VDI VDE 2631 Blatt 3-2007 Form measurement - Properties and selection of filters.pdf

1、VEREINDEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DERELEKTROTECHNIKELEKTRONIKINFORMATIONSTECHNIKFormprfungEigenschaften und Auswahl von FilternForm measurementCharacteristics and selection of filtersVDI/VDE 2631Blatt 3 / Part 3Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/VDE-Handbuch Mess- und Automatisierungstechn

2、ik, Band 2: Fertigungstechnisches MessenVDI/VDE-Handbuch Mikro- und FeinwerktechnikVDI-Handbuch Betriebstechnik, Teil 1: Grundlagen und PlanungFrhere Ausgabe: 04.05 Entwurf,deutschFormer edition: 04/05 Draft, in German onlyVDI/VDE-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available at Beuth Verlag GmbH, 10772

3、Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 17.040.30, 31.160August 20

4、07Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . 42 Begriffe und Definitionen . . . . . . . . . . . 42.1 Amplitudenbertragungsfunktion . . . . 42.2 Fourier-Analyse . . . . . . . . . .

5、 . . . 42.3 Tastgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . 52.4 Langwellenpassfilter . . . . . . . . . . . 52.5 Kurzwellenpassfilter . . . . . . . . . . . 52.6 Bandpassfilter . . . . . . . . . . . . . . 62.7 Wellenlnge . . . . . . . . . . . . . . 62.8 Wellenzahl w . . . . . . . . . . . . . . . 72.9 Grenz

6、wellenlnge c (f) und Grenzwellenzahl wc (wf). . . . . . . . . 72.10 Profilfilter . . . . . . . . . . . . . . . . 73 Beispiele zur Wirkung von Filtern . . . . . . 84 Hinweise zur Auswahl von Messparametern 95 Wahl des Tastkugeldurchmessers . . . . . . 286 Messgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . .

7、 28Anhang A Filtereffekte an Kanten . . . . . . . . 29Anhang B Filtereffekte an Unterbrechungen . . 30Anhang C Filtereffekte an den Profilrndern(Profilanfang und -ende) . . . . . . . 31Anhang D (informativ). . . . . . . . . . . . . . 31Anhang E Anwendungsbeispiele (informativ). . 32Schrifttum . . .

8、 . . . . . . . . . . . . . . . . . 36Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Terms and definitions. . . . . . . . . . . . . . 42.1 Amplitude transmission characteri

9、stic . . 42.2 Fourier analysis . . . . . . . . . . . . . . 42.3 Scanning speed . . . . . . . . . . . . . . 52.4 Long-wave pass filter . . . . . . . . . . . 52.5 Short-wave pass filter . . . . . . . . . . . 52.6 Band pass filter . . . . . . . . . . . . . . 62.7 Wavelength . . . . . . . . . . . . . .

10、 62.8 Wavenumber w . . . . . . . . . . . . . . 72.9 Cut-off wavelength c (f) andcut-off wavenumber wc (wf). . . . . . . . 72.10 Profile filter . . . . . . . . . . . . . . . . 73 Examples of the effect of filters . . . . . . . . 84 Notes on the selection of measurement parameters . . . . . . . . . .

11、 . 95 Selection of test-sphere diameter . . . . . . .286 Measuring speed . . . . . . . . . . . . . . . .28Annex A Filter effects at edges . . . . . . . . . .29Annex B Filter effects at discontinuities . . . . .30Annex C Filter effects at the profile borders(profile beginning and end) . . . . . . .31

12、Annex D (informative). . . . . . . . . . . . . . .31Annex E Application examples(informative). . . . . . . . . . . . . . .32Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the Engli

13、sh trans-lation.VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA)Fachausschuss FormprfungB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 2 VDI/VDE 2631 Blatt 3 / Part 3VorbemerkungDer Inhalt dieser Ri

