DE4132724A1 - Vorschubgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Vorschubgerät mit den Merk­ malen des Oberbegriffs des Anspruches 1 sowie ein Ver­ fahren zur Regelung der Lage eines Oberflächentasters bei einem Oberflächenprüfgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 21.

Aus der DE-PS 26 40 894 ist ein miniaturisiertes Vor­ schubgerät für die Rauheitsmessung nach dem Tastschnitt­ verfahren bekannt. Dieses Vorschubgerät weist ein klei­ nes zylindrisches Gehäuse auf, innerhalb dessen sich eine Führungseinrichtung für einen daran längsverschieb­ lich geführten Schlitten befindet. Der Schlitten trägt einen aus einer Stirnseite des Gehäuses herausragenden Arm, an dem ein Oberflächentaster befestigt ist. Mit Hilfe eines Antriebsmotors im Inneren des Gehäuses kann der Schlitten mit einer konstanten Geschwindig­ keit über eine wählbare Wegstrecke verschoben werden, so daß die Abtastspitze des Oberflächentasters längs einer entsprechenden Wegstrecke über die zu prüfende Werkstückoberfläche gleitet.

Aufgrund der geringen Größe des gattungsgemäßen Vor­ schubgerätes kann es ohne weiteres bei Werkstücken, die hinreichende Abmessungen haben, auf das Werk­ stück selbst aufgesetzt werden, um die Oberfläche zu vermessen. Es braucht nicht notwendigerweise in ein Stativ eingesetzt zu werden, um es in einer für die Vermessung geeigneten Höhe zu halten.

Da der Oberflächentaster nur einen sehr geringen Meß­ hub hat, müssen Vorkehrungen getroffen werden, um zu verhindern, daß der Oberflächentaster während der Bewegung über die Oberfläche aus dem linearen Meß­ bereich kommt. Diese Vorkehrungen bestehen darin, an dem Oberflächentaster neben der Tastspitze eine Kufe vorzusehen, die ebenfalls über die zu vermessende Oberfläche gleitet und den Arm, an dem der Oberflächen­ taster sitzt, verschwenkt, damit die Tastspitze immer innerhalb des linearen Meßbereiches bleibt.

Die Führung des Oberflächentasters mit Hilfe einer Kufe führt zu Verfälschungen des mit Hilfe der Tastspitze gemessenen Rauheitsprofils, und zwar aus zweierlei Gründen: Erstens läuft die Kufe gegenüber der Tast­ spitze räumlich versetzt, also längs einer anderen Bahn als die Tastspitze und zweitens entsteht auch eine Relativbewegung zwischen Kufe und Tastspitze, wenn beispielsweise die Tastspitze auf einer ideal ebenen Fläche entlanggleitet, während die Kufe über den Scheitelpunkt eines benachbarten Rauheitshöckers gleitet. Dadurch wird ein Ausgangssignal von dem Oberflächentaster erzeugt, das seine Ursache nicht in einer Auslenkung der Tastspitze durch die Oberfläche, sondern in der Bewegung des Gehäuses des Oberflächentasters durch die Kufe hat.

Die DIN-Vorschriften bestimmen deswegen auch im Schieds­ falle die Rauheitsmessung gegenüber einer Bezugsebene vorzunehmen.

Bei Messungen mit Hilfe von Kufen kann obendrein die Welligkeit, also die Gestaltsabweichung der Oberfläche, mit größerer Wellenlänge als bei der Rauheit nicht er­ faßt werden, weil die Kufe weitgehend der Welligkeit folgen kann.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Vorschubgerät zur Messung nach dem Tastschnittverfah­ ren zu schaffen, bei dem der Oberflächentaster ohne die Verwendung von Kufen so nachgesteuert werden kann, daß die Tastspitze sich innerhalb des linearen Meß­ hubs des Oberflächentasters bewegt.

Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Lageregelung zu schaffen, um bei Oberflächenprüf­ geräten den Taster einer unbekannten Oberfläche so nachzuführen, daß der Taster im linearen Meßbereich bleibt.

Diese Aufgabe wird mit einem Vorschubgerät mit den Merk­ malen des Anspruches 1 gelöst.

Die Verwendung der weiteren Lagerungseinrichtung zusammen mit der Antriebseinrichtung liefert die mechanischen Voraussetzungen, um ohne den Einsatz einer Kufe den Oberflächentaster an eine bestimmte Kontur anzupassen. Selbst, wenn die Antriebseinrichtung lediglich manuell betätigbar ist, besteht hierdurch die Möglichkeit, bei aufgesetztem Vorschubgerät die Bahn der Tastspitze des Oberflächentasters so festzulegen, daß selbst bei schräg liegender oder geringfügig gekrümmter Ober­ fläche der lineare Meßbereich des Oberflächentasters nicht verlassen wird. Beispiel für solche Anwendungs­ fälle sind Meßflächen, die gegenüber der Auflagefläche, auf der das Vorschubgerät ruht, geringfügig geneigt sind. Ohne Nachstellmöglichkeit würde selbst bei der verhältnismäßig kleinen typischen maximalen Meßstrecken­ länge von 20 mm bei derartigen Vorschubgeräten leicht der lineare Meßbereich des Oberflächentasters verlas­ sen werden. Die Nachstellmöglichkeit gestattet eine entsprechende Anpassung, insbesondere dann, wenn die Nachstellung kraftbetrieben erfolgt und eine Regelung vorgesehen ist, die jederzeit implementiert werden kann.

Die vorgesehene weitere Achse, bezüglich der der Ober­ flächentaster mit Hilfe des Vorschubgerätes verstellt werden kann, kann wahlweise eine Schwenkachse oder eine lineare Achse sein. Selbstverständlich ergibt sich die größte Flexibilität, wenn beide Achsen gleich­ zeitig vorhanden sind, wobei beispielsweise die Schwenk­ achse manuell eingestellt wird, während die Verstellung längs der linearen Achse selbsttätig erfolgen kann. Durch die manuelle Einstellung bezüglich der Schwenk­ achse läßt sich die lineare Vorschubbewegung des Oberflächentasters auf eine Parallele zu der Regressions­ geraden der Oberflächenkontur einstellen. Die zusätz­ liche lineare Achse gestattet es sodann, einer stärkeren Krümmung der Kontur der Oberfläche zu folgen, ohne den Oberflächentaster aus dem linearen Meßbereich zu bringen.

Das Schwenklager ist vorteilhafterweise zwischen der Führungseinrichtung und dem Gehäuse angeordnet, derart, daß die Führungseinrichtung in dem Gehäuse um einen begrenzten Winkel schwenkbar ist. Dabei ergeben sich bei der Verstellung längs der Schwenkachse die geringsten Vertikalhübe für den Oberflächentaster, wenn das Schwenk­ lager an demjenigen Ende der Führungseinrichtung ange­ ordnet ist, das dem Oberflächentaster näher benachbart ist.

Eine einfache Ausgestaltung des Schwenklagers besteht in der Verwendung einer Blattfeder, die die Führungs­ schiene mit dem Gehäuse verbindet.

Eine sehr feinfühlige und genau reproduzierbare Ver­ stellung der Führungsschiene wird erhalten, wenn die Antriebseinrichtung von einer Schraubspindelantriebs­ einrichtung gebildet ist. Diese kann zwecks Betätigung einen außerhalb des Gehäuses zugänglichen Antriebs- oder Betätigungsknopf tragen.

Wegen der äußerst beengten Platzverhältnisse in einem Vorschubgerät ist der Hub, über den der Oberflächen­ taster längs der weiteren linearen Achse verstellt wer­ den kann, ohnehin stark beschränkt. Hinzu kommen die in dieser Richtung liegenden geringen Gehäuseabmes­ sungen, so daß eine Parallelführung mit Hilfe von Führungsschienen für hohe Meßgenauigkeiten nur be­ dingt einsetzbar ist. Vorteilhaft ist eine Lenkeran­ ordnung, um die gewünschte Parallelführung bei der Ver­ stellung längs der weiteren linearen Achse zu errei­ chen.

Sehr günstige Platzverhältnisse bei guter Einstellbar­ keit werden erzielt, wenn die Lenkeranordnung von zwei scherenartig gekreuzten, zweiarmigen Hebeln gebildet ist, die durch ein Drehgelenk miteinander verbunden sind, wobei das Drehgelenk die beiden zweiarmigen He­ bel in gleicher Weise teilt.

Einer der beiden zweiarmigen Hebel kann schwenkbar an dem Schlitten gelagert sein, während der andere Hebel über ein Schiebe- oder Gleitgelenk mit dem Schlitten ver­ bunden ist. Der Oberflächentaster ist mit den freien Enden dieser beiden Hebel verbunden, wobei vorteilhaf­ terweise eine der beiden Verbindungen wiederum ein Schwenklager ist.

