CN107848153B - 用于产生表面性质的印模的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于产生表面性质的印模的装置（1）包括壳体（3），壳体（3）具有安装在壳体（3）上或壳体（3）中的加压柱塞（4），加压柱塞（4）可以移动并且可以挤压在表面（2）上，加压柱塞具有坯载体（5），坯载体（5）包括可以被挤压在表面（2）上的加压表面（6），包括由可固化材料制成的印模层（9）的印模坯（7）可以以可脱离的方式固定在加压表面上。装置还包括固化装置（12），固化装置（12）布置在壳体（3）上或壳体（3）中，印模坯（7）的可固化材料可以在被挤压在表面（2）上时利用固化装置（12）被固化。

Description

用于产生表面性质的印模的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于产生表面性质的印模（abformung）的装置。

背景技术

已知用于检查表面性质的各种方法。可以利用合适的探针、或利用粒子或电磁辐射来产生表面形貌的高分辨率图像。此外，可以产生表面性质（诸如，磁化、电荷分布或化学组分或化学性质）的可视化。一些检查方法为非破坏性的，且不影响待检查的表面。其他检查方法需要与待检查的表面进行显著的互动，并改变其性质或结构。

原子力显微术使得能够对表面的形貌进行非破坏性和高分辨率的成像。然而，必须利用弹性安装的测量探针以高分辨率来扫描用原子力显微术检查的表面，这需要每个图像通常数分钟的长的测量时间。必须将意图用于表面分析的表面带入到测量探针的检测范围中。关于适合并且可充分得到分析的表面的类似要求和局限性也适于其他光学或显微镜检查方法或光谱分析。

在实践中，已知用于产生表面形貌的印模的各种方法，以便能够检查难达到的表面区域。可以将软金属箔挤压到待检查的表面上，以便对表面形貌进行印模。随后，可以例如利用光学显微镜或利用原子力显微镜来分析制成印模的软金属箔，以产生待分析的表面的表面形貌的图像。

在实践中，还已知将固化材料施加到表面并在固化过程之后从表面释放铸件或印制件，其中，因此获得的印模形成了表面形貌的高度逼真的负形。当使用由两种成分组成的固化材料时，长的固化时间通常是必要的。本领域中还已知将配置为膜或箔的液体聚合物材料布置到表面上，所述液体聚合物材料可以例如由热量或辐射激活并通过交联被固化以对表面形貌进行印模。

将可固化聚合物材料手动施加到表面上是劳动密集的且成本密集的。另外，会难以以足够的精度来重现此类印模过程，使得例如不可能实现在更长的时间段内每隔一段时间执行的比较性表面分析或只有付出相当大的工作量才可以执行。

当前可用的可固化聚合物材料经常只允许对表面形貌进行印模（即，使待印模的表面三维结构化）。如果除表面形貌之外其他表面性质也可以利用印模成像且变得可用于后续测量和分析，那么这将是有利的。

发明内容

因此，以下被视为本发明的目标：设计一种用于产生表面性质的印模的装置,使得可以付出极少的工作量尽可能可靠地且可重现地实施对表面或表面性质的印模。另外，如果在产生印模期间已经可以确定表面性质的额外特性（如果需要的话），那么这是期望的。

这个目标根据本发明利用一种如下装置来实现，所述装置具有壳体；具有可移位式加压柱塞，可移位式加压柱塞可以被挤压到表面上并且安装在壳体上或壳体中，加压柱塞具有坯载体，坯载体具有可以被挤压到表面上的加压表面，具有可固化材料的印模层的印模坯能够可释放地固定在加压表面上；以及具有固化装置，固化装置布置在壳体上或壳体中，印模坯的可固化材料可以在被挤压到表面上时利用固化装置被固化。利用根据本发明的装置，可以轻松地且可重现地将预制的印模坯挤压到表面上以利用可固化材料的印模层实施对表面的印模。这样做时，将印模坯提供为用于表面的单个印模的消耗材料，同时可以重用和使用本发明的装置来产生大量印模，每个印模具有新的印模坯。单独预备的印模坯在开始印模过程之前被适当地固定在坯载体上，利用坯载体被挤压到表面上，且在使挤压到表面上的固化材料固化之后再次从坯载体释放。

