DE3827696A1 - Vorrichtung zum aufzeichnen der welligkeitskurve einer messdatenkurve - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufzeichnung der Welligkeitskurve einer Meßdatenkurve, bestehend aus einer Einrichtung zum Aufzeichnen der Meßdatenkurve aus einer Reihe aufgenommener, digitalisierter Meßdaten sowie einer dieser Einrichtung nachgeordneten Einrichtung zum Aufzeich­ nen einer durch Einwirkung eines digitalen Filters erzeugten Filterkurve und zum Erfassen und Speichern der Meßdaten sowie der Ordinatenwerte der Filterkurve.

Das Profil technischer Oberflächen besteht aus einer Überlagerung von Gestaltsabweichungen unterschiedlicher Größenordnung, die begrifflich in eine Formabweichung, z.B. eine Stufe, in die Welligkeit und in die Rauhheit eingeteilt werden. In grober Näherung gilt die Wellenlänge einer Profilunregelmäßigkeit als Unterscheidungsmerkmal zwischen den beiden letztgenannten Gestaltsabweichungen.

Um vergleichbare Meßergebnisse zu erhalten, ist es erforder­ lich, aus einem gemessenen Profil, der sogenannten Meßdaten­ kurve, die Welligkeit und Rauhheit getrennt zu ermitteln.

Dies geschieht dadurch, daß das aufgenommene Profilbild, d.h. die Meßdatenkurve, von einem digitalen Filter so gefiltert wird, daß eine Filterkurve erzeugt wird, die nur noch die Welligkeit der Oberfläche wiedergibt, während die eigentliche Form des Profils als Bezugskurve außer Betracht bleibt. Etwaige Ausreißer, z.B. in der Form von Riefen, Spalten oder Graten in der Oberfläche bzw. allgemein in der Meßdatenkurve, die an sich nicht typisch für die betrachtete Oberfläche sind, aber doch in der Meßdatenkurve erscheinen, können diese verfälschen, da die Meßdaten der Ausreißer vom Filter voll miterfaßt werden.

Um diesen Einfluß zu unterdrücken, wurde an der Techn. Universität Hannover ein Verfahren zur Messung von Oberflä­ chen entwickelt, bei dem alle Meßdaten der Meßdatenkurve, die sich auf Ausreißer beziehen und jenseits der Filterlinie liegen, von dieser abgeschnitten werden. Erzeugt man aus dieser "korrigierten" Meßdatenkurve erneut eine Filterlinie, so erhält man angenähert ein Profil der Welligkeit, das realistischer ist. Subtrahiert man diese Filterlinie von der ursprünglichen Meßdatenkurve, so erhält man angenähert das gewünschte Rauheitsprofil.

Dieses Verfahren ist für viele Anwendungszwecke zu ungenau, zumal die Ausreißer nur ungenügend abgeschnitten werden. Die zweite Filterkurve folgt daher immer noch andeutungsweise den Ausreißern und bringt demgemäß Profilverzeichnungen.

Dieses in der Oberflächenmeßtechnik bekannte Problem gibt es auch in anderen Bereichen, wo Meßdatenkurven Unstetigkeits­ stellen aufweisen, die die als Filterkurven ausgebildeten Darstellungen der Welligkeit verzerren. Dies gilt z.B. für Fahrzeuggeschwindigkeits- oder Kraftstoffverbrauchsmessungen im Stop-und-Go-Verkehr und dgl.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine von Ausreißern weitgehend unbeeinflußte Ermittlung der Welligkeit einer Meßdatenkurve ermöglicht.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

Danach wird mittels eines digitalen Filters aus einer von einer Meßeinrichtung aufgenommenen Meßdatenkurve eine erste Filterlinie erzeugt. Diese Filterlinie wird von den Amplitu­ den der Meßdatenkurve vielfach geschnitten, so daß sich entlang der Filterlinie eine bestimmte Amplitudendichte dieser Schnittstellen ergibt.

Die dem digitalen Filter nachgeordnete Einrichtung zur Ermittlung der Amplitudendichte ist mit einer Entscheidungs­ stufe verbunden, deren einer Ausgang bei Erreichen einer vorgegebenen, z.B. der maximalen Amplitudendichte den Durchlauf durch die Eingabe in ein nachgeordnetes Filter beendet, das die gewünschte Filterkurve als von den Ausreißern unbeeinflußtes Welligkeitsprofil liefert. Der andere Ausgang der Entscheidungsstufe bedient eine nachge­ schaltete Einrichtung zur Bewirkung eines zweiten Durchlau­ fes.

