DE1905538A1 - Tastfuehler fuer Oberflaechenpruefgeraet - Google Patents

Description

• Tastfühler für Oberflächenprüfgerät Beschreibung: Solche Fühler besitzen eine feine Fühlspitze aus hartem Material, die beim überfahren einer Oberfläche deren Rauheit austastet. Die Spitze ist an einem Anker befestigt, der z.B. drehbar im Fühler gelagert und mit Mitteln versehen ist, die einen elektro-mechanischen Wandler in seinen Renngrößen verändern, so daß die Veränderungen innerhalb des interessierenden Meßbereichs in exaktem Zusammenhang mit der Bewegung der Tastspitze stehen.
• Die bekannten Fühler arbeiten nach dem piezoelektrischen, induktiven, kapazitiven oder elektromagnetischen Verfahren.. Gegenstand der Anmeldung ist ein Fühler, der als Wandlerelement eine sogenannte Feldplatte verwendet, deren ohmscher Widerstand durch ein variables Mägne tfe ld verändert wird.
• Erfindungsgemäß wird die Feldplatte P nach Bild 1 durch die Hubbewegung der Fiihlspitze F senkrecht zur Richtung eines homogenen Magnetfeldes NS eines Magneten M bewegt. Der Querschnitt des Magnetfeldes NS ist gleich der wirksamen Feldplattenfläche, wobei in der Meßausgangsstellung die Feldplatte hälftig in das Magnetfeld NS eintaucht. Je nach der Richtung des Meßhubes taucht dabei die Feldplatte mehr oder weniger in das Magnetfeld NS ein, wobei ihr Widerstand kleiner oder größer wird, so daß die Größe des Widerstandes eindeutig einer Stellung der Tastspitze F gegenüber einem Referenzpunkt zugeordnet ist. Wird die Feldplatte P über einen konstanten Widerstand R z.B. von einem festen elektrischen Potential gespeist, dann ist die Spannung a im Knotenpunkt die gewandelte Meßgröße, deren Änderung mit Wechsel- oder Gleichspannungsverstärker V verstärkt wird. Das Potential C kann weiter verarbeitet werden zu verschiedenen Kenngrößen oder zu einer Registrierung des OberfUchenprofils, wenn der Tastfühler F über die Oberfläche geführt wird und dabei die Änderungen der Spannung a den Hubbewegungen der Tastspitze F entsprechen. Für die Meßausgangsstellung wird das Potential a durch entsprechende Wahl des Widerstandes R oder der Versorgungsspannung zweckmäßigerweise ungefähr auf Null gelegt.
• Die Kombination Feldplatte P und Widerstand R kann auch mit einer Wechselspannung gespeist werden, deren Frequenz ein Vielfaches höher sein soll als die Meßfrequenz. Die Verstärkung erfolgt dann über einen sogO Trägerfrequenzverstärker mit nachfolgendem phasenbezogenen Demodulator Werden anstelle einer Feldplatte P zwei hintereinander geschaltete Feldplatten Pl und P2 oder eine Differentialfeldplatte verwendet, dann wird der lineare Aussteuerungsbereich vergrößert.
• Bild 2 und 3 zeigen deren Zuordnung zum Querchnitt des homo genen Magnetfeldes NS, dessen Größe wieder einer Feldplatten fläche entspricht, so daß jede Feldplatte P1 und P2Win Meßausgangsstellung je zur Hälfte eintaucht. Bei einer Bewegung senkrecht zur Flußrichtung wird der Widerstand der Feldplatten P1 und P2 gegenphasig verändert.
• Nach Bild 2 liegen - einstellbar durch den variablen Widerstand R1 - in Meßausgangsstellung an den Punkten a und b zwei gleichgroße Spannungen an, so daß das Ausgangspotential C des Verstärkrs V ungefähr 0 ist. Bewegt sich der Fühler F nach oben oder unten, so werden durch die gegenläufige Widerstandsänderung der beiden Feldplatten P1 und P2 die Potentiale a und b ebenfalls gegenphasig geändert und ihre Differenz im Verstärker V vers tärkt, Eine andere Ausführung zeigt Bild 3. Besitzt der Eingang des Verstärkers V (Punkt d) das Potential o" einstellbar durch den variablen Widerstand R1, und bewegt sich der Fühler F nach oben oder unten, dann wird durch die gegenläufige Widerstandsänderung der beiden Feldplatten P1 und P2 das Potential des Punktes d entsprechend positiver oder negativer Bild 4 stellt eine weitere Verbesserung dar. Da zu einer Feldplatte zwei und zur Doppelfeldplatte drei Anschlußdrähte geführt werden müssen, ist es besser, die Feldplatte oder die Feldplatter fest an einer Polfläche des Spaltes zu befestigen, damit die Verdrahtung -festgelegt werden kann. Die Polfläche des Spaltes ist dabei etwas größer als die wirksame Fläche der Feldplatte oder der Feldplatten bei der Kombination. Als Steuerelement trägt dann der Drehanker mit der Fühlspitze F eine magnetische Abschirmung A, deren Flächenhöhe gleich der Höhe der wirksamen Fläche der Feldplatte oder, bei der Kombination, der Fläche eines Feldplattenteils ist. In Meßausgangsstellung überbrückt diese Abschirmung A die Fläche, oder die Flächenteile bei der Kombination, der Höhe nach je zur Hälfte; der Tiefe nach überlappt die Abschirmung A kammartig die Feldplatte bzw. die Feldplatten der Kombination, damit der magnetische Fluß sicher am überdeckten Abschnitt der Feldplatte vorbeigeführt wird. Bild 4 stellt die Kombination zweier Feldplatten P1 und P2 oder eine Differentialfeldplatte dar.

Claims (4)

1. Patentansprüche:
2. Tastfühler zum Erfassen der Mikrogestalt von Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandlerelement eine Feldplatte ist, die bei der Hubbewegung der Tastspitze mit mehr oder weniger großem Flächenanteil in ein homogenes Magnetfeld im Spalt eines Joches eintaucht, 2. Tastfühler zum Erfassen -der Mikrogestalt von Oberflächen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Spaltes gleich der wirksamen Fläche der Feldplatte ist.
3. 3. Tastfühler zum Erfassen der Mikrogestalt von Oberflächen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandlerelement aus zwei hintereinander geschalteten Feldplatten oder einer Differentialfeldplatte gebildet wird, die in Mittelstellung des Fühlers je zur Hälfte vom Magnetfluß durchflossen werden.
4. 4. Tastfühler zum Erfassen der Mikrogestalt von Oberflächen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandlerelement fest an einer Polfläche des Spaltes befestigt ist und der Magnetfluß durch eine am Fühler befestigte Abschirmung, deren Höhe so groß ist wie die des Wandlerelementes oder des einen Teils bei der Kombination von zwei Feldplatten, teilweise an der Feldplatte vorbeigeführt wird, so daß in Meßausgangsstellung nur jeweils eine Hälfte der Feldplatte oder der Feldplatten vom Magnetfinß durchflossen wird.

   L e e r s e i t e