DE1947436C

DE1947436C - Method for determining the profile length of a surface profile section

Info

Publication number: DE1947436C
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 3003 Ronnenberg; Perthen Johann Dipl.-Ing. Dr.-Ing. 3000 Hannover Gerighausen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1972-05-10

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Profillänge eines Oberflächen-Profilabschnittes unter Benutzung der Formel für die Bogenlänge einer in ein rechtwinkliges Koordinatensystem (mit den Koordinaten χ und y) eingetragenen ebenen KurveThe invention relates to a method for determining the profile length of a surface profile section using the formula for the arc length of a plane curve entered in a right-angled coordinate system (with the coordinates χ and y)

Die gebräuchlichen Oberflächenmeßgeräte liefern ein dem Oberflächenprofil entsprechendes elektrisches Ausgangssignal Ua als Funktion der Zeit ι; die obige Gleichung (1) muß daher auf die Größen umgeformt werden:The usual surface measuring devices supply an electrical output signal Ua corresponding to the surface profile as a function of time ι; the above equation (1) must therefore be converted to the following values:

L =L =

IOIO

mit einem längs des Profilabschnittes relativ zur Oberfläche beweglichen Tastsystem, das ein dem Oberflächenprofil entsprechendes elektrisches Ausgangssignal liefert, das einer Differenzierstufe zugeführt wird.with a movable probe system along the profile section relative to the surface, which is a dem Surface profile supplies corresponding electrical output signal, which is fed to a differentiating stage will.

Zur Beschreibung der mikrogeometrischen Eigenschaften der Oberfläche von Werkstücken sind verschiedene Oberilachenmaße bekannt und genormt. Sie charakterisieren vorwiegend die Eigenschaften der Oberfläche in vertikaler Richtung. Von den genormten Maßen macht lediglich der Traganteil, der das Verhältnis der tragenden Länge zur Bezugsstrecke angibt, auch eine Aussage über die Oberflächenbeschaffenheit in horizontaler Richtung. Ein Verfahren zur elektrischen Bestimmung des Traganteilig zeigt beispielsweise die deutsche Patentschrift 1 271 99S.There are various ways of describing the microgeometric properties of the surface of workpieces Upper area known and standardized. They mainly characterize the properties the surface in the vertical direction. Of the standardized dimensions, only the contact area makes which indicates the ratio of the load-bearing length to the reference distance, also a statement about the surface quality in the horizontal direction. A method for the electrical determination of the proportion of contact shows, for example, the German patent specification 1 271 99S.

Ein Oberflächeii.naß, das die Gestalt einer Oberfläche sowohl in vertikaler als aveh in horizontaler Richtung erfaßt, ist ferner di<* gestreckte Länge eines Profilabschnittes, d. h. die Länge de, Ist-Profils. Zur näherungsweisen Bestimmung dieser Profillänge ist ein Verfahren bekannt (Patentschrift Nr. 65 458 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin), bei dem der Wurzelausdruck in der eingangs genannten LängenformelA Oberflächeii.naß that the shape of a surface in both the vertical aveh detected in the horizontal direction, is further di <* stretched length of a profile section, ie the length de, actual profile. For the approximate determination of this profile length, a method is known (patent specification No. 65 458 of the Office for Invention and Patents in East Berlin), in which the root expression in the length formula mentioned at the beginning

II.

durch zwei Glieder der Taylor-Reihe ersetzt ist. Diese Näherung erscheint jedoch bei hohen Ansprüchen an die Meßgenauigkeit nicht ausreichend.is replaced by two members of the Taylor series. However, this approximation appears with high demands the measurement accuracy is insufficient.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das mit schaltungstechnisch einfachen Mitteln eine sehr genaue Bestimmung der Profillänge eines Oberflächen-Profilabschnittes ermöglicht.The invention is therefore based on the object of developing a method with circuitry simple means a very precise determination of the profile length of a surface profile section enables.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das differenzierte Ausgangs-Signal einem Modulator zugeführt wird, in dem es mit einer Trägerfrequenz gemischt wird, daß ferner dieses modulierte Trägcrfrcquenzsignal mit einem um 90 phasenverschobenen, in seiner Amplitude mit der Abtastgeschwindigkeit des Tastsystems proportionalen Signal gleicher Frequenz geometrisch addiert wird und daß das nach Entfernung der Trägerfrequenz erhaltene demodulierte Signal innerhalb der Grenzen des Oberflächen-Profilabschnittes integriert wird. According to the invention, this object is achieved in that the differentiated output signal is fed to a modulator in which it is mixed with a carrier frequency, and that this modulated carrier frequency signal is also transmitted with a signal of the same frequency, phase-shifted by 90 and proportional in amplitude to the scanning speed of the probe system is added geometrically and that the demodulated signal obtained after removal of the carrier frequency is integrated within the limits of the surface profile section.

FUr die Bogenlänge L des zwischen den Grenzen a und b liegenden Abschnittes einer in ein rechtwinkliges Koordinatensystem (mit den Koordinaten χ und >') eingetragenen ebenen Kurve gilt die eingangs genannte Formel: For the arc length L of the section between the limits a and b of a flat curve entered in a right-angled coordinate system (with the coordinates χ and>'), the formula mentioned at the beginning applies:

Ua = k · y = fit). Ua = k y = fit).

(2)(2)

Die Konstante k berücksichtigt den Zusammenhang zwischen der Auslenkung des Meßfühlers und dem elektrischen Ausgangssignal.The constant k takes into account the relationship between the deflection of the sensor and the electrical output signal.

