CN109416307A - 用于在穿透体到测试体的表面中的穿透运动期间鉴定测量信号的测量设备、测量布置结构和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在穿透体(41)到测试体(14)的表面中的穿透运动期间检测测量信号、特别地用于确定测试体(14)的表面的抗刮擦性或者用于在穿透体(41)在测试体(14)的表面上的扫描运动期间检测测量信号、特别地用于确定表面粗糙度的测量系统，所述测量系统包括设置有力发生装置(44)的壳体(47)，力发生装置(44)操作性地连接到穿透体(41)，以用于产生穿透体(51)的沿着壳体(47)的纵向轴线的位移运动，力发生装置致动穿透体(41)到待检查的测试体(14)的表面中的穿透运动，或者力发生装置将穿透体(41)定位在测试体(14)的表面上以用于扫描，所述测量系统还具有至少一个第一测量装置(71)以用于测量到测试体(14)的表面中的穿透深度或者在测试体(14)的表面上的扫描运动期间测量穿透体(41)沿着壳体(47)的纵向轴线的位移运动。力发生装置(44)借助于压力介质被致动以用于穿透体(41)的穿透运动。本发明还涉及用于确定测试体的表面的抗刮擦性的一种测量设备和一种方法。

Description

用于在穿透体到测试体的表面中的穿透运动期间鉴定测量信 号的测量设备、测量布置结构和方法

技术领域

本发明涉及一种用于在穿透体到测试体的表面中的穿透运动期间检测测量信号并且还用于鉴定测试体的表面的抗刮擦性的测量设备以及测量布置结构和方法。

背景技术

从DE 699 17 780 T2已知一种用于测量测试体的表面的抗刮擦性的测量设备和方法，其具有用于容纳测试体的测量台以及用于将测量设备从初始位置转移到测量位置的操纵装置。此外，提供了一种控制器，借助于该控制器，在将测试体放置在待测表面上之后，通过测量设备控制测量台沿轴线的行进运动和穿透体的穿透运动，使得穿透体在测量台的行进运动期间穿透测试体的表面。

测量设备具有压电致动器，以用于控制穿透体在放置在测试体的表面上之后的穿透运动，所述致动器提供第一保持板，该第一保持板可借助于两个板簧对上下运动。该保持板容纳另一个板，该另一个板进而以可上下运动的方式安装，其中，穿透体布置在该板中。测量设备设置在保持板和容纳穿透体的板之间，所述测量设备测量穿透路径。此外，用于鉴定法向力的测量设备邻近地布置。

该测量设备的缺点在于，保持板和容纳穿透体的板以及相应地被选择以用于安装的板簧对提供结构上复杂且重的结构。因此，不仅需要大的整体尺寸，而且压电驱动器必须设计得相应地大，以便施加用于控制穿透运动的力。此外，由于结构复杂，该测量设备很慢。此外，由于借助于高精度压电致动器控制穿透体，测量设备是昂贵的。

从JP 63-171 339 A中已知一种硬度测量仪器，其具有用于将刮痕引入到可运动托架中的测量表面的穿透体。通过由液压泵提升的控制压力，通过油压室控制穿透体的穿透运动。该装置具有系统速度慢的缺点。用于检测表面粗糙度的扫描运动是不可能的。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于在穿透体到测试体的表面中的穿透运动期间检测测量信号、特别地用于鉴定测试体的表面的抗刮擦性或用于在穿透体在测试体的表面上的扫描运动期间检测测量信号、特别地用于鉴定测试体的表面粗糙度的测量设备和用于在穿透体的穿透运动期间鉴定测量信号、特别地用于鉴定测试体的表面的抗刮擦性或在穿透体的扫描运动期间鉴定测量信号的一种测量布置结构和一种方法，从而实现精度提高和成本降低。

该目的通过一种下述测量设备来解决，所述测量设备具有穿透体并且具有力发生装置，所述穿透体操作性地连接到所述力发生装置并穿透测试体的待测表面或扫描测试体的待测表面，测量设备还具有至少一个用于测量穿透深度或表面粗糙度的测量装置，其中，力发生装置借助于气体压力介质来控制以用于穿透运动或用于穿透体的扫描运动。使用借助于压力介质控制穿透运动或穿透体的扫描运动的这种力发生装置具有借助于穿透运动提供的压力可以直接转换到穿透运动中的优点，即，压力的增加对应于用于穿透运动的力的直接增加，反之亦然。在扫描运动期间，所供给的压力优选地作用在作为刚性致动构件的力发生装置中，由此测试体的表面中的变化可以传递到力发生装置并且优选地传递到传感器元件。因此，可以实现简单且直接的控制。此外，这种用压力介质操作的力发生装置具有低质量并因此具有低质量惯性。因此，借助于压力介质操作的这种力发生装置还能够独立于温度变化，因为温度的变化直接影响压力，并且该压力可以由力发生装置立即重新调节。因此，可以保持用于穿透运动或扫描运动的恒定压力。特别是对于多次测量，因此可以具有连续性和提高的测量安全性。

优选地，力发生装置具有压力室，所述压力室具有至少一个第一压力表面，所述第一压力表面操作性地连接到穿透体。因此，随着压力的增加，可以控制穿透体的直接穿透运动。此外，由此可在总尺寸仍然足够低的情况下产生更大的力。

具有压力室的力发生装置优选地具有入口开口和出口开口，所述入口开口和出口开口设置在压力室中的压力表面之外或邻近压力室中的压力表面。因此，压力表面可以仅定向在穿透体的方向上并与该穿透体配合，使得入口和出口开口优选地相对于至少一个第一压力表面侧向地布置，因此不能直接影响压力表面。

压力发生装置优选地包括至少一个泵，压力介质通过所述泵输送到压力室。因此，可以以调节的方式控制泵，使得泵直接确定压力室中的压力。

此外，入口控制阀优选地设置在压力室的入口开口的上游，出口阀优选地设置在压力室的出口开口的下游。因此，通过这种控制阀可以以简单的方式保持和/或调整压力室中的压力。

力发生装置的另一优选实施例在泵与入口控制阀或入口开口之间提供存储容器。因此，例如，泵可以形成为相对较小，使得根据需要借助于压力介质经由存储容器进行压力室的控制和设置。此外，通过从压力室直接供送压力介质，可以减少由泵产生的压力峰值。

压力室优选地具有与第一压力表面相对的第二压力表面。因此，压力室可以以简单的形式形成，例如作为具有两个相对的压力表面的加压的罐，使得作用在压力室的内部空间中的压力均匀地作用在两个压力表面上。

此外，压力室优选地设置在壳体中，入口开口和出口开口布置在所述壳体的侧壁或周壁上，壳体在下侧上具有第一压力表面。这代表了测量设备的简单且节约成本的设计，以及压力室在测量设备中的节约空间的集成。

此外，传感器优选地在压力室之外配属于压力室的第二压力表面。因此，借助于该传感器可以检测第二压力表面的位移，以便检测由于压力室中存在的压力而施加在穿透体上的实际作用压力。

此外，压力室优选地形成为可以插入到壳体中的罐。这具有以下优点：校准的加压的罐可以以简单的方式集成到壳体中。

第一和第二压力表面优选地形成为压力膜，所述压力表面彼此平行定向。因此，在它们之间设置固定的周壁，入口开口和出口开口布置在所述周壁中并且优选地紧固到壳体的周壁。压力膜优选地可以借助于紧固环紧固至周壁，由此可以简单地组装压力室。

此外，压力室优选地仅在一个自由度上具有运动自由。该一个自由度优选地在壳体的纵向中心轴线上，即在Z轴线上，穿透体的用于穿透表面的进给运动也在所述Z轴线上。

此外，用于测量穿透体的行进路径、特别是穿透体的穿透深度或用于鉴定穿透体的表面粗糙度的扫描运动的第一测量装置优选地设置在第一压力之间表面、压力室与穿透体之间。这进而产生紧凑的结构。

此外，为了测量设备的紧凑结构，用于检测穿透体沿至少一个轴线的位移的另外的测量装置设置在第一压力表面与穿透体之间，所述穿透体沿至少一个轴线的位移对应于测试体相对于穿透体的行进运动，特别是在进行抗刮擦性测试时。优选地，该另外的测量装置也定位于与第一测量装置相同的Z轴线上。

此外，替代地，可以沿着对应于测试体相对于穿透体的行进路线的轴线检测并且还沿与其成直角地定向的轴线鉴定用于检测穿透体的位移的另外的测量装置。因此，该另外的测量装置可以检测穿透体在穿透到测试体的表面期间在X方向和Y方向上(即在测试体的表面的平面中)的位置变化。

用于测量穿透体沿Z轴线的行进运动、特别是穿透深度的测量装置以及用于检测穿透体沿着测试体的行进路线的至少一个位移的至少一个所述另外的测量装置优选地设置在壳体的壳体部分中，所述壳体部分邻接压力室。它们优选地沿着壳体的纵向轴线布置成一列，由此，第一和至少一个另外的测量装置可以在穿透体的穿透运动期间直接检测测量信号，所述穿透运动由压力室控制。

保持元件设置在壳体的下壳体部分上并且与压力室的第一压力表面间隔开，所述保持元件容纳穿透体。因此，穿透体容纳在相对于壳体的限定位置。保持元件优选地形成为具有至少在沿Z轴线一个自由度上的运动自由的压力膜。因此，避免了在穿透体穿透到测试体的表面中期间的旋转或角度运动。

此外，保持元件优选地在其延伸平面中至少在穿透体沿着测试体的行进运动的位移方向上形成为软的或柔性的，并且在与所述位移方向垂直的方向上形成为刚性的。因此，可以在将裂缝或刮痕引入到表面中期间检测另外的测量信号，以便检测例如涂层、夹杂物或类似物的均匀性。

保持元件优选地平行于第一和第二压力表面定向。因此，穿透体的行进运动中涉及的所有部件都以一致的方式定向。此外，穿透体可以在没有损失的情况下借助于布置在与第一和第二压力表面间隔开的保持元件相对于经由压力室引入的力倾斜。

第一和/或第二压力表面和/或保持元件优选地由铜铍制成。这种材料特别适合，因为它几乎没有滞后现象。因此，可以直接、无损地控制穿透体。

此外，传动销优选地设置在第一压力表面与穿透体之间。传动销优选形成为抗压的。因此，可以产生结构简单且轻量的设计。此外，可以产生穿透体与第一压力表面之间的直接连接。

有利地，传动销固定地连接到压力表面和穿透体两者并形成刚性连接。由压力室产生的致动力进而可以直接转换到穿透体的穿透运动中。

用于测量穿透体的行进路线、特别是穿透运动的所述至少一个测量装置和所述至少一个另外的测量装置各自具有至少两个可相对于彼此运动的传感器元件，其中，分别使传感器元件中的一个以固定的方式布置在壳体上，并且至少一个另外的传感器元件布置在传动销上。因此，在穿透运动期间，从第一和另外的测量装置检测到相同程度的行进路线，因为它们布置成一列。

