DE19817406C1 - Gerät und Verfahren zur Messung von Werkstückoberflächen, insbesondere zur Rauheitsmessung - Google Patents

Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Messgerät ist keine manuelle Einstellung von Mess- oder Auswerteparameter 1r bzw. lambdac erforderlich. Dazu analysiert das Messgerät die unter Zugrundelegung einer Annahme für den Mess- bzw. Auswerteparameter 1r oder lambdac gefundenen Rauheitskennwerte daraufhin, ob sie in vorgegebenen Wertebereich fallen. Falls nicht, werden die Mess- bzw. Auswerteparameter 1r oder lambdac angepaßt, wobei die Messung erst beendet wird, wenn der zumindest erforderliche Messweg durchlaufen ist. Weder ist eine vorherige Bestimmung der erforderlichen Parameter noch eine Wiederholung der Messung erforderlich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Messgerät und ein Mess­ verfahren zur Bestimmung von Kenngrößen von Werkstück­ oberflächen.

Die Oberflächenrauheit von Werkstücken wird in der Regel bestimmt, indem die Oberfläche bspw. mechanisch abgetastet und die so entstandenen Signale weiterverar­ beitet bzw. ausgewertet werden. Die Signale bilden dabei die Oberfläche des Werkstücks entlang einer Abtastlinie ab. Bei Rauheitsmessungen sind keine Absolutmesswerte sondern spezielle Rauheitsparameter von Interesse. In dem durch Abtasten der Oberfläche gewonnenen Signal sind jedoch neben der Rauheit weitere Signalanteile enthalten und den Rauheitswerten gewissermaßen überlagert. Bspw. können in dem Signal relativ langwellige Signalanteile vorhanden sein, die bspw. auf Abweichung der Werkstück­ oberfläche von einem Referenzprofil zurückgehen. Wird bspw. ein Rauheitsmessgerät auf einer Geraden über eine gekrümmte Oberfläche geführt, können solche Signalanteile entstehen.

Das Rauheitssignal kann außerdem periodisch oder nichtperiodisch sein. Periodische Signale entstehen bspw. infolge regelmäßig wiederkehrender Bearbeitungsspuren. Dies können bei einem Drehbearbeitungsvorgang erzeugte Riefen oder ähnliches sein. Nicht periodische Rauheits­ profile können bspw. geschliffene Werkstückoberflächen sein.

Sowohl zur Messung nicht periodischer Rauheitsprofi­ le als auch zur Messung periodischer Rauheitsprofile sind für unterschiedliche Rauheitswerte jeweils unterschiedli­ che Tastlängen vorgeschrieben (Iso 4288: 1996 (E)). So­ wohl wegen der unterschiedlichen Messweglängen als auch evtl. unterschiedlicher Erfordernisse zum Herausfiltern des Rauheitssignals aus dem von einem Taster abgegebenen Signalgemisch kann es erforderlich werden, die konkrete Rauheitsmessung an äußere Gegebenenheiten und das Mess­ objekt anzupassen. Dies setzt voraus, dass der Bediener entsprechende Einstellungen vornimmt und bei der Messung kritisch darauf achtet, dass das Rauheitsmessgerät ent­ sprechend eingestellt bzw. die erhaltenen Signale ent­ sprechend nachverarbeitet werden.

Aus der DE-OS 16 73 865 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung eines Oberflächenmaßes be­ kannt. Die Einrichtung weist einen Taster auf, der über eine gegebene Wegstrecke über die Oberfläche eines Werk­ stücks bewegt wird und dabei an seinem Ausgang ein elek­ trisches Signal abgibt. Dies wird einer Auswerteschaltung zugeführt, die als Rechenschaltung ausgebildet ist. Die Rechenschaltung die aus mehreren Schaltern Kondensatoren sowie sonstigen elektronischen Bauelementen gebildet ist, wertet die Signale aus und bestimmt einen Rauheitskenn­ wert Rz.

Zur genaueren Auswertung muss die Abtaststrecke mehrfach durchlaufen werden.

Aus der DE 43 15 745 A1 ist ein Messgerät zur Messung der Rauheit von Werkstückoberflächen ersichtlich. Das Messgerät weist eine Aufnahmeeinrichtung zur Abtastung einer Werkstückoberfläche auf. Die abgegebenen Signale kennzeichnen den Verlauf der Oberfläche wenigstens ent­ lang einer Abtastlinie. Es ist eine Signalverarbeitungs­ einrichtung vorgesehen, die die Signale von der Aufnah­ meeinrichtung erhält und diese verarbeitet. Unter Zu­ grundelegung wenigstens eines festgelegten Parameters, bspw. der Länge L in einer Korrekturfunktion, werden Kennwerte R_q, R_a, λ_m, λ_q, R_t, R_z, R_max, λ_max. Die Auswerteein­ richtung enthält einen AD-Wandler zur Umwandlung der Messsignale in einem Datensatz. Dieser wird in einem Speicher zwischengespeichert, indem er zur weiteren Nach­ verarbeitung zur Verfügung steht.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Messgerät zu schaffen, das sich automatisch an die zu untersuchende Werkstückoberfläche anpasst. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, ein Messverfahren zu schaffen, mit dem eine Anpassung eines Messgeräts an ein konkretes Messobjekt vorgenommen werden kann.

