DE2851767C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Messung der Struktur und der Unregelmäßigkeiten einer leitenden Oberfläche, mit einer nahe der Oberfläche angeordneten und bezüglich dieser verschieblichen mit ihr einen Kondensator veränderlicher Kapazität bildenden Meßeinrichtung, wobei zwischen der Meßeinrichtung und der leitenden Oberfläche eine dielektrische Schicht vorgesehen ist, mit Einrichtungen zur Schaffung eines Bezugspotentials und zur Erregung des Kondensators veränderlicher Kapazität, und mit Summiereinrichtungen zur Zählung von Impulsen, wobei der Kondensator veränderlicher Kapazität durch zwei Elektrodenplatten gebildet wird, die jeweils von Stützeinrichtungen in gegenseitigem Abstand zueinander gehalten werden und die jeweils einen Teil der dielektrischen Schicht tragen, daß die Einrichtungen zur Erregung des Kondensators veränderlicher Kapazität einen zwischen dem ersten und dem zweiten Plattenglied angeschlossenen Kondensator fester Kapazität aufweisen, wobei eine Konstantstromquelle in Serie mit dem Kondensator fester Kapazität angeschlossen ist, daß mit dem Kondensator veränderlicher Kapazität und den Einrichtungen zur Schaffung eines Bezugspotentials eine Zusatzeinrichtung zur Erzeugung eines Entladungsimpulses immer dann, wenn das Potential der Ladung auf dem Kondensator veränderlicher Kapazität das Bezugspotential bei Verschiebung der Meßeinrichtung bezüglich der leitenden Oberfläche überschreitet, verbunden ist und daß die Summiereinrichtung der Zusatzeinrichtung nachgeschaltet ist und eine Anzeige der während einer Zeitperiode aufsummierten Impulszahl als Funktion der Struktur des Gebietes der leitenden Oberfläche liefert, über das die Meßeinrichtung verschoben wurde, nach Patent 27 40 174.

Das Grundprinzip zur Messung der Struktur und der Unregelmäßigkeiten einer leitenden Oberfläche ist aus der DE-PS 8 37 468 bereits bekannt. Es werden dort auch allgemeine Hinweise für die Auswertung der Meßsignale gegeben, und daß jedoch Einzelheiten offenbart werden. Ebenso ist die Anordnung und die Ausbildung der die Meßsignale erzeugenden Meßsonde, gebildet durch einen Kondensator veränderlicher Kapazität, nur in groben Umrissen dargestellt.

In dem Hauptpatent 27 40 174 werden dann genauere Hinweise bezüglich des Aufbaus der Meßsonde in Form eines Kondensators veränderlicher Kapazität hinsichtlich einer Anordnung zur Auswertung der von der mit der Meßsonde in Verbindung stehenden Meßschaltung gelieferten Impulse gegeben.

Durch diese Kombination von Merkmalen ergibt sich ein Gerät, wo der mit der Sonde zusammenarbeitende Schaltkreis zwischen Kapazitätswerten unterscheiden kann, die in der Größenordnung eines Bruchteils eines Pico-Farads liegen, wodurch eine sehr genaue Summierung der Entladungsimpulse und eine entsprechend genaue Ermittlung der Oberflächenstruktur erreicht wird.

Ergänzend sei auf die GB 8 18 345 verwiesen, in der eine federmontierte feste, kleinflächige Sonde als Element einer Kapazität beschrieben wird.

Im Hauptpatent wird in den Unteransprüchen eine Eich- und Auswerteanordnung beschrieben, die eine korrekte Linearität zwischen einer auf einer numerischen Sichtdarstellung wiedergegebenen Größe und der Größe der gemessenen Probe liefert. Diese Anordnung umfaßt auch die Einstellung von zwei Parametern: Der eine Parameter verändert die Steigung einer geraden Linie, die durch zwei oder mehr aufgetragene Messungen geliefert wird, der andere Parameter ist eine Verschiebungseinstellung, die, im Effekt, diese gerade Linie zu einer Familie von parallelen Linien auf- und abwärts bewegt.

