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Taststift für Feintaster oder Oberflächenprüfgerät Sowohl bei Feintastern,
wie sie zur sehr genauen Längenmessung benutzt werden, wie auch bei registrierenden
Oberflächenprüfgeräten ist ein empfindlicher und genauer Indikator für den Kontakt
des Taststiftes mit dem jeweiligen Prüfling erforderlich.
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Bei Oberflächenprüfgeräten ist eine Lösung dieser Aufgabe bekannt,
nach welcher der Taststift in Schwingungen versetzt wird und das Aufsetzen der Prüfspitze
des Taststiftes auf den jeweiligen Prüfling durch die beginnende Rückwirkung auf
diese Schwingung indiziert wird. Dabei ist ein elektrodynamisches Antriebssystem
vorhanden, welches den Taststift in seiner Bewegungsrichtung schwingen läßt. In
einer zweiten Schwingspule wird eine der Schnelle der Taststiftspitze proportionale
Spannung induziert, die bei vorgegebener Frequenz ein Maß für die Schwingungsamplitude
ist. Das Aufsetzen der Prüfspitze des Taststiftes auf den Prüfling wird - daran
erkannt, daß der Ausschlag eines diese induzierte Spannung anzeigenden Instrumentes
zurückgeht. Diese Methode zur Indizierung des beginnenden Kontaktes einer Prüfspitze
mit einem Priifling hat sich bei Oberflächenprüfgeräten bewährt. Von dem Grundprinzip
eines schwingenden Taststiftes Gebrauch machend, bezweckt die Erfindung eine wesentliche
Vereinfachung des Taststiftes gegenüber der von Oberflächenprüfgeräten her bekannten
Ausführung. Die bekannten Tastspitzen mit dynamischen Systemen verlangen bei ihrer
Herstellung eine hohe Präzision und ihre Montage ist verhältnismäßig zeitraubend.
Der Schwerpunkt der Anwendung für erfindungsgemäße Taststifte liegt dabei auf dem
Gebiet der Feintaster, aber sie sind für Oberflächenprüfgeräte je nach Genauigkeitsanforderung
auch verwendbar.
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Die Erfindung benutzt die Erkenntnis, daß es bei hinreichender Empfindlichkeit
der Gesamtanordnung einschließlich Anzeigegerät nicht etwa erforderlich ist, eine
weichgefederte Prüfspitze zu verwenden, wie es bei den bekannten dynamischen Systemen
der Fall ist, sondern daß auch mit hartgefederten Prüfspitzen die gleiche Genauigkeit
erreichbar ist und auch trotz harter Federung eine Beschädigung der Oberfläche des
Prüflings vermieden werden kann.
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Die Erfindung betrifft einen Taststift für Feintaster oder Oberflächenprüfgerät
mit elektrischer Indizierung des Kontaktes mit dem jeweiligen Prüfling infolge Rückwirkung
auf eine von ihm oder eines Teiles von ihm ausgeführte Schwingung, und sie ermöglicht
dadurch besonders einfache und wenig aufwendige Ausführungen, daß zur Erzeugung
der Schwingung und zur Indikation der Beeinflussung der Schwingungsamplitude je
ein elektrostriktives Wandlerelement dient. Vom Prinzip der Elektrostriktion Gebrauch
machende elektromechanische Wandler-
elemente sind bekanntlich äußerst einfach und
billig herzustellen. Auch ihre Montage ist besonders einfach durchführbar. Durch
die Wahl solcher Wandlerelemente werden also erhebliche Vereinfachungen für die
Herstellung von Taststiften mit schwingender Prüfspitze möglich gemacht. Einfach
und zugleich vorteilhaft sind solche Anordnungen, bei denen die beiden elektrostriktiven
Wandlerelemente mechanisch in Reihe geschaltet sind und in der Reihenfolge »Meßspitze
- Indikatorelement - Antriebselement - Schaft des Taststiftes«. Die räumliche Anordnung
in dieser Reihenfolge wird deshalb als besonders vorteilhaft vorgeschlagen. Der
Schaft des Treibstiftes ist über den Meßantrieb mit dem gesamten Meßgerät fest verbunden
