DE3644733A1

DE3644733A1 - Satz von normalmassen zur attestierung und eichung von geraeten zur parametermessung bei unebenheiten von profilen und oberflaechen

Info

Publication number: DE3644733A1
Application number: DE19863644733
Authority: DE
Inventors: Valerij Sergeevic Cichalov; Natalja Dmitrievna Ptickina; Alfred Aleksandrovic Kucin; Jurij Vasilievic Kolovskij; Viktor Michailovic Sackov; Igor Jakovlevic Skorobogatov
Original assignee: VNII METROLOGICESKOJ SLUZBY
Current assignee: VNII METROLOGICESKOJ SLUZBY
Priority date: 1987-01-07
Filing date: 1986-12-30
Publication date: 1988-07-14
Also published as: GB2199663A; GB8700234D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf technische Messungen und betrifft insbesondere einen Satz von Normalmaßen zur Attestierung und Eichung von Geräten zur Parametermessung bei Unebenheiten von Profilen und Oberflächen, beispielsweise von Rundheits- und Zylindermeßgeräten.

Es ist ein Satz von Normalmaßen zur Attestierung und Eichung von Geräten zur Parametermessung bei Unebenheiten von Profilen und Oberflächen bekannt, der ein Ebenheitsmaß und ein Unebenheitsmeßmittel enthält, das ein Unebenheitsnormal darstellt. Das Ebenheitsmaß und das Unebenheitsnormal gehören zum Satz des gelieferten Geräts und dienen zur Einschätzung des Zustandes und zur Einstellung einzelner Baugruppen des Meßgeräts, beispielsweise der Spindel und des Verstärkers (eines Verstärkungsfaktors von z. B. 1000^x) für Geräte vom Typ des Rundheitsmessers (s. beispielsweise die Betriebsanleitung für das Gerät "Teylirond-2" der Firma "Rank Teylor Hobson" [Großbritannien], Nr. 210-11/1267, S. 30).

Die Parametermessung bei den Unebenheiten der Profile mit Hilfe des Rundheitsmessers besteht in folgendem.

Die Spindeleinheit führt eine Musterbewegung auf der Kreislinie von Führungen aus, die einen Meßfühler eines primären Meßumformers tragen, der mit Hilfe eines Endstücks mit einem bestimmten Krümmungsradius dadurch, daß dieses mit dem Profil der zu prüfenden Oberfläche kontaktiert wird, in Form eines elektrischen Signals verwandelte Abweichungen des Radiusvektors einer das Profol des zu prüfenden Musters beschreibenden Funktion an folgende Glieder vermittelt: Verstärker, zweigliedriges RC-Filter, Registriergerät.

Zur Attestierung und Eichung des Rundheitsmeßgeräts wird vor Beginn der Arbeit auf den Objekttisch des Rundheitsmeßgeräts ein Ebenheitsmaß aufgestellt und in der Weise zentriert, daß die Drehachse des Spindels mit der des Maßes zusammenfällt, worauf das Profil im gewählten Querschnitt bei einem maximalen Vergrößerungsfaktor des Geräts gemessen wird. Die Radialabweichungen des Ebenheitsmaßes sind in einem beliebigen der gewählten Querschnitte vernachlässigbar klein gegenüber den Abweichungen des Radiusvektors eines Kreises, den für eine Umdrehung ein Punkt beschreibt, der in einiger Entfernung (Gleichanteil des Radius) von der Projektion der Drehachse der Spindel auf eine senkrecht zur Achse liegende Ebene absteht. Nach den Ergebnissen der Messungen des Ebenheitsmaßes wird ein radialer Meßfehler der Spindel bewertet. Schreitet der radiale Meßfehler der Spindel über eine zulässige Abweichung, wird daraus geschlossen, daß die in den Betriebsunterlagen angegebene Genauigkeit bei den Messungen am Gerät nicht erreicht werden wird, weil der radiale Meßfehler der Spindel als zufällige Komponente in Erscheinung tritt.

Die Durchführung der ähnlichen Messungen des Unebenheitsnormals gibt die Möglichkeit, das erhaltene Resultat mit der auf dem Maß eingravierten Größe des Unebenheitsparameters zu vergleichen und damit darüber zu urteilen, um welchen Wert die zu prüfende Parametergröße abgewichen ist. Der Satz einiger Geräte umfaßt Programme, die es gestatten, nach dem Ergebnis der Messungen des Unebenheitsnormals einen entsprechenden Vergrößerungsfaktor zu eichen. (Die auf dem Unebenheitsnormal eingravierte Größe des Unebenheitsparameters ist im Ergebnis der Messungen an dem Gerät erhalten worden, dessen Satz das gegebene Normal vor der Ablieferung des Geräts enthalten wird.)