Die Schaltung dieser Anordnung ist jedoch in gewissem Ausmaß empfindlich und ungenau aufgrund ungewünschter Netzbrummeinstreuungen (60 Hz bzw. 50 Hz) durch die Meßsonde, durch die menschliche Hand oder sogar durch das Werkstück selbst. Die erwähnte Brummeinstreuung ist meist die Folge von Streukapazitätseinkopplungen, die recht klein gemacht aber nie ganz eliminiert werden können. Der 50- oder 60-Hz-Brumm moduliert den Meßoszillator in der Weise, daß, wenn die Periode nicht genau ein Vielfaches von ¹/₅₀ oder ¹/₆₀ Sekunde ist, der Inhalt der für die Messung verwendeten Zähler in zufälliger Weise zittert und dadurch die letzte Ziffer der dreiziffrigen Darstellung unstabil macht.

Die Aufgabe dieses Zusatzpatentes liegt darin, diese Netzbrummeinstreuungen zu beseitigen und dadurch eine stabile Anzeige auch der letzten Ziffer der dreiziffrigen Darstellung zu erhalten.

Gelöst wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs, also durch

• (a) mit der Kapazitätssonde verbundene Oszillatoreinrichtungen zur Erzeugung von Impulsen mit einer einstellbaren Wiederholungsfrequenz;
• (b) Generatoreinrichtungen zur Erzeugung eines Signals mit einer Zeitperiode T _M , die ein genaues Vielfaches des Kehrwertes der Frequenz der Wechselstromleistungsversorgung ist;
• (c) Zählereinrichtungen, die zur Aufnahme der Impulse angeschlossen sind, um diese Impulse digital auf- und abzuzählen, wobei die Zähleinrichtungen einen Einschalteingang, einen Zählbefehlseingang und einen Entleihausgang, der abgegeben wird, wenn die Zähleinrichtungen den Wert Null erreichen, aufweisen;
• (d) Einrichtungen mit einem Einschalteingang, die an den Ausgang dieser Zähleinrichtungen angeschlossen sind, um den Digitalinhalt der Zähleinrichtungen am Ende der Periode T _M darzustellen;
• (e) mit den Zähleinrichtungen verbundene Einrichtungen, um eine Versetzdigitalzahl zu speichern;
• (f) Einrichtungen zur Erzeugung eines Digitalzahlsignals im Eichbetrieb;
• (g) Multiplexereinrichtungen, die zur Aufnahme der Ausgänge der Digitalzahleinrichtungen und der Speichereinrichtungen während des Eichbetriebs bzw. Meßbetriebs angeschlossen sind, wobei die Multiplexereinrichtungen Einschalteingänge für den Eichbetrieb und Meßbetrieb sowie einen Datenausgang aufweisen, der mit den Zähleinrichtungen verbunden ist;
• (h) logische Steuereinrichtungen, die zur Aufnahme des Zeitperiodensignals als einen Eingang angeschlossen sind, andererseits mit den Multiplexereinrichtungen verbunden sind, um die Multiplexereinrichtungen für eine Eichung und Messung entweder einzuschalten oder abzuschalten, wobei die logischen Einrichtungen mit den Einschalteingängen der Zähleinrichtungen und der Darstellungseinrichtungen verbunden sind und außerdem mit dem Zählbefehlseingang und dem Entleihausgang der Zähleinrichtungen in Verbindung stehen, wobei die logischen Steuereinrichtungen einen Abwärtszählbefehl an den Zählbefehlseingang bei Aufnahme des T _M -Signals und einen Aufwärtszählbefehl an den Befehlseingang bei Aufnahme des Entleihsignals abgeben, wobei die logischen Steuereinrichtungen mit den Versetzdigitalzahlspeichereinrichtungen verbunden sind, um die Speicherung des Digitalzahlinhalts der Zähleinrichtungen am Ende der Periode T _M zu veranlassen, so daß während der Messung die gespeicherte Zahl die Versetzdigitalzahl ist, um die die Zähleinrichtung zunächst bis auf Null abwärts zählen muß, bevor die von den Oszillatoreinrichtungen erhaltenen Impulse zu zählen begonnen werden.

In weiteren Ansprüchen werden weitere Ausgestaltungen der Erfindung beansprucht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Zeichnungen dargestellt ist.

Es zeigt

Fig. 1 ein elektrisches Blockdiagramm einer Ausführungsform des verbesserten Eich- und Meßschaltkreises, der für die kapazitive Meßeinrichtung benutzt wird;

Fig. 2 mehrere Wellenzüge (a), (b), (c), (d), (e) und (f) zur Erläuterung des Betriebs der Schaltung nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Eichung der Schaltung gemäß Fig. 1 für direkte Ablesung; und

Fig. 4A und 4B Diagramme zur weiteren Erläuterung der Rolle der Versetzzahl bei der Messung.