例如，手动地抑或借助于弹簧装置的弹簧力，可以将可移位式加压柱塞挤压到表面上以产生接触压力，该接触压力足以用于印模且同时不过高并且可以在使可固化材料固化的持续时间内维持均衡。不需要手动施加或附接由可固化材料制成的印模层。印模的产生由此被简化，并且对于未受过训练的用户而言也能够以更高的精度来重现。例如，可以不仅取决于所使用的可固化材料而且还取决于待印模的表面以及具体地其形貌和润湿能力来指定接触压力。接触压力在个别应用中也可以非常低，且在适当情况下产生印模坯与表面几乎为零压力的接触。

通过将印模层挤压到待检查的表面上，对于后续测量和评估起决定作用的表面性质（诸如，表面的形貌）被转移到印模层并通过其固化被固定。例如，可固化材料的固化过程可以通过合适的能量供应来得当地激活，并且在激活后快速实施并完成。

印模层得当地由合适的交联聚合物材料制成，聚合物材料在挤压到待印模的表面上期间呈现与印模有关的性质（诸如，表面的形貌或甚至磁化或疏水性）并且在固化期间保持该性质。以这种方式，除对形貌的扫描和成像之外，还可以对另外的表面性质（诸如，例如表面的磁化或疏水性）进行印模，并且这些表面性质被保留或变得可用于后续分析。

通过将合适的材料或材料组合用于印模层，除表面形貌之外，还可对另一种表面性质或甚至几种其他的表面性质进行印模，并在不与经印模的表面空间接触的情况下将所述表面性质提供用于后续分析。例如，也将普遍存在于表面的区域中的电场、磁场或电磁场以及温度梯度或化学性质视为可以利用印模来得到印模的表面性质。

经印模的表面的复制品还有可能由印模制成，且表面的该复制品被用于后续测量和分析。

壳体有利地适合于手动使用和处理。壳体可例如设计成近似圆筒形，并且容易用一只手抓住或具有几厘米到大约10或15厘米的直径。壳体还可具有几乎任意不同形状，并且配置成例如半球形或立方体。加压柱塞可以是能够线性移位的，或安装成在壳体上或壳体中能够绕枢转轴线枢转。既可以手动地又可以借助于由弹簧装置施加的弹簧力或例如利用致动器电力地将加压柱塞挤压到表面上。

可以在各种应用中使用此类装置（诸如，在网纹辊的检视中、在半导体行业中的生产过程的质量保证中、在与过程有关的检查（诸如，热喷涂）中或在原型和分析中的研究与发展的背景下），以便能够尽可能可靠地且精确地对待检查的表面进行印模并为后续的分析程序做准备。装置应尽可能成形为符合人体工程学，且具有足够强健的机构以便能够在长的使用时间内以高的精度和重现性实施大量的印模。

使用用于产生印模的装置使得有可能检查无法通过常规装置和方法以标准化方式分析的表面。因此，难达到的表面（诸如，内燃机的内部或甚至不平坦的表面轮廓）可以快速地且可靠地印模。不必将待检查的表面带入到测量装置中。表面必须能够只在印模过程的持续时间内通达，使得只在短的时间内需要生产机器的表面以便进行印模，并且可以使该生产机器的代价高的停机时间最小化，因为可以在印模上实施对表面的耗时的分析。也可以通过若干相继产生的印模来分析表面的暂时变化，并且可以将这些印模归档以用于后续检查。

坯载体可由在尺寸上稳定的材料组成，或至少形成在尺寸上稳定的加压表面。还可设想到的是，坯载体具有形成加压表面的弹性涂层或弹性加压结构，例如以允许印模坯到待印模的表面上的最均一的可能接触压力。坯载体还可具有弹性或柔性膜，膜可以以液压或气动的方式被偏转以沿待印模的表面的方向挤压印模坯并被挤压到表面上以便将插入的印模坯挤压到表面上。通过产生并维持作用于膜的液压或气动压力，可以在大的区域内精确地且均匀地指定印模坯到表面上的接触压力。

为了能够对倾斜的表面更好地进行印模并且能够使对印模坯的印模层的调整适应倾斜或不完全平坦的表面，所提供的是，枢转地安装坯载体。以这种方式，即使当表面并不完全平坦时，也可以由枢转地安装的坯载体将近似相等的接触压力施加在挤压到表面上的印模层上。

