DE2502653A1

DE2502653A1 - Verfahren und vorrichtung zur kompensation des bei profilmessungen auftretenden steigungsfehlers

Info

Publication number: DE2502653A1
Application number: DE19752502653
Authority: DE
Inventors: Gardner P Wilson
Original assignee: Gould Inc
Current assignee: Federal Products Corp
Priority date: 1974-01-25
Filing date: 1975-01-23
Publication date: 1975-07-31
Also published as: FR2259487B1; JPS50118748A; FR2259487A1; GB1486368A; US3903735A; DE2502653C2

Description

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21. Januar 1975 Gzt/Ra.

Gould Inc., Chicago, Illinois /U.S.A.

Verfahren und Vorrichtung zur. Kompensation des bei Profilmessungen auftretenden Steigungsfehlers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation des bei Profilmessungen auftretenden Steigungsfehlers bzw. eine Profilmeßeinrichtung mit einer Vorrichtung zur Kompensation des bei (Oberflächen-) Profilmessungen auftretenden Steigungsfehlers und insbesondere eine Einrichtung zur Abänderung des elektrischen Ausgangssignals einer derartigen Profilmeßeinrichtung, um sie automatisch innerhalb vorgegebener Grenzwerte zu halten und die sich ergebenden Meßabweichungen zu eliminieren, die entstehen, wenn ein Werkstück nicht parallel zu den Bezugspunkten bzw. Bezugswegen der Meßeinrichtung ausgerichtet ist.

Es sind bereits Profilmeß- und Aufzeichnungseinrichtungen bekannt, die mit hoher Genauigkeit eine Aussage hinsichtlich der Ebenheit oder Unebenheit bzw. der Oberflächenbeschaffenheit ' ■ eines Metallteils treffen können. Eine derartige Profilmeßein- "\ ·' richtung kann z.B. eine graphische Aufzeichnung der Oberflächenbeschaffenheit bzw. des Oberflächenverlaufes eines Werkstückes liefern, der Abweichungen vom genau ebenen Verlauf bis zu 2,54 χ 10 ^J mm zu entnehmen sind. Bei einer derartigen Einrichr tung wird ein Stift oder eine Nadel in Oberflächenkontakt mit / dem Werkstück oder dem Teil gehalten, dessen Profil oder Ober-

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flächenbeschaffenheit geprüft werden soll, der über die Oberfläche des Teils geführt wird bzw. die Oberfläche abtastet und somit die gesamte zu prüfende Fläche erfaßt. Die Bewegungen · des Abtaststiftes bzw. der Abtastnadel werden in der Profilmeßeinrichtung mit der präzise geformten Oberfläche einer Profilstange verglichen, wodurch ein elektrisches Aus gangs s:'gnal erzeugt wird, das von den Bewegungsänderungen der über das abzutastende Werkstück geführten Abtastnadel senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks abhängt.

•Eine allgemeine Schwierigkeit bei der Verwendung einer derartigen Meßeinrichtung besteht darin, daß das zu prüfende Teil bzw. die Oberfläche des Werkstücks eingangs exakt parallel zu den Bezugspunkten bzw. Bezugswegen der Profilmeßeinrichtung ausgerichtet bzw. eingestellt werden muß. Dies ist erforderlich, da bereits eine sehr geringe Abweichung von der Parallel!- tat aufgrund der äußerst hohen Vergrößerung der Meßeinrichtung von der Abtastnadel als Abweichung von der Ebenheit oder dem Oberflächenprofil des Prüfteiles erkannt wird."Insbesondere wird bei Anordnung der zu prüfenden Oberfläche des Werkstücks unter einem bestimmten Winkel zu den Bezugspunkten oder Bezugswegen der Profilmeßeinrichtung das z.B. von einem Streifenschreiber aufgezeichnete Ausgangssignal des Instrumentes nicht nur die auf Profiländerungen beruhenden Informationen, sondern auch die lediglich von der Steigung der Nicht-Parallelität er- , zeugten Werte enthalten. Somit sind lästige, zeitraubende und schwierige Arbeitsvorgänge zur Herstellung dieser Parallelität erforderlich.

Bisher wurden die anfänglichen Einstellungen zur Eliminierung e,iner Steigung des zu überprüfenden Werkstücks im Vergleich zu • der.Profilmeß-Bezugsstange hauptsächlich durch physische Neu-

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anordnung oder Neueinstellung des Werkstücks oder der Bezugspunkte bzw. Bezugswege der Meßeinrichtung vorgenommen. Hierbei wird das Werkstück in eine Ausgangsstellung gebracht, worauf Abtastungen mittels der Abtastnadel vorgenommen werden und . jede Steigung durch Neuanordnung des Werkstücks oder .Neuanordnung des Instrumentes relativ zum Werkstück ausgeglichen wird. Dieser Vorgang erfordert normalerweise mehrere derartige Einstellungen, die nicht nur zum Ausgleich von Steigungen, sondern auch zur Korrektur vertikaler Höhenabweichungen der Abtastnadel von der zu überwachenden Oberfläche dienen. Im günstigsten Falle benötigt sogar eine erfahrene Bedienungsperson mehrere Minuten für diese Anfangseinstellung, die bei hohen Produktionszahlen derartiger Teile oder Werkstücke ein wesent- · licher Faktor der Herstellungskosten sein können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die im Ausgangssignal einer Profilmeßeinrichtung aufgrund einer Nicht-Parallelität der gemessenen Oberfläche zu der Bezugsoberfläche der Meßeinrichtung enthaltenen Steigungswerte zu unterdrücken und die Steigung eines analogen Signals, das auch hochfrequente Informationen enthält, automatisch einzustellen und eine Vorrichtung zur Normierung des Ausgangssignals einer Profilmeßeini*ichtung zu schaffen, die billig herzustellen, einfach anzuwenden, genau und zuverlässig ist. '"

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst," daß von einer Profilmeßeinrichtung während der Überprüfung einer Oberfläche abgegebene elektrische Datensignale erfaßt und die in ihnen enthaltenen Steigungsinformationen sowohl nach Amplitude als auch

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nach Vorzeichen, z.B. nach positiver oder negativer Steigung, bestimmt werden, worauf ein Rampensignal mit einer Steigung erzeugt wird, die gleich der Steigung der von der Profilmeßeinrichtung erhaltenen Signale ist.. Das Rampensignal wird dann von dem von der Profilmeßeinrichtung abgegebenen Signal subtrahiert, so daß das resultierende Signal lediglich hochfrequente Informationen enthält, die das eigentliche oder wirkliche Profil des überprüften Teiles oder Werkstückes betreffen, wobei die Steigung der Oberfläche nicht mehr in Erscheinung tritt. Die das Profil betreffenden Daten werden dann z.B. mittels .eines Schreibgerätes oder eines Streifenschreibers aufgezeichnet . Im einzelnen werden die von der Profilmeßeinrichtung abgegebenen Signale, die sowohl hochfrequente Informationen hinsichtlich des eigentlichen Profils des zu messenden Werkstücks als auch niederfrequente Steigungsdaten enthalten, über einen Tiefpaß-Filterschaltkreis geführt, der die meisten hochfrequenten Informationen ausfiltert und lediglich die Informationen weiterleitet, die im wesentlichen Vollständig der Steigung aufgrund einer Nicht-Parallelität des überprüften Werkstücks zu den Bezugspunkten bzw. Bezugswegen des Instrumentes entsprechen. Das Ausgangssignal des Tiefpaß-Filterschaltkreises (Integrator) wird einem Abtast- und Speicherschaltkreis zugeführt, der die orthogonalen Komponenten Vz und Vx erfaßt und abspeichert, die während einer vorgegebenen Zeitdauer entsprechend der nach Einsetzen bei einem Ausgangspunkt Null verstrichenen Abtastzeit der Abtastnadel gemessen werden. Die Werte Vz und Vx werden sodann einer Teilerschaltung zugeführt, deren Ausgangssignal Vo ein den Steigungswerten der von der Profilmeßeinrichtung abgegebenen Informationen entsprechendes elektrisches Signal ist. '

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Bei Beginn eines jeden Prüfvorganges wird ein Rampensignaloder Sägezahngenerator aufgesteuert, dessen Rampensignal einem Eingang eines Multiplikators zugeführt wird, während der andere Eingangsanschluß mit dem Ausgang der Teilerschaltung verbunden ist. Das resultierende Signal bzw. das Ausgangssignal- des Multiplikators (Vmr) stellt ein neues Rampensignal dar, das dem ursprünglichen Rampensignal, multipliziert mit dem Faktor Vo, entspricht. Das multiplizierte Rampensignal (Vmr) wird einer Mischstufe oder Mischschaltung zugeführt und von dem Eingangssignal subtrahiert, wodurch sich ein resultierendes Signal ergibt, das der Profil-Signalinformation der Profilmeßeinri'chrtung ohne Steigungswerte entspricht. Somit werden die steigungsnormierten Signale innerhalb der Grenzwerte der Aufzeichnungseinrichtung oder einer anderen derartigen Anzeigeeinrichtung gehalten.

Für den Fall, daß die Signale dem Abtast- und Speicherschaltkreis während einer Zeitdauer zugeführt werden, die-über eine Abtastbewegung der Abtastnadel in einer Richtung hinausgeht (z.B., wenn die Abtastung und Speicherung eingeleitet wird, wenn eine Abtastbewegung fast abgeschlossen ist) und daher die Traverse bzw. das Führungsstück während der gleichen Rechenperiode gewendet hat und zurückgelaufen ist, würde ein fehlerhafter Wert für Vz erzeugt. Daher sind logische Verknüpfungs- , schaltungen vorgesehen, die ein Wenden bzw. einen Rücklauf der Traverse oder des Führungsteils während der "Ein"-Zeit erfassen und ein Warnlicht betätigen, das der Bedienungsperson anzeigt, daß dieser Lauf zu ignorieren und die Daten neu zu berechnen sind.

