DE1548302A1 - Pruefvorrichtung fuer Oberflaechenprofile - Google Patents

Description

11 Belgrave Road, London, S.¥.1 / England

Prüfvorrichtung für Oberflächenprofile

Die Erfindung bezieht sicii auf äie Prüfung von Oberfläclienprofilen und -befaSt sioli in erster Linie, aber nicht aassciiließlich, mit Vor richtung en, die die Qualität und .Beschaffenheit der Oberfläche eines 'i/ei'k.stuckes feststellen.

Oberflachenunre^elLiaiSlgkeiten können in drei große Gruppen eingeteilt werden, die gemeinhin s.ls- i-iauhigiceit, welli^keit und xi'orufehler bezeichnet werden, is ei bearbeiteten Oberflächen TLliren- diese Gruppen von der spanabhebenden Materialbearbeitung oder der Äbriebwirlrung des i-ieratel bzw. vo:i IiAngeln, wie einer Vibration zwischen und werkstück, und von einer fehlerhaften i'Ührung des «erk— zeuges auf der vor gesehenen BaIm her. xäe ü-ruj-p en unter sch eiden sich ül allgemeinen durch verschieden 'grofse Abstände von ei neu Scheit elpunlct der ü.iiregelr::äßigkeitbii sum. anderen, wie dies in 21^.1 veranschaulicnt ist.

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Es ist im allgemeinen zweckmäßig, diese Gruppen gesondert zu prüfenj zu diesem Zweck maß -vor der eigentlichen Messang die gewünschte Gruppe isoliert werden und außerdem eine Bezugslinie mit gewissen Eigenschaften aufgestellt werden, von der aus die Messung vorgenommen werden kann.

Zwei weitverbreitete und genormte Verfahren, um die Rauhigkeit von den übrigen G-ruppen zu trennen, sind;

1. Ein stark vergrößertes Profil aer Oberfläche värd, wie in Fig. 2 gezeigt, in kurze Abschnitte graphiscn unterteilt, in

^r weiden der Effekt der Welligkeit nicht sichtbar wirdj

2. Ein elektrischer wechselstrom, der das ursprüngliche Profil

repräsentiert, wird durch ein elektrisches Filter gescnickt,

die.

ds\s die^· Hauhigkeit darstellenden höheren Frequenzen durchläßt und die niedrigeren Frequenzen der v/exligkeit unterbindet, wie in Pig. 3 gezeigt. .Der Wechselstrom wird im' allgemeinen von einem stiftartigen Abtaster abgenommen, _vaer über aie Oberfläche geführt wird.

Zur Ausführung der eigentlichen L'essung ist dann eine Bezugslinie erforderlich. Für die graphische i..etr_ode erhält man die Bezugslinie, i„äem man durc^ das Profil in jedem kurzen Absc_~nitt eine Be^ugslinie zieht, die auch als x._ittellinie bezeichnet wird und aie c.ie vo-i de^ PiaCil eingeschlossenen Felder gleichmäßig in oberhalb una unterualb lie_öenae unterteilt. Im Fall des elektrischen Filters.lLuft die ^ittellinie durch diejenigen Punkte des ^usoangs^rofils (das als modifiziertes profil bekannt ist) fiL· welche der ötrom momentan null ist. Diese Linie findet .„ar; d^rch die naturgemäße Wirkung des Filters auf das eingespeiste Profil.

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Des derzeit übliche elektrische PiIter enthält zwei EC-Stofen mit gleicher Zeitkonstante, die so in Kaskade geschaltet sind, daß die·zweite die erste nicht belastet, und die die in Fig.4 gezeigte Durchgangscharakteristik haben. Ein häufig .benutztes liiaß für die Rauhigkeit ist-die durchschnittliche Abweichung des Eauhigkeitsprofils von der Mittellinie j dieses ivla^ ist als llittelliniendurciischnitt oder CLA-Wert bekannt. Man hat empirisch gefunden, daß, wenn die Grenzfrequenz des Filters am langwelligen linde gleich der Länge der geometrischen Abschnitte der Fig.2 gemacht -wird, die nach den beiden kethoden bestimmten CLA-Werte praktisch gleich sind. Die Wellenlänge (oder der Scheitelpunktsabstand) A. auf der Oberfläche wird in die Frequenz f pro Zeiteinheit umgewandelt} auf die das Filter als G-rundfrequenz anspricht, durch die Überquerungsgeschwi-idigkeit sj folglich ist f = s/7.

Hblitliirtfttsc »sf tit* CLA-Wert cUr QurschmtttwtA wehveve»» Abschnitte*

Außer dem CLA-Wert sind manchmal auc-n andere kaße inter es--

saiat, .beispielsweise die Amplituden der Erhebungen, die ■Trägeranteile (bearing fractions), die Flankenneigung, um nur einige zu nennen. . ~

Die erwähnten Mittellinien, insbesondere die elektrische Littellinie, haben sicn für iudastrielle I^essungen als aiinehm-bar erwiesen und eigaen sich zur weiteren Verwendung, weil

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sie zu einfachen Ausrüstung führen. Jedo-ii ist seit langem ^: bekannt, daß sie gewisse Längel haben,*ais au beseitigen eibe der vorliegenden Erfinc.ng ist. Diese ...fc.^el treten mehr hervor, wenn ».an eine genauere umd verfeinerte iiessung anstrebt. So scj.iliei5en beisj.ielsv.eise die aufe—j.&..iaerfolgenden -ittellinien £e_:äß Fig.2 h.üi-fia licni; ^ei.iaaaer. Die -sich

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:iäe;i d_.rLi^eYsinc ^sciia:_isc._ u_:eciit ■ uii^" sx^ren die ._9_;O93 1 6/Q508

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litudenmessungen. Das elektrische Filter vermeidet Unstetigkeiten, zeigt aber die Neigung, einen gewissen Betrag an Phasenverschiebung in das Passband einzubringen und diese Phasenverschiebung kann eine unerwünschte Verzerrung der zu messenden Wellenform verursachen, auch wenn diese Wellenform mit der G-rundfrequenz in das Passband des Filters fällt.

