DD154038A2

DD154038A2 - Anordnung zur gerad-und ebenheitsmessung

Info

Publication number: DD154038A2
Application number: DD22490380A
Authority: DD
Inventors: Gerd Schuchardt
Original assignee: Gerd Schuchardt
Priority date: 1976-04-13
Filing date: 1980-11-03
Publication date: 1982-02-17
Also published as: GB2086589A; DE3128451A1; FR2493511B1; DD154038B2; FR2493511A1; JPS5788302A; GB2086589B; CH655179A5

Abstract

Bei einer Anordnung zur Gerad- und Ebenheitsmessung, insbesondere fuer grosse Messflaechen, sollen die Messgenauigkeit und -sicherheit erhoeht werden. Aus diesem Grunde ist eine Messanordnung zur Oberflaechenpruefung zu schaffen, deren Messergebnis unabhaengig von vertikalen Verkippungen um beliebige horizontale Drehachsen der Messflaeche ist.Erfindungsgemaess werden an der gleichen Messflaeche, vorzugsweise am Messtisch, in x- und y- Koordinatenrichtung je eine aus der DD-PS 125 440 an sich vorbekannte und aus einem kommunizierenden Gefaesssystem bestehende Messanordnung mit Vertikalwegaufnehmern und elektrischen Auswertemitteln fest angeordnet. Diese Messanordnungen ermitteln fuer die z- Koordinatenmessung der Messflaeche Kippkorrekturwerte, die in einer Auswertestufe mit dem Messergebnis der z- Koordinatenmessung verknuepft werden.Die Erfindung stellt eine Zusatzerfindung zur DD-SP 125 440 dar.

Description

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Titel der Erfindung: - ' " Anordnung zur Gerad- und Ebenheitsines sung

Anwendungsgebiet der Erfindung: '

J Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Gerad- und Ebenheitsmessung, insbesondere für große Meßflächen, die mindestens aus zwei.als Vertikalwegaufnehiner ?;irkenden flüssigkeitsgefüllten sowie auf einer Meß- und einer Referenzfläche angeordneten kommunizierenden Gefäßen mit den Gefäßen aufgesetzten Traggestellen besteht und bei der in jedem Gefäß mit Traggestell eine Membran und ein Geber enthalten sind, an dessen Ausgang von der Membranhöhe bzw. -ausdehnung abhängige elektrische.Signale anliegen, die über einen Differenzbildner einem Meßverstärker zugeführt werden, der ausgangsseitig über eine Filterstufe mit einer Anzeigestufe- in Verbindung steht.

"' Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Aus der DD-PS 125 ¹^O ist das Meßprinzip bekannt, mit zwei oder mehreren kommunizierenden Gefäßen, in denen eine Flüssigkeit je nach relativer vertikaler Lage der Gefäße zueinander jeweils eine mit einem Geber in Verbindung stehende Membran auslenkt. Aus diesen Auslenkungen werden elektrische Signale gewonnen, die nach Differenzbildung verstärkt, gefiltert und angezeigt werden. Ein ähnliches Meßverfahren ist auch zwischenzeitlich aus der DS-OS 2739975 bekanntgeworden. Die kommunizierenden Gefäße stellen Vertikalwega.ufnehmer dar, die zur Messung bzw. Prüfung der Oberflächengeometrie großer Werkstücke oder zur Meßsteuerung von Fertigungssystemen verwendet werden. Ein großer Kachteil

dieses Meßprinzips ist, daß ein Verkippen der Anordnung statisch und dynamisch im Meßvorgang erhebliche Meß- bzw. Fertigungsfehler bringt. Dadurch werden-die Meßgenauigkeit der Oberflächenmessung und die zuverlässige mögliche Auflösung der Feinbearbeitungs- und Meßeinrichtung begrenzt.

Ziel der Erfindung;

Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Meßgenauigkeit und

-sicherheit. ·

ι Darlegung des Wesens der Erfindung: - '

