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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Fixiereinrichtung, insbesondere für eine Messvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1 sowie eine Messvorrichtung gemäß Anspruch 10.
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Um
Messobjekte vermessen zu können, müssen diese
in einer entsprechenden Messvorrichtung mittels einer Fixiereinrichtung
gehalten werden. Üblicherweise
werden hierzu rein mechanische Fixiereinrichtungen, beispielsweise
mit einem Backenfutter eingesetzt, die das Messobjekt unmittelbar
mechanisch mit einer Spannkraft beaufschlagen. Dies führt jedoch
dazu, dass das Messobjekt meist durch die wirkenden Kräfte deformiert
wird, was das Messergebnis, insbesondere bei Messungen im Nanometerbereich
verfälscht.
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Daher
werden bei der Anmelderin zur Zeit Fixiereinrichtungen mit Permanentmagneten
eingesetzt, die das Messobjekt mit Hilfe magnetischer Haltekräfte fixieren.
Dabei wird das Messobjekt unmittelbar auf einen Magnet oder mehrere
Magneten aufgesetzt. Je nach Größe und Aufbau
des Messobjektes wurde festgestellt, dass es selbst bei den zum
Einsatz kommenden magnetischen Fixiereinrichtungen je nach Bauart
des Messobjektes zu Messobjektverformungen kommt, die das Messergebnis
verfälschen.
Ferner kann es aufgrund der wirkenden magnetischen Feldstärke zu Beschädigungen
von Elektronikbestandteilen von Messobjekten kommen.
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Offenbarung der Erfindung
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Technisch Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fixiereinrichtung vorzuschlagen,
mittels der die Deformierung eines Messobjektes minimierbar ist. Ferner
soll eine Messvorrichtung mit einer derartigen Fixiereinrichtung
bereitgestellt werden.
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Hinsichtlich
der Fixiereinrichtung wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches
1 und hinsichtlich der Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches
10 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest
zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren angegebenen
Merkmalen.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Fixiereinrichtung derart
auszubilden, dass die auf das Messobjekt wirkende magnetische Feldstärke einstellbar,
d. h. variierbar ist. Mit einer derartigen Fixiereinrichtung ist
es möglich,
die auf das Messobjekt wirkende Haltekraft auf ein Mindestmaß zu reduzieren,
wodurch zum einen Verformungen des Messobjektes reduziert, bevorzugt
sogar ausgeschlossen werden und zum anderen störende Einflüsse der magnetischen Feldstärke auf
Elektronikbauteile des Messobjektes minimiert werden. Eine derartige
Fixiereinrichtung eignet sich insbesondere zum Einsatz in Messvorrichtungen,
insbesondere in Formmessvorrichtungen, wie beispielsweise der Formmessvorrichtung
der MFU110WP, insbesondere mit dem optischen Messsystem "WhitePoint".
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Mittels
derartiger Formmessvorrichtungen sind Messungen im Nanometerbereich
möglich.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der
mindestens eine Magnet der Fixiereinrichtung als Elektromagnet ausgebildet
ist, und dass der Elektromagnet mit einem einstellbaren, d. h. variierbaren
Strom versorgbar ist. Mittels einer derart ausgebildeten Fixiereinrichtung
kann die magnetische Haltekraft auf einfache Weise an das Messobjekt
angepasst werden.
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Zusätzlich oder
alternativ zu der Ausbildung eines Magneten der Fixiereinrichtung
als Elektromagnet ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass
mindestens ein Magnet als Permanentmagnet ausgebildet ist. Wird
ausschließlich
mindestens ein Permanentmagnet eingesetzt, kann mit Vorteil auf eine
einstellbare Stromquelle verzichtet werden. Um auch bei der Ausbildung
des mindestens einen Magneten der Fixiereinrichtung als Permanentmagnet
die auf das Messobjekt wirkende magnetische Feldstärke variieren
zu können,
ist in Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass
das Messobjekt nicht unmittelbar auf dem Permanentmagnet aufliegt, sondern,
dass ein separates Auflageelement bzw. Halteelement für das Messobjekt
vorgesehen ist, und dass der Abstand zwischen dem Magnet und dem Auflageelement
bzw. dem Halteelement einstellbar ist. Die Einstellung der Haltekraft
erfolgt also über eine
Variation des Abstandes des Magneten zum Messobjekt. Dabei kann
eine Verstelleinrichtung derart ausgebildet werden, dass der Abstand
und damit die auf das Messobjekt wirkende Magnetkraft stufenlos
einstellbar ist. Alternativ dazu ist es denkbar eine abgestufte,
beispielsweise rastende Abstandsverstellung zwischen dem mindestens
einem Magnet und dem Auflageelement, bzw. dem Halteelement zu realisieren.
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Es
hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Magnet und/oder
das Auflageelement bzw. das Halteelement parallel zu einer Längsmittelachse der
Fixiereinrichtung verstellbar sind/ist. Bei dieser Ausführungsform
wird das Messobjekt (ausschließlich)
in axialer Richtung kraftbeaufschlagt.
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Insbesondere
zum Einsatz der Fixiereinrichtung in einer Messvorrichtung ist es
von Vorteil, wenn das Auflageelement bzw. das Halteelement ortsfest in
der Fixiereinrichtung angeordnet ist, und ausschließlich der
mindestens eine Magnet verstellbar ist. Hierdurch bleibt die Position
des Auflageelementes bzw. des Halteelementes und damit des Messobjektes
in der Fixiereinrichtung immer gleich, sodass auf aufwendige Justierungen
der Messvorrichtungen verzichtet werden kann.
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Um
zu gewährleisten,
dass die von dem Magnet ausgehenden magnetischen Feldlinien das Messobjekt
ungehindert erreichen können,
ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Auflageelement bzw. das Halteelement
zumindest teilweise, vorzugsweise jedoch vollständig, aus einem nicht-magnetischen Material
bzw. nicht-magnetisierbaren Material, insbesondere Aluminium ausgebildet
ist. Daneben ist es denkbar das Auflageelement beispielsweise aus
einem Kunststoff, bevorzugt aus einem verschleißarmen Kunststoff auszubilden.
Um das Messobjekt, insbesondere in Bezug auf die Längsmittelachse
der Fixiereinrichtung und damit in Bezug auf eine optische Achse
der Messvorrichtung zu zentrieren, weist die Fixiereinrichtung mit
Vorteil Zentriermittel auf. Zur Ausbildung der Zentriermittel sind
verschiedenste Varianten denkbar. Als besonders vorteilhaft hat
sich dabei herausgestellt, die Zentriermittel als Irisblende auszubilden,
bei der sich einzelne Lamellen konzentrisch, insbesondere um die
Längsmittelachse
der Fixiereinrichtung, schließen
und somit das Messobjekt zentrieren. Alternativ dazu ist es denkbar
mindestens drei in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandete, in radialer
Richtung verstellbare Fixierstifte vorzusehen. Dabei ist es vorteilhaft,
wenn die Verstellbewegung der Fixierstifte gekoppelt ist.
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Um
den Abstand zwischen dem Auflageelement bzw. dem Halteelement und
dem Magnet und damit die Magnetkraftbeaufschlagung des Messobjektes
möglichst
komfortabel, exakt und vor allem reproduzierbar variieren zu können, ist
in Weiterbildung der Erfindung mindestens ein Stellantrieb zum Verstellen
des Auflageelements und/oder des Magneten vorgesehen. Bevorzugt
handelt es sich dabei um einen elektrischen Schrittmotor.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Messvorrichtung mit mindestens einer
zuvor beschriebenen Fixiereinrichtung. Bei der Messvorrichtung handelt
es sich bevorzugt um eine Formmessvorrichtung zum Vermessen Messobjektes
im Nanometerbereich.
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Von
Vorteil ist eine Ausführungsform
der Messvorrichtung, bei der die Fixiereinrichtung auf einer Verstell-,
Kipp- und/Zentriereinheit
angeordnet ist. Hierdurch kann entweder auf Zentriermittel in der Fixiereinrichtung
verzichtet werden oder eine Feinausrichtung der Fixiereinrichtung
mit Messobjekt vorgenommen werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand
der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine
Explosionsdarstellung einer Fixiereinrichtung und
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2 eine
montierte Fixiereinrichtung.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen
Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist
der Aufbau einer Fixiereinrichtung 1 im Detail in einer
Explosionsdarstellung gezeigt. Die Fixiereinrichtung 1 umfasst
einen Grundkörper 2 mit
drei in axialer Richtung verlaufenden und um jeweils 120° in Umfangsrichtung
versetzten Führungsschlitzen 3.
Die Führungsschlitze 3 sind
in der Zeichnungsebene nach oben bis an die Stirnseite 4 des
Grundkörpers 2 geführt.
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Der
Grundkörper 2 ist
hülsenförmig ausgebildet,
wobei ein innerer Hohlraum 5 von einer von den Führungsschlitzen 3 unterbrochenen
Umfangswand 6 begrenzt ist. Der Hohlraum dient zur Aufnahme
eines Führungsteils 7,
welches drei gleichmäßig in Umfangsrichtung
verteilte, in radialer Richtung weisende Führungsfortsätze 8 aufweist. Die Führungsfortsätze 8 durchgreifen
die Führungsschlitze 3 im
montiertem Zustand in radialer Richtung und hintergreifen dabei die
Umfangswand 6 von außen.