优选地提供的是，坯载体具有可以相对于彼此移位的至少两个接触加压段。例如，可以通过静止的接触加压段和可以移位的第二接触加压段来实现可以相对于彼此移位的两个接触加压段。坯载体还可由例如四个或七个矩形或蜂巢状接触加压段组成，这些接触加压段并排布置并形成加压表面，印模坯可以固定在加压表面上并通过加压柱塞的移位被挤压到表面上。个别接触加压段可以各自安装成能够绕枢转轴线单独地枢转，或利用球接头安装成能够沿所有方向枢转。由多个接触加压段形成的加压表面由此可以适应曲形的表面，并且可能的话补偿待印模的表面的不平坦性。如果印模坯由可固化材料制成为在使印模层固化之前是柔性的或弹性的，则可以通过适当设计被分成若干接触加压段的坯载体而使得有可能个别调整印模坯以适应不平坦的表面。

所提供是，装置具有用于可移位式加压柱塞的定位装置，以便能够尽可能可重现地实现印模过程并确保在印模步骤期间以及印模层被挤压到表面上时因而发生固化期间避免印模层相对于表面发生意外移位。出于这个目的，圆筒形或半球形壳体可具有环形接触凸缘，环形接触凸缘可以围绕待印模的表面区域同心地放置在表面上并且例如粘性地固定在该位置中。在不同的壳体形状的情况下，接触凸缘的轮廓可偏离并适应相关壳体形状。壳体还有可能包括多个成形元件，这些成形元件圆锥形渐缩到尖端并包围坯载体的加压表面沿着壳体表面布置，每个成形元件在表面上形成用于壳体的近似点状接触表面。朝向表面突出的尖端有助于使壳体可重复地定位以及使其可靠地固定到待印模的表面上。

壳体同样有可能具有侧向邻近于坯载体的加压表面的一个或多个粘性表面或抽吸装置或开孔，以便利用粘性、利用负压抽吸或借助于合适的紧固装置（诸如，螺钉或螺栓）将壳体固定到待印模的表面上。

提供了如下的发明构思的有利实施例：装置具有测力装置，可以利用所述测力装置来检测施加在加压柱塞上的拉伸力或压缩力。测力装置可以是例如检测受力变形的压电传感器。测力装置还有可能具有变形元件，可以例如利用应变计来检测由于施加了力导致的所述变形元件的受力变形，并将该受力变形转化成电测量信号。测力装置可以配置成使得测力装置可以检测在挤压印模坯期间或在释放固化的印模期间所施加的压缩力、拉伸力、或压缩力与拉伸力两者。

有利地提供的是：测力装置布置在加压柱塞的导向杆上。测力装置可以布置成直接邻近于坯载体或在至坯载体的过渡区域中，以便能够尽可能准确地检测在将加压柱塞挤压在坯载体上期间施加在坯载体上并经由此施加在印模层上的挤压力。

根据发明构思的特别有利的实施例，所提供的是，装置具有与移位装置一起安装的变形元件，变形元件可以由致动装置挤压到表面上以便导致表面发生变形。变形元件可以是例如销、锥体或尖端，其以充分高的接触压力穿入到表面中并导致表面的形貌发生变形。用于使变形元件移位的移位装置可以例如具有可以手动地或自动地致动的弹簧力装置，弹簧力装置利用可预先限定的且可选地可调节的弹簧力将变形元件挤压到表面上。移位装置还可具有例如电动、磁性或液压驱动装置，所述驱动装置导致变形元件移位并结合适当设计的测力装置产生变形元件到表面上的开环或闭环可控接触压力。可以利用可移位式变形元件迫使产生表面变形，所述表面变形能够从印模检测出并且在释放印模之后进行评估，例如以获得关于物体在表面的区域中的硬度的额外信息。

关于对装备有可移位式变形元件的装置的最小可能的空间要求，根据本发明提供的是，变形元件在坯载体中安装成能够在挤压位置与静置位置之间移位，变形元件在挤压位置中从坯载体伸出超过加压表面，并且在静置位置中缩回到坯载体中、不伸出超过加压表面。在这种情况下，变形元件可以在静置位置中储存于坯载体内或储存在坯载体上方与表面间隔，而不需要任何显著的额外空间。为了利用变形元件使表面变形，变形元件可以经由加压柱塞从坯载体中移位出来并被挤压到表面中。在这种情况下，印模坯要么仅在表面发生变形之后才必须被固定并挤压在已变形的表面上且随后使变形元件撤回到其在坯载体上的静置位置中，要么例如配置成环形并包围从坯载体突出的变形元件，然后变形元件也被挤压到表面中并且在使印模层固化期间导致表面发生变形。在装置的此类实施例中，例如，可以利用印模来检测弹性主体的受力变形，弹性主体在移除了变形元件之后将恢复或再次发生改变。