Wenn mit dem Vorschubgerät in Bohrungen gemessen werden soll, deren Durchmesser kleiner ist als die Höhe des Gehäuses des Vorschubgerätes ist es erforderlich, den Oberflächentaster an einem Arm anzubringen, der seiner­ seits an seinem anderen Ende mit der Lenkeranordnung verbunden ist. Der Arm ragt durch eine Öffnung in dem Gehäuse und gestattet damit die Rauheits- und Wellig­ keitsmessung in Bohrungen mit einer lichten Weite, die gerade eben das Eindringen des Fühlhebels bzw. der Schutzeinrichtung für den Fühlhebel gestattet.

Eine versehentliche Überlastung des Oberflächentasters durch eine zu starke Auslenkung kann vermieden werden, wenn der Arm mit einem der Hebel über eine spielbehaftete Anschlageinrichtung verbunden ist. Die Anschlageinrich­ tung besteht aus zwei ineinandergreifenden Gliedern, von denen das eine an dem betreffenden Hebel und das andere an dem Arm für den Oberflächentaster befestigt ist. Durch die Schwerkraft werden die Glieder des An­ schlags aneinander spielfrei gehalten, während sie bei einer übermäßigen Auslenkung des Oberflächentasters im Rahmen des möglichen Spiels außer Eingriff gelangen und es so dem Oberflächentaster gestatten, auszuwei­ chen.

Auch bei der Lenkeranordnung sind die Schwenkgelenke vorteilhafterweise von Blattfedern gebildet, die eine spielfreie Lagerung ermöglichen.

Auch die Antriebseinrichtung für die weitere lineare Achse kann ein Spindeltrieb sein, der auf einen der Hebel im Bereich von dessen vom Schlitten abliegenden Ende angreift.

Um das Spiel aus der Anordnung der Hebel zu nehmen, ist ein federelastisches Glied vorgesehen, das im Bereich des Drehgelenkes angreift und die Hebelan­ ordnung gegen den Schlitten zieht.

Mit Hilfe einer aus dem Signal des Oberflächentasters abgeleiteten Regelspannung läßt sich sehr gut die Lage des Oberflächentasters nachführen, ohne die Kontur, die abzutasten ist, vorher genau kennen zu müssen. Dabei läßt sich der für die Auswertung nutzbare Be­ reich vergrößern und der Einfluß von Signalverände­ rungen durch den Einschwingvorgang des Regelkreises vermindern, wenn der Regelkreis zunächst beim Start der Bewegung des Oberflächentasters unterbrochen und erst, nachdem der Oberflächentaster einen Teil seiner Meßstrecke zurückgelegt hat, geschlossen wird. Auf diese Weise wird quasi der eingeschwungene Zustand simuliert. Im eingeschwungenen Zustand eilt die Lage des Tasters der wahren Kontur des Werkstückes nach, und zwar ist das Maß der Nacheilung im wesentlichen be­ stimmt durch das Einschwing- und das Laufzeitverhal­ ten des in dem Regelkreis enthaltenen Integrators. Beispielsweise im Falle einer ebenen Werkstückkontur, die gegenüber der Bewegungsachse, längs der der Ober­ flächentaster bewegt wird, geringfügig geneigt ist, wird nach dem Schließen des Regelkreises für den Oberflächentaster eine Bahnkurve erzeugt, die zu der Originalkontur parallel verläuft, jedoch ein kleines Stück versetzt ist. Dementsprechend liefert der Ober­ flächentaster, eine ideal glatte Oberfläche des Werk­ stücks vorausgesetzt, ein konstantes Ausgangssignal. Ist hingegen die Oberfläche rauh, ist dem konstanten Ausgangssignal des Oberflächentasters ein exakt der Rauhigkeit entsprechendes Wechselsignal überlagert.

Zum Unterbrechen und Schließen des Regelkreises kann im einfachsten Falle ein gesteuerter Schalter verwen­ det werden. Dieser Schalter befindet sich zweckmäßiger­ weise zwischen dem Ausgang des Oberflächentasters und dem Eingang des Integrators.

Die bestmögliche Ausnutzung der Meßstrecke wird er­ reicht, wenn der Regelkreis nach einem Wegstück ge­ schlossen wird, das bei geschlossenem, eingeschwungenem Regelkreis jenem Wegstück entspricht, an dessen Ende der Oberflächentaster eine Lage aufweist, die der Kontur des Prüflings an der Stelle des Beginns bzw. Anfangs des betreffenden Wegstücks entspricht. Da dieses Wegstück konstant ist und nur davon abhängig ist, bis zu welcher Wellenlänge des Oberflächengestaltsfehlers die Lageregelung wirksam sein soll, kann das Schließen des Regelkreises zweckmäßigerweise mit Hilfe eines Schalters erfolgen, der unmittelbar von einem mit dem Oberflächentaster gekoppelten mechanischen Glied be­ tätigt wird.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegen­ standes der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Vorschubgerät in perspektivischer Dar­ stellung,

Fig. 2 das Vorschubgerät nach Fig. 1 mit geöffneter Seitenwand in vereinfachter Darstellung,

Fig. 3 das Vorschubgerät nach Fig. 1 ohne das Ge­ häuse, teilweise geschnitten,

Fig. 4 das Vorschubgerät nach Fig. 1 ohne Gehäuse in einer Seitenansicht,

Fig. 5 den Schlitten und die Hebel zur Realisierung zweier aufeinander senkrecht stehender linearer Achsen, in einer Prinzipdarstellung,

Fig. 6 eine Schaltungsanordnung zum Vorpositionieren des Oberflächentasters mit dem neuen Vorschub­ gerät,

Fig. 7 einen Regelkreis zur Regelung der Lage des Oberflächentasters des Vorschubgerätes nach Fig. 1 als stark schematisiertes Blockschalt­ bild,

Fig. 8 den Verlauf einer Kontur eines zu prüfenden Werkstückes sowie die Bahnkurven des Ober­ flächentasters mit und ohne Anwendung des er­ findungsgemäßen Regelverfahrens und

Fig. 9 das Ausgangssignal des Oberflächentasters mit bzw. ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens.

Fig. 1 zeigt ein Vorschubgerät 1, das dazu dient, im Tastschnittverfahren die Welligkeit oder Rauheit der Oberfläche eines Werkstücks zu ermitteln. Das Vorschub­ gerät 1 weist ein etwa quaderförmiges Gehäuse 2 mit zwei Stirnseiten 3 und 4, zwei Seitenwänden 5 und 6 (siehe Fig. 3) sowie mit einer Ober- und einer Unter­ seite 7, 8 auf. Die Abmessungen des quaderförmigen Gehäuses 2 betragen 135×53×33 mm.

An der Stirnwand 3 ist ein nach unten offener tunnel­ förmiger Vorsatz 9 befestigt, dessen Unterseite mit der Unterseite 8 fluchtet. Der Vorsatz 9 geht an sei­ nem freien Ende in einen U-förmigen Schutzkäfig 11 über, der sowohl nach oben als auch nach unten offen ist. In dem tunnelförmigen Vorsatz 9 sowie dem Käfig 11 bewegt sich längs einer ersten linearen Achse ein Oberflächentaster 12, der in den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist. Oer Oberflächentaster 12 sitzt an einem rohrförmigen Arm 13 und wird mit Hilfe eines in dem Gehäuse 1 längsverschieblich geführten Schlittens 14 entlang der ersten Achse geführt, wenn der Oberflächentaster 12 im Tastschnittverfahren die entsprechende Strecke über das zu prüfende Werkstück bewegt wird. Die Strecke liegt in Längs­ richtung des tunnelförmigen Vorsatzes 9 sowie des Schutzkäfigs 11.

Der Arm 13 ragt durch eine entsprechende Öffnung in der Stirnwand 3 in den tunnelförmigen Vorsatz 9 und trägt an seinem hervorstehenden Ende ein zylindri­ sches Gehäuse 15 des Oberflächentasters 12. In dem zylindrischen Gehäuse 15 ist um eine Achse schwenkbar ein Fühlhebel 16 gelagert, an dessen von der Schwenk­ achse abliegenden Ende ein Tastdiamant 17 angebracht ist. Die Schwenkachse, um die der Fühlhebel 16 um einen begrenzten Winkel drehbar ist, liegt recht­ winklig zu der Längserstreckung des Armes 13 und recht­ winklig zu der ersten Achse und somit rechtwinklig zu der Strecke, die im Tastschnittverfahren überstrichen wird. Außerdem liegt die Schwenkachse parallel zu der Unterseite 8.

Im Inneren des Gehäuses 15 befindet sich ein mechanisch/ elektrischer Wandler, der die Schwenkbewegung des Fühl­ hebels 16 in ein wegproportionales elektrisches Signal umwandelt.

