Sphärometer Experte gesucht

Na ja, so ein Beutel Kugeln kostet kein Vermögen, dann tauscht man sie aus. Keramik ist weniger elastisch als Stahl. Setzt man das Teil vorsichtig auf, schleift sich da auch so schnell nichts runter.

Zitat von FRANK21

das Problem ist vermutlich du muss R setzen um die Lage der Auflagepunkte zu kennen um über Z den ROC zu bestimmen, die Rechnung geht nur auf wenn der angenommene ROC auch der Tatsächliche ist.

Frank,

ich glaube, du schwafelst da gerade einfach nur Blödsinn.

Schau dir meine Zeichnungen an und wie ich das hergeleitet habe. Die einzige Annahme ist, dass die Krümmung sphärisch ist und die Tastprobe für die Sagitta Z im geometrischen Zentrum stattfindet.

EDIT: Tschuldigung.

Nach mehrmaligen Lesen glaube ich nachvollziehen zu können, worauf du hinaus willst. Mit einem Ball-Sphärometer misst man effektiv nicht auf einem konstanten Geräteradius. Der verändert sich je nach ROC und vor allem, ob konkav oder konvex. Da aber die einzige Annahme ist, dass der ROC des Prüflings konstant = sphärisch ist, spielt das keine Rolle.
Selbst wenn der ROC nicht konstant ist, misst das Sphärometer eine Art Mittelwert über seine Gerätebasis. Ein echtes Oberflächenprofil wird man damit aber nur rudimentär ermitteln können. Dazu muss das Sphärometer möglichst klein sein, so dass man Zonen wie beim Focault-Test messen kann. Selbst der Focaulttest geht ja davon aus, dass innerhalb einer Zone der Prüfling sphärisch ist.
Der schwankende effektive Messradius ist im Ergebnis vernachlässigbar, da die Kugeln "klein" zur Gerätebasis sind und man das Gerät gerade nicht zur Zonenmessung, sondern zur Messung des "gesamten" ROC benutzt. Außerdem ist der ROC im Vergleich zur Gerätebasis ebenfalls "groß".

Sollte man mit einem "kleinen" Sphärometer auf einem großen Prüfling herumwandern und abweichende ROC feststellen, empfehle ich, dass man eine Schleifkorngröße zurück geht und das Teil sphärisch schleift, seinen Schleiftisch und die Unterlage prüft oder das Sphärometer in die Tonne haut, wenn es keine reproduzierbare Ergebnisse liefert. Vielleicht ist auch die Glasscheibe viel zu dünn, die man schleifen möchte, und sie verbiegt sich.

PS: Damit hier keine Pferde scheuen. Maßgeblich für die Berechnung ist die formale Gerätebases gemessen via Umkreis, der durch die Kugelmitten geht.

Hallo Gert, falls Du irgendwo Kugeln besorgst, würde ich auch gern ne Handvoll nehmen, um ein Sphärometer zu bauen…

Zumindest wenn die Qualität und Preis OK 👌

CS Peter

Hallo Kalle, blöde Frage: wenn ich ein Balkensphärometer nehme, dann ist Deine Zeichnung super. Passt das auch für ein rundes mit 3 Auflagepunkte, wo die Messuhr nicht auf der Verbindung zwischen 2 Kugeln ist?

CS Peter

Peter, dafür gibt es den Umkreis, der die drei Auflagepunkte verbindet.

Hatte ich an anderer Stelle schon mal ausgeführt.

Thema

Sphärometer kalibrieren

Hallo Beisammen,

Sagen wir mal, ich habe ein Sphärometer in dieser 3-Auflagepunkte-Bauweise mit Mikrometer in der Mitte. Da ich das Sphärometer selbst gebaut habe, und im Bauen vielleicht nicht so gut bin mal folgende Hypothesen.
1. Die Abstände vom Mikrometerstöpsel zu den 3 Auflagepunkten sind alle unterschiedlich. Alle sind unbekannt.
2. Die Winkel zwischen den Auflagepunkten sind alle nicht 120grad
3. Der Mikrometerstöpsel ist nicht in der Mitte der Anordnung.

Wie kann ich jetzt das Teil…

Gert

1. März 2020

Ich meine, mir vorzustellen, dass z im konkaven größer ausschlägt als beim Balken:

- auf der Verbindung zwischen 2 Kugeln ist die Pfeiltiefe kleiner als in der Mitte …

Oder?

Ich versuch mir das gerade in 3D vorzustellen…

CS Peter

Ja, die 3 Verbindungslinien und den Umkreis kann ich mir vorstellen. Ich hab nur versucht die 2 D Zeichnung und die Strecken mit der Formel in Einklang damit zu bringen, dass die Messuhr hinter der Verbindungslinie liegt und damit tiefer in die Sphäre reingeht und die Pfeiltiefe damit gemessen wird.

