DE4437033C2 - Vorschubgerät für die Oberflächenmessung nach dem Tastschnitt-Verfahren - Google Patents
Vorschubgerät für die Oberflächenmessung nach dem Tastschnitt-VerfahrenInfo
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- DE4437033C2 DE4437033C2 DE19944437033 DE4437033A DE4437033C2 DE 4437033 C2 DE4437033 C2 DE 4437033C2 DE 19944437033 DE19944437033 DE 19944437033 DE 4437033 A DE4437033 A DE 4437033A DE 4437033 C2 DE4437033 C2 DE 4437033C2
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Description
Die Erfindung betrifft ein Vorschubgerät für die
Oberflächenmessung nach dem Tastschnitt-Verfahren.
Sie geht aus von einem Stand der Technik, wie er
durch die DE 26 40 894 C2 gegeben ist. Das aus dieser
Druckschrift bekannte Vorschubgerät besteht aus einem
starren Grundkörper und einem an diesem exakt geführten
beweglichen und eine Kufe sowie Tastdiamanten aufweisenden
Mikrotaster, der den Tastbewegungen des Tastdiamanten
entsprechende Signale abgibt und durch einen an dem Grund
körper befestigten Antriebsmechanismus mit konstanter
Geschwindigkeit relativ zu dem Grundkörper über eine
Taststrecke in einer Profilschnittebene des Werkstückes
bewegbar ist. Der Grundkörper ist dabei rohrförmig ausge
bildet und enthält den miniaturisierten Antriebsmechanis
mus sowie die Führungselemente für den Mikrotaster, der in
dem Grundkörper verschieblich gelagert ist und durch eine
Stirnseite nach außen ragt. Dadurch, daß der Antrieb und
die Führung sowie die Lagerung des Tastorgans in miniatu
risierter Ausführung in dem rohrförmigen Gehäuse angeord
net sind, das gleichzeitig den Grundkörper bildet, ist
eine von dem Aufbau des Antriebsmechanismus und den Füh
rungselementen des Tastorganes unabhängige Gestaltung des
Grundkörpers gegeben. Die Vorschubeinheit kann wahlweise
entweder unmittelbar an ihrem Umfang in einer Halterung
oder dergleichen aufgenommen werden oder patronenartig in
ein Zusatzstück eingefügt werden, je nach dem wie es für
die jeweilige Meßaufgabe zweckmäßig ist.
Dieses Vorschubgerät, dessen Tastsystem sich über
eine Gleitkufe auf dem Werkstück abstützt, ist bei der
Oberflächenmessung nur für die Rauheitsabtastung der
Oberfläche geeignet.
Für bestimmte Meßaufgaben, bei denen es darum geht,
nicht nur die Rauheit, sondern beispielsweise auch die
Welligkeit und die Formgestalt des Werkstückes zu erfas
sen, müssen aber sogenannte Freitastsysteme eingesetzt
werden. Bei solchen Freitastsystemen ist das Tastsystem
nicht über eine Kufe auf der Werkstückoberfläche abge
stützt, sondern es muß mit hoher Genauigkeit auf einer zu
der Oberfläche vorzugsweise parallel ausgerichteten, in
der Regel geraden ideal geometrischen Bahn geführt werden.
Dazu wird eine Bezugsebene verwendet, die die Abtastung
des Profilverlaufes mit der erforderlichen hohen Genau
igkeit gewährleistet, indem sie eine exakte Geradführung
des Tastsystems sicher stellt.
Bei einem in der Praxis bekannten Linear-Vorschubge
rät für die Freiabtastung (vgl. DE 26 60 993 C2) ist in einem
im wesentlichen quaderförmigen massiven Aluminiumgehäuse,
das für stationären Meßaufbau mit Aufstellfüßen oder
-prismen versehen ist, eine hochgenaue Führungswelle (Pino
le) in Gleitlagern längsverschieblich gelagert. Diese
Führungswelle ist mit einem in dem Gehäuse untergebrachten
elektrisch geregelten Antriebsmechanismus gekuppelt, der
ihr die über die Taststrecke erforderliche Längsbewegung
erteilt. An einem stirnseitig aus dem Gehäuse vorragenden
Ende der Führungswelle ist über eine verstellbare Halte
rung der die Meßsignale abgebende eigentliche Taster
befestigt, der an seinem vorragenden Meßarm den Tastdia
manten trägt. Die Hauptabmessungen solcher Vorschubgeräte
sind verhältnismäßig groß (200 bis 300 mm); sie sind
schwer (1 bis 10 kg) und deshalb vorzugsweise für den
stationären Betrieb gedacht. Charakteristisch für diese
Vorschubgeräte ist, daß ihre Ausführungsform im wesentli
chen durch den Aufbau der angewandten Motor-Getriebe-
Kombination des Antriebsmechanismus und die Lagerung der
Führungswelle etc. bestimmt ist, die die Größe des Grund
körpers und dessen Gestalt bestimmen. Der Grundkörper ist
dabei vorzugsweise als massives schwingungssicheres Gehäu
se für den Antriebsmechanismus und nicht nach meßtechni
schen Erfordernissen aufgebaut.
Grundsätzlich ähnliches gilt auch für ein aus der
US-PS 4 074 438 bekanntes Konturenmeßgerät, bei dem in
einem auf einem Support angeordneten kastenförmigen
Gehäuse eine eine Bezugsfläche tragende horizontale Schie
ne angeordnet ist, auf der über einen Schlitten eine
Schlittenplatte verschieblich gelagert ist, die die Lager
mittel für einen Tastarm trägt. Die Vertikalbewegung des
Tastarmes wird über einen Differentialtransformator abge
tastet, der ebenfalls auf der Schlittenplatte angeordnet
ist. Mit wesentlich kleineren Außenabmessungen seines
quaderförmigen Gehäuses kommt ein aus der DE 41 32 724 A1
bekanntes Oberflächenprüfgerät aus, das mit einer inner
halb des Gehäuses angeordneten, im Querschnitt rechtecki
gen Führungsschiene arbeitet, welche an ihrer Unterseite
eine maßgenaue Führungsfläche trägt und sich nahezu über
den gesamten Innenraum des Gehäuses von der einen Stirn
wand zu der anderen Stirnwand erstreckt. An der gehäusefe
sten Führungsschiene ist über einen Schlittenmechanismus
ein rohrförmiger Arm längsverschieblich geführt, der einen
als Mikrotaster ausgebildeten Oberflächentaster trägt. Ein
ebenfalls in dem Gehäuse untergebrachter Antriebsmechanis
mus erlaubt es den Oberflächentaster über eine Taststrecke
in einer Profilschnittebene des Werkstückes zu bewegen.