Bei Verwendung des Ebenheitsmaßes und des Unebenheitsnormals wird während des Betriebes des Geräts die Tatsache außer acht gelassen, daß infolge verschiedener äußerer und innerer Einflüsse (elektrische Induktionen, Nulldrift, Abweichungen der Werte der Glieder des zweigliedrigen RC- Kreises von den Nennwerten u. ä.) im Meßsystem des Geräts Abweichungen von den Nennwerten der Übertragungsfaktoren des Verstärkers sowie eine Verschiebung des Durchlaßbandes der zweigliedrigen RC-Filter entstehen, die mit Hilfe des Ebenheitsmaßes und des Unebenheitsnormals nicht geprüft werden, während das Vorhandensein derartiger Abweichungen Meßfehler in die Ergebnisse der Parametermessungen bei den Unebenheiten der Profile und Oberflächen hineinträgt. Die durch die genannten Ursachen hervorgerufenen Meßfehler übertreffen um ein Vielfaches den radialen Meßfehler der Spindel und können sowohl als zufällige wie auch als systematische Komponenten auftreten. Das letztere ist für eine richtige Eichung der Geräte und für die Gewährleistung der Einheitlichkeit der Messungen von großer Tragweite.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Satz von Normalmaßen zur Attestierung und Eichung von Geräten zur Parametermessung bei Unebenheiten von Profilen und Oberflächen zu entwickeln, in dem das Mittel zur Prüfung der Unebenheiten in der Weise ausgeführt ist, daß bei dessen Einsatz möglich wird, sowohl einen radialen Meßfehler der Spindel als auch Abweichungen der Vergrößerungsfaktoren von den Nennwerten und Verschiebungen des Durchlaßbandes der Geräte bei deren Ablieferung und bei Betrieb zu bewerten.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem Satz von Normalmaßen zur Attestierung und Eichung von Geräten zur Parametermessung bei Unebenheiten von Profilen und Oberflächen, der ein Ebenheitsmaß und ein Unebenheitsmeßmittel enthält, das Unebenheitsmeßmittel gemäß der Erfindung aus mindestens zwei Unebenheitsmaßen erster und zweiter Art besteht, die je in Form einer Fläche mit einem Profil ausgeführt sind, das eine Unebenheit aufweist, deren Gestalt, Anordnung und Abmessungen durch eine periodische Funktion beschrieben werden, die ein Spektrum besitzt, das von der Übertragungscharakteristik des zu prüfenden Geräts abhängt, wobei das Spektrum der das Profil des Maßes erster Art beschreibenden Funktion wesentlich schmäler als das Nenn-Durchlaßband des Geräts ist und die nach der Amplitude höchsten Harmonischen bei Frequenzen aufweist, die Frequenzen der Übertragungscharakteristik des Geräts gleich sind, auf denen die relativen Übertragungsfaktoren des Geräts nahe am Maximalwert liegen, während das Spektrum der das Profil des Maßes zweiter Art beschreibenden Funktion entweder nahe am Nenn-Durchlaßband des zu prüfenden Geräts liegt oder mit diesem zusammenfällt, oder wesentlich schmäler als das Nenn-Durchlaßband des zu prüfenden Geräts ist, wobei die Maximalamplitude der Harmonischen des Spektrums eine Frequenz besitzt, die der Frequenz eines zu normierenden Wellenfilters des Durchlaßbandes gleich ist oder an dieser nahe liegt.

Der Satz von Normalmaßen kann eine Menge von Unebenheiten erster Art und eine Menge von Unebenheiten zweiter Art enthalten, wobei die Maße jeder Menge einander ähnlich ausgeführt sind und sich voneinander durch die Abmessungen der Unebenheiten des Profils unterscheiden.

Es ist zweckmäßig, die drei Unebenheitsmaße enthaltende Menge der Unebenheitsmaße in Form eines auf einer Stirnfläche einer Grundplatte befestigten dreistufigen Zylinders auszuführen, bei dem die Durchmessergrößen der Stufen Glieder einer geometrischen Progression mit einem Stufensprung gleich zwei darstellen, wobei die andere Stirnfläche der Grundplatte abgeschrägt ist und mit der Achse des Zylinders einen Winkel bildet, der in Abhängigkeit vom Vergrößerungsfaktor des zu prüfenden Geräts gewählt ist.

Das Unebenheitsmaß zweiter Art kann in Form eines Zylinders mit einer zylindrischen Aushöhlung ausgeführt werden, deren Achse parallel zur Achse des Zylinders verläuft, während die Halbmesser des Zylinders bzw. der Aushöhlung und die Tiefe der Aushöhlung in Abhängigkeit von der Übertragungscharakteristik des zu prüfenden Geräts gewählt sind.

Man kann auch die Unebenheitsmaße erster und zweiter Art je in Form einer Zylinderscheibe mit einer Beule ausführen, die durch die Mantelfläche eines Zylinders begrenzt ist, dessen Achse parallel zur Drehachse der Scheibe verläuft und dessen Halbmesser kleiner als der Halbmesser der Scheibe ist, während die Halbmesser der Scheibe bzw. des Zylinders und die Höhe der Beule in Abhängigkeit von der Übertragungscharakteristik des zu prüfenden Geräts gewählt sind.

Man kann schließlich das Unebenheitsmaß erster Art in Form einer Zylinderscheibe mit einem Schnitt ausführen, der durch die Mantelfläche eines Zylinders begrenzt ist, dessen Achse parallel zur Achse der Scheibe verläuft und dessen Halbmesser größer als der Halbmesser der Scheibe ist, wobei der Halbmesser der Scheibe, der Halbmesser des Zylinders und die Tiefe des Schnitts in Abhängigkeit von der Übertragungscharakteristik des zu prüfenden Geräts gewählt sind.

Es ist erwünscht, den Satz von Normalmaßen mit einer Grundplatte mit einem daran mit einem Ende senkrecht zur Grundplatte befestigten Stab zu versehen, der am anderen Ende einen Feststeller zur Befestigung der Maße aufweist, in denen zentrale Durchgangsbohrungen nach dem Durchmesser des Stabes ausgeführt sind.