und hat außerdem eine sehr große Masse, so daß er in jedem Falle als ruhend angesehen
werden kann. Das Antriebselement erzwingt eine schwingende Bewegung von Indikatorelement
und Tastspitze. Die Trägheitswirkung der Masse behafteten Tastspitze bewirkt, daß
auf das Indikatorelement Kräfte ausgeübt werden, so daß also bei unbelasteter Tastspitze
im Indikatorelement eine gewisse Wechselspannung erzeugt wird. Sobald die Tastspitze
durch beginnenden Kontakt mit dem Prüfling in ihrer Schwingung behindert wird, steigt
die im Indikatorelement erzeugte elektrische Spannung stark an und gibt somit eine
zuverlässige und sehr empfindliche Anzeige für die Berührung zwischen Tastspitze
und Prüfling. Den verwendeten elektrostriktiven Wandlern ist es bei dieser Anordnung
eigen, daß die auftretende Schwingungsamplitude nur sehr klein ist. Demzufolge ergibt
sich auf der anderen Seite eine hohe Empfindlichkeit der gesamten Anordnung. Beschädigungen
der Oberfläche des Prüflings können sehr wohl vermieden werden, wenn nur die Bewegung
des gesamten Taststiftes langsam
genug erfolgt und nach beginnendem
Kontakt rechtzeitig gestoppt wird.
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Die weiteren Vorschläge der Erfindung betreffen die Verwendung verschiedener
Wandlerelemente, die alle nach dem elektrostriktiven Prinzip arbeiten. Einmal wird
vorgeschlagen, Wandlerelemente vom Typ der Dickenschwinger zu verwenden, die dann
eine scheibenförmige Gestalt haben. Nach diesem Vorschlag ergeben sich besonders
einfache Ausführungen.
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Die Abb. 1 zeigt ein solches Ausführungsbeispiel. Der Schaft 1 des
Treibstiftes wird durch hier nicht dargestellten Meßantrieb auf und ab bewegt. Auf
sein mit glatter Schnittfläche ausgeführtes unteres Ende ist ein scheibenförmiges
Wandlerelement 2 vom Typ der Dickenschwinger aufgeklebt. Es wird zu Schwingungen
erregt durch eine an seine Anschlüsse 8 anzulegende Wechselspannung. Auf die freie
Unterseite dieses Wandlerelementes ist das zweite Wandlerelement 3 in gleicher Weise
aufgeklebt. Seine Anschlüsse9 werden mit dem Anzeigegerät verbunden.
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Auf die freie Unterseite dieses zweiten Wandlerelementes ist die Tastspitze
4, hier als abgerundete Kuppe ausgebildet, aufgeklebt. Die Wirkungsweise der gesamten
Anordnung ist nach oben Gesagtem verständlich und bedarf keiner weiteren Erläuterung.
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Andere, kaum kompliziertere Ausführungen, denen andere Vorteile eigen
sind, werden möglich, wenn gemäß weiterem Vorschlag der Erfindung die beiden Wandlerelemente
vom Typ der Biegeschwinger sind und eine langgestreckte Form haben. Die Abb. 2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel hierzu. Dabei ist zugleich noch von dem weiteren vereinfachenden
Vorschlag Gebrauch gemacht, daß die beiden Wandlerelemente zu einem gemeinsamen
Teil vereinigt sind, derart, daß ein einziges Stück elektrostriktives Material mit
den für beide Funktionen erforderlichen Elektroden versehen ist. Der Schaft 1 des
Taststiftes und die Tastspitze 4 sind hier durch ein stabförmiges Element 5 elektrostriktiven
Materials verbunden. Entsprechend der Tatsache, daß Biegeschwinger angewendet werden,
liegt die Längsausdehnung dieses stabförmigen Elementes senkrecht zur Bewegungsrichtung
von Schaft 1 und Priifspitze 4. Das Element 5 ist mit vier Belegungen versehen.
Das dem Schaft 1 naheliegende Paar 6 der elektrischen Belegungen dient dem Antrieb,
und das der Prüfspitze4 nahegelegene Paar 7 elektrischer Belegungen dient der Indikation.
