DE102011053964B3

DE102011053964B3 - Method for testing surface or spatially extended test object e.g. flat layer used in e.g. battery, involves determining ohmic resistance or impendence values to determine expansion of test object along X,Y and Z directions

Info

Publication number: DE102011053964B3
Application number: DE201110053964
Authority: DE
Inventors: Herbert Amrhein
Original assignee: AMRHEIN MESSTECHNIK GmbH
Current assignee: AMRHEIN MESSTECHNIK GmbH
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2012-12-06
Anticipated expiration: 2031-09-28

Abstract

The method involves arranging two pairs of electrodes (E1,E2,E1',E2') at two ends of a selected measurement line of the test object (5) and applying constant current to two pair of electrodes by a constant current source. The voltage between electrodes is determined by a voltage measurement device. The ohmic resistance values or impendence values are determined from measured voltage by an evaluation device so as to determine the expansion of test object along X,Y and Z directions. An independent claim is included for tester for testing surface or spatially extended test objects by Kelvin method.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Prüfen von flächig oder räumlich ausgedehnten Prüfobjekten mittels der Kelvin/Vierleiter-Messmethode, wobei immer zwei Elektroden an den beiden Enden einer gewählten Messlinie des Prüfobjekts ein Elektrodenpaar bilden und jeweils eine Elektrode der beiden Elektrodenpaare zum Einprägen eines Konstantstroms und jeweils die andere Elektrode der beiden Elektrodenpaare zum Abgriff einer durch den Konstantstrom bewirkten Messspannung an dem Prüfobjekt verwendet werden und wobei an dem Prüfobjekt mehrere Messlinien mit jeweiliger Anordnung von Elektrodenpaaren gewählt werden, um eine Messmatrix zu bilden und aus dem entlang der Messlinien vorliegenden Konstantstrom und den jeweils erfassten Messspannungen in einer Auswerteeinrichtung Widerstandswerte oder Impedanzwerte zu bestimmen, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for testing flat or spatially extended test objects by means of the Kelvin / four-wire measuring method, always two electrodes at the two ends of a selected measurement line of the test object form a pair of electrodes and one electrode of the two pairs of electrodes for impressing a constant current and in each case the other electrode of the two electrode pairs being used for tapping a measurement voltage caused by the constant current on the test object, and wherein a plurality of measurement lines with a respective arrangement of electrode pairs are selected on the test object to form a measurement matrix and from the constant current and current present along the measurement lines To determine the resistances or impedance values in an evaluation device, respectively, and to a device for carrying out the method.

Eine Vorrichtung, mit der ein Verfahren dieser Art zum Prüfen räumlich ausgedehnter Prüfobjekte durchführbar ist, ist in der DE 10 2006 044 962 B4 angegeben. Bei dieser bekannten Vorrichtung, die auf der Kelvin-Messmethode basiert, werden Elektrodenpaare bzw. Kontaktpaare an den beiderseitigen Enden von Messlinien positioniert, um über die einen Elektroden der beiden Kontaktpaare einen Konstantstrom in das Prüfobjekt einzuprägen und mit den beiden anderen Elektroden der beiden Kontaktpaare die dabei an dem Prüfobjekt zwischen den Enden der betreffenden Messlinie abfallende Spannung zu messen. Aus dem Konstantstrom (AC oder DC) und der gemessenen Spannung wird der betreffende Widerstandswert bzw. der Impedanzwert bestimmt. Mit den Kontakten bzw. Elektroden werden Einheiten gebildet, die an den Prüfkörper in Anordnung einer Messmatrix angelegt werden. Mit der Messeinrichtung können summarische Widerstände bzw. Impedanzen über mehr oder weniger große Volumenbereiche bis hin zu differentiellen Werten bestimmt werden. Aufgrund der Widerstandswerte oder Impedanzwerte kann eine mehr oder weniger pauschale Gut-Schlecht-Beurteilung oder eine genauere Fehlerbeurteilung vorgenommen werden, so dass beispielsweise Inhomogenitäten oder andere Materialeigenschaften auch lokal begrenzt festgestellt werden können, wobei auch statistische Betrachtungen vorgenommen werden können. Die an dem Prüfobjekt gemessenen Signale können zeitaufgelöst oder wegaufgelöst gespeichert werden.An apparatus with which a method of this type for testing spatially extended test objects is feasible, is in the DE 10 2006 044 962 B4 specified. In this known device, which is based on the Kelvin measurement method, pairs of electrodes or contact pairs are positioned at the opposite ends of measurement lines to impose a constant current in the test object via the one electrode of the two pairs of contacts and with the other two electrodes of the two pairs of contacts thereby measuring voltage drop across the test object between the ends of the relevant measuring line. From the constant current (AC or DC) and the measured voltage of the relevant resistance value or the impedance value is determined. With the contacts or electrodes units are formed, which are applied to the test specimen in arrangement of a measuring matrix. With the measuring device, summary resistances or impedances can be determined over more or less large volume ranges up to differential values. On the basis of the resistance values or impedance values, a more or less general good-bad assessment or a more precise error assessment can be carried out, so that, for example, inhomogeneities or other material properties can also be determined locally, wherein statistical considerations can also be made. The signals measured on the test object can be stored time-resolved or path-resolved.

In der DE 102 35 124 B4 ist eine ähnliche Vorrichtung für die Prüfung flächiger Prüfobjekte gezeigt, die ebenfalls auf der Kelvin-Messtechnik beruht.In the DE 102 35 124 B4 a similar device for the testing of flat test objects is shown, which is also based on the Kelvin measurement technique.