Da sich in aller Regel beim 1. Datendurchlauf noch keine maximale Amplitudendichte ergibt, bedient der zweite Ausgang der Entscheidungsstufe eine Grenzkurveneinrichtung. Diese ermittelt ober- und/oder unterhalb der Filterkurve hierzu äquidistante Grenzkurven. Diese können gemäß einer Ausfüh­ rungsform der Erfindung im Abstand des arithmetischen Mittels der Gesamtwerte aller Ordinaten der Meßdatenkurve ober- oder unterhalb der Filterkurve, ggf. multipliziert mit einem Toleranzfaktor angeordnet sein.

Nach einer anderen Ausführungsform ist diese Einrichtung so ausgebildet, daß sie die Amplitudendichte entlang einer Vielzahl von Äquidistanten zur Filterlinie ermittelt, ein Amplitudendichteprofil über den Abständen dieser Äquidistan­ ten von der Filterlinie erstellt und aus einem vorgegebenen Wert für die Amplitudendichte die zugehörige(n) Äquidistan­ te(n) als Grenzkurve(n) bestimmt.

Der Grenzkurveneinrichtung ist ein Wandler nachgeordnet, der alle über die erzeugten Grenzkurven hinausgehenden Meßdaten der Meßdatenkurve ermittelt, durch "korrigierte" Meßdaten innerhalb des von der zugeordneten Grenzkurve und der Filterkurve gebildeten Toleranzbandes ersetzt und die Ordinatendifferenz dieser und der korrigierten Meßdaten speichert. Auf diese Weise erhält man im Bereich der Ausreißer eine korrigierte Meßdatenkurve.

Der Wandler ist wiederum mit dem oben genannten digitalen Filter verbunden und bewirkt einen erneuten Durchlauf der Daten bis die erforderliche Amplitudendichte als Abbruchbe­ dingung erreicht ist.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Meßdatenkurve mit einer Filterkurve und Grenzkur­ ven,

Fig. 2 eine aus Fig. 1 resultierende korrigierte Meßdatenkur­ ve,

Fig. 3 eine Meßdatenkurve mit einer Vielzahl von Äquidistan­ ten zu ihrer Filterkurve und

Fig. 4 ein Fließbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Meßdatenkurve 1 als polygonale Kurve zwischen den Meßdaten 2 eines z.B. mittels Taster gemessenen technischen Oberflächenprofiles, Diese Meßdatenkurve 1 weist an den Stellen 3 und 3′ Ausreißer, z.B. eine Riefe oder einen Spalt bzw. einen Grat auf, die durch die gewonnenen Meßdaten 4, 5, 6 bzw. 7 bestimmt sind.

Durch die Meßdatenkurve 1 erstreckt sich eine Filterkurve 10, die sich nach Durchlauf der Meßdaten 2 durch ein digitales Filter ergibt. Diese Filterkurve 10 gibt die Welligkeit des Oberflächenprofiles, wenn auch etwas ver­ zerrt, wieder. Sie wird durch die die Ausreißer 3, 3′ charakterisierenden Meßdaten 4-6 und 7, die auf die Bildung der Filterkurve 10 einwirken, verzerrt. (Die dargestellten Kurven sind nicht maßstäblich).

Um diese Verzerrung zu vermeiden, werden ober- und/oder unterhalb der Filterkurve 10 und äquidistant zu dieser Grenzkurven 8,9 aufgetragen, deren Abstand von der Filter­ kurve sich aus dem arithmetischen Mittelwert aller Ordina­ tenwerte der Meßdaten der Meßdatenkurve 1 ober- bzw. unterhalb der Filterkurve 10, ggf. multipliziert mit einem Toleranzfaktor, ergibt.

Dann werden alle Meßdaten der Meßdatenkurve 1, die sich außerhalb des von den Grenzlinien eingeschlossenen Toleranz­ bandes befinden, im vorliegenden Fall die Meßdaten 4, 5, 6 unterhalb der Filterlinie und 7 oberhalb der Filterkurve in den Bereich zwischen der Filterkurve 10 und der am nächsten liegenden Grenzkurve 9 bzw. 8 transponiert und bilden dort, als korrigierte Meßdaten 4′, 5′, 6′ und 7′ eine "korrigierte" Meßdatenkurve 11 (Fig. 2).

Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis eine als Abbruchbedingung vorgegebene, z.B. die maximale Amplituden­ dichte entlang der zuletzt ermittelten Filterkurve 10, d.h. die Anzahl der Kreuzungspunkte der korrigierten Meßdatenkur­ ve 11 mit der Filterlinie 10 erreicht ist.

Fig. 4 zeigt ein Fließbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit der die vorgenannten Schritte durchgeführt werden.