Diese Aufgaben werden mit dem Messgerät nach An­ spruch 1 bzw. dem Messverfahren nach Anspruch 16 gelöst.

Das erfindungsgemäße Messgerät weist eine Aufnahmee­ inrichtung auf, die ein den Verlauf der Oberfläche des Werkstücks entlang einer Abtastlinie kennzeichnendes Signal abgibt. Die Aufnahmeeinrichtung ist vorzugs- aber nicht notwendigerweise eine mechanische Abtastvorrichtung wie bspw. ein Tastschnittmessgerät. Die von der Aufnah­ meeinrichtung abgegebenen Signale werden einer Signalver­ arbeitungseinrichtung zugeleitet, die zur Signalverarbei­ tung einen Mess- und/oder (Auswerte-)Parameter benötigt. Dieser ist bspw. die Messweglänge und/oder ein Filterpa­ rameter zur Filterung des erhaltenen Signals.

Zu Beginn der Messung befindet sich das Messgerät in einer Grundeinstellung, die so gewählt ist, dass sie für die weitaus meisten Fälle die richtige ist. Bspw. kann dies, wenn der Auswerteparameter eine Grenzwellenlänge λc bzw. eine Bezugsstreckenlänge lr ist mit λc = 0,8; lr = 0,8 erreicht werden. (Im Regelfall wird eine Messweglänge lm von fünf Bezugslängen verwendet.) Auf Basis dieser Voreinstellung bestimmt die Signalverarbeitungseinrich­ tung nun einen oder mehrere Kennwerte, bspw. einen Rau­ heitskennwert ungeachtet dessen, ob der festgelegte Aus­ werteparameter, d. h. bspw. die festgelegte Grenzwellen­ länge für den vorliegenden Messfall tatsächlich der rich­ tige Parameter, d. h. die richtige Grenzwellenlänge ist.

Nach einem gewissen Messweg (oder auch einer Mess­ zeit) prüft die Signalverarbeitungseinrichtung nun, ob der ermittelte Kennwert in einem Bereich liegt, der dem vorgewählten Parameter zugeordnet ist. Der Kennwert kann bspw. eine Rauheitskenngröße Ra, RSm oder Rz oder auch eine andere Kenngröße sein. Es ist bedarfsweise auch die Bestimmung von Profilen oder deren Kenngrößen möglich. Liegt der ermittelte Kennwert nicht in dem Bereich, der dem vorgewählten Parameter zugeordnet ist, wird ein ande­ rer Parameter verwendet. Dies kann bspw. eine größere Grenzwellenlänge und/oder ein größerer Messweg sein. Damit wird zugleich die Fortsetzung der Messung festge­ legt, wobei die bereits vorgenommene Messung nicht wie­ derholt werden muss. Für die Verarbeitung der Signale (Messwerte) gilt nun der korrigierte Parameter, der auf die bereits erfassten aufgezeichneten Messwerte und die noch zu ermittelnden Messwerte anzuwenden ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Messgerät lässt sich die Rauheit unbekannter Werkstückoberflächen ohne manuelle Einstellung von Mess- und Auswerteparametern vornehmen. Das Messgerät passt sich automatisch an die Gegebenheiten unterschiedlicher Werkstückoberflächen an. Ist der er­ mittelte Kennwert ein Rauheitskennwert Ra, Rz oder RSm und ist dieser relativ groß, legt das Messgerät automa­ tisch einen entsprechend großen Messweg fest. Bei kleinen Rauheitskennwerten wird die Messung bereits nach einem kurzen Messweg beendet. In beiden Fällen werden normge­ rechte Messwerte geliefert.

Außerdem ist es möglich, das erhaltene Signal zu filtern, um der Werkstückform zuzuordnende Signalanteile vor der Bestimmung der Rauheitskennwerte unwirksam zu machen. Das Filter ist dabei vorzugsweise auf das Selek­ tieren nach der Wellenlänge eingerichtet, was vorteilhaf­ terweise Einflüsse der Vorschubgeschwindigkeit aus­ schließt. Wird in dem Signal eine Periode erkannt, wird auf den Auswertemodus für periodische Rauheitsprofile umgeschaltet und es werden die Rauheitskenngrößen für periodische Profile bestimmt.