Dementsprechend wird also dem Elektrodenpaar 6 über die Zuleitung 8 die erregende
elektrische Wechselspannung zugeführt, und an die mit dem Elektrodenpaar 7 verbundenen
Zuleitungen 9 wird das Anzeigeinstrument angeschlossen. Ein solches unter Verwendung
von Biegeschwingern aufgebautes System ist weicher als eine Ausführung, die nur
Dickenschwinger benutzt. Dementsprechend kann mit noch geringerem Kontaktdruck der
Tastspitze 4 auf die Oberfläche des Prüflings gearbeitet werden.
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Die Schwingungsamplituden der Tastspitze 4 sind bei einer solchen
Ausführung im allgemeinen größer als bei Ausführungen, die der Abb. 1 entsprechen.
Biegeschwinger sind an sich nicht schwieriger herzustellen als Dickenschwinger,
so daß ihre Verwendung keine merklichen Nachteile mit sich bringt. Die Verwendung
nur eines einzigen Teiles elelitrostriktiven Materials bedeutet außerdem eine merkliche
Vereinfachung.
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Gegenüber bekannten Ausführungen sind Taststifte nach der Erfindung
so viel einfacher und billiger herzustellen, daß der Anwendung des an sich bekannten
Prinzips eines schwingenden Taststiftes ein großes
Anwendungsfeld erschlossen werden
dürfte. Auch ist die Umstellung an sich vorhandener Meßgeräte nach der Erfindung
sehr einfach und ohne großen Aufwand nachträglich durchführbar.
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Infolge der Massenträgheit der Prüfspitze 4 wird im Indikatorelement
auch im Ruhezustand, d. h. ohne Kontakt mit dem Prüfling bereits eine geringe Wechselspannung
induziert, die an den Leitungen9 zur Verfügung steht und dementsprechend einen Ruheausschlag
des angeschlossenen Meßinstrumentes bewirkt. Dieser Ruheausschlag kann in der Praxis
sehr wohl als Anzeige für die Betriebsbereitschaft benutzt werden. Es ist aber auch
möglich, die Empfindlichkeit der Anordnung zu erhöhen, indem gemäß weiterem Vorschlag
der Erfindung die Ausgangsspannung des Indikatorelementes mit der Speisespannung
des Erregerelementes nach Betrag und Phase so miteinander kombiniert wird, daß für
das Anzeigeinstrument eine Kompensation des Ruheausschlages, wie er ohne Kontakt
mit dem Meßobjekt an sich vorhanden wäre, erreicht wird. Die Abb. 3 zeigt beispielhaft
das Wirkschaltbild einer solchen Schaltungsanordnung. Ein Generator 10 erzeugt die
Erregerwechseispannung, die über den Anschluß 8 dem Erregerelement vom Taststift
zugeleitet wird und dort die mechanische Schwingung der Prüfspitze bewirkt. Die
Ausgangsspannung des Indikatorelementes wird über den Anschluß 9 einem Vorverstärker
11 zugeführt und im Anzeigeinstrument 12 angezeigt. Ein nach Betrag und Phase durch
die Schaltungsanordnung 13 entsprechend eingestellter Anteil der vom Generator 10
erzeugten Wechselspannung wird mit der Indikatorspannung unter Differenzbildung
vereinigt, wobei die Dimensionierung so getroffen ist, daß gerade der Ruheausschlag
am Instrument 12 kompensiert wird. Es ist aber auch möglich, die Dimensionierung
so zu wählen, daß nur eine Teilkompensation des Ruheausschlages erreicht wird. Unter
Verzicht auf einen Teil der Empfindlichkeitssteigerung kann dadurch die Anzeige
der Betriebsbereitschaft erhalten bleiben.
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PATENT.\NSYRUCEIE.
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1. Taststift für Feintaster oder Oberflächeilprüfgerät mit elektrischer
Indizierung des Kontaktes mit dem jeweiligen Prüfling infolge Rückwirkung auf eine
von ihm oder eines Teiles von ihm ausgeführte Schwingung, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erzeugung der Schwingung und zur Indikation der Beeinflussung der Schwingungsamplitude
je ein elel;trostriktives Wandlerelement dient.