DE1103622B

DE1103622B - Method for measuring the surface quality by optical means

Info

Publication number: DE1103622B
Application number: DEK31768A
Authority: DE
Inventors: Dr Artur Kohaut
Original assignee: ARTUR KOHAUT DR
Current assignee: ARTUR KOHAUT DR
Priority date: 1957-04-26
Filing date: 1957-04-26
Publication date: 1961-03-30

Description

Verfahren zur Messung der Oberflächengüte auf optischem Weg Es ist ein Verfähren zur Beurteilung der Güte feinbearheiteter Oberflächen bekanntgeworden, bei welchem das von der zu prüfenden Oberfläche gespiegelte Licht zur Prüfung verwendet wird. Und zwar wird dabei das von der zu prüfenden Oberfläche ungestört gespiegelte Licht (nach dem Reflexionsgesetz gespiegelte Licht) ins Verhältnis gesetzt zu dem von dieser Fläche insgesamt gespiegelten Licht; der so erhaltene Quotient dient zur Beurteilung der Flächengüte.Method for measuring the surface quality by optical means It is a method for assessing the quality of finely machined surfaces has become known, in which the light reflected from the surface to be tested is used for testing will. And that is what is reflected undisturbed by the surface to be tested Light (light reflected according to the law of reflection) set in relation to that total light reflected from this surface; the quotient thus obtained is used for assessing the surface quality.

Bei diesem Verfahren wird das insgesamt gespiegelte Licht in einer Ulbrichtschen Kugel gesammelt und in bekannter Weise die Helligkeit in der Kugel gemessen. Das ungestört gespiegelte Licht wird in einer zweiten Messung dadurch erhalten, daß von dem insgesamt gespiegelten Licht das ungestört gespiegelte Licht durch eine genügend absorbierende Scheibe oder einen entsprechend ausgebildeten schwarzen Körper verschluckt wird, so daß in der Ulhricbtkugel nur das diffus reflektierte Licht gemessen wird. Um das oben angegebene Verhältnis hilden zu können, muß aber das ungestört gespiegelte Licht hekannt sein. Man erhält es durch Differenzbildung. indem von dem insgesamt gespiegelten Licht das diffus gespiegelte Licht abgezogen wird. With this method, the total reflected light is in one Integrating sphere collected and in a known manner the brightness in the sphere measured. The undisturbed light is reflected in a second measurement get that of the total reflected light the undisturbed reflected light by means of a sufficiently absorbent disc or a correspondingly designed one black body is swallowed, so that only the diffusely reflected in the Ulhricbtkugel Light is measured. In order to be able to help the ratio given above, however, the undisturbed reflected light be known. It is obtained by taking the difference. by subtracting the diffuse reflected light from the overall reflected light will.

Diese Methode zur Bestimmung des die Oberflächengüte kennzeichnenden Quotienten hat zwei Nachteile: Einmal muß erst aus zwei Messungen die Differenz gebildet werden, zum anderen Mal tritt gerade bei sehr guten Oberflächen der Fall auf, daß fast alles Licht ungestört gespiegelt wird, wodurch sich eine ungünstige Differenzbildung ergibt; denn das ungestört gespiegelte Licht wird bei der tatsächlichen Messung verschluckt, und bei sehr guten Oberflächen beträgt dann das verbleibende, diffus gespiegelte Licht nur einen sehr kleinen Bruchteil des gesamten Lichtes, so daß in der Ulbrichtkugel eine sehr kleine Helligkeit gemessen werden muß. Das Lichtmeßgerät muß also bei sehr guten Oberflächen einmal einen großen und das zweite Mal einen verhältnismäßig sehr kleinen Lichtwert anzeigen. was die Messung bekanntlich erschwert besonders dann, wenn die Messung schnell und oft ausgeführt werden soll. This method of determining the surface quality that characterizes The quotient has two disadvantages: On the one hand, the difference must first be obtained from two measurements On the other hand, this is the case with very good surfaces on that almost all light is reflected undisturbed, which creates an unfavorable Difference results; because the undisturbed light is reflected in the actual Measurement swallowed, and with very good surfaces the remaining, diffusely reflected light only represents a very small fraction of the total light, so that a very small brightness has to be measured in the integrating sphere. That So with very good surfaces, a light meter must be a large one and the second Show a relatively very small light value. what the measurement is known to be especially difficult when the measurement is to be carried out quickly and often.

Die geschilderten Nachteile lassen sich durch die vorliegende Erfindung dadurch vermeiden, daß man zur Bildung des oben beschriebenen kennzeichnenden Quotienten das ungestört gespiegelte Licht aus der Photometerkugel herausführt und hier unmittelbar oder mit Hilfe einer zweiten Photometerkugel mißt. The disadvantages outlined can be remedied by the present invention avoid thereby that one to the formation of the characteristic quotient described above the undisturbed reflected light leads out of the photometer sphere and here directly or measure with the help of a second photometer sphere.

