DE4407259C2 - Maßverkörperung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Maßverkörperung aus Stahl, und ein Verfahren zu deren Herstellung. Tei­ lungsträger dieser Art werden vielfach in Längen­ meßeinrichtungen bei Werkzeug- oder Meßmaschinen verwendet.

Bei Werkzeugmaschinen sind die Anbauflächen für den Teilungsträger, die Führungen und Antriebsspindeln etc. vorwiegend aus Stahl. Bei den heute verlangten Meßgenauigkeiten dürfen auch Temperaturveränderun­ gen keine Meßfehler nach sich ziehen.

Es ist bekannt, als Material für den Teilungsträger Stahl zu verwenden, so daß bei Temperaturänderungen die Werkzeugmaschine, der Teilungsträger und ggf. das Werkstück faktisch die gleichen thermischen Längenänderungen erfahren. Ein derartiger Teilungs­ träger ist in der DD-PS 125 868 beschrieben.

Nachteilig bei Teilungsträgern aus legiertem Stahl ist, daß sich z. B. durch Schleifen und auch Polie­ ren keine hochwertigen Oberflächen erzeugen lassen. Die Kristallstruktur des Metalls mit ihren Korn­ grenzen sowie den partiellen Anreicherungen von Kohlenstoff machen dies praktisch unmöglich. In der GB-PS 531 153 ist ein solcher Maßstab aus hochle­ giertem Stahl beschrieben.

Auch das herkömmliche Beschichten des metallischen Teilungsträgers hat nicht zum Ziel geführt. Die Oberflächengüte wird zwar verbessert, jedoch unter Inkaufnahme der Gefahr, daß sich infolge innerer Spannungen die am Träger aufgebrachte Schicht ab­ löst.

Die Druckschrift DD-Z: "Meister, Die Weiterentwick­ lung der Präzisionslängenmeßtechnik, ihre Anwendung in Fertigung, Kontrolle und Meßraum, im Blickwinkel der Automatisierungsbestrebungen und der Kaderfra­ ge" (in: Feingerätetechnik, 12. Jg.; Heft 5, 1963, Seiten 212 bis 224) betrifft einen ausführlichen Aufsatz über Präzisionsmaßstäbe aus Glas und Me­ tall. Darin wird die DE-PS 10 93 566 erwähnt. Über das Material des dort beschriebenen Maßstabes mit eingekerbtem Querschnitt wird keine konkrete Aus­ sage gemacht.

In der Druckschrift DD-Z.: Präzisionsstrichmaßstäbe (in: Feingerätetechnik, 16. Jg., Heft 8, 1967, Sei­ ten 366 bis 368) werden verschiedene Maßstabquer­ schnitte gezeigt und es kann dieser Druckschrift entnommen werden, daß es seit langem bekannt ist, die Teilung in der neutralen Faser einer geeigneten Profilierung anzuordnen.

In der DD-PS 201 496 wird die technologisch ein­ fache Realisierung einer robusten Meßsonde be­ schrieben.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen stabilen widerstandsfähigen Teilungsträger aus Stahl zu schaffen, dessen die Teilung tragender Bereich eine hohe Oberflächengüte aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merk­ male des Anspruches 1 gelöst. Hergestellt wird ein derartiger Teilungsträger nach dem im Anspruch 2 angegebenen Verfahren.

Die Vorteile der Erfindung bestehen in erster Linie darin, daß als Teilungsträger Stahl verwendet wer­ den kann, und daß dabei zumindest der Bereich für die Teilung Eigenschaften aufweist, die denen opti­ scher Oberflächen entsprechen. Dies wird ermöglicht durch die Anwendung bekannter Verfahren der Glasbe­ arbeitung, wie Schleifen und Polieren mit losen Schleif- und Poliermitteln.

Durch die Maßnahmen nach der Erfindung können also Oberflächen höchster Qualität erzielt werden, deren Vorzüge insbesondere bei Maßverkörperungen licht­ elektrischer Längen- oder Winkelmeßeinrichtungen zum Tragen kommen.

Zweckdienliche Ausbildungen und Verfahren zum Her­ stellen der Maßverkörperung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Maßverkörperung nach der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Maßverkörperung in perspek­ tivischer Ansicht und

Fig. 2A bis D verschiedene Maßverkörperungen im Querschnitt.

Die Maßverkörperung 1 in den Fig. 1 und 2 be­ steht aus Stahl.

Diese Maßverkörperung 1 weist einen Flächenbereich 2 auf, auf welchem eine Meßteilung - im folgenden Teilung 3 genannt - aufgebracht ist.

Die Maßverkörperung 1 weist einen im wesentlichen X-förmigen Querschnitt auf, wie er auch vom Urmeter bekannt ist. Die Teilungsfläche 2 befindet sich dabei in der Ebene, in die der Querschnittsschwer­ punkt fällt (siehe auch Fig. 2A).

Andere Querschnitte (siehe Fig. 2) gemäß 1B, 1C und 1D sind ebenfalls möglich, so daß der Fachmann die für den Anwendungsfall geeignetste Ausführungs­ form auswählen kann.

Der Werkstoff der Maßverkörperung ist unlegierter Stahl, der unter der Bezeichnung C15 gehandelt wird. Sein Ausdehnungskoeffizient entspricht weitestgehend dem der Maschinen, an denen er zur Messung verwendet wird. Aufgrund seiner Beschaffen­ heit ist er allerdings korrosionsanfällig.

Aus diesem Grund ist eine vollständige Vernickelung vorteilhaft, aber für die Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Vernickelung der Fläche, auf der die Teilung 3 aufgebracht werden soll, ausreichend.

Der Querschnitt der Maßverkörperung 1 - alternativ 1A, 1B, 1C oder 1D - wird durch spanende Bearbei­ tung wie Fräsen oder Hobeln erzeugt.

Durch mehrfaches Glühen wird das Maßstabprofil 1 spannungsfrei gemacht.

Die zur Aufnahme der Teilung 3 vorgesehene Ober­ fläche 2 des Maßstabprofiles 1 wird geschliffen.

Dieser Schleifvorgang - der erste - wird mit Mit­ teln der mechanischen Bearbeitung, also mit einer Schleifscheibe vorgenommen.

Um die Nutzbarkeit der Maßverkörperung zu opti­ mieren, wird nach dem mechanischen Schleifen die Auflagefläche 4 exakt parallel zur Teilungsfläche 2 mechanisch bearbeitet. Dies erfolgt nach Ermitteln der Auflagefehler durch Tuschieren und an­ schließendes Schaben. Dabei können nicht nur Un­ ebenheiten sondern auch Torsionsfehler beseitigt werden. Derartige Fehler sind häufig erst nach dem mechanischen Schleifen erkennbar, da die Maßver­ körperung 1 auf dem Bett der Schleifmaschine magnetisch gehalten wird, und daher Verdrillungen nicht berücksichtigt werden können, da sie erst nach Lösen von der Schleifmaschine bemerkbar sind.

Anschließend wird die Teilungsfläche 2 mit Mitteln geschliffen, die zur Bearbeitung optischer Ober­ flächen dienen. Diese Bearbeitung nennt man optisches Schleifen und sie erfolgt mit losem Schleifmittel, wobei das Schleifmittel und das Werkstück unter einer bestimmten Anpreßkraft ge­ geneinander bewegt werden. Üblicherweise wird dazu eine spezielle Schleifmaschine benutzt, die einen exzentrisch gelagerten Schleifkörper aufweist, der unter Zwischenschaltung des losen Schleifmittels und unter Druck über die zu schleifende Oberfläche geführt wird, bis die erwünschte Planheit erreicht ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde bei Maßverkörperungen 1 mit einer Länge von mehr als einem Meter (1200 mm) eine Planheit von 1 µm erzielt.

