DE102012108707A1

DE102012108707A1 - Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgerät

Info

Publication number: DE102012108707A1
Application number: DE201210108707
Authority: DE
Inventors: Ulrich Breitmeier
Original assignee: Breitmeier Messtechnik GmbH
Current assignee: Breitmeier Messtechnik GmbH
Priority date: 2012-09-17
Filing date: 2012-09-17
Publication date: 2014-05-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgerät (1) zur Erfassung eines Oberflächenprofils und/oder einer Rauheit einer Oberfläche (21) eines Körpers, das als Rasterkraftmikroskop mit einem eine vibrierende Tastnadel tragenden Cantilever (3) ausgebildet ist, der an einem motorisierten Linearvorschub (9, 18) befestigt und von diesem getragen ist, wobei der Linearvorschub (9, 18) einen linearen Vorschub-Verfahrweg aufweist, der größer ist als 0,5 Millimeter, und wobei die Tastnadel eine Tastnadelspitze (4) mit einem Spitzenradius aufweist, der kleiner ist als 200 Nanometer.

Description

Die Erfindung betrifft ein Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgerät zur Erfassung eines Oberflächenprofils und/oder einer Rauheit einer Oberfläche eines Körpers.
Zur Qualifizierung funktioneller Werkstückoberflächen sind taktile Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgeräte weit verbreitet. Sie bestehen üblicherweise aus einer Diamanttastnadel, einem Vorschubapparat sowie einer Steuer- und Auswerteeinheit. Die Tastspitzen der Diamanttastnadeln weisen minimale Radien von etwa 2 Mikrometern auf. Zur aussagefähigen Oberflächenprofilmessung von nanostrukturierten Oberflächen reicht die durch derartige Tastspitzenabmessungen gegebene laterale Auflösung nicht aus, während die übliche vertikale Amplitudenauflösung den Anforderungen genügt. Mit Hilfe der Tastspitze wird die Werkstückoberfläche abgetastet, indem der Taster mittels eines motorisierten Vorschubs über die Oberfläche gezogen wird. Der Vorschub kann als separates Gerät vorgesehen oder direkt am Taster angebracht sein. Das Funktionsprinzip ist immer ähnlich. Die Tastspitze ist an einem starren Hebel befestigt, welcher geeignet gelagert ist, um über einen bestimmten Winkel ausgelenkt werden zu können. Die durch die Werkstückoberfläche über die Tastspitze induzierte Auslenkung wird von einem, üblicherweise induktiven, Meßsystem gemessen, digitalisiert und an einen PC ausgegeben. Gemessen wird mit einem derartigen Taster im allgemeinen ein Linienprofil.
Andererseits sind seit etwa zwei Jahrzehnten so genannte Rasterkraftmikroskope (AFM) auf dem Markt, mittels welchen nach dem heutigen Stand der Technik ebene Oberflächen zwar mit einer lateralen Auflösung bis herab zu einem Atomdurchmesser, aber nur vergleichsweise kleine Flächen von etwa 100 × 100 Quadrat-Mikrometer abtastbar sind. Hierzu wird während der Messung eine an einer Blattfeder, dem so genannten „Cantilever“, befestigte nanoskopisch kleine Tastnadel zeilenweise in einem definierten Raster entlang der Oberfläche einer Probe geführt. Dies wird auch als „Scannen“ bezeichnet. Diese Instrumente sind vorwiegend in Forschungseinrichtungen vorhanden und einsetzbar, da sie sich von der Bauform her und wegen ihrer Empfindlichkeit nicht für einen industriellen Einsatz eignen.
Für einen erfolgreichen Einsatz in der Industrie, beispielsweise im Maschinenbau, muss Vorsorge getroffen werden, dass die zunehmend empfindlicher werdenden Messgeräte an die raue Umgebung geeignet angepaßt werden. Dies gilt insbesondere für einen automatisierten Betrieb, wo eine Mindeststandzeit ökonomisch unabdingbar ist und wo kein menschlicher Eingriff kontinuierlich zur Verfügung steht. Aus diesem Grund kann man die vorhandene AFM-Messtechnik nicht einfach für industrielle Anwendungen übernehmen. AFM-Geräte sind neben ihrem intensiven Betreuungsbedarf zudem für die Automatisierung räumlich ungeeignet aufgebaut, gegenüber rauer Umgebung (Schmutz, Vibrationen) störungsanfällig, zu kompliziert zu bedienen sowie viel zu teuer.