14、chtlinie ist entstanden unter sorg-fltiger Bercksichtigung der Vorgaben und Empfeh-lungen der Richtlinie VDI 1000.Allen, die ehrenamtlich an der Erstellung dieserRichtlinie mitgewirkt haben, sei auf diesem Wege ge-dankt.Alle Rechte vorbehalten, auch das des Nachdrucks,der Wiedergabe (Fotokopie, Mikr

15、okopie), der Spei-cherung in Datenverarbeitungsanlagen und der ber-setzung, auszugsweise oder vollstndig. Die Nutzungdieser VDI-Richtlinie als konkrete Arbeitsunterlageist unter Wahrung des Urheberrechtes und unter Be-achtung der VDI-Merkbltter 1 bis 7 mglich. Aus-knfte dazu sowie zur Nutzung im Weg

16、e der Daten-verarbeitung erteilt die Abteilung VDI-Richtlinienim VDI.EinleitungDas vorliegende Blatt 3 ist Bestandteil einer Folgevon derzeit zehn Blttern der Richtlinienreihe VDI/VDE 2631:Blatt 1 Grundlagen zur Bestimmung von Form-und LageabweichungenBlatt 2 Bestimmung der Empfindlichkeit der Sig-n

17、albertragungsketteBlatt 3 Eigenschaften und Auswahl von FilternBlatt 4 Bestimmung der radialen Drehfhrungsab-weichungBlatt 5 Bestimmung der axialen Drehfhrungsab-weichungBlatt 6 Bestimmung der Geradfhrungsabwei-chungenBlatt 7 Bestimmung der Lageabweichungen derFormmessgerteachsen (in Vorbereitung)Bl

18、att 8 Stabilittsberwachung von Formmessge-rtenBlatt 9 Beispiele fr Mess- und Auswertebedin-gungenBlatt 10 Bestimmung der Messunsicherheit beiFormmessungen (in Vorbereitung)Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieserRichtlinienreihe kann im Internet unterwww.vdi-richtlinien.de abgerufen werden.Te

19、chnische Oberflchen werden im Allgemeinen alseine berlagerung von verschiedenen Wellenlngenangesehen. Als Beispiel sind in Bild 1 und Bild 2zwei Profile dargestellt, die dies verdeutlichen.Diese Gestaltabweichungen werden in Abhngigkeitvon ihrer Wellenlnge in Form, Welligkeit und Rau-heit unterteilt

20、 Rauheit ist nicht Bestandteil der Form.Preliminary noteThe content of this guideline has been developed un-der thorough consideration of the requirements andrecommendations of guideline VDI 1000.We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline.All rights reserved in

21、cluding those of reprinting, re-production (photocopying, microcopying), storage indata processing systems, and translation, either of thefull text or of extracts. This VDI guideline can beused as a concrete project document without infringe-ment of copyright and with regard to VDI notices 1to 7. In

22、formation on this, as well as on the use in dataprocessing, may be obtained by the VDI GuidelinesDepartment at the VDI.IntroductionThis Part 3 of VDI/VDE 2631 is one of currently tenparts of the guideline series, namely:Part 1 Principles for the measurement of geometri-cal deviationsPart 2 Determina

23、tion of the sensitivity of the sig-nal transmission chainPart 3 Characteristics and selection of filtersPart 4 Determination of the radial spindle devia-tionPart 5 Determination of the axial spindle deviationPart 6 Determination of the straightness deviationsof the linear guidePart 7 Determination o

24、f position deviations of theaxes of form measuring systems (to be pub-lished)Part 8 Stability monitoring of form measuring sys-temsPart 9 Examples of measurement and analysisconditionsPart 10 Determination of uncertainty of form meas-urements (to be published)A list of the currently available parts

25、of this guidelineseries can be downloaded at www.vdi-richtlinien.de.As a rule, technical surfaces are considered as a su-perposition of several wavelengths. As an example,Figure 1 and Figure 2 show two profiles illustrat-ing this.These deviations from the intended shape are subdi-vided in form error