印模层的可固化材料有利地选择并预定成使得可固化材料的固化过程可以以合适的方式被激活、或设定运动并且得到快速执行或完成。出于这个目的，固化装置可以产生帮助固化过程的合适的激活能量或固化能量。取决于相应的可固化材料，固化装置可产生例如热或冷，或产生磁场或电场或甚至产生电磁辐射，可以利用所述热或冷、或磁场或电场、或电磁辐射来激活或帮助固化过程。可固化材料优选地具有低黏度和表面能，以允许对表面进行最准确的可能的印模。固化材料应具有低粘性和足够的弹性，以在固化过程之后能够轻松地且非破坏性地从表面释放。取决于相应的表面和待确定的表面性质，固化材料也可以是硬挺且刚性的或高度凝固的。

根据发明构想的有利实施例，所提供的是，固化装置具有照射装置，可以利用所述照射装置来发射电磁辐射。

由于可商购具有不同性质的大量交联聚合物材料（这些聚合物材料可以利用UV辐射来激活或固化，并且已经关于其他应用得到发展），所以有利地提供的是，照射装置发射UV辐射。可以发射高能UV辐射的合适的发光二极管价廉且易得并且具有高光度。通过将UV辐射用于激活并实施固化过程，可以减少并且可能地甚至尽可能排除对表面的可能不期望的加热，所述加热对于待印模的表面是不利的。

可以以有利的方式将固化装置集成到坯载体中，具体地在固化装置是照射装置的情况下。因此，坯载体可具有空腔，照射装置布置在所述空腔中，且所述空腔具有能够使热辐射或UV光透过的盖，印模坯可以布置和固定在所述盖上。盖可以是例如透明刚性塑料材料或柔性膜。

为了有助于将印模坯附接和可靠地固定在加压柱塞上以及在固化过程之后支持对具有固化印模层的印模坯的必要释放，所提供的是，坯载体的加压表面具有用于可释放地固定印模坯的粘性层。例如，可以由具有合适的粘性材料的涂层来形成粘性层。坯载体的加压表面和被提供用于固定到坯载体的印模坯的外侧同样有可能各自涂覆有或覆盖有钩和环材料。

本发明还涉及一种用于与上面所描述的装置一起使用的印模坯，所述印模坯具有可固化材料的印模层。根据本发明，印模层布置在载体层上，印模坯可以利用所述载体层固定到装置的坯载体的加压表面并在使印模层的可固化材料固化之后再次从加压表面释放。载体层被用于对印模层的机械稳定化和成形支撑。因此，印模层的可固化材料不必为抗变形的或足够在尺寸上稳定的，以便能够被施加到表面并挤压到其上。还有可能使用黏性和膏状可固化材料，所述可固化材料可以作为涂层被施加到载体层并与载体层一起固定在坯载体上。

此外，印模层的可固化材料无需具有如此高强度以至于可以从表面释放印模层，而不留下任何残留物或甚至没有载体层。相反，仅必须的是，印模层充分强有力地粘附到载体层，使得在将印模坯附接到坯载体期间和在将印模坯挤压到表面上期间印模层不会在无意中从载体层释放。在使可固化材料固化之后，相对于经印模的表面对应地结构化的印模层通常形成足够在机械上稳定且在尺寸上稳定的印模主体，所述印模主体可以或者与载体层一起或者独立于载体层从印模表面释放并被储存以用于后续检查、或被供应到合适的分析装置。

发明构想的有利实施例提供：除可固化材料之外，印模层还具有另外的材料成分，可以利用该材料成分对除表面形貌之外的另外的表面性质进行印模。因此，利用所述额外的材料成分，例如，可以检测普遍存在于表面上的磁场并使其可见或可通达以用于后续分析。所述额外的材料成分可以由铁粉组成或包含铁粉，铁粉的取向受固化之前在表面的区域中的磁场来影响并由其预定，并且铁粉的布置和取向通过可固化材料的后续固化被固定并且被保留以用于后续分析。

所提供的是，载体层由在尺寸上稳定的材料组成以有助于处理印模坯。载体层还有可能由弹性材料组成，使得其可以在挤压操作期间与由多个接触加压段形成的坯载体一起变形并适应不平坦的表面。

