-
Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung eines Oberflächenmaßes Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung eines Oberflächenmaßes
einer auf Rauheit zu prüfenden Werkstück-Oberfläche, wobei die Oberfläche mit konstanter
Geschwindigkeit durch ein Tastsystem mit einem elektromechanischen Meßwandler abgetastet
wird, dessen elektrische Ausgangswerte den Tastbolzenauslenkungen aus seiner Ruhelage
proportional sind und die nach elektrischer Verstärkung einer Rechenschaltung zugefuhrt
werden, um den Durchschnittswert Rz der Rauhtiefe zu bilden.
-
Die Ermittlung dieses Oberflächenrauheitsmaßes Rz erfolgt nach der
Formel (Y1 + y3 + .... + yz-1) - (y2 + y4 + .... yz) R = z z in welcher die yn-Werte
die Abstände zwischen den höchsten Spitzen bzw. den tiefsten Tälern des Istprofils
und einem zur Mittellinie parallel verlaufenden Rauheitsbezugsprofil RB angeben
(Abb. 1). Sie geschieht in bekannter Weise dadurch, daß man in ein mit einem schreibenden
Registriergerät aufgenommenes Diagramm des Oberflächenprofils das Rauheitsbezugsprofil
einzeichnet, die yn-Werte aus der Zeichnung entnimmt und in die Formel einsetzt.
Dieses Verfahren ist offensichtlich sehr mUhsam und langwierig.
-
Die Aufgabe der Erfindung bezieht sich auf ein VerShren und eine Einrichtung,
welche die selbstätige Bestimmung des Oberflächenrauheitsma#es Rz während der Abtastung
der Oberfläche gestattet.
-
Das Vertahren bestht darln, daB die gesamte Meßstrecke (1) auf der
Oberfläche kontinuierlich abgetastet und ein dem OberflSchenprofil proportional
sich fortlaufend verändernder Me#wert erzeugt wird.
-
Der einer Bergspitze und der einem Oberflächental entsprechende Meßwert
wird auf Je einen elektrischen Meßwertspeicher gesammelte
und es
werden nacheinander mehrmals Meßwertspeicher fur Spitzen und Taler aufgeladen, wobei
für Spitzen und Täler zahlenmäßig jeweils z/2 Speicher entsprechend dem Divisor
z-in der oben angegebenen Formel vorhanden sind. Diese z Meßwertspeieher werden
schließlich so mit einer Anzeigevorrichtung zusammengeschaltet, daß ein durchschnittlicher
Meßwert Rz fUr die Rauhtiefe angezeigt wird.
-
Die Einrichtung nach der Erfindung wird beispielsweise für den Fall
beschrieben, daß z = 10 Meßwertspeiener vorhanden sind.
-
Der prinzipielle Aufbau der dazu benotigten Meßsehaltung ist durch
Abb. 4 gegeben. Zur Bestimmung der Kenngrö#e wird ein bekannter elektrischer Meßtaster
1, der nach dem Tastschnittverfahren arbeitet, mit konstanter Geschwindigkeit über
die zu messende Oberfläche 2 bewegt. Der Meßtaster wandelt jede Auslenkung der Tasterspitze
3, die durch die Rauhigkeit der Prüffläche verursacht wird, in eine der Auslenkung
proportionale elek trische Meßgroße um. Es ist dabei gleichgültig, nach welchem
Prinzip der im Taster befindliche Me#wandler arbeitet. Er kann ein induktiver oder
ein kapazitiver, ein nach dem BrUckensystem arbeitender oder auch ein dynamischer
Wandler sein. Die Ausgangsmeßgroße des Meßtasters wird in einem elektrischen Verstärker
4 verstärkt und als Signal Us über ein RC-Glied der Rechenschaltung zugeführt. Durch
den Kondensator C11 wird ein Gleichspannungsanteil des Verstärkers abgetrennt und
eine Bezugslinie M erzeugt, die in der Mitte des Istprofils verläuft, (s. Abb. 2)
Die Rechenschaltung besteht im wesentlichen aus zwei Gruppen von je 5 gleichen Kondensatoren.
Die Kondensatoren C1, C3, C5, C9, C7 können nacheinander über die Umschaltkontakte
la bis Fa der Relais Rel. 1 bis Rel 5, den Ventilen Gl 1 und den Kondensator Cll
mit dem Ausgang des Verstärkers 4 verbunden werden. Entsprechend können die Kondensatoren
C C4, C6, C8, C10 über die
Umschaltkontakte lb bis b der Relais
Rel. 1 bis Rel. 5,-liber das Ventil G1 2, Das umgekehrt gepolt ist wie Gl 1, und
ebeníalls über den Kondensator C mit den Ausgang des Verstärkers 4 verbunden werden.