CS Peter

Zitat von Optikus

Ich versuch mir das gerade in 3D vorzustellen…

Werd' nicht schwindlig.

Wenn du den Umkreis nimmst, kannst du Dir unendlich viele virtuelle Kugeln darauf vorstellen, zwei davon genau als Balken. Per Definition kippeln die nicht, da davon nur drei "echt" sind.

Hallo

Wenn man das S0härometer aus Stahl macht und für die Kugeln eine Prismennut

Schleift sich an der Menge Kugeln die da reinpassen und Rollen nichts ab, die werden auch nie alle mit platter Stelle auffliegen

Braucht vielleicht bisschen Magnetismus.

Gruß Frank

Zitat von Stathis

Ich denke Henner liegt richtig, man mus immer postiv rechnen.

Zudem: Wenn das Sphärometer beireits oft beim Grob- und Feinschliff benutzt wurde, ohne immer schön sauber zu machen, dann würde es mich nicht wundern, wenn die Kugeln unten etwas abgeschliffen sind. Mal mit starker Lupe drauf schauen, ob sie auch unten noch schön poliert sind?

Ich kenne diese Sphäromerter mit ganz normalen Stahlkugeln für Kugellager. Die sind sehr genau rund nutzen sich nicht so schnell ab. Solche Stahlkugeln finde ich überall online für kleines Geld. Ob genau 8 mm oder 7,9 ist doch egal, wird ja ohnehin nachgemessen.

Richtig, der Messwert muss immer positiv sein, wenn man die oben angegebene Formel verwendet.

Wenn man beide Vorzeichen zulässt, dann muss man eine andere Formel nehmen.

Beide Varianten findet ihr in http://www.astro-electronic.de/faq2.htm#3 und dann runterscrollen zu "Sphärometer zur Messung des Krümmungsradius".

Am besten man glaubt ohnehin nur das was man selber hergeleitet hat.

Gruß

Michael

Zitat von mkoch

Am besten man glaubt ohnehin nur das was man selber hergeleitet hat.

Mathematisch bleibt man besser bei "Strecken", die immer eine positive Länge haben. Aber manche Ableseskala kann einen auch austricksen, wenn man z.B. 100 als Nulllinie hat und der Messwert 97 ist .... Die Abweichung ist dann 3 und nicht 97 oder -3. Hier noch eindeutig, aber wenn man 49 abliest, muss man nachdenken, ob das 49 oder 51 ist. Erst recht, wenn es eine Bananas-Skala ist.

Zitat von Gert

dass falls man annimmt, dass die Kugeln bei #1 'am Boden' etwas abgerubbelt sind

Also ich kann mir schlecht vorstellen, dass Kugel sich überhaupt abschleifen, weil so ein Teil wird vorsichtig aufgesetzt und abgenommen und im Privatgebrauch auch nicht alle 5 Minuten hundert mal am Tag benutzt wird. Außerdem sieht man das bei polierten Stahlkugeln dann, wenn eine Stelle "blind" wird oder gar Kratzer hat. Aber da braucht man andere Kräfte, jenseits der elastischen Verbiegung, die zunächst auftritt. Mit den paar Gramm Gewicht passiert da m.E. gar nichts.

Wenn du einen Satz Kugeln hast, dann prüfe die einfach mal mit der Mikrometerschraube (Bügelmesschraube bzw. Ersatzaufbau) auf Gleichheit.

Ein Ersatzaufbau könnte darin bestehen, dass du 4 Stk zwischen zwei planen Platten legst und schaust, welche beim Verschieben nicht so richtig mit rollt bzw. beim Schräghalten raus rutscht. Mein Bauchgefühl sagt mir, dass das eine Genauigkeit von bestenfalls +/- 10 Mikrometer hat, aber nicht mehr. Kannst ja mal den Fehler provozieren, was passiert, wenn zwischen einer Kugel noch ein Stück dünne Folie dazu kommt.

Es gibt für Kugeln eine DIN und hier eine Tabelle mit den zulässigen Eckdaten, sowie hier eine Beschreibung der Größen D, V usw. Damit hast du einen Maßstab, was du erwarten kannst.

Das heißt, es gibt zwei Fragen zu beantworten:
Sind die Kugeln gleich groß? -> Einzeln aus der Tüte auswählen, Ausreißer sofort in die Tonne.

Sind sie hinreichend rund? (oder haben sie ein Ei-Asti?)

