DE2725072C2 - Verfahren zur Messung des Feinprofils einer Oberfläche sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Messung des Feinprofils einer Oberfläche sowie Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Feinprofils einer Oberfläche, bei dem ein mechanisch-elektrischer
Längenmeßtaster entlang einer vorgegebenen Bahn über die zu messende Oberfläche geführt und die den Alislenkungen des über die
Oberfläche gleitenden Stößels des Längenmeßtasters entsprechende Ausgangsspannung nach Verstärkung
aufgezeichnet wird, wobei der Längenmeßtaster zweimal über die zu messende Oberfläche geführt wird.
Die Angleichung der Bahn des Längenmeßtasters an die Neigung der zu messenden Oberfläche ist bei
starken Vergrößerungen zur Auflösung de, Feinprofils
der Oberfläche erforderlich, um zu gew ihrleistt ■). daß
die stark vergrößerte Meßkurve im Meß- oder Aufzeichnungsbereich liegt.
Es ist bekannt, die Anpassung der Abtastbahn des z. B. durch einen Elektromotor bewegten Längenmeßtasters
entlang der Oberfläche des zu messenden Profils durch mechanische Verstellung der Führung für den
Längenmeßtaster vorzunehmen.
Solche Verstellungen der Führungsbahn si, d jedoch zeitaufwendig, da die Abtastbahn wiederholt abgefahren
und die Führung nachgestellt werden muß. Wegen der Einstellungenauigkeiten ist eine mechanische
Verstellung bei sehr starken Vergrößerungen von z. B. zehntausenfach bei vertretbarem Aufwand nicht möglich.
Die DE-AS 12 69 814 zeigt ein Beispiel für eine parallele und unverstellbare Führung für den Längenmeßtaster,
der eine Oberfläche abtastet. Das Problem
der Neigungsverstellung der Führung des Längenmeßtasters ist hierbei nicht angesprochen.
Durch die DE-AS 12 04 839 ist es bekannt, den Arm, an dem sich der Meßtaster befindet, mittels einer
kleinen Stützkuppe auf der zu messenden Oberfläche abzustützen, so daß der Grundkörper des elektrischen
Längenmeßtasters einer durch den Abrundungsradius der Stützkuppe vorgegebenen Grobkontur folgt, der
gegenüber dann de' Meßstößel des Längenmeßtasters
die Feinkontur abtastet. Diese Abstützung ermöglicht jedoch nicht eine geradlinige Führung entlang einer
bestimmten Bahn über die Oberfläche.
Durch die DE-PS 10 68 025 ist es bekannt, eine Oberfläche gleichzeitig durch zwei Stößel abzutasten,
die unterschiedliche Abrundungsradien haben, so daß der eine Stößel die Feinkontur und der andere die
Grobkontur der Oberfläche abtastet. Dabei erfolgt die Führung des die zu prüfende Oberfläche aufweisenden
Prüflings geradlinig über einen ebenen Tisch, dessen Neigungsich nicht verstellen läßt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Messung des Feinprofils einer Oberfläche •Ό anzugeben, mit dem ein Angleichen der vorgegebenen
Bahn des Längenmeßtasters an die Neigung der zu messenden Oberfläche mit vertretbarem Aufwand auch
bei hohen Vergrößerungen möglich ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ••5 durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1
angegebene Lehre gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird also in einem verhältnismäßig schnell durchzuführenden ersten
Meßlauf die Ausrichtung des Grobprofils festgestellt, μ und der so ermittelte Korrekturwert wird dann zur
gezielten Angleichung des Abtastweges an die Neigung der zu messenden Oberfläche herangezogen.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die beiden Streckenabschnitte im
wesentlichen symmetrisch über die Bahn angeordnet sind, daß die über die beiden Streckenabschnitte
ermittelten Mittelwerte miteinander verglichen werden, ein Korrekturwert gebildet und in Abhängigkeit davon
die Bahn mechanisch verstellt wird. Bei dieser Ausführungsförm erfolgt die Angleichung durch mechanische
Verstellung der Führung bzw. der Bahn des Längenmeßtasters, und zwar gezielt unter Berücksichtigung
des im ersten Meßlauf ermittelten Korrekturwertes. Die Einführung des Korrekturwertes kann aber
h' auch auf elektrischem Wege erfolgen, so daß mechanische
Verstellungen völlig entfallen können.