Dazu wird das aus dem Lichtleiter austretende Licht in bekannter Weise so weit geschwächt, daß das Lichtmeßgerät eine Helligkeit anzeigt, die sich ergeben würde, wenn nur das ungestört gespiegelte Licht in der Ulbrichtkugel wirksam und dort gemessen würde. Oder man trifft die Anordnung erfin- dungsgemäß so, daß das ungestört gespiegelte Licht durch einen Lichtleiter in eine zweite Photometerkugel geführt und dort in an sich bekannter Weise gemessen wird. Zur Bestimmung des insgesamt gespiegelten Lichtes wird außer dem aus dem Lichtleiter austretenden Licht noch die Helligkeit in der ersten Photometerkugel mitgemessen. Auf diese Weise vermeidet man nicht nur die oben erwähnte nachteilige Differenzbildung; es ergibt sich noth der weitere Vorteil, daß gerade bei sehr guten Oberflächen zwei fast gleich große Lichtströme gemessen werden, was meßtechnisch viel leichter auszuführen ist. For this purpose, the light emerging from the light guide is known Way weakened so far that the light meter shows a brightness that is would result if only the undisturbed reflected light in the integrating sphere would be effective and would be measured there. Or the arrangement is invented duly so that the undisturbed reflected light through a light guide into a second photometer sphere and is measured there in a manner known per se. To determine the total In addition to the light emerging from the light guide, the reflected light is still the brightness in the first photometer sphere was also measured. This way avoids one not only the disadvantageous difference formation mentioned above; it arises noth the further advantage that, especially with very good surfaces, two almost equally large Luminous fluxes are measured, which is much easier to carry out metrologically.

Wenn an die Meßgenauigkeit keine besonders großen Ansprüche gestellt werden, kann man an Stelle der Photometerkugeln auch andere geeignete Hohlräume verwenden. If there are no particularly great demands on the measurement accuracy other suitable cavities can be used instead of the photometer spheres use.

Das Bild 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens. 1 ist eine Hohlkugel, die innen geweißt ist und als Photometerkugel dient. Diese Kugel hat bei 2 eine kleine Öffnung wohin die zu prüfende Fläche gebracht wird. Durc'h ein optisches System wird der Leuchtkörper einer Lampe auf die Mitte der Öffnung 2 abgebildet und der Spalt 3 auf die Vorderfläche des Lichtleiters 4. Befindet sich bei 2 eine genau ebene Fläche, z. B. ein vollkommener Spiegel, dann wird alles Licht vom Lichtleiter 4 aufgefangen und aus der Kugel herausgeleitet; in der Kugel selbst hat dann die Helligkeit einen Kleinstwert. Hat die Fläche bei 2 aber Riefen oder eine sonstige Feingestalt, dann wird von dieser unvollkommenen Fläche ein Teil des auffallenden Lichtes nach verschiedenen Richtungen zerstreut. Die Helligkeit in der Kugel 1 ist dann ein Maß für das gestreute Licht; sie wird z. B. dadurch gemessen, daß eine Linse 5 ein Stück der Kugelinnenfläche auf die Lichtzelle 6 abbildet, oder dadurch, daß man eine Lichtzelle unmittelbar vor einer Öffnung des Photometerhohlraumes anbringt. Figure 1 shows an embodiment of the inventive concept. 1 is a hollow sphere that is whitened on the inside and serves as a photometer sphere. These Ball has a small opening at 2 where the area to be tested is brought. Through an optical system, the filament of a lamp is placed in the center of the Opening 2 is shown and the gap 3 is on the front surface of the light guide 4. Located at 2 an exactly flat surface, z. B. a perfect mirror, then everything becomes Light is captured by the light guide 4 and passed out of the sphere; in the ball the brightness itself then has a minimum value. But if the area has 2 grooves or some other fine form, then this imperfect surface becomes a part of the incident light scattered in different directions. The brightness In the sphere 1 is then a measure for the scattered light; she is z. B. thereby measured that a lens 5 is a piece of the inner surface of the sphere on the Light cell 6 images, or by having a light cell immediately in front of a Attaches opening of the photometer cavity.

Um den oben definierten, charakteristischen Ouotienten zu bilden, wird abwechselnd entweder nur- das Licht, das aus dem Lichtleiter 4 austritt (und auf die photometrische Helligkeit geschwächt wurde) gemessen. oder dieses Licht zusammen mit dem aus der Linse 5 austretenden Licht. Die erste Messung ergibt den Wert für das ungestört gespiegelte Licht, die zweite Messung den Wert für das insgesamt gespiegelte I,icht. To form the characteristic ouotient defined above, alternately either only the light that emerges from the light guide 4 (and was weakened to the photometric brightness). or this light together with the light emerging from the lens 5. The first measurement gives the Value for the undisturbed reflected light, the second measurement the value for the total mirrored I, icht.