Zur Prüfung von zur Parametermessung bei Teilen mit einem Halbmesser von über 150 mm vorgesehenen Geräten ist es zweckmäßig, die Menge der Unebenheitsmaße erster Art oder die Menge der Unebenheitsmaße zweiter Art in Form einer Zylinderscheibe mit einem rechteckigen Ausschnitt auszuführen, in dem mit der Möglichkeit einer Radialverschiebung in der Scheibe ein Einsatz nach der Form des Ausschnitts angeordnet ist, wobei der Halbmesser der Scheibe, die Breite des Ausschnitts und die Verschiebungsgröße des Einsatzes unter der Bedingung gewählt sind, die Erzeugung der Unebenheiten für sämtliche Maße der gegebenen Menge bei einer Verschiebung des Einsatzes aus einer Endstellung in die andere zu ermöglichen.

Der Satz von Normalmaßen, in dem die Menge der Unebenheitsmaße zweiter Art in Form einer Zylinderscheibe mit einem verschiebbaren Einsatz ausgeführt ist, die mindestens einen zusätzlichen rechteckigen Ausschnitt mit einem Einsatz aufweist, wobei die gegenseitige Winkelstellung der Ausschnitte, deren Breite und die Verschiebungsgröße der Einsätze sowie der Halbmesser der Scheibe unter der Bedingung einer Gleichheit von Frequenzen der Maximalamplitude der Harmonischen der Spektralcharakteristik und des zu normierenden Wellenfilters des Durchlaßbandes des Geräts gewählt sind.

Der Satz von Normalmaßen zur Attestierung und Eichung von Geräten zur Parametermessung bei Unebenheiten von Profilen und Oberflächen, der erfindungsgemäß ausgeführt und aus einem Ebenheitsmaß und Unebenheitsmaßen zweier Arten zusammengesetzt ist, gestattet es, eine Attestierung und Eichung der Geräte zur Parametermessung bei den Unebenheiten der Profile und Oberflächen rasch, einfach und bequem vorzunehmen. Mit Hilfe des Satzes von Normalmaßen können Geräte attestiert und geeicht werden, die Abweichungen der Form bei Teilen von Rotationskörpern überwachen. Die in den Satz eingehenden Normalmaße gestatten es, Abweichungen (Meßfehler) der Vergrößerungsfaktoren des zu prüfenden Geräts von den Nennwerten: 50-, 100-, 200-, 500-, 1000-, 2000-, 5000-, 10 000-, 20 000fach, eine Verschiebung des Durchlaßbandes mit einem Nennwert von 1 bis 5,1 bis 15,1 bis 50 und 1 bis 150 Unebenheiten pro Meßperiode bei einem 2% von deren Nennwerten nicht überschreitenden Meßfehler einzuschätzen. Darüber hinaus kann man nach den Ergebnissen der Messungen der Normalmaße an dem zu prüfenden Gerät den Höchstwert des Gerätefehlers in einem beliebigen der obengenannten Bereiche bewerten. Die Normalmaße sind kompakt, bequem im Umgang. Die Masse des Satzes beträgt 2 bis 4 kg in Abhängigkeit von der Konstruktion und Bestimmung. Die Abmessungen des Satzes sind folgende: Der Satz kann in den Sitzen des Einsatzes eines Werkzeugkoffers verpackt werden, dessen Abmessungen 400×300×60 mm betragen.

Der Erfindung soll durch die nachstehende Beschreibung konkreter Ausführungsformen anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen erfindungsgemäß:

Fig. 1 einen in Form eines dreistufigen Zylinders ausgeführten Satz aus drei Unebenheitsmaßen erster Art;

Fig. 2 einen II-II-Schnitt der Fig. 1;

Fig. 3 ein in Form eines Zylinders mit einer zylindrischen Aushöhlung ausgeführtes Unebenheitsmaß zweiter Art;

Fig. 4 einen IV-IV-Schnitt der Fig. 3;

Fig. 5 ein in Form einer Zylinderscheibe mit einer Beule ausgeführtes Unebenheitsmaß erster oder zweiter Art;

Fig. 6 einen VI-VI-Schnitt der Fig. 5;

Fig. 7 ein in Form einer Zylinderscheibe mit einem Schnitt an einer Halterung ausgeführtes Unebenheitsmaß erster Art;

Fig. 8 einen VIII-VIII-Schnitt der Fig. 7;

Fig. 9 eine in Form einer Zylinderscheibe mit einem rechteckigen Ausschnitt ausgeführte Menge von Unebenheitsmaßen erster oder zweiter Art;

Fig. 10 eine in Form einer Zylinderscheibe mit vier Ausschnitten ausgeführte Menge von Unebenheitsmaßen zweiter Art.

Eine konkrete konstruktive Ausführung der Unebenheitsmaße erster und zweiter Art ist für Rundheitsmeßgeräte darstellende Geräte aufgeführt.