此外，第一测量装置优选地根据涡流方法工作。在这里，它涉及经过验证的没有后作用的测量装置，其也可以提供紧凑的设计。例如，铁氧体板或铁氧体环可以作为可运动的传感器元件优选地可释放地、特别是通过螺纹连接紧固在传动销上，并且罐线圈可以作为第二固定传感器元件优选地可释放地、特别是通过螺纹连接紧固在壳体上。

用于检测穿透体的至少一个位移的所述至少一个另外的测量装置优选地包括作为可运动的传感器元件的例如铁氧体环或铁氧体环，所述铁氧体环布置在传输销上，以及至少一个配属于铁氧体环的第一线圈，使得该测量装置同样根据涡流方法工作。因此，可以检测穿透体在X方向上的位移。例如，测量装置可以具有两个线圈，这两个线圈相对于彼此偏错180°布置，以便检测穿透体或传动销沿着测试体的行进方向的位移。替代地，两个线圈也可配属于相对于彼此偏错90°的铁氧体环，使得首先，可以检测传动销沿着测试体的行进路线-即在X方向上-的位移，并且其次可以检测传动销在Y方向上的位移。

此外，压力戳优选地设置在第一和/或第二压力表面上，所述压力戳设置成用于容纳另外的元件。因此，例如，传感器元件或传感器元件的部件、例如压力传感器可以布置在第二压力表面上。优选地，传动销可以可更换地固定在配属于第一压力表面的另外的戳上。

测量设备的另一有利实施例规定穿透体可更换地布置在传动销上。因此，在重复测量期间，可以进行简单的更换。替代地，只有穿透末端可以可更换地形成在穿透体上。这不仅具有在劣化的情况下实现快速更换的优点，而且具有可以根据待测试的不同表面选择和使用相应的穿透点的优点。例如，穿透点可以由金刚石、刚玉、黄玉或石英制成。

优选提供加压的空气作为压力介质。

本发明的目的还通过一种用于在穿透体到测试体的表面中或在测试体的表面上的行进运动、特别是穿透深度或扫描运动期间检测测量信号的测量布置结构来解决，其中，用于容纳测试体的测量台以及容纳测量设备的操纵装置、特别是三脚架设置在基体或基板上，所述测量设备经由操纵装置转移到用于将穿透体放置在测试体上的位置，其中，用于穿透体穿透到测试体的表面中的行进运动或用于扫描穿透体表面的行进运动由根据上述实施例中的一个或多于一个特征的测量设备控制和执行。

此外，测量布置结构优选地容纳与测量设备邻近的光学检测装置，所述光学检测装置光学地检测和评估穿透点、表面粗糙度、或者在进行抗刮擦性测试时已经引入的刮痕。在这里，测量台优选地可在测量设备与光学检测装置之间运送。替代地，测量设备和光学检测装置可以运送到测量台。

此外，测量台的行进运动特别是沿着测试体的表面的平面中的行进方向的轴线优选地由控制器控制。因此，可以通过该控制器检测在将穿透体放置到测试体的表面上期间的表面轮廓或表面的粗糙度以及之后的受控行进运动，将穿透体放置到测试体的表面上形成开始位置。这也可以为了抗刮擦性鉴定的预扫描而执行。同样地，从开始位置开始，在测量台朝向穿透体的行进运动期间，可以控制穿透体的穿透运动，以便形成刮痕。从开始位置开始，也可以控制用于抗刮擦性测试的后扫描。

提供泵和优选的存储容器用于控制测量设备，所述泵利用输送管线将压力介质输送到测量设备，其中，该泵和优选的存储容器与测量设备的共有基体间隔开地布置，以便至少在测量台上、特别是在测试体上避免记录振动。

此外，本发明的目的还通过一种用于在穿透体到测试体的表面中的穿透运动期间利用测量设备或在穿透体于测试体的表面上的扫描运动期间检测测量信号的方法解决，其中，测试体定位在测量台上，测量设备放置在测试体上，利用力发生装置控制穿透体的穿透运动，向所述力发生装置供给气体压力介质的用于穿透体到测试体中的穿透运动或用于在测试体上的扫描运动的测试压力。这使得力发生装置的节约成本设计成为可能。此外，可以实现对穿透体的精确控制，因为力发生装置具有低质量，因此没有由于高质量的惯性而导致额外的劣化。

优选地，在放置到测试体的表面上之前向力发生装置供给初始压力，测量设备朝向测试体运动并且在测量设备的穿透体的放置期间停止测量设备的行进运动，然后向力发生装置提供测试压力，并且利用第一测量装置检测穿透体在测试体的表面中的穿透运动。因此可以确定表面硬度的精确检测，因为，首先穿透运动以及其次通过测试压力施加的力可以以精确检测的方式评估，以便鉴定测试体的表面的硬度。在测量设备的进给运动期间直到放置到测试体上为止向力发生装置供给的初始压力可例如是环境压力。替代地，可以相对于环境压力引入过压。因此，可以相对于力测量装置产生限定的状态。