In Fig. 1 ist eine kapazitive Meßeinrichtung oder Sonde 10 in Kontakt mit einer zu messenden Oberfläche dargestellt, wobei über einen im Diagramm bei 112 schematisch dargestellten Oszillator die kapazitive Sonde periodisch entladen wird, um eine Folge von Impulsen mit einer Frequenz f₁ zu liefern, wobei die Anzahl der erzeugten Impulse eine Funktion der Oberflächenstruktur ist, d. h., je größer die Zahl dieser Impulse ist, desto größer ist die Oberflächenstruktur, und umgekehrt.

Wie noch erläutert werden wird, ist der Zusammenhang zwischen der Anzahl der Impulse und der gemessenen Oberflächenstruktur linear, wobei der Oszillator 112 ein Potentiometer für die Einstellung der Steigung der entsprechenden Kennlinie aufweist, wodurch eine Eichung möglich wird. Das Instrument kann so geeicht werden, daß sich z. B. 10^-6 m oder auch 10^-6 Zoll ablesen lassen. Außerdem ist ein Bereichsauswahlnetzwerk 116 vorhanden.

Ein durch N dividierender Zähler 118 liefert eine Rechteckwelle der Periode T _M zu Definition und Steuerung der Meßperiode. Durch Verwendung eines Schalters 120 kann der N-Zähler 118 mit einem Periodenoszillator 122 verbunden werden, wenn eine Versorgung mit 50 oder 60 Hz durch z. B. einen Netzanschluß nicht vorhanden ist. Bei Feldanwendungen, bei denen eine 50- oder 60-Hz-Leistungsversorgung zur Verfügung steht, wird der Schalter mit einem Schaltkreis verbunden, der allgemein mit 124 bezeichnet ist und die übliche 50 Hz, 220 V (oder auch 60 Hz, 120 V) Versorgung umwandelt in eine 50-Hz- bzw. 60-Hz-Spannung mit einer Spannungshöhe von 15 V Spitze-zu-Spitze, wobei diese Spannung einem Eingang des Zählers 118 zugeführt wird. Der Schaltkreis 124 umfaßt einen Eingangswiderstand 126 in Serie mit einer Parallelkombination, die eine Zenerdiode 128, einen Kondensator 130 und einen Widerstand 132 umfaßt. Die eingehende Signalamplitude wird durch den Widerstand 126 und die Zenerdiode 128 abgeschnitten. Der kleine Kondensator 130 und der Ableitwiderstand 132 entfernen irgendwelche Leitungsspannungsspitzen, die sonst zu falscher Auslösung des Zählers 118 führen würden.

Die Impulse f₁ des Präzisionsoszillators 112 werden einem dreiziffrigen binär codierten Dezimalzähler (BCD-Zähler) 134 zugeführt, der auf- und abwärts zählen kann. Wie noch erläutert wird, tritt eine Versetz- oder Verschiebezahl entweder von einer Eichquelle, gebildet von digitalen Daumenschaltern 136 oder von einem 12-Bitspeicher oder -verriegelung 138 über einen Multiplexer oder Schalter 140 in den Zähler 134 ein. Der Multiplexer 140 besitzt zwei Wahl- oder Einschalteingänge "Auswahl A" und "Auswahl B", die die Digitalinformation des Kanals A (das ist die Verriegelung 138) oder des Kanals B (das sind die Daumenschalter 136) einschaltet, damit diese in den Zähler 134 gelangt.

Der Inhalt des Digitalzählers 134 wird der Verriegelung 138 und einer dreiziffrigen, lichtemittierende Dioden (LED) umfassenden numerischen Darstellung zugeführt, die bei 142 angedeutet ist.

Das Gerät steht unter der Steuerung einer Steuerlogikeinrichtung, die bei 144 dargestellt ist. Die Steuerlogik 144 umfaßt eine Schalteranordnung, allgemein mit 146 bezeichnet, ein Paar von monostabilen Multivibratoren 148, 150 sowie einen allgemein mit 152 bezeichneten RS-Flipflop.

Die Schalteranordnung 146 umfaßt einen zwei gekoppelte Schalter (a), (b) aufweisenden Doppelschalter SW, die zwei Stellungen, nämlich für Eichung und Messung umfassen. Außerdem ist ein Inverter 154 vorhanden. Eine Spannungsquelle Vcc ist sowohl mit dem Eich- als auch mit den Meßpol des oberen Teils (a) des Doppelschalters SW verbunden, wie dargestellt. Der Eingang des Inverters 154 ist auch mit den beiden Polen "Eichung" bzw. "Messung" verbunden. Der monostabile Multivibrator 148 besitzt Ausgänge Q₁ und ₁, der monostabile Multivibrator 150 Ausgänge Q₂ und ₂.