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Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen: . . '

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer üblichen Profilmeßeinrichtung des Standes der Technik beim Abtasten der Oberfläche eines Werkstückes,

Fig. 2 eine graphische Darstellung des Ausgangssignals der Profilmeßeinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaubild der in Fig. 2 enthaltenen Informationen mit korrigierter Steigung,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Gerätes,

Fig. 5 ein Funktionsblockschaltbild der Schaltungsanordnungen gemäß der Erfindung,

Fig. 6 eine graphische Darstellung eines keine Steigungswerte enthaltenden Signals,

Fig. 7 ein Schaltbild des Warnlicht-Erregerschaltkreises, und

Fig. 8 eine Schaltungsanordnung, mittels der eine langsame Betriebsart des Sägezahngenerators wählbar ist.

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In Fig. 1 ist eine übliche Profilmeßeinrichtung des Standes der Technik schematisch dargestellt. Bei einer-derartigen Meßeinrichtung wird ein Werkstück oder Teil 10 mit einer auf ihr

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Profil bzw. ihren Zustand zu überprüfenden Oberfläche auf einer im wesentlichen horizontalen Arbeitsfläche, einem Tisch oder ; einer Werkbank angebracht. Die Profilmeßeinrichtung wird nahe dem Teil oder Werkstück 10 angeordnet und weist eine Abtastnadel oder einen Abtaststift 11 mit einer Spitze auf, die auf der Oberfläche des Werkstücks 10 ruht, deren Profil bzw. deren Konturen zu bestimmen sind. Im Betrieb wird der Abtastnadel eine Abtastbewegung oder eine Querbewegung über die Oberfläche des Werkstücks erteilt, während die Spitze der Abtastnadel in Kontakt mit der Oberfläche bleibt. Die Abtastnadel bewegt sich senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks 10, während sie das Werkstück abtastet bzw. über das Werkstück geführt wird und der Oberflächenkontur oder dem Oberflächenprofil folgt. Diese Bewegungen der Abtastnadel 11 in Richtung der Oberfläche des Werkstücks und von der Oberfläche des Werkstücks weggerichtet werden mittels eines Wandlers 12 in ein elektrisches Signal umgesetzt, dessen Betrag proportional dem Ausmaß der Bewegung der Abtastnadel relativ zu einer Profilstange 13 mit einer präzise ausgebildeten Oberfläche ist, die die Profilbezugswege bzw. Profilbezugswerte der Meßeinrichtung bildet. Die Signale des Wandlers werden nach Verstärkung und weiterer" Verarbeitung durch die Verstärker- und Steuerschaltkreise 14 einer geeigneten Aufzeichnungseinrichtung 15 zugeführt, etwa einem Schreibgerät oder einem Streifenschreiber.

Wie bereits erwähnt, ist es bei Verwendung der in Fig. 1 dargestellten Profilmeßeinrichtung wesentlich, daß das Werkstück

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oder Teil 10 parallel zu der Bezugs-Profilstange 13 ausgerichtet bzw. eingestellt wird, damit keinerlei Steigungen zwischen den zu vergleichenden Oberflächen der beiden Teile auftreten. Auch wurde bereits erwähnt, daß die Beseitigung von Steigungsunterschieden zwischen den beiden Teilen bisher durch physische Neuanordnung der Meßeinrichtung oder des Werkstückes zueinander erfolgte, was nicht nur eine Einstellung der Steigung zur Herstellung einer genauen Parallelität zu der Bezugs-Profilstange 12 bedingte, sondern auch häufig eine vertikale Neueinstellung der Abtastnadel 11 zu der Oberfläche des Werkstückes oder Teils erforderte.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, weist bei Vorliegen einer Steigung zwischen der Oberfläche des zu prüfenden Teils 10 und den Bezugspunkten oder Bezugsflächen der Profilstange 13 eine Anzeige oder Aufzeichnung der Profi!informationen (Kurve A) auch eine Ausrichtung der Profilinformationen entsprechend dem Steigungswinkel c< auf. Sowohl bei. Meßeinrichtungen des Stan-ies der Technik als auch bei der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, diese Steigung oder Nicht-Parallelität des Werkstücks 10 zu den Bezugspunkten oder Bezugswegen der Profilstange 13 zu beseitigen und die Profilinformationen (Kurve A) entsprechend der in Fig. 3 gezeigten Darstellung abzugeben. Das heißt, daß bei Wegfall der Steigung der Winkel c< auf Null reduziert wird,

und daß z.B. bei einer Aufzeichnung mittels eines Streifenschreibers sich die aufgezeichnete Profilinformation horizontal über die Breite des Aufzeichnungspapierstreifens erstreckt, was aus mehreren Gründen wichtig ist. Vor allem weist der Aufzeichnungspapierstreifen gewöhnlich geeichte Linien auf, die in vor-

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gegebenem Abstand oder vorgegebener Ausrichtung darauf aufgedruckt sind und somit das Lesen und die Auswertung der Profildaten ("Sägezahninformationen" in Kurve A) -wesentlich erleichtern, wenn die auf dem Papierstreifen aufgezeichneten Daten in einer konstanten Richtung dargestellt sind und keine unterschiedlichen Steigungen aufweisen. Darüber hinaus ergibt sich dann, wenn die Steigung beträchtlich ist, eine starke Verzerrung der aufgezeichneten Profildaten.