Der Schlitten 14 besteht aus einer im wesentlichen ebenen Platte und ist an einer in dem Gehäuse 1 befindlichen Führungsschiene 18 geführt. Die Führungsschiene 18 ist ein länglicher, im Querschnitt rechteckiger ferro­ magnetischer Körper mit einer extrem gerade ausgeführten Unterseite 19 sowie einer etwa rechtwinklig dazu ver­ laufenden Stirnseite 21. An dieser Stirnseite 21 ist eine dünne Blattfeder 22 befestigt, die mit ihrem anderen Ende an Widerlagern angebracht ist, die sich an der Innenseite der Stirnwand 3 befinden und aus Dar­ stellungsgründen nicht sichtbar sind. Die Blattfeder 22 bildet ein Schwenklager für die Führungsschiene 18 und definiert somit eine zweite Achse, die parallel zu der Achse liegt, um die der Fühlhebel 16 bezüglich des Gehäuses 15 schwenkbar ist.

Die Führungsschiene 18 erstreckt sich nahezu über den gesamten Innenraum des Gehäuses 1 von der Stirnwand 3 bis zu der rückwärtigen Rückwand 4. An dem der rück­ wärtigen Stirnwand 4 benachbarten Ende der Führungs­ schiene 18 befindet sich ein Schraubspindeltrieb 23, mit dessen Hilfe das betreffende Ende der Führungs­ schiene 18 gehoben und gesenkt werden kann, um die Führungsschiene 18 bezüglich der durch die Blattfeder 22 definierten Schwenkebene zu verschwenken. Der Spindel­ trieb 23 weist eine an der Führungsschiene 18 befestigte, in den Zeichnungen nicht erkennbare Spindelmutter auf, in die eine Schraubspindel 24 eingedreht ist. Die Schraubspindel 24 ist in der Oberseite 7 des Gehäuses 1 spielfrei drehbar gelagert und ragt mit ihrem freien Ende in eine mit der Schraubspindel fluchtende Mulde 25. In dieser Mulde 25 befindet sich ein Rändelknopf 26, der drehfest mit der Schraubspindel 24 verbunden ist. Der Rändelknopf 26 steht, wie Fig. 1 zeigt, mit einem Stück seines Umfangs aus der kreisscheibenförmi­ gen Mulde 25 vor und kann auf diese Weise betätigt werden. Im übrigen ist der Knopf 26 mit der Außen­ fläche der Oberseite 7 bündig.

Wie Fig. 3 erkennen läßt, greift der Schlitten 14 mit einem seitlich liegenden Bereich 27 unter die Führungsschiene 18. In diesem Bereich 27 befinden sich an der Oberseite des Schlittens 14 im Abstand voneinander zwei Gleitstücke 28, die auf der ebenen Unterseite 19 der Führungsschiene 18 gleiten. Mit den Führungs- oder Gleitsteinen 28 fluchten zwei Permanentmagneten 29, die an der Unterseite des Schlittens 14 befestigt sind. Mit Hilfe dieser Magne­ ten 29 wird der Schlitten 14 an der ferromagnetischen Führungsschiene 18 festgehalten und kann in beliebi­ ger Richtung auf der Unterseite 19, die die Führungs­ fläche bildet, entlanggleiten.

Die Länge des Schlittens 14, gemessen in Längsrichtung des Gehäuses 2, ist gegenüber der Führungsschiene 18 etwa nur um soviel kürzer wie es der maximalen Meßstrecke entspricht, die im Tastschnittverfahren zu durchlau­ fen ist.

Die Bewegung des Schlittens 14 geschieht mit Hilfe eines weiteren Spindeltriebs 31, der mittels eines Getriebemotors 32 angetrieben ist. Der Getriebe­ motor 32 ist in der Nähe des Spindeltriebs 23 an der Führungsschiene 18 angebracht und weist einen ver­ längerten, nach unten ragenden Lagerflansch 33 auf.

Durch diesen Lagerflansch 33 führt eine Ausgangs­ welle 34, auf der drehfest eine Schnurlaufrolle 35 für einen endlosen Vierkantriemen aufgesetzt ist.

Unterhalb der Ausgangswelle 34 befindet sich in dem Lagerflansch 33 eine Lagerbohrung 35, in der eine Schraubspindel 36 des Spindeltriebs 31 drehbar und axial spielfrei gelagert ist. Die Gewindespindel 36 weist auf ihrem durch den Lagerflansch 33 hindurchfüh­ renden und unterhalb der Ausgangswelle 34 befindlichen Abschnitt drehfest eine weitere Schnurlaufrolle 37 auf, die mit der Schnurlaufrolle 35 fluchtet und um die herum ein endloser Vierkantriemen 38 führt.

Der Gewindeteil der Gewindespindel 36 steckt mehr oder weniger tief in einer Gewindebuchse 39, die über der Oberseite des Schlittens 14 angeordnet ist. Sie ist endseitig an einem quaderförmigen Gehäuse 41 be­ festigt, das auf der Oberseite des Schlittens 14 vor­ gesehen ist. Die weitgehend spielfreie Führung der Gewindespindel 36 in der Gewindebuchse 39 definiert die Bewegungsrichtung des Schlittens 14 auf der Füh­ rungsfläche 19. Die Gewindespindel 36 erstreckt sich paral­ lel zu der Führungsfläche 19 und parallel zu der ersten Achse.

Aus Darstellungsgründen und um die wesentlichen Teile veranschaulichen zu können, ist das Gehäuse 41 in den Fig. 3 und 4 verkürzt dargestellt. In Wahrheit erstreckt sich, wie Fig. 2 zeigt, das Gehäuse 41 bis zu dem der Stirnwand 3 benachbarten Ende des Schlittens 14 und bildet dort eine vertikal nach oben laufende Befesti­ gungsfläche 42. An dieser Befestigungsfläche 42 ist eine Blattfeder 43 angebracht, die sich im wesentlichen paral­ lel zu der Blattfeder 22 erstreckt und über die Unter­ seite des Schlittens 14 nach unten übersteht. Sie dient der Verbindung des Schlittens 14 mit einer Hebel- oder Lenkeranordnung 44, die ihrerseits die Verbindung zwi­ schen dem Schlitten 14 und dem Arm 13 herstellt.

Zur Erläuterung der Hebelanordnung 44 ist im folgenden auch auf die stark schematisierte Strichzeichnung von Fig. 5 Bezug genommen.

Die Hebelanordnung 44 besteht aus zwei gekreuzten, nach Art einer Schere drehbar miteinander verbundenen zwei­ armigen Hebeln 45 und 46. Von diesen ist der Hebel 46 mit einem Ende an der Blattfeder 43 angebracht, die ein in Fig. 5 schematisch dargestelltes Schwenkgelenk 47 bildet. Das andere Ende des Hebels 46 haltert eben­ falls eine Blattfeder 48, die den Hebel 46 mit dem innenliegenden Ende des Armes 13 verbindet. Hierzu trägt der Arm 13 an seinem rückwärtigen Ende einen Befestigungsklotz 49, an dem die Blattfeder 48 ange­ bracht ist. Die Blattfeder 48 definiert somit ein wei­ teres Schwenkgelenk, das in Fig. 5 mit 51 bezeichnet ist. Dieses Schwenkgelenk 51 befindet sich unterhalb desjenigen Endes des Schlittens 14, das der rückwär­ tigen Stirnwand 4 benachbart ist und somit am wei­ testen von dem Oberflächentaster 12 abliegt.

Der zweite Hebel 45 der Hebelanordnung 44 ist über ein Drehgelenk 52, das sich etwa in der Mitte des Hebels 46 befindet, mit diesem schwenkbar und spielfrei ver­ bunden.

Die Achsen sämtlicher Schwenk- bzw. Drehgelenke 47, 51, 52 sowie des durch die Blattfeder 22 gebildeten Gelenks sind zueinander parallel und stehen auf der Zeichenebene von Fig. 5 senkrecht.

Der Hebel 45 liegt gekreuzt zu dem Hebel 46 und trägt an seinem der Blattfeder 48 benachbarten Ende ein Gleitstück 53, das auf der Unterseite des Schlittens 14 gleitet. Diese Unterseite des Schlittens 14 liegt parallel zu der Führungsfläche 19 der Führungsschiene 18. Das andere Ende des Hebels 45 trägt eine Anschlag­ einrichtung 54, die von zwei Haken 55 und 56 gebildet ist. Der Haken 55 ist starr auf dem Arm 13 befestigt, während der Haken 56 unbeweglich an dem Hebel 45 an­ gebracht ist. Die so gebildete Anschlageinrichtung 54 weist in einer Richtung Spiel auf, d. h. der Hebel 45 ist in der Lage, den Arm 13 anzuheben, behindert aber andererseits nicht eine Ausweichbewegung des Hebels 13 nach oben, falls aufgrund einer Fehlbedienung der Oberflächentaster 12 nach oben ausweichen muß, um Be­ schädigungen zu vermeiden.