Der RS-Flipflop 152 umfaßt NAND-Verknüpfungsglieder 156, 158, die in der dargestellten Weise miteinander verbunden sind. Ein den NAND-Verknüpfungsgliedern 156 zugeführter Eingang ist ein - Signal vom Zähler 134. Das NAND-Verknüpfungsglied 158 ist mit einem seiner Eingänge mit dem ₂-Ausgang des Multivibrators verbunden.

Es sei nun der Betrieb der in Fig. 1 dargestellten erläuternden Ausführungsform näher dargestellt.

Bevor das Instrument benutzt wird, sollte es zunächst geeicht werden. Mit Hilfe der in Fig. 2 dargestellten Wellenformen soll zunächst die Gesamtwirkungsweise des Eichbetriebs und dann die des Meßbetriebs beschrieben werden. Der Doppelschalter SW wird in die Eichstellung der Teilschalter (a) und (b) aufeinanderfolgend bewegt. Es sei bemerkt, daß die Eichstellung des Teilschalters (a) auf Masse liegt (niedriger Zustand, entspricht der logischen Null), während die Eichstellung des Teilschalters (b) mit dem Q₁-Ausgang des monostabilen Multivibrators 148 (MONO 148) verbunden ist. Die dem Inverter 154 zugeführte logische Null wird zu einer logischen Eins invertiert. Der "Auswahl A"-Eingang am Multiplexer 140 ist eine logische Null, während der "Auswahl B"- Eingang eine logische Eins darstellt. Somit wird der Kanal B des Multiplexers 140 eingeschaltet und irgendeine mittels der digitalen Daumenschalter 136 eingestellte Zahl wird in den Multiplexer 140 geladen. Der Kanal A ist zu diesem Zeitpunkt abgeschaltet.

Der Ausgang (siehe Fig. 2, Kurvenzug a) des um einen Faktor N dividierenden Zählers 118 ist eine Recheckwelle mit einer Zeitperiode T _M , die die Meßperiode definiert und steuert. Wenn die Welle T _M nach oben geht (logische Eins), wird dies dem MONO 148 zugeführt, der die Ausgänge Q₁ = EINS (Fig. 2, Kurve b) und ₁ = NULL abgibt. Das Signal Q₁ = EINS läuft durch den Teil (b) des Schalters SW zur Verriegelung 138, die dann den Ausgang des Zählers 134 speichert, der den aufsummierten Wert der vorherigen Abtastperiode darstellt.

Das Signal ₁ = NULL läuft zu zwei Stellen: (a) zur Einschaltung der numerischen Darstellung 142 und (b) zum Eingang des MONO 150 (gegenwärtig hält das Signal ₁ = NULL die Darstellung 142 abgeschaltet). Am Ende des ₁-Impulses wechselt ₁ wieder zu "EINS". Das Signal ₁ = EINS triggert MONO 150, der dann die Ausgänge Q₂ = EINS, ₂ = NULL erzeugt.

Der Impuls Q₂ = EINS schaltet den Zähler 134 ein, um eine Versetzzahl festzulegen, die aus dem Multiplexer 140 geladen wird (diese Versetzzahl stellt jetzt die Zahl dar, die mittels der Daumenschalter 136 eingegeben wurde).

Der Impuls ₂ = NULL wird dem RS-Flipflop 152 zugeführt, um den Flipflop durch Änderung des Ausganges des NAND-Verknüpfungsgliedes 156 zu einem NULL-Zustand zurückzustellen, welches Signal dem Zähler 134 zugeführt wird, um ihn zu veranlassen, abwärts zu zählen (Fig. 2, Kurve e).

Die Versetzzahl in dem Zähler 134 ist eine positive Zahl und der Zähler 134 zählt abwärts in Richtung "NULL", zu welcher Zeit ein Signal = NULL vom Zähler 134 erzeugt wird (Fig. 2, Kurve f). Dies veranlaßt das NAND-Verknüpfungsglied 156, ein Signal "EINS" abzugeben, d. h., daß seine beiden Eingänge mit "NULL" beaufschlagt sind. Diese logische EINS veranlaßt nunmehr den Zähler 134, aufwärts zu zählen (Fig. 2, Kurve d). Der Zähler 134 zählt aufwärts und die Anzahl der Aufwärtszählungen wird die Anzahl der Impulse sein, die vom Oszillator 112 aufgenommen werden.