Der Satz von Normalmaßen zur Attestierung und Eichung von Geräten zur Parametermessung bei Unebenheiten von Profilen und Oberflächen enthält gemäß der Erfindung ein Ebenheitsmaß (in den Zeichnungen nicht angedeutet) und ein Unebenheitsmeßmittel, das sich aus mindestens zwei Unebenheitsmaßen erster und zweiter Art zusammensetzt, deren jede in Form einer Oberfläche mit einem Profil ausgeführt ist, das eine Unebenheit aufweist, deren Gestalt, Anordnung und Abmessungen durch eine periodische Funktion beschrieben werden, die ein von der Übertragungscharakteristik des zu prüfenden Geräts abhängiges Spektrum besitzt. Das Spektrum der das Profil des Maßes erster Art beschreibenden Funktion ist wesentlich schmäler als das Nenn-Durchlaßband des Geräts und weist die nach der Amplitude höchsten Harmonischen bei Frequenzen auf, die Frequenzen der Übertragungscharakteristik des Geräts gleich sind, auf denen die relativen Übertragungsfaktoren des Geräts an den Maximalwert nahe kommen. Das Spektrum der das Profil zweiter Art beschreibenden Funktion liegt entweder in der Nähe des Nenn-Durchlaßbandes des zu prüfenden Geräts oder fällt mit diesem zusammen oder ist wesentlich schmäler als das Nenn-Durchlaßband des zu prüfenden Geräts, wobei aber die Maximalamplitude der Harmonischen des Spektrums eine Frequenz aufweist, die der Frequenz des zu normierenden Wellenfilters des Durchlaßbandes des Geräts gleich ist oder in deren Nähe liegt.

Zur Realisierung der Möglichkeit, eine ganze Reihe von Vergrößerungsfaktoren des Geräts und eine Reihe von Frequenzdurchlaßbändern bei den zweigliedrigen RC-Filtern zu prüfen, ist im Satz das Vorhandensein einer Menge von Unebenheitsmaßen erster Art und eine Menge von Unebenheitsmaßen zweiter Art vorgesehen, wobei die Maße jeder Menge einander ähnlich ausgeführt und voneinander durch die Abmessungen der Unebenheiten des Profils verschieden sind.

In Fig. 1, 2 ist eine Ausführungsform der Menge der Unebenheitsmaße erster Art dargestellt, die drei Unebenheitsmaße enthält, die in Form eines an einer Stirnfläche einer Grundplatte 1 befestigten dreistufigen Zylinders 2 ausgeführt sind, bei dem die Durchmessergrößen der Stufen Glieder einer geometrischen Progression mit einem Stufensprung gleich zwei darstellen, wobei die andere Stirnfläche der Grundplatte 1 abgeschrägt ist und mit der Achse des Zylinders 2 einen Winkel f/2-α bildet, der in Abhängigkeit vom Vergrößerungsfaktor des zu prüfenden Geräts gewählt ist. In der Konstruktion ist ein Deckel 3 zum Schutz des Maßes gegen Beschädigungen vorgesehen.

Der Winkel α der Neigung der Achse des Zylinders 2 zur abgeschrägten Oberfläche der Grundplatte 1 wird aus der Beziehung ermittelt:

Hierin sind

F _max die Größe eines Unebenheitsparameters, die ca. 1/2 der oberen Grenze des Meßbereiches beim gewählten Vergrößerungsfaktor entspricht; R _m der Halbmesser der Zylinderstufe, der R₁, R₂ oder R₃ in Fig. 2 gleich ist, wobei ist, wobei i = 1, 2 ist; R _n der Halbmesser eines Endstücks eines primären Meßumformers des zu prüfenden Geräts (in Fig. 1, 2 nicht angedeutet).

In Fig. 3, 4 ist eine Ausführungsform des Unebenheitsmaßes zweiter Art wiedergegeben, das in Form eines Zylinders 4 mit einem Halbmesser R _m und mit einer zylindrischen Aushöhlung 5 mit einem Halbmesser R _e ausgeführt ist, deren Achse parallel zur Achse des Zylinders 4 verläuft. Auf den Zylinder 4 sind drei Bänder 6 aufgebracht, deren mittleres ein Arbeitsband ist. Der Zylinder ist auf einer Grundplatte 7 befestigt. In der Konstruktion ist ein Deckel 8 zum Schutze des Zylinders 4 gegen Beschädigungen vorgesehen. Der Halbmesser R _m des Zylinders 4, der Halbmesser R _e und die Tiefe H der Aushöhlung 5 sind in Abhängigkeit von der Übertragungscharakteristik des zu prüfenden Geräts gewählt und miteinander sowie mit den Abweichungsgrößen Δρ i von Radiusvektoren einer das Profil des Maßes in Grenzen eines die Aushöhlung 5 einschließenden Zentralwinkels beschreibenden Funktion durch eine folgende Abhängigkeit verbunden:

Hierin sind

α _e - die Hälfte des die Aushöhlung 5 einschließenden Zentralwinkels des Zylinders 4, der sich zu

ergibt,
α _i - ein laufender Wert des Drehwinkels des Radiusvektors.

Außerhalb eines Winkels von 2 a _e sind die Abweichungen des Radiusvektors gleich Null.

Mit Hilfe der angeführten Abhängigkeiten wird das Spektrum einer Funktion bestimmt, die das Profil des Maßes nach den Formeln:

beschreibt, wobei

a _k, b _kFourierkoeffizienten der K-ten Harmonischen,C _keine Amplitude der K-ten Harmonischen

bedeuten.

Die Verhältnisse der Parameter R _m, R _e und H werden in der Weise gewählt, daß die Bedingung

C _k = 5,15, 50, 150 ≃ P _0,75 (4)

erfüllt wird, worin

P _0,75 der Wert des Übertragungsfaktors einer standardisierten Amplitudenfrequenzcharakteristik des zu prüfenden Geräts auf dem Niveau des zu normierenden Wellenfilters (beispielsweise auf dem Niveau von 0,75)

ist.

