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Die
Erfindung betrifft ein Messgerät
und ein Verfahren zur Messung einer Höhendifferenz gemäß den Merkmalen
in den Patentansprüchen
1 und 11.
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Messgeräte zur Messung
von Höhenunterschieden
in Oberflächen
sind aus dem allgemeinen Stand der Technik heute bestens bekannt.
Bei den bekannten Messgeräten
handelt es sich meist um eine Messuhr, die ortsfest mit einem Ständer verbunden
ist, der im Bereich der zu vermessenden Oberfläche auf diese aufgesetzt werden
kann. Dieser Ständer
verfügt üblicherweise über zwei
oder drei Auflager in einer Ebene, um die statische Bestimmtheit des
Ständers
zu gewährleisten.
Als Messuhr wird normalerweise eine handelsübliche Messuhr mit einem verschiebbaren
Messbolzen, der über
ein Getriebe mit einer Messwertanzeige gekoppelt ist, eingesetzt.
Die Messwertanzeige befindet sich bei Messuhren in einem Anzeigegehäuse und
der Messwert wird aus dem Verschiebeweg des Messbolzens ermittelt
und von einem Zeiger, der über
ein Getriebe mit dem verschiebbaren Messbolzen gekoppelt ist, angezeigt.
Mit derartigen Messgeräten
können
einerseits Höhendifferenzen
in Oberflächen
gemessen werden, bzw. durch Auflegen von Werkstücken auf eine Referenzoberfläche die
Werkstückdicke.
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Allerdings
zeigen die aus dem Stand der Technik bekannten Messgeräte nur dann
verlässliche Messwerte
an, wenn die Auflager auf einer planen, bzw. ebenen Oberfläche aufgelegt
werden. Müssen jedoch
Höhendifferenzen
in gekrümmten
Ober flächen
gemessen werden, so treten Messunsicherheiten auf, die zu Fehlmessungen
führen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Messgerät aufzuzeigen,
mit dem Höhendifferenzmessungen
auch auf gekrümmten
Oberflächen
durchgeführt
werden können.
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Diese
Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung des
Messgerätes
ist gewährleistet,
dass stets alle drei Auflager auf einer gekrümmten Oberfläche aufliegen.
Da ein Kreisbogen eindeutig durch drei Punkte definiert ist, kann
eine Oberflächenkrümmung in erster
Näherung
immer als Kreisbogen betrachtet werden. Durch die vorgeschlagene
Maßnahme
wird die Höhendifferenz
somit nicht gegenüber
einer ebenen Fläche,
sondern gegenüber
einer gekrümmten (in
erster Näherung
ein Kreisbogen) Oberfläche
definiert. Somit ist es in vorteilhafter Weise möglich auf einer gekrümmten Oberfläche entweder
eine Höhendifferenz
in der Oberfläche
selbst, d. h. eine Beule oder eine Delle, oder die Höhendifferenz
gegenüber einer
zweiten Oberfläche
mit einer sehr geringen Messunsicherheit zu messen.
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Gemäß der Patentansprüche 2 bis
4 wird eine einfache sowie sichere Handhabung des Messgerätes erzielt.
Durch die geeignete Auswahl von Federelementen, d. h. durch die
korrekte Auswahl ihrer Federsteifigkeiten, kann das Messgerät für unterschiedlich
harte bzw. weiche Oberflächen
eingesetzt werden. Im Falle von weichen Oberflächen werden vorzugsweise weiche
Federelemente eingesetzt, während
für Messungen
auf harten Oberflächen auch
härtere
Federkennlinien zum Einsatz kommen können. Auch im Falle kratzempfindlicher
Oberflächen
werden vorzugsweise Federelemente mit weichen Federkennlinien eingesetzt.
Die parallele Anordnung von dem dritten Auflager und dem Messbolzen
gemäß Patentanspruch
3 gewährleistet
die einfache, reibungsarme Verschiebung, die mittels dem Griff gemäß Patentanspruch
4 durchgeführt
wird.
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Auch
der Griff selbst ist gemäß Patentanspruch
5 gegen die Federkraft eines dritten Federelementes verschiebbar.
Durch diese Maßnahme
ist die Dosierung der Andruckskraft des Messgerätes auf die zu vermessende
Oberfläche
einfacher.
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Mit
Hilfe des Anschlags gemäß Patentanspruch
6 ist der maximale Verschiebeweg des dritten Auflagers einstellbar.
Durch diese Maßnahme,
in Verbindung mit unterschiedlichen Getriebeübersetzungen der Messwertanzeige
sind unterschiedliche Messempfindlichkeiten für das Messgerät einstellbar.
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Durch
die Ausgestaltung gemäß der Patentansprüche 7 und
8 wird ein Schleppgetriebe erzeugt, so dass eine, von der Oberflächenkrümmung der
Referenzoberfläche
unabhängige
Messung der Höhendifferenz
h realisierbar ist. Durch eine Veränderung der Getriebeübersetzung
kann der Messbereich bzw. die Auflösung des Messgerätes verändert werden. Neben
der Veränderung
der Getriebeübersetzung kann
als zweiter Parameter der Abstand zwischen den einzelnen Auflagern
und dem Messbolzen verändert
werden. Aufgrund dieser Variation kann das Messgerät für unterschiedliche
Oberflächenkrümmungen,
d. h. für
unterschiedliche Krümmungsradien,
ausgelegt werden.
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Neben
der rein mechanischen Realisierung der Messwertanzeige kann diese
in weiteren Ausführungsformen
gemäß Patentanspruch
9 auch als elektrische Messwertanzeige ausgeführt werden. Hierbei wird, wie
aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, der Hub des Messbolzens
in ein elektrisches Signal gewandelt, das einem definierten Verschiebemaß entspricht
und für
eine elektrische Anzeige aufbereitet.
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Mit
Hilfe des Verfahrens gemäß Patentanspruch
10 werden Höhendifferenzen
(h) in zumindest einer Oberfläche
zwischen einem Referenzbereich und einem weiteren Oberflächenabschnitt
mit dem vorgeschlagenen Messgerät
problemlos gemessen.
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Im
Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
in einer einzigen Figur näher
erläutert.
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In 1 ist
ein Messgerät 1 zur
Messung einer Höhendifferenz
(h) schematisch in seiner Aufsicht dargestellt. Das Messgerät 1 weist
ein Gehäuse 11 auf,
in das eine Messwertanzeige 5 integriert ist. Die Messwertanzeige 5 besteht
im wesentlichen aus einer Skala 5a, einem Zeiger 5b,
einem Getriebe 5c, einem Zahnrad 5d und einer
Zahnstange 5e. Um den Messbereich des Messgerätes 1 zu
begrenzen, weist der Messbolzen 4 beidseitig der Messwertanzeige 5 einen
Anschlag 12, 12' auf.
Die Messwertanzeige 5 verbindet einen Messbolzen 4 gelenkig
mit einem dritten Auflager 6. Über einen Griff 10 sind
der Messbolzen 4 gegen die Federkraft eines ersten Federelementes 7 und
der dritte Auflager 6 gegen die Federkraft eines zweiten
Federelementes 8 gleichzeitig in dem Gehäuse 11 verschiebbar.
Sowohl der Messbolzen 4 als auch der dritte Auflager 6 sind
in dem Griff 10 ortsfest verankert. Ein drittes Federelement 9,
das zwischen dem Gehäuse 11 und
dem Griff 10 angeordnet ist, dient zur Rückstellung
des Griffes 10 nach einem Messvorgang gegenüber dem
Gehäuse 11. Zur
Auflage des Messgerätes 1 auf
einer Oberfläche 2 sind
an das Gehäuse 11 zwei
Auflager 3, 3' auf
der Seite angeordnet, auf welcher der dritte Auflager 6 und
der Messbolzen 4 aus dem Gehäuse 11 herausschiebbar
sind. Die Aufsetzpunkte der drei Auflager 3, 3', 6 und
der Aufsetzpunkt des Messbolzens 4 liegen in einer Ebene.
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Wie
ferner aus 1 erkennbar ist, liegen die
Auflager 3, 3' auf
einem Referenzbereich 2' der Oberfläche 2 auf,
während
der Messbolzen 4 von einem weiteren Oberflächenabschnitt 2'', der eine Höhendifferenz (h) gegenüber dem
Referenzbereich 2' aufweist,
beabstandet angeordnet ist. Der Referenzbereich 2' ist in 1 eben
dargestellt, kann aber aufgrund der vorgeschlagenen Ausgestaltung
des Messgerätes 1 auch
gekrümmt
sein. Dies ist symbolisch durch den Radius R dargestellt.