具体地，为将印模坯与具有可移位式变形元件的装置一起使用，根据本发明提供且有利的是，印模坯具有被可固化材料的印模层包围的凹部。印模坯可例如配置成环形，使得印模层的可固化材料环状地包围居中地布置在载体层中的凹部。如果必要的话，变形元件可以与印模坯同时或事先被挤压穿过中心凹部到表面上，以便使表面变形。因为印模坯包围变形元件，所以可以相应地从所有侧面来检测由变形元件产生的表面形貌的变化，可以检测表面与变形元件的接触表面。可设想出印模坯的各种实施例，并且例如印模坯还有可能仅具有侧向伸出到印模坯或C状或H状基底表面中的一个凹部。

本发明还涉及一种用于产生表面或表面性质的印模的方法。根据本发明，所提供的是，在挤压步骤中，在加压柱塞的加压表面上将印模坯固定到由可固化材料制成的印模层，并且利用加压柱塞将所述印模坯挤压到表面上；在印模步骤中，在挤压期间利用固化装置使可固化材料固化；以及在移除步骤中，从加压柱塞释放具有表面的固化印模的印模坯。通过使用上面所描述的装置，未受过训练的人也可以简单快速地并且以足够的精度实施这种方法，以产生表面或表面性质的可重现的印模。

根据发明构思的有利实施例，所提供的是，印模层的可固化材料是可以利用电磁辐射激活的交联聚合物；以及在印模步骤中，使用照射装置利用电磁辐射来照射交联聚合物。可商购能够适当地激活的交联聚合物材料，其呈具有不同性质的不同变体，并且可以以成本有效的方式将其用于实施所述过程。还有可能使用经修改的或提供有专门用于产生印模的额外成分的聚合物材料，或其他固化印模材料。

有利地，所提供的是，利用UV辐射来照射印模层的可固化材料，并由此激活或固化可固化材料。可以利用合适的发光二极管产生对印模层的足够强烈的UV照射，以便能够快速实施并完成固化过程。此类发光二极管能够以低成本获得。发光二极管可以以能量有效的方式来操作并实现独立于市电电源的功率供应，所述功率供应可以例如利用合适的蓄电池装置获得。

发光二极管或固化装置可以布置成在坯载体的区域中侧向或同心地包围加压柱塞，并且可以通过穿过坯载体起作用的侧向作用或刺激来激活或加速印模坯的印模层的固化。还有可能将固化装置、固化装置的单个部件、或例如一个或多个发光二极管集成到加压柱塞的坯载体中，或集成到加压柱塞的另一个区域中。

根据发明构思的有利实施例，所提供的是，在挤压步骤期间，利用测力装置来检测施加在加压柱塞上的压缩力。以这种方式，可以确定施加在加压柱塞上的接触压力，并且对于由此产生的表面的印模的后续评估将所述接触压力考虑在内。另外，可以更轻松地且更有意义地比较从若干印模程序得到的测量结果。

还有可能利用测力装置来检测施加在加压柱塞上的接触压力，并且将所述接触压力考虑在内以便实现对接触压力的适当的开环或闭环控制。例如，显示器可以指示由测力装置检测到的接触压力何时高于或低于预定阈值。加压柱塞与挤压装置一起例如利用电马达或磁性地经受接触压力并且可以被挤压到表面上，在可自动操作的所述挤压装置中，可以将由测力装置产生的测力信号用于对挤压装置的开环或闭环控制。

根据本发明，还有可能且有利的是对额外的信息的确定，其中，利用测力装置来检测拉伸力，所述拉伸力在释放具有表面的固化印模的印模坯时被施加在印模坯上。从表面释放印模所需的力可取决于例如所使用的相应的可固化材料或聚合物，或取决于表面的三维表面结构化或其他粘性性质。通过检测必须施加在加压柱塞上以释放印模的所需拉伸力，可以获得关于这些表面性质的额外信息，这些表面性质影响释放所需的拉伸力。

发明构想的特别有利的实施例提供：在印模步骤之前或期间，变形元件被挤压到表面上并导致由印模坯印模的表面发生变形。变形元件可以是例如被挤压到表面中的销、锥体或尖状物，由此改变表面的形貌。形貌的这种变化取决于变形元件的形状，取决于将变形元件挤压到表面中所利用的接触压力，而且还取决于表面或具有该表面的物体的性质。当挤压印模坯时，聚合物材料的印模层适应表面的被改变的形貌，其在使聚合物材料固化之后得到印模且因此可以利用后续检查和测量加以检测和评估。