Die in Fig. 3, 4 gezeigte Ausführungsform hat ein Profil, das durch eine Funktion beschrieben wird, deren Spektrum nahe am Nenn-Durchlaßband des zu prüfenden Geräts liegt oder mit diesem zusammenfällt.

In Fig. 5, 6 ist eine Ausführungsform des Maßes erster oder zweiter Art dargestellt, das in Form einer Zylinderscheibe 9 mit einer Beule 10 ausgebildet ist, die durch die Zylindermantelfläche eines Zylinders begrenzt ist, dessen Achse parallel zur Drehachse der Scheibe 9 verläuft und dessen Halbmesser R _b kleiner als der Halbmesser R _m der Scheibe 9 ist, während der Halbmesser R _m der Scheibe 9, der Halbmesser der Zylinderfläche der Beule 10 und die Höhe ρ₀ der Beule 10 abhängig von der Übertragungscharakteristik des zu prüfenden Geräts gewählt und miteinander sowie mit den Abweichungsgrößen Δρ _i der Radiusvektoren der das Profil des Maßes in Grenzen eines die Beule 10 einschließenden Zentralwinkels 2 β₀ beschreibenden Funktion durch eine folgende Abhängigkeit:

verbunden sind, worin

h einen Abstand zwischen den Drehachsen der Scheibe 9 und der Zylinderfläche der Beule 10, der nach der Formel h = ρ₀+R _m-R _b berechnet wird; b _i einen laufenden Wert des Drehwinkels des Radiusvektors bedeutet.

Außerhalb eines Winkels von 2 β₀ sind die Abweichungen des Radiusvektors gleich Null.

Nach den Formeln (3) wird das Spektrum der Funktion (5) bestimmt.

Die ein Verhältnis des Ausgangssignals des Geräts zu dessen Eingangssignal bei der Messung der Parameter der Unebenheiten des Profils des Maßes im i-ten Punkt beschreibende Gleichung, worin Δρ _i≠0 ist, kann in folgender allgemeiner Form:

dargestellt werden, worin

U _Ausg, U _EingWerte des Ausgangs- und Eingangssignals des Geräts im i-ten Punkt bei der Messung des Unebenheitsmaßes;P _k, ψ _kdie Amplitude und die Phase der k-ten Harmonischen der Übertragungscharakteristik des Geräts;a _k, b _kFourierkoeffizienten, die nach der Formel (3) für eine die Abweichungen des Radiusvektors des Profils des Maßes beschreibende Funktion ermittelt werden,

bezeichnen.

Die Werte der geometrischen Parameter (ρ₀, R _m, R _b, h) werden derart gewählt, daß für die Maße zweiter Art die Bedingung (4) erfüllt wird, während für die Maße erster Art die Gleichung (6) die Form:

annimmt.

Die in Fig. 5, 6 dargestellten Unebenheitsmaße können durch Aufspritzen einer Legierung auf die Oberfläche einer Metall- oder Glasscheibe erzeugt werden.

In Fig. 7, 8 ist eine Ausführungsform eines Unebenheitsmaßes erster Art dargestellt, das in Form einer Zylinderscheibe 11 mit einem Schnitt 12 nach der Form der Mantelfläche eines Zylinders hergestellt ist, dessen Achse parallel zur Achse der Scheibe 11 verläuft und dessen Halbmesser R _d den Halbmesser R _m der Scheibe 11 übertrifft, wobei der Halbmesser R _m der Scheibe 11, der Halbmesser R _d des Zylinders und die Tiefe H′ des Schnitts 12 abhängig von der Übertragungscharakteristik des zu prüfenden Geräts gewählt sind.

In Fig. 7 ist ein in einer für den Betrieb bequemen Vorrichtung befestigtes Maß gezeigt. Das Maß ist mit einer Grundplatte 13 mit einem daran mit einem Ende senkrecht zur Grundplatte befestigten Profilstab 14 versehen, an dessen anderem Ende ein Feststeller 15 zur Befestigung des Maßes im Meßvorgang vorgesehen ist. Das Maß ist mit einer zentralen Durchgangsbohrung nach dem Durchmesser des Stabes 14 und mit einem Deckel 16 versehen, mit dessen Hilfe nach dem Innendurchmesser (nach der Bohrung in der Scheibe 11) die Scheibe 11 auf der Grundplatte 13 angeordnet werden kann. Die vorliegende Konstruktion gestattet es, den Unebenheitsparameter an dem zu prüfenden Gerät durch Abkürzung der Zeit für die Durchführung der Operation einer Zentrierung des Maßes nach dessen Umdrehung auf dem Gerätetisch um einen Winkel von 2 π/L, worin L = 1, 2, . . ., N ist, gemäß der Meßprozedur mit größerem Effekt zu messen.

Der Halbmesser R _m der Scheibe 11, der Halbmesser R _d des Zylinders und die Tiefe H′ des Schnitts 12 sind in Abhängigkeit von der Übertragungscharakteristik des zu prüfenden Geräts gewählt. Die angegebenen Parameter sind miteinander und mit den Abweichungsgrößen Δρ _i der Radiusvektoren der das Profil des Maßes in Grenzen eines den Schnitt einschließenden Zentralwinkels 2 a′_e beschreibenden Funktion durch eine folgende Abhängigkeit:

verbunden, worin

α′_i in laufender Wert des Drehwinkels des Radiusvektors sind.

Außerhalb eines Winkels von 2 a′_e sind die Abweichungen des Radiusvektors des Maßes gleich Null.

