CN1945219A - 用于保持测量仪器的测量架 - Google Patents

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Abstract

一种用于保持测量仪器(26)、尤其是保持用来测量薄层厚度的测量仪器(26)的测量架，所述测量架包括外壳(18)，在所述外壳(18)中，凸轮随动件(23)被引导而能上下移动，并且所述测量仪器(26)设置在所述外壳(18)的面向测量物体(14)的那一端，其中，带电驱动装置(28)的驱动单元(29)驱动凸轮随动件(23)的提升运动，所述驱动单元(29)在向下运动时启动凸轮随动件(23)的在快速模式下的至少一个第一运动阶段，以及在徐动模式下的至少一个另一运动阶段，直到测量仪器(26)触碰到测量物体(14)的表面上。

Description

用于保持测量仪器的测量架
技术领域
本发明涉及一种用于保持测量仪器、尤其是用于保持测量薄层厚度的测量仪器的测量架，所述测量架包括外壳，该外壳内的凸轮随动件被引导而能上下移动，并且该测量仪器设置在所述外壳的面向测量物体的那一端。
背景技术
这种测量架例如可用于测量层厚。为了测量薄层的厚度，可将测量物体定位在测量架的测量台上。在凸轮随动件的面向测量物体的那一端设有测量仪器，其中所述凸轮随动件可以上下移动。凸轮随动件的上下一定可通过人工地摇动手柄来启动。
通过利用磁感应方法或涡流方法，可测量层厚。使用哪种方法取决于基本的材料和待测量的层。例如，磁感应方法可用于铁磁衬底材料上的非磁性层。就黑色金属上的不导电层而言，可采用涡流方法。
在层厚测量中，必须在完成测量之后将测量探针相对于测量物体的表面提升一段特定的提升距离，以保证测量探针的低频或高频交变磁场在测量开始之前不会受到位于初始位置的测量物体的影响。
由于提升运动是手工控制的，因此测量探针会以不同的速度，从而以不同的压力触碰到测量物体上。结果，就可能检测到由于不正确处理而弄错的测量数据。
出于这种原因，本发明致力于创造一种测量架，其尤其用于测量薄层的厚度，使测量仪器以轻柔的方式触碰到待测量的表面上，从而能够获得精确的测量数据，并且这种测量架包括较高的可重复性。
本发明通过根据权利要求1的要素所述的装置来解决这个问题。在其它权利要求中限定了本发明的其它优选实施例。
发明内容
根据本发明的测量架的优势在于，通过凸轮随动件的至少一个向下运动，可使其以可控方式下降，这种向下运动包括在快速模式下的第一运动阶段和在徐动模式下的至少一个第二运动阶段。具体地说，徐动模式下的至少一个第二运动阶段持续到测量仪器触碰到测量物体上时为止是有优势的，其优势在于，所述触碰是在低速下实现的，从而可使测量仪器、尤其是测量探针以轻柔的方式触碰到测量物体的表面上。这种轻柔的触碰可防止待测量的表面受到损伤，这种损伤会弄错测量数据。另外，所述受控的第一运动阶段和至少另一运动阶段容许在测量仪器触碰到待测量表面上时产生一致的条件，从而实现测量架在记录测量数据时较高的可重复性。
根据本发明的另一优选实施例，在徐动模式下提供了恒定的进给速度。这就保证了相同的前提条件，尤其是对于连续部件的测量而言，即使测量水平有极小变化时也是如此。在重复测量过程中，不论测量探针何时触碰到测量物体的表面上，徐动模式下的恒定进给速度都可产生一致的条件。
驱动单元优选包括可使凸轮随动件上下移动的凸轮盘。根据驱动单元的第一优选实施形式，凸轮盘可以直接的方式使凸轮随动件上下移动。为了实现这个目的，可在凸轮随动件上提供滚子，该滚子靠置在凸轮盘上，并与凸轮盘的旋转角度相关联地呈现提升位置。
根据另一备选实施形式，凸轮盘可使枢轴转动杆上下移动，该枢轴转动杆以固定的方式设置在外壳的一端，并在其另一端与凸轮随动件相接合。这种属于驱动单元一体式部分的凸轮盘允许启动至少第一运动阶段和另一运动阶段。同时，这种凸轮盘可实现机械方面简单、但高度精确的控制。这就容许提升运动的精确启动，即使在经过非常长的使用寿命或多次循环之后也是如此。