优选地，压力室被用作用于执行该方法的力发生装置，并且利用压力室的第一压力表面控制穿透体到测试体的表面中的穿透运动。这里，与第一压力表面相对的第二压力表面相对于传感器运动，其中，借助于压力室作用在穿透体上的力由传感器检测。借助于第一测量装置针于穿透深度检测由压力室产生的穿透运动。因此，根据所选择的穿透体，可以从借助于传感器鉴定的作用在穿透体上的力以及由测量装置检测的穿透深度来确定测试体的表面的硬度。因此可以形成气动式硬度测量设备。

为了鉴定测试体的表面的耐刮擦性，测量台和施加于测量台上的测试体优选地在穿透体的穿透运动期间在垂直于穿透体的穿透运动的方向上被运送，并且在测试体的表面引入刮痕。由第一测量装置根据时间和行进路线检测关于穿透深度的测量信号。此外，借助于测量设备的第二测量装置检测穿透体相对测量台的行进方向的位移。可以从这些检测到的信号确定测试体的表面的耐刮擦性。

此外，在将刮痕引入测试体的表面期间，优选通过另外的测量装置附加地检测垂直于行进运动定向的位移。因此可以附加地产生关于测试体的表面的评估，并且特别地，可以实现关于材料均匀性的陈述。

此外，优选地，在将刮痕引入测试体中之前将测量设备放置在表面上，并在与测试体的放置方向垂直的方向上被运送并且扫描表面。因此，信号由第一测量装置检测并保存为预刮擦轮廓。测试体的表面的路径可以通过所谓的预扫描来确定，使得在之后确定耐刮擦性期间可以考虑该另外的参数。

此外，使得执行所谓的后扫描以用于鉴定耐刮擦性。为此目的，优选地，在将刮痕引入测试体之后将测量设备放置在刮痕上，并且穿透体与测量设备在与测试体的穿透运动垂直的方向上被运送、即沿着刮痕被引导，并且存储检测到的测量信号。

该方法的另一优选实施例规定，在穿透体的扫描运动期间，力发生装置中的测试压力保持恒定。因此，穿透体可以在恒定的条件下沿着测试体的表面被引导，其中，压力室然后有效地形成为刚性致动构件，使得作用在穿透体上的行进运动由于表面粗糙度而直接沿着壳体的纵向轴线传递，并且可以由至少一个传感器元件检测。测试压力可以是供给至压力室的环境压力或过压。

附图说明

下面使用附图中描绘的示例更详细地描述和解释本发明及其另外的有利实施例和发展。根据本发明，从说明书和附图中获取的特征可以单独应用或者以任意组合应用。如图所示：

图1是根据本发明的测量布置结构的示意图，

图2是根据图1的测量布置结构的本发明的测量设备的示意性放大视图，

图3是根据图2的测量设备的从下方的示意图，

图4是根据图2的测量设备的示意性剖视图，以及

图5是根据图2的测量设备和与其连接的由共有控制器控制的部件的示意图。

具体实施方式

测量布置结构11在图1中示意性地示出。这种测量布置结构11可以设置成用于测试测试体14上的表面、例如物体上的薄膜、层和/或涂层的机械和/或物理特性。例如，测量布置结构11可以用作硬度测量装置，其中借助于测量设备12的穿透体41的穿透来进行硬度测量。此外，该测量布置结构11可以设置有测量设备12，以用于鉴定物体上的薄膜、层或涂层的抗刮擦性。在此，可以检查例如CVD或PVD涂层的抗刮擦性。同样还可以检测到微刮痕，或者可以从表面检测和分析其它变形信息。该测量布置结构11同样还能够特别地使用测量设备12进行测试体14的表面的粗糙度测量，而不会对测试体14的表面造成损坏。在这种情况下，穿透体41被放置在测试体14的表面上并沿着表面被运送，从而扫描测试体14的表面的粗糙度。

测量布置结构11包括共有的基体16。这可以优选地由花岗岩形成。三脚架17设置在基体16上，该三脚架17将测量设备12容纳在悬臂18上。该三脚架17包括驱动马达19，借助于驱动马达19可以将测量设备12从图1中所示的初始位置21运送到测试位置22，在所述测试位置22，穿透体41靠在测试体14上。例如，驱动马达19可以驱动悬臂18沿着三脚架17的导柱23上下运动。

此外，测量台25设置在基体16上。该测量台25具有测量台收纳件26，所述测量台收纳件26可以根据箭头27至少在X方向上可运动地驱动。测试体14放置在测量台收纳件26上并固定至测量台收纳件26。

测量布置结构11还可以包括光学检测装置29，该光学检测装置29同样可以布置在三脚架17上，或者有利地布置在与三脚架17分离的另一个三脚架31上。该光学检测装置29可以定位成邻近测量设备12。因此，测量台25或测量台收纳件26被设计成是可运送的，使得在将穿透点或刮痕引入到测试体14的表面之后，测试体14相对于光学检测装置29可运送，从而可在测试体14的表面上光学地检测已引入的穿透点或刮痕。替代地，可以提供测量设备12和光学检测装置29相对于测量台25的行进运动。

此外，测量布置结构11包括示意性描绘的控制器33，所述控制器33包括未更详细描述的计算装置、显示装置35和输入装置36。控制器33至少通过信号线连接到三脚架17、测量设备12和测量台25。优选地，光学检测装置29和可选地接收光学检测装置29的三脚架31也附接至控制器33。

