Zur Trennung der Gestaltabweichungen bei vorgegebenen Grenzwellenlängen
wurden verschiedene Filterverfahren entwickelt (Bild 8).
Bei der Bezugsstreckenfilterung (DIN 4762) wird die Gesamtmeßstrecke
in eine oder mehrere Teilstrecken untergliedert. Die Kenngrößen
werden an den einzelnen Teilstrecken berechnet und anschließend zu
einem Mittelwert zusammengefaßt, oder die Teilstrecken werden einzeln
ausgerichtet und wieder zusammengesetzt, um die Kenngrößen am
gesamten Profil zu berechnen. In den Kenngrößen sind dann keine
Informationen aus längerwellingen Anteilen enthalten.
Bild 8: Methoden zur Filterung der Oberflächenmeßdaten
Die in älteren Geräten verwendeten RC-Filter trennen Welligkeit
und Rauheit bereits während der Messung. Die Grenzwellenlänge
wird durch einen Widerstand und einen Kondensator festgelegt. Diese
Filter weisen Phasenverschiebungen auf und führen je nach Anwendung
zu mehr oder weniger gravierenden Verzerrungen des Profils. Phasenkorrekte
Filter haben diesen Nachteil nicht, erfordern aber, daß die Filterung
im Anschluß an die Messung in einem separaten Berechnungsschritt
durchgeführt wird.
Nach der Form der Gewichtungsfunktion unterscheidet man unter anderen
Rechteck, Dreieck- Butterworth- und Gauß-Filter [168]. Das phasenkorrekte
Filter mit Gauß-förmiger Gewichtungsfunktion ist das zur Zeit
am häufigsten verwendete.
Da diese Filter eine Mittellinie durch das gemessene Profil berechnen,
werden sie als M-Filter bezeichnet. Untersuchungen von Bodschwinna haben
gezeigt, daß diese am Mittelprofil orientierten Filter bei der Anwendung
für tribologische Fragestellungen verschiedene Nachteile aufweisen
können. Einzelne Riefen führen zu Deformationen des gefilterten
Profils. Insbesondere wenn diese Deformationen im Bereich der tribologischen
Kontaktfläche liegen, ist mit durch die Filterung verfälschten
Oberflächenkenngrößen zu rechnen. Bodschwinna entwickelte
deshalb die Methode der doppelten Filterung mit Riefenunterdrückung
[159], die inzwischen in DIN 4776 und DIN ISO 13565-1 zur Berechnung der
Rk-Parameter vorgeschrieben ist. Durch die zweimalige Anwendung eines M-Filters
und durch rechnerisches Abschneiden der Riefen ermittelt dieses Filter
eine Welligkeit, die sich, entsprechend dem tribologischen Kontakt, mehr
an den oberen Bereichen der Topografie orientiert. Bei einzelnen Riefen
im Profil, wie sie für geschliffene und gehohnte Oberflächen
üblich sind, verringert dieses Filter die Profilverzerrungen deutlich.
Wie weit die in deterministischen Blech-Topografien vorhandenen relativ
voluminösen Krater diese Filterung beeinflussen, ist nicht bekannt.
Die Filter nach dem E-System bieten eine Methode, die für den
tribologischen Kontakt relevanten oberen Bereiche der Topografie bei der
Filterung stärker zu gewichten, als die tiefliegenden Täler.
Sie berechnen eine Linie durch die lokal höchsten Punkte der Topografie.
Beim Kugelfilter wird eine Kugel rechnerisch über die gemessene Oberfläche
gerollt. Der tiefste Punkt der Kugel beschreibt eine die Topografie einhüllende
Kurve, die durch die lokal höchsten Punkte der Topografie verläuft
[169].
Die in der französischen Automobilindustrie eingesetzte MOTIF-Methode
berechnet sogenannte Rauheitsmotifs, indem sogenannte unwesentliche Profilirregularitäten
aus den Meßdaten herausgerechnet werden. Die Welligkeit ermittelt
man, indem eine Linie durch die als wesentlich erkannten Profilspitzen
gelegt wird. Beide Verfahren, sowohl die Kugelfilterung als auch die MOTIF-Methode,
bieten gegenüber den M-Filtern verschiedene Vorteile [169, 170]. Sie
weisen aber den Nachteil auf, empfindlich auf Meßfehler in den Profilspitzen
zu reagieren, weshalb Methoden zur Unterdrückung einzelner Ausreißer
erforderlich werden (DIN ISO 12085).
Eine weitere Möglichkeit zur Filterung der Meßdaten bietet
die Fourier-Transformation. Durch Transformation in den Frequenzbereich,
Entfernung unerwünschter Frequenzen und Rücktransformation können
beliebige Frequenzen aus dem gemessenen Profil herausgerechnet werden.
Da die üblichen Filterverfahren die Welligkeit anhand der benachbarten
Punkte berechnen, am Anfang und am Ende der Meßstrecke aber nicht
genügend benachbarte Punkte zur Verfügung stehen, kann am Rand
nicht korrekt gefiltert werden. Nach der Filterung muß man die am
Rand falsch gefilterten sogenannten Vor- und Nachlaufstrecken abschneiden.
Spline-Filter bieten hier Möglichkeiten, die Vor- und Nachlaufstrecken
zu minimieren [171]. Die in der Literatur beschriebenen Spline-Filter beruhen
auf dem Mittellinien-System und gewichten deshalb die Spitzen und die Täler
der Topografie gleich.
Formfilter subtrahieren bekannte Geometrien von den Meßdaten.
Wurde z.B. die Rauheit auf einem Zylinder oder einer Kugel mit bekanntem
Radius gemessen, dann läßt sich diese Krümmung aus den
Meßdaten herausrechnen [196].
Alle erwähnten Filter hat man zunächst für die Filterung
von 2D-Daten entwickelt. Sie lassen sich aber analog auf 3D-Daten anwenden.
Eine Gegenüberstellung von Vor- und Nachteilen verschiedener 3D-Filter
bei der Anwendung in der Blechumformung ist im vom Autor in einer früheren
Arbeit veröffentlicht [77].
Folgerungen
Die in der Oberflächenvermessung eingesetzten Filter erfüllen
je nach Anwendung unterschiedliche Aufgaben: