmäßig, die Amplitude der dem Biegeelement zugeführten Spannung einstellbar zu machen, z.B. durch Veränderung des Verstärkungsfaktors. Vorteilhaft ist es auch, die Vergleichsspannung veränderbar zu machen, um den Einsatzpunkt der Kompensationswirkung verändern zu können.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Darin zeigen: Fig.1 den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig.2a die durch die erflndungsgemäße Anordnung erzielte gleichmäßige Kraft in Abhängigkeit von der Auslenkung,

Fig.2b den Fall einer Uberkompensation, und Fig.3 den Zusammenhang zwischen Auslenkung und von den Dehnungsmeßstreifen abgegebenen Spannung.

Ein einseitig eingespanntes bilaminares Biegeelement 1, z.B. ein Piezoelement oder ein keramisches Element aus elektrostriktiver Keramik, erfährt bei der Abtastung eines Profils P eine Auslenkung Z. Beidseitig des Biegeelementes sind nahe bei dessen

130025/0450

PHD 79-153

Einspannstelle Dehnungsmeßstreifen 4, 5 angeordnet, die Bestandteil einer Brückenschaltung 6 sind. Eine Auslenkung des Biegeelementes verformt gleichzeitig auch die Dehnungsmeßstreifen 4 und 5

s in einander entgegengesetztem Sinne. Die Ausgangsspannung der Brückenschaltung 6 wird mit einer an einem Spannungsteiler 7 einstellbaren Vergleichsspannung U_soll in einem Differenzverstärker 8 verglichen und kann gleichzeitig an einem Meßinstrument 10 abgelesen werden.

Die Ausgangsspannung V des Differenzverstärkers 8 wird über einen Verstärker 9 dem Biegeelement 1 als Richtspannung V zugeführt. Je größer die Auslenkung ist, desto größer ist auch die Richtspannung, so daß, wie Fig.2a zeigt, die Auflagekraft über einen weiten Bereich der Auslenkung konstant bleibt. Dabei beziehen sich die Kurven a, b und c auf unterschiedliche Einstellungen des Spannungsteilers 7. Vergrößert man den Verstärkungs faktor des Verstärkers 8 oder S, so wird auch die Kompensationskraft vergrößert, und es kann sogar eine Überkompensation erzielt werden, wie die in der Mitte abfallende Kennlinie nach Fig.2b zeigt.

Dies bedeutet, daß eine vergrößerte Auslenkung eJne verkleinerte Auflagekraft zur Folge hat. Dies kann bei speziellen Meßaufgaben erwünscht sein.

Aus Fig.3 ist schließlich der Zusammenhang zwischen der Auslenkung und der von den Dehnungsmeßstreifen abgegebenen Spannung ersichtlich. Dieser ist linear, so daß die von den Dehnungsmeßstreifen abgegebene Spannung U_DMg zur Aufzeichnung des abgetasteten Profils geeignet ist.

130026/0460

Leerseite

Claims (5)

PHD 79-1532950627 Patentansprüche

1.) Anordnung zur Messung von Oberflächen- ~profilen, bei der die den Auslenkungen eines über die zu prüfende Oberfläche bewegten keramischen Elementes proportionalen elektrischen Spannungen nach Verstärkung einem Anzeigegerät zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet ,

daß das Biegeelement (1) ein bilaminares keramisches Element ist, das mit Mitteln zur Erzeugung einer der Auslenkung proportionalen Spannung versehen ist, die mit einer Vergleichsspannung (7) verglichen wird und die Differenzspannung (V) nach Verstärkung dem Biegeelement (1) zugeführt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Mittel aus Dehnungsmeßstreifen (4,5) bestehen, die nahe der Einspannstelle angebracht sind und deren der Auslenkung proportionale Widerstandsänderung in einer Brückenschaltung (6) in eine Spannungsänderung umgewandelt wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennz e ic hne t,

daß das Biegeelement (1) aus elektrostriktiver Keramik besteht.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß das Biegeelement aus gepolter Piezokeramik besteht.

130026/OUO

ORIGINAL INSPECTED

PHD 79-153

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kompensationskraft und/oder der Verstärkungsfaktor einstellbar sind. 5

130025/0^50