DE2725072A1

DE2725072A1 - Verfahren zur messung des feinprofils einer oberflaeche sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2725072A1
Application number: DE19772725072
Authority: DE
Inventors: Kurt Kreiensen
Original assignee: Hommelwerke GmbH
Current assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Priority date: 1977-06-03
Filing date: 1977-06-03
Publication date: 1978-12-14
Also published as: DE2725072C2

Description

Verfahren zur Messung des Feinprofils einer Oberfläche
sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Feinprofils einer Oberfläche, bei dem ein mechanischelektrischer Längenmeßtaster entlang einer vorgegebenen Bahn über die zu messende Oberfläche geführt und die den Auslenkungen des über die Oberfläche gleitenden Stößels des Längenmeßtasters entsprechende Ausgangsspannung nach Verstärkung aufgezeichnet wird, wobei die vorgegebene Bahn an das Grobprofil der zu messenden Oberfläche angeglichen wird.
Die Angleichung der Bahn des Längenmeßtasters an das Grobprofil der zu messenden Oberfläche ist bei starken Vergrößerungen zur Auflösung des Feinprofils der Oberfläche erforderlich um zugewährleisten, daß die stark vergrößerte Meßkurve im Meß-oder Aufzeichnungsbereich liegt.
Es ist bekannt, die Anpassung der Abtastbahn des z.B. durch einen Elektromotor bewegten Längenmeßtasters entlang der Oberfläche des zu messenden Profils durch mechanische Verstellung der Führung für den Längenmeßtaster vorzunehmen.Solche Verstellungen der Führungsbahn sind jedoch zeitaufwendig, da die Abtastbahn wiederholt abgefahren und die Führung nachgestellt werden muß. Wegen der Einstellungenauigkeiten ist eine mechanische Verstellung bei sehr starken Vergrößerungen von z.B. zehntausendfach bei vertretbarem Aufwand nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung des Feinprofils einer Oberfläche anzugeben, mit dem ein Angleichen der vorgegebenen Bahn des Längenmeßtasters an das Grobprofil der zu messenden Oberfläche mit vertretbarem Aufwand auch bei hohen Vergrößerungen möglich ist.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Längenmeßtaster zweimal über die zu messende Oberfläche geführt wird, wobei beim ersten Meßlauf die Meßwerte bzw.
bestimmte Charakteristika der Meßwerte über zwei vorzugsweise gleiche Streckenabschnitte der Bahn gemittelt und daraus elektrische Korrekturwerte abgeleitet und gespeichert werden, und daß beim zweiten Meßlauf das Feinprofil gemessen und unter Berücksichtigung der gespeicherten Korrekturwerte aufgezeichnet wird.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird also in einem verhältnismäßig schnell durchzuführenden ersten Meßlauf die Ausrichtung des Grobprofils festgestellt, und der so ermittelte Korrekturwert wird dann zur gezielten Angleichung des Abtastweges an das Grobprofil der zu messenden Oberfläche herangezogen.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die beiden Streckenabschnitte im wesentlichen symmetrisch über die Bahn angeordnet sind, daß die über die beiden Streckenabschnitte ermittelten Mittelwerte miteinander verglichen werden, ein Korrekturwert gebildet und in Abhängigkeit davon die Bahn mechanisch verstellt wird. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Angleichung durch mechanische Verstellung der Führung bzw. der Bahn des Längenmeßtasters, und zwar gezielt unter Berücksichtigung des im ersten Meßlauf ermittelten Korrekturwertes.
Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die beiden Streckenabschnitte im wesentlichen symmetrisch über die Bahn angeordnet sind und daß die über die beiden Streckenabschnitte ermittelten, gespeicherten Mittelwerte an die Endpunkte der Widerstandsbahn eines Potentiometers gelegt werden und beim zweiten Meßlauf ein Schleifer des Potentiometers synchron mit dem Längenmeßtaster bewegt und die von ihm abgegriffene Korrekturspannung von der MeBspannung des Längenmeßtasters subtrahiert wird. Bei dieser Lösungsform erfolgt die Einführung des Korrekturwertes auf elektrischem Wege, so daß mechanische Verstellungen völlig entfallen können. An dem Potentiometer wird eine Spannung abgegriffen, die im wesentlichen dem Grobprofil der Meßstrecke entspricht.