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Das
vorgeschlagene Messgerät 1 eignet
sich insbesondere zur Vermessung von Höhendifferenzen in einer Oberfläche 2,
wie beispielsweise der Höhen-,
bzw. Tiefenvermessung von Beulen oder Dellen. Die Oberfläche 2 kann
wie bereits beschrieben eine Krümmung
aufweisen. Weiter können
mit dem Messgerät 1 auch
Höhendifferenzen
zwischen unterschiedlichen Oberflächen 2 gemessen werden.
Auch in diesem Fall ist die Planität der Oberfläche 2 keine Voraussetzung
für eine
fehlerfreie Messung.
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Vor
Beginn einer Höhendifferenzmessung mit
dem Messgerät 1 sind
der dritte Auflager 6 sowie der Messbolzen 4 aufgrund
der Federkräfte
von dem ersten und dem zweiten Federelement 7, 8 in
Verbindung mit dem dritten Federelement 9 weitgehend in das
Gehäuse 11 eingezogen.
Um eine Höhendiferenz
(h) in einer Oberfläche 2,
bzw. zwischen zwei Oberflächen
messen zu können,
wird das Messgerät 1 mittels
des Griffes 10 über
die Auflager 3, 3' auf
einen Referenzbereich 2' der
Oberfläche 2 aufgelegt. Anschließend wird
der Griff 10 in Richtung der Oberfläche 2 gegen die Federkraft
der drei Federn 7, 8, 9 gedrückt, bis
der schiebebeweglich gelagerte dritte Auflager 6 ebenfalls
auf dem Referenzbereich 2' aufliegt.
Der Messbolzen 4 wird bei diesem Vorgang parallel zu dem
dritten Auflager 6 verschoben. Die ortsfest an dem dritten
Auflager 6 angeordnete Messwertanzeige 5 wird
bei diesem Verschiebevorgang ebenfalls parallel mit verschoben,
die ihrerseits den Messbolzen 4 schleppt. Die Messwertanzeige 5 besteht,
wie oben bereits beschrieben, aus einem Zeiger 5b, der über ein
Getriebe 5c sowie ein Zahnrad 5d mit einer ortsfest
zum Messbolzen 4 angeordneten Zahnstange in Wirkverbindung
steht. Im weiteren Verlauf bei der Messung der Höhendifferenz (h) wird der Griff 10 weiter
in Richtung der Oberfläche 2 verschoben,
wobei jedoch nur noch der Messbolzen 4 in Richtung des
weiteren Oberflächenabschnittes 2'' mit der gelenkig angekoppelten
Messwertanzeige 5 verschoben wird. Über die ortsfest zum Messbolzen 4 angeordnete
Zahnstange 5e wird die Relativverschiebung des Messbolzens 4 gegenüber dem
dritten Auflager 6 über
das Zahnrad 5d sowie das Getriebe 5c auf den Zeiger 5b übertragen,
der durch diese Relativverschiebung seine Winkellage bezüglich des
Gehäuses 11 verändert. An
der Spitze des Zeigers 5b ist befindet sich die Skala 5a,
an der ein Messwert der Relativverschiebung zwischen dem Messbolzen 4 und
dem dritten Auflager 6 angezeigt wird. Um den Messbereich
des Messgerätes 1 in
einem sinnvollen Messbereich zu begrenzen, sind an den Messbolzen 4 beidseitig
der Messwertanzeige 5 jeweils ein Anschlag 12, 12' angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform
kann das Getriebe 5a auch durch das Zahnrad 5d und
die Zahnstange 5e ersetzt werden.
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Bei
dem vorgeschlagenen, bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Aufsetzpunkte
der Auflager 3, 3' sowie
des dritten Auflagers 6 jeweils 20 mm voneinander entfernt.