Zwischen dem Schlitten 14 und der Hebelanordnung 44 sitzt eine in Fig. 5 gezeigte Zugfeder 57, die sche­ matisch dargestellt an dem Drehgelenk 52 angreift und die Hebelanordnung 44 gegen die Unterseite des Schlit­ tens 14 zieht. Dadurch wird das Gleitstück 53, das an der Unterseite des Schlittens 14 ein Schiebegelenk bildet, an den Schlitten 14 angepreßt.

Die Verstellung der Hebelanordnung 44 geschieht mit Hilfe eines weiteren Spindeltriebs 58, der mit Hilfe eines Stirnradgetriebes 59 sowie eines aus Darstel­ lungsgründen nicht erkennbaren Elektromotors angetrie­ ben wird. Das Stirnradgetriebe 59 sowie der nicht er­ kennbare Antriebsmotor befinden sich in dem Gehäuse 41.

Der Spindeltrieb 58 weist eine auf der Oberseite des Schlittens 14 starr befestigte Spindelmutter 61 auf, die eine auf der von dem Schlitten 14 definierten Ebene senkrecht stehende Gewindebohrung enthält. In diese ist eine Gewindespindel 62 eingeschraubt, die mit einem Ende durch den Schlitten 14 hindurchragt und mit der Oberseite des Hebels 45 in Berührung steht. In Fig. 5 ist die Gewindespindel schematisch durch den Pfeil gekennzeichnet, der mit demselben Bezugszeichen wie die Gewindespindel in den Fig. 3 und 4 belegt ist.

Das insoweit beschriebene Vorschubgerät 1 arbeitet wie folgt: Es wird mit seinen an der Unterseite 8 vor­ handenen Aufstellfüßen 63 auf einen neben dem Werk­ stück vorhandenen Tisch oder auch auf das Werkstück selbst aufgestellt, sofern dies eine ausreichend große Standfläche bietet. Sodann wird der Oberflächentaster elektrisch mit einer an sich bekannten Steuer- und Auswerteelektronik verbunden, die auch die Stromver­ sorgung für den Getriebemotor 32 hält. Nach Drücken eines Startknopfes wird der Getriebemotor 32 in Gang gesetzt und es wird über den Riemen 38 der Spindel­ trieb 31 betätigt, wodurch der Schlitten 14 an der Führungsfläche 19 entlangbewegt wird. Der Schlitten 14 bewegt sich dabei längs einer geraden Achse, die durch die Führungsfläche 19 sowie die Gewindespindel 36 definiert ist. Die Wegstrecke, die dabei der Abtastdiamant 17 zurücklegt, liegt bei Vorschubgeräten, die nach dem Tastschnitt­ verfahren arbeiten, üblicherweise bei 20 mm oder weniger, je nachdem, wie groß die Welligkeit auf der Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes ist.

Wenn keine Störungen oder Fehlbedienungen vorliegen, hängt der Arm 13 in der Anschlageinrichtung 54 und wird auf diese Weise an zwei Punkten, nämlich bei der An­ schlageinrichtung 54 und dem Schwenkgelenk 51 gehalten. Dies bedeutet, daß die lineare Bewegung des Schlittens 14, die durch die Gewindespindel 36 und die Führungs­ fläche 19 erzwungen wird, auf den Arm 13 und damit auch auf den Meßtaster 12 übertragen wird. Würde der Abtast­ diamant 17 auf keiner Oberfläche aufliegen, dann würde während des Laufs des Getriebemotors 32 der Abtast­ diamant 17 eine exakt gerade Strecke durchlaufen, deren Länge der Einschaltzeit des Getriebemotors 32 entspricht. Da die Geschwindigkeit des Getriebemotors 32 während der gesamten Wegstrecke konstant gehalten wird, bewegt sich der Abtastdiamant 17 auch mit einer konstanten Geschwindigkeit von einer Endlage bis zur anderen End­ lage. Die von ihm zurückgelegte gerade Wegstrecke ist parallel zu der Führungsfläche 19 der Führungsschiene 18.

Da der Abtastdiamant 17 jedoch nicht frei in der Luft hängt, sondern tatsächlich auf dem Werkstück aufliegt, wird der Fühlhebel 16 nach oben in Richtung auf die Oberseite 7 ausgelenkt. Solange diese Auslenkung nicht dazu führt, daß der Fühlhebel 16 einen Anschlag er­ reicht, bleibt der Arm 13 in der vorher erwähnten Lage, in der die beiden Haken 55 und 56 miteinander in Be­ rührung stehen. Erst bei einer übermäßigen Bewegung des Fühlhebels 16 nach oben, die zu einer Beschädigung des Oberflächentasters 12 führen würde, weicht auch der Arm 13 in dem Schwenkgelenk 51 nach oben aus, da eine solche Bewegung von den ineinandergreifenden Haken 55 und 56 nicht behindert wird. Der Ausweichhub, den die Anschlageinrichtung 54 zuläßt, ist ausreichend groß, um es dem Abtastdiamanten 17 zu ermöglichen, hinter die Berandung des Schutzkäfiges 11 sich zurück­ zubewegen, so daß er hinreichend geschützt ist.

Für die nachstehenden Erläuterungen sei jedoch angenom­ men, daß die Haken 55 und 56 miteinander in Berührung bleiben, damit sich der Oberflächentaster 12 längs einer Bahn bewegt, die zu der Führungsfläche 19 parallel ist.

Wird unter diesen Annahmen, wie erwähnt, der Schlit­ ten 14 durch den Getriebemotor 32 in Bewegung gesetzt, dann wird der Abtastdiamant 17 über die Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes bewegt und erfährt eine Verti­ kalbewegung entsprechend der Welligkeit oder der Rauheit der Oberfläche, auf der er entlanggleitet. Diese Ver­ tikalbewegungen führen zu einer Verschwenkung des Fühl­ hebels 16 und damit zu einer Erzeugung eines elektri­ schen Signals, dessen Kurvenform der Profilgestalt der Werkstückoberfläche einschließlich der Rauheit ent­ spricht.

Weil der Oberflächentaster 12 dazu ausgelegt ist, im Submikrometerbereich zu messen, ist der zulässige Bewe­ gungshub des Fühlhebels 16, an dessen äußerem Ende der Abtastdiamant 17 sitzt, verhältnismäßig klein, wenn das Ausgangssignal des Oberflächentasters zu der Ober­ flächenkontur streng linear proportional sein soll. Größere Auslenkungen sind zwar möglich, führen aber dazu, daß das elektrische Signal nicht mehr ein wahres Abbild der Oberflächenstruktur ist. Mit zunehmender Auslenkung jenseits des linearen Bereiches entsteht eine zusätz­ liche Verfälschung infolge der dann nicht mehr linearen Wandlerkennlinie des Oberflächentasters 12. Eine solche Bereichsüberschreitung kann beispielsweise auftreten, wenn die Oberfläche, längs derer der Abtastdiamant 17 von dem Schlitten 14 bewegt wird, eine Neigung aufweist gegenüber der Führungsfläche 19, und zwar gemessen in Bewegungsrichtung des Schlittens 14. Sollte infolge einer geneigten Meßfläche eine Bereichsüberschreigung zustandekommen, hat der Benutzer die Möglichkeit, durch Betätigen des Rändelknopfes 26 die Winkellage der Füh­ rungsfläche 19 um wenige Grad zu verändern, damit die Gerade, längs derer der Oberflächentaster 12 bewegt wird, wiederum parallel zu der zu vermessenden Ober­ fläche verläuft.

Im Gegensatz zu den bekannten Vorschubgeräten, bei denen die Auslenkung des Arms 13 mit Hilfe einer Kufe erreicht wird, die sich in der Nähe des Abtastdiamanten 17 befin­ det, hängt bei dem neuen Vorschubgerät 1 der Arm 13 immer in der Anschlageinrichtung 54, wodurch eine be­ zugsebene Messung zustandekommt, denn die Bahn, durch die der Oberflächentaster 12 bewegt wird, ergibt sich aufgrund der Lage der Führungsfläche 19 und, wie dies im folgenden erläutert wird, aufgrund der Stellung der beiden Hebel 45 und 46.

Bei den vorher gegebenen Erläuterungen ist davon ausge­ gangen worden, daß die Oberfläche, die mit dem Abstast­ diamanten 17 vermessen wird, ausreichend eben ist und der Oberflächentaster 12 folglich seinen linearen Meß­ bereich nicht verläßt. Ein eventueller Winkelfehler zwischen der Oberfläche und der Führungsfläche 19 kann vom Benutzer mit Hilfe einer Verstellung des Spindel­ triebs 23 ausgeglichen werden. Dadurch wird die Führungs­ schiene 17 bezüglich der durch die Blattfeder 22 defi­ nierten Achse um den entsprechenden geringen Winkel ver­ schwenkt.