Konstruktionsbedingt können die Außenabmessungen dieses
Gerätes aber nicht weiter reduziert werden, so daß eine
Miniaturisierung wie sie für verschiedene Meßaufgaben
angestrebt wird, nicht möglich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es dem gegenüber ein Vor
schubgerät für die Oberflächenmessung nach dem Tast
schnitt-Verfahren zu schaffen, das in einfacher Weise
Oberflächenmessungen an Objekten unterschiedlicher Art
durch freie Abtastung ermöglicht und dabei aufgrund seiner
miniaturisierten patronenartigen Ausbildung für vielfälti
ge Meßaufgaben auch an schwer zugänglichen Meßorten ein
setzbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist das Vorschubgerät
erfindungsgemäß die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
Die Unterbringung der Bezugsfläche in einer Ausneh
mung des länglichen, stabförmigen Grundkörpers, in dem auch
der miniaturisierte Antriebsmechanismus für den Mikrota
ster angeordnet ist, erlaubt es bei miniaturisierter
Ausbildung das Vorschubgerät auch bei Freiabtastung ein
zusetzen, wozu es am Umfang seines Grundkörpers - oder der
diesen umschließenden, vorzugsweise zylindrischen Gehäu
sehülse - in einen Halt er oder auch in einem geeigneten
Zusatzstück aufgenommen werden kann. Daneben ist auch ein
Einsatz als Kufenabtastsystem mit ein oder zwei Gleitkufen
ohne weiteres möglich; es brauchen nur wenige Teile ausge
tauscht zu werden. Gleichzeitig zeichnet sich das Gerät
durch Wartungsfreundlichkeit und Unempfindlichkeit gegen
Umwelteinflüsse aus, weil der längliche Grundkörper bei
einfachem Aufbau einen stabilen Schutz für die empfindli
chen Teile des Gerätes bietet.
Da die Bezugsfläche an einem vorzugsweise im Quer
schnitt L-förmigen Lineal ausgebildet ist, das in dem
Grundkörper an definierten Lagerstellen im Bereiche der
Bezugsfläche maßgenau aufgelagert und längsverschieblich
geführt ist und das mit dem Mikrotaster verbunden ist,
läßt sich mit verhältnismäßig geringem Aufwand an Einzel
teilen eine hohe Genauigkeit erreichen.
Um eine exakte kippfreie Führung in zwei rechtwinklig
zueinander stehenden Ebenen zu gewährleisten, weist das
Lineal mit Vorteil zwei rechtwinklig zueinander stehende
Bezugsflächenbereiche auf, über die es an räumlich ge
trennten Lagerstellen an dem Grundkörper, bezüglich seiner
Drehachsen gefesselt, gelagert ist. Dazu kann das Lineal
an dem Grundkörper magnetisch gehalten sein.
Der Mikrotaster ist an dem in dem stabförmigen Grund
körper geführten Lineal in der Regel über Lagermittel
befestigt, durch die gemeinsam mit dem Lineal ein Schlit
ten ausgebildet ist, an dem der Mikrotaster lösbar befe
stigt ist. Im übrigen ist es zweckmäßig, daß der Mikrota
ster über die Lagermittel an dem Lineal um eine Querachse
schwenkbar gelagert und vorzugsweise durch Federmittel
bezüglich des Grundkörpers im Antastsinn einer Tastkufe
elastisch vorgespannt ist. Die Schwenkbeweglichkeit des
Mikrotasters um die Querachse ist dabei durch Anschlag
mittel an dem Grundkörper und/oder dem Lineal in der Regel
begrenzt. Bei der Verwendung des Vorschubgeräts für Frei
abtastung halten die Federmittel den Mikrotaster an seinen
zugeordneten Anschlagmitteln, mit der Folge, daß die
Schwenkbeweglichkeit des Mikrotasters automatisch gesperrt
ist. Bei der Kufenabtastung von längeren Werkstückuneben
heiten, beispielsweise von Werkstückkrümmungen erlauben
demgegenüber die Federmittel eine begrenzte Verschwenkung
des Mikrotasters, so daß die mit diesem verbundene Gleit
kufe den Werkstückunebenheiten etc. folgen kann, ohne daß
eine unzulässige elastische Beanspruchung irgendwelcher
Geräteteile eintreten würde.
Um die wahlweise Verwendung als Kufen- oder Frei
abtastsystem in einfacher Weise zu ermöglichen, ist die
Anordnung mit Vorteil derart getroffen, daß der Mikrota
ster auf einer Stirnseite eine lösbar aufgesetzte längs
geschlitzte rohrförmige Schutzhaube für den den Tastdia
manten tragenden Tastarm trägt, an der bei der Kufenabta
stung wenigstens eine dem Tastdiamanten zugeordnete Gleit
kufe angeordnet ist. Für die Freiabtastung kann die
Schutzhaube mit Gleitkufe durch eine solche ohne Kufe
ersetzt oder einfach weggelassen werden, so daß der Tast
arm mit dem Tastdiamanten frei vorragend angeordnet ist.
Die Kufe kann im übrigen z. B. der Höhe nach verstellbar
ausgebildet sein, um damit eine Anpassung an die verschie
denen Meßaufgaben in einfacher Weise zu ermöglichen.