Um die Bestimmung des charakteristischen Quotittnten noch einfacher zu gestalten, kann man erfindungsgemäß folgendermaßen vorgehen: Das von der Linse 5 austretende Licht wird durch eine periodisch wirksame Blende 7 abwechselnd von der Lichtzelle 6 ferngehalten. Dadurch kann man erreichen, daß in rascher Aufeinanderfolge abwechselnd immer das ungestört gespiegelte Licht und das insgesamt gespiekelte Licht auf die Lichtzelle 6 fallen. Ordnet man weiterhin zwei Verstärkerkanäle an, derart, daß diese beiden Kanäle wechselweise synchron mit der Blende 7 wirksam werden. dann können die von den beiden Verstärkerkanälen gelieferten, verstärkten lichtelektrischen Ströme unmittelbar auf einen Quotientenmesser. z. B. auf ein Eireuzspulmeßwerk, gegeben werden, so daß der Quotientenmesser unmittelbar den die Fläche charakterisierenden Wert anzeigt. To determine the characteristic quota even easier To design, one can proceed according to the invention as follows: That of the lens 5 emerging light is through a periodically effective diaphragm 7 alternately from the light cell 6 kept away. This allows you to achieve that in quick succession alternating between the undisturbed reflected light and the overall mirrored light Light falls on the light cell 6. If one continues to arrange two amplifier channels, in such a way that these two channels take effect alternately in synchronism with the diaphragm 7. then the amplified photoelectric signals supplied by the two amplifier channels can be used Streams directly to a quotient meter. z. B. on an Eireuzspulmeßwerk, are given so that the quotient meter directly characterizes the area Value.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens zeigt das Bild 2. Hier wird das ungestört gespiegelte Licht durch den Lichtleiter 4 in eine zweite Photometerkugel 10 geleitet und dort mit der Lichtzelle 11 gemessen. Das insgesamt gespiegelte Licht wird durch Zusammenwirken der beiden Lichtzellen 8 und 9 gemessen. von denen die eine die Helligkeit in der ersten und die andere die Helligkeit in der zweiten Photometerkugel mißt. Die Bildung des charakteristischen Quotienten kann auch hier auf an sich bekanntem elektronischem Wege mit Hilfe eines Quotientenmessers geschehen. Another embodiment of the inventive concept shows this Fig. 2. Here the undisturbed reflected light through the light guide 4 into a second photometer sphere 10 passed and measured there with the light cell 11. That total reflected light is due to the interaction of the two light cells 8 and 9 measured. one of which the brightness in the first and the other the brightness measures in the second photometer sphere. The formation of the characteristic quotient can also be done electronically using a quotient meter that is known per se happen.

Eine weitere Niöglichkeit, den charakteristischen Quotienten unmittelbar zu erhalten, besteht erfindungsgemäß in folgender Anordnung: Die Lichtzelle 11 einerseits und die Lichtzellen 8 und 9 andererseits erzeugen in an sich bekannter Weise mit elektronischen WIitteln Impulse. deren Frequenz der Helligkeit streng verhältnisgleich ist. Die Zellen 8 und 9 zusammen erzeugen eine Impulsfolge, deren Frequenz dem insgesamt gespiegelten Licht entspricht, die Zelle 11 eine Impulsfolge, deren Frequenz dem ungestört gespiegelten Licht entspricht. Beide Impulsfolgen werden auf je einen Impulszähler gegeben; die Anordnung wird ferner so getroffen, daß beide Zähler gleichzeitig eingeschaltet werden und daß der Zähler, dessen Impulsfolge das insgesamt gespiegelte Licht mißt. nach genau 100 Impulsen beide Zähler abschaltet; dann zeigt der andere Impulszähler den charakteristischen Quotienten in Hundertteilen (ovo) an. Another possibility, the characteristic quotient directly According to the invention, there is the following arrangement: The light cell 11 on the one hand and the light cells 8 and 9 on the other hand generate in a manner known per se electronic transmission impulses. whose frequency is strictly proportional to the brightness is. The cells 8 and 9 together generate a pulse train, the frequency of which corresponds to the total reflected light, the cell 11 is a pulse train whose frequency corresponds to the corresponds to undisturbed reflected light. Both pulse trains are on one each Pulse counter given; the arrangement is also made so that both counters simultaneously be switched on and that the counter, whose pulse sequence is the total mirrored Light measures. switches off both counters after exactly 100 pulses; then the other shows Pulse counter shows the characteristic quotient in hundred parts (ovo).