Sollte jedoch die zu vermessende Oberfläche längs der Meßstrecke eine Krümmung aufweisen, die den Oberflächen­ taster 12 aus seinem linearen Meßbereich bringt, ist zusätzlich eine Höhenverstellung für den Arm 13 vor­ gesehen. Durch Verstellen des Spindeltriebs 58 wird der Hebel 45 bezüglich seines Gleitstückes 53 verschwenkt. Dadurch ändert sich je nach Betäti­ gungsrichtung der Spindel 62 der Abstand des Dreh­ gelenkes 52 von der Unterseite des Schlittens 14, was dazu führt, daß auch der Hebel 46 um die Achse des Gelenkes 47 gedreht wird. Hierdurch wird ent­ sprechend das Gelenk 51 angehoben oder abgesenkt.

Bei dem neuen Vorschubgerät 1 sind die Abstände der einzelnen Gelenke 47, 51, 53 sowie der Anschlagein­ richtung 54 von dem Drehgelenk 52 so gewählt, daß bei ei­ ner Verschwenkung des Hebels 45 sowohl das Gelenk 51 als auch die Anschlageinrichtung 54 sich um den gleichen Be­ trag heben und senken, d. h. die Verschwenkung des Hebels 45 hat einen Parallelversatz des Arms 13 bezüglich der durch die Führungsfläche 19 definierten Achse zur Folge. Die Bewegung kann dabei als nahezu linear angesehen werden, mt einer Richtung, die im wesentlichen rechtwinklig zu der Führungsfläche 19 ist.

Die Betätigung des Spindeltriebs 58 geschieht durch einen Elektromotor, der von der zentralen Steuer- und Auswertelektronik betätigt wird und die Hebel­ anordnung 54 so nachsteuert, daß bei einer stark ge­ krümmten Oberflächenkontur des Prüflings der Ober­ flächentaster 12 in seinem linearen Meßbereich bleibt.

Da die Gestaltsabweichung des Prüflings eine Wellen­ länge aufweist, die um mehrere Zehnerpotenzen größer ist als die Wellenlänge der Rauhheit oder der Ober­ flächenwelligkeit, kann das durch das Nachführen des Abtastdiamanten längs der vertikalen Achse eingeführte elektrische Signal ohne weiteres ausgefiltert werden.

Läuft bspw. der Abtastdiamant 17 während der Meß­ strecke über eine konvexe Nockenfläche, wobei der Scheitelpunkt der Nockenfläche etwa in der Mitte des Hubs liegt, wird von der zentralen Steuerein­ richtung nach dem Starten des Getriebemotors 32 für die Tastschnittbewegung auch der Spindeltrieb 58 in Gang gesetzt, und zwar so, daß der Oberflächen­ taster 12 nicht seinen linearen Meßbereich verläßt. Wegen des angenommenen Profils des Werkstückes wird zunächst einmal die Spindel 62 in Richtung auf den Schlitten 12 zurückgedreht, wodurch die Hebelan­ ordnung 54 dichter an die Unterseite des Schlitzes 14 herankommen kann und der Oberflächentaster 12 längs einer linearen Achse nach oben geführt wird. Sobald der Scheitelpunkt des Profils des Prüflings erreicht ist, kehrt die Steuereinrichtung die Be­ wegungsrichtung des Spindeltriebs 58 um. Die Spindel 62 wird wieder nach unten zunehmend herausgeschraubt, und der Arm 13 wird zusammen mit dem Oberflächentaster 12 längs der erwähnten linearen Achse erneut nach un­ ten bewegt (jeweils bezogen auf die Darstellung in den Zeichnungen). Während des gesamten Vorgangs sind die Haken 57 und 56 der Anschlageinrichtung 54 form­ schlüssig in Eingriff geblieben. Im Idealfall hat damit jeder Punkt des Oberflächentasters 12 eine Bahnkurve zurückgelegt, die parallel versetzt dem Profilschnitt des Prüflings an der Meßstrecke ent­ spricht. Damit ist das von dem Oberflächentaster 12 abgegebene elektrische Signal nicht, wie bei dem be­ kannten Vorschubgeräten, durch Signale verfälscht, die durch eine Relativbewegung zwischen einer Gleit­ kufe und dem Abtastdiamanten zustandekommen. Ein solches Signal läge in seiner Frequenz im Bereich der Rauheit der Werkstückoberfläche und wäre deswegen nicht mehr herauszufiltern. Mit dem neuen Vorschubgerät 1 wird dagegen eine Bewegung erzeugt, die von der Welligkeit des Werkstücks unabhängig ist, da durch andere Betätigungseinrichtungen der Oberflächentaster 12 dazu gebracht wird, dem Profil des Prüflings zu folgen.

Ersichtlicherweise können geringe Schräglagen einer ebenen Werkstückfläche ohne Betätigen des Spindel­ triebs 23 und nur durch automatisches Betätigen des Spindeltriebs 58 ausgeglichen werden. Größere Schräglagen, insbesondere kombiniert mit gekrümmten Werkstückflächen, erfordern dagegen eine Nachstellung der Winkellage der Führungsschiene 18, so daß der vertikale Hub, der durch die Hebelanordnung 44 möglich ist, voll dazu ausgenutzt werden kann, der Profilgestalt zu folgen.

Wegen der äußerst beengten räumlichen Verhältnisse in ei­ nem Vorschubgerät ist die Neigungsverstellung der Füh­ rungsschiene 18 auf ca. ±1,5 mm pro 100 mm beschränkt und auch die Höhenverstellung mit Hilfe der Hebel­ anordnung 44 ermöglicht eine Vertikalbewegung in der gleichen Größenordnung.

Selbstverständlich können bei dem beschriebenen Vorschubgerät 1 auch Oberflächentaster verwendet werden, bei denen sich neben dem Fühlhebel 16 noch eine Kufe befindet, die dann allerdings lediglich Schutzfunktion hat, da in jedem Falle von dem Spindeltrieb 58 die Höhenverstellung mit Hilfe der Hebelanordnung 44 so nachgestellt wird, daß die Kufe während des Meßvorgangs nicht mit dem Werkstück in Berührung kommt.

In Fig. 6 ist eine Schaltungsanordnung veranschaulicht, die dazu dient, mit Hilfe des Vorschubgerätes 1 den Oberflächentaster 12 vor Beginn der Messung in eine vorzuwählende Höhenposition über der Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes zu bringen, damit möglichst kein Verlassen des linearen Meßbereiches auftritt.

Der Oberflächentaster 12 gibt an seinem Ausgang 65 ein elektrisches Signal ab, das der Stellung des Fühlhe­ bels 16 relativ zu dem Gehäuse 15 entspricht. Dieses elektrische Signal gelangt in einen Eingang 66 einer Vergleichsschaltung 67, die einen weiteren Eingang 68 sowie einen Ausgang 69 aufweist. In den Eingang 68 wird ein Sollwertsignal eingespeist, das von einem Sollwertgeber 71 geliefert wird. Der Sollwertgeber 71 ist manuell zu beeinflussen und sein Ausgangssignal kann zwischen zwei Grenzwerten beliebig eingestellt werden. Die beiden Grenzwerte des Sollwertgebers 71 entsprechen denjenigen Grenzwertsignalen, die der Oberflächentaster 12 abgeben kann, wenn er an dem einen oder dem anderen Ende seines linearen Meßbe­ reiches steht.

Das von der Vergleichsschaltung 67 kommende Ausgangs­ signal wird dem Antriebsmotor des Spindeltriebs 58 zugeführt, durch den die Höhenlage des Oberflächen­ tasters 12 über der Oberfläche des Werkstücks, wie beschrieben, eingestellt werden kann.

Um während der Messung im Tastschnittverfahren das Aus­ gangssignal nicht durch die Positionseinstellung zu verfälschen, ist zwischen dem Ausgang 69 und dem Spin­ deltrieb 58 ein gesteuerter Schalter 71 angeordnet.

Das in Fig. 6 dargestellte Blockschaltbild ist sehr stark vereinfacht, um das Wesentliche des Regelkreises erkennen zu können. Die erforderlichen Schaltungsblöcke, um das Ausgangssignal des Oberflächentasters 12 auszu­ werten und in das entsprechende Gleichspannungssignal zum Betätigen des Schraubtriebs 58 umzuwandeln, sind dem Fachmann geläufig und deswegen in dem Schaltbild nicht gezeigt.

Die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 6 ist wie folgt: Das Vorschubgerät 1 wird mit dem Oberflächentaster 12 auf ein zu prüfendes Werkstück aufgesetzt. Dabei gibt der Oberflächentaster 12 entsprechend der dadurch zu­ stande gekommenen Auslenkung des Abtastdiamanten 17 ein Ausgangssignal ab, das mit dem Sollwert, der von dem Sollwertgeber 71 geliefert wird, in der Vergleichsschal­ tung 67 verglichen wird. Ist beispielsweise der Soll­ wertgeber 71 auf den Mittelwert zwischen den beiden Grenzwerten eingestellt, so gibt er ein elektrisches Signal ab, das der Oberflächentaster 12 ebenfalls ab­ geben würde, befände er sich nach dem Aufsetzen auf das Werkstück in der Mittellage. Falls dies jedoch nicht der Fall ist, weil bei einer vorherigen Messung der Schraubtrieb 58 verstellt wurde, so weichen die beiden Signale an den Eingängen 68 und 66 der Ver­ gleichsschaltung 67 voneinander ab. Die Vergleichs­ schaltung 67 erzeugt aus der Differenz der beiden Signale ein vorzeichenrichtiges proportionales Gleich­ spannungsausgangssignal, das bei geschlossenem Schalter 71 zu dem Motor des Schraubtriebs 58 gelangt. Der Motor wird dadurch in Umdrehungen versetzt und bewegt den Schraubtrieb 58 so, daß der Oberflächentaster 12 durch Verstellen der Hebelanordnung 44 in die Mittellage ge­ langt, d. h. eine Lage, in der sein Ausgangssignal mit dem Ausgangssignal des Sollwertgebers 71 übereinstimmt.