Der Antriebs- und Führungsmechanismus für den Mikro
taster muß sich für die Freiabtastung durch eine hohe
Laufruhe auszeichnen. Dafür hat es sich als zweckmäßig
erwiesen, wenn der Antriebsmechanismus einen miniaturi
sierten Antriebsmotor aufweist, der mit von dem Mikrota
ster wegweisender Antriebswelle in dem Grundkörper an
geordnet ist und dessen Antriebswelle mit einem Getriebe
gekoppelt ist, das in einer Höhlung des Grundkörpers im
Bereiche der von dem Mikrotaster abliegenden Stirnseite
des Grundkörpers angeordnet ist. Das unmittelbar in dem
Grundkörper angeordnete - und nicht etwa nur auf den Motor
aufgeflanschte - Getriebe läßt sich sehr präzise und
laufruhig gestalten, wobei exakt definierte Lagerungs
verhältnisse gewährleistet sind. Es kann nach außen hin in
einfacher wirksamer Weise durch mit dem Grundkörper ver
bundene Abdeckmittel, beispielsweise in Form einer Abdeck
scheibe abgedeckt sein, so daß es staubsicher unterge
bracht ist, während-gleichzeitig ein Schmiermittelaustritt
ausgeschlossen ist.
Ausgangsseitig ist das Getriebe mit dem Mikrotaster,
d. h. dessen zugeordnetem Schlitten mit Vorteil über einen
Spindeltrieb gekuppelt, der in dem Grundkörper unterge
bracht ist. Dieser Spindeltrieb weist eine Gewindespindel
auf, die neben einem Gewindeteil über wenigstens einen
Führungsteil verfügt, an dem sie bezüglich eines eine
Spindelmutter enthaltenden Führungsteiles radial geführt
ist. Dieses Führungsteil ist zweckmäßigerweise rohrförmig;
es trägt Lagermittel, über die es an einer Lagerstelle,
die mit Vorteil ein Kugellager enthält, kardanisch mit dem
Mikrotaster oder einem mit diesem verbunden Teil (in der
Regel der Schlitten) gekuppelt ist. Das Kugellager wirkt
als Ausgleichselement, das verhindert, daß von dem Spin
deltrieb herrührende Bewegungsunregelmäßigkeiten auf den
Schlitten und den Mikrotaster übertragen werden und dessen
Laufruhe beeinträchtigen. Der Gewindeteil der Gewindespin
del ist durch das rohrförmige Führungsteil geschützt,
wobei die zusätzliche Führung der Gewindespindel ebenfalls
einen Beitrag zur Erhöhung der Laufruhe liefert.
Der stabförmige, im Querschnitt in der Regel zylin
drische Grundkörper weist eine zumindest einseitig offene,
sich über einen Teil seiner Länge erstreckende Ausnehmung
auf, in der wenigstens die Bezugsfläche, die Führungs
elemente des Mikrotasters und zumindest ein Teil des
Antriebsmechanismus untergebracht sind, dessen Getriebe in
der Regel in einer eigenen Höhlung des Grundkörpers sitzt.
Gleichzeitig kann der Grundkörper einen Raum zur Aufnahme
der elektronischen Schaltungsteile wenigstens für den
Signalausgang des Mikrotasters und die Steuerung des
Antriebsmechanismus aufweisen. Dabei gilt grundsätzlich,
daß alle die vorgenannten Teile und Elemente innerhalb des
zylindrischen oder polygonalen Gesamtumrisses des stabför
migen massiv, beispielsweise aus Messing hergestellten
Grundkörpers liegen, derart, daß dieser in einer patronen
förmigen zylindrischen Gehäusehülse untergebracht werden
kann, die eng an dem Grundkörper anliegend dessen Außen
abmessungen bestimmt, die typischerweise bei einer Länge
von etwa 120 mm einen Durchmesser von ca. 24 mm haben.
Die auf dem Schaltungsträger angeordneten elektri
schen Schaltungsteile umfassen alle Bauelemente für die
Steuerung und Regelung des Antriebsmotors, für dessen
Toleranzabgleich etc., ebenso wie für den Signalausgang
des Mikrotasters. Damit wird erreicht, daß alle Vorschub
geräte einer Serie von ihrer elektrischen Anschlußseite
her gesehen genau gleiche Eigenschaften aufweisen und
keine außerhalb des Gerätes anzuordnenden eigenen Ab
gleichelemente und dergleichen erforderlich sind.
Die Verbindung der elektrischen Schaltungsteile mit
dem Anschlußkabel erfolgt zweckmäßigerweise über eine
Steckverbindung, so daß auch der Austausch eines schadhaft
gewordenen Anschlußkabels ohne Mühe möglich ist.
Die Querschnittsgestalt des Grundköpers kann zylin
drisch oder im Querschnitt quadratisch, rechteckig oder
mehreckig sein. Sie kann auch von der Querschnittsgestalt
des Gehäuses abweichen.
Der miniaturisierte Antriebsmotor ergibt eine kleine
Rotormasse und damit hohe Laufruhe. Die Laufruhe wird noch
dadurch erhöht, daß der Antriebsmechanismus sich durch
geringe Reibung auszeichnet. Das Gehäuse ist leicht von
dem Grundkörper lösbar und die Gestaltung des Grundkörpers
ist so, daß jederzeit eine leichte Reinigung und Wartung
möglich ist.