Das Filter ist normgerecht ein Gaußfilter. Es kann insbesondere zur schnellen und evtl. überschläglichen Bestimmung der Rauheitskennwerte auch als sogenanntes Rechteckfilter ausgebildet sein. Ein solches kann reali­ siert werden, indem jeweils eine vorbestimmte Anzahl von Abtastwerten des Signals einer Mittelwertbildung unter­ zogen werden. Ein solches Filter ist im Rahmen der digi­ talen Messwertverarbeitung mit äußerst geringem Rechen­ aufwand realisierbar, was insbesondere für tragbare und einfache Messgeräte und zur Filterung in Echtzeit während der Messung von Bedeutung ist. Dies eröffnet die Möglich­ keit, während der Messung zur Bestimmung der Rauheits­ kenngrößen, die für die Entscheidung über den Fortgang der Messung d. h. zur Festlegung der Parameter erforderli­ chen Kennwerte zunächst mit geringem Rechenaufwand mit dem Rechtckfilter zu bestimmen. Nachfolgend können die gewünschten Parameter anhand der aufgezeichneten Abtast­ werte, d. h. anhand des aufgezeichneten ungefilterten Profils normgerecht und, falls erforderlich, mit höherem Rechenaufwand bestimmt werden. Beispielsweise kann das ungefilterte Profil zur Bestimmung der Rauheitskennwerte normgerecht mit einem Gaußfilter mit der erforderlichen Grenzwellenlänge gefiltert werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Messgerät muss keine Mes­ sung wegen falscher Einstellung eines Auswertekennwerts wiederholt werden. Das Messgerät bestimmt während der Messung die erforderlichen Auswertekennwerte und bricht die Messung erst dann ab, bzw. erklärt die Messung erst dann für beendet, wenn der gemäß dem während der Messung simultan bestimmten Auswertekennwert erforderliche Messwert erreicht ist.

Bei einer weiterentwickelten Ausführungsform können gleichzeitig mehrere Parameter simultan verwendet werden und entsprechend mehrere Kennwerte parallel ermittelt werden. Während der Messung wird dann überprüft, welcher der Kennwerte in dem seinem Parameter zugeordneten Be­ reich liegt. Dieser Parameter wird dann als relevanter Parameter und der entsprechende Kennwert als gültiger Kennwert festgelegt. Die weitere Messwertverarbeitung erfolgt dann auf Basis des so aufgefundenen Parameters.

Die Periodizität des Signals kann durch eine Auto­ korrelationsfunktion bestimmt werden. Weitaus weniger Rechnungleistung wird benötigt, wenn die Streuung der Länge einzelner Profilelemente, d. h. bspw. die Streuung der Abstände der in dem Signal enthaltenen Nulldurchgänge voneinander bestimmt wird. Dabei werden kleinste Profil­ elemente, deren Amplituden und Breiten vorgegebene Schwellen unterschreiten, nicht berücksichtigt. Ist die auf den Mittelwert normierte Streuung der Breiten der Profilelemente größer zwei, ist keine ausgeprägte Peri­ odizität mehr vorhanden. Ist die Streuung jedoch kleiner als 2, kann das Signal als periodisch angesehen werden. In Abhängigkeit vom Einzelfall kann die Grenze auch ab­ weichend zwischen Eins und Drei festgelegt werden, bspw. auf 1,5 oder andere Werte. Als Filter kann sowohl ein Gaußfilter als auch das obengenannte Rechteckfilter zur Anwendung kommen. Die Grenzwellenlänge λc zum Abschneiden der langwelligen Anteile liegt in der Regel oberhalb der Wellenlänge regelmäßiger Bearbeitungsspuren. Außerdem kann automatisch auf die entsprechende Auswertetabelle umgeschaltet werden. Bei nichtperiodischen Signalen, die anhand der großen Streuung der Längen der einzelnen Pro­ filelemente erkannt werden, wird automatisch auf die Ta­ belle für nichtperiodische Rauheitsprofile umgeschaltet.

Entsprechend Vorzüge ergeben sich durch Benutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Weitere Einzelheiten vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindungen ergeben sich aus der Zeichnung, der nachfolgenden Beschreibung und/oder Patentansprüchen.

In der Figur ist die Erfindung anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 ein Messgerät mit einer zugehörigen Auswerte­ einrichtung, in aufs äußerste schematisierter Darstel­ lung,

Fig. 2 einen Ablaufplan zur Verdeutlichung der Funk­ tionsweise des Messgeräts und der Auswerteeinheit nach Fig. 1,

Fig. 3 und Fig. 4 ein Blockschaltbild des Messgeräts nach Fig. 1,

Fig. 5a ein Primärprofilsignal mit einer Vertikal­ auflösung von 0,5 µm pro Teilstrich und einer Horizontal­ auflösung von 0,25 mm pro Teilstrich in ungefiltertem Zustand,

Fig. 5b das Rauheitsprofil, das durch Filterung aus dem Primärprofil gemäß Fig. 5a mittels eines Gaußfilters mit einer Grenzwellenlänge von 0,25 mm erhalten worden ist, mit einer Vertikalauflösung von 0,5 µm pro Teilstrich und einer Horizontalauflösung von 0,25 mm und einer Ver­ anschaulichung der Rauheitsmaxima zur Berechnung von Rz,

Fig. 5c ein Primärprofil mit Formanteil und periodi­ schem Anteil, in einer Darstellung mit einer Vertikal­ auflösung von 25 µm und einer Horizontalauflösung von 2,5 mm, und

Fig. 5d die Rauheit, gewonnen durch Filterung des Profils nach Fig. 5c, mit einem Gaußfilter, das eine Grenzfrequenz von 2,5 mm aufweist, in einer Vertikalauflö­ sung von 25 µm und einer Horizontalauflösung von 2,5 mm und mit Darstellung der einzelnen Breiten Xsi der Profilele­ mente zur Berechnung des Rauheitskennwerts RSm.