In den Führungsfortsätzen 8 ist
jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende Fixierschraube 9 angeordnet,
die in einem relativ zu einem Außenring 10 des Führungsteils 7 ortsfesten
Gewinde (nicht gezeigt) verschraubt ist. Durch Verdrehen der Fixierschrauben 9 können die Führungsfortsätze 8 somit
in radialer Richtung verstellt werden, wodurch eine Klemmkraft auf
die Umfangswand 6 des Grundkörpers 2 aufbringbar
ist. Theoretisch ist es denkbar, lediglich in einem Führungsfortsatz 8 eine
Fixierschraube 9 anzuordnen und lediglich diesen einen
Führungsfortsatz 8 in
radialer Richtung verstellbar anzuordnen. Bei gelösten Fixierschrauben 9 ist
das Führungsteil 7 in
axialer Richtung entlang der Längsmittelachse
L der Fixiereinrichtung 1 innerhalb des Hohlraums 5 des
Grundkörpers 2 verstellbar,
wobei das Führungsteil 7 durch Anziehen
mindestens einer Fixierschraube 9 in einer beliebigen Axialposition
an den Grundkörper 2 fixiert werden
kann.
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Auf
einer einstückig
mit dem Außenring 10 ausgebildeten
inneren Umfangsschulter 11 liegt im montierten Zustand
ein als Permanentmagnet ausgebildeter Magnet 12 auf. Dieser
hat in diesem Ausführungsbeispiel
eine zylindrische Form, wobei der Durchmesser des Magneten 12 größer ist
als dessen Erstreckung in axialer Richtung. An der Stirnseite 4 des
Grundkörpers 2 ist
ein scheibenförmiges
Auflageelement 13 aus Aluminium festlegbar. Zum Festlegen
des Auflageelementes 3 sind sechs gleichmäßig in Umfangsrichtung
verteilte Befestigungsschrauben 14 vorgesehen, die entsprechende
Axialbohrungen 15 des Auflageelementes 13 in montierten
Zustand durchgreifen und in stirnseitige Innengewindelöcher 16 im
Grundkörper 2 verschraubt
sind. Das Auflageelement 13 dient zur klemmfreien Aufnahme
bzw. Auflage eines in 2 gezeigten Messobjektes 17.
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In
der Zeichnungsebene oberhalb des Auflageelements 13 aus
Aluminium befindet sich ein als Irisblende ausgebildetes Zentriermittel 18,
dass in einem Haltering 19 aufgenommen ist. Durch Radiales Verstellen
eines Stellhebels 20 schließen sich nicht gezeigte Lamellen
des Zentriermittels 18 konzentrisch um das Messobjekt 17 bzw.
um die Längsmittelachse
L und zentrieren somit das Messobjekt 17.
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Dadurch,
dass das Führungsteil 7 mit
dem Magnet 12, der auch als Elektromagnet ausgebildet sein
kann, relativ zu dem Auflageelement 13 und damit relativ
zu dem Messobjekt 17 verstellbar ist, kann das Maß der Magnetkraftbeaufschlagung
des Messobjektes variiert werden. Durch Verstellen des Führungsteils 7 mit
Magnet 12 und Fixieren an der gewünschten Position innerhalb
des Grundkörpers 2 kann
hierdurch die auf das Messobjekt 17 wirkende magnetische
Flussdichte individuell auf das Messobjekt 17 und/oder
die Messaufgabenstellung angepasst werden.
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2 zeigt
die Fixiereinrichtung 1 im montierten Zustand. Zu erkennen
ist, dass der Grundkörper 2 in
einer mechanischen Spanneinrichtung 21 mit Referenzierung
gehalten ist. Diese Spanneinrichtung 21 ist bevorzugt Teil
einer nicht gezeigten und an sich bekannten Messvorrichtung, insbesondere
einer Formmessvorrichtung zum Vermessen des Messobjektes 17 im
Nanometerbereich.
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Aus 2 sind
die die Führungsschlitze 3 in radialer
Richtung durchdringenden Führungsfortsätze 8 mit
ihren Fixierschrauben 9 zu erkennen, mittels denen das
Führungsteil 7 mit
darauf aufliegendem Magnet 12 in einer beliebigen Axialposition
relativ zu dem Grundkörper 2 und
damit relativ zu dem Auflageelement 13 mit Messobjekt 17 fixierbar
ist. Der Stellhebel 20 des Zentriermittels 18 ist
in einem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Schlitz 22 des Halterings 19 aufgenommen.