靠在凸轮盘上的滚子设在枢轴转动杆处，并且位于枢轴转动杆的枢轴与凸轮随动件的枢轴式接头之间，所述枢轴相对于外壳固定。这样的优势在于，可以保证非常平滑的启动，其中特别设计成滚柱轴承的滚子包含较低的摩擦系数。同时，这种设置的优势在于，由于可能不正确地设定了提升距离或者外壳相对于测量物体的基本高度，因此对测量物体的表面会造成损伤。如果当凸轮随动件下降或向下移动时，测量仪器过早地触碰到测量物体的表面上，那么凸轮盘将继续行进到其末端位置，而没有由于刚靠置在凸轮盘上、然后从凸轮盘上提升的滚子所引起的任何被迫向下运动。
根据一个优选的实施形式，运动离开凸轮盘的滚子定位在枢轴转动杆上，这样当枢轴转动杆上下移动时，所述滚子沿着圆形路径行进，该圆形路径与凸轮盘的枢轴相交或者至少延伸至非常接近凸轮盘的枢轴。结果，作用在凸轮盘上的杠杆比率极大程度地得以减小。由于枢轴彼此平行或类似平行地设置，因此凸轮盘上几乎没有杠杆作用。
根据本发明的一个优选实施形式，凸轮盘设于枢轴上，该枢轴接受被电驱动电动机直接或间接地驱动的主动轮。这产生了结构简单的条件。驱动电动机的激励立即使凸轮盘运动。
在接受凸轮盘的枢轴上优选设有带至少一个转换板的开关元件，所述转换板控制凸轮随动件的提升运动的至少一个上端位置和一个下端位置。至少在上端和下端位置上，开关元件的转换板移动越过检测器，尤其是光学传感器，从而停止驱动电动机。这就实现了对这些末端位置的精确确定。
根据本发明的又一优选实施例，提供了另一检测器，尤其是光学传感器，其沿着转换板的圆形路径而设在包含上、下端位置的检测器之间。结果，例如可检测到提升运动的第一分段和第二分段，并通过驱动电动机的相应传动装置以不同的速度来启动提升运动的第一分段和第二分段。优选可调节凸轮盘，以适应这种速度变化，以便当以低速启动提升部分时，可同时保持恒定的提升速率。
作为备选，借助于光学传感器来对提升运动进行划分也可用于调节至少第一运动阶段中缩短的提升距离。为了实现这个目的，优选在开关元件上提供其它开关分段，这些开关分段则分配给单独的光学传感器。多个开关分段允许对提升距离进行单独的调节。
为了保证对凸轮随动件准确且高度精确的引导，在外壳正面上的上、下壁分段上各自设有引导件，尤其是滑动轴承。由于这两个引导件、尤其是这两个滑动轴承的衬套设置成彼此间隔开，因此就可在几乎没有任何倾斜的条件下接受凸轮随动件。
凸轮随动件的引导件优选由轴承青铜制成，并且凸轮随动件包括抛光面或研磨面。这可产生几乎没有游隙，并且可以精确且平滑地工作的引导件。
为了进一步提高提升运动的精度，以及为了实现高的可重复性，凸轮随动件和枢轴转动杆之间的枢轴式接头优选由进入枢轴转动杆深孔内的螺栓构成。所述深孔可使螺栓甚至以较长的行程而平滑地容纳在枢轴转动杆中。
被引入枢轴转动杆深孔中的轴承衬套设在螺栓上。结果，就在这个另一支承点上实现了摩擦力的下降。
根据本发明的又一优选实施例，枢轴转动杆和凸轮随动件包括作用在外壳上的抗扭装置。这就消除了在进行提升运动时可能作用在凸轮随动件上的进一步的倾斜力矩。
抗扭装置优选包括设置在外壳中并用于引导滚子的纵向凹槽，该滚子与枢轴式接头或凸轮随动件相接合。因为枢轴转动杆例如在一侧与凸轮随动件相接合，所以这个滚子就防止了凸轮随动件产生扭曲。当滚子改变其贴靠在引导凹槽的引导面上的程度时，滚子就在引导槽中以非常小的游隙而被引导，从而就可以实现几乎没有任何游隙和/或扭曲的设置。
根据本发明的又一优选实施例，凸轮随动件包括位于与测量物体相对的一端处的减压装置。这种减压装置容许凸轮随动件几乎无作用力地上下运动，测量仪器以可拆下的方式连接在该凸轮随动件上。这就可支持测量仪器或测量探针以轻柔的方式触碰到表面上。
优选提供张紧弹簧或压缩弹簧，所述弹簧设置成带有一定偏压力。这种偏压力可与测量仪器的重量相关联地进行设置，以便确保在应用不同测量仪器的过程中，所形成的条件总是相同的。
根据本发明的一个优选实施例，根据本发明的测量架可人工地释放，以实现凸轮随动件的下降运动和向上运动。这种模式允许进行试验测量或对用于测量的提升运动的设定值进行检查，或者人工地进行单次测量，其中测量仪器触碰到测量物体表面上所需的时间由用户来限定。