Beschreibung

In Fig. 1 ist ein nach dem Tastschnittprinzip ar­ beitendes als Rauheitsmessgerät 1 ausgebildetes Messgerät schematisiert veranschaulicht. Zu dem Rauheitsmessgerät 1 gehört ein Taster 2, der einen Taststift 3 zur Abtastung einer Oberfläche 4 eines Werkstücks 5 aufweist. Der Ta­ ster 2 wird dazu mittels eines nicht weiter veranschau­ lichten Vorschubgeräts entlang einer Bahn, bspw. einer Geraden im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche 4 des Werkstücks 5 bewegt. Dies ist in Fig. 1 durch einen Pfeil 6 angedeutet. Der Taststift 3 weist eine definiert verrundete Spitze 7 auf, die über die Oberfläche 4 ge­ führt wird und entsprechend dem Oberflächenprofil und der Oberflächenrauheit ausgelenkt wird. Die von der Tastspit­ ze 3 ausgeführten Bewegungen sind durch einen Pfeil 8 symbolisiert. Sie werden von einem Messwandler 9 erfasst, der an seinem Ausgang 10 ein der Auslenkung des Taststift 3 entsprechendes Signal abgibt.

Das von dem Ausgang 10 und somit von dem Taster 2 abgegebene Signal wird über eine geeignete Verbindung 12 einer Signalverarbeitungseinrichtung 14 zugeführt, die als Auswerteeinheit dient. Die Signalverarbeitungsein­ richtung 14 enthält bspw. einen Mikroprozessor, der eine Zentraleinheit 15 bildet. Diese steht mit einem Speicher 16 in Verbindung, der in Speicherbereich 16a, 16b aufge­ teilt sein kann. Wenigstens einer der Speicherbereiche, im vorliegenden Beispiel Speicherbereich 16b, ist als nichtflüchtiger Speicher ausgebildet und enthält bspw. zwei Tabellen Tab 1 und Tab 2. Außerdem ist die Zentral­ einheit 15 mit einer Anzeige- und Bedieneinrichtung 17 verbunden. Die Anzeige- und Bedieneinrichtung 17 weist Tasten oder ein Tastenfeld sowie eine Anzeige auf, mit der wenigstens ein erfasster Kennwert numerisch anzeigbar ist.

Die Zentraleinheit 15 wird von einem Programm ge­ steuert. Einige Funktionen dieses Programms ergeben sich aus den Blockschaltbildern der Fig. 3 und 4. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, wird der Taster 2 über die Oberfläche 4 geführt, wodurch die Tasterspitze 7 das Profil der Werkstückoberfläche 4 erfasst. Das Profil wird dabei gegen ein Referenzprofil gemessen, das bspw. von einer Linearführung eines Vorschubgeräts oder von Kufen und der Oberfläche 4 eines Werkstücks gebildet wird, auf das das Rauheitsmessgerät 1 aufgesetzt ist. Zur Profilerfassung dient eine Antriebseinheit 19, die den Taster 2 relativ zu dem Werkstück 5 bewegt. Der Messwandler 9 nimmt dabei die in der Messschleife erzeugte Bewegung der Tasterspit­ ze 7 auf und leitet sie an einen Verstärker 21 weiter, der bereits Teil der zentralen Verarbeitungseinheit 15 sein kann. Mit einem nachfolgenden AD-Umsetzer 22 wird das Ausgangssignal des Wandlers 9 in ein Digitalsignal umgesetzt, das wie das Ausgangssignal des Wandlers 9 unterschiedliche Signalanteile enthält. Durch Verknüpfung mit den Vorschubdaten kann das Gesamtprofil bestimmt und bei einem Ausgang 23 ausgegeben werden. In diesem Signal sind auch Anteile enthalten, die bspw. von einer Sollform des Werkstücks herrühren, sofern diese von dem Referenz­ profil abweicht. Nachdem die Sollform bekannt ist, kann diese in einem entsprechenden Rechenblock 24 entfernt werden, indem die Sollform von der tatsächlich erfassten Form subtrahiert wird.

Weitere Signalanteile, die nicht zu dem Primärprofil gehören (bspw. durch eine Verrundung der Tasterspitze 7 hervorgerufen sind), können durch einen kurzwelligen Tiefpass 25 aus dem Signalgemisch ausgeblendet oder ent­ fernt werden. Bedarfsweise kann das so erzeugte Profil an einem Ausgang 26 ausgegeben werden. Das Profil enthält sowohl Form- als auch Rauheitsanteile.

