DD156635A1 - METHOD FOR SEPARATING DEVICE DEVIATIONS FROM TECHNICAL SURFACES - 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.The invention relates to a method for the separation of shape deviations of technical surfaces by means of surface testing devices with the aim of reducing the technical complexity. It is the task to achieve a sharp separation without additional electronic pilgrims. The surface to be tested is scanned in steps with a push-button. The electrical signals generated by a pickup analogous to the pushbutton deflections are fed to a memory device. In a summing and dividing arrangement, an average value for each sampled position is formed from a specific, selectable number of signals. In a difference former, the difference between the signal values and the calculated average values is then formed, which gives information about the roughness components of the surface.

Description

Tit^elj. Verfahren zur Trennung von Gestalt abweichungen technischer OberflächenTit ^ elj. Process for the separation of shape deviations of technical surfaces

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 The invention relates to a method for the separation γόη shape deviations of technical surfaces, to determine surface characteristic values by scanning the surface with a button of a Oberfläohenprüfgerät it _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*It is well known _? With a stylus cut, technical surfaces are scanned and. the obtained, the scanned surface profile analog, electrical signals for the purpose of determining surface characteristics, such as roughness and ripple z _e B "j supply an evaluation _e this, the evaluation device supplied signals usually contain a mixture of short and long-wave components, f, ₀ B ₀ roughness, waviness and formant hurrying *

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 unterschiedeneThe various methods of separating these components currently used in surface testing technology are described in Feingerätetechnik 1_8 (1966), No. 9, pp. 400-404, which distinguishes between electrical and mechanical-geometric separation methods

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.In the electrical method, the individual components for roughness and waviness are obtained from the electrical signals obtained by the sampling by multi-stage filters, "These methods, however, have significant disadvantages, Due to the differentiating effect of the filter is that after passing through the. Filter present profile depending τοη the scanning direction. There is no sharp separation of waviness and roughness, since roughness and valency components remain in a certain transitional range.

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.The electrical filters require a certain settling time, in which it is not possible to measure · With short measuring distances, this results in considerable limitations in the measurability of small surfaces.

Des v/eiteren bewirken die elektrischen Filter eine Phasenverschiebung, deren Korrektur aufwendig ist.Des v / eiteren cause the electrical filter a phase shift, the correction is complicated.

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»Y / eiter can be determined by means of frequency analysis from the frequency Amplitud.enverhältnissen, which are characteristic of the different G-est old deviations of the surface and the signals obtained from der.durch sampling the surface; be carried out, a substantial separation of the proportions of the shape deviations. This method is also technically very complex and is. Hardly used in practice »

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..In the Feingerätetechnik 26 (1977), No. 5, pages 224-227 and 26 (1977), No. 2, pages 72-75 is a method for the separation of roughness and ripple components, ie of short and long wavelength shares by Fourier analysis of the scanned surface profile described. _Cut a short piece of the surface into 80 equal intervals.

^c', ^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»The to the endpoints χ. of the sub-intervals are ordinatenwerte y, be stored during the measurement Aas these values are calculated by means of a computer, the Pourierkoeffizienten near Here, the long-periodic profile elements (ripple) by the lower harmonics and the short-period elements (roughness) by the higher harmonics In practice, however, this type of separation of the different Gest old deviations of a surface profile is quite complicated »

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*It is purpose of the invention; provide a method which with little technical effort allowed ₅ the different types of Gestaltaby / calibrations at the surface examination to separate *

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«,The invention has for its object to provide a method for separating Gestaltaby / calibrations of technical surfaces without additional electronic filters and thus achieve a sharp separation of roughness, ripple and formant hurry «,

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 .This object is achieved in the method according to the invention ^ wherein the surface to be tested abge by a button. is scanned and the thereby generated by a transducer electrical signals to an evaluation device for determining surface characteristics are supplied, achieved in that at positions s. ... s. ... s. '' Of the probe in each case one of the position associated profile value analog signal y. ".." y ^ .oy, "one.