Nach den Formeln (3) wird das Spektrum der Funktion (8) bestimmt. Das Verhältnis der Werte R _m, R _d und H wird derart gewählt, daß die Bedingung (7) erfüllt wird.

In Fig. 9 ist ein Unebenheitsmaß erster Art oder ein Unebenheitsmaß zweiter Art dargestellt, das in Form einer Zylinderscheibe 17 mit einem rechteckigen Ausschnitt 18 an deren Umfang ausgeführt ist, in dem mit der Möglichkeit einer Radialverschiebung in der Scheibe 17 ein Einsatz 19 nach der Form des Ausschnitts 18 angeordnet ist, wobei der Halbmesser R _m der Scheibe 17, die Breite l und die Verschiebungsgröße H″ des Einsatzes 19 unter der Bedingung gewählt sind, die Erzeugung von Unebenheiten für sämtliche Maße der gegebenen Menge bei einer Verschiebung des Einsatzes 19 aus einer Endstellung in die andere zu ermöglichen. In Fig. 9 ist durch das Symbol H″ ein Abstand zwischen den zwei Endstellungen des Einsatzes 19 bei dessen Verschiebung angedeutet.

Zur Verschiebung des Einsatzes 19 ist im rechteckigen Ausschnitt 18 der Scheibe 17 eine Konsole 20 mit einer Bezugsfläche befestigt, auf der ein End-Längenmaß angeordnet ist, dessen Größe die Verschiebungsgröße H″ der Zylinderfläche des Einsatzes 19 normal zur Oberfläche der Scheibe 17 festlegt. Die Auswahl des Endmaßes 21 hängt von den Vergrößerungsfaktoren des zu prüfenden Geräts ab. Eine derartige konstruktive Lösung gestattet es, auf eine Attestierung der Verschiebungshöhe H″ des Einsatzes 17 zu verzichten.

Der Halbmesser der Scheibe 17, der zugleich auch der Halbmesser der Arbeitsfläche des Einsatzes 19 ist, die Verschiebung H und die Breite l des Einsatzes 19 sind miteinander und mit den Werten der Abweichungen der Radiusvektoren der das Profil des Maßes in Grenzen eines den Einsatz 19 einschließenden Zentralwinkels 2 β₀ beschreibenden Funktion durch eine folgende Funktion:

verbunden, worin
β ′ _i - ein in Grenzen des Zentralwinkels 2 β′₀ veränderlicher laufender Winkel,

sind.

Zur Realisierung der Menge der Unebenheitsmaße erster Art reicht eine Scheibe 17 mit einem rechteckigen Ausschnitt 18 und einem Einsatz 19 solch einer Breite l aus, daß durch die Verschiebung H″ des Einsatzes 19 (mit Hilfe eines End-Längenmaßes 21) aus einer Endstellung in die andere die Erzeugung von Unebenheiten für sämtliche Maße der gegebenen Menge durch Zusammenbau der Konstruktionsteile des Unebenheitsmaßes - der Scheibe 17, des End-Längenmaßes 21 und des Einsatzes 19 - ermöglicht wird. Die Werte der Breite l des Einsatzes 19 werden in diesem Fall anhand der Abhängigkeiten (3), (7), (9) und (10) errechnet.

Mit Hilfe der in Fig. 9 dargestellten Unebenheitsmaße erster und zweiter Art werden die metrologischen Eigenschaften von Geräten geprüft, die zur Kontrolle einer Abweichung der Form von großdimensionalen Teilen mit einem Radius von über 150 mm vorgesehen sind.

In Fig. 10 ist eine Ausführungsform eines Unebenheitsmaßes zweiter Art gezeigt, das in Form einer Zylinderscheibe 22 hergestellt ist, die mindestens zwei rechteckige Ausschnitte 23 (in Fig. 10 sind 4 Ausschnitte dargestellt) aufweist, in denen mit der Möglichkeit einer Radialverschiebung in der Scheibe 22 Einsätze 24 angeordnet sind, die die Form des Ausschnitts 23 besitzen, wobei die durch einen Winkel γ in Fig. 10 definierte gegenseitige Winkelstellung der Ausschnitte 24 und die Größe der Verschiebung H′′ der Einsätze 24 normal zur Oberfläche der Scheibe 22 sowie der Halbmesser R _m der Scheibe 22 unter der Bedingung gewählt sind, daß das Spektrum der das Profil des Unebenheitsmaßes beschreibenden Funktion wesentlich schmäler als das Nenn-Durchlaßband des Geräts und eine Frequenz der Maximalamplitude der Harmonischen des Spektrums vorhanden ist, die gleich der Frequenz des zu normierenden Wellenfilters des Durchlaßbandes des Geräts ist oder an diese Frequenz nahe kommt. Zur Auswahl der Tiefen der Unebenheiten dieses Maßes werden die Abhängigkeiten (3), (4), (9), (10) ausgenutzt und der Winkel γ gleich 2 π/K gewählt, worin K = 5, 15, 50, 150 ist.

Die beschriebenen verschiedenen Konstruktionsausführungen der Unebenheitsmaße erster und zweiter Art haben den gleichen Bestimmungszweck, aber ihre Ausführungsformen geben die Möglichkeit, verschiedenartige Arbeitsverfahren anzuwenden und Maßnahmen zur Kontrolle von Geräten zu ergreifen, die Abweichungen der Form von Teilen mit einem Radius von 1,5 mm und mehr, darunter auch von im Maschinenbau verwendeten großdimensionalen Teilen, messen.