In der DE 92 04 374 U1 ist eine Vorrichtung zur Messung von Mehrphasenströmungen charakterisierenden Parametern gezeigt, insbesondere zur Messung volumetrischer Anteile von Gemischkomponenten sowie der Verteilungsmuster der Komponenten in der Mehrphasenströmung. Dabei werden zwischen Elektroden einer Sensoreinrichtung elektrische Messfelder erzeugt und mittels einer Impedanzmesseinrichtung Impedanzmesswerte bestimmt.In the DE 92 04 374 U1 a device is shown for measuring parameters characterizing multiphase flows, in particular for measuring volumetric fractions of mixture components as well as the distribution patterns of the components in the multiphase flow. In this case, electrical measuring fields are generated between electrodes of a sensor device and impedance measurement values are determined by means of an impedance measuring device.

Die DE 20 2009 012 468 U1 zeigt eine Messeinrichtung für fehlerhafte Bauteile mit online-fähiger messtechnischer Erfassung. Mittels einer Einrichtung wird dabei die komplexe elektrische Impedanz einer Zweipolmatrix gemessen.The DE 20 2009 012 468 U1 shows a measuring device for faulty components with online-capable metrological detection. By means of a device while the complex electrical impedance of a two-terminal matrix is measured.

Die DE 10 2008 053 184 B4 zeigt eine Messeinrichtung zur E-Feldmessung im Nahfeld, womit ebenfalls Prüfobjekte einer Gut-Schlecht-Beurteilung oder Fehleranalyse unterzogen werden können.The DE 10 2008 053 184 B4 shows a measuring device for E-field measurement in the near field, which also test objects of a good-bad assessment or fault analysis can be subjected.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereit zu stellen, mit dem flächige oder räumliche Prüfobjekte hinsichtlich physikalischer und/oder geometrischer Objekteigenschaften möglichst zuverlässig beurteilt werden können. Ferner soll eine geeignete Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens bereitgestellt werden.The present invention has for its object to provide a method of the type mentioned, can be assessed as reliable as possible with the surface or spatial test objects with respect to physical and / or geometric object properties. Furthermore, a suitable device for carrying out the method should be provided.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass bei flächiger Ausdehnung des Prüfobjekts Messlinien entlang Spalten in x-Richtung und weitere Messlinien entlang Zeilen in y-Richtung und bei räumlicher Ausdehnung zusätzlich Messlinien entlang der Höhe in z-Richtung des Prüfobjekts bestimmt und zugeordnete Widerstandswerte oder Impedanzwerte ermittelt werden, um bei flächiger Ausdehnung durch Verknüpfung von x-Widerstandswerten und y-Widerstandswerten oder von x-Impedanzwerten und y-Impedanzwerten eine x-y-Matrix und bei räumlicher Ausdehnung durch zusätzliche Verknüpfung mit z-Widerstandswerten oder z-Impedanzwerten eine x-y-z-Matrix von Widerstandswerten oder Impedanzwerten zu bilden, und dass bei der Prüfung des flächig ausgedehnten Prüfobjekts die x-y-Matrix von Widerstandswerten oder Impedanzwerten und bei der Prüfung des räumlich ausgedehnten Prüfobjekts die x-y-z-Matrix von Widerstandswerten oder Impedanzwerten ausgewertet werden. Die Verknüpfung erfolgt dabei mittels einer Grundrechenart oder einem anderen Algorithmus.This object is achieved with the features of claim 1. It is provided that, in the case of planar expansion of the test object, measurement lines along columns in the x-direction and further measurement lines along lines in the y-direction and in the case of spatial extension additional measurement lines along the height in the z-direction of the test object are determined and assigned resistance values or impedance values are determined. an xy matrix when spatially expanded by combining x-resistance values and y-resistance values or from x-impedance values and y-impedance values, and an additional xyz matrix of resistance values or impedance values by additional connection to z-resistance values or z-impedance values and that the xy matrix of resistance values or impedance values is evaluated during the test of the areally extended test object and the xyz matrix of resistance values or impedance values when testing the spatially extended test object. The link is made by means of a basic calculation or another algorithm.

Bei der Vorrichtung gemäß Anspruch 7 weist die Auswerteeinrichtung eine Verknüpfungseinrichtung auf, mit der bei flächiger Ausdehnung des Prüfobjekts entlang in x-Richtung und entlang weiterer in y-Richtung versetzter Messlinien und bei räumlicher Ausdehnung des Prüfobjekts zusätzlich entlang in z-Richtung versetzter Messlinien bestimmte Widerstandswerte oder Impedanzwerte miteinander nach vorgegebenen Algorithmen verknüpfbar sind, um eine x-y-Matrix oder x-y-z-Matrix aus Widerstandswerten oder Impedanzwerten des Messobjekts zu bilden.In the case of the device according to claim 7, the evaluation device has a linking device with which, given a planar extent of the test object along x-direction and along further measuring lines offset in the y-direction and with spatial extension of the test object, certain resistance values are added along measurement lines offset in the z-direction or impedance values with each other predetermined algorithms are linked to form an xy matrix or xyz matrix of resistance values or impedance values of the measurement object.

Mit diesen Maßnahmen können Eigenschaften eines Prüfobjekts relativ genau beurteilt werden, wobei auch eine hohe örtliche Auflösung erreicht werden kann. Das Verfahren und die Vorrichtung sind insbesondere auch zum Prüfen von Prüfobjekten in einem Fertigungsprozess vorteilhaft.With these measures, properties of a test object can be assessed relatively accurately, whereby a high spatial resolution can be achieved. The method and the device are particularly advantageous for testing of test objects in a manufacturing process.

Eine genaue Prüfung der Messergebnisse kann dadurch erreicht werden, dass die Auswertung mittels einer statistischen Methode erfolgt.A precise examination of the measurement results can be achieved by carrying out the evaluation by means of a statistical method.