Der gesteuerte Schalter 71 ist normalerweise geschlos­ sen und wird erst geöffnet, wenn von der nicht veran­ schaulichten zentralen Steuerung der Getriebemotor 32 in Gang gesetzt wird, um die Bewegung des Oberflächen­ tasters 12 in Tastschnittrichtung zu bewerkstelligen. Dadurch wird sichergestellt, daß bis kurz vor der Mes­ sung die Lage des Oberflächentasters 12 automatisch nachgestellt wird und Temperaturverzüge keinen Einfluß haben.

Mit der dargestellten Schaltungsanordnung kann mit dem neuen Vorschubgerät 1 nicht nur die Rauheit, sondern auch die Welligkeit erfaßt werden, ebenso wie Änderungen der Profilgestalt des Werkstücks längs der Tastschnitt­ strecke, da der Oberflächentaster 12 nach dem Öffnen des Schalters 71 während des Tastschnitts längs einer exakten Geraden geführt wird, da die Höhenverstellung in Ruhe bleibt.

Ebenso wie durch den Sollwertgeber 71 die Mittellage des Oberflächentasters 12 eingestellt werden kann, kann jede beliebige andere Lage bis hin zu den Grenzlagen ebenfalls vorgegeben werden. Beispielsweise ist es zweck­ mäßig, den Oberflächentaster 12 in seine obere Grenzlage zu bringen, in der er den größten Abstand von der Werk­ stückoberfläche hat, wenn zu erwarten ist, daß die Profilgestalt des Werkstücks konvex verläuft, während umgekehrt die niedrigste Lage eingestellt wird, wenn zu erwarten ist, daß die Profilgestalt konkave Form auf­ weist. Auf diese Weise kann der lineare Meßbereich optimal ausgenutzt werden, selbst dann, wenn die Ober­ fläche des Prüflings keine ebene Fläche ist.

Anhand der Fig. 7 bis 9 ist ein Lageregelverfahren beschrieben, das Signalverzerrungen am Ausgang des Oberflächentasters 12 auf ein sehr kurzes Stück der Meßstrecke beschränkt.

Fig. 7 zeigt in sehr stark schematisierter Block­ darstellung den Regelkreis 75, der den Oberflächen­ taster 12 enthält. Sein Fühlhebel 16 mit dem daran sitzenden Abtastdiamanten 17 tastet die Oberfläche des Werkstücks ab und erzeugt ein Differenzsignal aus dem Profil des Werkstücks und der Bewegung des Oberflächentasters 12. Der Oberflächentaster 12 wandelt diese Bewegungsdifferenz in ein elektrisches Signal um, das er an seinem Ausgang 65 abgibt. Das an dem Ausgang 65 anstehende elektrische Signal wird einerseits einer Auswertschaltung übermittelt, die das Oberflächenprofil bspw. grafisch darstellt, und es gelangt außerdem in einen gesteuerten Schalter 77, der wahlweise das elektrische Signal von dem Ausgang 66 in einen Eingang 78 eines Integralreglers 79 über­ trägt oder die Verbindung dorthin unterbricht. Der Integralregler 79 weist einen Ausgang 81 auf, der im dargestellten Falle ein elektrisches Signal abgibt, das in einen entsprechenden Eingang 82 eines nicht integrierenden elektrisch-mechanischen Wandlers 83 einspeist, welcher als Ausgangssignal die Lage des Oberflächentasters 12 erzeugt. Dies kann bspw. ein mit einer Feder vorgespanntes Tauchspulensystem sein, das in dem Vorschubgerät 1 anstelle des Spindel­ triebs 58 verwendet wird.

Lediglich aus Gründen der Klarheit ist gedanklich der Regelkreis in den elektromechanischen Wandler 83 und den Regler 89 mit I-Charakteristik zerlegt gedacht. Bei der Verwendung eines mit Hilfe eines Elektromotors angetriebenen Spindeltriebs be­ sorgt der Elektromotor zusammen mit dem Spindel­ trieb bereits die integrale Charakteristik des Regelkreises, und es genügt, wenn das sehr kleine Ausgangssignal des Oberflächentasters 12 genügend verstärkt wird, um den Motor in der jeweils richti­ gen Richtung anzutreiben.

Bei dem neuen Verfahren wird zunächst der Getriebe­ motor 32, der den Vorschub des Oberflächentasters 12 in Tastschnittrichtung bewirkt, in Gang gesetzt . Dabei wird am Startzeitpunkt der Schalter 77 geöffnet. Erst wenn der Abtastdiamant 17 ein noch festzulegendes Stück seines Weges zurückgelegt hat, wird der Schalter 77 geschlossen und somit das Abtastsignal auch dazu verwendet, um den elektro­ mechanischen Wandler nachzustellen, der die Vertikal­ bewegung des Oberflächentasters 12 bewirkt. Dadurch wird eine exponentielle Annäherung des Ausgangssignals des Oberflächentasters 12 an den eingeschwungenen Grenzwert vermieden, wie dies anhand der Fig. 8 und 9 gezeigt wird. Dabei wird zum besseren Verständnis die vereinfachende Annahme getroffen, die Oberfläche des Werkstückes ist exakt gerade, jedoch gegenüber der Führungsfläche 19 unter einem festgelegten Winkel geneigt, wie dies durch eine schräge Gerade 84 in Fig. 8 veranschaulicht ist. Diese Gerade 84 ist gleichzeitig das Eingangssignal für den Oberflächen­ taster 12, falls dieser in der vertikalen Richtung nicht nachgestellt wird.

Im Idealfall müßte nun der Regler 79 zusammen mit dem elektro-mechanischen Wandler den Oberflächen­ taster 12 längs der vertikalen Achse gleichzeitig so nachstellen, daß jeder Punkt des Oberflächen­ tasters 12 der Kurve 84 folgt, während der Ober­ flächentaster allmählich seine Meßstrecke durch­ läuft. Infolge der Verzögerungswirkung durch den Regler 79 wird aber die Bahnkurve, längs derer sich der Oberflächentaster 12 bewegt, nacheilen, d. h. es kommt in Fig. 8 eine weitere Bahnkurve zustande, die im eingeschwungenen Zustand zu der Bahnkurve 84 parallel verläuft, jedoch nach rechts versetzt ist. Diese eingeschwungene Bahnkurve des Oberflächentasters 12 ist in Fig. 8 mit 85 be­ zeichnet. Der seitliche Versatz entspricht dem Schleppfehler der durch den Integrator zustande­ kommt. Dies läßt sich ohne weiteres verstehen, wenn, wie bei dem gezeigten Vorschubgerät 1, zur vertikalen Verstellung ein Spindeltrieb 58 zusammen mit einem Antriebsmotor verwendet wird, dem ein Verstärker vor­ geschaltet ist, der das Ausgangssignal des Oberflächen­ tasters 12 hinreichend verstärkt, um damit die Antriebs­ spannung für den Motor zu erzeugen. Eine bestimmte Neigung der Kontur des Werkstücks bzw. der Geraden 84 entspricht einer bestimmten Verstellgeschwindig­ keit der Hebelanordnung 44 und damit einer bestimmten Drehzahl des Motors. Diese Motordrehzahl ist abhängig von der anliegenden Spannung, die dem Ausgangssignal des Oberflächentasters 12 proportional ist. Im einge­ schwungenen Zustand des Systems bzw. des Regelkreises 75 wird die Nachstellung des Oberflächentasters 12 soweit der wahren Kontur entsprechend der Kurve 84 nacheilen, daß die von dem Oberflächentaster 12 ab­ gegebene und verstärkte Spannung den Motor schnell genug rotieren läßt, damit die Bahnkurve des Ober­ flächentasters 12 mit derselben Steigung ansteigt wie das Werkstückprofil.