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die''Meßanordnung der DD-PS 125 4-40 so zu verbessern, daß deren Meßergebnis unabhängig von vertikalen Verkippungen um beliebige horizontale Drehachsen der Meßfläche ist. Diese Aufgabe'wird bei einer Anordnung zur Gerad- und Ebenheitsmessung, insbesondere für große Meßflächen, die mindestens aus zwei als Vertikalwegaufnehmer wirkenden flüssigkeitsgefüllten sowie auf einer Meß- und einer Referenzfläche angeordneten und kommunizierenden Gefäßen mit den Gefäßen aufgesetzten Traggestellen besteht und bei der die in jedem Gefäß mit Traggestell eine Membran und ein Geber enthalten sind, an dessen Ausgang von der Membranhöhe bzw. -ausdehnung abhängige elektrische Signale anliegen, die über einen Differenzbildner einem Meßverstärker zugeführt werden, der ausgangsseitig über eine Filterstufe mit einer Anzeigestufe in Verbindung steht, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Filterstufe über eine zwei weitere Eingänge enthaltende Auswertestufe mit der Anzeigestufe in Verbindung steht, daß-an der Meßfläche in'Jeder horizontalen Koordinateneinrichtung jeweils mindestens zwei weitere Vertikalwegaufnehmer. vorzugsweise in großem Abstand voneinander, fest angeordnet sind, deren elektrische Ausgangssignale in an sich bekannter Weise über jeweils einen weiteren Differenzbildner jeweils einem weiteren Meßverstärker mit jeweils einer nachfolgenden weiteren Filterstufe zugeführt sind und daß jede der beiden weiteren Filterstufen jeweils über eine Umrechenstufe mit jeweils einem der zwei weiteren Eingänge der Auswertestufe in

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Verbindung steht. - ·

Es ist vorteilhaft, wenn die jeweils auf den Gefäßen aufsitzenden Traggestelle hermetisch abgeschlossen und über Luftschläuche, vorzugsweise mit einer gemeinsamen zur Atmossphäre korrespondierenden Luftaustrittsöffnung, miteinander verbunden sind.

An der Meßfläche, vorzugsweise am Meßtisch für das Meßobjekt, werden in jeder horizontalen Koordinatenrichtung je eine an sich aus der DD-PS 125 4-4-0 vorbekannte Meßeinrichtung mit den Vertikalwegaufnehmern fest angeordnet. Damit werden sowohl in x- als auch in y-Richtung vertikale Verkippungserscheinungen gemessen. Aus den Meßergebnissen dieser Yer- kippungen werden getrennt nach den horizontalen Drehachsen in einer Umrechenstufe Korrekturwerte ermittelt, die in der Auswertestufe mit dem Meßergebnis der Höhenkoordinatenmessung verknüpft werden. Das Meßergebnis der ζ-Koordinate der Meßfläche ist somit frei von beliebigen vertikalen Verkippungsauswirkungen des Meßobjektes um horizontale Drehachsen. Um eine möglichst hohe Genauigkeit zu erreichen,ist es zweckmäßig, die paarweisen Vertikalwegaufnehmer in einem möglichst großen Abstand voneinander an der Meßfläche anzuordnen. In der Praxis zeigt sich jedoch, daß ein möglichst grosser Abstand der Vertikalwegaufnehmer die Meßgenauigkeit bzw. -zuverlässigkeit nicht generell verbessert. Ursächlich dafür sind klimatische, vorwiegend aber aerodynamische Einflüsse z.B. durch Turbulenzen, die besonders bei großem Abstand-der Meßstellen voneinander unterschiedliche Auswirkungen auf die Membranen der Vertikalwegaufnehmer zeigen. Es ist deshalb vorteilhaft die Vertikalwegaufnehmer hermetisch abzuschließen und mittels eines Luftschlauches zu verbinden, der lediglich eine gemeinsame Luftaustrittsöffnung zur Atmosphäre aufweist. Auf diese Art und Weise werden gleiche klimatische und aerodynamische Bedingungen an den Membranen der Vertikalwegaufnehmer geschaffen.

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Ausführungsbeispiel. .......

Die Erfindung soll nachstellend anhand eines in der Zeichnung · dargestellten· Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen: .

Fig 1:'Anordnung zur Ebenheitsmessung mit der erfindungsge-

mäßen Kippkorrektur

Fig 2i Vertikalwegaufnehmer der Anordnung gemäß Fig. 1 mit

hermetischem Abschluß

In Figur 1 ist eine Anordnung zur Ebenheitsmessung mit einer Kippkorrektur dargestellt. Auf einer Aufnahmevorrichtung 1 liegt ein Werkstück 3 i&it einer zu prüfenden Oberfläche 2. Die Meßanordnung besteht aus zwei Vertikalwegaufnehmern 30 und 31 > die über eine Röhre 16 miteinander verbunden sind.

