DE3827696C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufzeichnen 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 (Vgl. Z. "Antriebstechnik" 26 (1987) Nr. 10, S. 55-59).

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 Filterkurve erzeugt. Diese Filterkurve wird von den Amplitu­ den der Meßdatenkurve vielfach geschnitten, so daß sich entlang der Filterkurve 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 der maximalen Amplitudendichte den Durchlauf durch die Eingabe in ein nachgeordnetes Filter beendet, das die gewünschte Filterkurve als von den Ausreißern unbeeinflußte Welligkeitskurve liefert. Dem anderen Ausgang der Entscheidungsstufe ist eine Einrichtung zur Bewirkung eines zweiten Durchlaufes nachgeschaltet.

Da sich in aller Regel beim 1. Datendurchlauf noch keine maximale Amplitudendichte ergibt, ist dem zweiten Ausgang der Entscheidungsstufe eine Grenzkurveneinrichtung nachgeordnet, die alle Ordinatenwerte mindestens einer Grenzkurve aufzeichnet und speichert, die im Abstand des jeweiligen arithmetischen Mittelwertes oder eines Produktes aus diesem Mittelwert und einem Toleranzfaktor, gebildet aus den Differenzen aller Wertepaare, bestehend aus den Ordinatenwerten der Meßdaten der Meßdatenkurve ober- bzw. unterhalb der Filterkurve und den zugehörigen Ordinatenwerten der Filterkurve, äquidistant ober- und unterhalb zur jeweiligen Filterkurve verläuft.

Der Grenzkurveneinrichtung ist ein Wandler nachgeordnet, der alle Ordinatenendpunkte der Meßdatenkurve, die außerhalb des durch mindestens eine Grenzkurve begrenzten Bereiches liegen, erkennt, speichert und durch Ordinatenendpunkte ersetzt, die an beliebiger Stelle innerhalb des einerseits durch die Filterkurve und andererseits durch die den Ordinatenendpunkten jeweils zugeordnete Grenzkurve begrenzten Bereiches liegen. Auf diese Weise erhält man im Bereich der Ausreißer eine korrigierte Meßdatenkurve.

Der Ausgang des Wandlers ist wiederum mit dem oben genannten digitalen Filter über dessen Eingang verbunden und bewirkt einen erneuten Durchlauf der Daten bis die erforderliche Amplitudendichte als Abbruchbedingung erreicht ist.

Nach einer anderen Ausführungsform ist die Grenzkurveneinrichtung so ausgebildet, daß sie die Amplitudendichte entlang einer Vielzahl von zur Filterlinie äquidistanten Kurven 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.

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 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 bestimmt sind, die als Ordinatenendpunkte 4, 5, 6 bzw. 7 aufgezeichnet 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 10 sich aus dem arithmetischen Mittelwert oder einem Produkt aus diesem Mittelwert und einem Toleranzfaktor, gebildet aus den Differenzen aller Wertepaare, bestehend aus den Ordinatenwerten der Meßdaten der Meßdatenkurve ober- bzw. unterhalb der Filterkurve 10 und den zugehörigen Ordinatenwerten der Filterkurve, ergibt.

Dann werden alle Meßdaten der Meßdatenkurve 1, die sich außerhalb des von den Grenzkurven eingeschlossenen Toleranz­ bandes befinden, im vorliegenden Fall die Ordinatenendpunkte 4, 5, 6 unterhalb der Filterkurve 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 Ordinatenendpunkte 4′, 5′, 6′ und 7′ eine "korrigierte" Meßdatenkurve 11 (Fig. 2).

Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis eine als Abbruchbedingung vorgegebene, maximale Amplitudendichte A entlang der zuletzt ermittelten Filterkurve 10, d.h. die Anzahl der Kreuzungspunkte der korrigierten Meßdatenkurve 11 mit der Filterkurve 10 erreicht ist.

Fig. 4 zeigt ein Fließbild der 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 A als Abbruchbedingung ihren ersten Ausgang 17 beauf­ schlagt und im anderen Falle den Ausgang 18 bedient.

Bei Erreichen der vorgesehenen Amplitudendichte A 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 Ordinatenendpunkte 4-6, 7 bzw. der korrigierten Ordinatenendpunkte 4′-6′ und 7′ wieder abgerufen und der korrigierten Rauhheitskurve 20′ zugefügt. Es ergibt sich dann eine die Welligkeit nicht berücksichtigende Rauhheitskurve 20 mit Angabe der Ausreißer 3, 3′, ohne daß diese die Rauhheitskurve 20 verfälschen.

Für den Fall, daß die erforderliche Amplitudendichte A nicht erreicht ist, und das dürfte für den ersten Durchlauf der Meßdaten die Regel sein, beaufschlagt der Ausgang 18 der Entscheidungsstufe 16 eine Grenzkurveneinrichtung 22. Diese bestimmt aus den Differenzen aller Wertepaare, bestehend aus den Ordinatenwerten der Meßdaten 2 der Meßdatenkurve 1 ober- bzw. unterhalb der Filterkurve 10 und den zugehörigen Ordinatenwerten der Filterkurve 10, den arithmetischen Mittelwert oder diesen Mittelwert multipliziert mit einem Toleranzfaktor als Abstand für zur Filterkurve 10 ober- und unterhalb äquidistant verlaufende Grenzkurven 8, 9.