Das elektrischeYBändfilter setzt die Lage der Mittellinie in jedem Augenblick dadurch fest, daß es das Profil, das durch das Filter gegangen ist, in -solcher Weise integriert, : daß die Amplitude der Profilordinaten umso weniger berücksichtigt wird, je weiter sie zeitlich zurückliegt, entsprechend dem Gedächtnis des Filters, wie es durch die Zeitkonstante der CR-Ketten bestimmt wird. In jüngster Zeit hat j man gezeigt, daß die Wirkung des üblichen zweistufigen CK-Filters berechnet werden kann, indem man an dem ursprünglichen Profil an aufeinanderfolgenden Stellen längs dieses Profils mit der in Fig.5 gezeigten Bewertungsfunktion operiert, uie Ordinate der Littellinie an jedem Punkt erhält man, indem j man die Ordinaten des Profils mit denjenigen der Bewertungsfunktion multipliziert, diese Produkte summiert und mit einer Eonstanten multipliziert. Das Integral, das die Operation der Bewertungsfunktion an dem Profil beschreibt, kann als Hüllenintegral bezeichnet werden.

Es wurde gefunden,- daß abgesehen von der unerwünschten Verzerrung des modifizierten Profils, das innerhalb des Filter-Paßbandes liegt, die Littellinie eventuell nicht gerade ist, auch wenn die Erhebungen und Täler einer periodischen Wellenform jeweils in der gleichen Ebene liegen. Dies ist

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wiederum mechanisch unecht, auch wenn der gesamte numerische Wert des CLA korrekt sein mag.

Als erstrebenswerten Typ eines Bandfilters kann man denjenigen "bezeichnen, der frei von Phasenverschiebung ist, der eine Durchlaßcharakteristik hat, die bis zur G-renzfrequenz eben verläuft und dann je^snach Wunsch plötzlich oder allmählich abfällt^ und der im Hinblick auf eine Mittellinie wirksam ist, die bis zur Grenzfrequenz die Grundform des Profils besitzt und von den Erhebungen einer periodischen Wellenform den gleichen Abstand hält, ferner sollte das Filter für seine Punktion ein Minimum an Oberflächenlänge über die zu messende Länge hinaus benötigen*

Die Aufgabe wird durch neue Bewertungsfunktionen zusammen mit der entsprechenden Vorrichtung gelöst, die von den von ihnen aufgestellten Mittellinien aus arbeiten. Diese Bewertungsfunktionen sind im allgemeinen symmetrisch zu einer Mittelordinate, die • längs der Oberfläche fortschreitet. Es muß also das Profil, das vor der augenblicklichen Stellung der Mittelordinate liegt, und das Profil hinter dieser Mittelordinate berücksichtigt werden« Theoretisch reichen derartige Bewertungsfunktionen im allgemeinen bis ins Unendliche mit abwechselnden positiven und negativen Anteilen abnehmender Amplitude; in der Praxis genügt es meist, einen begrenzten Teil von ihnen auf ein verhältnismäßig kurzes Stück der Oberfläche anzuwenden. Die Form der Bewertungsfunktion hängt von der gewünschten Durchlaßcharakteristik ab, z.B. einem scharfen Abschneiden oder einem allmählichen Abfall; alle stellen jedoch praktisch eine Phasenverschiebung NuIl in dem Paßband dar. Das Prinzip läßt sich auf Hochpaß- und Tiefpaßfilter anwenden. Im lall von Torrichtungen mit Stift wird die Mittelordinate

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durch die augenblickliche Lage des Stiftes verkörpert·

G-emäß der Erfindung wird eine Prüfvorrichtung für Profile, insbesondere für die Profile von Oberflächenunregelmäßigkeiten, geschaffen, die Mittel zum Erzeugen eines Signals (Meßsignal) aufweist, das zur Amplitude.der Unregelmäßigkeiten, bezogen auf eine passende Bezugsgröße, proportional ist, und die gekennzeichnet ist durch einen Speicher zum Speichern dieses Signals als eine kontinuierliche Funktion, sowie durch eine Einrichtung, die aus dem gespeicherten Signal ein weiteres Signal ableitet, das in jedem Augenblick die Umhüllung eines bestimmten Anteils des gespeicherten Signals mit einer Bewertungsfunktion darstellt, welche symmetrisch zu einer augenblicklichen Mittelordinate ist, wobei das abgeleitete Signal eine Mittellinie verkörpert, von der aus das Meßsignal abgenommen wird. Es kann ein optischer oder elektrischer Speicher verwendet werden.

Bei einer Ausbildungsform kann das von dem Übertrager herkommende Meßsignal als ein Profil auf ein photoleitendes Material aufgezeichnet werden und die Einrichtung zur Ableitung des für das Hüllenintegral repräsentativen Signals kann eine Lichtquelle, die eine Fläche oder mehrere Flächen des das gespeicherte Signal tragenden Materials beleuchtet, und eine photoelektrische Einrichtung umfassen, die auf das Licht anspricht, das durch diese Fläche bzw. durch die Flächen durchgegangen ist oder an dieser' Fläche bzw. diesen Flächen reflektiert worden ist.

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■-ie.^ .werttingBf elder dee das gespeicherte Meßsignai^rÄgenden Materials beleuchtet, sowie eine phpjtereÜektrische Einrichtung, die auf das von diesegu5¹e*Idoder diesen Feldern reflektierte oder auchj3*arc*hdieses PeId bzw. diese leider durchgehende

Alternativ kann das Meßsignal auch auf einem ·» magnetischen Körper gespeichert werden, und das für das Hüllenintegral repräsentative Signal kann durch die Tätigkeit eines Lesekopfes oder mehrerer Leaeköpfe in Verbindung mit bewertenden elektrischen »Schaltungen gewonnen werden.

Im Folgenden werden AiE führungsformen erfindungsgemäßer Vorrichtungen anhand der beigefügten Zeichnungen im einzelnen als Beispiele beschrieben. Es zeigen! iig.1 eineVDarstellung eines stark vergrößerten Profils an einem Werkstück-Querschnitt, das drei Klassen von Oberflächenunregelmäßigkeiten zeigtj

Fig.2 eine Veransohaulichung der graphischen Methode, um die Eauhigkeit von den anderen Klassen der Oberflächenunregelmäßigkeiten abzusondern, wobei die untere Kurve aus der oberen Kurve gewonnen wurde, indem die einzelnen Mittellinien miteinander gefluchtet wurden. Fig.3 eine Veranschaulichung der Wirkung eines elektrischen Bandfilters, in der das ursprüngliche Profil in dem oberen Teil dargestellt ist, das aus dem Filter herauskommende modifizierte Profil um gestreckte Achsen her umgezeichnet ist, die den JSTullwert des Stromes dar-

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stellen, und diese Aciisen des modifizierten Profils auf das ursprüngliche Profil rückübertragen sind.

j »its lt

{· Fig. 4 eine vereinfachte Schaltung e elektrischenYBand-

filters und seine Durchlaßcharakteristik.

Fig.5 eine Veranschaulichung der mathematischen Grundlagen_;

die die ve* eUm SfctneWai- ÜuutLfitttr ^w^tii^t HiMitlihit deffnfoen,

]?ig.6 einen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels für - eine^" erfindungsgemäße^ii Vorricntung,

Pig.6a eine perspektivische Ansicht eines leils der in I¹Ig.6 gezeigten Vorrichtung in vergrößertem Maßstab.

Mg.7 und 8 graphische Darstellungen, die die Punktion der in den Pig.6 und 6a gezeigten Vorrichtung veranschaulichenj

: lig.9 einen schematischen Aufriß einer weiteren Ausführungsformj

Fig.io eine schematische perspektivische Ansicht noch einer anderen Ausfülirungsformi

Fig.11 ein Schaltbild einer ersten elektrischen Ausführungs-

formj

Pig. 12 ein Diagramm, das die Yfirkungsweise der in JUg. 11 gezeigten Ausführungsform veranschaulicht^

Pig.15 und 14 schematisohe Darstellungen einer weiteren elekr trischen Ausführungsform und deren Wirkungsweisei

Pig.15 eine Skizze einer weiteren Ausführungsform und

Pig.16 eine schematische Darstellung noch einer anderen elektrischen Ausführungsforiü.

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Pig.6 der Zeichnungen zeigt eine Prüfvorrichtung für Oberflächenprofilej die Vorrichtung weist ein Meßgerät von der Art auf, bei der ein ^dtifvuber die Oberfläche des zu prüfenden Profils geführt wird und irgend-

welche Unregelmäßigkeiten der Oberfläche von dem ötift an einen ÜberträgerMweitergegßben,.werden, der ein diesen Unregelmäßigkeiten proportionales ließ-signal erzeugt. Ein derartiges keßsignal ist in der Kurve A der Pig.7 verkörpert. Um eine Profilspur, beispielsweise die Kurve A,_r ausmessen zu können, muß eine Bezugslinie errichtet werden, auf die sich die messungen beziehen können, und eine solche Linie ist bei B in Pig.7 dargestellt. Diese Bezugslinie B ist der Ort des runktes C und schneidet die Kurve A derart, daß die von der Kurve A oberhalb der Linie B abgegrenzten "Plächen gleich den Flächen unterhalb der Beaugslinie sind. Die Linie B kann auch als kittellinie bezeichnet werden} man erhält sie, indem-man eine Reihe von Ordinaten zexchnet, die ^aa wie folgt ableitet:

Betrachten ?iir den Punk,t C auf der Littellinie B, ■ dessen Ordinate bestimmt werden soll, iier Punkt O hat die glei~ ehe Abszisse wie der zugehörige Punkt D auf deiu Oberflkchenprofil. Es kann mathematisch gezeigt werden, daß man die'Ordinate von C berechnen kann, wenn man eine Anzahl von Ordinaten der Kurve A vor und hinter der Abszisse von i) ninxiiit und zwar in einem bestimmten' gleichen Abstand auf jeder beite des Punktes D. Die Berechnung geschieht dann, indem man einen Littelwert dieser Ordinaten bildet, dabei ab^r ein.größeres Gewicht den auf jeder Seite zunächst liegenden zumißt, gemäß

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der in Pig.8 dargestellten Kurve. Es ist günstig, aber für die Erfindung nicht wesentlich, wenn die Gewichte auf der einen Seite gleich denjenigen auf der anderen Seite des Punktes D sind. Man : bezeichnet dann die Gewichte als symmetrisch zum Punkt D·' Zu "beachten ist, daß mit wachsendem Abstand vom Punkt D auf jede-r Seite Stellen erreicht werden^ wo das der entsprechenden Ordinate ■ erteilte Gewicht Hull wird. Eine ausreichende Näherung für die gewünschte Mittellinie erhält man im allgemeinen, wenn man mit einer Bewertungsfunktion arbeitet, die am Ende des ersten negativen Abschnittes endigt; diese Stelle ist in Fig.8 mit u gekennzeichnet, wo der Anteil zwischen X und Y endet, dem zur Erzielung des Wertes der Ordinate von C ein negatives Gewicht für die Ordinaten gegeben werden muß. In manchen Fällen genügt es, einen Funktionstyp zu verwenden, bei demkein negativer Anteil auftritt.

Mit Bezug auf die Fig.6 und 7 der Zeichnungen weist die Vorrichtung einen Speicher zum Speichern des Meßsignals auf, das dann zur Ableitung eines weiteren Signals dient, mit dessen Hilfe eine Bezugslinie nach Art der oben beschriebenen gewonnen werden kann.