Speichereinrichtung zugeführt wird, und daß nach Multiplikation dieser Signale mit einem Faktor a-,t 0Memory device is supplied, and that after multiplication of these signals with a factor a-, t 0

0% <f°j 0% <f ° j

die Produkte a, y, einer Summier- und Dividieranordnung zur Bildung eines Mittelwertesthe products a, y, a summation and divider arrangement to form an average value

i ~ ΊΓΎΊΓ+1 7 1 ^yli ~ ΊΓΎΊΓ + 1 7 1 ^y l

l=i-ml = i-m

und danach dieser Mittelwert einem Differenzbildner zur Bildung der Differenzand then this average value is a difference former for forming the difference

c ä". = y, ~ X c = ". = y, ~ X

j. i. i. j. i. i.

zugeführt v/erden,supplied,

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 Mittelwerteand thereafter in all positions to s _{i + k} after further back of the! button to the path portion from the s ^, the positions ^s i _{+ k} _ _m ··· ·· ^s itk * ^s i + k + n associated electrical signals y £ _{+ k} _ _m ··· ^ + k * · · ^y i + k + n ^{in a} similar way the averages

und daraus die Differenzen a. -, = y. ^- T. ,and from this the differences a. -, = y. ^ - T.,

gebildet v/erden,formed,

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

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.Compared to conventional methods for the separation of shape deviations, the method according to the invention has the advantage that the averaging with the digital computing technique used is very simple and a simple storage of the signals obtained in preselected path sections can take place.

37293729

fa-:;> fife« ff %#· it*fa -:;> fife " ff % # · it *

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«Furthermore, there is only a small storage space requirement. Furthermore, there is no dependence of the surface measurements obtained on the direction in which the surface was scanned by the stylus. It is still, no or only a minimal supply needed and thus there are no resulting limits in the measurability of small surfaces «

Ausführungexecution

Das erfind imgsgemäße Verfahren soll nachstehend näher erläutert werden* Es zeigenThe inventive method will be explained in more detail below * show it

Fig« 1 den Verlauf eines Oberflächenprofils und den Verlauf der Kurve der Mittelwerte A und 1 shows the course of a surface profile and the course of the curve of the mean values A and

Fig. 2 den Verlauf einer ermittelten Gestaltabweichung, ZeBc-einer der Rauheit analogen Größe Έ _β Fig. 2 shows the course of a determined shape deviation, ZeBc-one of the roughness analog size 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. ,,,„In the method for the separation of structural variations of technical surfaces, such »B _e roughness, brightness and shape of the surface to be inspected is scanned by a probe of a surface inspection. The scanning is advantageously carried out at small distances A s. The button deflections are in the positions of Tasters.s. ".. s. ,,, "

1—al 14-Ki-η  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»converted by a transducer into electrical signals y ^ _ _n ·· -5 ^ .v, (Figei) and these signals are fed to an evaluation device or a computer for the determination of surface characteristics »

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^Starting at any position s. become out of, with the. positions of the button s, .., s. .. _H s. obtained signals y, _m e..y ... _e y ,, ". which are supplied to a storage device, after multiplying these signals by a factor a, Φ 0 the products a- ^ y, formed and a summing and dividing means for forming an average value A. for the position s ^

i + ηi + η

^Ai = F-tVtT /__ ^al · ^A i = F-tVtT / __ ^a l ·

l=l-ml = l-m

zugeführte In einem Differenzbildner'wird darauf die DifferenzIn a subtractor, the difference is entered

^ai = ^yi -^Xi ^a i = ^y i - ^X i

gebildet.educated.