Die Charakteristika der Meßwerte können das Integral, die Spitzenwerte, die Schwerpunktwerte oder
die Differenz zwischen den Spitzenwerten und den Schwerpunktwerten der gemessenen Kurve sein. Die
Ermittlung dieser Werte ist dem Fachmann an sich geläufig, so daß hier eine Erläuterung dazu entbehrlich
ist. Bei den Schwerpunktwerten handelt es sich um die von Flächen bzw. Flächenteilen unter der Meßkurve
bzw. unter Meßkurventeilen. Bei dieser Bestimmung der Charakteristika können gegebenenfalls Extremwerte
unberücksichtigt bleiben, die die Gefahr einer Verfälschung mit sich bringen würden.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
bei elektrischer Angleichung an das Grobprofil.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des elektrischen
Langenmeßtasters über einen Verstärker, einen Gleichrichter
und Schalter mit zwei durch /?C-Glieder gebildeten integrierenden Speichern verbunden ist.
deren Kondensatoren jeweils an die Enden einer Widerstandsbahn eines Potentiometers angeschlossen
sind, dessen Schleifer von einem Motor synchron zu dem Längenmeßtaster angetrieben und ühsr einen
Schalter mit dem Eingang des Verstärkers subtraktiv verbindbar ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient also zur Bildung und Berücksichtigung von Integralen der
Meßkurve, so daß eine Egalisierung und damit eine Angleichung an das Grobprofil erfolgt. Der technische
Aufwand ist verhältnismäßig gering, ebenso der zeitliche Aufwand, da nur ein zusätzlicher kurzer
Meßlauf erforderlich ist. Eine Bedienungsperson wird nicht beansprucht.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert
werden.
Die Zeichnung zeigt einen Teil eines Werkstückes 1 mit einer Oberfläche 2. die durch einen Stößel 3 eines
elektromechanischen Längenmeßtasters 4 abgetastet wird. Bei der Abtastung wird der Längenmeßtasier 4 in
Richtung einss Pfeiles 5 durch einen Motor (M)
kontinuierlich bewegt, wobei der Längenmeßtaster 4 eine in zwei Streckenabschnitte s,, und 5», unterteilte
Bahn durchläuft.
Die Ausgangsspannung des Längenmeßtasters 4 gelangt über eine Leitung 6 in einen Verstärker 7.
dessen Ausgang über einen Urrichalter bildende Schalter 8.7 und 8b mit zwei integrierenden Speichern 9
und 10 in Form von tfC-Gliedern verbunden ist.
Die Kondensatoren Cder Speicher 9 und IO sind mit
den Enden einer Widersundsbahn 11 eines Potentiometers
12 verbunden, dessen Schleifer 13 durch den Motor M synchron mit dem Längenmeßtaster 4 bewegt wird.
Der Schleifer 13 ist über einen Umschalter 14 mit der Leitung 6 und damit dem Eingang des Verstärkers 7
verbindbar.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden die Schalter 8a und 86 und der Umschalter 14 zunächst in die dargestellte Lace
gebracht und der Längenmeßtaster 4 an den Anfang der Abtastbahn, das ist an das linke Ende der Bahn der zu
messenden Oberfläche 2. Danach wird der Motor M eingeschaltet, so daß sich der Längenmeßiaster 4
langsam über die Oberfläche 2 in Richtung des Pfeiles 5 bewegt, wobei sich gleichzeitig der Schleifer 13 des
Potentiometers 12 bewegt, was jedoch bei diesem ersten Meßlauf ohne Bedeutung ist.
Während des Durchlaufens des ersten Streckenabschnittes Sj ist der Schalter 8a geschlossen und der
Schalter Sb geöffnet, so daß der Ausgang des Längenmeßtasters 4 über den Verstärker 7 und den
Schalter 86 mit dem integrierenden Speicher 9 verbunden ist. Dabei bildet sich während des Durchlaufens
des Streckenabschnittes su an dem Kondensator c
des Speichers 9 eine Spannung, die ein Maß für den mittleren Meßwert des Längenmeßtasters 4 im Bereich
des Streckenabschnittes Sj ist.