Weitere vorteilhafte Merkmale des neuen Vorschubgerä
tes sind Gegenstand von Unteransprüchen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des
Gegenstands der Erfindung dargestellt. Es zeigen teilweise
in unterschiedlichem Maßstab:
Fig. 1 ein Vorschubgerät gemäß der Erfindung in einer
Seitenansicht,
Fig. 2 das Vorschubgerät nach Fig. 1 mit aufgeschnit
tener Gehäusehülse in einer Seitenansicht,
Fig. 3 das Vorschubgerät nach Fig. 1 geschnitten
längs der Linie III-III der Fig 4 in einer Seitenansicht,
Fig. 4 das Vorschubgerät nach Fig. 1 geschnitten
längs der Linie IV-IV der Fig. 2 in einer entsprechenden
Ansicht,
Fig. 5 den Grundkörper des Vorschubgeräts nach Fig. 1
in einer perspektivischen Darstellung gesehen von unten,
Fig. 6 den Schlitten mit dem Lineal und der Stelze
des Vorschubgeräts nach Fig. 1 in einer perspektivischen
Darstellung,
Fig. 7 den Antriebsmechanismus und den Mikrotaster
des Vorschubgeräts nach Fig. 1 bei weggelassenem Grundkör
per in perspektivischer Darstellung,
Fig. 8 das Vorschubgerät nach Fig. 1 mit abgenommener
Gehäusehülse in perspektivischer Darstellung von oben,
Fig. 9 die Anordnung nach Fig. 7 in einer perspekti
vischen Darstellung von der anderen Seite,
Fig. 10 das Vorschubgerät nach Fig. 1 beim Einsatz
zusammen mit einem Zusatzstück in perspektivischer Dar
stellung,
Fig. 11 das Vorschubgerät nach Fig. 1 beim Einsatz
zusammen mit einem abgewandelten Zusatzstück in perspekti
vischer Darstellung und
Fig. 12 das Vorschubgerät nach Fig. 1 bei der Ver
wendung mit zwei anderen Zusatzstücken in perspektivischer
Darstellung.
Wie beispielsweise aus den Fig. 1 bis 4 zu ersehen,
weist das Vorschubgerät einen stabförmigen, im wesentli
chen zylindrischen Grundkörper 1 auf, der von einer end
seitig aufgeschobenen satt anliegenden zylindrischen Hülse
2 umschlossen ist, die an dem Grundkörper fixiert ist. Die
auf ihrer Außenseite bis auf eine Verdrehsicherung 3
glattwandig ausgebildete Hülse 2 besteht aus Metall oder
Kunststoff; sie ist endseitig durch eine Abschlußplatte 4
verschlossen, durch die ein Anschlußkabel 5 eingeführt
ist. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite ist auf einen
axial vorragenden Teil 6 des Grundkörpers 1 ein Schutz
rüssel 7 lösbar aufgesetzt, der auf seiner Unterseite
längsgeschlitzt ist und dessen Funktion im mechanischen
Schutz der eigentlichen Tastorgane besteht.
Der massiv aus Metall, beispielsweise Messing, herge
stellte Grundkörper 1 umschließt einen im wesentlichen
zylindrischen Mikrotaster 8, der stirnseitig aus dem
Grundkörper 1 vorragt und auf seiner Stirnseite eine
lösbar angeordnete Schutzhaube 9 trägt, welche ein ange
formtes rohrförmiges Haubenteil 10 aufweist, das längs
geschlitzt ist und an seinem Ende eine Gleitkufe 11 trägt.
Die Gleitkufe 11 ist in eine entsprechende Gewindebohrung
des Haubenteils 10 eingeschraubt und mittels eines mit
einem Innensechskant versehenen Schlüsselteiles 12 bei
abgenommenem Schutzrüssel 7 in ihrer Höhe verstellbar. Die
zu dem Mikrotaster 8 achsparallele Schutzhaube 10 um
schließt einen bei 13 in Fig. 3 angedeuteten Tastarm des
Mikrotasters 8, welcher endseitig einen Tastdiamanten 14
trägt, welcher in unmittelbarer Nähe der Gleitkufe 11
liegt oder in einer alternativen, nicht dargestellten
Ausführungsform auch durch eine Öffnung in der Gleitkufe
11 ragen kann.
Die Schutzhaube 9 kann beispielsweise durch Lösen
zweier Befestigungsschrauben von dem Mikrotaster 8 abge
nommen und insbesondere für die Freiabtastung entweder
weggelassen oder durch eine Schutzhaube ohne Gleitkufe 11
ersetzt werden.
Der ein zylindrisches, rohrförmiges Gehäuse aufwei
sende Mikrotaster 8 ist an sich bekannten Aufbaus, wozu
beispielsweise auf die DE-OS 25 35 912 verwiesen werden
kann. Er ist an seinem dem Tastarm 13 gegenüberliegenden
Ende lösbar in einer entsprechenden Längsbohrung 15 eines
Lagerteiles 16 aufgenommen, das bei 17 längsgeschlitzt
ist, wobei die beiden den Längsschlitz 17 begrenzenden
Bereiche durch eine bei 18 vorgesehene Klemmschraube
miteinander verbunden sind, so daß der Mikrotaster reib
schlüssig gehalten ist. Der Signalausgang des Mikrotasters
8 erfolgt über einen Steckanschluß 19 (Fig. 3).
Wie insbesondere aus Fig. 5 zu ersehen, weist der
stabförmige Grundkörper 1 eine symmetrisch zu seiner
Längsachse liegende schlitzartige Ausnehmung 20 auf, die
durch zwei einander gegenüberliegende parallele ebene
Seitenwände 21 begrenzt ist und die sich auf der Seite des
Mikrotasters 8 bis zu einem massiven Kopfstück 22 er
streckt, das den Ansatz 6 (Fig. 5) trägt und eine teil
kreisförmige Durchgangsöffnung 23 für den Mikrotaster 8
aufweist. Auf der gegenüberliegenden Seite ist die Aus
nehmung 20 ebenfalls durch ein massives angeformtes Teil
24 des Grundkörpers 1 begrenzt, so daß sich zusammen mit
den dazwischen verlaufenden, auf ihrer Innenseite die
Wände 21 bildenden Teilen ein besonders stabiler Aufbau
des Grundkörpers 1 ergibt. Die Ausnehmung 20 mündet auf
ihrer in Fig. 5 hinten liegenden Seite über einen Längs
schlitz 25 in eine Aussparung 28 (Fig. 8), welche durch
eine ebene Grundfläche begrenzt ist, auf welcher eine aus
Isoliermaterial bestehende Leiterplatte 29 gegenüber dem
Umriß des Grundkörpers 1 versenkt angeordnet ist.