Ein der Grenzkurveneinrichtung 22 nachgeordneter Wandler 23 ermittelt dann alle Ordinatenendpunkte 4, 5, 6 und 7 der Ausreißer 3 und 3′ außerhalb des von den Grenzkurven 8, 9 begrenzten Toleranzbandes, transponiert diese als korrigierte Ordinatenendpunkte 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 des Filters 14 verbunden, so daß sich der Datendurchlauf wiederholen kann.

Fig. 4 zeigt links neben den schematisch angegebenen Einrichtungen der Vorrichtung in vertikaler Anordnung die Kurvenergebnisse eines ersten (I) und zweiten (II) Durchlaufes und rechts neben dem Fließbild den letzten Durchlauf nach Erreichen der Abbruchbedingung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, die Grenzkurveneinrichtung 22 so auszubilden, daß sie ein Profil der Amplitudendichte A der Meßdatenkurve 1 entlang einer Vielzahl von aquidistanten Kurven 30 zur Filterkurve 10 liefert. Die gefundenen Werte A werden, wie Fig. 3 zeigt, über einer Abszisse aufgetragen, die die Abstände der äquidistanten Kurven von der Filterkurve angibt. Eine Parallele A₁ zur Abszisse, die einer bestimmten vorgegebenen Amplitudendichte entspricht, bestimmt dann mit den Kreuzungspunkten A₈ und A₉ den gewünschten Abstand der Grenzkurven 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 (A) einer unkorrigierten oder korrigierten Meßdatenkurve (1; 11) entlang der Filterkurve (10) aufweist, mit einer nachgeordneten Entscheidungsstufe (16) mit zwei alternativ beaufschlagbaren Ausgängen (17, 18), wobei dem einen Ausgang (17), der dann beaufschlagt wird, wenn die Amplitudendichte (A) kleiner oder gleich der vorher aufgenommenen Amplitudendichte (A) ist, ein weiteres Filter (14′) nachgeordnet ist, das die letzte Filterkurve (10′) ausgibt, die die gesuchte Welligkeitskurve ist, und wobei dem anderen Ausgang (18), der mit Werten der Amplitudendichte (A) beaufschlagbar ist, die größer sind als diejenigen der vorhergehenden Meßstufe, eine Grenzkurveneinrichtung (22) nachgeordnet ist, die alle Ordinatenwerte mindestens einer Grenzkurve (8, 9) aufzeichnet und speichert, die im Abstand des jeweiligen arithmetischen Mittelwertes oder eines Produktes aus diesem Mittelwert und einem Toleranzfaktor, gebildet aus den Differenzen aller Wertepaare, bestehend aus den Ordinatenwerten der Meßdaten (2-7) der Meßdatenkurve (1; 11) ober- bzw. unterhalb der Filterkurve (10) und den zugehörigen Ordinatenrichtungen der Filterkurve (10), äquidistant ober- und unterhalb zur jeweiligen Filterkurve (10) verläuft, daß dieser Grenzkurveneinrichtung (22) ein Wandler (23) nachgeordnet ist, der alle Ordinatenendpunkte (4, 5, 6 und 7) der Meßdatenkurve (1; 11), die außerhalb des durch mindestens eine Grenzkurve (9; 8) begrenzten Bereiches liegen, erkennt, speichert und durch Ordinatenendpunkte (4′, 5′, 6′ bzw. 7′) ersetzt, die an beliebiger Stelle innerhalb des einerseits durch die Filterkurve (10) und andererseits durch die den Ordinatenendpunkten (4, 5, 6 und 7) jeweils zugeordnete Grenzkurve (9; 8) begrenzten Bereiches liegen, und daß der Ausgang des Wandlers (23) 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 zur Filterkurve (10) äquidistanten Kurven (30) die Amplitudendichte (A) ermittelt, über den Abständen der äquidistanten Kurven (30) von der Filterkurve (10) ein Amplitudendichteprofil erstellt und die einer vorgegebenen Amplitudendichte (A₈, A₉) zugehörende äquidistante Kurve (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) nachgeordnet ist, die die letzte letzte Filterkurve (10′) von der korrigierten Meßdatenkurve (11′) subtrahiert, und somit eine korrigierte Rauhheitskurve (20′), d. h. ohne Ausreißer (3, 3′) wiedergibt sowie daß dieser Subtraktionseinheit (19) eine Additionseinheit (21) für die Addition der den Ordinatenwerten der unterdrückten Ausreißerdaten (4, 5, 6 und 7) zugeordneten und gespeicherten Differenzwerte zur Wiedergabe der gewünschten Rauhheitskurve (20) nachgeordnet ist.