Im Anschluß an dieses optische Schleifen der Ober­ fläche 2, die die Meßteilung 3 aufnehmen soll, wird die gesamte Maßverkörperung 1 vernickelt. Dies ge­ schieht chemisch ohne Zwischenschaltung einer Kupferschicht, wie dies bei galvanischer Ver­ nickelung üblich ist. Die Schichtdicke beträgt zwischen 15 und 20 µm und die behandelte Oberfläche ist besonders korrosions- und verschleißfest, da der Nickelüberzug eine Härte von ca. 52 HRC auf­ weist.

Nach der Vernickelung wird die Teilungsfläche 2 optisch poliert. Dieser Vorgang ähnelt dem des optischen Schleifens und ist als Bearbeitungsver­ fahren zur Erzielung optischer Oberflächen mit ent­ sprechender Güte an sich bekannt.

Nachdem die Teilungsfläche 2 hinsichtlich Planheit und Oberflächengüte optischen Qualitätsansprüchen genügt, wird die Meßteilung aufgebracht.

Dies erfolgt vorzugsweise photolithographisch, kann aber auch durch chemische Ätzvorgänge oder mechani­ sche Ritz- bzw. Reißvorgänge direkt auf einer Teil­ maschine erfolgen.

Eine nach diesem Verfahren hergestellte Maßver­ körperung 1 weist alle Kriterien auf, die an einen Maßstab für Referenzsysteme an Teil- oder Meß­ maschinen gestellt werden.

Claims (11)

1. Maßverkörperung, bestehend aus dem Werkstoff Stahl mit einem Überzug aus Nickel, bei der we­ nigstens ein Oberflächenbereich als teilungs­ tragende Teilungsfläche ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff unlegierter Stahl ist, auf den der Überzug aus Nickel che­ misch aufgebracht ist, und daß die Oberfläche der Teilungsfläche (2) die Güte einer mit Mit­ teln zur Bearbeitung optischer Flächen herge­ stellten Oberfläche aufweist.

2. Verfahren zur Herstellung einer Maßverkörperung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• a) aus einem unlegierten Stahl wird ein Profil (1A, 1B, 1C, 1D) mit dem Querschnitt der Maß­ verkörperung (1) hergestellt;
• b) das Profil (1A, 1B, 1C, 1D) der Maßver­ körperung (1) wird durch Wärmebehandlung spannungsfrei gemacht;
• c) die zur Aufnahme der Teilung (3) vorgesehene Oberfläche (2) wird plan geschliffen;
• d) die zur Aufnahme der Teilung (3) vorgesehene Oberfläche (2) wird mit Mitteln zur Bearbei­ tung optischer Flächen geschliffen;
• e) die Maßverkörperung (1) wird zumindest auf der zur Aufnahme der Teilung (3) vorgesehenen Oberfläche (2) mit einem Überzug aus Nickel versehen;
• f) die zur Aufnahme der Teilung (3) vorgesehene vernickelte Oberfläche (2) wird mit Mitteln zur Bearbeitung optischer Flächen poliert und
• g) die Teilung (3) wird auf die vernickelte und polierte Oberfläche (2) aufgebracht, so daß eine Teilungsfläche entsteht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Herstellung des Profils (1A, 1B, 1C, 1D) spanabhebend erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spannungsfreiheit durch mehrfaches Glühen erzielt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die zur Aufnahme der Teilung (3) vorge­ sehene Oberfläche (2) in an sich bekannter Weise unter Verwendung von losen Schleif- und Polier­ mitteln geschliffen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die vernickelte Oberfläche (2), die zur Aufnahme der Teilung (3) vorgesehen ist, in an sich bekannter Weise unter Verwendung von losem Poliermittel poliert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Teilung (3) photolithographisch aufgebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Teilung (3) chemisch geätzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Teilung (3) mechanisch geritzt wird.

10. Maßverkörperung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie Auflageflächen (4) auf­ weist, die parallel zur Teilungsfläche (2) ver­ laufen und durch Feinstbearbeitung erzeugt wer­ den.

11. Maßverkörperung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Teilungsfläche (2) in die Ebene fällt, in der der Querschnittsschwerpunkt des Profils (1A, 1B, 1C) liegt.