此外，测量布置结构11具有至少一个用于控制测量设备12的泵38，压力介质通过该泵38输送到测量设备12，以便控制测量设备12的穿透体41的穿透运动。该泵38利用信号线连接到控制器33。有利地，泵33可以将压力介质输送到存储容器39，压力介质从该存储容器39经由输送管线40输送到测量设备12。泵38和存储容器39都没有布置在共有的基体16上。

在图2中，示出了根据本发明的测量设备12的透视图。图3示出了从下方的视图。在图4中，示出了根据图2的测量设备12的示意性剖视图，其中特别详细地提到了结构的描述。

该测量设备12具有力发生装置44，借助于该力发生装置44控制穿透体41到测试体14的表面上的行进运动、特别是穿透运动。该力发生装置44包括压力室46，该压力室46集成在壳体47中。该壳体47具有圆筒形壳体壁48，第一压力表面51和第二压力表面52配属于该壳体壁48。这两个压力表面51、52有利地通过可释放的连接、特别是夹紧连接或螺纹连接固定到壳体壁48。压力室46由壳体壁48以及第一和第二压力表面51、52形成。替代地，可以使用其上布置有端子的封闭的压力室。入口开口54和出口开口55设置在壳体壁48上，使得压力介质可以被输入和排出。

入口控制阀56优选地设置在通向入口开口54的输送管线40中。替代地，入口阀56直接附接到入口开口。出口控制阀60布置在位于出口侧的用于从压力室46流出压力介质的另一输送管线58中。出口控制阀60也可以直接附接到出口开口55。

第一和第二压力表面51、52优选地形成为压力膜、特别是具有优选圆形波的波状压力马达，第一和第二压力表面仅在一个方向上具有一个自由度，所述自由度定向在Z方向上并且位于测量设备12的纵向中心轴线61上。通过将第一和第二压力表面51、52固定地夹紧到壳体壁48上来防止压力表面51、52围绕Z轴线的旋转。

压力戳63固定地布置在第一和第二压力表面51、52中的每一个上。配属于第二压力表面52的传感器66可以例如经由连接元件64固定。传感器66特别地形成为压力传感器，其根据第二压力表面52的运动检测压力室46中的压力，并将压力传送到控制器33。

转移销68设置在第一压力表面51和穿透体41之间，所述转移销延伸穿过邻接壳体壁47的壳体部分69。该壳体部分69形成为圆筒形，使得用于检测穿透体41的行进运动的第一测量装置71在所述壳体部分69中进行检测。此外，另外的测量装置73优选地布置在壳体部分69中，所述另外的测量装置73在穿透到测试体的表面期间检测穿透体41在X方向上的至少一个位移，并且优选地检测测试体14在X方向上的同时的行进运动。此外，所述至少一个另外的测量装置73还可以检测穿透体在Y方向上的位移。

保持元件75也设置在下部的壳体部分69上，所述保持元件75接收穿透体41并且延伸到壳体部分69上的外边缘区域76。该保持元件75可进而利用可释放的连接固定到壳体部分69。保持元件75形成为压力膜，其在至少一个运动方向上具有一个自由度。该至少一个自由度在测量设备12的Z轴线或纵向中心轴线61上。如图3所示，保持元件47优选地设有两个纵向槽。保持元件75因此在平行于纵向槽的对应于X轴线的方向上变软，并且在Y轴线上是刚性的。因为保持装置75形成为压力介质，所以该保持装置具有非常低的柔性并且优选地不形成为在X和Y方向上耐压。

穿透体41可更换地固定在传动销68的下端上。穿透体41具有穿透末端78，该穿透末端78可释放地固定在穿透体41上。

壳体部分69具有肩部81，肩部81形成通孔82，传动销68延伸穿过通孔82。第一测量装置71的第一传感器元件84固定地布置在肩部81上，并且第一测量装置71的第二传感器元件85与第一传感器元件84邻近地布置在传动销68上。例如，第一和第二传感器元件84、85形成为距离传感器，其中第一传感器元件84包括具有线圈的罐形磁铁，第二传感器元件85是由铁素体材料制成的固定至传动销68的盘。该第二传感器元件85优选地在传动销68上可释放并且可调节第二传感器元件85与第一传感器元件84的距离，使得穿透体41可布置在初始位置。测量装置71根据涡流原理工作。

所述另外的测量装置73包括布置在保持器87上的第一传感器元件88以及第二传感器元件89，第一传感器元件88设置为固定就位或壳体固定，第二传感器元件89进而接合传动销68。根据第一实施例，该第二传感器元件89可以形成为铁素体环，与其相对的是形成第一传感器元件88的线圈。因此可以检测穿透体41沿X方向的偏转，该偏转是在穿透点或刮痕穿过表面引入测试体14期间产生的并传递到传输销68。此外，还可以提供第三传感器元件90以便检测沿X方向的偏转，使得通过将检测值与第一和第三传感器元件88、90进行比较可以鉴定出关于X方向偏转的改进的说明。替代地，第三传感器元件也可布置成偏错90°，使得第一传感器元件88检测沿X方向的偏转，第三传感器元件90检测沿Y方向的偏转。

图5示出了测量布置结构11的各个部件的示意性布置，其经由控制线连接到控制器33。使用该示意图，下面讨论用于执行硬度测量的方法和用于确定测试体14的表面的耐刮擦性的方法。