Eine für die Auswertung vorteilhafte Vorgehensweise besteht darin, dass die Auswertung durch Vergleich mit Widerstandssollwerten oder Impedanzsollwerten eines zuvor entsprechend vermessenen Gutteils vorgenommen wird.An advantageous procedure for the evaluation is that the evaluation is performed by comparison with resistance setpoints or impedance setpoints of a previously correspondingly measured good part.

Eine weitere vorteilhafte Vorgehensweise für die Auswertung besteht darin, dass Widerstandssollwerte oder Impedanzsollwerte aus einer Modellrechnung bestimmt werden, wobei die Modellparameter anhand mindestens eines Musters des Prüfobjekts empirisch und/oder aufgrund erkannter physikalischer Zusammenhänge ermittelt wurden, und dass die Auswertung durch Vergleich mit den so vorgegebenen Widerstandssollwerten oder Impedanzsollwerten vorgenommen wird.A further advantageous procedure for the evaluation consists in determining resistance nominal values or impedance nominal values from a model calculation, wherein the model parameters were determined empirically and / or on the basis of recognized physical relationships on the basis of at least one sample of the test object, and the evaluation is made by comparison with the values thus specified Resistance setpoints or impedance setpoints is made.

Eine vorteilhafte Prüfmethode besteht darin, dass zur Unterscheidung in Gut- und Schlechtteile ein jeweiliger Schwellenwert vorgegeben wird, anhand dessen der Vergleich mit dem betreffenden Widerstandssollwert oder Impedanzsollwert durchgeführt und eine Abweichung bestimmt wird.An advantageous test method is that for distinguishing between good and bad parts, a respective threshold value is specified, by means of which the comparison with the relevant resistance nominal value or impedance nominal value is carried out and a deviation is determined.

Verschiedene Vorgehensweisen für unterschiedliche Beurteilungsmöglichkeiten bestehen darin, dass bei der Prüfung eine summarische Gesamtbeurteilung der durch die Widerstandswerte oder Impedanzwerte gebildeten Matrixwerte durchgeführt wird und/oder dass eine Einzelbewertung der Matrixwerte vorgenommen wird.Different approaches for different evaluation options consist in that during the test a total summary assessment of the matrix values formed by the resistance values or impedance values is carried out and / or an individual evaluation of the matrix values is carried out.

Bei der Vorrichtung besteht eine für den Aufbau und den Ablauf der Prüfung vorteilhafte Ausgestaltung darin, dass die Auswerteeinrichtung eine Speichereinrichtung für die Widerstandswerte oder die Impedanzwerte der x-y-Matrix oder der x-y-z-Matrix sowie eine programmgesteuerte Einrichtung für die Verknüpfung und die Auswertung aufweist.In the case of the device, an embodiment which is advantageous for the construction and the sequence of the test consists in that the evaluation device has a memory device for the resistance values or the impedance values of the x-y matrix or the x-y-z matrix as well as a program-controlled device for the linkage and the evaluation.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments.

Es zeigen:Show it:

1 ein flächiges Prüfobjekt mit Kontaktierpunkten in schematischer Darstellung, 1 a flat test object with contacting points in a schematic representation,

2 ein schematisches Blockschaltbild einer Messeinrichtung und 2 a schematic block diagram of a measuring device and

3 ein Beispiel für einen erhaltenen Widerstandsverlauf des Prüfobjekts. 3 an example of an obtained resistance characteristic of the test object.

1 zeigt ein flächig ausgedehntes Prüfobjekt 5, wie z. B. eine auf einem Substrat aufgebrachte Funktionsschicht, die vorgegebene Anforderungen, wie z. B. eine Umwandlung von Strahlungsenergie, definierte Membraneigenschaften oder Wärmeleitfähigkeit besitzen soll. Auch wäre z. B. die Einhaltung einer geometrischen Abmessung einer dünnen Schicht, wie z. B. eine möglichst homogene Dicke als Prüfkriterien denkbar. Verschiedene Anwendungsbereiche finden sich z. B. bei Batterien, Brennstoffzellen, in der Optik oder in der Lebensmittelindustrie, bei der Prüfung von Schweißnähten oder von Schichten oder Beschichtungen unterschiedlicher Art. 1 shows a flat extended test object 5 , such as As applied to a substrate functional layer, the predetermined requirements, such. B. should have a conversion of radiation energy, defined membrane properties or thermal conductivity. Also z. B. compliance with a geometric dimension of a thin layer, such. B. a very homogeneous thickness as test criteria conceivable. Various applications can be found z. B. in batteries, fuel cells, in optics or in the food industry, in the examination of welds or of layers or coatings of different types.

In x-Richtung ist das Prüfobjekt 5 in eine Vielzahl von Spalten x_a, x_b, x_c, x_d ... x_n unterteilt, wobei jede Spalte wiederum in Teilspalten x_a1, x_a2, x_b1, x_b2, x_c1, x_c2, x_d1, x_d2 ... x_n1, x_n2 unterteilt ist, wobei auch die am oberen Rand eingezeichneten Messpunkte entsprechend bezeichnet und die am unteren Rand entlang der x-Richtung eingezeichneten Messpunkte entsprechend bezeichnet und mit einem Apostroph-Zeichen ' gekennzeichnet sind. Entsprechend sind in einer senkrecht zur x-Richtung verlaufenden y-Richtung Zeilen y_a, y_b ... y_m und Teilzeilen y_a1, y_a2, y_b1, y_b2 ... y_m1, y_m2 gebildet und Messpunkte am linken Randbereich des Prüfobjekts 5 entsprechend bezeichnet. Am rechten Rand angeordnete Messpunkte sind mit einem Apostroph-Zeichen ' bezeichnet. An vier Messpunkten, nämlich zwei oben liegenden und zwei diesen gegenüberliegenden unten liegenden Messpunkten, ist jeweils ein Elektrodenpaar E1, E2 bzw. E1', E2' angeordnet, wobei jeweils eine Elektrode der beiden Elektrodenpaare, vorliegend z. B. die Elektroden E1, E1', der Einprägung eines Konstantstromes und jeweils die andere Elektrode der beiden Elektrodenpaare, vorliegend also die Elektroden E2, E2', der Messung der bei Einprägung des Konstantstromes über der betreffenden Messlinie zwischen den Elektrodenpaaren an dem Prüfobjekt 5 abfallenden Spannung dienen. Dies entspricht der Kelvin-Messtechnik, wie sie in den eingangs genannten Druckschriften näher erläutert ist. Aus dem Konstantstrom und der gemessenen Spannung entlang einer Messlinie wird ein Widerstandswert oder ein Impedanzwert bestimmt, der dann dieser Spalte bzw. Teilspalte des Prüfobjekts 5 zugeordnet ist. Sodann werden die Elektroden in die nächste Spalte oder Teilspalte versetzt, um dort mit entsprechender Messmethode durch Einprägen eines Konstantstromes und Messung der zugehörigen Spannung an dem Prüfobjekt 5 den Widerstandswert oder Impedanzwert für die zweite Spalte oder zweite Teilspalte des Prüfobjekts 5 zu bestimmen. Diese Messungen entlang der jeweiligen Messlinien werden für alle Spalten oder Teilspalten aufeinander folgend in x-Richtung durchgeführt. Eine Besonderheit besteht dabei darin, dass das Messraster in x-Richtung dadurch verfeinert wird, dass immer nur die in Messrichtung (Versetzungsrichtung) hintere Elektrode, bei der in 1 dargestellten Anordnung also die Elektroden E1, E1', im nächstfolgenden Schritt an den übernächsten Kontaktpunkt, vorliegend also x_b1 bzw. x_b2 versetzt werden, womit sich eine verfeinerte Auflösung entsprechend den Teilspalten ergibt.In the x-direction is the test object 5 divided into a plurality of columns x _a , x _b , x _c , x _d ... x _n , each column in turn divided into sub-columns x _a1 , x _a2 , x _b1 , x _b2 , x _c1 , x _c2 , x _d1 , x _d2 ... x _n1 , x _{n2 is} divided, whereby also the measuring points marked on the upper edge are designated accordingly and the measuring points marked on the lower edge along the x-direction are marked accordingly and marked with an apostrophe-sign '. Accordingly, in a direction perpendicular to the x-direction y-direction lines y _a , y _b ... y _m and sub-lines y _a1 , y _a2 , y _b1 , y _b2 ... y _m1 , y _m2 formed and measuring points on the left Edge area of the test object 5 designated accordingly. Measuring points arranged on the right edge are marked with an apostrophe mark '. At four measuring points, namely two overhead and two opposite lying below these measuring points, in each case an electrode pair E1, E2 and E1 ', E2' is arranged, wherein in each case one electrode of the two pairs of electrodes, in this case z. Example, the electrodes E1, E1 ', the impression of a constant current and in each case the other electrode of the two pairs of electrodes, in this case the electrodes E2, E2', the measurement of the impressing of the constant current over the relevant measurement line between the electrode pairs on the test object 5 serve falling voltage. This corresponds to the Kelvin measuring technique, as explained in more detail in the documents mentioned above. From the constant current and the measured voltage along a measurement line, a resistance value or an impedance value is determined, which then this column or sub-column of the test object 5 assigned. Then, the electrodes are moved to the next column or sub-column to there with corresponding measurement method by impressing a constant current and measuring the associated Voltage on the test object 5 the resistance value or impedance value for the second column or second sub-column of the test object 5 to determine. These measurements along the respective measurement lines are carried out successively in the x-direction for all columns or partial columns. A special feature consists in the fact that the measuring grid in the x-direction is refined by the fact that only the rear electrode in the measuring direction (displacement direction), in the case of the 1 the arrangement shown so the electrodes E1, E1 ', in the next step to the next but one contact point, in this case x _b1 or x _{b2 are} offset, resulting in a refined resolution corresponding to the partial columns.

Sind die Messungen in x-Richtung an allen Messlinien bzw. in allen Spalten oder gegebenenfalls Teilspalten durchgeführt, werden die Elektroden E1, E2 und E1', E2' entlang der y-Richtung angeordnet und aufeinanderfolgend versetzt, um eine zeilenweise Messung entlang der betreffenden Messlinien vorzunehmen. Dabei werden also die Elektroden E1, E2 des einen Elektrodenpaares zunächst an die Stellen y_a1, y_a2 und die Elektroden des zweiten Elektrodenpaares E1', E2' an die gegenüberliegenden Kontaktstellen y_a1', y_a2' versetzt, um den Widerstandswert in der ersten Zeile des Prüfobjekts 5 zu bestimmen. Danach wird wiederum die in Messrichtung hintere Elektrode E1 bzw. E1' versetzt, also an die Stelle y_b1 bzw. y_b1', so dass wiederum teilzeilenweise in y-Richtung fortgeschritten wird, um alle Messlinien entsprechend den Zeilen bzw. Teilzeilen des Prüfobjekts 5 abzuarbeiten und die Widerstandswerte oder Impedanzwerte in y-Richtung zu bestimmen.If the measurements are carried out in the x-direction on all measurement lines or in all columns or, if appropriate, sub-columns, the electrodes E1, E2 and E1 ', E2' are arranged along the y-direction and displaced successively in order to perform a line-by-line measurement along the relevant measurement lines make. In this case, the electrodes E1, E2 of the one electrode pair are first offset to the points y _a1 , y _a2 and the electrodes of the second electrode pair E1 ', E2' to the opposite contact points y _{a1 '} , y _a2' to the resistance value in the first Line of the test object 5 to determine. Thereafter, in turn, the rear in the measuring direction electrode E1 and E1 'is offset, ie at the position y _b1 or y _b1' , so that in turn is progressed partially in the y-direction to all lines corresponding to the rows or sub-lines of the test object 5 to process and determine the resistance values or impedance values in the y-direction.