Außer dem Stift umfaßt die Vorrichtung ein Gehäuse 1, in dem eine Spule 2 eines unentwickelten Filmstreifens oder Filmbandes 3 untergebracht ist. Die Antriebswelle 4, die den Stift und den Übertrager haltert, ragt durch das Gehäuse 1 und wird von einem Synchronmotor M₁ über ein Antriebsritzel 4A bewegt. Ein Zahnrad· 5 schiebt den Filmstreifen über eine mitlaufende Rolle 6 durch eine Station 7 vor, an der das Meßsignal auf den Film 3 aufgezeichnet wird. Das Zahnrad 5 wird von einem Synchronmotor Mp eingetrieben. Nachdem der Film durch eine Verarbeitungskammer 8

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gelaufen ist, passiert er eine Station 9, dn der die auf dem Film aufgezeichnete Information ausgewertet wi£d. Die Station 7 enthält ein Galvanometer 10 mit einem Spiegel 11, der Licht von einem beleuchteten Schlitz 11A auf den Filmstreifen 3 fokussiert. Das Galvanometer 10 arbeitet in Abhängigkeit von einem Meßsignal, däe der Übertrager erzeugt. Im allgemeinen wird das von dem Übertrager stammende Signal- erst verstärkt, bevor es zu dem Galvanometer geleitet wird.

Das Galvanometer steuert die Bewegung des Spiegels und dieser zeichnet auf den unentwickelten Filmstreifen ein Profil auf, gegebenenfalls auf der einen Seite dunkel,auf der anderen klar, das dem Meßsignal entspricht. Der Filmstreifen oder das Filmband 3 kann von der Art sein, daß er durch eine nochmalige . , Belichtung, beispielsweise mit Hilfe der Lampe L, entwickelt wird, oder es kann ein unter der Handelsbezeichnung "Polaroid" bekannter Film sein« In letzterem Fall läuft er durch zwei Quetsch rollen 13 und wird dann in der Yerarbeitungskammer 8 entwickelt, bo daß eine undurchsichtige Spur 14 auf ihm sichtbar wird. Nach j

der Entwicklung und nach dem Überlaufen des Zahnrades 5a werden ] die Schichten des Polaroidfilms getrennt? der bildtragende Teil, der vorzugsweise die Form eines Dias hat, läuft weiter durch die Station 9i der übrige Teil läuft hinter dem Zahnrad 18A weg.

Während der Film durch die Station 9 läuft, kann die in der Entwicklungskammer gebildete Schleife aufgezehrt werden, bis der Film direkt vom Zahnrad 5 zum Zahnrad 5a zieht· Zugleich kann der Antrieb für das Zahnritzel 4A umgekehrt werden, so daß der Stift in seine Ausgangsposition zurückgeführt wird. Dann wird das Zahnrad 18 angehalten und der Antrieb wird auf die Zahnräder 4A

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und 5 für die nächste Probe rückgeschaltet.

Die im vorstehenden beschriebene Arbeitsfolge läßt sich leicht mit Hilfe der Synchronmotoren M₁, M₂ und M, und der zugehörigen Schalter S^S₂ und S^ durchführen. Der Motor M₁ ist ein Umkehrmotor und treibt das Ritzel 4Aan. Der Motor M₂ treibt das Zahnrad5, während der dritte Motor M, die Zahnräder 5a,18 und 18A dreht, die miteinander und mit dem Motor beispielsweise mittels eines gezahnten Ri'emens verbunden sind.

Die Schalter S₁ und S₂ unterbrechen, wenn sie durch auf der Antriebwelle sitzende Nocken geöffnet werden, die Stromzufuhr zu den Motoren. Der Handschalter S~, der zweckmäßigerweise ein Drehschalter oder ein Kippschalter ist, hat drei Arbeitsetellungen, nämlich 1) die Aus-Stellung, 2) S₁ wird kurzgeschlossen und Mg j und M₁, letzterer im Vorwärtslauf, werden eingeschaltet, 3) S« wird kurzgeschlossen und M~ sowie M₁ im Rückwärtslauf werden eingeschaltet.

In Fig.6 zeigen die gestrichelt gezeichneten Mehtbündel eine Möglichkeit, um die Intensität des auf die Photozelle 17 fallenden Lichtes zu steigern und so einen Ausgleich für die kleine Fläche des Films, die von dieser Photozelle erfaßt wird, zu schaffen.

Die auf diese Weise auf das Filmband aufgezeichnete Information wird nun in Station 9 ausgewertet, während das Filmband diese Station durchläuft. Hierbei werden zwei Signale aus dem Filmband abgeleitet, von denen das erste das

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Hüllenintegral eines bestimmten I¹ eiIs des i'ilmbandes verkörpert, das dazu dient, die aufeinanderfolgenden Ordinaten der Linie B darzustellen, während das zv;eite üignal- dem ursprünglichen Meß signal 'entspricht und dazu dient, aie Ordinatenfolge der Kurve A zu-repräsentieren.

Um das erste abgeleitete" Signal zu einem Hüllenintegral zu machen, in welchem bestirnte Seile des iießsignals je nach ihrem Abstand von der Ordinate der zu bestimmenden Besugslinie unterschiedliche Gewichte haben, wir-d das durch das JPilmband durchtretende Licht von einem filter 15A bewertet, dessen Dichte sich auf einer Lange nach Maßgabe der Bewertuiigsfunktion ändert. Im vorliegenden j'all, bei dem es positive und negative abschnitte gibt, werden diese dadurch abgesondert, daß eine entsprechende Anzahl-von Zylinderlinsen 15 derart angeordnet werden, daß das durch das Pilmbana tretende Licht in eine Anzahl von Lichtbündeln unterteilt wird, von denen jedes Bündel auf eine eigene Photozelle 16 fällt. Die Ausgänge der Photosellen 16 werden dann addiert bzw. subtrahiert und ergeben so das gewünsichte Signal.

Das Signal, das das unveränderte Meßsignal repräsentiert, wird von einer einzelnen, schmalen Photozelle 17 abgenommen, die auf der Symmetrieachse vor den Zylinderlinsen 15 sitzt.

Das Silmband "5 speichert also das 1.xeßsignal derart, daß beim Integrieren des Ließ signals jede 0 ruinate der so bestimmten Besugslinie die Kontur des L".e£signals vor und hinter dieser Ordinate berücksichtigt.

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Wenn eine vollständige Konturspur auf dem Film aufgezeichnet ist, hat der Yorderrand des Filmt) and es das Zahnrad cLir dns £sihn\rati 5* cn&irii ^It_nAe h&tur WjY«1 ciockn ο

18 er reicht "Had--- —e·l· Der eee mit dem aufgezeichneten Signal wird dann mit abgestimmter Geschwindigkeit von dem. Zahnrad 18^urch die Station 9 geführt.