Zur Bestimmung der Rauheit wird das Primärprofil wie Fig. 4 veranschaulicht, einem Profilfilter 27 zugelei­ tet, das mit einer Grenzwellenlänge λc längerwellige An­ teile aus dem Signalgemisch ausfiltert. Die kurzwellige­ ren Anteile bilden das Rauheitsprofil, das am Ausgang des Profilfilters 27 bei 28 zur Verfügung steht. Das Rau­ heitsprofil wird nun einem Rechenblock 29 zugeführt, der Rauheitsparameter wie bspw. Rz oder RSm bestimmt. Diese Rauheitsparameter werden einem Ausgangsblock 30 zuge­ führt, der sie abspeichert und evtl. der Bedien- und Anzeigeeinrichtung 17 nach Fig. 1 zuführt. Außerdem kann ein Signalpfad 31 vorgesehen sein, der das Rauheitsprofil dem Ausgangsblock 30 zuführt, so dass dieser eine Profil­ aufzeichnung vornehmen kann. Das Profil kann dann in einem Speicher wie bspw. dem Speicher 16a nach Fig. 1 abgelegt werden.

Um die Rauheitsmessung normgerecht vornehmen zu können, benötigen das Profilfilter 27 eine korrekte Ein­ stellung für die Grenzwellenlänge λc und es muss der Messweg auf ein geeignetes Maß festgelegt werden. Die Festlegung der richtigen Bezugsstreckenlänge lr und der Grenzwellenlänge λc ist wiederum von den vorhandenen Rauheitskenngrößen abhängig, die es jedoch erst zu be­ stimmen gilt. Für die Abtastlänge gilt für nichtperiodi­ sche Profile die nachfolgend angegebene Tabelle 1 auf der Basis der Rauheitskenngröße Ra:

Tabelle 1

Diese Tabelle oder Teile davon können in dem Spei­ cher abgelegt sein:

Für die Festlegung der einfachen Abtastlänge lr gilt auf der Basis der Rauheitskenngröße Rz bei nichtperiodi­ schen Profilen:

Tabelle 2

Diese Tabelle oder Teile davon sind in dem Speicher 16b abgelegt.

Bei periodischen und nichtperiodischen Profilen gilt für die Festlegung der einfachen Messweglänge lr:

Tabelle 3

Auch diese Tabelle ist zumindest teilweise in dem Speicher 16b hinterlegt. Alle Tabellen 1, 2 und 3 legen in ihrer linken Spalte jeweils Bereiche für die Rauheits­ kenngrößen fest.

Bei dem Rauheitsmessgerät 1 und dem Verfahren nach dem es arbeitet, werden die Grenzwellenlänge λc des Pro­ filfilters 27 und die einfache Abtastlänge lr überein­ stimmend festgelegt. Die Bestimmung dieser Größen wird während der Messung automatisch vorgenommen. Dazu geht die Zentraleinheit 15 nach dem in Fig. 2 veranschaulich­ ten Ablaufplan vor:

Der Messweg wird von vorne herein auf die 5-fache Bezugsstreckenlänge zuzüglich einer Vorlauflänge und einer Nachlauflänge festgelegt. Die Vorlauflänge und die Nachlauflänge entsprechen jeweils einer Bezeugsstrecken­ länge, können aber auch anders festgelegt sein. Dies ergibt die siebenfache Abtastlänge lr als Messweg L.

Bei den weitaus meisten Fällen ist die jeweilige Rauheitskenngröße Rz oder RSm in einem Bereich anzutref­ fen, der eine einfache Abtastlänge von 0,8 mm, d. h. einen Gesamtmessweg von 5,6 mm erfordert. In der durch das Ab­ laufschema nach Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsform des Rauheitsmessgeräts wird unterschieden zwischen Rau­ heitskenngrößen, die ein Abtastlänge von 0,25 von 0,8 oder von 2,5 mm erfordern. Die Festlegung der Abtastlänge lr und der Grenzwellenlänge λc erfolgt dabei während der Messung. Dazu wird ausgehend von einem Startpunkt 41 zunächst eine Schrittzählvariable i auf Null gesetzt.

Nach Erfassen des aktuellen Profilpunkts wird dieser in einen Profilspeicher, bspw. Speicher 16a in Fig. 1 über­ nommen. Die erfasste Taststrecke 1 ist das Produkt aus dem Profilpunktabstand Δx und der Zählvariablen i. Ein erster Entscheidungsblock 42 verzweigt nun, falls der Messweg von 5,6 mm (entspricht einfacher Abtastlänge von 0,8 mm) noch nicht erreicht worden ist, auf zwei parallel arbeitende Profilfilter 27a, 27b. Das Profilfilter 27a arbeitet mit der Grenzwellenlänge λc gleich 0,25 mm, wäh­ rend das Profilfilter 27b λc mit der Grenzwellenlänge von 0,8 mm arbeitet.