Die numerische Zählung im Zähler 134 wird sowohl der Verriegelung 138 als auch der numerischen Darstellung 142 zugeführt. Am Ende der Eichperiode T _M wird der durch N dividierende Zähler 118 wieder ein Signal abgeben, das nach oben führt, wie bereits erläutert, wodurch der MONO 148 ein Signal Q₁ = EINS erzeugt, um die Verriegelung 138 einzuschalten, damit diese den Inhalt des BCD-Zählers 134 aufnimmt. Das Signal ₁ = NULL schaltet die Darstellung 142 ein, um den Ausgang des Zählers 134 zu speichern und darzustellen. Die numerische Darstellung ist eine Funktion der Anzahl der Impulse, die von dem Präzisionsoszillator 112 erzeugt wird, wobei diese Anzahl wiederum eine Funktion der Oberflächenstruktur der gemessenen Oberfläche ist. Das Signal ₁ = NULL dauert nur 100 × 10^-6 Sekunden.

Während die Sonde sich noch auf dem Eichstück befindet, bewegt sich der Schalter SW zur Meßstellung der Teilschalter (a) und (b), wodurch das Signal "Auswahl A" eine logische EINS wird, da es sich auf dem Potential von Vcc befindet. Nach Inversion durch den Inverter 154 wird die EINS eine NULL, so daß das Signal "Auswahl B" eine NULL ist. Der Multiplexer 140 wird nun nur die Versetzzahl über den Kanal A von dem Verrriegelungsspeicher 138 aufnehmen und weiterleiten.

Wenn der Meßzyklus beginnt, ist die Rechteckwelle eine logische EINS. Dies veranlaßt den MONO 148, die Signale Q₁ = EINS, ₁ = NULL zu erzeugen. Q₁, die gespeicherte Sondenmessung, wird nun von dem Verriegelungsspeicher 138 entfernt, und zwar aufgrund der an Masse liegenden Stellung des Schalters SW (b).

₁ = NULL wird nun der numerischen Darstellung zugeführt, wodurch die Darstellung veranlaßt wird, den Inhalt des Zählers 134 von der vorherigen Abtastung zu speichern. ₁ = NULL triggert auch den MONO 150 und veranlaßt ihn, die Signale Q₂ = EINS, ₂ = NULL abzugeben.

Q₂ = EINS schaltet den Zähler 134 ein und dieser nimmt die Versetzzahl in der Verriegelung 138 über den Multiplexer 140 auf. ₂ = NULL veranlaßt den RS-Flipflop 142, ein Signal NULL abzugeben, das den Zähler veranlaßt, abwärts zu zählen. Wenn Q₁ = NULL, ₁ = EINS, triggert dies den MONO 150, der die Ausgangssignale Q₂ = EINS, ₂ = NULL abgibt. Q₂ = NULL schaltet den Zähler 134 ab, so daß dieser nicht mehr einen Eingang vom Multiplexer 140 aufnimmt. ₂ = NULL läuft zum RS-Flipflop 152 und veranlaßt das NAND-Verknüpfungsglied 156, ein Signal NULL abzugeben, das den Zähler 134 veranlaßt, abwärts zu zählen. Der RS-Flipflop ist nunmehr in einem Zustand, so daß dann, wenn das Signal = NULL eintrifft, der RS-Flipflop 152 seinen Ausgang in eine EINS abändert, um ein Aufwärtszählen zu veranlassen.

Der Zähler 134 zählt bis Null und sendet ein Signal = NULL an den RS-Flipflop 152, das eine logische EINS abgibt, die den Zähler 134 veranlaßt, aufwärts zu zählen. Der Zähler 134 setzt seine Aufwärtszählung gemäß der Zahl der vom Oszillator 112 empfangenen Impulse fort. Am Ende der Meßperiode T _M , gerade wenn eine neue Meßperiode beginnt, ist ₂ = EINS und die Darstellung zeigt sichtbar den Inhalt des Zählers an. Falls die Sonde sich immer noch auf dem Eichwerkstück befindet, das den gleichen Meßwert besitzt, wie die Daumenschaltereinstellung, sollte die Darstellung den Wert der Daumenschaltereinstellung wiedergeben.