Der Obergang von dem Streckenabschnitt S^, auf den
Streckenabschnitt Sf, erfolgt durch eine h,er nicht näher
beschriebene, weil für den Fachmann naheliegende Umschaltung durch Öffnung des Schalters Sz und
Schließen des Schalters Sb, so daß jetzt der Längenmeßtaster 4 .tiit dem integrierenden Speicher 10 verbunden
ist. Dadurch bildet sich in dem Kondensator C des Speichers 10 eine Spannung, die dem mittleren
Meßwert der Oberfläche 2 im Bereich des rechten
jo Streckenabschnittes Sf,entspricht.
Am Ende dieses ersten Meßlaufs liegen also an den Enden der Widerstandsbahn 11 des Potentiometers 12
Spannungen, die den Mittelwerten der Meßwerte über die Streckenabschnitte sü und St, entsprechen. Damit
π kann über die Widerstandsbahn 11 eine Spannung
abgenommen werden, ehe etwa der Neigung der Oberfläche 2 entspricht.
Nach dem ersten Meßlauf werden beide Schalter 8a und Sb geöffnet und der Umschalter 14 wird
umgeschaltet, so daß der Schleifer 13 des Potentiometers 12 mit dem Eingang des Verstärkers 7 verbunden
ist. Außerdem wird der Längenmeßtaster 4 wieder an den Anfangspunkt seiner Bahn zurückgeführt. Danach
wird erneut der Motor M eingeschaltet, so daß sich der
4-. Längenmeßtaster 4 in Richtung des Pfeiles 5 und
synchron damit der Schleifer 13 des Potentiometers 12 in Richtung eines Pfeiles 15 bewegen. Die dem Verlauf
des Grobprofils entsprechende Spannung an der Widerstandsbahn Il wird somit subtraktiv in den
"><> Eingang des Verstärkers 7 eingespeist, so daß nunmehr
an dessen Ausgang e>ne Meßspannung erscheint, die nur
noch dem Feinprofil der gemessenen Oberfläche entspricht und mittels tines Schreibers 16. der über
einen Lciialter 17 anschließbar isi. aufgezeichnet werden
>", kann.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zur Messung des Feinprofils einer Oberfläche, bei dem ein mechanischelektrischer
Längenmeßtaster entlang einer vorgegebenen Bahn über die zu messende Oberfläche geführt und die den
Auslenkungen des über die Oberfläche gleitenden Stößels des Längenmeßtasters entsprechende Ausgangsspannung
nach Verstärkung aufgezeichnet wird, wobei der Längenmeßtaster zweimal über die
zu messende Oberfläche geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung der
vorgegebenen Bahn an die zu messende Oberfläche bei einem ersten Meßlauf die Meßwerte bzw. daraus
abgeleitete Größen über zwei vorzugsweise gleiche Streckenabschnitte (s* St,) der Bahn gemittelt und
daraus elektrische Korrekturwerte abgeleitet und gespeichert werden, und daß bei einem zweiten
Meßlauf das Feinprofil gemessen und unter Berücksichtigung
der gespeicherten Korrekturwerte aufgezeichnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Streckenabschnitte (s* Sb)
im wesentlichen symmetrisch über die Bahn angeordnet sind, daß die über die beiden Streckenabschnitte
(S1, Sb) ermittelten Mittelwerte miteinander
verglichen werden, ein Korrekturwert gebildet und in Abhängigkeit davon die Bahn mechanisch
verstellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daii die Charakteristika der Meßwerte das
Integral, die Spitzenwerte, "ie Schwerpunktwerte
oder die Differenz zwisrhen den Spitzenwerten oder den Schwerpunktwerten der jemessenen Kurve
sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung der Charakteristika
Extremwerte unberücksichtigt bleiben.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Ausgang des elektrischen Längenmeßtasters (4) über einen Verstärker (7), einen Gleichrichter und
Schalter (8a. 8b) mit zwei durch /?C-Glieder
gebildeten integrierenden Speichern (9, 10) verbunden ist, deren Kondensatoren (C) jeweils an die
Enden einer Widerstandsbahn (11) eines Potentiometers (12) angeschlossen sind, dessen Schleifer (13)
von einem Motor (M)synchron zu dem Längenmeßtaster (4) angetrieben und über einen Schalter (14)
mit dem Eingang des Verstärkers (7) subtraktiv verbindbar ist.
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Applications Claiming Priority (1)
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DE19772725072 DE2725072C2 (de) | 1977-06-03 | 1977-06-03 | Verfahren zur Messung des Feinprofils einer Oberfläche sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
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