DE1773611A1

DE1773611A1 - Method and device for determining the length of the actual profile, preferably for obtaining information about the properties of technical surfaces

Info

Publication number: DE1773611A1
Application number: DE19681773611
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dipl-Ing Heldt; Wolfgang Dipl-Ing Schaefer
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1968-06-12
Filing date: 1968-06-12
Publication date: 1971-08-05

Description

Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Länge des Istprofils vorzugsweiss sur Gewinnung von Informationen Über Eigenschaften technischer Oberflächen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmungf dor Länge des Istprofils (Lintenlänge), vorzugsweise zur Gewinnung von Informationen über Eigenschaften technischer Oberflächen sowie Einrichtungen zur Durchführung des Verc fahrens. Method and device for determining the length of the actual profile Preferably white to obtain information about the properties of technical surfaces The invention relates to a method for determining the length of the actual profile (line length), preferably to obtain information about the properties of technical surfaces and facilities for carrying out the process.

Zur Beschreibung eins istprofils eine technischen Oberfläche dienen Rauheitsma#e, die sich in Senkrecht- und Waager@ohtma#e einteilen lassen. Die Senkrechtma#e er geben sich aus der reohtwinklig zum Rauheitsbezugsprofil durchgeführten Messung der Abstände von jeweils sinander zugeordneten Punkten, die auf zwei verschiedenen Profilen innerhalb des Teiles der Prüflänge liegen, die zur Auswortung benutzt wird, z. B. auf dem Rauheitsbezugsprofil und dem Istprofil. Die Waagerechtma#e orgeben sioh aus in Ridhtung des Rauheitsbezugsprofils gemessenen Abständen von Punkten ein und desselben Profils.A technical surface is used to describe an actual profile Roughness dimensions that can be divided into vertical and horizontal dimensions. The perpendicular they result from the measurement carried out at a right angle to the roughness reference profile of the distances between points assigned to each other and on two different Profiles lie within the part of the test length that is used for pronouncing, z. B. on the roughness reference profile and the actual profile. Specify the horizontal dimensions sioh from distances of points measured in the direction of the roughness reference profile one and the same profile.

Zwischen den Senkrecht- und Waager@chtma#en besteht kein kausaler funktioneller Zusammenhang. Eine eindeutige Besohreibung des Istprofils und damit der tatsächlichen, duroh die Oberfläohenrauheit des technischen Körpers bedingten Istoberfläche ist allein auf der Grundlage der vorhandenen Rauheitsma#e nioht möglich. auf vielen Gebieten der Technik - als Beispiele seien die Halbleitertechnik, elektronik und polygrafischs Industrie angeführt @ ist die Kenntnis der Istoberfläche bzw des Istprofils jedoch eine dringende Notwendigkeit in. Hinblick auf Miniaturisierung, Verfahrenstechnik und flir all jane vorgänge in der Technik, be- denen die Istoberfläche für die Funktion eine dominierende Roplle spielt.There is no causal factor between the vertical and horizontal dimensions functional context. A clear description of the actual profile and thus the actual, duroh the surface roughness of the technical Body-related actual surface is based solely on the existing roughness dimensions not possible. in many areas of technology - examples are semiconductor technology, electronics and printing industry @ is the knowledge of the actual surface or the actual profile, however, an urgent need in terms of miniaturization, Process engineering and for all jane processes in technology that affect the actual surface plays a dominant role in function.

Die gegenwärtig auf dem Markt befindlichen Oberfl{chenprüfgeräte, wie z. b. Tastschnittgeräte, Lichtschnittgeräte und interferentielle Me#geräte, gestatten ledglich die Erfassung von Senkrecht- oder Waagerechtma#en. Geräte und Verfahren zur Ermittlung der Länge des Istprofils bzw. der Istobserfläche sind nioht bekannt Der Zweck der Brfindung list, aus einem erfaßten Istprofil über zweokmä#ige Rauheitsma#e auf bestimmte Eigenschaften einer zugehörigen technischen Oberfläche achlie#en zu können, die nicht oder nur in engen Beflichen mit den bisher ge br{uchlichen Oberflächenrauheitsma#en korreliert sind.The surface testing devices currently on the market, such as b. Contact stylus devices, light section devices and interferential measuring devices, allow only vertical or horizontal measurements to be recorded. Devices and There are no methods for determining the length of the actual profile or the istobser area known The purpose of the discovery list, from a recorded actual profile over two-fold Measures of roughness on certain properties of an associated technical surface To be able to conclude, which are not or only very closely related to the previously used Surface roughness measures are correlated.

Der rfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bastimmung der Länge eines Istprofils (Linienlänge) bzw. davon abgeleiteter Grö#en unter Verwendung handelsüblicher Geräte duroh ein Meßverfahren und einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens zu ermöglichen. Dabei sollen erforderlichenfalls auch mehrere Profillinien in verschiedenen Richtungen benutzt werden, um auf die Ist oberfläche eu schlie#en.The invention is based on the task of determining the length an actual profile (line length) or variables derived therefrom using commercially available Devices duroh a measuring process and facilities for carrying out the process to enable. If necessary, several profile lines in different Directions are used to infer the actual surface eu.

@m erfindungsgemä#en Verfahren wird ein an sich bekanntes Tastschnittgerät als Wandler zum Abtasten mit konstanter Geschwindigkeit von Profillinien met dem vom zurückgalegten Weg x abhängigen Abstand y von einer Bezugslinie, also der funktion y (x), zu deren Umwandlung in eine Größ z, die eine Funktion der Belt t ist, z B Bb in eine proportional zur Funktion y (x) zeitveränderliche Spannung u (t), benutzt. The method according to the invention uses a stylus device known per se as a converter for scanning at constant speed of profile lines met the distance y from a reference line, i.e. the function, depending on the distance covered x y (x), to convert it into a quantity z, which is a function of the belt t, z B Bb into a time-variable voltage u (t) proportional to the function y (x).

Aus der Funktion 1 (t) wird mittels einer im Prinzip ebenfalls bokannten Recheneinrichtung die. Linienlänge bzw. eine dazu proportionale Größe (Kenngrö#e erster Art) ge wonnen. Die Berechnung der Linienlänge nanh der bekannten Gleichung erfordert die Zusammensohaltung von Rechengliedern für die Operationen Differenzieren, quadrieren, Addieren, Radizieren und Integrieren.The function 1 (t) is converted into the. Line length or a size proportional to it (parameter of the first type) is obtained. The calculation of the line length based on the known equation requires computation elements to be kept together for the operations of differentiating, squaring, adding, square root and integrating.

Es wurde gefunden, da# dy/dx an technischen Oberflächen nur so kleine Werte annimmt, daß bereits die Näherung durch zwei Glieder der Taylor-Reihe genügend genaue ERgebnisse bringt Ein weiterer ERfindungsgedanke beruht darauf, daß die Leinenlänge nur in sehr engen Grenzen schwankt, so daß die Berechnung der Differenz zwischen Linienlänge und darunter liegendem Abszissenabschnitt (Kenngrö#e zweiter Art) aussagekräftiger ist. Erfindungsgsmä# wird deshalb die Kenngrö#e zweiter Art nach der Gleichung durch Zusammenschalten von Rechengliedern für nur noch die Operationen Differenzieren, Quadriaron und Integreren beX rechnet, was cine einsparung zweier Rechenglieder bedoutet. die Vereinfachung kann sogar soweit gehen, da# Quadrierglied und Integrierglied vereinigt werde indem die Übertragungskonstante kI des Integriergliedes mit der ganähertan Übertragurigsfunktion GI (p) = KI/p quadratisch von dessen Eingangsgrö#e abhängig ist.It was found that # dy / dx only assumes such small values on technical surfaces that the approximation by two terms of the Taylor series A further concept of the invention is based on the fact that the line length fluctuates only within very narrow limits, so that the calculation of the difference between the line length and the abscissa section below it (parameter of the second type) is more meaningful. According to the invention, therefore, the parameter of the second type becomes according to the equation calculating by interconnecting arithmetic elements for only the operations differentiate, quadriaron and integrating, which results in a saving of two arithmetic elements. The simplification can even go as far as the squaring element and the integrating element are combined in that the transfer constant kI of the integrating element is dependent on its input variable with the approximate transfer function GI (p) = KI / p quadratically.

Bei der Betrachtung der Rechenvorsohrift für die Kenngrö#e zweiter Art ergibt sich, der diese dem quadratischen Mittelwert der Grö#e dy/dx proportional ist. Erfindungsgemä# kann sie also mittels eines den quacratischen Mittelwert direkt an zeigenden Me#instrumentes, an dem die Funktion dz (t) angedt legt wird, ohne weitere Rechenglieder ermittelt werden.When considering the arithmetic tool for the parameter second Type results that this is proportional to the root mean square value of the size dy / dx is. According to the invention, it can therefore be used directly by means of a square mean value indicating measuring instrument on which the function dz (t) is indicated, without further arithmetic terms can be determined.

Verfahren und einrichtungen gemäß der ERfindung gestatten @s, Versuchesrgsbnisse zu erzielen, die me#technisch einwandfr@i erfa#bar und gut reproduzi#rbar hinsichtlich der Länge das Isprofils oder der Istoberfläche sind.Processes and devices according to the invention permit test results to achieve the me # technically flawlessly detectable and well reproducible in terms of the length of the actual profile or the actual surface.