Die im folgenden beschriebene Schaltungsanordnung wird zwischen den Verstärker- und Steuerschaltkreis 14 und das Aufzeichnungsgerät 15 geschaltet und dient zur- Umsetzung des in Fig. 2 dargestellten Signals, das Profilsignale mit einem Steigungswinkel c< aufweist, in die in Fig. 3 dargestellte Form, bei der die Steigung entfällt bzw. der Winkel o( = 0 ist. Wie außerdem noch zu beschreiben ist, wird ein bestimmter Signalbereich für die Aufzeichnung der Informationen eingehalten.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 sei als Anfangsbedingung angenommen, daß die Informationssignale (Vin) der Profilmeßeinrichtung, d.h., die Ausgangssignale,des Verstärker- und Steuerschal tkreises 14, sowohl Profildaten als auch Steigungsinformationen enthalten. Das Profilsignal Vin wird zunächst einem-Integrator 16 zugeführt, der im wesentlichen alle hochfrequenten, das Profil betreffenden Informationen unterdrückt, während er die niederfrequenten Informationskennwerte der allgemeinen Steigung der Kurve A weiterleitet. Der Integrator 16 wirkt somit als Tiefpaßfilter, wobei die niederfrequenten oder Stei-

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gungsinformationen sodann direkt einem Eingang eines Abtast- und Speicherschaltkreises 17 zugeführt werden.

Wie sich aus einer Betrachtung des Signalverlaufs der in den Fig. 2 und 6 dargestellten Kurven ergibt, ist die keine Profildaten enthaltende, dem Abtast- und Speicherschaltkreis zugeführte niederfrequente Kurve ein Signal, das unter dem Winkel o< ansteigt, der den Winkel der Nicht-Parallelität zwischen dem Teil oder Werkstück 10 und der Profilstange 13 darstellt.

•Ein üblicher Sägezahngenerator 18 erzeugt ein ansteigendes Rampen- oder Sägezahnsignal Vx, das vorgegebene feste Kennwerte aufweist und als weiteres Eingangssignal dem Abtast- und Speicherschaltkreis 17 zugeführt wird. Der Sägezahngenerator und der Abtast- und Speicherschaltkreis werden, zur. gleichen Zeit durch Schließen eines Schalters 19 (Start.) eingeschaltet. Gleichzeitig mit dem Schließen des Schalters 19 wird ein Zoitgeber 20 eingeschaltet, der am Ende eines vorgegebenen Zeitintervalles ein Ausgangssignal erzeugt, das den Abtast- und Speicherschaltkreis sperrt bzw. unterbricht. Das heißt, daß bei Beendigung des Zeitgeberintervalles die im Abtast- und Speicherschaltkreis befindlichen Informationen, nämlich der Wert Vx zur Zeit des Abschal tens bzw. der Unterbrechung sowie der Wert Vz, am Ausgang verfügbar sind. Diese beiden Größen stellen die orthogonalen Komponenten der Steigung dar, wie in Fig. 6 veranschaulicht-ist.

Hinsichtlich der Bildung der Werte Vx und Vz durch den Abtast- und Speicherschaltkreis ist zu beachten, daß, obwohl sich Fig. 5 entnehmen läßt, daß das dem Integrator über die Profil-

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meßeinrichtung zugeführte Informationssignal immer exakt mit dem Beginn einer Querbewegung der Abtastnadel und damit mit dem Schließen des Schalters 19 zusammenfällt, dies normalerweise nicht erreicht wird. In Wirklichkeit erfolgt das Schließen des Schalters 19 auf einer willkürlichen Basis während die Abtastnadel 11 eine Abtastbewegung ausführt, so daß der Abtast- und Speicherschaltkreis seine Tätigkeit zu einem beliebigen Zeitpunkt während der Querbewegung der Abtastnadel aufnehmen kann. Es ist ersichtlich, daß aufgrund der konstanten Anstiegskennwerte des Rampensignals des Sägezahngenerators der Wert von Yx, der zur Zeit Null einsetzt und aus dem Abtast- und Speicherschaltkreis ausgelesen wird, von der Lange der Zeit abhängt, während der der Abtast- und Speicherschaltkreis erregt ist, wobei er, wie bereits erwähnt, vom Zeitgeber 20 gesteuert wird. Das heißt, daß bei identischen, von der Einstellung des Zeitgebers bestimmten Laufzeiten die gleichen Werte für Vx aus dem Abtast- und Speicherschaltkreis autgelesen werden. Der Wert Vz, der ebenfalls zur Zeit Null mit dem Schließen des Schalters einsetzt, hängt von den niederfrequenten Kennwerten des Signals der Profilmeßeinrichtung sowie der Integrationszeit ab und andert sich entsprechend der wirklichen Steigungsänderung.