In der Ausnehmung 20 des Grundkörpers 1 ist ein
Schlitten aufgenommen, dessen Aufbau insbesondere aus den
Fig. 6, 7 zu ersehen ist und der aus dem Lagerteil 16 und
einem mit diesem verbundenen Lineal 30 besteht. Das aus
Stahl hergestellte Lineal 30 weist einen im wesentlichen
L-förmigen Querschnitt auf und trägt exakte ebene Bezugs
flächen für die Längsbewegung des Mikrotasters 8, die zwei
rechtwinklig zueinander verlaufende Bezugsflächenbereiche
31, 32 (Fig. 4, 7) umfassen.
Das Lineal 30 ist über seine beiden Bezugsflächenbe
reiche 31, 32 über örtlich voneinander getrennte Lage
rungspunkte innerhalb der Ausnehmung 20 an dem Grundkörper
1 exakt geführt. Von den als Gleitpunkten ausgebildeten
Lagerstellen sind drei Lagerstellen 33, 34 auf einer
Seitenwand 21 der Ausnehmung 20 derart verteilt angeord
net, daß zwei Lagerstellen 33 in gleicher Höhe an der
innenliegenden Längskante der Wand 21 liegen (vergleiche
Fig. 5), während die dritte Lagerstelle 34 zwischen den
beiden Lagerstellen 33 in der Nähe der Öffnungsberandung
der Ausnehmung 20 angeordnet ist.
Die dem Bezugsflächenbereich 32 zugeordneten beiden
Lagerstellen sind in Fig. 5 bei 35 mit den Aufnahmebohrun
gen für die Lagerteile sichtbar, sie liegen in der die
Ausnehmung 20 bodenseitig begrenzenden und rechtwinklig zu
den Wänden 21 verlaufenden Bodenwand 360 etwa auf der Höhe
der seitlichen Lagerstellen 33.
Zwischen den seitlichen Lagerstellen 33 ist im Berei
che der Seitenwand 21 eine magnetische Halterung für das
Lineal 30 vorgesehen, die zwei gegenpolige Dauermagnete 36
aufweist, welche durch einen in einer entsprechenden
Vertiefung des Grundkörpers 1 liegenden magnetischen
Rückschlußbügel 37 (Fig. 2) magnetisch miteinander ver
bunden sind.
Eine entsprechende magnetische Halterung für das
Lineal 30 ist auch den beiden anderen Lagerstellen 35
zugeordnet; ihre Dauermagnete sind in Fig. 5 mit 370 be
zeichnet, während die zugehörigen magnetischen Rückschluß
bügel in Fig. 7 bei 38 angedeutet sind.
Durch die fünf Lagerstellen 33, 34, 35 ist das Lineal
30 achsparallel zu dem Grundkörper 1 exakt linear geführt.
Es ist gleichzeitig gegen Kipp- und Drehbewegungen um
seine Kipp- und Drehachsen gefesselt.
An dem Lineal 30 ist das Lagerteil 16 um eine Quer
achse 39 (Fig. 6) schwenkbar gelagert, die in der Nähe
einer Stirnseite des Lagerteiles 16 angeordnet ist. An der
Unterseite des Lagerteils 16 greift außerdem eine Zugfeder
40 an, die schrägliegend anderenends bei 41 auf der Innen
seite des Lineals 30 verankert ist und die bestrebt ist,
das Lagerteil 16 relativ zu dem Lineal 30 in einer Stel
lung zu halten, in der das Lagerteil 16 mit seinem dem
Mikrotaster 8 zugewandten Ende 42 in Fig. 6 an dem den
Bezugsflächenbereich 32 tragenden Schenkel des Lineales 30
anliegt, womit der Mikrotaster 8 im Tastsinne vorgespannt
ist. Die Schwenkbeweglichkeit des Lagerteils 16 und damit
des Mikrotasters 8 ist auch im anderen Schwenksinne da
durch begrenzt, daß das gegenüberliegende Ende 43 des
Führungsteils 16 an dem zugeordneten Schenkel des L-förmi
gen Lineals 30 anschlägt, das somit die
Schwenkbegrenzungsanschläge für den Mikrotaster 8 bildet.
Zum Verschieben des aus dem Führungsteil und dem
Lineal 30 bestehenden Schlittens und damit des Mikrota
sters 8 relativ zu dem Grundkörper 1 dient ein Antriebs
mechanismus, der einen miniaturisierten Elektromotor 44
aufweist (Fig. 7), welcher über ein Zahnradgetriebe 45
einen auch als "Stelze" bezeichneten Gewindespindeltrieb
46 betätigt, der innerhalb der Ausnehmung 20 des Grundkör
pers 1 liegend an einer Lagerstelle 47 an der Innenseite
des Lineals 30 angelenkt ist.
Der Elektromotor 44 ist mit seiner Antriebswelle 48
von dem Mikrotaster 8 wegweisend in der Ausnehmung 20
angeordnet, wo er in eine entsprechende Aufnahme in dem
massiven Endteil 24 (Fig. 5) stirnseitig eingesetzt ist.
Seine Antriebswelle 48 ragt in der insbesondere aus Fig. 3
zu entnehmenden Weise in eine zur Stirnseite hin offene
Höhlung 49 des Grundkörpers 1, in der das Getriebe 45
untergebracht ist und die nach außen hin durch den Ab
schlußdeckel 4 staubdicht abgeschlossen ist.
Der Spindeltrieb 46 weist eine mit dem Getriebe 45
gekuppelte Gewindespindel 51 (Fig. 3, 6) auf, die mit
einem Gewindeteil 52 mit der in einem Führungsrohr 53
angeordneten Gewindemutter 54 zusammenwirkt. Neben dem
Gewindeteil 52 ist die Gewindespindel 51 mit einem glatt
wandigen Teil 55 verbunden, dem über eine Gleitbuchse 56
an dem Führungsrohr 53 radial exakt geführt ist. Der
Gewindeteil 52 ist damit nach außen hin geschützt. Gleich
zeitig ist eine einwandfreie Führung der Gewindespindel 51
gewährleistet, die zur Laufruhe des Antriebsmechanismus
beiträgt.