Prinzipiell kann zur Impedanzmessung ein konstanter Wechsel- oder auch Gleichstrom verwendet werden. Vorliegend wird ein konstanter Wechselstrom verwendet, wobei sich eine gemessene Wechselspannung ergibt. Aufgrund der vorhandenen Widerstände, Kapazitäten und/oder Induktivitäten des Prüfobjekts 5 wird der zu der betreffenden Messlinie bzw. der Spalte oder Zeile oder gegebenenfalls Teilspalte oder Teilzeile gehörende Impedanzwert bestimmt.In principle, a constant alternating or direct current can be used for the impedance measurement. In the present case, a constant alternating current is used, resulting in a measured alternating voltage. Due to the existing resistances, capacitances and / or inductances of the test object 5 the impedance value corresponding to the relevant measuring line or the column or row or, if appropriate, partial column or sub-line is determined.

Anstelle dieser sequentiell fortschreitenden Kelvin-Messmethode können alternativ auch z. B. zwei gegenüberliegende Anordnungen von in einer Reihe fest angeordneten Elektrodenpaaren an dem Prüfobjekt 5 kontaktiert werden, mit denen gleichzeitig oder durch Umschaltung mittels einer Messeinrichtung sequentiell die Messungen entlang der Messlinien in Spaltenrichtung und in Zeilenrichtung durchgeführt werden. Derartige Messeinrichtungen sind in den eingangs genannten Druckschriften gezeigt.Instead of this sequentially proceeding Kelvin measuring method can alternatively also z. B. two opposing arrays of fixedly arranged in a row pairs of electrodes on the test object 5 be contacted with which simultaneously or by switching by means of a measuring device sequentially measurements along the lines in the column direction and in the row direction are performed. Such measuring devices are shown in the publications mentioned above.

2 zeigt eine Messeinrichtung mit einem Messgerät 10, das zum einen den Konstantstrom zur Einspeisung in das Prüfobjekt 5 zur Verfügung stellt und zum anderen die gemessenen Spannungen über die jeweiligen anderen Elektroden der Elektrodenpaare misst. In einer Auswerteeinrichtung der Messeinrichtung, die beispielsweise in dem Messgerät 10 ebenfalls angeordnet ist, werden aus dem jeweiligen Konstantstrom und der zugehörigen gemessenen Spannung die Widerstandswerte oder Impedanzwerte der betreffenden Messlinien bestimmt und die in x-Richtung über die Spalten und y-Richtung über die Zeilen bestimmten Widerstandswerte bzw. Impedanzwerte miteinander verknüpft. Zur Verknüpfung werden beispielsweise eine Grundrechnungsart (Addition, Subtraktion, Multiplikation, Division) oder ein anderer mathematischer Algorithmus angewandt, wie z. B. Gewichtung von Werten, so dass sich in allen Kreuzungspunkten der x-y-Matrix betreffende Widerstandswerte bzw. Impedanzwerte ergeben. Diese werden in einer Speichereinrichtung der Messeinrichtung gespeichert. Für die weitere Prüfung der Eigenschaften des Prüfobjekts 5 können die Widerstandswerte der x-y-Matrix weiter ausgewertet werden, wozu die Auswerteeinrichtung entsprechende Verarbeitungsprogramme enthält. Beispielsweise kann ein Vergleich mit vorgegebenen, gespeicherten Schwellenwerten erfolgen und bei Überschreitung oder Unterschreitung eines durch die Schwelle(n) gegebenen Sollwertes kann das Prüfobjekt 5 als schlecht oder fehlerhaft beurteilt werden. In einem Fertigungsprozess können solche Teile dann automatisch aussortiert werden. Auch eine statistische Analyse der erhaltenen Widerstandswerte bzw. Impedanzwerte zur genaueren Beurteilung der Fehlerart ist möglich, so dass z. B. bestimmte wiederkehrende Fehler festgestellt und Materialien oder Fertigungseinheiten zur Behebung der Mängel überprüft werden können. 2 shows a measuring device with a measuring device 10 , on the one hand, the constant current for feeding into the test object 5 and measures the measured voltages across the respective other electrodes of the pairs of electrodes. In an evaluation of the measuring device, for example, in the meter 10 is likewise arranged, the resistance values or impedance values of the respective measuring lines are determined from the respective constant current and the associated measured voltage, and the resistance values or impedance values determined in the x-direction via the columns and y-direction via the lines are linked together. For example, a basic calculation type (addition, subtraction, multiplication, division) or another mathematical algorithm is used to link such. B. Weighting of values such that respective resistance values or impedance values result at all crossing points of the xy-matrix. These are stored in a memory device of the measuring device. For further examination of the properties of the test object 5 the resistance values of the xy matrix can be further evaluated, for which the evaluation device contains corresponding processing programs. For example, a comparison with predefined, stored threshold values can take place, and when the threshold value (n) is exceeded or undershot, the test object can 5 be judged as bad or faulty. In a manufacturing process, such parts can then be sorted out automatically. Also, a statistical analysis of the resistance values obtained or impedance values for more accurate assessment of the type of error is possible, so that z. B. certain recurring errors found and materials or manufacturing units can be checked to correct the deficiencies.