Würde nun der Schalter 77 ständig geschlossen sein, dann würde am Beginn der Meßstrecke von dem Ober­ flächentaster 12 zunächst kein Signal abgegeben wer­ den und es erfolgt keine Verstellung in vertikaler Richtung. Erst mit zunehmend ansteigendem Profil wird auch der Motor sich zu drehen beginnen, d. h. am Ausgang des elektromechanischen Wandlers 73 ent­ steht ein Signal. Da sich der Motor aber noch zu langsam dreht, um den Oberflächentaster 12 mit der genügenden Geschwindigkeit in vertikaler Richtung zu verfahren, muß das Signal an dem Ausgang 65 des Ober­ flächentasters 12 noch weiter ansteigen, bis es einen Wert erreicht, wie er dem oben erläuterten einge­ schwungenen Zustand entspricht. Die Bahnkurve des Ober­ flächentasters 12 wird folglich zu Beginn der Meß­ strecke nicht die Gerade 85 sein, der er im einge­ schwungenen Zustand folgt, sondern eine nach einer e-Funktion verlaufende Kurve, wie sie in Fig. 7 durch eine gestrichelte Kurve 86 angegeben ist. Diese ge­ strichelte Kurve 86 beginnt bei der Kurve 84 und geht asymptotisch in die Kurve 85 über, die den eingeschwunge­ nen Zustand repräsentiert.

Dabei entspricht der Koordinatenursprung dem Start des Meßvorganges, also dem Beginn der Bewegung des Abtast­ diamanten 17 durch seine Meßstrecke.

Fig. 9 zeigt das an dem Ausgang 65 erhaltene elektrische Signal, wenn die Nachstellung des Oberflächentasters 12 bereits beginnt, wenn der Abtastdiamant 17 sich in Tastschnittrichtung zu bewegen begonnen hat. Da das Ausgangssignal des Oberflächentasters 12 sich aus der Differenz des Profils des Werkstücks und der Bewegung des Oberflächentasters 12 ergibt, steigt die Spannung an dem Ausgang 65 entsprechend einer gestrichelten Kurve 87 allmählich exponentiell an, bis sie den einge­ schwungenen Zustand erreicht hat, der oben erläutert ist.

Gemäß dem neuen Verfahren wird nun der Schalter 77 erst geschlossen, nachdem der Abtastdiamant 17 ein Stück seiner Wegstrecke in Tastschnittrichtung zurück­ gelegt hat. Bezogen auf Fig. 8 bedeutet dies am Be­ ginn der Meßbewegung, die dem Koordinatenursprung entspricht und mit X₀ bezeichnet ist, ist der Schal­ ter 77 geöffnet. Damit steigt die Spannung an dem Aus­ gang 65 des Oberflächentasters 12 linear längs einer Kurve 88 an. Die Gerade 88 geht durch den Punkt X₀ und ihre Steigung ist proportional der Steigung des Oberflächenprofils, bezogen auf die Führungsfläche 19. Sobald die Ausgangsspannung des Oberflächentasters 12 einen Wert erreicht hat, der bei der gegebenen Stei­ gung jener Spannung entspricht, die erforderlich ist, damit der Motor des Spindeltriebs 58 mit einer dem eingeschwungenen Zustand entsprechenden Drehzahl läuft, wird der Schalter 77 geschlossen. Dieser Zeitpunkt ist erreicht, wenn der Abtastdiamant 17 die Stelle X₁ erreicht hat. Nun liefert der Oberflächentaster 12 an seinem Ausgang 65 eine Spannung, die zu einer Ver­ stellung des Spindeltriebs 58 führt, so daß die Bahn­ kurve des Oberflächentasters 12 parallel zu dem schräg­ liegenden Werkstückprofil erfolgt. Im Falle einer exakt glatten Werkoberfläche ist damit die Ausgangs­ spannung des Oberflächentasters 12 eine konstante Spannung gemäß einer Geraden 89, d. h. die Spannung des Oberflächentasters 12 ist ab der Stelle X₁ unver­ änderlich.

Falls die Oberfläche rauh ist oder eine Welligkeit aufweist, spiegelt sich diese Rauheit und Welligkeit in einer entsprechenden Verformung der Geraden 89.

Wie nun Fig. 9 unschwer erkennen läßt, vermeidet das neue Regelverfahren einen langen asymptotischen Aus­ gleichsvorgang, der sich weit über den Punkt X₁ hinaus in die Meßstrecke verschiebt und die nutzbare Meß­ strecke deutlich beschränkt. Hinzu kommt, daß der ge­ krümmte Verlauf der Ausgangsspannung gemäß der Kurve 87 einen zusätzlichen, in Wahrheit nicht vorhandenen Gestaltsfehler simuliert, wobei die Frequenz dieses Ausgleichsvorgangs Frequenzanteile aufweist, die im Bereich der Wellenlänge von Welligkeiten der Ober­ fläche liegen. Es wird dadurch nicht nur ein Gestalts­ fehler, sondern auch eine zusätzliche Welligkeit der Oberfläche simuliert oder bei entgegengesetzter Phasen­ lage wird eine vorhandene Welligkeit der Oberfläche unterdrückt. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens dagegen wird aus der Meßstrecke nur das Stück zwischen X₀ und X₁ ausgeblendet und danach liefert der Oberflächentaster 12 ein Signal wie im eingeschwungenen Zustand.

Wie sich zeigen läßt, ist die Strecke X₀-X₁ abhängig von der Integrationszeitkonstanten, die ihrerseits wieder davon abhängig ist, welche Wellenlänge des Werkstückprofils unterdrückt und ab welcher Wellen­ länge eine Auswertung erfolgen soll. Der Punkt X₁, zu dem ein Schließen des Schalters 77 erfolgt, ist dagegen von der Schieflage des Werkstückes unabhängig. Dagegen geht wiederum ein die Vorschubgeschwindigkeit, die aber mit der auszuwertenden Wellenlänge verknüpft ist. Praktische Zahlenwerte ergeben sich aus der nach­ folgenden Tabelle:

Werden diese Werte in die Gleichung

s = v · t

eingesetzt, wobei s die Strecke in mm, v die Vorschubge­ schwindigkeit und t der Einschaltzeitpunkt ist, erhält man für die ersten beiden Meßstrecken einen Wert von 0,56 mm und für die Meßstrecke von 17,5 mm einen Wert von 1,75 mm. Dies bedeutet, daß der Punkt X₁ 0,56 mm bzw. 1,75 mm von dem Punkt X₀, also dem Startpunkt für den Abtastdiamanten 17 entfernt liegt. Die Zahlen las­ sen auch erkennen, daß der Schalter 77 ohne weiteres von dem Schlitten 14 gesteuert werden kann, womit eine aufwendige Wegmessung zur Ermittlung des Einschaltpunktes mit Hilfe einer Elektronik entbehrlich ist.

Dieses neue, anhand eines vereinfachten Regelkreises erläuterte Regelverfahren arbeitet nicht nur bei Schräg­ lagen von Werkstücken, sondern in der gleichen Weise auch bei von der geraden Form abweichenden Werkstück­ profilen, wobei dieselben Einschaltpunkte gewählt werden, wie dies oben anhand des schrägliegenden Werk­ stückes erläutert ist. Es spielt dabei keine Rolle, ob das Werkstück mehr oder weniger schräg liegt oder ob das Werkstück gekrümmt ist. In jedem Falle wird der Schalter bei einer Meßstreckenlänge von 5,6 mm und 0,5 mm·S^-1 Vorschubgeschwindigkeit der Schalter nach 0,56 mm geschlossen und es werden die anhand der Fig. 8 und 9 erläuterten Vorteile erzielt.

Ferner ist es ohne weiteres möglich, anstelle des Span­ nungsverstärkers in Kombination mit dem Spindelantrieb und Motor als Integrator und mechanischem Wandler einen elektrischen Integrator zu verwenden zusammen mit einem elektromechanischen Wandler, der keine integrierende Charakteristik hat, wie beispielsweise ein in eine Mit­ tellage federvorgespanntes Tauchspulsystem, das im übrigen auch bei dem neuen Vorschubgerät 1 zur Verstel­ lung der Hebelanordnung 44 Verwendung finden kann.

Aus Fig. 8 läßt sich auch grafisch die Strecke X₀-X₁ ermitteln. An der Stelle X₁ hat der Oberflächentaster 12 nämlich die Höhenlage, die er, keine Verzögerung des Regel­ kreises vorausgesetzt, an sich am Punkt X₀ hätte haben mußen.

Wird die Regelung eingeschaltet, wenn der Rändelknopf 26 zur Winkelverstellung verwendet wird, kommt eine schein­ bare Drehung um die Spitze des Abtastdiamanten 17 zu­ stande.

Mit Hilfe des neuen Vorschubgerätes in Kombination mit dem neuen Regelverfahren ist es möglich, über einen verhältnismäßig langen Weg der Meßstrecke fehlerfrei die Rauheit zu messen. Nach Abschalten der Regelung kann die Welligkeit und sogar in gewissem Umfang die Gestaltsabweichung des Prüflings innerhalb der Meß­ strecke festgestellt werden, weil kein Informations­ verlust bzw. keine Veränderung infolge einer auf der Werkstückoberfläche gleitenden Kufe auftritt.