Mit Hilfe dieser Konfiguration kann ein Höhenversatz (h) in einer Oberfläche 2 einfach
und unproblematisch gemessen werden, deren Oberflächenkrümmung größer als
300 mm ist. Durch Veränderung
des Abstandes der Auflager 3, 3', des dritten Auflagers 6,
sowie des Messbolzens 4, kann das Messgerät 1 für unterschiedliche
Oberflächenkrümmungen
ausgelegt werden. Eine Vergrößerung des
Abstandes der genannten Bauteile voneinander gestattet die Vermessung
an schwächer
gekrümmten
Oberflächen,
d. h. Oberflächen
mit einem größeren Radius
R, die Verringerung des Abstandes bedeutet eine Anpassung des Messgerätes 1 an
kleinere Radien bzw. stärker
gekrümmte
Oberflächen. Die
Abstände
sind vorzugsweise äquidistant
ausgelegt, was aber keine Voraussetzung für die Funktion des Messgerätes 1 darstellt.
Im vorgeschlagenen Ausführungsbeispiel
beträgt
der Messbereich +/–5 mm,
kann jedoch über
die Getriebe- und/oder Zahnrad- und/oder Zahnstangenübersetzung
beliebig angepasst, bzw. verändert
werden. Eine größere Übersetzung
bedeutet hierbei eine feinere Messauflösung, wobei eine Verringerung
der Übersetzung
eine Vergrößerung des
Messbereiches bedeuten kann. Neben der vorgeschlagenen mechanischen
Messwertanzeige 5 sind ebenfalls elektrische Anzeigen, die
mit Hilfe von elektrischen Messwertaufnehmern arbeiten, einsetzbar.
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Durch
die Verschiebbarkeit des dritten Auflagers 6 in Verbindung
mit den zwei feststehenden Auflagern 3, 3' wird beim Aufsetzen
des Messgerätes 1 auf
eine Oberfläche 2 stets
ein Kreis definiert (ein Kreis ist durch 3 Punkte eindeutig definiert).
Bei einer ebenen Fläche
bedeutet dies einen Radius von unendlich, bei jeder anderen Oberflächenkrümmung bedeutet
dies bis hin zu einem unteren Grenzradius eine definierte Kreisoberfläche. Das
heißt,
bei konstanten Radien bleibt der Zeiger des Messgerätes 1 in
Nullstellung. Eine Fehlmessung ist bei kreisbogenförmigen Oberflächen 2 somit
ausgeschlossen. Bei geringfügigen
Radienänderungen
innerhalb der gekrümmten
Oberfläche 2 ist
der Messfehler demgegenüber
minimal. Das vorgeschlagene Messgerät 1 ist somit einsetzbar
zur Vermessung von Höhendifferenzen
zwischen Oberflächen,
wie beispielsweise bei Höhenversätzen in
Karosserien von Kraftfahrzeugen zwischen einzelnen Karosseriebauteilen.
Auch die Vermessung von Dellen bzw. Beulen ist problemlos möglich. Gegenüber dem
Stand der Technik ergeben sich somit folgende Vorteile:
- – Eine
Zeiteinsparung, da eine Nullung, wie sie für herkömmliche Messgeräte notwendig
ist, entfällt,
- – Kurzfristige
und schnelle Versatzmessungen zwischen Karosseriebauteilen sind
möglich,
- – Es
ist eine einfache Kalibriermöglichkeit
auf einer ebenen Oberfläche
gegeben,
- – Es
kann für
alle Arten von Höhenversatzmessungen
verwendet werden, eine spezifische Anwendung ist nicht an das Messgerät gebunden,
- – Die
Messungen können
ohne Korrekturwerte durchgeführt
werden,
- – Somit
ist die Anzahl von Prüfmitteln
wesentlich reduziert,
- – Dies
führt zu
einer erheblichen Kosteneinsparung.
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- 1
- Messgerät
- 2
- Oberfläche
- 2'
- Referenzbereich
- 2''
- Weiterer
Oberflächenabschnitt
- 3,
3'
- Auflager
- 4
- Messbolzen
- 5
- Messwertanzeige
- 5a
- Skala
- 5b
- Zeiger
- 5c
- Getriebe
- 5d
- Zahnrad
- 5e
- Zahnstange
- 6
- Dritter
Auflager
- 7
- Erstes
Federelement
- 8
- Zweites
Federelement
- 9
- Drittes
Federelement
- 10
- Griff
- 11
- Gehäuse
- 12
- Anschlag