Die beiden von den Photozellen 16 bzw. 17 abgenommenen Signale können in verschiedener 'weise verwendet werden. Zum Beispiel können sie dazu dienen, auf einen träger die Kurven ^, A und B aufzuzeichnen, die in -'■''ig.? gezeigt sind. !Unzweckmäßiger Träger iat in einer scnweioenden britischen Anmeldung iir. 23312/65 des gleichen Anmelders beschrieben. Bei- einer anderen iorm kann das von den Photozellen 16 integrierte oignd einen Aufze.ichner betätigen, der so angeordnet ist, daß er die Mittellinie auf dem Filmband 3 vienn das ^and durch das Be^ertuiigsgätter läuft. Hierzu sollte der stift ' durchsichtig oder derart geformt sein, daß tr möglichst v;enig Licht abdunkelt. In einer ander en Ausf ührungsf oi-m kann die algebraische Su^me der beiden Signale gebildet und integriert werden, so daß sie., die mittlere jibv/eiciiung der Kurve A von der Be^ugslinie B ergii^b. Diese wird als CLA oder Littelliniendurchschnitt bezeichnet; er ίΐε,ηη digital oder an einem Meßgerät angezei_ot werden. I;. gleicner Weise keimen a.:dere Parameter (wie beispielsweise die Amplituden der Erhebungen, die Trägeranteile, die Planken usw.) angezeigt werden. xⁱ'i_o. 3 iiCigt eine andere Ausführung sf or ja, bei der dts

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durch die Filmstreifen fallende Licht statt von den Linsen

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mit Hilfe von Spiegeln 16A in die gewünschte Zahl von licht-" bündeln unterteilt wird. In diesem Fall sind die Photozellen 16 zur Zelle 17 auf der entgegengesetzten Seite des Filmbandes 15a angeordnet} wobei aber diejenige Zelle, die am meisten zu dem integrierten Signal beiträgt, das ist die mittlere Zelle 16, nahe an der Zelle 17 angeordnet.ist, die ihrerseits als einzige das andere Signal liefert. Hierdurch werden Temperatureffekte an den letztgenannten Zellen möglichst gering gehalten.

Fig.9 zeigt eine weitere ^.„fuhrun^sform, die über-

i haupt ohne Filter auskoimit. Bei diesem Beispiel fällt das i

licht cuf eine große Anzahl von Zylinderspiegeln 2oB, aie es ; auf eine gleiche Anzahl von Photo^ellen 16 fokussieren. Die·

von einer dieser Photozellen aufgenommene lichtmenge hängt ■' von der Fläche des zugehörigen Spiegels ab.. Der Ausgang der Photozellen kann dementsprechend dazu dienen, eine Annäherung der gewünschten Bewertungsf anktion zu erhalten, wi'e in dem Diagramm der Fig.9 gezeigt ist. \

Das Ließ signal kaiin ■ natürlich auf verschiedene »»eise gespeichert werden. Zu^i .Beispiel kann L,an es auf einem lichtempfindlichen Schreibpapier speichern, das die Spur bei einer nochmaligen Belichtung durcix Solarisation erscheinen läßt. Ferner köiuate das Ließ signal auf einem lichtempfindlichen LIa* terial derart gespeichert werden, daß staxtcfer Erzeugung einer Konturspur die optische Diähte des lichtempfindlichen Ivlaterials nach. Il&^abe des Ließ signals ^ändert wird. In diesen Fall müsste die optische Ausrüstung für die Modulation des von den Photczellen empfangenen lichtes eine geeignet

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geformte Maske aufweisen, die nach Maßgabe der mathematischen Dichtespür Licht abschirmt; in Mg.Io ist eine Maske 2o zur ' ' Modulation des durch eine solche Spur fallenden Lichtes gezeigt.

Anstatt das von den Photozellen empfangene Licht durch ein Mlter zu modifizieren, kaun man die richtige Bewertung für das integrierte Signal auch dadurch erzielen, daß man den Ausgang der Photozellen beispielsweise durch eine Widerstands- oder Potentiometersteuerung entsprechend besenwert, In diesem 3PaIl können entweder die Ausgänge der einzelnen Zellen passend elektrisch verstärkt werden oder die einzelnen Zellen können so behandelt werden,daß sie ihre Eupfindlichkeit ändern. Lan kann auch die Modulation der Zellenausgänge kombinieren mit einer Modulation des von den Zellen aufgenommenen Lichtes, so daß sich die richtige Bewertung ergibt. j Der Abtaster, der aus dem Stift und dem Übertrager j besteht und eine Mimeinheit können, wie in Mg.1 gezeigt, in demselben Gehäuse untergebracht sein oder auch in gesonderten Gehäusen. Sie können auf mechanische- Weise, etwa durch ein Getriebe, gekoppelt sein oder auch auf elektrische Veise, etwa mittels synchroner Servo- oder cchrittschaltmotoren. : In den Mg.11 und 12 der Zeichnungen ist Bin weite- ! res Ausführungsbeispiel dargestellt, das ein elektrisches j Bandfilter aufweist, welches eine der oben beschriebenen Bewertungsfunktionen realisiert. Wenn das Mlter nach Maßgabe einer bestimmten Bewertungsfunktion ansprechen soll, so be-'deutet dies, daß seine Impulsempfindlichkeit die gleiche sein muß wie die Bewertungsfunktion. l:i vorliegenden Fall ist cties

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die Kurve 22, die symmetrisch zum Punkt '£ sein muß.

Die lig.11 und 12 zeigen ein Verfahren, um eine symmetrische Impulsempfindlichkeit mit Hilfe einer ,elektrischen Verzögerungsleitung, zu erzielen» Das Anspreclivermögen des gewünschten Mlters für einen Einheitsimpuls bei t=0 sei h(t). Dann erhält man das Ansprechvermögen einer Wellenrorm ausgedrückt als eine Funktion dei· Zeit wie folgt.: Angenommen die Wellenfcrm f (t) ist aus Impulsen zusammengesetzt, von-denen ein spezieller T dekunden vor t auftritt.. Zu diesem Zeitpunkt hat die Wellenform die Amplitude f(t-T), so daß der Impuls gleich f(t-T)dT ist. Dieser Impuls hat ein AnsprechverLiögen von f(t-T)dl multipliziert mit h(T)j folglich ibt das -gesamte. Aiis-prechveruiögeni .