Claims (30)

1. Vorschubgerät (1), insbesondere zur Messung von Welligkeit und Rauheit nach dem Tastschnittver­ fahren, mit einem Gehäuse (2), einer in dem Ge­ häuse (2) angeordneten, eine erste Achse definieren­ den Führungseinrichtung (8) für einen daran geführ­ ten Schlitten (14), einem an dem Schlitten (14) ge­ halterten Oberflächentaster (12), der gegenüber dem Schlitten (14) bezüglich einer zweiten Achse beweg­ lich ist, die rechtwinklig zu einer ersten Achse ist und der einen mechanisch/elektrischen Wandler aufweist, der eine Bewegung einer zu dem Oberflächen­ taster (12) gehörenden beweglichen Tastspitze (17), die auf der Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks aufliegt und der Oberflächenstruktur folgt, in ein wegproportionales elektrisches Signal wandelt, sowie mit einer Antriebseinrichtung (31, 32) für den Schlit­ ten (14), um den Schlitten (14) mit einer konstanten Geschwindigkeit eine festgelegte Wegstrecke längs der Führungseinrichtung (18) zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Lagerungseinrichtung (22, 44) vorgesehen ist, mit deren Hilfe der Oberflächen­ taster (12) bezüglich einer weiteren Achse bewegbar ist, daß die weitere Achse zumindest angenähert orthogonal zu der ersten Achse liegt, und daß der weiteren Achse eine Antriebseinrichtung (23, 58) zugeordnet ist.

2. Vorschubgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die weitere Achse eine Schwenkachse ist, und daß die zugehörige Lagereinrichtung (22) ein Schwenklager ist.

3. Vorschubgerät nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schwenklager (22) zwischen der Führungseinrichtung (18) und dem Gehäuse (2) angeordnet ist, derart, daß die Führungseinrichtung (18) in dem Gehäuse (2) um einen begrenzten Winkel schwenkbar ist.

4. Vorschubgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Schwenklager (22) an einem Ende der Führungseinrichtung (18) angeordnet ist.

5. Vorschubgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das Schwenklager (22) an demjenigen Ende der Führungseinrichtung (18) angeordnet ist, das dem Oberflächentaster (12) näher benachbart ist.

6. Vorschubgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Schwenklager von einer Blattfeder (22) gebildet ist.

7. Vorschubgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Antriebseinrichtung von einer Schraub­ spindelantriebseinrichtung (23) gebildet ist.

8. Vorschubgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schraubspindel (24) der Schraubspindel­ antriebseinrichtung (23) einen manuell zu betäti­ genden Betätigungsknopf (26) trägt.

9. Vorschubgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die weitere Achse eine lineare Achse ist die sich im wesentlichen parallel zu der Richtung erstreckt, in der die Abtastspitze (17) von der Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes ausgelenkt wird.

10. Vorschubgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lagerungseinrichtung eine Lenkeran­ ordnung (44) aufweist.

11. Vorschubgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lenkeranordnung (44) von zwei scheren­ artig gekreuzten, zweiarmigen Hebeln (45, 46) ge­ bildet ist, die durch ein Drehgelenk (52) mitein­ ander verbunden sind, und daß das Drehgelenk (52) die beiden zweiarmigen Hebel (45, 46) in gleicher Weise teilt.

12. Vorschubgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß einer der beiden zweiarmigen Hebel (46) schwenkbar an dem Schlitten (14) gelagert ist und der andere zweiarmige Hebel (45) über ein Schwenk/Gleitgelenk (53) an dem Schlitten (14) abgestützt ist, daß an dem einen zweiarmigen Hebel (46) der Oberflächentaster (2) an dessen anderem Ende schwenkbar direkt oder indirekt gelagert ist, und daß durch ein elastisches Glied (57) das die beiden He­ bel (45, 46) miteinander verbindende Drehgelenk (52) in Richtung auf den Schlitten (14) zu vorgespannt ist.

13. Vorschubgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Oberflächentaster (12) an einem Arm (13) sitzt.

14. Vorschubgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß der Arm (13) durch eine Öffnung in dem Gehäuse (12) ragt, und daß der Oberflächentaster (12) an dem aus dem Gehäuse (2) ragenden Ende be­ festigt ist.

15. Vorschubgerät nach den Ansprüchen 12 und 13, da­ durch gekennzeichnet, daß der Arm (13) an dem an dem Schlitten (14) schwenkbar gelagerten Hebel (46) schwenkbar gelagert ist, und daß eine von zwei Elementen (55, 56) gebildete, spielbehaftete Anschlageinrichtung (54) vorgesehen ist, von der ein Element (55) an dem Arm (13) und das andere Element (56) an dem freien Ende desjenigen zwei­ armigen Hebels (45) angebracht ist, der über das Schwenk/Gleitgelenk (53) mit dem Schlitten (14) verbunden ist.

16. Vorschubgerät nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkgelenke von Blattfedern (47, 52, 22) gebildet sind.

17. Vorschubgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Verstellung längs der weiteren Achse eine Antriebseinrichtung (58) vorgesehen ist.

18. Vorschubgerät nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Antriebseinrichtung von einem motorisch betriebenen Spindeltrieb (58) ausge­ bildet ist.

19. Vorschubgerät nach den Ansprüchen 12 und 18, da­ durch gekennzeichnet, daß der Spindeltrieb (58) auf das abliegende Ende desjenigen zweiarmigen Hebels (45) einwirkt, der über das Schwenk-/Schiebegelenk (53) mit dem Schlitten (14) verbunden ist.

20. Vorschubgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß es zwei weitere Achsen aufweist, von denen die eine die Schwenkachse und die andere die lineare Achse ist.

21. Verfahren zum Nachregeln der Lage eines Oberflächen­ tasters eines Oberflächenmeß- oder -prüfgerätes entsprechend der Kontur der Oberfläche eines Prüf­ lings, bei dem der Regelkreis den Oberflächentaster, eine einen Integrator aufweisende und an den Ober­ flächentaster angeschlossene Steuerschaltung so­ wie eine an die Steuerschaltung angeschlossene Stelleinrichtung enthält, die die Lage des Ober­ flächentasters verändert, und bei dem durch eine weitere Antriebseinrichtung der Oberflächentaster mit konstanter Geschwindigkeit eine Meßstrecke lang über die zu vermessende Oberfläche bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis beim Starten der Bewegung des Oberflächentasters längs der Meßstrecke unterbrochen ist und erst geschlossen wird, nachdem der Oberflächentaster einen Teil seiner Meßstrecke zurückgelegt hat.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zum Unterbrechen und Schließen des Regelkrei­ ses ein gesteuerter Schalter verwendet wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter von der Bewegung des Oberflächen­ tasters mechanisch gesteuert wird.

24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis zwischen dem Oberflächentaster und dem Eingang der Steuerschaltung unterbrochen bzw. geschlossen wird.

25. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Meßstrecke, nach der der Regelkreis geschlossen wird, eine Länge aufweist, die bei ge­ schlossenem eingeschwungenem Regelkreis einem Weg­ stück entsprechen würde, an deren Ende der Ober­ flächentaster eine Lage einnehmen würde, die der Kontur zum Beginn des betrachteten Wegstückes ent­ spräche.

26. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Starten der Bewegung der Regelkreis ge­ schlossen ist, um den Regelkreis in den eingeschwunge­ nen Zustand zu bringen.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis bis unmittelbar vor dem Start der Bewegung des Oberflächentasters in dem einge­ schwungenen Zustand gehalten wird.

28. Verfahren zum Vorpositionieren eines Oberflächen­ tasters eines Vorschubgerätes nach einem oder meh­ reren der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Regelkreis verwendet wird, der einen Sollwertgeber sowie eine Vergleichseinrichtung auf­ weist, in der ein Ausgangssignal des Oberflächen­ tasters mit einem Ausgangssignal des Sollwertge­ bers verglichen wird, daß mittels des aus dem Ver­ gleich erhaltenen Signals zumindest eine der wei­ teren Achse solange verstellt wird, bis das Aus­ gangssignal des Oberflächentasters gleich dem Soll­ wert ist und daß der Regelkreis während der Bewe­ gung des Oberflächentasters längs der Wegstrecke, die im Tastschnittverfahren durchlaufen wird, still­ gesetzt ist, wobei auch bei stillgesetztem Regel­ kreis die Einstellung der betreffenden weiteren Achse festgehalten wird.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis erst unmittelbar vor dem Start der Bewegung des Oberflächentasters längs der Strecke, die im Tastschnittverfahren durchlaufen wird, stillgesetzt wird.

30. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert in einem Bereich verstellbar ist, dessen Bereichsgrenzen jenen Maximalauslenkungen des Oberflächentasters entsprechen, zwischen denen die Auslenkung des Oberflächentasters innerhalb einer vorgegebenen Toleranzbreite der Auslenkung des Oberflächentasters proportional ist.