An seinem Ende ist das Führungsrohr 53 über ein in
Fig. 3 bei 57 angedeutetes Kugellager an der Lagerstelle
47 an dem Lineal 30 kardanisch angelenkt. Das Kugellager
57 wirkt dabei als Ausgleichselement, das die Übertragung
von Bewegungsunregelmäßigkeiten von dem Spindeltrieb 46
auf das Lineal 30 weitgehend verhindert.
In die Ausnehmung 20 ragt von oben her (Fig. 7, 8)
ein Endschalter 570, der an der Unterseite der Leiter
platte 29 befestigt ist und mit dem Spindeltrieb 46 derart
zusammenwirkt, daß er in den Bewegungsweg des Führungs
rohres 53 ragt und damit die Längsbewegung des Mikrota
sters 8 in Rücklaufrichtung abschaltet.
Die Leiterplatte 29 trägt alle gerätespezifischen
Bauelemente, von denen in Fig. 2, 3 bei 58 lediglich
einige angedeutet sind, für die Steuerung und Regelung
sowie den Abgleich des Antriebsmotors 44. Außerdem sind
auf ihr die dem Signalausgang des Mikrotasters 8 zugeord
neten elektrischen Schaltungen, einschließlich erforderli
cher Anpassungs- und Abgleichseinrichtungen enthalten. Die
elektrische Verbindung der Signalausgangsseite des Mikro
tasters 8 mit den zugehörigen Schaltungsteilen auf der
Leiterplatte 29 erfolgt über eine in Fig. 7 bei 60 ange
deutete flexibel Leitung, die einerseits über einen Stecker
an den Steckverbindungsanschluß 19 (Fig. 3) des Mikro
tasters 8 angeschlossen und andererseits an der Leiter
platte 29 befestigt ist.
Auf der Leiterplatte 29 ist außerdem innerhalb des
Umrisses des Grundkörpers 1 liegend eine Zentral-Stecker
leiste 62 angeordnet, in die ein Zentral-Stecker 63 einge
steckt ist, der mit dem Anschlußkabel 5 verbunden ist.
Durch einfaches Lösen der Steckverbindung 62, 63 kann
somit das Anschlußkabel 5 im Reparaturfall ausgetauscht
werden.
Das im Vorstehenden beschriebene Vorschubgerät kann
für die Freiabtastung verwendet werden. Zu diesem Zweck
wird die Schutzhaube 10 (Fig. 3) mit der Kufe 11 abgenom
men, so daß der Tastdiamant 14 die Werkstückoberfläche
frei abtasten kann. Dabei hält die Zugfeder 40 das Lager
teil 16 in fester Anlage an dem zugeordneten Schenkel des
Lineals 30, so daß die Schwenkbewegung um die Achse 39
gesperrt ist.
Bei entsprechender Betätigung des Antriebsmotors 44
wird der Mikrotaster 8, über die Bezugsflächen 31, 32 an
dem Lineal 30 gegenüber dem Grundkörper 1 exakt geführt,
längs der Taststrecke vorbewegt. Das Gerät selbst ist
dabei am Außenumfang seiner Hülse 2 und damit des Grund
körpers 1 an einer Halterung, etc. aufgenommen.
Der Tastarm 13, die Tastarmschutzhaube 9 und der
Schutzrüssel 7 sind auswechselbar. Der Gerätedurchmesser
ist kleiner als ein englischer Zoll ausgeführt, wobei ein
großer Mikrotaster 8 (mit einem Durchmesser von ca. 8 bis
12 mm und mehr) verwendet werden kann, der im Servicefall
durch Lösen der Klemmschraube 18 (Fig. 6) leicht ausge
tauscht werden kann.
Das Vorschubgerät kann im Bedarfsfall auch ohne
weiteres zur Kufenabtastung eingesetzt werden, wobei dann,
wie bereits erwähnt, entsprechend Fig. 1 bis 3 eine
Schutzhaube 9 mit einer oder mehreren Gleitkufen 11 auf
den Mikrotasters 8 stirnseitig aufgesetzt wird.
Das ganze Gerät zeichnet sich durch hohe Meßgenau
igkeit bei Freiabtastung, durch kleine Abmessungen sowie
dadurch aus, daß es lediglich besonders wenig Bauteile
erfordert. Die Anordnung des Getriebes 45 der Höhlung 49
des Grundkörpers 1 gewährleistet zusammen mit der erläu
terten Ausbildung des Spindeltriebes 46 eine hohe Laufruhe
für die Tastbewegung des Mikrotasters 8, wobei das Getrie
be 45 gegen Schmutzpartikel, etc. einwandfrei gekapselt
ist.
Bei dem Einsatz des Vorschubgeräts zur Kufenabtastung
kann der Mikrotaster 8 gesteuert von der Gleitkufe 11 um
die Achse 39 (Fig. 3) eine begrenzte Schwenkbewegung
ausführen, wie sie durch langwellige Unebenheiten, Krüm
mungen oder Welligkeiten in der Werkstückoberfläche be
dingt ist. Dabei ist der Mikrotaster 8 durch die Zugfeder
40 (Fig. 6) im Antastsinne federnd vorgespannt.
In den Fig. 10 bis 12 schließlich sind noch einige
Zusatzeinrichtungen für das Vorschubgerät dargestellt, die
seine Einsatzmöglichkeiten erweitern. So zeigt Fig. 10 das
Vorschubgerät nach Fig. 1 zusammen mit einem sogenannten
Zusatzstück 65, das eine durchgehende Axialbohrung auf
weist, in die von der Unterseite her ein Längsschlitz
mündet und in die das Vorschubgerät mit seinem Grundkörper
1, d. h. der Gehäusehülse 2 am Umfang reibschlüssig aufge
nommen ist. Das im wesentlichen parallelepipedförmige
Zusatzstück 65 enthält Einrichtungen zur Verstellung des
Vorschubgerätes sowohl quer zu dessen Längsachse, d. h. im
Auf- und Absinne als auch zur Veränderung seiner Neigung
bezüglich einer Horizontalachse. Diese an sich in ihrem
Aufbau bekannten und deshalb nicht weiter erläuterten
Stelleinrichtungen, deren Funktion durch Symbole darge
stellt ist, sind durch kleine Stellräder 66, 67 auf der
Oberseite des Zusatzstückes 65 zu bedienen. Im Bereiche
seiner beiden Stirnseiten ist das Zusatzstück 65 mit
Aufnahme- und Aufstellprismen 68 ausgerüstet, die bei
spielsweise zur Halterung in einem bei 69 dargestellten
Stativ dienen können.