变形元件可以在印模步骤期间被挤压到表面中，并且在使聚合物材料固化的持续时间内将变形力施加到表面上。在这种情况下，还有可能检查弹性体或弹性材料的表面的性质，所述材料的表面将在移除了变形元件之后恢复原状且可能地将在变形元件作用之前呈现其原始形状和性质。

也可在印模步骤及可选地甚至挤压步骤之前将变形元件挤压到表面上，以便产生表面的永久变形。在后续的印模步骤中，该变形被转移到印模，并且然后可以在从已变形的表面释放印模之后检查和评估该变形。例如，可以利用此类方法在由印模捕获的表面内的区域中确定物体的硬度。

变形元件还有可能不垂直于表面移位并且不被挤压到表面中，而是利用变形元件在表面上或在具有表面的物体上产生以锐角或钝角来指向表面的力，这可以导致表面的形貌发生特性改变。以这种方式，例如，可以产生刮痕以用于硬度确定，或可以关于人为产生的表面磨损实施检查。

附图说明

下文中更详细地解释了发明构思的实施例，附图中通过示例示出了这些实施例。附图示出了：

图1是根据本发明的用于利用印模坯产生印模的装置的示意性表示，其中，印模坯被固定到加压柱塞并且加压柱塞仍距待印模的表面有一段距离，

图2是图1中所示的装置的示意性表示，其中，加压柱塞与固定到其的印模坯一起挤压到表面上，

图3是装置的一部分的放大示意图，其具有枢转地安装的坯载体，

图4是根据图3的图，其中，坯载体以不同方式配置而成并且由可以相对于彼此移位的三个接触加压段形成，

图5是位于保护盖中的印模坯的示意性截面图，

图6-图8是方法序列的多个方法步骤的示意性表示，其中，产生表面的印模且随后利用扫描探针显微镜分析该印模，

图9是根据本发明的具有测力装置的装置的示意性表示，

图10是根据本发明的装置的示意性表示，所述装置具有变形元件，所述变形元件可以沿着导向杆移位并且可以穿过环形印模坯被居中地挤压到表面上，

图11是图10中所示的装置的示意性表示，其中，在产生印模期间，变形元件被挤压到表面中并使表面变形，以及

图12是图10和图11中所示的装置的示意性表示，其中，变形元件在产生印模之前被挤压到表面中并导致表面永久变形，并且变形元件在产生印模期间缩回到坯载体中。

具体实施方式

图1和图2各自示出了用于产生印模的装置1，所述装置设定在待印模的表面2上。在壳体3中，加压柱塞4安装成能够在加压柱塞导向件中沿表面2的方向移位，加压柱塞导向件未详细示出。

加压柱塞4在其面向表面2的端部处具有坯载体5，坯载体5的面向表面2的上侧形成加压表面6。图5中所示的单独的印模坯7借助于粘性层可释放地固定在坯载体5的加压表面6上。印模坯7具有在尺寸上稳定的载体层8，并且由可固化的交联聚合物材料制成的印模层9施加到载体层8。

印模层9最初尚未被固化并且具有膏状性质。通过挤压布置在壳体3的端面10上并与加压柱塞4操作性连接的按钮11，可以使加压柱塞4从图1中所示的设定位置移位到图2中所示的加压位置中，在设定位置中，印模坯7可以固定到坯载体5的加压表面6，并然后可以将壳体3定位到表面2上，在加压位置中，加压柱塞4与固定到其上的印模坯7一起被挤压到表面2上。

固化装置12布置在装置1的壳体3中，由控制和功率供应装置13来控制该固化装置并向其供应电能。固化装置12具有多个UV发光二极管14，UV发光二极管14布置成在壳体3的内壁上同心地围绕加压柱塞4。在开启状态下，UV发光二极管14沿印模坯的方向发射UV光。UV发光二极管14的UV光激活并加速印模坯7的印模层9的可固化聚合物材料的交联和固化。

当加压柱塞4与紧固到其的印模坯7一起被挤压到待印模的表面2上时，尚未固化的印模层9变形并形成模子或表面2的表面形貌的负形。UV发光二极管14可以利用加压柱塞4移位到表面2上而自动地开启，或者通过未详细示出的切换装置手动地开启，以便使适应表面2的表面形貌的印模层9固化并永久地保留由此产生的印模。为了加速固化过程，坯载体5可由能透过UV的材料组成，使得由UV发光二极管发射的UV辐射可以照射印模坯8和印模层9。