Die Erfindung soll naohstshend an ausführungsbeispi@len näher erläuteit werdne. In der zugehörigen Zeichnung zeigen Fig. 1 das Prinzip das Verfahrens, Fig. 2 Dis 4: Ausführung@formen der Reobaneinriah- Gemä# Fig. 1 gleitet der Taster i des Tastschnittgerätes 2, das als Wandler arbeitet, in Richtung des Bezugsprofils parallel zur Koordinate x mit der Geschwindigkeit v über die Probe 3c Dadurch wird Jedem Wert x ein Zeitpunkt t zugeordnet. Die Verschiebung der Tastnadel 4 in richtung der Koordinate y wirkt sich als eine Änderung der Spannung u a Ausgang des tastschnittgarätes 2 aus Dadurch wird jedem Zeitpunkt t eine Spannung u zugeornet. als der Funktion u (t) wird im elektronischen Rechengerät 5 die betreffende Kenngrö#e bestimmt.The invention is to be explained in more detail based on exemplary embodiments will. In the accompanying drawing, FIG. 1 shows the principle of the method, FIG. 2 Dis 4: Execution @ forming the Reobaneinriah- According to # Fig. 1 slides the button i of the stylus device 2, which works as a converter, in the direction of the Reference profile parallel to coordinate x with velocity v over the sample 3c As a result, a point in time t is assigned to each value x. The displacement of the wand 4 in the direction of the y coordinate acts as a change in the voltage u a output of the tactile device 2 off As a result, a voltage u is assigned to each point in time t. as the function u (t), the relevant parameter is used in the electronic arithmetic unit 5 certainly.

In Fig 2 wird die Spannung u (t) zunächst im Glied 6 differenziert. Danach wird im Glied 7 quadriert und im Glied 8 integriert Am Glied 9 ist die Ausgangsgrö#e der Eingangsgröße proportional Es gestattet, die Bezlahung der sogenannten Maschinenvariablen u und t zu den Einheiten der Systemvariablen y und x bzw des Kennwertes herzustellen, der an der Anzeige 10 abgelesen wird Dazu müssen die Ma#-stabfaktoren du/dy und dt/dx = 1/v eingegeben werden.In FIG. 2, the voltage u (t) is first differentiated in element 6. Then it is squared in member 7 and integrated in member 8. The output variable is at member 9 proportional to the input variable It allows the so-called machine variables to be counted u and t to the units of the system variables y and x or the characteristic value, which is read on the display 10. The scale factors du / dy and dt / dx = 1 / v can be entered.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel für die Vereinigung des Quadrier-und Integrierlgiedes. Bei genügend gro#er Verstärkung mittels Verstärker 11 kann dessen Übertragungsfunktion zu Ua α ue pRc angen{hert werden. Dann bleibt gleichzeltig die eingangsspannung Us des Verstärkers 11 nahe bei Q, so daß der W@-derstand 12 durch einen Dlodenfunktionserzouger mit der Charakteristlk i 1 = = K#Ue Ue R dargestellt werden kann. Uv ist eine konstante Vorspannung.Fig. 3 shows an example of the combination of the squaring and integrating element. If the amplification by means of amplifier 11 is sufficiently large, its transfer function can be approximated to Ua α ue pRc. Then the input voltage remains at the same time Us of the amplifier 11 close to Q, so that the W @ -derstand 12 by a Dlodenfunktionserzouger with the characteristic i 1 = = K # Ue Ue R can be represented. Uv is a constant bias.

Ein weiteres Beispiel wird in Fig, 4 dargestellt. die im Glied 6 differenzierte Spannung u wird danach sofort auf ein Dreheisenme#werk 13 gegeben, dessen Zeiger über eine in Einheiten des Kennwertes kalibrierte Skala, gleitet,Another example is shown in FIG. the one differentiated in member 6 Voltage u is then immediately applied to a moving iron work 13, its pointer on a scale calibrated in units of the characteristic value, slides,

Claims

Method for determining the length of the actual profile (Line length), preferably for obtaining information about the;? 1 properties technical surfaces using his stylus device, characterized in that, that diases as a transducer (2) for scanning profile lines of a surface with the Velocity v and using the path function y (x) of the profile line to their Conversion into a time function z (t), e.g. into one proportional to the function y (x) time-varying electrical voltage, which is plastered with the help of a computing device (5) appropriately evaluated as the line length of the profile line or as a proportional size, a characteristic value of the first kind.

L, method according to claim 1, characterized in that au place only line length is the difference between the line length and its projection on the abscissa or an additional proportional size, a characteristic value of the second kind of display comes.

3, device for carrying out the process according to Anspeuch @ or 2, characterized in that arithmetic links (6, 7, 8, 9) are known per se for the operations differentiating, squaring, integrating and, if necessary,

Add and add the required verse @@@ in a signed manner its computing device (3) unites sinf. that is connected to the converter (2).

4. Device according to claim 3, characterized in that dae Calculating device all mehrera commercially available surface stylus cutting devices without further Additions can be connected. e

5. Device according to claim 3, characterized in that da # squaring and integrating in the arithmetic unit to realize the operations there is only a single arithmetic element.

6. Device for performing the method according to claim 2, characterized marked because # after the differentiation of the converted, dependent on the time Function z (t) for the immediate display of the square mean value of dz / dt @in a suitable measuring instrument, e.g. B.

Moving iron instrument (13). is arranged.