Hauptnachteil gegenüber der bestehenden Rauheitsnormung ist aber die kurze Abtastlänge, die durch den Einsatz von Piezoaktuatoren bedingt ist. Bislang erfolgt die Erfassung der Auslenkung des Cantilevers durchweg über aufwendige raumgreifende Aufbauten und der Austausch des Cantilevers ist zu umständlich für nichtakademische Applikationen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Oberflächen- und/oder Rauheitsmessgerät der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei dem die für eine industriell übliche Rauheitsmessung notwendigen Gesichtspunkte und Merkmale sowohl hinsichtlich einer lateralen Auflösung im Nanometerbereich als auch hinsichtlich eines erweiterten Funktionsumfangs über die reine Profilerfassung hinaus in einem Gerät vereint sind.
Diese Aufgabe wird überraschend einfach durch ein Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgerät zur Erfassung eines Oberflächenprofils und/oder einer Rauheit einer Oberfläche eines Körpers gelöst, das als Rasterkraftmikroskop mit einem eine vibrierende Tastnadel tragenden Cantilever ausgebildet ist, der unmittelbar oder mittelbar an einem motorisierten Linearvorschub befestigt und von diesem getragen ist, wobei der Linearvorschub einen linearen Vorschub-Verfahrweg aufweist, über den der Cantilever zusammen mit seiner Tastnadel linear bewegbar ist bzw. der eine lineare Bewegung des Cantilevers zusammen mit dessen Tastnadel über einen linearen Vorschub-Verfahrweg ermöglicht, und wobei der lineare Vorschub-Verfahrweg des Linearvorschubs größer ist als 0,5 Millimeter, und wobei wenigstens ein, vorzugsweise erstes, Meßsystem zur Erfassung der Auslenkung der Tastnadel vorgesehen ist, das wenigstens ein Vibrations- Detektions-Mittel zur Detektion einer Vibrationscharakteristik bzw. von Vibrationseigenschaften, insbesondere Phase und/oder Amplitude und/oder Frequenz, der vibrierenden Tastnadel des Cantilevers oder des die Tastnadel tragenden Cantilevers während einer Annäherung der Tastnadel an die Oberfläche des Körpers enthält, und wobei die Tastnadel eine Tastnadelspitze mit einem Spitzenradius aufweist, der kleiner ist als 500 Nanometer.
Bei der Erfindung geht es um ein vor allem zur linienhaften, vorzugsweise auch zur flächenhaften, Oberflächenprofil- bzw. Rauheits-Erfassung geeignetes Messgerät, welches einerseits gegenüber den herkömmlichen Rauheitsmessgeräten eine um ein Vielfaches höhere laterale Auflösung verfügt und welches andererseits gegenüber den bislang verfügbaren Rasterkraftmikroskopen eine deutlich größere Abtastlänge aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt ein motorisiertes Vorschubsystem für Verfahrwege größer als 0,5 Millimeter, bevorzugt größer als 1,0 Millimeter oder größer als 2,0 Millimeter, insbesondere größer als 4,0 Millimeter. Vorzugsweise weist das Gerät weitere, für einen erfolgreichen Einsatz in industrieller Umgebung günstige Eigenschaften auf.
In anderer Darstellung bezieht sich ein wichtiger Erfindungsteil auf eine Weiterentwicklung der bisher gebräuchlichen Rauheitsmesstaster, bei denen die bisherige Abtastnadel durch einen Cantilever mit einer Tastspitze ersetzt ist, deren Spitzenradius im Nanometer-Bereich liegt, nämlich kleiner ist als 500 Nanometer. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann der Spitzenradius kleiner als 200 Nanometer oder kleiner als 100 Nanometer oder kleiner als 50 Nanometer oder kleiner als 30 Nanometer oder kleiner als 20 Nanometer sein.