Beide Filter sind bspw. als Rechteckfilter reali­ siert, indem sie den arithmetischen Mittelwert aus einer jeweils geeigneten Anzahl von Messwerten bilden. Nachfol­ gende Rechenblöcke 43, 44 bestimmen die Rauheitskenngrö­ ßen Rz und RSm auf der Basis der Grenzwellenlänge λc bzw. der Abtastlänge lr von 0,25 mm bzw. 0,8 mm. Dabei kenn­ zeichnet RSm die mittlere Breite einzelner Profilelemen­ te, d. h. die Abstände der Nulldurchgänge des in den Fig. 5 veranschaulichten Profils und Rz die Rautiefe. Zusätzlich wird die Streuung σ der Profilelemente Xs auf der Basis von lr gleich 0,25 mm bzw. lr gleich 0,8 mm be­ stimmt:

In einem weiteren Entscheidungsblock 45 wird nun geprüft, ob der zurückgelegte Messweg 1 bereits 1,75 mm erreicht hat, was einer einfachen Abtastlänge von 0,25 mm entsprechen würde. Falls nicht, wird die Messung fort­ gesetzt bis dieser Wert erreicht ist. Ist dies der Fall, wird zu einem Entscheidungsblock 46 verzweigt, der die errechnete Streuung σ daraufhin prüft, ob sie größer oder kleiner als zwei ist. Ist die Streuung größer als zwei, wird das Signal als aperiodisch angesehen. Ist die Streuung der Längen der Profilelemente kleiner als zwei, wird das Signal als periodisch angesehen. Für das nicht­ periodische Signal wird zu einem Entscheidungsblock 47 verzweigt, der nun anhand der obengenannten Tabelle 2 prüft, ob die Rauheitskenngröße Rz kleiner als 0,5 ist. Falls ja, ist die richtige Grenzwellenlänge 0,25 mm und die Messung kann bei 1,75 mm beendet werden, womit ein gültiger Rauheitskennwert erzeugt worden ist. Damit wird die Bereichsüberprüfung gemäß Tabelle 2 vorgenommen, die in Form von Entscheidungsblöcken zumindest aus­ schnittsweise hinterlegt sein kann.

Ist die Rauheitskenngröße Rz nicht kleiner oder gleich 0,5, liegt der Fall nach Tabelle 2 Zeile 4 oder 5 vor, wonach die Grenzwellenlänge λc wenigstens gleich 0,8 mm, d. h. der Messweg 5,6 mm betragen muss. Die Messung wird deshalb weiter fortgesetzt, wobei der Ablauf zu­ nächst zu einem Entscheidungsblock 48 verzweigt, der die Messung erst dann abbricht, wenn eine maximale Messweg­ länge von 17,5 mm überschritten worden ist. Nachdem dies vorläufig nicht der Fall ist, wird die Zählvariable i inkrementiert (Block 49) und der Durchlauf von neuem begonnen.

Analog wird für periodische Signale vorgegangen, bei denen als Entscheidungskriterium in einem Entscheidungs­ block 51 die mittlere Breite der Profilelemente herange­ zogen wird. Auch hier wird geprüft, ob der bestimmte Wert RSm kleiner, gleich 0,13 oder größer 0,13 mm ist. Während der erste Fall gemäß Tabelle 3 Zeile 2 eine Grenzwellen­ länge von 0,25 erfordert, fordert der zweite Fall (Zeile 3 Tabelle 3) eine einfache Bezugsstrecke lr von minde­ stens 0,8 mm. In beiden Fällen gilt für das erfolglose Durchlaufen der Entscheidungsblöcke 47, 51 die Annahme, dass der Wert Rz oder RSm in dem jeweiligen Bereich liegt, der eine Messweglänge von größer als 1,75 mm, d. h. eine Grenzwellenlänge von 0,25 mm erfordert. Die Messung findet auf diese Weise in jedem Fall ihr Ende.

Einen entsprechenden Entscheidungsbaum bilden die Entscheidungsblöcke 52, 53, 54, die, falls der durchlau­ fende Messweg gemäß Entscheidungsblock 50 bereits 5,6 mm beträgt, prüfen, ob die zugeordnete einfache Abtastlänge von 0,8 mm zutreffend ist und die Messung falls ja, been­ den und falls nein, fortsetzen.

Im Fall des erfolglosen Durchlaufens der Entschei­ dungsblöcke 53 und 54 gilt die Annahme, dass der Wert Rz bzw. RSm in dem jeweiligen Bereich liegt, der eine Mess­ länge größer 5,6 mm, d. h. eine Grenzwellenlänge größer 0,8 mm erfordert. In dem hier aufgeführten Beispiel fin­ det die Messung bei l = 17,5 mm ihr Ende.

Analog zu den Entscheidungsbäumen aus den Blöcken 46, 47 und 51 bzw. 52, 53 und 54 können Entscheidungsbäume für weitere Meßwege bzw. Grenzwellenlängen aufgebaut werden, um die Zeilen 5 und 6 der Tabellen 2 und 3 zu berücksichtigen.