F (t) = f (t-1¹) h (T) dl· ..·.·■

Die eingegebene vfölle an AB (siehe Jj¹Ig. 11) ist f(t). Die Welle riach einer Verzögeruiigsspainie T längs einer Verzögerungsleitung beträgt f (t-T). "ννβηη öü dem Abschnitt dl der Verzögerungsleitung ein Widerstand mit dem vu'lrkleitv/ert h(l') dl angeordnet ist, dann ist der von dem Clement dl¹ ge-

lieferte Strom f (t-l) h (T) dT. ΛίβΓ,η folglich längs der Verzögerungsleitung mehrere Vaderstände, wie ü^vig.11 erkennen läßt, in der Weise angeordnet sind, daß sie nach kaßgabe der liüpulsempfindlichkeit einer"gewünschten filtercharakteristik proportioniert sind, dann liefert der summierte Ausgangsstrom 1 diese Charakteristik. TIm eine perfekte Piltercharakteristik zu erzielen, müßte die Verzögerungsleitung eine perfekte Charakteristik haben, sowie eine unbegrenzte Anzahl von Anzapfungen

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und eine unbegrenzte Länge; man kann abeä? auch mit einer begrenzten Anzahl von Anzapfungen eine gute Annäherung an eine ideale Empfindlichkeit erreichen. Selbstverständlich muß darauf geachtet werden, daß die Virkleitwerte sehr viel kleiner sind als die der Verzögerungsleitung eigene Impedanz.

Fig.14 zeigt ein Ausführungabeispiel einer Verzögerungsleitung, die ein gewünschtes Pilterverhalten erzeugt. Hie gewünschte Impulsempfindlichkeit ist als Kurve 41 dargestellt, die auch negative Ordinaten hat. Um diese -Charalc- teristik zu erzielen, sind die Leitwerte g-jgpS^-'U-Svv. proportional zu den Ordinaten der gewünschten Empfindlicnkeit gewänltj zur Erfassung der negativen Ordinaten sind jedoch noch ein Umkehrverstärker 42 und ein addierender Verstärker 43- zugefügt, Der Ausgang des Verstärkers 43 ist f" (t) modifiziert durch ein filter mit einer symmetrischen Impuls empfindlichkeit. Wenn die gewünschte Impulsempfindlichkeit eine JDauer von 21 hat, wie in j?ig.14 dargestellt, dann muß die Verzögerungsleitung eine totale Verzögerung von 2 DJ haben. Der Ausgang des Verstärkers 43 ist dann die üezugsgröße für'das Profil f (t-ϊ). Hun existiert f (t-l) am llittelpunkt der Verzögerungsleitung, so daß man denken könnte, daß die Lessung- direkt durch Vergleich des Ausgangs von 43 mit dem Signal an dem iüittelpunkt der Verzögerungsleitung vorgenommen -werden könnte. In der Praxis würde dies erfordern,' daß die Verzögerungsleitung in der Lage sein müsste, das gesamte in f(t) enthaltene i'recuenzband zu übertragen, und dies würde eine sehr viel kostspieligere und kompliziertere Leitung erfordern, als für die filternde Punktion allein notwendig. Es ist daher zweckmäßig, wie in

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Fig. 14 gezeigt, ein eigenes Verzögerungsglied 44 einzuführen; das zum Beispiel in der Weise arbeiten kann, daß es f (t) • auf ein -durchlaufendes Magnetband aufzeichnet und es T Sekunden später mit Hilfe eines Lesekopfes wiedergibt. .Die Ausgänge ₍· von 43 und 44 können dann in 45 kombiniert werden und ergeben ein Maß für die Qberflächenbesciiaffenheit gemäß der Erfindung.

Fig.15 zeigt in schematischer Form eine weitere AusfuhrungBform der Erfindung, die sich elektrostatischer Mittel bedient, um die gewünschte symmetrische Impulsempfindlichkeit des Filters und die Signalverzögerung zu erzeugen. Ein nit amorphem Selen oder einer anderen photoleitenden Substanz -ibedeektes Band 5ο bewegt sich mit einer Geschwindigkeit S. Eine Lampe 511 ein Kondensor 52, ein Schlitz 53 und ein Objektiv 54 sind derart angeordnet, daß durch eine transparente j Elektrode 55 eine Lichtzeile quer auf das Band 5o fällt. Die Elektrode 55 wird mit dem Signal f(t) gespeist, .abgesehen von dem erwähnten Strahlengang ist die Vorrichtung abgedunkelt. Wenn das Licht auf die Photoleiteroberfläche fällt, bilden sich dort Ladungsträger und -die Oberfläche unterhalb der transparenten Elektrode lädt sich auf eine Spannung auf ,· die von dem Abstand der Elektrode bestimmt v/ird und proportional zur angelegten Spannung f(t) ist* Wenn dann die photoleitende. Oberfläche von der Elektrode wegläuft, trägt sie ein Ladungsmuster über ihre gesamte Breite, das den Werten von f(t) proportional ist. 56, 57> 58 und. 59 sind Elektroden, die die Abfühlelemente für Elektrometer-Verstärker darstellen und einen Abstand von- dem Band haben. Die Elektroden 56 und 57 sind gemäß den negativen Anteilen der gewünschten Impulsempfindlich» '