根据本发明的一个备选实施例，可以设定允许执行完整提升循环的模式，其中优选通过可变的时间设定值来预先限定在触碰位置上的停留时间。这就允许在没有操作人员进行任何操纵的条件下运行整个循环，其中，在完成测量之后，将测量仪器重置在初始位置。
根据本发明的又一优选实施例，可执行连续的测试，以用于重复地地记录物体表面上的测量值，或者用于测试在循环中供给至测量探针的多个测量物体。在这种提升顺序中，在待测量表面上的停留时间和直到新的测量循环开始之前经过的停留时间是可以调节的。此外，可以调节在快速模式和徐动模式下的运动速度，以及在快速模式下的提升距离。
根据本发明的又一优选实施例，可由外部控制单元通过设在外壳上的接口，来启动提升运动和/或提升循环。这就允许易于针对特定应用进行修改。
附图说明
以下将通过图中所示的示例来更详细地描述并显示本发明以及本发明的其它优选实施形式和其它进展。根据本发明，说明书中和附图中所引用的元件可根据需要单独地或相组合地应用。在这些图中：
图1是根据本发明的测量架的透视图；
图2是根据图1所示测量架的外壳的后壁的示意性侧视图；
图3是在拆除外壳盖之后，外壳正面的示意性侧视图；
图4是在拆除图3所示印刷电路板之后，外壳正面的示意性侧视图；
图5是沿着图2中剖面线V-V剖切的示意性剖视图；以及
图6是根据本发明的装置的一种备选实施形式的示意性剖视图，其包括减压装置。
具体实施方式
图1显示了根据本发明的测量架11。这种测量架11包括测量台12，在测量台12上可定位并放置单独的测量物体14。在所示示例中，显示了接受测量物体的磁性滑台。保持外壳18的垂直立柱16设在测量架11的底部或设在测量台12上，外壳18可通过螺纹17来垂直地调节。可通过调节螺丝19和夹紧机构21来精确地调节外壳18的高度。
外壳18容纳凸轮随动件23，使凸轮随动件23可以上下移动。用于以可拆卸的方式来固定测量仪器26的保持装置24设在凸轮随动件23的下端。测量仪器26包括用于测量薄层厚度的测量探针25。这种测量探针25可通过球形触碰盖而触碰在测量物体14的表面上。电线20设于测量探针25的相对端，其在向上的方向上延伸，并且固定在例如夹子类型的保持器27上，以防止在测量过程中的交叉干扰。
图2是不带后壁的外壳18后部的侧向示意图。通过带电驱动电动机28的驱动单元29，可使凸轮随动件23上下移动。为此，驱动单元29包括枢轴转动杆31，其例如以固定方式设于外壳18的一端。枢轴转动杆31优选由滚柱轴承或滚珠轴承32来支撑。在其相对端，枢轴转动杆31连接在凸轮随动件23上，从而形成枢轴式接头35。靠在凸轮盘38上的另一滚子37设在枢轴转动杆31的中间区域。凸轮盘38本身则旋转式地安装在枢轴39上。所述枢轴39接受与蜗轮42协作的主动轮41，其中蜗轮42与电驱动装置28直接相连。
凸轮盘38设计成可使凸轮随动件23的提升运动分成对应于快速运动的第一运动阶段和包括徐动运动的第二运动阶段。第一运动阶段由弯曲轨迹44来限定，其中在弯曲轨迹44的自由端设有斜面，其促进了提升运动从末端位置开始或到达末端位置的加速和减速。在点46处，凸轮盘38的弯曲轨迹44从快速或动态运动阶段转变到缓慢运动阶段，其中缓慢运动阶段包括弯曲轨迹47。这个弯曲轨迹47可调节到滚子37的位置，并与枢轴39间隔开，使得凸轮随动件23以恒定的下降运动而移向测量物体14的表面。
为了执行外壳18中的垂直提升运动，通过两个引导件49、尤其是滑动轴承衬套来引导凸轮随动件23，这些引导件49设置在外壳18的各个前端。由于引导件49设置成彼此间隔开相对较长的距离，因此就减小了凸轮随动件23的倾斜力矩。同时，通过在引导件49的孔径与凸轮随动件23的优选研磨面或抛光面的外径之间所选择的配合尺寸，就可实现几乎没有游隙的引导。
图2更详细地显示了夹紧元件21，其包括穿过立柱16并借助于夹紧杆将外壳18朝向立柱23夹紧的夹紧件。
在外壳18的窄侧上设有用于外部设备的接口50，这些外部设备例如是用于启动驱动单元29和用于提供电源的计算机。