Es sei nun das Eichverfahren beschrieben. Die Eichung kann in einfacher Weise durch Verwendung von zwei Standardstücken durchgeführt werden, die eine annehmbare Endbearbeitung aufweisen. Es sei angenommen, daß ein Stück mit einer Oberflächenstruktur von 50 × 10^-6 m und eines mit 125 × 10^-6 m zur Verfügung steht. Diese Standards können durch sorgfältige Messung mit irgendeinem anderen Instrument erhalten werden, wie beispielsweise mittels eines Stiftes oder mittels eines Laborprofilometers, oder es kann einfach ein Standardwerkstück mit einer bekannten Oberflächenrauhigkeit sein.

Die Eichung erfolgt in zwei Schritten:

Schritt 1: Wie in Fig. 1 und 3 dargestellt ist, wird der Schalter SW zur Vornahme der Eichung in die Eichstellung bewegt. Die Werte der Eichstücke in 10^-6 m (oder auch 10^-6 Zoll) werden mittels der digitalen Daumenschalter 36 eingegeben, z. B. der Wert 50 × 10^-6 m. Die Sonde 10 wird auf das Werkstück mit dem Rauhigkeitswert von 50 × 10^-6 m aufgesetzt. Sobald die Darstellung eine sich nicht mehr ändernde Ablesung zeigt, wird der Schalter SW auf Meßbetrieb umgeschaltet. Die Darstellung 142 sollte dann den Meßwert 50 anzeigen.

Schritt 2: Die Sonde 10 wird auf ein zweites Werkstück gesetzt, beispielsweise eines mit einer Rauhigkeit von 125 × 10^-6 m. Der Schalter SW befindet sich noch in der Meßstellung. Die Darstellung sollte jetzt genau den Wert 125 anzeigen. Wenn dies nicht der Fall ist, muß die Steigung der Meßkennlinie mittels des Potentiometers 114 geändert werden, um die Ablesung je nach Erfordernis zu erhöhen oder zu erniedrigen.

Das Eichverfahren der Schritte 1 und 2 wird dann wiederholt, bis die Darstellung die Rauhigkeitswerte der zwei Werkstücke genau wiedergibt, d. h. die Werte von 50 bzw. 125 × 10^-6 m. Das Potentiometer 114 wird dann in dieser Stellung verriegelt.

Dieses Eichverfahren kann ungefähr einmal im Monat oder in anderen gewünschten Zeitperioden durchgeführt werden, um fortlaufend ausreichende Genauigkeit sicherzustellen. Insbesondere wäre aber eine Eichung durchzuführen, wenn sich die Betriebsbedingungen geändert haben, z. B. dadurch, daß eine neue Sonde verwendet wird.

Wenn das Gerät eingeschaltet wurde und nach einigen Minuten Betriebswärme erreicht hat, wird zunächst ein standardisiertes Eichwerkstück benutzt, um die Verriegelung 138 einzustellen, indem der oben beschriebene Verfahrensschritt 1 durchgeführt wird. Danach kann das Gerät für Messungen verwendet werden. Der in der Verriegelung 138 gespeicherte Wert geht wieder verloren, sobald die Leistungsversorgung abgeschaltet wird. Ein standardisiertes Eichwerkstück von genau bekannter Oberflächenbeschaffenheit wird daher vorteilhafterweise dem Gerät beigegeben.

Um die Rolle der Versetzzahl noch weiter zu verdeutlichen, sei noch auf zunächst Fig. 4A und dann auf Fig. 4B Bezug genommen.

Mit Bezug auf Fig. 4A sei angenommen, daß während des Eichvorganges ein Werkstück mit einer Oberflächenrauhigkeit von 10 × 10^-6 m benutzt und daß mittels der Daumenschalter 136 der Wert 10 eingegeben wird. Dieser Wert wird in den Zähler 134 über den Kanal B geladen. Man nehme dann an, daß vom Oszillator 112 75 Impulse dem Zähler 134 zugeschickt werden. Der Zähler "benötigt" 10 Impulse, um bis Null zu zählen und zählt dann bis auf 65, welche Zahl er der Darstellung und dem Verriegelungsspeicher 138 zusendet, der dann den Wert 65 speichert.

Wie aus Fig. 4B hervorgeht, wird während der Messung nur der Kanal A eingeschaltet, so daß der Verriegelungsspeicher 138 die Zahl 65 in den Zähler 134 als die Versetzzahl eingibt. Der Oszillator 112 liefert weiterhin 75 Impulse an den Zähler 134, der bis auf 65 abwärts zählt und dabei 65 Eingangsimpulse "verbraucht", woraufhin er dann während der verbleibenden 10 Impulse aufwärts zählt. Der Zähler 134 wird dann die Zahl 10 der Darstellung 142 liefern, wodurch sich das gewünschte Ergebnis einstellt.