. Der Vertikalwegaufnehmer 30, der aus einem Gefäß 6, in dem sich eine Flüssigkeit 8 befindet, aus einer Membran 10 und 'aus einem mit der Membran 10 in Verbindung stehenden und an einem (Traggestell 14 befestigten Geber 12 (symbolisch dargestellt!) besteht (siehe Fig 2!), sitzt über einen Taster auf der Oberfläche 2 des Werkstückes 3 auf. Der Vertikalwegaufnehmer 3I, bestehend aus einem Gefäß 7, einer Flüssigkeit 9, einer Membran 11, einem Geber 13 (ebenfalls symbolisch dargestellt!) und einem Traggestell 15, sitzt mit einem Taster 32 auf einer Referenzfläche 33 der Aufnahmevorrichtung 1 auf. Die Aufnahmevorrichtung 1 ruht auf zwei Ständern 34, 35 auf einem Untergrund 36. Die elektrischen Ausgänge der Vertikalwegaufnehmer 30 und 31 sind über Leitungen 21 und 22 mit einem Differenzbildner 23 verbunden, dessen Ausgang über einen Meßverstärker 24 und ein Filter auf einen ersten Eingang einer Auswertestufe 54 geführt ist.

Ausgangsseitig ist die Auswertestufe 54 mit einer Registriereinrichtung 26 verbunden.

Die Vertikalwegaufnehmer 30 und 31 erzeugen über die Leitungen 21 und-22 elektrische Signale, die abhängig sind von der relativen Höhe der Taster 29 und 32 und damit von der Höhenkoordinate der Oberflächenmessung, des Werkstückes 3· Das Differenzsignal dieser beiden Ausgangssignale der Vertikalwegaufnehmer 30, 31 wird verstärkt und im Filter 25

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vom Spektruni der Störsignale, die vor allem durch Schwingungen am Aufstellungsort hervorgerufen werden, getrennt. Das Meßergebnis wird in der Registriereinrichtung 26 registriert bzw. angezeigt.

Unterhalb der Aufnahmevorrichtung 1 sind mittels zweier Befestigungsglieder 37, 38 zwei weitere Vertikalwegaufnehmer 39j 40 fest angebracht, die durch eine Röhre 41 kommunizierend verbunden sind. Die zwei Vertikalwegaufnehmer 39 und 40 sind in x-Koordinatenrichtung der Aufnahmevorrichtung 1 angeordnet. Die Ausgangssignale der beiden Vertikalwegaufnehmer sind über Leitungen 42 und 43 einem weiteren Differenzbildner 44 zugeführt, dessen Ausgang mit einem Meßverstärker 45 in Verbindung steht. Der Ausgang des Meßverstärkers 45 ist an eine Filterkette 45 angeschlossen, die ausgangsseitig über eine Umrechenstufe 47 mit einem zweiten Eingang der Auswertestufe in Verbindung steht. In gleicher Weise ist (in der Zeichnung aus Gründen der Übersicht nicht dargestellt) ein weiteres Vertikalwegaufnehmerpaar in y-Koordinatenrichtung unter der Aufnahmevorrichtung 1 fest angeordnet, dessen Ausgangssignale gleichermaßen über einen Differenzbildner, Meßverstärker, Filterkette und Umrechenstufe (ebenfalls nicht in der Zeichnung dargestellt) mit dem dritten Eingang der Auswertestufe 54 in Verbindung stehen. ' . .

Kippt beim Meßvorgang der Höhenkoordinate der auszuwertenden Oberfläche 2 die Aufnahmevorrichtung 1, so entsteht zwischen den Vertikalwegaufnehmern 30 und 31 ein Höhenunterschied, der nicht durch die Geometrie der Oberfläche 2 vom Werkstück 3» sondern auch durch einen Kippwinkel bedingt wird und als Meßfehler auf das Meßergebnis wirkt. Diese Kippung wird mit den beiden an der Aufnahmevorrichtung 1 angebrachten Vertikalwegaufnehmerpaaren (in x-Koordinatenrichtung Vertikalwegaufnehmer 39 und 40) je nach Koordinatenrichtung erfaßt und über die 'nachgeschalteten elektrischen Mittel ausgewertet. Dabei wird das verstärkte und-gefilterte Differenzsignal der Vertikalwegaufnehmer 39) 40 der Umrechenstufe 47 zugeführt, in der eine durch die Vertikalwegaufnehmer 39, 40 registrierte Höhenänderung Δ h in einen Kippwinkel Δ öd umgerechnet wird.