为了测量测试体14的表面的硬度，将根据图5的测试体14定位并固定在测量台25的测量台收纳件26上。向力发生装置44提供初始的压力。例如，压力室46可以设置有环境压力。这通过打开控制阀60并关闭控制阀56来实现。然后，测量设备12沿Z轴线朝向测试体14的表面运动，例如借助于三脚架17的马达19。一旦穿透体41就位于测试体14的表面上，第一测量装置71就由于穿透体41相对于测量设备12的壳体47沿Z轴线的仅微小的纵向运动或插入运动而检测到信号，并且测量设备12沿Z轴线的下降运动停止。这里，穿透体41的插入运动可以传递到传动销68，由此与第二传感器元件85相对的第一传感器元件84从第一测量装置移除并因此发出测量信号。

从用于硬度测量的穿透体41靠在测试体的表面上的该开始位置开始，关闭出口控制阀60并且打开入口控制阀56，从而向压力室46提供测试压力。使用压力传感器49检测流入的压力介质的该压力、即存在于入口开口54中的压力，并将其传送到控制器33。压力室中的压力的积累可以直接借助于泵38进行，或者通过泵38或通过存储容器39提供并且由入口控制阀56调节。

在压力室46中的测试压力的积累期间，第一和第二压力表面51、52移位。第一压力表面51引起穿透体51进入测试体14中的穿透运动。第二压力表面52借助于测试压力向传感器66的方向运动。第二压力表面52的位移首先通过测试压力确定，其中第二压力表面52的材料的弹性常数按比例抵消该压力。由于检测到的第二压力表面52的弹性常数的测试压力和由压力传感器66检测的相对于第二压力表面52的距离，所以传感器66检测到相对于第二压力表面52的距离的变化，由此确定作用在穿透体41上的测试压力。

由于检测到第一测量装置71的对于穿透运动的测量信号和实际鉴定的测试力，可以确定测试体14的表面的硬度。穿透体41的形状或几何形状也包括在确定表面的硬度中。例如，穿透体41可以是棱锥形的。该穿透体特别是可以由金刚石、刚玉、黄玉或石英组成。

在穿透体41的穿透运动结束之后，例如，测量设备12可以从测试体14升起，然后可以打开出口控制阀60。同样可以首先打开出口控制阀60然后抬起测量设备12，或者两者可以同时进行。

在传动销68上并且在分配在其上的壳体部分上，测量设备12具有第二或另外的测量装置73。因此，在穿透体41进入测试体14的穿透运动期间，在测试体14的表面的平面中、即在XY方向上发生的位移运动可以同样被检测并且被作为另外的评估参数考虑。

然后，在测试体14中引入穿透点之后，可以使用光学检测装置29鉴定穿透点的图示，并且还可以进行光学评估。

测试体14定位在测量台25上或者在测量台25的测量台收纳件26上，以用于鉴定测试体14的表面的耐刮擦性。测量设备12定位在测试体14的上方，使得穿透体41可以通过垂直于测试体14的表面的进给运动朝向该测试体运动。向测量设备12的压力室46提供初始压力。该初始压力可以是例如通过关闭入口控制阀56并且打开出口控制阀60来调节的环境压力。穿透体41位于静止位置或关闭位置，在该静止位置或关闭位置，穿透体41通过压力室46的第一压力表面51和保持元件75定位。测量设备12相对于测试体14的初始位置如图5所示。

测量设备12然后朝向测试体14运动。这例如借助于马达19进行。一旦第一测量装置71检测到穿透体41被放置在测试体14的表面上，马达19就停止。测量设备12布置在相对于测试体14的开始位置。该开始位置可以设置成用于所谓的预扫描，以用于鉴定耐刮擦性。该开始位置也可设置成用于测量测试体的表面的表面粗糙度。

从该开始位置开始，可以首先执行所谓的预扫描，即，沿着穿透体41的预定行进路线扫描测试体14的表面。该行进路线定向成与测试体14相切或垂直，例如沿X轴线。测量设备12优选地停止，并且测量台25由马达28沿根据图4的箭头方向27运送，由此扫描表面的位置和表面的轮廓并且将测量的信号保存为预刮擦轮廓数据，也称为预扫描。然后，测量设备12从测试体14升起。测量设备12和测量台25再次定位在开始位置。然后，通过控制器33借助于马达28依次驱动与根据箭头27的预扫描相同的行进运动。在该行进运动的同时，向压力室46供应测试压力，由此，在测量台25的行进运动期间，穿透体41越来越多地穿透到测试体14的表面中。该穿透运动由第一测量装置71检测。同时，经由传感器66检测行进运动期间存在的实际压力。此外，借助于另外的测量装置73，特别是通过第一和第二传感器元件88、89，经由控制器33检测穿透体44在箭头27的方向上-即在行进方向上的位移。在预定的行进运动结束时，在施加预定的测试力之后，测量设备12进而从测试体14升起。在引入刮痕93(图4)期间检测到的测量信号由控制器33存储和评估，以便确定耐刮擦性。

在将刮痕93引入测试体14之后，测量设备12和测量台25可以再次返回到开始位置。然后可以进行后扫描。穿透体41定位在刮痕93中。进而，进行测量台25的根据箭头27的行进运动，从而沿着刮痕93引导穿透体41。在穿透体41行进运动到刮痕93中期间，通过第一测量装置71和另外的测量装置73和/或传感器66再次检测测量信号。