Claims (5)

1. Gerät zur Messung der Struktur und der Unregelmäßigkeiten einer leitenden Oberfläche, mit einer nahe der Oberfläche angeordneten und bezüglich dieser verschieblichen und mit ihr einen Kondensator veränderlicher Kapazität bildenden Meßeinrichtung (10), wobei zwischen der Meßeinrichtung (10) und der leitenden Oberfläche eine dielektrische Schicht vorgesehen ist, mit Einrichtungen zur Schaffung eines Bezugspotentials und zur Erregung des Kondensators veränderlicher Kapazität, und mit Summiereinrichtungen zur Zählung von Impulsen, wobei der Kondensator veränderlicher Kapazität durch zwei Elektrodenplatten gebildet wird, die jeweils von Stützeinrichtungen in gegenseitigem Abstand zueinander gehalten werden und jeweils einen Teil der dielektrischen Schicht tragen, die Einrichtungen zur Erregung des Kondensators veränderlicher Kapazität einen zwischen dem ersten und dem zweiten Plattenglied angeschlossenen Kondensator fester Kapazität aufweisen, wobei eine Konstantstromquelle in Serie mit dem Kondensator fester Kapazität angeschlossen ist; mit dem Kondensator veränderlicher Kapazität und den Einrichtungen zur Schaffung eines Bezugspotentials eine Zusatzeinrichtung zur Erzeugung eines Entladungsimpulses, immer dann, wenn das Potential der Ladung auf dem Kondensator veränderlicher Kapazität das Bezugspotential bei Verschiebung der Meßeinrichtung bezüglich der leitenden Oberfläche überschreitet, verbunden ist; und die Summiereinrichtung der Zusatzeinrichtung nachgeschaltet ist und eine Anzeige der während einer Zeitperiode aufsummierten Impulszahl als Funktion der Struktur des Gebietes der leitenden Oberfläche liefert, über das die Meßeinrichtung verschoben wurde, gekennzeichnet durch:

• (a) Oszillatoreinrichtungen (112), die an der Kapazitätsmeßeinrichtung angeschlossen sind, um Impulse von einstellbarer Frequenz (f) zu erzeugen;
• (b) Generatoreinrichtungen (124) zur Erzeugung eines Signals mit einer Zeitperiode T _M , welches ein genaues Vielfaches des Kehrwertes der Frequenz der Wechselstromleistungsversorgung ist;
• (c) Zähleinrichtungen (134), die zur Aufnahme der Impulse angeschlossen sind, um die Impulse digital auf- und abzuzählen, wobei die Zähleinrichtungen (134) einen Einschalteingang, einen Zählbefehlseingang und einen Entleihausgang besitzen, der abgegeben wird, wenn die Zähleinrichtungen den Zählwert Null erreichen;
• (d) Einrichtungen (142) mit einem Einschalteingang, die an den Ausgang der Zähleinrichtungen (134) angeschlossen sind, um den Digitalinhalt der Zähleinrichtungen (134) am Ende der Periode T _M darzustellen;
• (e) mit den Zähleinrichtungen (134) verbundene Einrichtungen (138) zur Speicherung einer Versetzdigitalzahl;
• (f) Einrichtungen (136) zur Erzeugung eines Digitalzahlsignals im Eichbetrieb;
• (g) Multiplexereinrichtungen (140), die zur Aufnahme der Ausgänge der Digitalzahleinrichtungen (136) und der Speichereinrichtungen (138) während des Eichbetriebs bzw. Meßbetriebs angeschlossen sind, wobei die Multiplexereinrichtungen (140) Einschalteingänge (Auswahl A, Auswahl B) für den Eichbetrieb und den Meßbetrieb sowie einen Datenausgang aufweisen, der mit den Zähleinrichtungen (134) verbunden ist;
• (h) logische Steuereinrichtungen (144), die zur Aufnahme des Zeitperiodensignals (T _M ) als einen Eingang angeschlossen sind und mit den Multiplexereinrichtungen (140) verbunden sind, um entsprechend die Multiplexereinrichtungen (140) für die Eichung und die Messung ein- bzw. auszuschalten, wobei die logischen Einrichtungen (144) mit den Einschalteingängen der Zähleinrichtungen (134) und der Darstellungseinrichtungen (142) verbunden sind, außerdem mit dem Zählbefehlseingang und dem Entleihausgang der Zähleinrichtungen (134), wobei die logischen Steuereinrichtungen (144) einen Abwärtszählbefehl an den Zählbefehlseingang bei Aufnahme des T _M -Signals und einen Abwärtszählbefehl an den Befehlseingang bei Aufnahme des Entleihsignals abgeben, wobei die logischen Steuereinrichtungen (146) mit den Versetzdigitalzahlspeichereinrichtungen (138) verbunden sind, um die Speicherung des Digitalinhalts der Zähleinrichtungen (134) am Ende der Periode T _M zu veranlassen, so daß während der Messung die gespeicherte Zahl die Versetzzahl ist, von der die Zähleinrichtungen (134) zuerst nach Null hin zählen müssen, bevor diese die von den Oszillatoreinrichtungen (112) aufgenommenen Impulse aufwärtszählen können.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoreinrichtungen (124) zur Erzeugung des Signals mit einer Zeitperiode T _M eine Netzquelle mit Wechselspannung umfassen, außerdem einen Begrenzungsschaltkreis (126, 128, 130, 132) sowie einen durch N dividierenden Zähler (118), wobei N irgendeine bequeme Zahl darstellt, daß die Netzquelle mit dem Begrenzungsschaltkreis (126, 128, 130, 132) verbunden ist und einen Ausgang aufweist, der mit dem durch N dividierenden Zähler (118) verbunden ist, und daß der Ausgang des N- Zählers (118) eine Rechteckwelle mit der Periode T _M darstellt, wobei T _M gleich der Frequenz der Netzquelle dividiert durch N ist.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoreinrichtungen (124) zur Erzeugung des Signals mit der Zeitperiode T _M einen Oszillator (122) und einen durch N teilenden Zähler (118) umfassen, wobei der Oszillator (122) eine Ausgangsfrequenz erzeugt, die genau gleich der Frequenz der Wechselstromnetzversorgung ist, wobei N eine ganze Zahl ist, und daß der Ausgang des Oszillators (122) mit dem Eingang des N-Zählers (118) verbunden ist und der Ausgang des N-Zählers (118) eine Rechteckwelle darstellt, deren Periode T _M gleich der Frequenz der Wechselstromleistungsversorgung ist, dividiert durch N.

4. Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die logischen Steuereinrichtungen (144) Schaltereinrichtungen (146) aufweisen, weiterhin erste und zweite monostabile Multivibratoren (148, 150) und einen RS-Flipflop (156, 158), wobei der erste monostabile Multivibrator (148) Ausgänge Q₁ und ₁ und der zweite monostabile Multivibrator (150) Ausgänge Q₂ und ₂ besitzt, daß der erste monostabile Multivibrator (148) mit seinem einen Eingang zur Aufnahme des Signals mit der Zeitperiode T _M angeschlossen ist, während der Ausgang ₁ mit dem Einschalteingang der Darstellungseinrichtung (142) und mit dem Eingang des zweiten monostabilen Multivibrators (150) verbunden ist, daß der Ausgang Q₂ mit dem Einschalteingang der Zählereinrichtung (134) verbunden ist, daß der RS-Flipflop (156, 158) zwei Eingänge und einen Ausgang aufweist, wobei der eine Eingang mit dem Ausgang ₂ und der andere Eingang mit dem Entleihausgang der Zähleinrichtung (134) und der RS-Flipflopausgang mit dem Zählbefehleingang der Zähleinrichtung (134) verbunden ist, daß die Schaltereinrichtungen (146) Eich- und Meßbetriebstellungen (a, b) besitzen, die mit den Multiplexereinrichtungen (140) verbunden sind, um die Multiplexereinrichtungen (140) zu veranlassen, selektiv den Digitalinhalt der Versetzdigitalzahlspeichereinrichtung (136) bzw. der Digitalzahlgeneratoreinrichtung (138) zu der Zähleinrichtung (134) zu liefern, wobei die Schaltereinrichtungen (146) im Eichbetrieb den Ausgang Q₁ mit der Digitalzahlspeichereinrichtung (138) verbinden, um die sofortige Speicherung des Digitalinhalts der Zähleinrichtung (134) darin zu veranlassen.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (136) zur Erzeugung der Digitalzahlsignale Daumenschalter umfassen, die so gedreht werden können, daß numerische Einstellungen ausgewählt werden.