Das Gerät zur Parametermessung bei Unebenheiten von Profilen und Oberflächen wird mit Hilfe eines Satzes von Normalmaßen gemäß der Erfindung wie folgt attestiert und geeicht.

Zuerst wird auf dem Objekttisch des zu prüfenden Geräts in einem Wechsel ein Unebenheitsmaß erster Art aufgestellt oder in Abhängigkeit von der Konstruktion, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist, eine Grundplatte 13 angeordnet, auf deren hervortretenden Teil nach dem Innendurchmesser ein Maß aufgesetzt ist. Es werden das Profil des Maßes zentriert und der Unebenheitsparameter in der Mitte des Arbeitsbereiches des Maßes L-mal gemessen. Hierbei sind am Gerät ein Filter mit einem Durchlaßband, das wesentlich breiter als das Spektrum einer das Profil des Maßes beschreibenden Funktion ist, und ein der Bestimmung des Maßes entsprechender Vergrößerungsfaktor eingeschaltet. Um den Einfluß der Lageabweichung des Gerätetisches, der Drehachse der Spindel von der Rechtwinkligkeit sowie eines Radialfehlers der Spindel des Rundheitsmeßgeräts bei Vergrößerungsfaktoren von 5000^x und darüber auszuschließen, werden Wiederlholungsmessungen unter einer Umdrehung des Maßes um einen Winkel von 2 π/L, worin L = 1, 2, 3, . . ., N ist, vorgenommen.

Zur Verwirklichung einer Umdrehung der auf der Grundplatte 13 gemäß Fig. 7 angeordneten Maße wird zuerst der Feststeller 15 losgelassen, dann das Maß 11 unter Zuhilfenahme des Deckels 16 auf der Grundplatte 13 um einen erforderlichen Winkel umgedreht, worauf man den Feststeller 15 erneut einrasten läßt.

Die gleiche Meßprozedur wird mit den Maßen zweiter Art vorgenommen, wobei am Gerät solch ein Durchlaßband einzustellen ist, das dem Bestimmungszweck des zu messenden Maßes entspricht, worauf am Gerät ein Vergrößerungsfaktor für das vorliegende Maß zu wählen ist.

Nach den Ergebnissen der Messungen der normalen Unebenheitsmaße erster Art und nach den bei der Attestierung eines entsprechenden Maßes an einem Normal oder einem Normalmeßmittel höchster Genauigkeit erhaltenen Unebenheitsparametergrößen wird auf einen Fehler von Vergrößerungsfaktoren des zu prüfenden Geräts geschlossen. Nach einer ähnlichen Gesamtheit der Unebenheitsparametergrößen für die Normalmaße zweiter Art wird unter Berücksichtigung des Spektrums der das Profil des Maßes zweiter Art beschreibenden Funktion über eine Verschiebung des Durchlaßbandes des zu prüfenden Filters geurteilt. Mit Hilfe einer unkomplizierten mathematischen Bearbeitung der erhaltenen Werte kann man auch eine maximale systematische Komponente des Meßfehlers in den Meßbereichen des zu prüfenden Geräts beurteilen.

Unter Benutzung des erfindungsgemäßen Satzes von Normalmaßen wurden eine Reihe von Geräten des Typs Rundheitsmesser (Mod. 290, Teylirond 73, Teylisenta) geeicht, wodurch es möglich wurde, die metrologischen Eigenschaften der Rundheitsmeßgeräte: eine systematische und eine zufällige Komponente von Vergrößerungsfaktoren 50^x, 100^x, 200^x, 1000^x, 2000^x, 5000^x, 10 000^x, 20 000^x und eine Verschiebung des Durchlaßbandes bei 5, 15, 50, 150 Unebenheiten pro Periode auf einen Pegel von 0,75 im vollen Umfang zu erkennen. Falls die gefundenen Abweichungen der metrologischen Eigenschaften in zulässigen Grenzen liegen, wird befunden, daß das Gerät betriebsbereit ist.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Satzes von Normalmaßen gestattet es, noch zwei Aufgaben zu lösen: Die metrologischen Eigenschaften von zur Messung von Werten ein und der gleichen physikalischen Größe dienenden Geräten zu vergleichen und im folgenden Reparatur- und Justierarbeiten zielgerichtet durchzuführen, falls die bei der Eichung festgestellten Parameter zulässige Abweichungen überschreiten.

Claims

1. Satz von Normalmaßen zur Attestierung und Eichung von Geräten zur Parametermessung bei Unebenheiten von Profilen und Oberflächen, der

- ein Ebenheitsmaß und
- ein Unebenheitsmeßmittel enthält,

dadurch gekennzeichnet, daß

- das Unebenheitsmeßmittel aus
- mindestens zwei Unebenheitsmaßen erster und
- zweiter Art besteht, die je in Form einer Fläche mit einem Profil ausgeführt sind, das eine Unebenheit aufweist, deren Gestalt, Anordnung und Abmessungen durch eine periodische Funktion beschrieben werden, die ein Spektrum besitzt, das von der Übertragungscharakteristik des zu prüfenden Geräts abhängt, wobei
- das Spektrum der das Profil des Maßes erster Art beschreibenden Funktion wesentlich schmäler als das Nenn- Durchlaßband des Geräts ist und die nach der Amplitude höchsten Harmonischen bei Frequenzen aufweist, die Frequenzen der Übertragungscharakteristik des Geräts gleich sind, auf denen die relativen Übertragungsfaktoren des Geräts nahe am Maximalwert liegen, während
- das Spektrum der das Profil des Maßes zweiter Art beschreibenden Funktion entweder nahe am Nenn-Durchlaßband des zu prüfenden Geräts liegt oder mit diesem zusammenfällt, oder wesentlich schmäler als das Nenn-Durchlaßband des zu prüfenden Geräts ist, wobei die Maximalamplitude der Harmonischen des Spektrums eine Frequenz besitzt, die der Frequenz eines zu normierenden Wellenfilters des Durchlaßbandes des Geräts gleich ist oder an dieser nahe liegt.

