DD156635A1 - Verfahren zur trennung von gestaltabweichungen technischer oberflaechen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von Gestaltabweichungen technischer Oberflaechen mittels Oberflaechenpruefgeraeten mit dem Ziel, den technischen Aufwand zu senken. Es ist die Aufgabe, eine scharfe Trennung ohne zusaetzlichen elektronischen Pilger zu erzielen. Die zu pruefende Oberflaeche wird mit einem Taster in Schritten abgetastet. Die durch einen Aufnehmer erzeugten, den Tasterauslenkungen analogen, elektrischen Signale werden einer Speichereinrichtung zugefuehrt. In einer Summier- und Dividieranordnung wird aus einer bestimmten, waehlbaren Anzahl der Signale ein Mittelwert fuer jede abgetastete Stellung gebildet. In einem Differenzbildner wird danach die Differenz aus den Signalwerten und den berechneten Mittelwerten gebildet, welche Aufschluss ueber die Rauheitsanteile der Oberflaeche gibt.

Description

Tit^elj. Verfahren zur Trennung von Gestalt abweichungen technischer Oberflächen

Die-Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zu.r Trennung γόη Gestaltabweichungen technischer Oberflächen, zur Ermittlung von Oberfläohenkennwerten durch Abtasten der Oberfläche mit einem Taster eines Oberfläohenprüfgerät es_β

Es ist allgemein bekannt_? mit Tastschnitt gerät en technische Oberflächen abzutasten und. die dabei gewonnenen, dem abgetasteten Oberflächenprofil analogen, elektrischen Signale zwecks Ermittlung von Oberflächenkenngrößen, wie z_eB„j Rauheit und Welligkeit, einer Auswerteeinrichtung zu zuführen_e Diese, der Auswerteeinrichtung zugeführten Signale beinhalten in der Regel ein Gemisch aus kurz- und langwelligen Anteilen, f,₀B₀ Rauheits-, Welligkeits- und Formant eilen*

Die verschiedenen derzeit in der Oberfläohenprüftechnik angev/andten Methoden zur Trennung dieser Anteile, sind in der Feingerätetechnik 1_8 (i969), Heft 9,' Seiten 400-404·, beschrieben,, Dabei wird in elektrische und mechanisch-geometrische Trennungsmethoden unterschiedene

Bei der elektrischen Methode werden aus den durch die Abtastung gewonnenen elektrischen Signale durch mehrstufige Filter die einzelnen Anteile für Rauheit und Welligkeit gewonnen«, Diese Verfahren besitzen jedoch wesentliche Nachteile, Infolge der differenzierenden Wirkung der Filter ist das nach Durchgang durch die . Filter vorliegende Profil abhängig τοη der Abtastrichtung. Es erfolgt keine scharfe Trennung von Welligkeit und Rauhät, da in einem bestimmten Übergangsbereich Rauheits- und Wertigkeitsanteile enthalten bleiben.

Die elektrischen Filter benötigen eine bestimmte Einschwingzeit, in welcher nicht gemessen werden kann· Bei kurzen Meßstrecken ergeben sich so erhebliche Beschränkungen in der Meßbarkeit von kleinen Oberflächen.

Des v/eiteren bewirken die elektrischen Filter eine Phasenverschiebung, deren Korrektur aufwendig ist.

Y/eiterhin kann mittels Frequenzanalyse aus den Frequenz-Amplitud.enverhältnissen, welche für die verschiedenen G-est alt abweichungen der Oberfläche charakteristisch sind und die aus den.durch Abtastung der Oberfläche gewonnenen Signalen ermittelt; werden, eine weitgehende Trennung der Anteile der Gestaltabweichungen durchgeführt werden. Auch dieses Verfahren ist gerätetechnisch sehr aufwendig und wird.in der Praxis kaum angewendet»

In der Feingerätetechnik 26 (1977), Heft 5, Seiten 224-227 und 26 (1977), Heft 2, Seiten 72-75 ist ein Verfahren zur Trennung von Rauheits- und Welligkeitsanteilen, also von kurz- und langwelligen Anteilen durch Fourier-Analyse des abgetasteten Oberflächenprofils beschrieben« Dazu wird z. B_e ein kurzes Stück der Oberfläche in 80 gleichlange Teilintervalle zerlegt..