Statt der hier gezeichneten Relaiskontakte können natürlich auch elektronische Schalter
und andere verwendet werden. Die Relais Rel. 1 bisRel. 5 werden über den Schrittschalter
5 nacheinander eingeschaltet. Der Sjhrittsehalter 5 selber wird entweder über einen
Zeitgeber 6 oder Uber einen Schmitt-Trigger 7 erregt. Die Wirkungsweise der Schaltung
(Abb. 4) wird anhand von Abb. 2 bis 5 erläutert.
-
Zunächst soll der Schrittschalter 5 über den Zeitgeber 6 gesteuert
werden. Dieser Zeitschalter 6 gibt in Zeitabständen to jeweils einen Impuls auf
den Schrittschalter 5 und schaltet diesen dabei um einen Schaltschritt weiter. Die
Zeitabstände. to sind so gewählt, da# die gesamte Bezugsstrecke 1 nach 5 gleichen
Zeitabschnitten t durchlaufen wird, wobei gemä# Abb. 2 die Teillängen 11 bis 15
nacheinander vom Taster 1 zurückgelegt werden. Der Schrittschalter 5 wiederum schaltet
nacheinander die Relais Rel. 1 bis Rel 5 ein. Beim Eintritt des Mel3tasters 1 in
die Bezugsstreeke 1 wird also das Relais Rel 1 über den von dem Zeitschalter 6 gesteuerten
Schrittschalter 5 erregt und zum Anzug gebracht. Damit ist also während des Wegabschnittes
11 (Abb. 2) das Kbndensatorpaar C, Cp über den Kondensator Cul an den Ausgang des
Verstärkers 4 geschaltet. Der Kondensator C1 wird nun auf die höchste Spannungsspitze
yl, die im Wegabschnitt 11 auftritt, aufgeladen. Ebenso wird C2 auf die höchste
negative Spannungsspitze y2 aufgeladen. Diese Spannungswerte werden somit gespeichert.
-
Ilaeh Ablauf der Zeit t wird das Relais Rel. 2 eingeschaltet und Rel.
1 fällt ab. Jetzt werden die Kondensatoren C3 und C4 auf die höchste positive Spannungsspitze
y3 und höchste negative Spannungsspitze y4 aufgeladen, die im Wegabschnitt 12 auftreten.
-
Wenn der Me#taster 1 das Ende der Bezugsstrecke 15 erreicht hat, sind
alle 5 Kondensatorenpaare auf die höchsten bzw. niedrigsten Spannungswerte der Wegabschnitte
11 bis 15 aufgeladen.
-
Wenn der Me#taster 1 das Ende der Me#strecke erreicht hat, werden
die Relais Rel. 6 und Rel. 7 eingeschaltet. Die Kontakte 6a bis 6e des Relais Rel.
6 schalten die KondensatorenC,C-,C,C-,C-parallel zusammen und gleichzeitig an das
eine Gitter der Doppelrohre Rol. Die Kontakte 7a bis 7e des Relais Rel. 7 schalten
gleichzeitig die Kondensatoren C2, C4, C6, C8, C10 parallel zusammen und an das
andere Gitter der Rohre Roi. Durch die Parallelschaltung der beiden Kondensatorengruppen
wird erreicht, daß die unterschiedlichen Ladungen, welche den fünf höchsten Spitzen-
bzw. den 5 tiefsten Tälern entsprechen, sich auf die jeweils 5 Kondensatoren gleichmäßig
verteilen. Damit entsteht an den Kondensatoren eine Spannung, welche gleich dem
@urchschnittswert der 5 einzelnen Ladungen entspricht, Die Rohre Rot zist als Röhrenvoltmeter
geselialtet. Das Anzeigeinstrument 8 des Röhrenvoltmeters zeigt die algebraische
Summe der Durchschnittswerte dieser Spannungen an, die dem gesuchten Wert des Oberflächenmaßes
Rz entspricht.
-
Vor Beginn der folgenden Messung müssen die Relais Rel. 6 und Rel.
7 wieder ausgeschaltet werden, so daß die Parallelschaltung der Kondensatoren C1,
C3, C5, C7, C9 bzw. C2, C4, C6, C8, C10 wieder aufgehoben wird, der Schrittschalter
5 in die Ruhelage zuruckkelirt und die Kondensatoren durch die Kontakte 8a und 8b
des Relais Rel. 8 entladen werden.