In Bild 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Es gibt viele Fälle, wo man die zu prüfende Oberfläche nicht an die Öffnung 2 der Ulbrichtkugel heranbringen kann, sei es, daß das Werkstück zu groß ist oder aber daß die zu prüfende Oberflächenstelle für die Ulbrichtkugel nicht zugänglich ist, wie dies z. B. bei den Oherflächen von Bohrungen, von Zahnflanken usw. zutrifft. In solchen Fällen wird erfindungsgemäß folgendermaßen vorgegangen: Von der zu prüfenden Oherfläche wird in beliannter Weise ein Abdruck auf einem glasklaren Film hergestellt. Dieser Filmabdruck wird nach Bild 3 auf die Öffnung 2 der Ulbrichtkugel aufgelegt und nun von außen her so durchstrahlt, daß die Spaltblende 3 wiederum auf die Vorderfläche des Lichtleiters 4 abgebildet wird. Bei vollkommen ebenen Flächen tritt keine Streustrahlung des Lichtes auf, und das gesamte eingestrahlte Licht wird vom Lichtleiter 4 aufgefangen. Bei nicht vollkommenen Flächen wird ein Teil des Lichtes nach versohiedenen Seiten gestreut und von der Innenfläche der ersten Ulbrichtkugel aufgenommen. Alles weitere geht genauso vor sich, wie es oben bereits beschrieben ist. Another exemplary embodiment is shown in Figure 3. There is many cases where the surface to be tested is not placed against opening 2 of the integrating sphere can bring, be it that the workpiece is too large or that the one to be tested Surface point for the integrating sphere is not accessible, as z. B. at the outer surfaces of bores, tooth flanks, etc. applies. In such cases the procedure according to the invention is as follows: From the surface to be tested will be in a beliannter way Imprint made on a crystal clear film. This The film impression is placed on the opening 2 of the integrating sphere as shown in Figure 3 and now irradiated from the outside in such a way that the slit diaphragm 3 is in turn on the front surface of the light guide 4 is mapped. No scattered radiation occurs on perfectly flat surfaces of the light, and all of the incident light is captured by the light guide 4. In the case of imperfect surfaces, part of the light is directed towards different sides scattered and taken from the inner surface of the first integrating sphere. Everything else works exactly as described above.

Die heschrfebenen Messungen der Oberflächengüte mit Hilfe eines Abdruckes auf einem glasklaren Film lassen sich erfindungsgemäß auch ohne Änderung des Beleuchtungsstrahlenganges dadurch ausführen, daß man den Oberflächenabdruck mit einem geeigneten Spiegel bedeckt. The precise measurements of the surface quality with the help of a print According to the invention, a crystal-clear film can also be used without changing the illuminating beam path carry out by covering the surface impression with a suitable mirror.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Method for measuring surface quality optical path in which a bundle of light strikes the surface to be tested is reflected and in which the ratio of undisturbed reflected light to the overall reflected light is used for the racing drawing of the surface quality and that uses the photometer sphere to measure this ratio, characterized in that that the undisturbed reflected light is led out of the photometer ball (1) and is measured here directly or with the aid of a second photometer ball (10).

2. The method according to claim 1, characterized in that both the undisturbed reflected light as well as the diffusely reflected light with one and the same photocell (6) can be measured. wherein a diaphragm (7) the proportion of the diffuse alternately allows reflected light to reach the photocell or from there keep away.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that that the photoelectric current of the photocell (6) alternately on two amplifier channels acts, in such a way that the one amplifier channel only the light flux of the undisturbed The reflected light is amplified and the second increases the luminous fluxes of the reflected light as a whole Light.

4. The method according to claims 1, 2 and 3, characterized in that that the characteristic quotient is formed electronically by the fact that the amplified currents of the two channels mentioned in claim 3 to an electrical one Quotient knife are abandoned.

5. The method according to claim 1, characterized in that the total reflected light is measured so that the light cell (9) of the ball (1) together with the light cell (11) of the ball (10) on an electronic pulse light counter works.

6. The method according to claims 1 and 5, characterized in that that the characteristic quotient is formed in such a way that the brightnessesb match the undisturbed reflected light on the one hand and the overall reflected light on the other measured by corresponding pulse trains with a pulse counter each and that the counter, the pulse sequence of which shows the total reflected light, switches off after exactly 100 pulses, so that the other pulse counter has the characteristic Indicates quotients in percentages.

7. The method according to claims 1 to 6, characterized in that that the inspection of surfaces which are not directly on the photometer sphere (1) can be brought up in such a way that the supervisor to be examined area is molded in a known manner on a crystal clear film and that this film impression shines through on the integrating sphere (1) in the direction of the undisturbed reflected light will.

References considered: U.S. Patents No. 2,246 501, 2,578,625.