图3是已经拆除了盖板或前面板之后的外壳18的正面示意图。在印刷电路板51上设有多个设计成光学传感器52的检测器，其中至少一部分检测器52定位在圆形路径上。与凸轮盘38相对的带转换板54的开关元件53设置在枢轴39处。所述转换板54移动而经过检测器52，其中设置在外壳23下表面上的检测器52与凸轮随动件23的下端位置相对应，而最上面的光学传感器52与提升的凸轮随动件23的上端位置相对应。中间的检测器52将提升运动分成例如快速模式下的运动阶段和徐动模式下的运动阶段。
在进行快速模式下的运动阶段的同时，可以设定提升高度。例如，这可通过设置在开关元件53的转换板54对面、并且还与检测器52协作的开关分段56来实现。这种开关分段用来确认呈现了设定的末端位置。作为备选，还可以专门提供电监测装置，以便借助于例如增量式编码器或线性传感器来进行查询。
此外，在印刷电路板51上设有指示器元件55。这些指示器元件55优选设计为LED，并指示为执行提升运动而设定的操作模式。可通过按钮60来设定各种操作模式。例如，按钮60还可用于启动向下运动或向上运动。除此之外，它还可以借助于接口50通过外部设备来编程和设定特定的操作模式。
图4是已经拆除印刷电路板51之后的外壳18的另一侧向示意图。在这个所示示例中，凸轮随动件23处于下端位置，而图2显示了凸轮随动件23一直处于其上端位置。枢轴转动杆31相应地设置在下面位置。这也通过凸轮盘38的对准来显示出，该凸轮盘38基本上在水平方向上对准。
图5是沿着图2中剖面线V-V剖开的示意性剖视图。通过穿过凸轮随动件23的螺纹销34，而建立了枢轴转动杆31与凸轮随动件23之间的枢轴式接头35。螺纹销34接受轴承衬套36、尤其是滑动轴承衬套，在枢轴转动杆31的深孔33中穿过该轴承衬套来引导螺纹销34。这就在很大程度上减轻了摩擦。螺纹销34穿过深孔33，并延伸至深孔33外侧，从而接受用于形成抗扭装置59的引导滚子58。为了实现此目的，引导滚子58在凹槽61中被引导，从而消除了由于枢轴转动杆31与凸轮随动件23以偏心方式相接合而经由螺纹销34引起的倾斜力矩。
图6显示了本发明的一种备选实施形式。立柱23与减压装置62相连通。根据这种实施形式，减压装置62包括压缩弹簧63，其与可连接在凸轮随动件23上的延长部64相接合。延长部64和压缩弹簧63被保护罩66包围。压缩弹簧63以一定的偏压力而容纳在末端位置中。这种偏压力与保持器24所容纳的测量探针25的重量相关。这种减压装置62确保了即使甚至可以使较重的测量探针25上下移动，而无需增大电驱动。作为备选，可以提供张紧弹簧来取代压缩弹簧。还可以与驱动单元29的所需杠杆比率相关地来提供这种减压装置62。图2中所示实施形式的杠杆比率是2∶1。如果凸轮盘38与凸轮随动件即刻地相接合，那么这个杠杆比率将减小到1∶1。在这种情况下，尤其当凸轮随动件23处于其向上运动状态时，减压装置62可以支撑的方式来起作用。因此，就可以减少磨损并实现驱动单元29的平滑运行。同时，还可以在进行向下运动时减小支承力。
因此，所有元件对于本发明而言都是必需的，并且可以任何所需的方式相互组合。

Claims (24)

1.一种用于保持测量仪器(26)、尤其是可测量薄层厚度的测量仪器(26)的测量架，所述测量架包括外壳(18)，凸轮随动件(23)在所述外壳(18)中被引导而可上下移动，所述测量仪器(26)设置在所述外壳(18)的面向测量物体(14)的那一端，其特征在于，带电驱动装置(28)的驱动单元(29)驱动所述凸轮随动件(23)的提升运动，其中，所述驱动单元(29)在向下运动时启动所述凸轮随动件(23)的在快速运动模式下的至少一个第一运动阶段，以及在徐动运动模式下的至少一个另一运动阶段，直到所述测量仪器(26)触碰到所述测量物体(14)的表面上。
2.根据权利要求1所述的测量架，其特征在于，在所述徐动模式下提供了恒定的进给速度。
3.根据权利要求1所述的测量架，其特征在于，所述驱动单元(29)包括可使枢轴转动杆(31)上下移动的凸轮盘(38)，所述枢轴转动杆(31)在其一端设置成相对于所述外壳固定，并在其另一端与所述凸轮随动件(23)形成枢轴式接头。