2. Satz von Normalmaßen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er

- eine Menge von Unebenheitsmaßen erster Art und
- eine Menge von Unebenheitsmaßen zweiter Art enthält, wobei
- die Maße jeder Menge einander ähnlich ausgeführt sind und sich voneinander durch die Abmessungen der Unebenheiten des Profils unterscheiden.

3. Satz von Normalmaßen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der Unebenheitsmaße erster Art

- drei Unebenheitsmaße enthält, die in Form
- eines auf einer Stirnfläche einer Grundplatte (1) befestigten dreistufigen Zylinders (2) ausgeführt sind, bei dem die Durchmessergrößen der Stufen Glieder einer geometrischen Progression mit einem Stufensprung gleich zwei darstellen, wobei
- die andere Stirnfläche der Grundplatte (1) abgeschrägt ist und mit der Achse des Zylinders (2) einen Winkel (π/2-α) bildet, der in Abhängigkeit vom Vergrößerungsfaktor des zu prüfenden Geräts gewählt ist.

4. Satz von Normalmaßen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Unebenheitsmaß zweiter Art in Form
- eines Zylinders (4) mit
- einer zylindrischen Aushöhlung (5) ausgeführt ist, deren Achse parallel zur Achse des Zylinders (4) verläuft, und
- die Halbmesser (R _m und R _e) des Zylinders (4) bzw. der Aushöhlung (5) und die Tiefe (H) der Aushöhlung (5) in Abhängigkeit von der Übertragungscharakteristik des zu prüfenden Geräts gewählt sind.

5. Satz von Normalmaßen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Unebenheitsmaße erster und zweiter Art je in Form einer Zylinderscheibe (9) mit
- einer Beule (10) ausgeführt sind, die durch die Mantelfläche eines Zylinders begrenzt ist, dessen Achse parallel zur Drehachse der Scheibe (9) verläuft und dessen Halbmesser (R _b) kleiner als der Halbmesser (R _m) der Scheibe (9) ist, während
- die Halbmesser (R _m, R _c) der Scheibe bzw. des Zylinders und die Höhe (h) der Beule (10) in Abhängigkeit von der Übertragungscharakteristik des zu prüfenden Geräts gewählt sind.

6. Satz von Normalmaßen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Unebenheitsmaß erster Art in Form einer
- Zylinderscheibe (11) mit
- einem Schnitt (12) ausgeführt ist, der durch die Mantelfläche eines Zylinders begrenzt ist, dessen Achse parallel zur Achse der Scheibe (11) verläuft und dessen Halbmesser (R _d) größer als der Halbmesser (R _m) der Scheibe (11) ist, wobei
- der Halbmesser (R _m) der Scheibe (11), der Halbmesser (R _d) des Zylinders und die Tiefe (H′) des Schnitts (12) in Abhängigkeit von der Übertragungscharakteristik des zu prüfenden Geräts gewählt sind.

7. Satz von Normalmaßen nach den Ansprüchen 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß er mit

- einer Grundplatte (13) mit
- einem daran mit einem Ende senkrecht zur Grundplatte (13) befestigten Stab (14) versehen ist, der am anderen Ende einen Feststeller (15) zur Befestigung der Maße aufweist, die mit zentralen Durchgangsbohrungen nach dem Durchmesser des Stabes (14) versehen sind.

8. Satz von Normalmaßen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Menge der Unebenheitsmaße erster Art oder
- die Menge der Unebenheitsmaße zweiter Art in Form
- einer Zylinderscheibe (17) mit
- einem rechteckigen Ausschnitt (18) an deren Umfang ausgeführt ist, in dem mit der Möglichkeit einer Radialverschiebung in der Scheibe (17)
- ein Einsatz (19) nach der Form des Ausschnitts (18) angeordnet ist, wobei
- der Halbmesser (R _m) der Scheibe (17), die Breite (l) des Ausschnitts (18) und die Verschiebungsgröße (H′) des Einsatzes (19) unter der Bedingung gewählt sind, die Erzeugung der Unebenheiten für sämtliche Maße der gegebenen Menge bei einer Verschiebung des Einsatzes (19) aus einer Endstellung in die andere zu ermöglichen.

9. Satz von Normalmaßen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Zylinderscheibe (22) mindestens
- einen zusätzlichen rechteckigen Ausschnitt (23) mit einem Einsatz (24) nach der Form des Ausschnitts (23) aufweist, wobei
- die gegenseitige Winkelstellung der Ausschnitte (23), deren Breite (l) und die Verschiebungsgröße (H′) der Einsätze (24) sowie der Halbmesser (R _m) der Scheibe (22) unter der Bedingung einer Gleichheit von Frequenzen der Maximalamplitude der Harmonischen der Spektralcharakteristik und des zu normierenden Wellenfilters des Durchlaßbandes des Geräts gewählt sind.