Diese Vorrichtung weist eine Meßeinrichtung 12, z.B. eine Abtasteinrichtung zur Erfassung der Meßdaten 2, z.B. eines technischen Oberflächenprofiles auf. Dieser Meßeinrichtung 12 ist ein Meßverstärker mit einem Analog-Digital-Wandler 13 nachgeordnet, an den eine nicht dargestellte Aufzeichnungs­ vorrichtung für die Wiedergabe der digitalisierten Meßdaten 2 auf einer Meßdatenkurve 1 angeschlossen sein kann.

Diesem Analog-Digital-Wandler 13 ist ein digitales Filter 14 nachgeordnet, mit dem eine Filterkurve 10 aufgezeichnet wird. Diese ist links vom Filter 14 in die Meßdatenkurve 1 eingezeichnet. Die Filterkurve 10 wird von den Amplituden der Meßdatenkurve 1 vielfach gekreuzt. Diese Folge der Kreuzungspunkte der Amplituden der Meßdatenkurve 1 ergibt entlang der Filterkurve 10 eine gewisse Amplitudendichte A.

Dem digitalen Filter 14 ist eine Einrichtung 15 zur Ermittlung dieser Amplitudendichte A entlang der zuletzt aufgezeichneten Filterkurve 10 nachgeordnet, deren Ausgang mit einer Entscheidungsstufe 16 verbunden ist. Diese Entscheidungsstufe 16 ist so eingestellt, daß sie bei Vorliegen einer vorgeschriebenen, z.B. maximalen Amplituden­ dichte als Abbruchbedingung ihren ersten Ausgang 17 beauf­ schlagt und im anderen Falle den Ausgang 18 bedient.

Bei Erreichen der vorgesehenen Amplitudendichte wird über den Ausgang 17 ein Filter 14′ beaufschlagt, das eine Filterkurve 10′ ermittelt, die von Verzerrungen durch die Ausreißer 3, 3′ weitestgehend frei ist. Sie entspricht der gesuchten Welligkeitsdarstellung für die zu untersuchende Meßdatenkurve 1.

In Fällen, wo, wie bei der Oberflächenmeßtechnik auch eine verzerrungsfreie Wiedergabe der Rauhheitskurve 20 erwünscht ist, werden die Daten der Filterkurve 10′ in einer nachgeschalteten Subtraktionseinheit 19 von der letzten korrigierten Meßdatenkurve 11 subtrahiert, so daß sich eine korrigierte Rauhheitskurve 20′ ergibt, die auf eine geradli­ nige Abszisse bezogen ist. Mittels einer nachgeschalteten Additionseinheit 21 werden die gespeicherten Differenzwerte der Ordinaten der korrigierten Meßdaten 4-6 und 7 bzw. 4′-6′, 7′ wieder abgerufen und der korrigierten Rauhheitskur­ ve 20′ zugefügt. Es ergibt sich dann eine von Wellen befreite Rauhheitskurve 20 mit Angabe der Ausreißer 3, 3′, ohne daß diese die Rauhheitskurve 20 verfälschen.

Für den Fall, daß die erforderliche Amplitudendichte nicht erreicht ist, und das dürfte für den ersten Durchlauf der Daten die Regel sein, beaufschlagt der Ausgang 18 der Entscheidungseinheit 16 eine Grenzkurveneinrichtung 22. Diese bestimmt aus der Gesamtheit der Ordinatenwerte der Meßdatenkurve 1 und der Filterkurve 10 das jeweilige arithmetische Mittel ober- und unterhalb der Filterkurve 10 und zeichnet in diesem Abstand, ggf. multipliziert mit einem Toleranzfaktor, äquidistant zur Filterkurve 10 Grenzkurven 8, 9 auf.

Ein der Grenzkurveneinrichtung 22 nachgeordneter Wandler 23 ermittelt dann alle Meßdaten 4, 5, 6 und 7 der Ausreißer 3 und 3′ außerhalb des von den Grenzkurven 8, 9 begrenzten Toleranzbandes, transponiert diese als korrigierte Meßdaten 4′, 5′, 6′ und 7′ in den Bereich zwischen der Filterkurve 10 und der nächstgelegenen Grenzkurve 9 bzw. 8 und speichert zugleich die jeweilige Differenz zwischen den ursprünglichen und korrigierten Meßdaten der Ausreißer 3, 3′.

Der Ausgang des Wandlers 23 ist mit dem Eingang zum Filter 14 verbunden, so daß sich der Datendurchlauf wiederholen kann.