26、 waviness and roughness, depend-ing on the wavelength. Roughness is not a componentB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 VDI/VDE 2631 Blatt 3 / Part 3 3 Um eine gesonderte Bewertung dieser Bestand

27、teilezu ermglichen, ist es notwendig, sie voneinander zutrennen. Dies geschieht durch eine so genannte Filte-rung der Messdaten.Die Filterung von Messdaten ist ein untrennbarer Be-standteil der Formmessung. Gefilterte Messdaten er-mglichen eine funktionsgerechte Bewertung desWerkstcks sowie eine pro

28、zessgerichtete Suche nachof form. For these components to be assessed individ-ually, it is necessary to separate them. This isachieved by means of a so-called filtration of themeasurement data.Measurement data filtration is an indispensable, inte-gral part of form measurement. Filtered measurementda

29、ta allow assessing the workpiece in accordancewith its function as well as process-oriented investi-Bild 1. Beispiel 1 zur berlagerung von Wellen in der Formmes-sungDieses Profil ist aus den Wellen 3 W/U (Amplitude 0,4 m) und16 W/U (Amplitude 0,1 m) zusammengesetzt.Figure 1. Example 1 of the superpo

30、sition of waves in form meas-urementThis profile is composed of the waves 3 W/U (amplitude 0,4 m)and 16 W/U (amplitude 0,1 m).Bild 2. Beispiel 2 zur berlagerung von Wellen in der Formmes-sungDieses Profil ist aus den Wellen 4 W/U (Amplitude 0,4 m) und16 W/U (Amplitude 0,1 m) zusammengesetzt.Figure 2

31、 Example 2 of the superposition of waves in form meas-urement This profile is composed of the waves 4 W/U (amplitude 0,4 m)and 16 W/U (amplitude 0,1 m).B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 4 VDI/VDE

32、2631 Blatt 3 / Part 3Ursachen fr mgliche Fertigungsfehler. Die Anwen-dung von Filtern in der Formmesstechnik kann ab-hngig von den angewandten Filterparametern zudeutlich unterschiedlichen Ergebnissen der gesuch-ten Kenngren fhren. Deshalb ist die aufgabenge-rechte Auswahl des Filters und seiner Par

33、ameterwichtig.Zum Zeitpunkt der Erstellung dieser Richtlinie wer-den in der internationalen Arbeitsgruppe des ISO-Normungsgremiums, ISO/TC213 WG 15 GPS ex-traction and filtration techniques“, die Grundlagenfr verschiedene weiterfhrende Filterverfahren erar-beitet. Diese Verfahren sind nicht genormt

34、und des-halb nicht Gegenstand dieser Richtlinie.1 AnwendungsbereichIn dieser Richtlinie werden genormte und in der in-dustriellen Praxis gebruchliche Filterverfahren be-schrieben. Die Richtlinie soll als Entscheidungshilfefr die Auswahl von Filtern und Filterparameterndienen. Anwendungsbereiche und

35、Wirkungen wer-den dargestellt.Das Gau-Filter ist in DIN EN ISO 11562 beschrie-ben.2 Begriffe und Definitionen2.1 AmplitudenbertragungsfunktionDie Amplitudenbertragungsfunktion beschreibt dasVerhltnis zwischen Eingangs- und Ausgangsampli-tude in Abhngigkeit von der Wellenlnge.Die Amplitudenbertragung

36、sfunktion eines Filterswird auch bertragungsfunktion, Filterkennlinie,charakteristische Funktion, Filtercharakteristik,bertragungscharakteristik oder Transmissionsfunk-tion genannt.2.2 Fourier-AnalyseEin Messprofil lsst sich als berlagerung von har-monischen Wellen unterschiedlicher Wellenlnge,Ampli

37、tude und Phase darstellen. Durch die Fourier-Analyse wird das Messprofil in ein Wellenlngen-spektrum transformiert. Daraus kann ein Histo-gramm der Amplitudenverteilung ber der Wellen-lnge erstellt werden. Diese Auswertung lsst eineAussage ber den Beitrag bestimmter Wellenlngenzur Formabweichung zu.

