DE2725072C2

DE2725072C2 - Verfahren zur Messung des Feinprofils einer Oberfläche sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2725072C2
Application number: DE19772725072
Authority: DE
Inventors: Kurt 7220 Schwenningen Kreiensen
Original assignee: Hommelwerke GmbH
Current assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Priority date: 1977-06-03
Filing date: 1977-06-03
Publication date: 1983-12-22
Also published as: DE2725072A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Feinprofils einer Oberfläche, bei dem ein mechanisch-elektrischer Längenmeßtaster entlang einer vorgegebenen Bahn über die zu messende Oberfläche geführt und die den Alislenkungen des über die Oberfläche gleitenden Stößels des Längenmeßtasters entsprechende Ausgangsspannung nach Verstärkung aufgezeichnet wird, wobei der Längenmeßtaster zweimal über die zu messende Oberfläche geführt wird.

Die Angleichung der Bahn des Längenmeßtasters an die Neigung der zu messenden Oberfläche ist bei starken Vergrößerungen zur Auflösung de, Feinprofils der Oberfläche erforderlich, um zu gew ihrleistt ■). 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 si, d 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. zehntausenfach bei vertretbarem Aufwand nicht möglich.

Die DE-AS 12 69 814 zeigt ein Beispiel für eine parallele und unverstellbare Führung für den Längenmeßtaster, der eine Oberfläche abtastet. Das Problem der Neigungsverstellung der Führung des Längenmeßtasters ist hierbei nicht angesprochen.

Durch die DE-AS 12 04 839 ist es bekannt, den Arm, an dem sich der Meßtaster befindet, mittels einer kleinen Stützkuppe auf der zu messenden Oberfläche abzustützen, so daß der Grundkörper des elektrischen Längenmeßtasters einer durch den Abrundungsradius der Stützkuppe vorgegebenen Grobkontur folgt, der gegenüber dann de' Meßstößel des Längenmeßtasters die Feinkontur abtastet. Diese Abstützung ermöglicht jedoch nicht eine geradlinige Führung entlang einer bestimmten Bahn über die Oberfläche.

Durch die DE-PS 10 68 025 ist es bekannt, eine Oberfläche gleichzeitig durch zwei Stößel abzutasten, die unterschiedliche Abrundungsradien haben, so daß der eine Stößel die Feinkontur und der andere die Grobkontur der Oberfläche abtastet. Dabei erfolgt die Führung des die zu prüfende Oberfläche aufweisenden Prüflings geradlinig über einen ebenen Tisch, dessen Neigungsich nicht verstellen läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung des Feinprofils einer Oberfläche •Ό anzugeben, mit dem ein Angleichen der vorgegebenen Bahn des Längenmeßtasters an die Neigung der zu messenden Oberfläche mit vertretbarem Aufwand auch bei hohen Vergrößerungen möglich ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ••5 durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebene Lehre gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird also in einem verhältnismäßig schnell durchzuführenden ersten Meßlauf die Ausrichtung des Grobprofils festgestellt, μ und der so ermittelte Korrekturwert wird dann zur gezielten Angleichung des Abtastweges an die Neigung 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 Ausführungsförm erfolgt die Angleichung durch mechanische Verstellung der Führung bzw. der Bahn des Längenmeßtasters, und zwar gezielt unter Berücksichtigung des im ersten Meßlauf ermittelten Korrekturwertes. Die Einführung des Korrekturwertes kann aber ^h' auch auf elektrischem Wege erfolgen, so daß mechanische Verstellungen völlig entfallen können.

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 Langenmeßtasters über einen Verstärker, einen Gleichrichter und Schalter mit zwei durch /?C-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 ühsr 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 zeigt 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 Längenmeßtasier 4 in Richtung einss Pfeiles 5 durch einen Motor (M) kontinuierlich bewegt, wobei der Längenmeßtaster 4 eine in zwei Streckenabschnitte s,, und 5», unterteilte Bahn durchläuft.

Die Ausgangsspannung des Längenmeßtasters 4 gelangt über eine Leitung 6 in einen Verstärker 7. dessen Ausgang über einen Urrichalter bildende Schalter 8.7 und 8b mit zwei integrierenden Speichern 9 und 10 in Form von tfC-Gliedern verbunden ist.

Die Kondensatoren Cder Speicher 9 und IO sind mit den Enden einer Widersundsbahn 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 86 und der Umschalter 14 zunächst in die dargestellte Lace 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 Längenmeßiaster 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 Sj ist der Schalter 8a geschlossen und der Schalter Sb geöffnet, so daß der Ausgang des Längenmeßtasters 4 über den Verstärker 7 und den Schalter 86 mit dem integrierenden Speicher 9 verbunden ist. Dabei bildet sich während des Durchlaufens des Streckenabschnittes s_u an dem Kondensator c des Speichers 9 eine Spannung, die ein Maß für den mittleren Meßwert des Längenmeßtasters 4 im Bereich des Streckenabschnittes Sj ist.

Der Obergang von dem Streckenabschnitt S^, auf den Streckenabschnitt Sf, erfolgt durch eine h,er nicht näher beschriebene, weil für den Fachmann naheliegende Umschaltung durch Öffnung des Schalters Sz und Schließen des Schalters Sb, so daß jetzt der Längenmeßtaster 4 .tiit 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 rechten

jo Streckenabschnittes Sf,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 s_ü und St, entsprechen. Damit

π kann über die Widerstandsbahn 11 eine Spannung abgenommen werden, ehe etwa der Neigung der Oberfläche 2 entspricht.

Nach dem ersten Meßlauf werden beide Schalter 8a und Sb 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

4-. 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 Il wird somit subtraktiv in den

"><> Eingang des Verstärkers 7 eingespeist, so daß nunmehr an dessen Ausgang e>ne Meßspannung erscheint, die nur noch dem Feinprofil der gemessenen Oberfläche entspricht und mittels tines Schreibers 16. der über einen Lciialter 17 anschließbar isi. aufgezeichnet werden

>", kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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 der Längenmeßtaster zweimal über die zu messende Oberfläche geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung der vorgegebenen Bahn an die zu messende Oberfläche bei einem ersten Meßlauf die Meßwerte bzw. daraus abgeleitete Größen über zwei vorzugsweise gleiche Streckenabschnitte (s* St,) der Bahn gemittelt und daraus elektrische Korrekturwerte abgeleitet und gespeichert werden, und daß bei einem zweiten Meßlauf das Feinprofil gemessen und unter Berücksichtigung der gespeicherten Korrekturwerte aufgezeichnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Streckenabschnitte (s* Sb) im wesentlichen symmetrisch über die Bahn angeordnet sind, daß die über die beiden Streckenabschnitte (S₁, 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, daii die Charakteristika der Meßwerte das Integral, die Spitzenwerte, "ie Schwerpunktwerte oder die Differenz zwisrhen den Spitzenwerten oder den Schwerpunktwerten der jemessenen Kurve sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung der Charakteristika Extremwerte unberücksichtigt bleiben.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des elektrischen Längenmeßtasters (4) über einen Verstärker (7), einen Gleichrichter und Schalter (8a. 8b) mit zwei durch /?C-Glieder gebildeten integrierenden Speichern (9, 10) verbunden ist, deren Kondensatoren (C) jeweils an die Enden einer Widerstandsbahn (11) 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.