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

a-. Faktor, mit dem der jeweilige Wert J₁ a-. Factor with which the respective value J ₁

; zu multiplizieren ist«; to multiply is «

; A. ist also ein Mittelwert, der aus tn links und η rechts benachbarten Werten von y. berechnet wird,; So A. is an average of tn left and η right neighboring values of y. is calculated,

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 MittelwerteIf X. or, the difference a _i for the position sermittelt, then in the next steps successively for the positions S _{1 + 1} ... s _{i + k} _ _m ... s _{l + k} .... s _{1 + k + n} from the associated signals y _{i + 1} · · · ^ + km "* ·" ^y i + k '* ^y i + k + n in a manner analogous to the mean values

i+ni + n

^Ai+k ~ m + η + 1 / ^ ^al+k * ^yl+k ^A i + k ~ m + η + 1 / ^ ^a l + k * ^y l + k

l=i-ml = i-m

und daraus die Differenzen *" "^and from this the differences * "" ^

gebildet.educated.

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7 _ A« 4,7 _ 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»From the averaging, a series of mean values (dashed line in Figoi) is obtained; e at the choice of n, m and a ·, an approximation to the centerline of the surface profile concreted by conventional methods by RC-PiIter However, certain disadvantages of these filters, such as dependence on the scanning direction, drift and phase shift are avoided »

Die Folge der Differenzen "&. ist in Fig„ 2 dargestellt« Sie gibt z.B* Aufschluß über das Rauheitsprofil ohne langperlodische Gestaltabweichungen der Oberfläche.The sequence of the differences " 1" is shown in FIG . 2. "It gives, for example, * information about the roughness profile without long-period shape deviations of the surface.

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,For a more detailed explanation of the figures, an example with n) = n = 2 and a, = 1 with an arbitrarily assumed surface profile, which is determined by the sequence of the y-values (in FIG. 1, drawn-out curve), is calculated. After the relationship jLiÜ,

T" - JL \ X₁ i 5 /T "- JL \ X ₁ 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 ·the sequence of the mean values (dashed line) is calculated and plotted in FIG. 1, which represented an averaged profile for the surface profile. The forerun is very gexing _} only 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.The sequence of the differences .alpha. = Y shown in FIG . A. shows a profile similar to the roughness profile, with certain G-estalt deviations included in the surface profile _? are separated.

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«,The method according to the invention allows z * B 'to be conveniently separated from one another by means of computers, different forms of deviations in shape, for example, shape including waviness and roughness.

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 Mittelwertes1. A method for the separation of deviations in shape of technical surfaces, v / obei the test Oberf3.äche is scanned by a button of a Oberflächenprüfgerätes, and thereby generated by a transducer electrical signals in each case according to certain path sections £> s of an evaluation for. Determination of surface characteristic values supplied by, characterized in that "at positions s ... s .. _e .. ^s i + n of the probe in each case a profile value associated with a position analog signal y < _m ··· 7 ·· Is supplied to a memory device, and that after multiplication of these signals by a factor a-, 4 = 0, the products a, y, a summation and divider arrangement to form an average value i+ni + n · ^Ai =—¹^- ; ^ai· ^A i = - ¹ ^ -; ^a i 1 /1 / :L_V: L_V •η + 1 L • η + 1 L m + η +m + η + _
l=i-m_
l = in und danach dieser Mittelwert einem Differenzbildner zur Bildung der Differenzand then this average value is a difference former for forming the difference zugeführt werden, :be supplied, 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 Mittelwerteand that thereafter in all positions up to s. _{+ k} after advancing the button around the path section / s from the positions ^s ijk-nr * * ^s i + k * * * ^s i + k + n ^to S " ^{eor (3n} ^ ^eri electrical signals y -, · · ^y i ° ₊ i · ^y i ••• + k + n ^{in ajaa} l- ⁰ 8 ^it, the mean values i+ni + n ^Ai+k ~ m + η + 1 7 ^al+k ' ^yl+k ^A i + k ~ m + η + 1 7 ^a l + k ' ^y l + k l=i-m und daraus die Differenzenl = i-m and from this the differences gebildet werden,be formed worin πι,' η = 0,1,2..·; rn = n und k -- 0,1 ,2, ... sind.wherein πι, 'η = 0,1,2 .. ·; rn = n and k - 0,1, 2, ... are. 19. 2. 1981 Hierzu 1 Seite Zeichnungen 372919. 2. 1981 See 1 page drawings 3729 Grü/Büt -—---——— —-  Grü / Büt -------- -