Interessant für den industriellen Einsatz kann ein Ausführungsbeispiel eines Cantilevers sein, bei der das Meßsystem zur Erfassung der Auslenkung der Tastnadel im Cantilever integriert ist. Bevorzugt hat das Meßsystem keinen sichtbaren Platzbedarf. Vorzugsweise ist bzw. wird der Cantilever so montiert, das er einfach auszutauschen ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass ein Tastnadel-Schutzkörper zum Schutz der Tastnadel gegen mechanische Beschädigungen oder ein Cantilever- und Tastnadel-Schutzkörper zum Schutz des Cantilevers und seiner Tastnadel gegen mechanische Beschädigungen vorhanden ist. Um den Cantilever samt Nadel vor Beschädigung zu schützen, ist es sinnvoll, diesen mit einer rohrförmigen oder ähnlichen Abschirmung zu umgeben.
Ein weiteres gravierendes Problem sind die allgegenwärtigen Vibrationen, welche sich ohne geeignete Maßnahmen dem Messsignal überlagern. Dies ist bei dem hier diskutierten Instrument aufgrund der niedrigen Tastnadelträgermasse von noch höherer Bedeutung als bei den üblichen Rauheitsmessgeräten. Neben einem im Messsensor eventuell integrierten Beschleunigungs- und Temperatursensor kann der Cantilever selbst als Vibrationssensor benutzt werden solange er stationär ruht, der Vorschub also nicht aktiv ist. Vibrationseinflüsse lassen sich am einfachsten eliminieren, indem man den Messkreis möglichst klein hält. Dazu bringt man vorteilhafter Weise wenigstens einen Abstützpunkt des Gerätes möglichst nahe an der Tastspitze an. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass in der Nähe oder in direkter oder unmittelbarer Nachbarschaft der Tastnadel des Cantilevers wenigstens zwei Abstützfüße vorgesehen sind.
Es versteht sich von selbst, dass Linearitätsabweichungen des Vorschubs bei der Datenaufnahme sich den Messdaten überlagern. Sofern diese Abweichungen niederfrequent sind, das heißt, deren Frequenzspektrum abgegrenzt gegenüber dem der Messdaten ist, kann man diese durch Filtern beseitigen, beispielsweise mittels Polynom oder Spline. Andernfalls sind instrumentell gute Konstruktionen mathematischen Korrekturmaßnahmen vorzuziehen. Es ist deshalb fast unerlässlich, parasitären Vibrationen des Vorschubs durch eine sehr gute Rauscharmut der Führung zu begegnen, beispielsweise durch entsprechendes Polieren der Führungen oder eine solche Führungsart, die eher keine Vibrationen erzeugt, beispielsweise eine Magnetlagerung. Auch ein konstruktiv aufwendiger Piezoaktuator ist denkbar. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Linearvorschub ein hochfrequentes Rauschen hat, das ab Frequenzen von einem Zehntel einer mittels der Tastnadelspitze entlang der Oberfläche des Körpers abgetasteten Abtaststrecke ungefiltert kleiner als drei Nanometer ist.
In der konventionellen Rauheitsmesstechnik sind bisher Linienschnitte üblich und meist ausreichend. Der Vorschub muss somit mindestens aus einer x-Achse bestehen, für Flächenmessungen ist zusätzlich eine y-Achse erforderlich. Da der Messbereich aufgrund der hohen Auflösung und auch aufgrund der Natur des Cantilevers im unteren Mikrometer- Bereich liegt, industrielle Werkstücke aber leicht größere Amplituden aufweisen, kann es sinnvoll sein, eine z-Achse zur Messbereichserweiterung vorzusehen. Zur Messung an gekrümmten Oberflächensegmenten sind schließlich auch Drehachsen erforderlich, so dass im Vollausbau ein Sechs- bis Acht-Achsensystem denkbar ist. Die Zusatzachsen können auch durch Drehachsen realisiert werden, da die zur Diskussion stehenden Weglängen klein sind. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Linearvorschub mindestens eine x-Achse zur Bewegung des Cantilevers mit seiner Tastnadel in einer x-Richtung und/oder eine y-Achse zur Bewegung des Cantilevers mit seiner Tastnadel in einer y-Richtung und/oder eine z-Achse zur Bewegung des Cantilevers mit seiner Tastnadel in einer z-Richtung und/oder wenigstens eine Drehachse zur Drehung des Cantilevers mit seiner Tastnadel um mindestens eine parallel zu einer oder der x-Richtung oder parallel zu einer oder der y-Richtung oder parallel zu einer oder der z-Richtung verlaufende Drehachse aufweist.
Eine automatisierte Lösung erfordert zum einen den Schutz der empfindlichen Tastnadel und andererseits die sorgfältige und vor allem schnelle Erreichung der Messbereitschaft. Dazu ist es üblich, die Tastspitze oder das komplette Messgerät vom Werkstück, vorzugsweise motorisiert, abzuheben, wenn dieses gewechselt oder eine andere Messstelle angefahren wird. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann bzw. können wenigstens ein Absenk-Mittel zur automatisierten Absenkung der Tastnadel auf die zu erfassende Oberfläche und/oder ein Anhebe-Mittel zur automatisierten Anhebung der Tastnadel von der zu erfassenden Oberfläche angeordnet sein.
Bei der Wiederannäherung der Tastspitze an die Werkstückoberfläche muss dies sorgfältig gesehen, damit die Spitze nicht beschädigt wird, aber auch möglichst schnell, um die Anforderungen eines Taktzyklus zu erfüllen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass im Bereich der Tastnadel oder nahe der Tastnadel wenigstens ein hochauflösender Oberflächen-Näherungssensor zur Erfassung einer Annäherungsgeschwindigkeit relativ zu der Oberfläche des Körpers und/oder zur Erfassung eines Abstandes der Tastnadelspitze zu der Oberfläche des Körpers angebracht ist. Besonders bevorzugt kann ein Näherungssensor vorgesehen sein, der im Mikrometer-Bereich auflöst. Dazu kann auch eine Minikamera eingesetzt werden, wobei beispielweise der Bildkontrast und/oder die Schärfe (hochfrequenter Bildanteil) herangezogen werden kann bzw. können.
Bei einigen Messstellen ist es hilfreich, eine visuelle Kontrolle derselben zu ermöglichen oder aber auch nur die Tastspitze zu überwachen. Mit einer Miniaturkamera oder einer Relais- oder Faseroptik lässt sich dies bewerkstelligen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Oberflächen-Inspektions-Mittel zur visuellen Inspektion der zu erfassenden Oberfläche im Bereich oder in einer Umgebung der Tastnadelspitze vorgesehen ist.
Ein wichtiger Gesichtspunkt für die Praxistauglichkeit ist die Minimierung der Vibrationsempfindlichkeit. Dazu kann das erfindungsgemäße Messgerät wenigstens einen oder zwei oder drei Abstützfüße bzw. Auflagestifte aufweisen, die vorzugsweise möglichst nahe an der Tastspitze angebracht sind, um den Messkreis möglichst klein zu halten. Vorzugsweise können diese andererseits so weit voneinander entfernt angeordnet sein, dass eine stabile Auflage des Gerätes sichergestellt ist.