Die Charakteristika der Meßwerte können das Integral, die Spitzenwerte, die Schwerpunktwerte oder die Differenz zwischen den Spitzenwerten und den Schwerpunktwerten der gemessenen Kurve sein. Die Ermittlung dieser Werte ist dem Fachmann an sich geläufig, so daß hier eine Erläuterung dazu entbehrlich ist. Bei den Schwerpunktwerten handelt es sich um die von Flächen bzw.
flächenteilen unter der Meßkurve bzw. unter Meßkurventeilen.
Bei dieser Bestimmung der Charakteristika können gegebenenfalls Extremwerte unberücksichtigt bleiben, die die Gefahr einer Verfälschung mit sich bringen würden.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei elektrischer Angleichung an das Grobprofil.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des elektrischen Längenmeßtasters über einen Verstärker , einen Gleichrichter und Schalter mit zwei durch RC-Glieder gebildeten integrierenden Speichern verbunden ist, deren Kondensatoren jeweils an die Enden einer Widerstandsbahn eines Potentiometers angeschlossen sind, dessen Schleifer von einem Motor synchron zu dem Längenmeßtaster angetrieben und über einen Schalter mit dem Eingang des Verstärkers subtraktiv verbindbar ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient also zur Bildung und Berücksichtigung von Integralen der Meßkurve, so daß eine Egalisierung und damit eine Angleichung an das Grobprofil erfolgt.
Der technische Aufwand ist verhältnismäßig gering, ebenso der zeitliche Aufwand, da nur ein zusätzlicher kurzer Meßlauf erforderlich ist. Eine Bedienungsperson wird nicht beansprucht.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden.
Die Zeichnung ze-igt einen Teil eines Werkstückes 1 mit einer Oberfläche 2, die durch einen Stößel 3 eines elektromechanischen Längenmeßtasters 4 abgetastet wird. Bei der Abtastung wird der Längenmeßtaster 4 in Richtung eines Pfeiles 5 durch einen Motor (M) kontinuierlich bewegt, wobei der Längenmeßtaster 4 eine in zwei Streckenabschnitte 5a und sb unterteilte Bahn durchläuft.
Die Ausgangsspannung des Längenmeßtasters 4 gelangt über eine Leitung 6 in einen Verstärker 7, dessen Ausgang über einen Umschalter bildende Schalter 8a und 8b mit zwei integrierenden Speichern 9 und 10 in orm von RC-Gliedern verbunden ist.
Die Kondensatoren C der Speicher 9 und 10 sind mit den Enden einer Widerstandsbahn 11 eines Potentiometers 12 verbunden, dessen Schleifer 13 durch den Motor M synchron mit dem Längenmeßtaster 4 bewegt wird. Der Schleifer 13 ist über einen Umschalter 14 mit der Leitung 6 und damit dem Eingang des Verstärkers 7 verbindbar.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Schalter 8a und 8b und der Umschalter 14 zunächst in die dargestellte Lage gebracht und der Längenmeßtaster 4 an den Anfang der Abtastbahn, das ist an das linke Ende der Bahn der zu messenden Oberfläche 2. Danach wird der Motor M eingeschaltet, so daß sich der Längenmeßtaster 4 langsam über die Oberfläche 2 in Richtung des Pfeiles 5 bewegt, wobei sich gleichzeitig der Schleifer 13 des Potentiometers 12 bewegt, was jedoch bei diesem ersten Meßlauf ohne Bedeutung ist.
Während des Durchlaufens des ersten Streckenabschnittes 5a ist der Schalter 8a geschlossen und der Schalter 8b geöffnet, so daß der Ausgang des Längenmeßtasters 4 über den Verstärker 7 und den Schalter 8b mit dem integrierenden Speicher 9 verbunden ist. Dabei bildet sich während des Durchlaufens des Streckenabschnittes sa an dem Kondensator C des Speichers 9 eine Spannung, die ein Maß für den mittleren Meßwert des Längenmeßtasters 4 im Bereich des -Streckenabschnittes s ist.
a Der Übergang von dem Streckenabschnitt 5a auf den Streckenabschnitt sb erfolgt durch eine hier nicht näher beschriebene, weil für den Fachmann naheliegende Umschaltung durch Öffnen des Schalters 8a und Schließen des Schalters 8b, so daß jetzt der Längenmeßtaster 4 mit dem integrierenden Speicher 10 verbunden ist. Dadurch bildet sich in dem Kondensator C des Speichers 10 eine Spannung, die dem mittleren Meßwert der Oberfläche 2 im Bereich des mittleren Streckenabschnittes entspricht.
Am Ende dieses ersten Meßlaufs liegen also an den Enden der Widerstandsbahn 11 des Potentiometers 12 Spannungen, die den Mittelwerten der Meßwerte über die Streckenabschnitte sa und sb entsprechen. Damit kann über die Widerstandsbahn 11 eine Spannung abgenommen werfer, die etwa dem Grobprofil der Oberfläche 2 entspricht.
Nach dem ersten Meßlauf werden beide Schalter 8a und 8b geöffnet und der Umschalter 14 wird umgeschaltet, so daß der Schleifer 13 des Potentiometers 12 mit dem Eingang des Verstärkers 7 verbunden ist. Außerdem wird der Längenmeßtaster 4 wieder an den Anfangspunkt seiner Bahn zurückgeführt. Danach wird erneut der Motor M eingeschaltet, so daß sich der Längenmeßtaster 4 in Richtung des Pfeiles 5 und synchron damit der Schleifer 13 des Potentiometers 12 in Richtung eines Pfeiles 15 bewegen. Die dem Verlauf des Grobprofils entsprechende Spannung an der Widerstandsbahn 11 wird somit subtraktiv in den Eingang des Verstärkers 7 eingespeist, so daß nunmehr an dessen Ausgang eine Meßspannung erscheint, die nur noch dem Feinprofil der gemessenen Oberfläche entspricht und mittels eines Schreibers 16, der über einen Schalter 17 anschließbar ist, aufgezeichnet werden kann.

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Messung des Feinprofils einer Oberfläche, bei dem ein mechanischelektrischer Längenmeßtaster entlang einer vorgegebenen Bahn über die zu messende Oberfläche geführt und die den Auslenkungen des über die Oberfläche gleitenden Stößels des Längenmeßtasters entsprechende Ausgangs spannung nach Verstärkung aufgezeichnet wird, wobei die vorgegebene Bahn an das Grobprofil der zu messenden Oberfläche angeglichen wird, dadurch qe-(4) kennzeichnet, daß der Längenmeßtaster/zweimal über die zu messende Oberfläche (2) geführt wird, wobei beim ersten Meßlauf die Meßwerte bzw. bestimmte Charakteristika der Meßwerte über zwei vorzugsweise gleiche Streckenabschnitte (usa' Sb) der Bahn gemittelt und daraus elektrische Korrekturwerte abgeleitet und gespeichert werden, und daß beim zweiten Meßlauf das Feinprofil gemessen und unter Berücksichtigung der gespeicherten Korrekturwerte aufgezeichnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Streckenabschnitte (sa, sb) im wesentlichen symmetrisch über die Bahn angeordnet sind, daß die über die beiden Streckenabschnitte (sa, sb) ermittelten Mittelwerte miteinander verglichen werden, ein Korrekturwert gebildet und in Abhängigkeit davon die Bahn mechanisch verstellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Streckenabschnitte (usa' Sb) im wesentlichen symmetrisch über die Bahn angeordnet sind und daß die über die beiden Strekkenabschnitte (sa, s. ) ermittelten, gespeicherten Mittelwerte an die Endpunkte der Widerstandsbahn (11) eines Potentiometers (12) gelegt werden und beim zweiten Meßlauf ein Schleifer (13) des Potentiometers (12) synchron mit dem Längenmeßtaster (4) bewegt und die von ihm abgegriffene Korrekturspannung von der Meßspannung des Längenmeßtasters (4) subtrahiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Charakteristika der Meßwerte das Integral, die Spitzenwerte, die Schwerpunktwerte oder die Differenz zwischen den Spitzenwerten oder den Schwerpunktwerten der gemessenen Kurve sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung der Charakteristika Extremwerte unberücksichtigt bleiben.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des elektrischen Längenmeßtasters (4) über einen Verstärker (7), einen Gleichrichter und Schalter (8a, 8b) mit zwei durch RC-Glieder gebildetenintegrierenden Speichern (9, 10) verbunden ist, deren Kondensatoren(C)jeweils an die Enden einer Widerstandsbahn (13) eines Potentiometers (12) angeschlossen sind, dessen Schleifer (13) von einem Motor (M) synchron zu dem Längenmeßtaster (4) angetrieben und über einen Schalter (14) mit dem Eingang des Verstärkers (7) subtraktiv verbindbar ist.