In Fig. 11 ist das,Vorschubgerät nach Fig. 1 in der
Ausführung mit zwei Kufen 11 dargestellt, zwischen denen
der nicht sichtbare Tastdiamant 14 sitzt. In diesem Falle
ist das Vorschubgerät auf seiner den Kufen 11 gegenüber
liegenden Seite am Umfang der Hülse 2 in einem schellen
artigen Halterungsteil 70 aufgenommen, das durch eine Klemm
schraube 71 mit der Hülse 2 verklemmt ist und das zur
Höhenverstellung eine Gewindespindel 72 trägt, die gegen
das Werkstück 73 - oder eine Meßkonsole etc. - sich ab
stützt.
In Fig. 12 schließlich ist das Vorschubgerät nach
Fig. 1 in einer Ausführung dargestellt, bei der anstelle
des Schutzrüssels 7 nach Fig. 1 ein Schutzrüssel 7a ver
wendet ist, der zwei beidseitig des Tastarms 13 liegende
ausfahrbare Füße 74 aufweist, die mittels einer Stell
schraube 75 wahlweise ein- oder ausgefahren werden können.
Auf das andere Ende der Hülse 2 ist ein hülsenartiges
Endstück 76 aufgeschoben, das auf seiner ebenen Unterseite
einen ausfahrbaren Fuß 77 trägt, dessen Betätigung über
eine Stellschraube 78 erfolgen kann. Der Fuß 77 liegt
mittig zu den beiden vorderen Füßen 74 und gestattet es,
gemeinsam mit diesen das Vorschubgerät auf einer festen
Unterlage exakt zu der zu messenden Oberfläche auszurich
ten.
Claims (31)
1. Vorschubgerät für die Oberflächenmessung nach dem
Tastschnitt-Verfahren, mit:
einem starren länglichen Grundkörper (1), der eine zumindest einseitige offene, sich über einen Teil seiner Länge erstreckende Ausnehmung (20) aufweist,
einem an dem Grundkörper über Führungselemente ver schieblich geführen Mikrotaster (8), der den Tastbewegun gen eines Tastdiamanten (14) entsprechende Signale abgibt,
einem in dem Grundkörper (1) angeordneten, miniaturi sierten Antriebsmechanismus (44, 45, 46) für den Mikrota ster (8), durch den dieser relativ zu dem Grundkörper (1) über eine Taststrecke in einer Profilschnittebene des Werkstückes bewegbar ist und
mit einer in der Ausnehmung (20) des Grundkörpers (1) untergebrachten maßgenauen Bezugsfläche (31, 32), über die der Mikrotaster (8) bei seiner Tastbewegung relativ zu dem Grundkörper (1) exakt geführt ist und die an einem Lineal (30) ausgebildet ist, das in dem Grundkörper (1) an defi nierten Lagerstellen (33, 34, 35) maßgenau aufgelagert und längsverschieblich geführt und das mit dem Mikrotaster (8) verbunden ist.
einem starren länglichen Grundkörper (1), der eine zumindest einseitige offene, sich über einen Teil seiner Länge erstreckende Ausnehmung (20) aufweist,
einem an dem Grundkörper über Führungselemente ver schieblich geführen Mikrotaster (8), der den Tastbewegun gen eines Tastdiamanten (14) entsprechende Signale abgibt,
einem in dem Grundkörper (1) angeordneten, miniaturi sierten Antriebsmechanismus (44, 45, 46) für den Mikrota ster (8), durch den dieser relativ zu dem Grundkörper (1) über eine Taststrecke in einer Profilschnittebene des Werkstückes bewegbar ist und
mit einer in der Ausnehmung (20) des Grundkörpers (1) untergebrachten maßgenauen Bezugsfläche (31, 32), über die der Mikrotaster (8) bei seiner Tastbewegung relativ zu dem Grundkörper (1) exakt geführt ist und die an einem Lineal (30) ausgebildet ist, das in dem Grundkörper (1) an defi nierten Lagerstellen (33, 34, 35) maßgenau aufgelagert und längsverschieblich geführt und das mit dem Mikrotaster (8) verbunden ist.
2. Vorschubgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Grundkörper (1) in einem rohrförmigen
Gehäuse (2) angeordnet ist.
3. Vorschubgerät nach Anspruch 1 oder 2,, dadurch
gekennzeichnet, daß auf einer Stirnseite des Grundkörpers
(1) ein längsgeschlitzter Schutzrüssel (7) für den Mikro
taster (8) und dessen Teile lösbar angeordnet ist.
4. Vorschubgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Lineal (30) zwei rechtwinklig zueinander
stehende Bezugsflächenbereiche (31, 32) aufweist, über die
es an den räumlich getrennten Lagerstellen (33, 34, 35) an dem
Grundkörper (1) bezüglich seiner Drehachse gefesselt
gelagert ist.
5. Vorschubgerät nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Lineal (30) im Querschnitt L-förmig ist.
6. Vorschubgerät nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lineal (30) an
dem Grundkörper (1) magnetischgehalten ist.
7. Vorschubgerät nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrotaster (8)
mit dem Lineal (30) über Lagermittel (16) verbunden ist,
durch die gemeinsam mit dem Lineal (30) ein Schlitten
ausgebildet ist.
8. Vorschubgerät nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Mikrotaster (8) über die Lagermittel an
dem Lineal (30) um eine Querachse (39) schwenkbar gelagert
ist.