Die zur Entscheidungsfindung erforderlichen Werte Ra, Rz, RSm sind mit einem Rechteckfilter nicht normge­ recht lediglich näherungsweise vorab bestimmt worden. Die konnte mit sehr geringem Rechenaufwand erfolgen (Mittel­ wertbildung) und in Echtzeit während der Messung erfol­ gen. Nachfolgend werden die gewünschten Parameter anhand der aufgezeichneten Abtastwerte, d. h. anhand des aufge­ zeichneten ungefilterten Profils normgerecht und, falls erforderlich, mit höherem Rechenaufwand bestimmt. Bei­ spielsweise kann das ungefilterte Profil zur Bestimmung der Rauheitskennwerte normgerecht mit einem Gaußfilter mit der erforderlichen Grenzwellenlänge gefiltert werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Messgerät ist keine manu­ elle Einstellung von Mess- oder Auswerteparametern lr bzw. λc erforderlich. Dazu analysiert das Messgerät 1 die unter Zugrundelegung einer Annahme für den Mess- bzw. Auswerteparameter lr oder λc gefundenen Rauheitskennwerte daraufhin, ob sie in vorgegebene Wertebereich fallen. Falls nicht, werden die Mess- bzw. Auswerteparameter lr oder λc angepaßt, wobei die Messung erst beendet wird, wenn der zumindest erforderliche Messweg durchlaufen ist. Weder ist eine vorherige Bestimmung der erforderlichen Parameter noch eine Wiederholung der Messung erforder­ lich.

Claims (29)

1. Messgerät (1), insbesondere zur Messung der Rau­ heit von Werkstückoberflächen,
mit einer Aufnahmeeinrichtung (2) zur Abtastung der Oberfläche (4) eines Werkstücks (5), die dazu eingerich­ tet ist, Signale abzugeben, die den Verlauf der Oberflä­ che (4) des Werkstücks (5) wenigstens entlang einer Ab­ tastlinie kennzeichnen,
mit einer Signalverarbeitungseinrichtung (15),
der die Signale zur Auswertung zugeleitet sind und
die aus den Signalen unter Zugrundelegung we­ nigstens eines festgelegten Parameters (lr, lm, λc) wenigstens einen Kennwert (RSm, Rz) bestimmt,
die prüft, ob der ermittelte Kennwert (RSm, Rz) in einem Bereich liegt, der dem Parameter (lr, lm, λc) zugeordnet ist, und
die einen anderen Parameter (lr, lm, λc) zu­ grundelegt, wenn der ermittelte Kennwert nicht in dem dem Parameter zugeordneten Bereich liegt.

2. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Aufnahmeeinrichtung (1) eine Abtastein­ richtung (2) mit einem Taststift (3) ist, der entlang der Abtastlinie über die Oberfläche (4) des Werkstücks (5) führbar ist, und dass die Aufnahmeeinrichtung (2) Aus­ gangssignale wenigstens in vorgegebenen Abständen abgibt oder die Auswerteeinrichtung (15) die abgegebenen Signale punktweise vorzugsweise mit konstantem Schrittabstand (Δx) erfasst.

3. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Signalverarbeitungseinrichtung (15) ein Filter (27) zur Herausfilterung eines langwelligen Si­ gnalanteils, vorzugsweise eines Formanteils, aus dem Signal aufweist und wobei der Parameter (λ) ein Auswerte­ parameter ist und dass der Auswerteparameter vorzugsweise die Grenzwellenlänge des Filters (27) zum Wegschneiden des langwelligen Signalanteils ist.

4. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Signalverarbeitungseinrichtung (15) eine Einrichtung zur Festlegung der Länge des Messwegs (1) aufweist, wobei der Parameter als Länge des Messwegs ein Messparameter ist.

5. Messgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, dass das Filter (27) ein Gaußfilter ist.

6. Messgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, dass das Filter (27) ein Rechteckfilter ist, das von der Signalverarbeitungseinrichtung (15) vorzugsweise durch ungewichtete Mittelwertbildung einer vorgegebenen Anzahl von Messwerten realisiert ist.

7. Messgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Signalverarbeitungseinrichtung (15) ein Speichermittel (16) aufweist, das eine Tabelle bein­ haltet, die wenigstens zwei Bereiche für den Kennwert (RSm, Rz) und zwei den beiden Bereichen zugeordnete Mess- und/oder Auswerteparameter (lr, λc) enthält.

8. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass der Kennwert ein Rauheitskennwert Ra, Rz und/ oder RS ist.

9. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Signalverarbeitungseinrichtung (15) entlang der Abtastlinie eine Tastlänge (1) festlegt, die dem Parameter (lr) proportional ist.

10. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Signalverarbeitungseinrichtung (15) einen die Periodizität des Signals kennzeichnenden Wert (σ) bestimmt, der eine Entscheidung gestattet, ob das Signal periodisch ist oder nicht.

11. Messgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, dass der Wert die Streuung (σ) von Breiten einzelner Profilelemente kennzeichnet, wobei als Breite eines Pro­ filelements der Abstand zweier Nulldurchgänge des Signals herangezogen wird.

12. Messgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, dass das Signal als periodisch eingestuft wird, wenn die Streuung des Werts kleiner als ein bis drei, vorzugs­ weise zwei σ ist.

13. Messgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, dass die Signalverarbeitungseinrichtung (15) den dem Auswerteparameter zugeordneten Bereich in Abhängigkeit davon festlegt, ob das Signal als periodisch oder als nichtperiodisch erkannt worden ist.

14. Messgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, dass die Signalverarbeitungseinrichtung (15) ein Speichermittel (16) aufweist, das wenigstens eine, vor­ zugsweise wenigstens zwei Tabellen beinhaltet, die je­ weils wenigstens zwei Bereiche für den Kennwert (RSm, Rz) und jeweils zwei den beiden Bereichen (RSm, Rz) zugeord­ nete Auswerteparameter (λc) enthält, wobei die erste Ta­ belle für periodische Signale und die zweite Tabelle für nichtperiodische Signale herangezogen werden.

15. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Signalverarbeitungseinrichtung (15) einen Speicher (16a) zur Registrierung einer fortlaufenden Aufzeichnung einzelner der Messwerte aufweist und dass die Signalverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die aufgezeichneten Messwerte normgerecht zu verarbeiten.

16. Messverfahren zur Messung der Rauheit von Werk­ stückoberflächen,
bei dem mit einer Aufnahmeeinrichtung die Oberfläche eines Werkstücks abgetastet wird, wobei Signale erzeugt werden, die den Verlauf der Oberfläche des Werkstücks wenigstens entlang einer Abtastlinie kennzeichnen,
bei dem aus den Signalen unter Zugrundelegung wenig­ stens eines festgelegten Parameters wenigstens ein Kenn­ wert bestimmt wird,
bei dem geprüft wird, ob der ermittelte Kennwert in einem Bereich liegt, der dem Parameter zugeordnet ist, und
bei dem ein anderer Auswerteparameter zugrundelegt wird, wenn der ermittelte Kennwert nicht in dem dem Para­ meter zugeordneten Bereich liegt.

17. Messverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zur Signalerzeugung ein Taststift entlang der Abtastlinie über die Werkstückoberfläche geführt wird und dass die Ausgangssignale wenigstens in vorgegebenen Abständen erzeugt werden oder die abgegebenen Signale punktweise vorzugsweise mit konstantem Schrittabstand erfasst werden.

18. Messverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter ein Auswerteparameter ist und dass aus dem Signal ein kurzwelliger Signalanteil gefiltert wird, wobei ein dazu verwendetes Filter durch eine Grenzwellenlänge charakterisiert ist, die die Tren­ nung zwischen kurzwelligeren und langwelligeren Signal­ anteilen festlegt und den Auswerteparameter bildet.

19. Messverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Parameter ein Messparameter ist, der eine Messweglänge festlegt.

20. Messverfahren nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zur Filterung aus einer vorgegebenen An­ zahl von Messwerten der gewichtete oder vorzugsweise ungewichtete Mittelwert gebildet wird.

21. Messverfahren nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zur Festlegung des Auswerteparameters eine Tabelle benutzt wird, die wenigstens zwei Bereiche für den Kennwert und zwei den beiden Bereichen zugeordnete Auswerteparameter enthält.

22. Messverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Kennwert ein Rauheitskennwert Ra, Rz und/oder RSm ist.

23. Messverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Abtastlinie eine Länge aufweist, die als Messweglänge entsprechend dem Auswerteparameter fest­ gelegt wird.

24. Messverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass ein die Periodizität des Signals kenn­ zeichnender Wert bestimmt wird, der eine Entscheidung gestattet, ob das Signal periodisch ist oder nicht.

25. Messverfahren nach Anspruch 24, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Wert die Streuung Sigma von Breiten einzelner Profilelemente kennzeichnet, wobei als Breite eines Profilelements der Abstand zweier Nulldurchgänge des Signals herangezogen wird.

26. Messverfahren nach Anspruch 25, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Signal als periodisch eingestuft wird, wenn die Streuung des Werts kleiner als eins bis drei, vorzugsweise zwei Sigma ist.

27. Messverfahren nach Anspruch 24, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der dem Auswerteparameter zugeordnete Bereich in Abhängigkeit davon festgelegt wird, ob das Signal als periodisch oder als nichtperiodisch erkannt worden ist.

28. Messverfahren nach Anspruch 27, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zur Signalverarbeitung zwei Tabellen ver­ wendet werden, die jeweils wenigstens zwei Bereiche für den Kennwert und jeweils zwei den beiden Bereichen zuge­ ordnete Auswerteparameter enthalten, wobei die erste Tabelle für periodische Signale und die zweite Tabelle für nichtperiodische Signale herangezogen wird.

29. Messverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zur Echtzeitverarbeitung der Messwerte und insbesondere zur Bestimmung der für die Festlegung der Parameter erforderlichen Kennwerte (Ra, Rz, RSm) verein­ fachte Algorithmen angewendet werden und dass nach Been­ digung der Messung aus den aufgezeichneten Messwerten die Kennwerte mit nicht vereinfachten Auswertealgorithmen bestimmt werden.