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keit des Filters geformt, während die Elektrode 58 gemäß dem positiven Anteil der gewünschten Filtercharakteristik geformt ist. 56 und 57 sind miteinander verbunden und zu einem Elektrometer-Verstärker geführt, während 58 einen zweiten Verstärker speist. Die Ausgänge dieser Verstärker werden subtrahiert und der Ausgang der subtrahierenden Schaltung stellt den Wert des Bezugspotentials dar und ist äquivalent zum Ausgang, von 43 in Pig. 14. Die Elektrode·· 59» die sehr schmal in Fortbewegungsrichtung des Bandes ist, nimmt eine Spannung auf, die proportional zu f (t-T) ist. Die erfindungsgemäßen Messungen der Oberflächenbeschaffenheit können durch Messen der Differenz zwischen den Spannungen A und B vorgenommen werdenj die Differenz zwischen den von den Elektroden 58 und 56, 57 aufgenommenen Potentialen ist das ursprüngliche Signal f (t), an dem ein Filter mit einer symmetrischen Impulsempfindlichkeit wirksam geworden ist_? und das von der Elektrode 59 aufgenommene Potential ist das ursprüngliche Signal, das so weit zeitlich verzögert ist, daß es mit der Spitze der Impulscharakteristik des Filters zusammenfällt.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig.14 wurde die gewünschte Filtercharakteristik dadurch erzielt, daß f (t) entnommen wurde, das mit Hilfe einer elektrischen Verzögerungsleitung zeitlich aufgelöst worden warj in·der Ausführungsform" der'Fig.15 dagegen v/urde die gewünschte Charakteristik erzielt, indem das Signal längs der Oberfläche des Bandes räumlich verteilt und dann entnommen wurde. Beim Beispiel der Fig.14 wird die Frequenzcharakteristik des realisierten Filters und insbesondere dessen Grenzfrequenz (d»i. die Signal-

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frequenz, "bei der das Ausgangssignal um 6 db unter seinen Maximalwert absinkt), von der Verzögerung de.· Verzögerungsleitung ■bestimmt und bleibt konstant. Beim Beispiel der Jig. 15 ' kann die Frequenzcharakteristik des Filters nach Wunsch modifiziert werden, indem die Geschwindigkeit des Photoleiterbandes gesteuert wird.

■ Mg.16 zeigt noch eine andere Ausführungsform der Erfindung, die sich zur Messung von Eundungen eignet, 'flenn ein in einer genauen Spindel befestigter Stift die Oberfläche eines runden Teils ringsherum abtastet, enthält das abgegebene Signal normalerweise Frequenzen in der G-egend der Hotationsfrequenz und deren harmonische Oberwellen. Die Komponente der Hotationsfrequenz stellt die Exzentrizität (d.i. die Verschiebung zwischen der Achse der Spindel und de r Mittellinie des Eeils) dar, während die harmonischen Frequenzen die Abweichung von einer perfekten runden Form repräsentieren. Um diese Abweichung zu messen, ist es notwendig, die von der Exzentrizität herrükende G-rundkomponente zu eliminieren, ohne störende Phasenverschiebungen zwischen den Harmonischen einzuführen.

In Fig.16 ist eine Spindel 61 dargestellt, die einen Stift und Übertrager 62 haltert, welche einen -nominal runden leil 63 ringsherum abfühlen. Der Ausgang des Übertragers f (t) wird in eine Verzögerungsleitung mit Abgriffen eingespeist, die in de,r_ Hauptsache die Form der in Fig. 11 dargestellten hat, so daß der Ausgang des Verstärkers 64 f (t) ist j das durch ein Filter mit symmetrischer -Impuls-' empfindlichkeit durchgegangen ist» Die gewünschte Amplituden-

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abhängigkeit des'Miters ist als Kurve 65 dargestellt. Diese Kurve hat keinen'Abfall bei der Rotationsfrequenz Wr $ an der doppelten Rotationsfrequenz und darüber hinaus ist sie völlig abgefallen, wobei der Kurvenabfall sinusförmig erfolgt ist.

Die -dieser gewünschten Amplitudenaharakteristik entsprechende Impulsecipfindlichkeit kann dargestellt werden als:

L(t)	3 wr. 2	sin YZ1 w* t	i	cos	wr/2	,· wobei
w^			1 -	(wrt)2. It

η Diese Iiapulsempfindlicnkeit hat jtfullwerte bei + ,

" 3 fr ■

worin fr die Rotationsfrequenz ist (d.i. wr/2/?). mxm die zeitliche Verzögerung der Verzögerungsschaltung gleich der Zeit gemacht wird, die der Stift benötigt um zwei Umlaufa auszuführen, und V;emi die Leitwerte g^gpg^ usw. genau proportional den Ordinaten der obigen Impulsempfindlichkeit gedacht werden, beträgt der Ausgang bei 64 f(t), das durch ein Filter mit der Amplituden charakteristik 65 gegangen ist und mit linearer Phasenverschiebung. Da zudem die zeitliche Verzögerung der Verzögerungsleitung gleich der Zeitdauer für zwei volle Umläufe des Stiftes gey/ählt ist und das Signal f(t) bei jedem Umlauf sich wiederholt, kann die Abweichung von der genauen Bundung des Teils direkt gemessen werdeji, indem man f (t) mit dem Ausgang von 64 in 66 vergleicht.

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ÖAD ORfGJNAL

Der Ausgang an 64 ist ein direktes Maß der Exzentri-' aität zwischen der Spindel und dem Teil. Es ist zu beachten, daß in Mg.16 die Verzögerungsleitung mit drei Gruppen von Leitwerten gezeichnet ist, die zu dem Verstärker für die posi-• tive Ordinate führen, und^mit zwei Gruppen von Leitwerten für den Verstärker der negativen Ordinate. Dies ist geschehen, weil bei dem Beispiel der Pig. 1-6 die Verzögerungsleitung drei FuIlwerte auf jeder Seite des Höchstwertes der symmetrischen Impulsempfindlichkeit überdeckt.

nach Maßgabe der Erfindung einen integrierenä»eör-^Omputer vorsieht, der einfach und ggnau^i*^t3i3der lange und zeitraubende BerephjiU££«ir"3erJ)aten für Oberflächenprofile von Werk- \gj ' '

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Claims (1)

1. Patentaneprttohe

   1. PrUfrorriohtung für Proflit, insbesondere für Proflit τοη ober· fläohenunregelmaSigkeiten, in der «in erstes 9IfBmX (Meisigmal) erseugt wird, da· proportional sur Amplitude der Profilunregol«» ma0igkeiten₍ b**ogen auf «int paieendt Beiugfgrtf··»ist, (iktinnlohnit dureh «inen Speioher ium 8ptloh«rn d·· enttn Signal· ml· «in· kontinuierlich· Punktion, movie duroh eine linriohtun«, die tob dem c«»p»ioh«rt«n ersten Signal ein iweitea Signal ableitet, dm· in jedem Augenbliok die Umhüllung eine· Torgegebenen Teil· d·· geepeioherten ermten BigBmlm mit einer «u einer momentanen Mittelordimmte symmetrischem ··- wertunevfunktion darstellt» wobei da· swvito Signal eine Mittellinie YerkOrpert* von der au· da· «r«t· Signal gemeeeen wird·

   S 0 9 3 1 6 / 0 5 O'Ö

   BAD ORIGINAL

   2. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine direkte numerische Ablesung der Parameter das zweite Signal, welehee die Mittellinie darstellt, mit einem das ursprüngliche Profil vorstellenden Signal kombiniert wird, welches geeignet zeitlich verzögert ist.

   3. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinie bei der Aufzeichnung einer graphischen Darstellung des ursprünglichen Profils überlagert wird.

   4. Torrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, daduroh gekennzeichnet, daß der Speicher das Meßsignal auf einem eine In- '

   - V

   formation aufnehmenden Material aufzeichnet.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 4, daduroh gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ableitung den Signals eine lichtquelle (12) aufweist, die das das gespeicherte Meßsignal tragende Material abtastet, sowie eine photoelektrische Einrichtung, die auf das von diesem Material ausgesandte Licht anspricht.

   6. Torrichtung nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch optische

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   Mittel, die das von der piezoelektrischen Einrichtung . " ;

   i· empfangene Licht derart modulieren, daß das integrierte - |

   Signal, das die photoe-lektrisehe Einrichtung liefert, in richtiger Weise bewertet ist.

   Vorrichtung nach Anspruch At dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrische'Einrichtung aus mehreren Photozellen (16) "besteht und die optisohen Mittel derart angeordnet sind, daß sie das Licht, das die Photozellen empfangen folien, in mehrere Strahlenbündel unterteilen, von denen Jedes eine eigene Photozelle beaufschlagt·

   Vorrichtung nach Anspruch J¹, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Mittel eine Anzahl von Zylinderlinsen (15) umfassen, die derart angeordnet sind, daß sie Jeweils das von einem bestimmten Teil des lichtempfindlichen Materials ausgehende Licht auf einer dazugehörigen Photozelle (16) fokussieren.

   Q/T, Vorrichtung nach Anspruch,# oder ß, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte Photozellen derart angeordnet sind, daß ihxe Ausgänge den Ausgängen der übrigen Photozellen entgegengerichtet werden· .

   ι ,

   JSi. Vorrichtung nach Anspruch Z oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher das Meßsignal auf ein lichtempfindliches Material aufzeichnet.

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   /Pf Sf* Torrichtung nach Anspruch^, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfindliehe Material ein Pilmband (3) ist.

   >. M'. ·
   Vorrichtung nach Anspruch,?/, dadurch gekennzeichnet, daß das Pilmband ein Polaroidfiim (Handelsbezeichnung) ist.

   M AX

   Vorrichtung nach Anspruch^ oder >e, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Weiterverarbeitung des lilmband&s, wenn das MeJ3signal aufgezeichnet ist·

   ^T *

   Vorrichtung nach einem der Ansprüche J$ bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufzeichnung des Meßsignals ein beweglicher Spiegel (11) vorgesehen ist_f der Teil eines Galvanometers (1o) und derart angeordnet ist, daß er licht auf das lichtempfindliche Material reflektiert, und daß das G-alvanometer in Abhängigkeit von dem Meß signal arbeitet.

   Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel, um ein zweites Signal aus dem gespeicherten Meßsignal abzuleiten, wobei das zweite Signal das Meßsignal repräsentiert.

   yf. Vorrichtung nach Anspruch ^, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die die algebraische Summe der'zwei Signale bildet.

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   i Vorrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet j daß ' der Speicher eine elektrische Verzögerungssohaltung aufweist, die das die Unregelmäsigkeiten darstellende Meßsignal speichert und dabei dieses Signal um eine 'bestimmte Zeitspanne verzögert. (Pig.11, 14)

   "Vorrichtung nach Anspruch >5", dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verzögerungsschaltung Widerstände aufweist, deren Werte umgekehrt proportional zur Amplitude der gewünschten Bewertungsfunktion des Hüllenintegrals gemacht sind.

   Vorrichtung nach Anspruch Ys₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungafunktion symmetrisch ist und die Verzögerungaschaltung die Form einer offenen Verzögerungsleitung hat, wobei die Eeflektion an dieser offenen Schaltung die zweite Hälfte der gewünschten Abhängigkeit liefert«

   20)&· Vorrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher eine isolierte Oberfläche aufweist, auf welcher das Meßsignal durch Ladungsdichten verkörpert wird·

   ^%0

   Vorrichtung nach Anspruch >ff, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ableitung eines das gewünschte Hüllen integral vorstellenden dignals mindestens eine Elektrode aufweist, die die Platte eines Elektrometers bildet und

   in der Foria der Bewertungsfunktion des Hüllenintegrals angepaßt ist·

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   der Lesekopf mit Leitern versehen ist, deren Abstände nach Maßgabe der Bewertungsfunktion proportioniert sind.

   ■;. , · tf . ■ Vorrichtung nach Anspruch 1, daaurch gekennzeichnet, daß der Speicher ein Magnetband aufweist und ein lesekopf vorgesehen ist» der in seiner Wirkung Signale liefert, die die gewünschte Bewertungsfunktion berücksichtigen.

   2Jf, Vorrichtung nach Anspruch jkr, dadurch gekennzeichnet, daß der Lesekopf mit Leitern umwunden ist,.die .auf seiner Länge gleichmäßig beabstandet sind.

   ^2. Vorrichtung nach Anspruch _£^, dadurch gekennzeichnet, daß

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