Wie 2 weiter zeigt, können erhaltene Messergebnisse über eine Anzeige 20 visuell angezeigt und beispielsweise Fehler signalisiert werden. Auch eine Protokollierung mittels eines an das Messgerät angeschlossenen Registriergeräts 30 ist möglich. Mittels einer Schnittstelle wird vorteilhaft eine Verbindung zu einem Hostrechner SPS oder einer Zentralsteuerung hergestellt.As 2 further shows, obtained measurement results on a display 20 visually displayed and, for example, errors are signaled. Also, logging by means of a recorder connected to the meter 30 is possible. By means of an interface, a connection to a host computer PLC or a central controller is advantageously established.

3 zeigt beispielhaft den Verlauf von Widerstandswerten über mehrere in x-Richtung nebeneinander liegenden Spalten für ein Gutteil, bei dem eine homogene, fehlerlose Ausbildung des vermessenen flächigen Prüfobjekts 5 festgestellt werden kann. In den Randbereichen wird typischerweise ein höherer Widerstand gemessen, der (wie die übrigen Widerstandswerte) abhängig ist von dem spezifischen Widerstand des Prüfobjekts 5 und dessen geometrischer Ausbildung, z. B. dessen Dicke. Zur Mitte hin in x-Richtung fortschreitend nimmt der Widerstand R ab, bis er im mittleren Bereich ein Minimum erreicht, und steigt dann wieder symmetrisch bezüglich einer durch das Minimum verlaufenden (vertikalen) Achse wieder symmetrisch auf höhere Werte an, wobei der Widerstandsverlauf die Form einer nach oben geöffneten Parabel besitzt. 3 shows by way of example the course of resistance values over a plurality of adjacent columns in the x-direction for a good part, in which a homogeneous, flawless design of the measured flat test object 5 can be determined. In the edge regions, typically a higher resistance is measured, which (like the other resistance values) depends on the resistivity of the test object 5 and its geometric formation, z. B. its thickness. Moving towards the center in the x-direction, the resistance R decreases until it reaches a minimum in the middle region, and then rises again symmetrically with respect to a (vertical) axis passing through the minimum again symmetrically to higher values, wherein the resistance curve has the shape of an upwardly open parabola.

Bei fehlerhaften Stellen treten an den betreffenden Messlinien in x-Richtung bzw. auch y-Richtung dadurch bedingte Abweichungen der Widerstandswerte auf, die z. B. durch einen Vergleich mit einem vorher gemessenen Gutteil deutlich sichtbar bzw. automatisch erkannt werden. Anstelle des Vergleichs mit einem Gutteil, dessen Widerstandswerte als Widerstandssollwerte in der Speichereinrichtung abgespeichert werden, können auch empirisch ermittelte Modelle für die Beurteilung des Prüfobjekts 5 zugrunde gelegt werden. Die Modellparameter können anhand einer physikalischen Analyse und/oder der Messung einiger typischer Muster des Prüfobjekts 5 ermittelt werden. Für andere Ausgestaltungen des Prüfobjekts 5 können dann aufgrund dieser Erkenntnisse die Modellparameter entsprechend angepasst werden.In the case of faulty points, deviations of the resistance values caused thereby occur at the respective measuring lines in the x-direction or y-direction. B. be clearly visible or automatically detected by a comparison with a previously measured good part. Instead of the comparison with a good part, whose resistance values are stored as resistance setpoints in the memory device, empirically determined models for the evaluation of the test object can also be used 5 be based on. The model parameters may be based on a physical analysis and / or the measurement of some typical samples of the test object 5 be determined. For other embodiments of the test object 5 can then be adjusted based on these findings, the model parameters accordingly.

Auf der Basis der Modelle werden betreffende Widerstandssollwerte erhalten, die vor dem jeweiligen Vergleich mit den über die Messung erhaltenen Widerstandswerten (Istwerten) aktuell aus der Modellrechnung ermittelt oder vorher abgespeichert sein können.On the basis of the models relevant resistance setpoints are obtained which, prior to the respective comparison with the resistance values (actual values) obtained via the measurement, can actually be determined from the model calculation or stored beforehand.

Für eine dreidimensionale Ausdehnung des Prüfobjekts 5 werden auch in Richtung der räumlichen Höhe des Prüfobjekts 5, d. h. in z-Richtung, Messungen entlang Messlinien zwischen gegenüberliegenden Punkten durchgeführt. Auf diese Weise wird eine x-y-z-Matrix von Widerstandswerten bzw. Impedanzwerten erhalten, die entsprechend verknüpft, abgespeichert und weiter verarbeitet werden können, wie vorstehend beschrieben. Das Prüfobjekt 5 kann damit räumlich hinsichtlich der Einhaltung vorgegebener Eigenschaften analysiert werden. Dabei ist aber auch eine nur zweidimensionale Analyse des räumlich ausgedehnten Prüfobjekts möglich.For a three-dimensional extension of the test object 5 will also be in the direction of the spatial height of the test object 5 , ie in z-direction, measurements taken along lines of measurement between opposite points. In this way, an xyz matrix of resistance values or impedance values is obtained, which can be correspondingly linked, stored and further processed, as described above. The test object 5 can thus be spatially analyzed with regard to compliance with given properties. However, only a two-dimensional analysis of the spatially extended test object is possible.

Alternativ können ergänzende Messungen oder Auswertungen aber auch über schräg verlaufende Messlinien vorgenommen werden.Alternatively, additional measurements or evaluations can also be made via oblique measuring lines.