38、Sie dient zur Fertigungsprozessanalyse und zur Be-wertung von Einflssen aus Form und Welligkeit aufdie Funktion eines Formelements des Werkstcks(siehe auch Bild 3).gating into the causes of possible manufacturing de-fects. Depending on the filter parameters used, apply-ing filters in form measuremen

39、t may lead tosignificantly varying results of the characteristics in-vestigated. It is, therefore, important to select the fil-ter and its parameters so as to match the task at hand.At the time of drafting of this guideline, the interna-tional working group of the ISO standardization com-mittee ISO/

40、TC213 WG 15 “GPS extraction and filtra-tion techniques”, is elaborating the principles ofseveral further filtration techniques. These tech-niques are not standardized and are, therefore, not asubject of this guideline.1ScopeThis guideline describes standardized filtration tech-niques commonly used i

41、n industrial practice. Theguideline is intended to serve as a decision aid in theselection of filters and filter parameters. Applicationsand effects are illustrated.The Gaussian filter is described in DIN ENISO 11562.2 Terms and definitions 2.1 Amplitude transmission characteristicThe amplitude tran

42、smission characteristic describesthe ratio of input amplitude to output amplitude as afunction of wavelength.The amplitude transmission characteristic of a filteris also called transfer function, filter characteristic,characteristic function, filter characteristic, transmis-sion characteristic or tr

43、ansmission function.2.2 Fourier analysisA measurement profile can be represented as a super-position of harmonic waves which differ in wave-length, amplitude and phase. By means of Fourieranalysis, the measurement profile is transformed intoa wavelength spectrum, from which a histogram ofthe amplitu

44、de distribution over the wavelength can bederived. This analysis allows to make a statement onthe contribution of certain wavelengths to the formerror.Fourier analysis serves for production-process analy-sis and for assessment of influences by form and wav-iness on the function of a feature of the w

45、orkpiece(see also Figure 3).B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 VDI/VDE 2631 Blatt 3 / Part 3 5 Eine weitere Anwendung der Fourier-Analyse ist dieIdentifikation von Streinflssen auf das Formmess-

46、profil (z.B. Vibrationen, elektrisches Netzbrumm),die whrend der Messung auftreten und nicht demWerkstck zuzuordnen sind. Insoweit diese Strun-gen zeitlich invariant sind, lassen sie sich durch n-dern der Tastgeschwindigkeit identifizieren.In dieser Richtlinie wird die Fourier-Analyse zurFestlegung

47、von Filtereinstellungen genutzt.2.3 TastgeschwindigkeitDie Tastgeschwindigkeit (Scangeschwindigkeit) be-schreibt, mit welcher Vorschubgeschwindigkeit dasMessprofil aufgenommen wird. Sie kann sich aufGrund der unterschiedlichen dynamischen Eigen-schaften der Messgerte auf die Erfassung der Form-abwei

48、chung auswirken. Teilweise besteht aus techni-schen Grnden ein Zusammenhang zwischen Mess-punktabstand, Messpunktzahl und Tastgeschwindig-keit.2.4 LangwellenpassfilterFilter, das entsprechend seiner bertragungsfunktionProfilanteile langer Wellenlngen passieren lsst undProfilanteile kurzer Wellenlnge

49、n dmpft. Der Be-reich geringer Dmpfung heit Durchlassbereich“.Der Bereich starker Dmpfung heit Sperrbereich“(Bild 4).2.5 KurzwellenpassfilterFilter, das entsprechend seiner bertragungsfunktionProfilanteile kurzer Wellenlngen passieren lsst undProfilanteile langer Wellenlngen dmpft (Bild 5).A further application of the Fourier analysis is theidentification of interferences affecting the measuredform profile (such as vibrations, electric hum)