Die beiden Signale Vx und Vz werden dann einer Teilerschaltung 21 zugeführt, die ein Ausgangssignal Vo entsprechend Vz dividiert durch Vx erzeugt bzw. eine der Steigung des von der Profi lmeß einrichtung abgegebenen Signals entsprechende· Tangente M , wie in Fig. 6 dargestellt ist. ·

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Das Signal Vo wird dann einem Multiplikator 22 zugeführt, der als weiteres Eingangssignal das Rampensignal des Sägezahngenerators 18 erhält. Das Ausgangssignal des Multiplikators (VMR) ist ein weiteres Rampensignal, dessen Amplitude entsprechend der Multiplikation mit Vo geändert.ist und entweder eine positive (ansteigende) oder negative (abfallende) Steigung aufweist, so daß das Signal VMR ein Rampensignal ist, das genau der Kurve A ohne die darin enthaltenen Profilinformationen entspricht.

Eine Mischstufe oder Mischschaltung 23 erhält das multiplizierte Rampensignal VMR sowie als weiteres Eingangssignal das von der Profilmeßeinrichtung abgegebene Signal und erzeugt ein Ausgangssignal, das die Differenz dieser beiden Signale darstellt. Da das Signal VMR gleich dem von der Profilmeßeinrichtung abgegebenen Signal, jedoch ohne die normalerweise darin enthaltenen Profilinformationen ist, wird durch die Subtraktion des Signals VMR von dem Signal Vin ein resultierendes Signal Vr erhalten, das lediglich die Informationen oder Daten enthält, die dem gemessenen Profil des Werkstücks oder Teils 10 entsprechen.

Dieses resultierende Signal oder Differenzsignal Vr wird dann der Aufzeichnungseinrichtung zugeführt, die die gewünschte graphische Darstellung ohne Steigung liefert.

Obwohl bisher angenommen wurde, daß der Steigungswinkel <Λ positiv ist, ist ersichtlich, daß das bei der Vor- und. Rückführung der Abtastnadel 11 über das zu bestimmende Profil einer Oberfläche entstehende eigentliche dem Integrator 16 zugeführte

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Signal ein Sägezahn mit einem Anstieg für die eine Richtung der Bewegung der Abtastnadel und einem Abfall für die entgegengesetzte Querbewegung ist. Darüber hinaus ist es wünschenswerter, ein kontinuierliches Ausgangssignal zu erhalten, dessen Steigung für beide Richtungen der Abtast-Querbewegung unterdrückt bzw, weggefallen ist, als lediglich für eine Bewegung der Abtastnadel in einer Richtung. Entsprechend ist eine Schaltereinrichtung mit der Traverse verbunden, die immer dann, ein Ausgangssignal abgibt, wenn die Traverse v/endet bzw. eine rückläufige Bewegung der Abtastnadel eingeleitet wird. Dieses Signal, das in Fig. 5 als Umkehrsignal bezeichnet ist, wird dem Sägezahngenerator zugeführt, um abwechselnd ein positiv verlaufendes Ramptnsignal bei Beginn eines- Durchlaufs oder Prufvorgang.es und ein negativ verlaufendes Rampensignal bei Rückkehr der-Traverse oder einer rückläufigen Bewegung zu erzeugen, wodurch ein kontinuierliches Ausgangssignal von der Mischschaltung 23 erhalten wird, das einzig die Profildaten repräsentiert. Die für ein positiv verlaufendes Rampensignal beschriebenen Vorgänge sind bei einem negativ verlaufenden Rampensignal des Sägezahn- ." generators 18 identisch.

In Fig. 7 ist eine Schaltungsanordnung zur Betätigung eines Warn-

an lichtes dargestellt, falls ein Prüflauf/einem derartigen Punkt der Querbewegung bzw. einer derartigen Stellung der Traverse begonnen wird, daß ein fehlerhafter Wert für Vz aufgrund einer Wendung der Traverse bzw. einer rückläufigen Bewegung während,. des Prüflaufes erzeugt wird. Wie der Figur zu entnehmen ist, wird einem logischen UND-Verknüpfungsglied 24 als erstes Eingangssignal das Signal des Zeitgebers und als zweites Eingangs-

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signal das Traversen-Wendesignal zugeführt. Bei Koinzidenz tritt ein Verknüpfungssignal auf, das ein Relais 25 ansteuert, über dessen Kontakte 26 ein Warnlicht 27 eingeschaltet wird. Durch manuelle Betätigung eines Rückstellschalters 28 wird das Warnlicht abgeschaltet, und die Bedienungsperson kann einen weiteren Prüflauf bzw. Prüfvorgang durchführen. Wie bereits erwähnt, wird die Bedienungsperson bei Aufleuchten des Warnlichtes informiert, daß die vom Gerät errechneten Werte fehlerhaft sind und daher ein weiterer Prüfvorgang zur Eliminierung der Steigung erforderlich ist.