Bei dem beschriebenen Verfahren und der Vorrichtung sind des Weiteren noch folgende Gesichtspunkte zu berücksichtigen:
Bei der Anordnung einer Reihe von Elektroden bzw. Kelvin-Kontakten zur Durchführung des Kelvin-Messverfahrens (4-Leiter-Messverfahrens) kann mittels der Steuereinrichtung die Messung entlang der Messlinien getaktet erfolgen, wobei die Steuereinrichtung die Messzeit (z. B. in ms) vorgibt und die Messung schrittweise weiterschaltet.In the method and the device described, the following aspects should also be considered:
When arranging a series of electrodes or Kelvin contacts for carrying out the Kelvin measuring method (4-conductor measuring method), the measurement can be made clocked along the measuring lines by means of the control device, the control device measuring the measuring time (eg in ms). and advances the measurement step by step.

Bei Verwendung von Gleichstromquellen (DC) sind schnelle Umschaltungen vom Kapazitätsbelag (bleibende Restladungsverteilung) des Prüfobjekts 5 abhängig. Für jede neue Messung muss diese Verteilung durch den Messstrom umorientiert werden, bis sich ein neuer, konstanter Messwert einstellt.When using DC sources (DC) are fast switching from the capacitance (residual residual charge distribution) of the test object 5 dependent. For each new measurement, this distribution must be reoriented by the measuring current until a new, constant measured value is established.

Bei Wechselstromquellen (AC) ändert sich die Polarisationsrichtung des Stroms mit der von der Stromquelle vorgegebenen Frequenz. Die verbleibende Restladung ist minimal. Es kann schneller umgeschaltet werden. Beispielsweise kann mit der Wechselstromquelle ein Strom von 1 A, 1 kHz und 12 V bereitgestellt werden, der für vorliegende Messung geeignet ist.With alternating current (AC) sources, the polarization direction of the current changes with the frequency specified by the current source. The remaining charge is minimal. It can be switched faster. For example, with the AC power source, a current of 1 A, 1 kHz and 12 V suitable for the present measurement can be provided.

In dem Spannungspfad kann ein Modulator/Demodulator angeordnet werden, der eine Generator- bzw. Quellenspannung mit der gemessenen Spannung an dem Prüfobjekt 5 ständig vergleicht. Das erhaltene Differenzsignal wird gleichgerichtet und steht für die Bestimmung des elektrischen Widerstands zur Verfügung.In the voltage path, a modulator / demodulator can be arranged which provides a generator voltage with the measured voltage across the test object 5 constantly comparing. The obtained difference signal is rectified and is available for the determination of the electrical resistance.

Untersuchungen des Erfinders haben gezeigt, dass die Kontaktdurchmesser der Elektroden nach Möglichkeit deutlich größer als 0,5 mm sein sollten, um eine Bruchgefahr zu vermeiden. Geeignet sind beispielsweise Kontakte mit einem Durchmesser von 0,8 bis 1,0 mm. Ein geeignetes Kontaktraster, das sich bei in einem Gehäuse angeordneten Kontakten in Folge des Gehäuseaufbaus für Feder-Kontaktkolben, Kragen und einem Isolationsabstand ergibt, beträgt ca. 4 mm. Dieses bestimmt bei einem solchen Aufbau auch das minimal mögliche Messraster. Vorteilhaft sind die Kontakteinheiten zum Messen geringer Widerstände im m-'Ω-Bereich, so aufgebaut, dass sich die Kontaktfeder nicht im Strompfad befindet, sondern den Kolben parallel dazu beaufschlagt. Der Messkolben ist massiv und durchgehend von der Kontaktspitze bis zum Kabelanschluss. Ein Durchgangswiderstand beträgt z. B. ca. 15 m'Ώ und unterliegt keinen Änderungen. Bei höheren Widerständen im Ohm- bis mOhm-Bereich können Federkontakte ohne durchgehende Kolben verwendet werden, da hierbei der Einfluss der in Reihe zum Messpfad befindlichen Stahlfeder etwa zu Beryllium-Kupferkontakten zu vernachlässigen ist.Investigations by the inventor have shown that the contact diameters of the electrodes should if possible be significantly greater than 0.5 mm in order to avoid the risk of breakage. For example, contacts with a diameter of 0.8 to 1.0 mm are suitable. A suitable contact grid, which results in arranged in a housing contacts in consequence of the housing structure for spring-contact piston, collar and an insulation distance, is about 4 mm. This also determines the minimum possible measuring grid in such a structure. Advantageously, the contact units for measuring low resistance in the m-'Ω range, constructed so that the contact spring is not in the current path, but acts on the piston parallel to it. The volumetric flask is solid and continuous from the contact tip to the cable connection. A volume resistance is z. B. about 15 m'Ώ and is subject to any changes. For higher resistances in the ohm to mOhm range, spring contacts without through-going pistons can be used, since the influence of the steel spring in series with the measuring path, for example, to beryllium copper contacts is negligible.

Bei der Messung ist zu beachten, dass bei einem räumlich ausgedehnten Prüfkörper 5 in Quaderform mit unterschiedlichen Seitenlängen die erhaltenen Parabeln der Widerstandswerte bzw. Impedanzwerte für die x-, y-, oder z-Richtung unterschiedlich sind. Bei einem Würfel sind sie gleich. Die Parabelform, bzw. ihre Koeffizienten sind abhängig von der Geometrie des vermessenen Körpers, und von seinen physikalischen Eigenschaften, insbesondere dem spezifischen Widerstand.When measuring it should be noted that in a spatially extended specimen 5 in cuboid shape with different side lengths, the resulting parabolas of the resistance values or impedance values for the x, y, or z direction are different. For a cube they are the same. The parabolic shape or its coefficients are dependent on the geometry of the measured body, and on its physical properties, in particular the resistivity.