-b-

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Dabei gilt:

b.

b=Abstand der Vertikalwegaufnehmer 39 und 4-0 voneinander. Der Kippwinkel Δ OC stellt also eine Kippung dar, welche die Aufnahmevorrichtung 1 momentan um eine parallel zur y-Koordinate liegende Kippachse vollführt hat. Dieser momentane Kippwinkel Δ<Χ wird von der Umrecheneinheit 47 der Auswertestufe 54 zugeführt. In der gleichen Weise wird durch das andere nicht in der Zeichnung dargestellte Vertikalwegaufnehmerpaar ein infolge einer Kippung um eine Kippachse parallel zur x-Achse auftretender momentaner Höhenunterschied erfaßt, aus dem analog zur Umrechenstufe 47 ein Kippwinkel Δ ß ermittelt wird. Auch dieser Kippwinkel A ß wirkt auf die Umrechenstufe 54 ein, in-der die das Meßergebnis der ζ-Koordinate'der Oberfläche 2 verfälschenden Höhenunterschiede durch Verkippungen um horizontale Drehachsen vom z-Koordinaten-Meßergebnis eliminiert werden. Verkippungserscheinungen der Aufnahmevorrichtung 1 beeinträchtigen nicht das in der Registriereinrichtung 26 registrierte Meßergebnis.

Zur Steigerung der Genauigkeit der Kippkorrektur ist es zweckmäßig, die Vertikalwegaufnehmer 39 und 40 in möglichst großem Abstand b voneinander anzuordnen. In der Praxis zeigt sich, daß klimatische und aerodynamische Einflüsse durch unterschiedliche !einwirkungen auf die Membranen 10 und 11 der Vertikalwegaufnehmer 30 bzw. 39 und 31 "bzw. 40 das Meßergebnis der Höhenkoordinateniaessung und der Kippwinkelerfassung beeinträchtigen. Je größer jeweils der Abstand b der Vertikalwegaufnehmer 30 und 31 bzw. 39 und 40 voneinander ist, umso größer ist die Gefahr der unterschiedlichen Umweltbedingungen an den Membranen 10, 11. Um diesem Nebeneffekt zu begegnen, sind die Traggestelle 14 und 15 jeweils hermetisch abgeschlossen und über zwei Luftschläuche 48, 49 mit einem T-Stück 50 verbunden, dessen dritter Anschlußkanal 51 frei bleibt·. Die beiden Anschlußkanäle des T-Stückes 50 zu den Traggestellen 14, 15 sind durch zwei Schrauben 52 und 53 regulierbar. Der Anschlußkanal 51 bildet die einzige Korrespondenzstelle der her-

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metisch abgeschlossenen Traggestelle 14, 15 zur Atmosphäre (vergl. Pig. 21). Die Schrauben 52 und 52 werden so eingestellt, daß eine Druckwelle, die in den Anschlußkanal 51 einströmt, an den Membranen 10, 11 gleiche Luftdruckbedingungen hervorruft. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung wird erreicht, daß nicht nur der Luftdruck an sich, sondern auch, insbesondere bei größeren Abständen der Meß- bzw. Meß- und Referenzstellen, störende aerodynamische Bedingungen, wie Luftturbulenzen, das Meßer-' gebnis nicht verfälschen.

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Claims

-ί- 224 9 03

-Erfindungsanspruch; .

Anordnung zur Gerad- und Ebenheitsmessung gemäß DD-PS 125 440, insbesondere für große Meßflächen, die mindestens aus zwei als Vertikalv/egaufnehmer wirkenden flüssigkeitsgefüllten sowie auf einer Heß- und einer Referenzfläche angeordneten kommunizierenden Gefäßen mit den Gefäßen aufgesetzten Traggestellen besteht und bei der in jedem Gefäß mit Traggestell eine Membran und ein Geber enthalten sind, an dessen Ausgang von der Membranhöhe bzw. -ausdehnung abhängige elektrische Signale anliegen, die über einen Differenzbildner einem Meßverstärker zugeführt v/erden, der ausgangsseitig über eine Filterstufe mit einer Anzeigestufe in Verbindung steht, gekennzeichnet dadurch, daß die JPilterstufe über eine zwei v/eitere Eingänge enthaltende Auswertstufe mit.der Anzeigestufe in Verbindung steht, daß an der Meßfläche in jeder horizontalen Koordinatenrichtung jeweils mindestens zwei weitere Vertikalwegaufnehmer, vorzugsweise in großem Abstand voneinander, fest angeordnet sind, deren elektrische Ausgangssignale in an sich bekannter Weise über jeweils einen weiteren Differenzbildner jeweils einen weiteren Meßverstärker mit jeweils einer nachfolgenden weiteren .Pilterstufe zugeführt sind und daß jede der beiden weiteren Pilt^rstufen über eine Umrechenstufe mit jeweils einem der zwei weiteren Eingänge der Auswertestufe in Verbindung steht.

Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die jeweils auf den Gefäßen aufsitzenden Traggestelle hermetisch abgeschlossen und über Luft schläuche, vorzugsweise mit einer gemeinsamen zur Atmosphäre korrespondierenden Luftaustrittsöffnung, miteinander verbunden sind.

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