Im Rahmen der Messtoleranzen und mit der hoffentlich nun mehr verständlichen Formel, kann man Variations-Berechnungen machen, was rauskommt, wenn die Kugeln minimale Maße bzw. max. Maße haben.

PS: Denk auch daran, dass im einstelligen Mikrometerbereich die Temperaturkontrolle eine Rolle spielt. Da reicht Handwärme oder die Strahlungswärme auf der dem Körper zugewandten Seite. Profis isolieren da ihre Gerätschaft und lassen sich Zeit.

Danke an Kalle! Jetzt ist es klarer: die Basis ist der Umkreis, also Quasi der Durchmesser des Kreises auf dem die 3Kugeln liegen und nicht der Abstand zwischen 2 Kugeln.

Es muss nur sichergestellt sein, dass die Kugeln alle gleichweit aus der Oberfläche des Sphärometers rausschauen.

Danke!

Beste Grüße Peter

Du könntest drei Rollfassungen drehen, wenn die Kugeln sich verdrehen lassen nutzen sie weniger ab und um Zweifelsfall kann man auf einen unbeschädigte Stelle drehen, wobei das Gegenüber ebenso unbeschädigt sein sollte.

Zitat von Gert

Die haben auch mal den 5jährigen Sohn dabei, der das toll findet das Teil auf irgendeiner Unterlage herumzuschubsen.

Okay, du hast mich eines besseren belehrt.

Also noch mal kurz drüber nachgedacht.

Deine Gerätebasis D hat so 0,2 mm Toleranz, oder? Du kannst einfach mal in der Formel ausrechnen, wie sich R ändert, wenn du D +/- 0,2 mm rechnest. Das wirkt sich nämlich erheblich mehr aus, da die Basislänge D quadratisch in die Formel eingeht.

Mit

D= 50,32 mm

Z= 2,062 mm

r = 7,9 mm

ist R = 664,9 mm

Aber

D = 50,32 + 0,2 mm

führt zu R = 659,8 mm

Das sind 5,2 mm Abweichung für den ROC, wenn die Basis D des Gerätes um 0,2 mm fehlerhaft ist.

Ideal wäre, wenn du eine Referenzsphäre hättest, dessen R bekannt ist und Du daraus die Basis D anhand des Z zurück rechnen kannst.

Die Kugelgröße r kannst du dagegen glatt auf 0,1 mm Genauigkeit einpflegen, wird nur zu R addiert, macht hier dann nur 2% des Messfehlers aus.
Oder kurz: Scheißegal, welche Kugeln du nimmst, solang die rund sind. Wichtig ist, dass man D und Z kennt.

Zitat von Optikus

Es muss nur sichergestellt sein, dass die Kugeln alle gleichweit aus der Oberfläche des Sphärometers rausschauen.

Das ist letztlich nicht so wichtig. Die drei Auflagepunkte der Kugeln zur Sphäre/Referenzplanplatte definieren die Kontaktebene, nicht die Grundplatte des Geräts selbst. Und so schräg wird die Grundplatte zur Kontaktebene nicht sein, dass du einen Winkelfehler der Messuhr zur Messebene provozierst.
Die Kugeln sollten allerdings nicht im Klebstoff federn, wie in Schaumstoff gepackt, sondern fest anliegen.

Zitat von Kalle66

Deine Gerätebasis D hat so 0,2 mm Toleranz, oder? Du kannst einfach mal in der Formel ausrechnen, wie sich R ändert, wenn du D +/- 0,2 mm rechnest. Das wirkt sich nämlich erheblich mehr aus, da die Basislänge D quadratisch in die Formel eingeht.

Das digitale Spherometer macht diese Error Propagation schon: es wird ein Fehler beim Basisabstand einbezogen (50.32 +/- error) und zusaetzlich auch der Messfehler (aus dem Datenblatt des Mitutoyo geht eine +/- 3 μm Messgenauigkeit hervor). Wenn man alle diese Faktoren mit einbezieht gibt es in Intervall in dem das richtige Ergebnis liegt.

Das Ergebnis mit Error Propagation wird dann in der Anzeige mit angegeben:

GitHub - hzeller/digi-spherometer: A digital spherometer, reading data from digital dial indicator and converting it to radius, displaying on OLED display.

A digital spherometer, reading data from digital dial indicator and converting it to radius, displaying on OLED display. - GitHub - hzeller/digi-spherometer: A…

github.com

Hier ist die Messuhr-Messung systematisch verschoben wegen der abgeflachten Kugeln, und beide Messungen sind 25μm daneben. Na, mit den Gert's neuen Kugeln wird das hoffentlich besser.

Ich habe noch ein anderen Modus im digtalen Spherometer eingebaut (kann man compile-time einschalten): optional kann man auch gegen das Tool messen: 'nullen' auf dem Tool, dann Messung auf dem Spiegel (ich nenne den Mode 'Tool referenced'). Damit bekommt man den systematischen offset Fehler 'raus (Den Modus habe ich aber nicht in Gert's Spherometer eincompiliert damit das Tool einfach zu nutzen ist in der Spiegelschleifgruppe).

Hallo,

mir hat ein Profi-Optiker dringend von Stahlkugeln abgeraten, insbesondere, wenn mit hartem Glas (Borofloat, Quarz, Zerodur) gearbeitet wird, eben wegen der Abrasion. Habe dann Tasterfüßchen mit Hartmetalleinsatz von Mitutoyo verwendet und bin persönlich zufrieden damit.

LG,

Guntram

Hallo Guntram, Hartmetall (Einsätze) und Stahlkugeln (z.B gehärtete) aus Lagern sollten keinen wahnsinnigen Unterschied machen. Geh. Stahl etwa 8 Mohs. Die versch Keramiksorten, Siliziumnitrid oder Rubin / Saphir (Aluminiumoxid) könnten natürlich deutlich härter sein (9 Mohs) und hätten da Vorteile.

CS Peter

Selbst "glasharte" Stahlspitzen werden auf rauhen Glas schnell stumpf und damit schon ein paar hunderstel kürzer. Sollte dann vor jeder Messung kalibriert werden.

Ich bin gerade am Basteln für ein passendes Sphärometer ähnlich wie Henners Beitrag. Ich habe noch ein ESP32 Modul mit Display rumliegen. Da hab ich mir gedacht: warum extra Elektronik nehmen. Selbst ein Level Wandler könnte überflüssig werden, weil man das eventuell per Software machen könnte. Schließlich verfügen diese Controller über eine Vielzahl an Analogeingängen und ADCs. Es reicht ja aus, den Zustand LOW und HIGH auf clck und data der Messuhr zu bestimmen.

Das Foto zeigt den Baustein mit 3,3V am Analogeingang, der ADC hat 12bit per default ( kann per SW eingestellt werden ) und liefert dann als Maximalwert 4095 als Integer. Bei der Messuhr (1,5V Versorgungsspannung) ist LOW irgendwas unter 0,3 Volt und HIGH alles über0,6 Volt nehme ich vereinfacht an.

Der ADC ist recht schnell und sollte das Signal eigentlich gut auflösen können.

Soweit bin ich noch nicht, suche aktuell, welcher Stecker für die Autooutlet Uhr passt. Leider noch keinen gefunden.

CS Peter

Es gibt übrigens auch Messuhren wo die Berechnungsformel schon eingebaut ist:

Mitutoyo, Produktreihe: Serie 543

Gruß

Michael

Hallo Gert,

ist bei mir auch extrem langsam. Ich verwende auch die Arduino IDE.

Da mit dem ESP32 ein anderer Prozessor als Atmel AVR verwendet wird, müssen jede Menge Libs, die quasi - ich nenne es mal ‚Wrapper‘ - sicher nicht ganz richtig die Bezeichnung …

jedenfalls diese werden auch alle compiliert, damit der Arduino Code auf dem ESP läuft.

Es gibt evtl. ein Setting, was vorcompilierte Libs einbindet, um Zeit zu sparen. Aber ich weiss nicht wo man das ändern könnte.

Ich habe bisher nur den ADC benutzt um einen Analogwert einzulesen, das geht.

Meine Recherche ergibt, dass der ESP auch gerade fix genug sein sollte, um eine Messuhr auslesen zu können.

Aber ich hab das mangels Zeit noch nicht weiter verfolgt und auch noch nicht den C Code von Henner in die Arduino ‚Sprache‘ übersetzt.

Der ESP hat natürlich viel mehr Speicher, so dass man auch weitere Funktionen implementieren könnte, wie z.B. die Konfiguration des Sphärometers (Durchmesser der Kugeln, Features usf.) zur Laufzeit..

Das zeitkritische könnte man auch einem 2. Task-Prozess geben. Der ESP hat ja 2 Cores….

CS Peter

Zu Michaels Post: ist mir bekannt, gibt auch Messuhren mit den beiden Füsschen rechts und links der Messspitze.

Aber warum nicht selbermachen?

Letztlich ist die Rechnung ja nicht so sehr kompliziert. Man kann ja auch einfach den Wert ablesen und den Taschenrechner bemühen.

Macht aber Spaß, zumindest mir.

Nur die Zeit/Tag ist etwas einschränkend….