Die Verknüpfung der entlang der Spalten, Zeilen und gegebenenfalls der Höhe bestimmten Widerstandswerte an den Kreuzungspunkten bzw. die ermittelte x-y-Matrix der Widerstandswerte oder Impedanzwerte oder die x-y-z-Matrix ergibt eine Bewertung nach Art einer physikalischen Korrelation, wobei jeder singuläre x-Widerstandswert mit allen y-Widerstandswerten bezogen auf diesen x-Widerstandswert korreliert. Umgekehrt korreliert jeder singuläre y-Widerstandswert mit allen x-Widerstandswerten bezogen nur auf diesen y-Widerstandswert. Alle so verknüpften Werte bilden die Gesamtmatrix. Physikalisch betrachtet stellt die Matrix das geometrische Abbild der elektrischen Widerstandswerte des Prüfkörpers dar.The combination of the resistance values determined along the columns, rows and possibly the height or the determined xy matrix of the resistance values or the impedance values or the xyz matrix yields a physical correlation type evaluation, each singular x resistance value being equal to all y resistance values related to this x resistance value. Conversely, each singular y resistance correlates to all x resistance values relative to this y resistance only. All values linked in this way form the total matrix. From a physical point of view, the matrix represents the geometric image of the electrical resistance values of the test specimen.

Zur schnellen visuellen Erkennung und Beurteilung kann aus den Rechenwerten der Gesamtmatrix eine 2D- oder 3D-Graphik mittels eines Graphikprogramms erstellt werden. Die 2D-Graphik stellt eine Draufsicht der Prüffläche dar. Jede Fehlstelle ist somit geometriegetreu in x-y-Koordinaten bzw. x-y-z-Koordinaten angebbar, womit der Fehlerort lokal bestimmt ist. Die 3D-Graphik stellt anschaulich die Prüffläche als Widerstands- oder Impedanzgebirge dar.For fast visual recognition and evaluation, a 2D or 3D graphic can be created from the calculated values of the overall matrix by means of a graphics program. The 2D graphic represents a top view of the test surface. Each defect can thus be specified in x-y coordinates or x-y-z coordinates, thus determining the location of the defect locally. The 3D graphics clearly shows the test area as resistance or impedance mountains.

Bei einer Prozess- bzw. Qualitätsüberwachung kann ein Rechenprogramm alle benötigten Mess- und Statistikdaten bereitstellen, wie Maximum, Minimum, Mittelwert, Standardabweichung, Streubreite und dgl..In a process or quality monitoring, a computer program can provide all required measurement and statistics data such as maximum, minimum, mean, standard deviation, spread and the like.

Claims

Method for testing flat or spatially extended test objects ( 5 ) by means of the Kelvin measuring method, whereby always two electrodes (E1, E2, E1 ', E2') at the two ends of a selected measuring line of the test object ( 5 form a pair of electrodes and in each case one electrode (E1, E1 ', E2, E2') of the two electrode pairs for impressing a constant current and in each case the other electrode (E2, E2 ', E1, E1') of the two pairs of electrodes for tapping one through the Constant current caused measurement voltage on the test object ( 5 ) and where on the test object ( 5 a plurality of measurement lines with a respective arrangement of electrode pairs (E1, E2, E1 ', E2') are selected in order to form a measurement matrix and to determine resistance values or impedance values from the constant current present along the measurement lines and the respectively detected measurement voltages in an evaluation device in the case of planar expansion of the test object ( 5 ) Measurement lines along columns in the x-direction and further measurement lines along lines in the y-direction and for spatial expansion additional measurement lines along the height in the z-direction of the test object ( 5 ) and associated resistance values or impedance values are determined in order to generate an xy-matrix in the case of planar expansion by combining x-resistance values and y-resistance values or of x-impedance values and y-impedance values, and by additional linking with z-resistance values or z Impedance values to form an xyz matrix of resistance values or impedance values, wherein during the test of the areally extended test object ( 5 ) the xy-matrix of resistance values or impedance values and during the examination of the spatially extended test object ( 5 ) the xyz matrix of resistance values or impedance values are evaluated and wherein the linking is done by means of a basic calculation or another algorithm.

A method according to claim 1, characterized in that the evaluation is carried out by means of a statistical method.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation is performed by comparison with resistance setpoints or impedance setpoints of a previously correspondingly measured good part.

Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that resistance nominal values or impedance nominal values are determined from a model calculation, the model parameters being determined on the basis of at least one sample of the test object ( 5 ) were determined empirically and / or on the basis of recognized physical relationships, and that the evaluation is carried out by comparison with the resistance setpoints or impedance setpoints thus given.

A method according to claim 3 or 4, characterized in that for distinguishing in good and bad parts a respective threshold value is predetermined, based on which the comparison with the respective resistance setpoint or impedance setpoint is performed and a deviation is determined.

Method according to one of the preceding claims, characterized, that during the test a total summary assessment of the matrix values formed by the resistance values or impedance values is carried out and / or an individual evaluation of the matrix values is carried out.

Testing device for testing flat or spatially extended test objects ( 5 ) for carrying out a method according to any one of the preceding claims with a Kelvin measuring device, the at least two on the test object ( 5 ) Contactable electrode pairs (E1, E2, E1 ', E2'), each with two electrodes (E1, E2, E1 ', E2'), a Infeed device for a constant current with a constant current source and a voltage measuring device and an evaluation device for the determination of ohmic resistance values or impedance values, characterized in that the evaluation device has a linking device, with the case of planar expansion of the test object ( 5 ) along the x-direction and along further y-direction offset measurement lines and spatial extent of the test object ( 5 ) additional resistivity values or impedance values can be linked to one another according to predetermined algorithms along measurement lines offset in the z-direction, in order to form an xy matrix or xyz matrix of resistance values or impedance values of the test object ( 5 ) to build.

Test device according to claim 7, characterized in that the evaluation device has a memory device for the resistance values or the impedance values x-y matrix or the x-y-z matrix and a program-controlled device for the linkage and the evaluation.