此外，可以借助于另外的测量装置73的第三传感器90在预扫描、引入刮痕93和/或后扫描期间检测穿透体41在Y方向上的位移。替代地，除了第一传感器元件88之外，该第三传感器元件90也可以检测X方向上的偏转。

光学检测装置29可以检测刮痕并且另外能够在引入刮痕93之后和/或在后扫描之后进行光学评估。

从穿透体41放置在测试体14的表面上的上述开始位置开始，可以执行表面粗糙度的测量。穿透体41沿着预定的行进路线在测试体14的表面上运动。该行进路线定向成与测试体14相切或垂直，例如沿X轴线定向。因此，测量设备12可以停止，并且测量台25-如图4所示-由马达28在箭头方向27上运送。替代地，测量台25也可以停止并且测量设备12可以被运送。测量台25和测量设备12的相对运动同样是可能的。穿透体41沿着壳体47的纵向轴线或Z轴线的行进运动由传动销48和压力室46传递，由此借助于控制器33检测和评估第二压力表面52和传感器66之间的路径变化，所述行进运动由测试体14的粗糙度产生。在沿着测试体14的表面扫描预定的行进路线之后，通过测试体14再次抬起测量设备12。

Claims (39)

1.一种用于在穿透体(41)到测试体(14)的表面中的穿透运动期间检测测量信号、特别地用于鉴定测试体(14)的表面的抗刮擦性或者在穿透体(41)于测试体(14)的表面上进行扫描运动期间检测测量信号、特别地用于鉴定表面粗糙度的测量设备，所述测量设备具有壳体(47)，并且具有力发生装置(44)，所述力发生装置(44)操作性地连接到穿透体(41)，以用于产生穿透体(41)的沿着壳体(47)的纵向轴线的行进运动，并控制穿透体(41)到测试体(14)的待测表面中的穿透运动或者将穿透体(41)定位在测试体(14)的表面上以用于扫描，力发生装置(44)操作性地连接到至少一个第一测量装置(71)，以用于测量穿透到测试体(14)的表面中的深度或者穿透体(41)在于测试体(14)的表面上进行扫描运动期间沿着壳体(47)的纵向轴线的行进运动，其特征在于，力发生装置(44)借助于气态压力介质来控制，以用于穿透体(41)的穿透运动。

2.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于，力发生装置(44)具有压力室(46)，所述压力室(46)具有至少一个第一压力表面(51)，第一压力表面操作性地连接到穿透体(41)。

3.根据权利要求2所述的测量设备，其特征在于，压力室(46)具有入口开口(54)和出口开口(55)，所述入口开口(54)和出口开口(55)设置在压力室(46)中的第一压力表面(51)之外或与压力室(46)中的第一压力表面(51)邻近。

4.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，力发生装置(44)具有至少一个泵(38)，所述泵(38)将压力介质输送到压力室(46)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，入口控制阀(56)设置在压力室(46)的入口开口(54)的上游，出口控制阀(60)设置在压力室(46)的出口开口(55)的下游。

6.根据权利要求5所述的测量设备，其特征在于，存储容器(39)设置在泵(38)和入口控制阀(56)之间。

7.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，压力室(46)具有与第一压力表面(51)相对的第二压力表面(52)。

8.根据权利要求2至6中任一项所述的测量设备，其特征在于，压力室(46)设置在壳体(47)中，所述壳体(47)由壳体(47)的侧壁或周壁形成，入口开口(54)和出口开口(55)设置在壳体(47)上，所述壳体(47)容纳下侧的第一压力表面(51)和上侧的第二压力表面(52)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，传感器(66)、特别是用于检测第二压力表面(52)的位移运动的传感器(66)优选在压力室(46)之外配属于第二压力表面(52)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述压力室(46)形成为能够插入所述壳体(47)中的加压的罐。

11.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，第一和第二压力表面(51、52)形成为压力膜，所述压力膜彼此平行地定向并且优选地固定在壳体(47)的周壁上。

12.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，第一和第二压力表面(51、52)仅在一个自由度上具有运动自由。

13.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，用于测量穿透体(41)的行进运动的第一测量装置(71)设置在第一压力表面(51)和穿透体(41)之间。

14.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，在第一压力表面(51)和穿透体(41)之间设置另外的测量装置(73)，用于检测穿透体沿测试体(14)相对于穿透体(41)的行进运动的轴线的至少一个位移。

15.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，第一测量装置(71)和至少一个所述另外的测量装置(73)设置在壳体(47)的壳体部分(69)中，所述壳体部分邻接压力室(46)。

16.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，容纳穿透体(41)的保持元件(75)设置在壳体(47)的壳体部分(69)的下周边区域上，并且相对于第一压力表面(51)间隔开。

17.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，保持元件(75)形成为压力膜并且在至少一个自由度上、特别是在第一和第二压力表面(51、52)的自由度上具有运动自由。

18.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，保持元件(75)在保持元件的延伸平面中形成为至少在穿透体(41)的位移方向上是软的并且在与穿透体(41)的位移方向垂直的方向上是刚性的。

19.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，保持元件(75)平行于第一和第二压力表面(51、52)定向。

20.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，第一和/或第二压力表面(51、52)和/或保持元件(75)由铜-铍组成。

21.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，传动销(68)设置在第一压力表面(51)和穿透体(41)之间，第一压力表面(51)和穿透体(41)之间优选地形成刚性连接。