为了有助于将壳体3定位和固定到表面2上，壳体3具有三个圆锥状渐缩的接触尖端16，接触尖端16在壳体下边缘15处彼此隔开。接触尖端16使得能够将壳体3以倾斜自由的方式设定到表面2上，并减少壳体3在表面2上发生不期望的侧向移位的风险。

图3和图4示意性地示出了装置1的变体，其具有分别以不同方式配置的加压柱塞4。在图3中所示的实施例中，坯载体5枢转地安装在加压柱塞4的线性可移位式导向杆17上。坯载体5的取向可以由此以简单的方式适应不平坦或倾斜的表面2。

在图4中所示的示例性实施例中，坯载体5具有三个接触加压段18，每个接触加压段18独立于彼此被枢转地安装，它们一同形成了加压柱塞4的加压表面6，印模坯7可以固定在所述加压表面上以便利用加压柱塞4被挤压到表面2上。借助于可以相对于彼此移位的接触加压段18，印模坯7的印模层9也可以适应曲形的表面2或不平坦的表面2并以基本上恒定的接触压力来挤压。

在图5中单独地并以放大图来描绘的印模坯7由在尺寸上稳定的载体层8和由交联聚合物材料制成的初始仍为膏状的印模层9组成，印模层9可以由UV光而固化。印模坯7是消耗材料，并且可被不透光并且特别地不能透过UV的包封件19包围或被包装在其内，以在其使用之前其储存期间防止印模层9发生固化以及防止对印模坯7的损害。

图6到图8中通过示例且示意性地图示了各过程步骤，可实施这些过程步骤以使用根据本发明的方法来执行表面分析。在图6中所示的挤压步骤中，利用加压柱塞4或在装置1的情况下利用加压柱塞4的坯载体5将印模坯7挤压到待检查的表面2上，使得印模坯7的印模层9的仍可变形材料适应表面2的表面形貌。在印模步骤中，然后通过利用UV光进行照射来使印模层9的材料固化。在移除步骤中从表面2且随后从坯载体5释放已变形并凝固的印模坯7之后，图7中所示的已变形的印模层9形成表面形貌的模子。代替表面形貌的是或除了表面形貌之外，还可由待分析的表面2的其他性质（诸如，其磁性性质、其疏水性或其化学性质）来影响印模层9的材料，使得通过对已凝固的印模坯7的后续分析，可以利用合适的测量方法和测量装置来分析已被转移到印模坯7或影响印模坯7的这些性质。图8通过示例示出了在扫描探针显微镜的探针20的帮助下对表面形貌的分析。出于这个目的，可以将形成模子的已凝固的印模坯7布置在扫描探针显微镜（未详细示出）的测量台21上。通过根据本发明的印模，可以付出很少的工作量可靠地且可重现地分析甚至空间上难以通达的表面2或随时间变化的表面2或表面性质。

在图9中所示的装置1的示例性实施例中，测力装置22在接近坯载体5处被布置在导向杆17上。测力装置22可包括例如变形敏感式压电元件或应变计布置结构。在将加压柱塞4挤压到表面2上期间，可以使用测力装置22来检测施加在印模坯7上的压缩力。以相同的方式，也可以利用测力装置22来检测拉伸力，所述拉伸力经施加以释放固化的印模坯7，因此释放从表面2产生的印模。

测力装置22可有线地或无线地连接到评估装置（未示出）。在印模的产生期间可以已经评估了由测力装置22所检测的测量信号，并且在印模的产生期间一达到足够的接触压力或者如果接触压力过度变化或下降，则这些测量信号可以被用来（例如）触发光学或声学显示。由测力装置22产生的测量信号还可以初始储存在评估装置中，并且保持可用于对经由印模产生的所有信息的后续评估或处理。

图10中所示的装置1的示例性实施例具有圆锥形渐缩的变形元件23，变形元件23可移位地安装在导向杆17中或坯载体5中。利用致动装置（未示出），移位装置（也未单独示出）例如致动弹簧装置或电马达，并且变形元件23可以被挤压到表面2中以导致表面2的形貌发生改变。印模坯7呈环形并且包围变形元件23，变形元件23被挤压穿过印模坯7的中心凹部进入到表面2中。

图11中示出了在印模的产生期间装置1的可能的使用。变形元件23与印模坯7一起被挤压到表面2上。作为结果，例如，在印模的持续时间内保持恒定的表面2的形貌的变更也可以在具有弹性体表面2的弹性材料中实现，所述变更可以利用印模来检测且随后进行评估。