Ferner läßt sich Fig. 5 entnehmen, daß eine weitere Eingangsleitung vom Traversen-Steuergerät zum Sägezahngenerator ■.'■erläuft, über die ein Geschwindigkeitssignal übermittelt wird. Eine Profilmeßeinrichtung ist normalerweise dahingehend ausgelegt, daß sie mit verschiedenen Geschwindigkeiten arbeiten und daher zur Profilmessung von Teilen unterschiedlicher Größe eingesetzt werden kann. Übliche Betriebsgeschwindigkeiten sind z.B. 0,254 mm pro Sekunde und 2,54 mm pro Sekunde. Obwohl die beschriebene Schaltungsanordnung ein korrigierendes Signal bei jeder bzw. beiden Geschwindigkeiten errechnen kann, weist die Amplitude der der Teiler schaltung und dem Multiplikator zugeführten Eingangssignale lediglich ein Zehntel des Betrages der Amplitude bei der geringeren Geschwindigkeit auf. Aufgrund der Parameter des Multiplikators und- der Teilerschaltung sind die resultierenden Ausgangssignale bei kleineren Eingangssignalen weniger präzise als bei größeren EingangsSignalen. Es ist daher aft wünschenswert, die Schaltungen bei höheren Ge-

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schwindigkeiten (höheren Eingangsspannungen) zu betreiben und sodann auf eine geringere Geschwindigkeit zwecks genauerer Auswertung umzuschalten. .

In Fig. 8 ist eine Schaltungsanordnung zur Steuerung des Sägezahngenerators 18 dargestellt, mittels der ein präziser Betrieb bei sowohl geringer als auch hoher Geschwindigkeit der Traverse möglich ist. Im normalen Betrieb arbeitet der Sägezahngenerator 18 im Zustand "hohe Geschwindigkeit", wobei er ein vorgegebenes Rampensignal mit geeigneten und entsprechenden Kennwerten fur "diese Geschwindigkeit abgibt und ein Widerstand 29 Teil des Generatorstroiiikreises ist. Wird jedoch ein Signal von der Profilmeßeinrichtung erhalten, das anzeigt, daß die Abtastung mit der "niedrigen" Geschwindigkeit durchgeführt wird (Traversengeschwindigkeit), so wird mittels dieses Signals ein Relais .30 angesteuert, das den Widerstand 29 aus dem Generatorstromkreis herausnimmt und einen weiteren Widerstand 31 eines unterschiedlichen geeigneten V/i der standswertes, z.B. des zehnfachen Wertes des Widerstandes 29, einfügt, um eine Rampenspannung zu erzeugen, die in geringerem Maße ansteigt (oder abfällt) als dies bei "hoher Geschwindigkeit" der Fall· ist. Entsprechend erzeugt der Sägezahngenerator im Betrieb.für hohe Geschwindigkeit ein relativ schnell ansteigendes Rampensignal, und bei Umschaltung der Traverseneinrichtung auf die niedrige Geschwindigkeit werden die betrieblichen Kennwerte des Sägezahngenerators durch Einfügen des Widerstandes 31 anstelle des Widerstandes 29 geändert, wodurch sich ein Rampensignal mit langsameren Anstiegskennwerten ergibt. Auf diese Weise wird unabhängig von der Geschwindigkeit der Traverse ein genaues Arbeiten der gesamten Steigungs-Eins t ellschal tung erhalten.

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Die Fähigkeit des beschriebenen Gerätes, mit zwei beträchtlich unterschiedlichen Traversen- oder Abtastgeschwindigkeiten zu arbeiten, ist von beträchtlicher praktischer Bedeutung. Das heißt, die Steigung wird zunächst eliminiert, wenn die Abtastung bzw. die Querbewegung mit der hohen Geschwindigkeit durchgeführt wird. Darauffolgend schaltet die Bedienungsperson die Traverse auf niedrige Geschwindigkeit um, wodurch eine höhere Auflösung erzielt und mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung dann automatisch die der geringeren Steigung entsprechenden Informationen eliminiert werden, so daß sich ein Endergebnis von höchster Genauigkeit ergibt.

In Fig. 4 sind die externen Steuerungen bzw. Kontrollen des Geräts veranschaulicht, einschließlich eines Lichtes für das Ein- und Ausschalten der Stromversorgung und des entsprechenden Steuerschalters. Außerdem ist ein Schalter, etwa ein Kippschalter, vorgesehen, um eine Berechnung einzuleiten oder die gewünschte Schaltungsanordnung in Betrieb zu nehmen, der Lichter "berechnen", "nicht-berechnen" und "bereit" aufweist", .deren Funktion ersichtlich ist. Außerdem ist mittels einer Skala und einer Anzeigenadel eine Sichtüberwachung der Arbeitsabläufe möglich, wobei Einstellmöglichkeiten für Niveau- oder Pegeltrimmung und Rechenzeit vorgesehen sind, um eine Grundoder Anfangseinstellung des Geräts vornehmen zu können.