4.根据权利要求3所述的测量架，其特征在于，运动离开所述凸轮盘(38)的滚子(37)设在所述枢轴转动杆(31)的枢轴与所述凸轮随动件(23)的枢轴式接头(35)之间，其中，所述枢轴相对于所述外壳是固定的。
5.根据权利要求3所述的测量架，其特征在于，由于所述枢轴转动杆(31)的原因，运动离开所述凸轮盘(38)的滚子(37)在圆形路径上行进，所述圆形路径与所述凸轮盘(38)的枢轴相交，或者至少延伸至非常接近所述凸轮盘(38)的枢轴。
6.根据权利要求3所述的测量架，其特征在于，所述凸轮盘(38)设在所述驱动单元(29)的枢轴(39)处，所述枢轴(39)接受主动轮(41)，并且由所述电驱动装置(28)来驱动。
7.根据权利要求1所述的测量架，其特征在于，提供了带至少一个转换板(54)的开关元件(53)，所述开关元件(53)限制了所述凸轮随动件(23)的提升运动的至少一个上端位置和一个下端位置。
8.根据权利要求7所述的测量架，其特征在于，所述开关元件(53)设在接受所述凸轮盘(38)的枢轴(39)处。
9.根据权利要求7所述的测量架，其特征在于，沿着所述转换板(54)的圆形路径设有至少两个检测器(52)、尤其是光学传感器，其用于检测所述提升运动的上、下端位置。
10.根据权利要求9所述的测量架，其特征在于，在检测上、下端位置的所述检测器(52)之间设有至少一个另外的检测器(52)、尤其是光学传感器。
11.根据权利要求7所述的测量架，其特征在于，为了进一步缩短所述快速模式下的提升运动，在所述开关元件(53)处设有分配给另一检测器(52)、尤其是光学传感器(57)的另外的单独开关分段(36)。
12.根据权利要求1所述的测量架，其特征在于，所述凸轮随动件(23)沿着垂直方向而上下移动，并且在所述外壳(18)的上、下面设有所述凸轮随动件(23)的引导件(58)。
13.根据权利要求12所述的测量架，其特征在于，所述引导件(58)由轴承青铜制成，并且所述凸轮随动件(23)的表面设计成为抛光面或研磨面。
14.根据权利要求3所述的测量架，其特征在于，所述凸轮随动件(23)与所述枢轴转动杆(31)之间的枢轴式接头(35)由被导入所述枢轴转动杆(31)的深孔(33)中的螺纹销(34)来形成。
15.根据权利要求14所述的测量架，其特征在于，所述螺纹销(34)接受被导入所述深孔(33)中的轴承衬套(36)。
16.根据权利要求3所述的测量架，其特征在于，所述枢轴转动杆(31)和所述凸轮随动件(23)包括尤其与所述外壳(18)相接合的抗扭装置(59)。
17.根据权利要求16所述的测量架，其特征在于，所述抗扭装置(59)包括设置在所述外壳(18)中的引导槽(61)，其中，与所述枢轴式接头(35)或所述凸轮随动件(23)相接合的滚子(37)在所述引导槽(61)中被引导。
18.根据权利要求1所述的测量架，其特征在于，所述凸轮随动件(23)包括位于与所述测量物体(14)相对的一端处的减压装置(62)。
19.根据权利要求18所述的测量架，其特征在于，所述减压装置(62)是与所述测量仪器(26)的重量相关的偏压张紧弹簧或压缩弹簧。
20.根据权利要求1所述的测量架，其特征在于，所述凸轮随动件(23)的下降运动或向上运动是人工启动的。
21.根据权利要求1所述的测量架，其特征在于，启动完整的提升，其中，设定了停留在所述测量物体(14)的触碰位置上的停留时间，以用于进行测量。
22.根据权利要求1所述的测量架，其特征在于，设定了所述凸轮随动件(23)的连贯提升循环的顺序。
23.根据权利要求1所述的测量架，其特征在于，提供了利用所述凸轮随动件(23)的一个提升循环来进行的连续测试，其中，所述连续测试可调节，以适应所述测量物体(14)在自动处理过程中的循环时间。
24.根据权利要求1所述的测量架，其特征在于，由外部控制单元通过设在所述外壳(18)上的接口(50)来启动所述凸轮随动件(23)的提升运动或提升循环，或者这两者。
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