Die Zeichnung zeigt links neben den schematisch angegebenen Einrichtungen der Vorrichtung vertikal die Kurvenergebnisse eines ersten (I) und zweiten (II) Durchlaufes und rechts neben dem Fließbild den letzten Durchlauf nach Erreichen der Abbruchbedingung.

Gemäß einer vorteilhaften anderen Ausgestaltung der Erfin­ dung ist vorgesehen, die Grenzkurveneinrichtung 22 so auszubilden, daß sie ein Profil der Amplitudendichte A der Meßdatenkurve entlang einer Vielzahl von Äquidistanten 30 zur Filterkurve 10 liefert. Die gefundenen Werte A werden, wie Fig. 3 zeigt, über einer Abszisse aufgetragen, die die Abstände der Äquidistanten von der Filterlinie angibt. Eine Parallele A ₁ zur Abszisse, die einer bestimmten vorgegebenen Amplitudendichte entspricht, bestimmt dann mit den Kreu­ zungspunkten A ₈ und A ₉ den gewünschten Abstand der Grenzkur­ ven 8 und 9 von der Filterkurve 10.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Aufzeichnen der Welligkeitskurve einer Meßdatenkurve bestehend aus einer Einrichtung zum Auf­ zeichnen der Meßdatenkurve aus einer Reihe aufgenommener, digitalisierter Meßdaten sowie einer dieser Einrichtung nachgeordneten Einrichtung zum Aufzeichnen einer durch Einwirkung eines digitalen Filters erzeugten Filterkurve und zum Erfassen und Speichern der Meßdaten sowie der Ordinatenwerte dieser Filterkurve, dadurch gekennzeichnet,
daß sie eine Einrichtung (15) zur Ermittlung der Amplitudendichte einer ggf. korrigierten Meßdatenkurve (1, 11) entlang der Filterkurve (10) aufweist, mit einer nachgeordneten Entscheidungsstufe (16) mit zwei in Abhängigkeit einer vorgegebenen Amplitudendichte alter­ nativ beaufschlagbaren Ausgängen (17, 18), dessen einem Ausgang (17) ein weiteres Filter (14′) nachgeordnet ist, das die letzte Filterkurve (10′) als gesuchte Wellig­ keitskurve wiedergibt,
daß dem anderen Ausgang (18) der Entscheidungsstufe (16) eine Grenzkurveneinrichtung (22) nachgeordnet ist, die alle Ordinatenwerte mindestens einer Grenzkurve (8, 9) aufzeichnet und speichert, die im Abstand des jeweiligen arithmetischen Mittels zwischen den Gesamtwerten aller Ordinaten der Meßdatenkurve (1 bzw. 11) und der jeweili­ gen Filterkurve (10), ggf. multipliziert mit einem Toleranzfaktor, äquidistant ober- und unterhalb zur jeweiligen Filterkurve (10) verläuft,
daß dieser Grenzkurveneinrichtung (22) ein Wandler (23) nachgeordnet ist, der alle Ordinatenpunkte (4, 5, 6 und 7) der Meßdatenkurve (1 bzw. 11) außerhalb jeder Grenzkurve (9 bzw. 8) erkennt, speichert und durch Ordinatenpunkte (4′, 5′, 6′ bzw. 7′) ersetzt, die zwischen denjenigen der Filterkurve (10) und der zugeordneten Grenzkurve (9 bzw. 8) liegen, und daß deren Ausgang mit dem Eingang des digitalen Filters (14) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzkurveneinrichtung (22) so ausgebildet ist, daß sie entlang einer Vielzahl von Äquidistanten (30) zur Filterlinie (10) die Amplitudendichte (A) ermittelt, über den Abständen der Äquidistanten (30) von der Filterlinie (10) ein Amplitudendichteprofil erstellt und die einer vorgegebenen Amplitudendichte (8′, 9′) zugehörende Aquidi­ stante (30) als maßgebende Grenzkurve (8, 9) bestimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, zur Ermittlung einer von Ausreißern unbeeinflußten Rauheitskurve einer aufge­ nommenen Meßdatenkurve, dadurch gekennzeichnet, daß dem der Entscheidungsstufe (16) nachgeordneten Filter (14′) in an sich bekannter Weise eine Subtraktionseinheit (19) für die letzte Filterkurve (10′) nachgeordnet ist und deren Ausgabe eine korrigierte Rauhheitskurve (20′), d.h. ohne Ausreißer (3, 3′) wiederzugeben vermag sowie daß dieser Subtraktionseinheit (19) eine Additionseinheit (21) für die gespeicherten Differenzdaten der Ordinaten­ werte der unterdrückten Ausreißerdaten (4, 5, 6 und 7) zur Wiedergabe der gewünschten Rauhheitskurve (20) nachgeord­ net ist.