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Claims

Patentansprüche

( 1 .J Verfahren zur Kompensation des bei Profilmessungen auftretenden Steigungsfehlers durch Beseitigen der Steigung eines gemischten Signals, das einen hochfrequenten Informationsteil und eine niederfrequente Steigung aufweist und beim Abtasten eines Werkstückes von einem Wandler erzeugt wird, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: Erzeugen eines gemischten Signals bei einer ersten Abtastgeschwindigkeit, . Bilden eines ersten, dem bei der ersten Abtastgeschwindigkeit erzeugten gemischten Signal entsprechenden Rampensignals, Subtrahieren des ersten Rampensignals vom ersten gemischten Signal, Anzeigen des sich beim Subtrahieren des ersten Rampensignals vom ersten gemischten Signal ergebenden Signals, Erzeugen eines zweiten gemischten. Signals bei eii.'er zweiten geringeren Abtastgeschwindigkeit, Bilden eines zweiten, dem zweiten gemischten Signal entsprechenden Rampensignals,Subtrahieren des zweiten Rampensignals vom zweiten gemischten Signal, und Anzeigen des sich bei der Subtraktion des zweiten Rampensignals vom zweiten gemischten Signal ergebenden Differenzsignals.
2. Vorrichtung zur Kompensation des bei Profilmessungen auftretenden Steigungsfehlers mit einer Schaltungsanordnung zur Beseitigung der Steigung oder Drift eines gemischten Signals, das hochfrequente Daten über einer niederfrequenten Steigung oder Drift aufweist, gekennzeichnet durch ein Tiefpaßfilter mit einem Eingang und einem Ausgang, durch einen mit dem

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Tiefpaßfilter verbundenen Abtast- und Speicherschaltkreis, ■ der das vom Tiefpaßfilter abgegebene gefilterte Signal als erstes Eingangssignal erhält, durch einen Sägezahngenerator, der dem Abtast- und Speicherschaltkreis ein zweites Eingangssignal zuführt, durch einen Zeitgeber, der dem Abtast- und Speicherschaltkreis ein Steuersignal zuführt, um nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit nach Ansteuerung des Zeitgebers ein erstes und zweites Signal auszulesen, deren Werte den orthogonalen Komponenten der Steigung des gemischten Signals entsprechen, durch einen wahlweise betätigbaren Schalter, der gleichzeitig den Sägezahngenerator, den Zeitgeber und den Abtast- und Speicherschaltkreis erregt und dem Eingang des Tiefpaßfilters das gemischte Signal zuführt, durch eine Einrichtung, der das erste und zweite Ausgangssignal des Abtast- und ,Speicherschaltkreises zugeführt wird_s um ein weiteres, dem Verhältnis des ersten.zum zweiten Signal entsprechendes Signal zu erzeugen, durch eine Einrichtung, der das Verhältnissignal und das Ausgangssignal des Sägezahngenerators zugeführt wird, um ein weiteres Rampensignal zu erzeugen, dessen Steigung der Steigung des Ausgangssignals des Sägezahngenerators multipliziert mit dem Verhältnissignal entspricht, und durch eine Einrichtung, der das weitere Rampensignal und das gemischte Signal zugeführt wird, um deren Differenz zu bilden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das Verhältnissignal bildende Einrichtung eine Teilerschaltung aufweist, die ein Verhältnissignal erzeugt, das der Tangente des niederfrequenten gemischten Signals entspricht.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines weiteren Rampensignals einen Multiplikator aufweist.
5. Vorrichtung zur Kompensation des bei Profilmessungen auftretenden Steigungsfehlers mit einer Schaltungsanordnung zur Beseitigung einer niederfrequenten Steigungskomponente eines gemischten Signals, das hochfrequente Daten enthält, gekennzeichnet durch ein Filter mit einem Eingang und einem Ausgang, dem das gemischte Signal zur Sperrung des Durchlasses der. hochfrequenten Daten selektiv zuführbar ist, durch einen Abtast- und Speicherschaltkreis, dem das Ausgangssignal des Filters als erstes Eingangssignal zugeführt wird, durch einen selektiv betätigbaren Sägezahngenerator, der dem Abtast- und Speicherschaltkreis ein zweites Eingangssignal zuführt, durch eine Einrichtung, mittels der der Abtast- und Speicherschaltkreis ansteuerbar ist, um nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit nach Zuführung des ersten und zweiten Eingangssignals zum Abtast- und Speicherschaltkreis eine Datenauslesung zu erhalten, wobei die ausgelesenen Daten den augenblicklichen Wert (Vz) des Filtersignals als erstes Signal und den augenblicklichen Wert des Rampenbasissignals als zweites Signal (Vx) enthalten, durch eine wahlweise betätigbare Einrichtung zur gleichzeitigen Erregung des Sägezahngenerators, der Einrichtung zur Ansteuerung des Abtast- und Speicherschaltkreises und des Abtast- und Speicherschaltkreises und Zuführung des gemischten Signals zum Filtereingang, durch eine Einrichtung, der das erste und zweite aus dem Abtast- und Speicherschaltkreis ausgelesene Signal zugeführt werden, um ein weiteres Signal zu erzeugen, das dem