^c',

Die zu den Endpunkten χ. der Teilintervalle gehörend en Ordinatenwerte y, werden während der Messung gespeicherte Aas diesen Werten werden mittels eines Rechners die Pourierkoeffizienten naherung'sweise berechnete Dabei werden die lang-periodischen Profilelemente (Welligkeit) durch die niederen Harmonischen und die kurzperiodischen Elemente (Rauheit) durch die höheren Harmonischen beschriebene In der Praxis ist jedoch diese Art der Trennung der verschiedenen Gest altabweichungen eines Oberflächenprofils recht kompliziert»

Es ist Zweck der Erfindung; ein Verfahren vorzusehen, welches es mit geringem technischen Aufwand erlaubt₅ die verschiedenen Arten der Gestaltaby/eichungen bei der Oberflächenprüfung zu trennen*

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Trennung von Gestaltaby/eichungen technischer Oberflächen ohne zusätzliche elektronische Filter zu schaffen und somit eine schärfe Trennung von Rauheits-, Welligkeits und Formant eilen zu erzielen«,

Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren^ wobei die zu prüfende Oberfläche durch einen Taster abge™ . tastet wird und die dabei durch einen Aufnehmer erzeugten elektrischen Signale einer Auswerteeinrichtung zur Ermittlung von Oberflächenkennwerten zugeführt werden, dadurch gelöst, daß bei Stellungen s. ... s. ...s. „' des Tasters jeweils ein dem einer Stellung zugeordneten Profilwert analoges Signal y. „..«y^.o.y.,„ einer .

Speichereinrichtung zugeführt wird, und daß nach Multiplikation dieser Signale mit einem Faktor a-,t 0

0% <f°j

die Produkte a, y, einer Summier- und Dividieranordnung zur Bildung eines Mittelwertes

i ~ ΊΓΎΊΓ+1 7 1 ^yl

l=i-m

und danach dieser Mittelwert einem Differenzbildner zur Bildung der Differenz

c ä". = y, ~ X

j. i. i.

zugeführt v/erden,

und daß danach in allen Stellungen bis s_i+k nach Weiterrücken des !Tasters um den Wegabschnitt ^s aus den, den Stellungen ^si_+k__m··· ^si-t-k*·· ^si+k+n zugeordneten elektrischen Signalen y£_+k__m··· ^+k*·· ^yi+k+n ⁱⁿ analoger Weise die Mittelwerte

und daraus die Differenzen a. -, = y. ^- T. ,

gebildet v/erden,

worin m, η =0,1,2..«; m-= η ^und k =0,1,2,-*·. sind.

Gegenüber herkömmlichen'Verfahren zur Trennung von Gestaltabweichungen hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß die Mittelwertbildung mit der verwendeten digitalen Rechentechnik sehr einfach möglich ist und eine einfache Speicherung der in vorgewählten Wegabschnitten gewonnenen Signale erfolgen kann.

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Es ist nur ein geringer Speicherplatzbedarf erford.erlichs, Ferner besteht keine Abhängigkeit der gewonnenen Oberflächenmeßwerte von der Richtung, in welcher die Oberfläche durch den Taster abgetastet wurde. Es wird, weiterhin kein oder nur ein minimaler Vorlauf benötigt und somit ergeben sich keine dadurch bedingten Grenzen in der Meßbarkeit kleiner Oberflächen«

Ausführung

Das erfind imgsgemäße Verfahren soll nachstehend näher erläutert werden* Es zeigen

Fig« 1 den Verlauf eines Oberflächenprofils und den Verlauf der Kurve der Mittelwerte A und

Fig. 2 den Verlauf einer ermittelten Gestaltabweichung, ZeBc-einer der Rauheit analogen Größe Έ _β

Bei dem Verfahren zur Trennung von Gestaltabweichungen technischer Oberflächen, wie z»B_e Rauheit, helligkeit und Form wird die zu prüfende Oberfläche durch einen Taster eines Oberflächenprüfgerätes abgetastet. Die Abtastung erfolgt dabei vorteilhaft in kleinen Weg- abständen As. Dabei werden die Tasterauslenkungen in den Stellungen des Tasters.s. „..· s. ,,,„

1—al 14-Ki-η

durch einen Aufnehmer in elektrische Signale y^__n··-5^ .v, (Figei) umgewandelt und diese Signale einer Auswerteeinrichtung oder einem Rechner zur Ermittlung von Oberflächenkennwerten zugeführt»

Beginnend bei einer beliebigen Stellung s. werden aus den, bei den .Stellungen des Tasters s, .. ,s. .. _Hs . gewonnenen Signalen y, _me..y..._ey,,„. die einer Speichervorrichtung zugeführt werden, nach Multiplikation dieser Signale mit einem Faktor a, Φ 0 die Produkte a-^ y, gebildet und einer Summier- und Dividiereinrichtung zur Bildung eines Mittelwertes A. für die Stellung s^

i + η

^Ai = F-tVtT /__ ^al ·

l=l-m

zugeführte In einem Differenzbildner'wird darauf die Differenz

^ai = ^yi -^Xi

gebildet.