9. Vorschubgerät nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Mikrotaster (8) durch Federmittel (40)
bezüglich des Grundkörpers (1) im Antastsinne elastisch
vorgespannt ist.
10. Vorschubgerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schwenkbeweglichkeit des Mikro
tasters (8) um die Querachse (39) durch Anschlagmittel (42,
43) an dem Grundkörper (1) und/oder dem Lineal (30) be
grenzt ist.
11. Vorschubgerät nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrotaster (8)
auf einer Stirnseite eine lösbar aufgesetzte, längsge
schlitzte rohrförmige Schutzhaube (9) für einen den Tast
diamanten (14) tragenden Tastarm (13) des Mikrotasters (8)
aufweist, an der gegebenenfalls wenigstens eine Gleitkufe
(11) angeordnet ist.
12. Vorschubgerät nach Anspruch 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Gleitkufe (11) verstellbar ausgebildet
ist.
13. Vorschubgerät nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmecha
nismus einen miniaturisierten Antriebsmotor (44) aufweist,
der mit von dem Mikrotaster (8) wegweisender Antriebswelle
(48) in dem Grundkörper (1) angeordnet ist.
14. Vorschubgerät nach Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Antriebsmechanismus ein mit der An
triebswelle (48) gekuppeltes Getriebe (45) aufweist, das
in einer Höhlung (49) des Grundkörpers (1) angeordnet ist.
15. Vorschubgerät nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Getriebe (45) im Bereiche der von dem
Mikrotaster (8) abliegenden Stirnseite des Grundkörpers
(1) angeordnet und nach außen hin gegebenenfalls durch mit
dem Grundkörper (1) verbundene Abdeckmittel (4) abgedeckt
ist.
16. Vorschubgerät nach einem der Ansprüche 14 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (45) ausgangs
seitig über einen Spindeltrieb (46) mit dem Mikrotaster
(8) gekuppelt ist und der Spindeltrieb (46) in dem Grund
körper (1) untergebracht ist.
17. Vorschubgerät nach Anspruch 16, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Spindeltrieb (46) eine Gewindespindel
(51) aufweist, die neben einem Gewindeteil (52) wenigstens
einen ersten Führungsteil (55) besitzt, an dem sie bezüglich
eines eine Spindelmutter (54) enthaltenden zweiten Führungsteiles
(53) radial geführt ist.
18. Vorschubgerät nach Anspruch 17, dadurch gekenn
zeichnet, daß das zweite Führungsteil (53) rohrförmig ist und
Mittel (57) trägt, über die es an einer Lagerstelle (47)
kardanisch mit dem Mikrotaster (8) oder einem mit diesem
verbundenen Teil (30) gekuppelt ist.
19. Vorschubgerät nach Anspruch 18, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Mittel ein Kugellager (57) enthalten.
20. Vorschubgerät nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1)
stabförmig ist und in seiner Ausnehmung (20) außer dem
Lineal (30) Lagerelemente (16, 39, 30) des Mikrotasters
(8) und zumindest ein Teil (46) des Antriebsmechanismus
untergebracht sind.
21. Vorschubgerät nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1)
einen Raum (28) zur Aufnahme von elektronischen Schal
tungsteilen (58) wenigstens für den Signalausgang des
Mikrotasters (8) und die Steuerung des Antriebsmechanismus
aufweist.
22. Vorschubgerät nach Anspruch 21, dadurch gekenn
zeichnet, daß die elektronischen Schaltungsteile auf wenig
stens einem Schaltungsträgerelement (29) angeordnet sind,
das in einer Aussparung (28) des Grundkörpers (1) inner
halb dessen zylindrischen Umrisses liegend angeordnet ist.
23. Vorschubgerät nach Anspruch 22, dadurch gekenn
zeichnet, daß an dem Schaltungsträgerelement (29) ein
Endschalter (570) sitzt, der in den Bewegungsweg des Mikro
tasters (8) oder eines mit diesem gekuppelten Teiles (46)
des Antriebsmechanismus ragend angeordnet ist.
24. Vorschubgerät nach Anspruch 22 oder 23, dadurch
gekennzeichnet, daß der Signalausgang des Mikrotasters (8)
mit dem zugeordneten Schaltungsteil auf dem Schaltungs
trägerelement (29) mittels flexibler Leitungsmittel (60)
verbunden ist, die an dem Schaltungsträgerelement (29)
verankert sind.
25. Vorschubgerät nach einem der Ansprüche 22 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, daß auf dem elektrischen Schal
tungsträgerelement (29) wenigstens eine elektrische An
schluß-Steckvorrichtung (62) für ein elektrisches Zulei
tungskabel (5) angeordnet ist.
26. Vorschubgerät nach einem der
Ansprüche 22-25, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Schal
tungsträgerelement (29) angeordneten elektrischen Schal
tungsteile (58) die das Einzelgerät bestimmenden Bauele
mente umfassen.
27. Vorschubgerät nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1)
wenigstens ein im wesentlichen massives Kopfstück (22; 24)
aufweist.
28. Vorschubgerät nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1)
gegebenenfalls über sein Gehäuse (2) am Umfang in einer
entsprechenden Bohrung eines Zusatzstückes (65) aufgenom
men ist, das Einrichtungen (68) zur Aufnahme und Halterung
sowie zur Verstellung (66, 67) des Grundkörpers (1) be
züglich der Aufnahme- und Halterungseinrichtungen auf
weist.
29. Vorschubgerät nach Anspruch 28, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Verstelleinrichtungen zur Verstellung
des Grundkörpers (1) quer zu seiner Längsachse und/oder
zur Veränderung der Neigung eingerichtet sind.
30. Vorschubgerät nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Grundkörper
(1) oder gegebenenfalls dessen Gehäuse (2) im Bereiche wenigstens einer
Stirnseite ein Halterungselement (70, 7a, 76) aufgesetzt
ist, das Stelleinrichtungen (72, 75, 78) zur Lageverände
rung bezüglich einer Unterlage aufweist.
31. Vorschubgerät nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrotaster (8) auswech
selbar an seinen Lagermittel (16) gehalten ist.
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