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Verhältnis Vz zu Vx entspricht, durch eine Einrichtung, der das Verhältnissignal und das Ausgangssignal des'Sägezahngenerators zugeführt werden, um ein weiteres Rampensignal zu erzeugen, dessen Steigung dem Ausgangssignal des Sägezahngenerators multipliziert mit dem Verhältnissignal entspricht, und durch eine Einrichtung, die das weitere Rampensignal und das gemischte Signal subtraktiv miteinander vereinigt.
6. Vorrichtung zur Kompensation des bei Profilmessungen auftretenden Steigungsfehlers mit einer Schaltungsanordnung zur Beseitigung der Steigung oder Drift eines gemischten Signals, das hochfrequente Daten über einer niederfrequenten Steigung oder Drift aufweist, wobei das gemischte Signal abwechselnd in umgekehrter Richtung erzeugt wird, gekennzeichnet durch ein Filter mit einem Eingang und einem Ausgang, entsprechend deren Kennwerten die Steigung weiter-■ geleitet und die Daten gesperrt werden, durch einen mit dem Filter verbundenen Abtast- und Speicherschaltkreis, der vom Filter das gefilterte Steigungssignal als erstes Eingangssignal erhält, durch einen selektiv ansteuerbaren Sägezahngenerator, der mit dem Abtast- und Speicherschaltkreis verbunden ist und ihm ein zweites Eingangssignal zuführt, durch einen Zeitgeber, der ein Steuersignal dem Abtast- und Speicherschaltkreis zuführt, um nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit nach Ansteuerung des Zeitgebers ein erstes und zweites Signal auszulesen, deren Werte den orthogonalen Komponenten der Steigung des gemischten Signals

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entsprechen, durch einen wahlweise betätigbaren Schalter, der den Sägezahngenerator, den Zeitgeber und den Abtast- und Speicherschaltkreis gleichzeitig erregt und das gemischte Signal dem Filtereingang zuführt, durch eine Einrichtung, der das erste und zweite Äusgangssignal des. Abtast- und Speicherschaltkreises zugeführt werden, um ein weiteres, dem Verhältnis des ersten zum zweiten Signal entsprechendes Signal zu erzeugen,,durch eine Einrichtung, der das Verhältnissignal und das Ausgangssignal des Sägezahngenerators als separate Eingangssignale zugeführt werden, um ein weiteres Rampensignal zu erzeugen, dessen Steigung dem Ausgangssignal des Sägezahngenerator multipliziert mit dem Verhältnissignal entspricht, durch eine Einrichtung, der das weitere Rampensignal und das gemischte Signal zugeführt werden, um deren Differenz zu bilden, durch eine Einrichtung, die jederzeit ein Signal erzeugt, wenn die Richtung des gemischten Signals umgekehrt wird, und durch eine Einrichtung, die zur Betätigung einer Alarmanzeige auf das Umkehrsignal anspricht, wenn das Umkehrsignal innerhalb der vorgegebenen Zeit nach Betätigung oder Ansteuerung des Zeitgebers auftritt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Umkehrsignal ansprechende Einrichtung ein UND-Verknüpfungsglied sowie Eingänge aufweist, denen das Umkehrsignal und ein der Zeitgeberoperation gleichlaufendes Signal während der vorgegebenen Zeitdauer zugeführt werden, wobei der Ausgang des UND-Gliedes mit einer elektrisch betätigbaren Anzeige verbunden ist.

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8.· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Einrichtung mit dem Sägezahngenerator verbunden ist, um die Steigung des Ausgangssignals des Säge-, zahngenerators umzukehren, wenn eine Umkehr der Traversenbewegungsrichtung erfolgt, um der Umkehr der erzeugten Profildaten zu entsprechen.
9. Vorrichtung zur Kompensation des bei Profilmessungen auftretenden Steigungsfehlers mit einer Schaltungsanordnung zur Beseitigung der niederfrequenten Steigung eines gemischten. Signals, das außerdem hochfrequente Informationen aufweist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung ζμΓ Erzeugung eines Rampensignals, mit einer der Steigung des gemischten Signals gleichen Steigung und Polarität, und durch eine Einrichtung, der das gemischte Signal und das Rampensignal zugeführt werden, um eine Subtraktion der Signale durchzuführen und ein resultierendes Signal zu erhalten, das i;a wesentlichen aus den hochfrequenten Informationen besteht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die das Rampensignal erzeugende Einrichtung eine Einrichtung aufweist, der das gemischte- Signal zur Erzeugung eines dessen Steigung repräsentierenden Signals zugeführt wird, sowie einen Sägezahngenerator, der ein Rampensignal mit bestimmten Kennwerten und das Steigungssignal erzeugt, um diese miteinander zu multiplizieren, und eine Einrichtung, die das multiplizierte Signal von dem gemischten Signal subtrahiert.

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