还有可能首先利用变形元件23使表面2的形貌产生永久改变，并然后再次使变形元件23缩回到坯载体5中，之后随后将加压柱塞4与印模坯7一起挤压抵靠先前修改了的表面2上，以便形成印模。在图12中所图示的实施例中，通过示例示出了在之前利用变形元件23使表面2变形之后的印模的产生。

Claims (17)

1.一种用于产生表面性质的印模以便后续测量和分析的装置（1），所述装置（1）包括：

壳体（3），所述壳体（3）适于手动使用和处理；

可移位式加压柱塞（4），所述可移位式加压柱塞（4）安装在所述壳体（3）上或所述壳体（3）中并且能够被挤压到表面（2）上，所述加压柱塞（4）具有坯载体（5），所述坯载体（5）具有能够被挤压到所述表面（2）上的加压表面（6），具有由可固化材料制成的印模层（9）的印模坯（7）能够可释放地固定在所述加压表面（6）上；以及

固化装置（12），所述固化装置（12）布置在所述壳体（3）上或所述壳体（3）中，所述印模坯（7）的可固化材料能够在被挤压到所述表面（2）上时利用所述固化装置（12）被固化，

其中，当所述加压柱塞（4）被挤压到表面（2）上时，所述壳体接触所述表面（2）。

2.根据权利要求1所述的装置（1），其特征在于，所述坯载体（5）被枢转地安装。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置（1），其特征在于，所述坯载体（5）具有能够相对于彼此移位的至少两个接触加压段（18）。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的装置（1），其特征在于，所述装置（1）具有用于所述可移位式加压柱塞（4）的定位装置。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的装置（1），其特征在于，所述装置（1）具有测力装置（22），能够利用所述测力装置（22）来检测施加在所述加压柱塞上的拉伸力或压缩力。

6.根据权利要求5所述的装置（1），其特征在于，所述测力装置（22）布置在所述加压柱塞（4）的导向杆（17）上。

7.根据权利要求1-2以及6中的任一项所述的装置（1），其特征在于，所述装置具有安装有移位装置的变形元件（23），其中，所述变形元件能够被致动装置挤压到所述表面（2）上以导致所述表面（2）发生变形。

8.根据权利要求7所述的装置（1），其特征在于，所述变形元件（23）安装成在所述坯载体（5）中能够在挤压位置与静置位置之间移位，所述变形元件（23）在所述挤压位置中从所述坯载体（5）伸出超过所述加压表面（6），并且在所述静置位置中缩回到所述坯载体（5）中、不伸出超过所述加压表面（6）。

9.根据权利要求1-2、6以及8中的任一项所述的装置（1），其特征在于，所述固化装置（12）具有利用电磁辐射的照射装置。

10.根据权利要求9所述的装置（1），其特征在于，所述照射装置发射UV辐射。

11.根据权利要求1-2、6、8以及10中的任一项所述的装置（1），其特征在于，所述坯载体（5）的加压表面（6）具有用于可释放地固定所述印模坯（7）的粘性层。

12.一种利用根据权利要求1-7中的任一项所述的装置（1）以便产生表面（2）或表面性质的印模的方法，其中，在挤压步骤中，将具有可固化材料的印模层（9）的印模坯（7）固定在加压柱塞（4）的加压表面（6）上，并且利用所述加压柱塞（6）将所述印模坯（7）挤压到所述表面（2）上，其中，在印模步骤中，在挤压期间利用固化装置（12）使所述印模层（9）的可固化材料固化，并且其中，在移除步骤中，从所述加压柱塞（4）释放具有所述表面（2）的固化的印模的印模坯（7）。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述印模坯（7）的可固化材料是能够利用电磁辐射激活的交联聚合物，并且在所述印模步骤中，使用照射装置利用电磁辐射来照射所述交联聚合物。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，利用UV辐射来照射所述印模层（9）的可固化材料。

15.根据权利要求12-14中的任一项所述的方法，其特征在于，在所述挤压步骤期间，利用测力装置（22）来检测施加在所述加压柱塞（4）上的压缩力。

16.根据权利要求12-14中的任一项所述的方法，其特征在于，利用测力装置（22）来检测拉伸力，所述拉伸力在从所述表面（2）释放具有所述固化的印模的印模坯（7）时被施加在所述印模坯（7）上。

17.根据权利要求12-14中的任一项所述的方法，其特征在于，在所述印模步骤之前或期间，变形元件（23）被挤压到所述表面（2）上并导致由所述印模坯（7）进行印模的所述表面（2）发生变形。

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