Bezeichnet man die Abtastgeschwindigkeit des Tastsystems mit υ, so gilt für den horizontalen Weg χ des Tastsystems die BeziehungIf the scanning speed of the touch probe is denoted by υ, then the relationship applies to the horizontal path χ of the touch probe

χ =χ =

■ t.■ t.

(3)(3)

Setzt man die Gleichungen (2) und (3) in Gleichung (1) ein, so erhält manSubstituting equations (2) and (3) into equation (1), one obtains

r r

¹I ¹ I.

(4)(4)

Eine einfache Umformung ergibtA simple transformation results

fdUa\² fdUa \ ²

(5)(5)

L· — L -

dx.dx.

(D F i g. 1 zeigt eine Schemaanordnung zur Ermittlung der Profillänge nach dem erfindungsgemäßen Verfahren an Hand der vorstehend abgeleiteten Gleichung (5). (D FIG. 1 shows a schematic arrangement for determining the profile length according to the method according to the invention on the basis of equation (5) derived above.

Die Anordnung enthält einen Vorschubapparat 1, der mit einem Meßfühler 2 das Oberflächenprofil 3 abtastet. Das elektrische Ausgangssignal des Meßfühlers 2 gelangt über einen Verstärker 4 mit eingebautem Hochpaß (cut off) zu einer Differenzierstufe 5. Das differenzierte Signal wird einem Modulator 6 zugeführt und dort mit einer von einem Oszillator 7 gelieferten Trägerfrequenz gemischt. Der Oszillator 7 liefert ferner ein Signal gleicher Frequenz, dessen Amplitude der Abtastgeschwindigkeit ν des von dem Meßfühler 2 und dem Vorschubapparat 1 gebildeten Tastsystems entspricht, an einen Phasenschieber 8, der die Phase dieses Signals um 90° dreht.The arrangement contains a feed apparatus 1 which scans the surface profile 3 with a measuring sensor 2. The electrical output signal of the sensor 2 reaches a differentiating stage 5 via an amplifier 4 with built-in high-pass filter (cut off). The differentiated signal is fed to a modulator 6 and mixed there with a carrier frequency supplied by an oscillator 7. The oscillator 7 also supplies a signal of the same frequency, the amplitude of which corresponds to the scanning speed ν of the probe system formed by the sensor 2 and the feed apparatus 1, to a phase shifter 8 which rotates the phase of this signal by 90 °.

Die beiden vom Modulntor 6 und vom Phasenschieber 8 abgegebenen Signale werden sodann in einer Addierstufe 9 geometrisch addiert. Das Additionssignal gelangt dann in einen vom Oszillator 7 gesteuerten Demodulator 10, wo die Trägerfrequenz entfernt wird. Das demodulierte Signal wird in einem vom Vorschubapparat 1 gesteuerten Integrator 11 innerhalb der Grenzen α und b des Oberflächen-Profil abschnittes 3 integriert. Ein Instrument 12 dient zur Anzeige des integrationsergebnisses L. The two signals emitted by the module gate 6 and by the phase shifter 8 are then added geometrically in an adder 9. The addition signal then reaches a demodulator 10 controlled by the oscillator 7, where the carrier frequency is removed. The demodulated signal is integrated in an integrator 11 controlled by the feed apparatus 1 within the limits α and b of the surface profile section 3. An instrument 12 is used to display the integration result L.

F i g. 2 veranschaulicht die elektrische Erzeugung des in Gleichung (5) enthaltenen Quadratwurzel-Ausdruckes. Das vom Modulator 6 der Addierstufe 9 zugeführte Signal entspricht dem Vektor F i g. Figure 2 illustrates the electrical generation of the square root expression contained in equation (5). The signal fed from the modulator 6 to the adder 9 corresponds to the vector

_L ^aUa T' dt ' _L ^aUa T 'dt'

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436436

Das vom Phasenschieber 8 an die Addierstufe 9 abgegebene Signal entspricht dem gegenüber dem erstgenannten Signal um 90° phasenverschobenen Vektor p. Die geometrische Addition beider Vektoren führt zu dem in Gleichung (5) unter dem Integralzeichen stehenden Quadratwurzel-AusdruckThe signal delivered by the phase shifter 8 to the adder 9 corresponds to the vector p which is phase-shifted by 90 ° with respect to the first-mentioned signal. The geometric addition of both vectors leads to the square root expression in equation (5) under the integral sign

Die .vom Instrument 12 angezeigte Spannung ist damit proportional der gesuchten Profillänge L des Überflächen-Profilabschnitxes α bis b. The voltage displayed by the instrument 12 is thus proportional to the sought profile length L of the surface profile section α to b.

Claims

Claim:

Method for determining the profile length of a surface profile section using the formula for the arc length (L) of a plane curve entered in a right-angled coordinate system (with the coordinates χ and y)

with a probe system which is movable along the profile section relative to the surface and which supplies an electrical output signal corresponding to the surface profile, which is fed to a differentiating stage, characterized in that the differentiated output signal (dt / a / dr) is fed to a modulator (6) in which it is mixed with a carrier frequency, that this modulated carrier frequency signal is added geometrically with a phase shifted by 90 °, in its amplitude with the scanning speed (v) of the scanning system (1, 2) proportional 5, - the demodulated signal obtained at the carrier frequency is integrated within the limits (α and b) of the surface profile section (3).

1 sheet of drawings