22.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，第一测量装置(71)和至少一个所述另外的测量装置(73)由至少两个相对于彼此可运动的传感器元件(84、85；88、89)组成，分别使传感器元件中的至少一个(84、88)固定地布置在壳体(47)上，并且至少一个另外的传感器元件(85、89)布置在传动销(68)上。

23.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，第一测量装置(71)根据涡流原理工作。

24.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述另外的测量装置(73)根据涡流原理工作。

25.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，压力戳(63)设置在第一和/或第二压力表面(51、52)上，另外的部件可借助于连接元件(64)固定至压力戳(63)。

26.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，穿透体(41)可更换地设置在传动销(68)上和/或穿透末端(78)可更换地布置在穿透体(41)上。

27.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述压力介质是加压的空气。

28.一种用于检测测试体(14)的表面中的穿透深度、特别地用于检测测试体(14)的表面的抗刮擦性或用于检测测试体(14)的表面的表面粗糙度的测量布置结构，所述测量布置结构

-具有用于容纳测试体(14)的测量台(25)，

-具有用于将测量设备(12)从初始位置(21)转移到测量位置(22)的操纵装置(17)，

-具有基体(16)，至少测量台(25)和操纵装置(17)设置在所述基体(16)上，

-具有控制器(33)，其用于控制和执行在测试体(14)上利用测量设备(12)进行的测量，所述控制器(33)利用操纵装置(17)控制将测量设备(12)的穿透体(41)放置在测试体(14)上，其特征在于，利用根据权利要求1至27中任一项所述的测量设备(12)提供穿透体(41)到测试体(14)的表面中的穿透运动或穿透体(41)在测试体(14)的表面上的扫描运动。

29.根据权利要求28所述的测量布置结构，其特征在于，光学检测装置(29)与测量设备(12)邻近地布置在基体(16)上，其中，测量台(25)能够在测量设备(12)和光学检测装置(29)之间被运送，或者测量设备(12)和光学检测装置(29)能够相对于测量台(25)运送。

30.根据权利要求28或29中任一项所述的测量布置结构，其特征在于，测量台(25)的行进运动、特别是沿着测试体(14)的表面的平面中的轴线的行进运动由控制器(33)控制。

31.根据权利要求28所述的测量布置结构，其特征在于，设有至少一个泵(38)，所述泵(38)利用输送管线(40)将压力介质输送到测量设备(12)。

32.一种用于在穿透体(41)到测量设备(12)的测试体(14)的表面中的穿透运动期间或者在穿透体(41)在测试体(14)的表面上的扫描运动期间检测测量信号的方法，特别是根据权利要求1至27中任一项所述，其中，所述测试体(14)定位在测量台(25)上，测量设备(12)在测试体(14)上放置于开始位置，其特征在于，利用力发生装置(44)控制穿透体(41)的穿透运动或扫描运动，向所述力发生装置(44)提供气态压力介质的测试压力以用于穿透体(41)到测试体(14)中的穿透运动或者向所述力发生装置(44)提供测试压力以用于测试体(14)上的扫描运动。

33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，在穿透体(41)穿透到测试体(14)的表面上之前，向力发生装置(44)供给初始压力，所述测量设备(12)向测试体(14)运动，在将穿透体(41)放置到测试体(14)上时，测量设备(12)的行进运动停止，向力发生装置(44)供给测试压力，利用第一测量装置(71)检测穿透体(41)到测试体(14)的表面中的穿透运动。

34.根据权利要求32或33所述的方法，其特征在于，压力室(46)被用作力发生装置(44)，利用第一压力表面(51)控制穿透体(41)的穿透运动，相对地，第二压力表面(42)相对于传感器(66)运动，作用在穿透体(41)上的力由传感器(66)检测，通过第一测量装置(71)检测穿透体(41)穿透到测试体(14)中的深度，测试体(14)的表面的硬度根据穿透体(41)的几何形状由通过传感器(66)检测到的穿透力和通过第一测量装置(71)检测到的穿透深度确定。

35.根据权利要求32至34中任一项所述的方法，其特征在于，在穿透体(41)于测试体(14)中的穿透运动期间，测量台(25)沿垂直于穿透体(41)的穿透运动的方向被运送，刮痕(93)被引入测试体(14)的表面中，第一测量装置(71)的用于穿透深度的测量信号和配属于穿透体(41)的另外的测量装置(73)的用于穿透体(41)的沿着测试体(14)行进方向的位移的测量信号以及传感器(66)的测量信号被检测和评估。

36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，在穿透体(41)到测试体(14)中的穿透运动期间和测量台(25)的用于形成刮痕(93)的行进运动期间，利用另外的测量装置(73)的第三传感器元件(88)检测穿透体(41)的与测试体(14)的行进运动成直角的行进运动。

37.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，在将刮痕(93)引入测试体(14)中之前，将测量设备(12)放置在测试体(14)的表面上并沿与测试体(14)的放置运动垂直的方向被运送，由第一测量装置(71)检测的测量信号被检测并保存为预刮擦轮廓数据。

38.根据权利要求35至37中任一项所述的方法，其特征在于，在将刮痕(93)引入测试体(14)中之后，将测量设备(12)放置在刮痕(93)中，利用测量设备(12)沿与测试体的放置运动垂直的方向运送穿透体(41)，由测量设备(12)沿着穿透体(41)在刮痕(93)中的行进运动检测的信号被检测并保存为后刮擦轮廓数据。

39.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，在穿透体(41)的扫描运动期间，力发生装置(44)中的测试压力保持恒定。