Hierin bedeuten: n; m = 0,1,2... ; n. = m,

a-. Faktor, mit dem der jeweilige Wert J₁

; zu multiplizieren ist«

; A. ist also ein Mittelwert, der aus tn links und η rechts benachbarten Werten von y. berechnet wird,

Ist X. bzw, die Differenz ä_i für die Stellung sermittelt, so werden in den nächsten Schritten nacheinander für die Stellungen S₁₊₁... s_i+k__m... s_l+k.... s_1+k+n aus den zugeordneten Signalen y_i+1 · · · ^+k-m"*·'^yi+k"*^yi+k+n in analoger Weise die Mittelwerte

i+n

^Ai+k ~ m + η + 1 / ^ ^al+k * ^yl+k

l=i-m

und daraus die Differenzen *" "^

gebildet.

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7 _ A« 4,

Aus des Mittelwertbildung wird eine Folge von Mittelwerten (in Figoi gestrichelte Kurve) erhalten, v/eiche ;|e nach Wahl von n, m und a·, eine Annäherung an die nach herkömmlichen Verfahren durch RC-PiIter gebilöete Mittellinie des Oberflächenprofils darstellt« Es werden jedoch bestimmte Nachteile dieser Filter, wie Abhängigkeit von der-Abtastrichtung, Drift und Phasenverschiebung vermieden»

Die Folge der Differenzen "&. ist in Fig„ 2 dargestellt« Sie gibt z.B* Aufschluß über das Rauheitsprofil ohne langperlodische Gestaltabweichungen der Oberfläche.

Zur näheren Erläuterung der Figuren wird, ein Beispiel mit n)=n=2 und a,= 1 mit einem willkürlich angenommenen Oberflächenprofil, welches durch die Folge der y.-Werte (in Fig, 1 ausgezogene Kurve) bestimmt ist, durchgerechnet. Nach der Beziehung jLiÜ,

T" - JL \ X₁ i 5 /

ist die Folge der Mittelwerte (gestrichelte Linie) berechnet und in Fig« 1 eingezeichnet, welche ein gemitteltes Profil zum Oberflächenprofil darstellte Der Vorlauf ist dabei sehr gexing_} lediglich nur 2 ·

Die in Fig«, 2 dargestellt Folge der Differenzen ä. = y. - A. zeigt ein dem Rauheitsprofil ähnliches Profil, wobei bestimmte G-estaltabweichungen, die im Oberflächenprofil entha.lten sind_? abgetrennt sind.

Das erfindungsgeraäße Verfahren gestattet es z*B« unter Verwendung von Rechnern, verschiedene G-estaltabweichungen, z.B, Form einschließlich Welligkeit und Rauheit, auf bequeme Weise voneinander zu trennen«,

Claims (2)

1. Verfahren zur Trennung von Gestaltabweichungen technischer Oberflächen, v/obei die zu prüfende Oberf3.äche durch einen Taster eines Oberflächenprüfgerätes abgetastet wird, und die dabei durch einen Aufnehmer erzeugten elektrischen Signale jeweils nach bestimmten Wegabschnitten £> s einer Auswerteeinrichtung zur. Ermittlung von Oberflächenkennwerten zugeführt v/erden, dadurch, gekennzeichnet, daß "bei Stellungen s. ...s._e.. ^si+n des Tasters jeweils ein dem einer Stellung zugeordneten Profilwert analoges Signal y< _m···7···»Υ-einer Speichereinrichtung zugeführt wird, und daß nach Multiplikation dieser Signale mit einem Faktor a-, 4= O die Produkte a, y, einer Summier- und Dividieranordnung zur Bildung eines Mittelwertes

i+n

· ^Ai =—¹^- ; ^ai

1 /

:L_V

•η + 1 L

m + η +

_
l=i-m

und danach dieser Mittelwert einem Differenzbildner zur Bildung der Differenz

zugeführt werden, :

und daß danach in allen Stellungen bis s._+k nach Weiterrücken des Tasters um den Wegabschnitt /^s aus den, den Stellungen ^si-j-k-nr * *^si+k* * *^si+k+n ^zuS"^eor(3ne^^eri elektrischen Signalen y -,·· °^yi₊i-· •••^yi+k+n ^{in ajaa}l-⁰8^er Weise die Mittelwerte

i+n

^Ai+k ~ m + η + 1 7 ^al+k ' ^yl+k

l=i-m und daraus die Differenzen

gebildet werden,

worin πι,' η = 0,1,2..·; rn = n und k -- 0,1 ,2, ... sind.

19. 2. 1981 Hierzu 1 Seite Zeichnungen 3729

Grü/Büt -—---——— —-