-
In der oben beschriebenen Meßeinrichtung wurde die Bezugsstrecke 1
in 5 gleiche Teile geteilt und die höchsten bzw. tiefsten Spitzenwerte der 5 Meßabschnitte
gemessen, gespeichert und gemittelt. Laut Definition des Rz-Wertes sind jedoch die
5 höchsten bzw. 5 tiefsten Spitzenwerte zu messen, die überhaupt auf der MeBstrecke
vorhanden sind und daraus die Durchschnittswerte zu bilden. Um dieser Fordeermg
naherzukommen, ist es aforderlich. daß man die Bezucsstrecke l in möglichst viele
Teilstrecken
aufteilt Praktisch wird das in der Meßeinrichtung
derart gelöst, da# die Me#strecke in mehreren aufeinanderfolgenden Meßzyklen ausgemessen
wird. Jeder einzelne Meßzyklus wird, wie oben bereits beschrieben, wiederum in 5
Teilabschnitte aufgeteilt (Abb. 3).
-
Die dazu bendtigte Schaltung ist entsprechend aufgebaut wie in Bild
4 gezeigt ist Es werden jedoch die Zeitintervalle des mit dem Schrittschalter 5
gekoppelten Zeitschalters 6 verkürzt. Wenn z. B. die Zeitr intervalle to auf ein
FUnftel to gekürzt werden, dann ergibt sich die Notwendigkeit, die Bezugsstrecke
in 5 MeBzyklen durchzumessen. In diesem Fall verläuft der Meßablauf etwa folgendermaßen
: Beim Eintritt des Mbßtasters 1 in die Bezugsstrecke 1 wird wieder der Zeitschalter
6 eingeschaltet. Vber den Schrittschalter 5 werden wieder nacheinander die Relais
Rel, 1 bis Rel. 5 eingeschaltet. Wahrend des Wegabschnittes 11l bis 151 (Abb. 3)
werden in den Kondensatoren die entsprechenden y-Werte gespeichert. Nach Durchlauf
des Wegabschnittes 151 beginnt der zweite Me#zyklus.
-
Es wird unmittelbar nach dem Relais Rel, 5 durch den Schrittschalter
5 erneut das Relais Rel. 1 eingesehaltet und dadurch wird das Kondensatorenpaar
C1, C2 erneut an den Ausgang des Verstärkers 4 geschaltete Falls in dem Wegabschnitt
112 die höchste positive Spitze y12 großer ist als die höchste positive Spitze yin
lu ersten Wegabschnitt des ersten Meßzyklus, wird jetzt der Kondensator C1 auf den
höheren Spitzenwert y12 aufgeladen Ist dieser Spitzenwert Y12 kleiner als y11, so
behKlt der Kondensator C die Iadung bei, die dem Spitzenwert y11 entspricht. In
entsprechender Weise wird der Kondensator C2 auf den Spitzenwert y22 aufgeladen,
falls dieser einen großeren Wert als die Spitze Y21 des ersten MbBzyklus hat. Der
Schrittxehalter 5 schaltet dann weiter auf das Relais Rel, 2. In diesem zweiten
Me#abschnitt des zweiten Me#zyklus werden die Kondensatoren C3 und C4 nur dann umgeladen,
falls eine höhere y32 bzw. y42 Spitze auftritt, als lm zweiten Meßabschnitt des
ersten Me#zyklus.
-
Dieser Me#ablauf wiederholt sich so lange, bis der MeStaster 1 das
Ende der gesamten Bezugsstrecke 1 erreicht hat. Dann treten wleder die
Relais
Rel, 6 und Rel, 7 in Tätigkeit, wie oben beschrieben und schalten die beiden Kondensatorenbatterien
parallel und mit den Gittern des RKhrenvoltmeters zusammen* Die Me#anzeige des Meßinstru
-mentes 8 hinter dem Rohrenvoltmeter entspricht mit zunehmender Anzahl von MeBzyklen
in steigender Annäherung dem exakten Rz-Werto Eine noch bessere Annäherung an den
exakten Rz-tert erhält man, wenn man den Schrittschalter 5 nicht in konstanten Zeitintervallen
to weiterschalten lä#t, sondern den Schrittschalter immer dann weiterschalten läßt,
wenn die Signalspannung Us, die dem Profil proportional 1 ist, von negativer nach
positiver Polarität wechselt. (Abb. 5) Um dies zu erreichen, wird der Schrittschalter
5 nicht mit dem Zeitschalter 6, sondern mit dem Schmitt-Trigger 7 verbunden. Der
Eingang des Schmitt-Triggers 7 ist an die Signalspannung Us angeschlossens Die Schwellspannung
des Schmitt-Triggers ist auf O-Volt gelegt Sobald die Signalspannung beim Wechsel
von der negativen zur positiven Pblarität durch Null geht, schaltet der Schmitt-Trigger
den Schrittschalter 5 um einen Schritt weiter* Der weitere MeBablauf spielt sich
wie bei der Messung des Rz-Wertes mit mehreren Meßzyklen ab* Der Vorteil dieser
Me#anordnung besteht darin, daB jede Spitze besonders gemessen und gewertet wird,
wodurch auf alle Falle eine bessere Annäherung an den exakten Rz-Wert erhalten wird.