Bei den heute gebräuchlichen Rauheitsmesstastern sind Diamantnadeln im Einsatz, die vergleichsweise robust sind im Vergleich zu den hier besprochenen (AFM-)Tastspitzen mit einer Zuspitzung im Nanometer-Bereich. Bei herkömmlichen Rauheitsmesstastern können vorhandene Schmutzpartikel auf der Werkstückoberfläche bei der Abtastung meist beiseite geschoben werden. Aufgrund der nicht vernachlässigbaren Auflagekraft der Diamant-Tastspitzen kann man auch auf ölbenetzten Oberflächen gut messen. Bei den AFM-Tastspitzen jedoch sind die Verhältnisse deutlich ungünstiger. Schmutzpartikel tendieren an der Tastspitze hängen zu bleiben und verfälschen dann das gemessene Profil. Ein Ölfilm verhindert durch Adhäsion und Kapillarkräfte die Messung möglicherweise gänzlich. Es scheint deshalb vorteilhaft, die Werkstückoberfläche zumindest lokal an der Abtastspur bzw. Abtastfläche ausreichend zu reinigen. Dies kann beispielsweise mechanisch mit einem Minischwamm geschehen oder durch Luftabblasung über ein Ventil, beispielsweise bei einer „Leerfahrt“ vor der Messung, oder durch lokale Absaugung im Bereich der Tastlänge oder auch durch elektrostatische Anziehung von Partikeln über eine geladene Sonde. Gegebenenfalls ist eine Luft-/Partikel-Ionisierung eines begrenzten Raumbereichs hilfreich. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung der Oberfläche des Körpers wenigstens bezüglich der mit der Tastnadel des Cantilevers abzutastenden Abtaststrecke, insbesondere Abtastlinie, oder Abtastfläche angeordnet ist.
Um die Schmutzpartikelanziehung zu minimieren, sind eventuell Tastnadeln vorzuziehen, die metallisch sind oder durch zusätzliche Maßnahmen, beispielsweise ionisierte Luftpartikel, eine elektrische Aufladung der Tastspitze vermeiden.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die Tastnadel so ausgeführt ist, dass sie sich nicht statisch auflädt.
In einer automatisierten Messvorrichtung ist es sehr hilfreich, wenn man zur Kalibrierüberprüfung keine externen Operationen benötigt, also beispielsweise das Messgerät in einen Messraum transportieren muss, sondern die Kalibrierung an Ort und Stelle durchführen kann, beispielsweise zu vorprogrammierten Zeitabständen. Dazu kann in die Messvorrichtung ein Kalibriernormal geeignet eingebaut sein. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Mittel zur Überprüfung des Kalibrierzustandes Messgeräts vorgesehen ist.
Eine Kontaminierung der Tastspitze mit Schmutzpartikeln oder Emulsion führt meist zur fehlerhaften Profilerfassung. Da dieser Fall in einer industriellen Umgebung nicht unwahrscheinlich ist und in einer automatisierten Umgebung zudem kein Bediener das Messprofil zu überwachen pflegt, ist eine automatisierte Überwachung einer Tastspitzenbeschädigung oder Kontaminierung sehr hilfreich. Dies kann beispielsweise durch eine Kamera erfolgen oder durch eine Überwachung der korrekten Profilwiedergabe eines Kalibrierprofils. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Kontaminations-Erkennungs-Mittel zur Erkennung einer Kontamination der Tastnadelspitze des Cantilevers und/oder ein Kontaminations-Beseitigungs-Mittel zur Beseitigung einer Kontamination der Tastnadelspitze des Cantilevers und/oder ein Tastspitzen- Überwachungs-Mittel zur Überwachung der Tastnadelspitze des Cantilevers auf etwaige Beschädigungen angeordnet ist oder sind.
Für mache Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn man nach zwei gegenüber liegenden Seiten messen kann, beispielweise in einer Bohrung. Dem kann Rechnung getragen werden durch eine Tastnadelanordnung mit zwei voneinander weg weisenden Tastnadelspitzen. Vorteilhafterweise können zwei Tastnadelspitzen vorgesehen sein, die in entgegen gesetzte Richtungen bzw. voneinander weg weisen.
Gerade in der Automatisierung ist es oft sehr hilfreich, wenn das Meßsystem räumlich klein aufgebaut ist und leicht ist. Dies gilt beispielsweise bei der Anbindung des erfindungsgemäßen Meßsystems an eine Koordinatenmessmaschine. Dann kann es auch mit einem Schnittstellen-Anschluss, beispielsweise mit einem USB-Anschluss, und/oder einer Funkverbindung und/oder mit Batteriebetrieb ausgestattet sein. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Messgerät in jeweils senkrecht zueinander ausgebildeten Richtungen betrachtet ein maximale Breite von 50 Millimeter, eine maximale Höhe von 50 Millimeter und eine maximale Tiefe von 50 Millimeter aufweist.
Das hier beschriebene Messgerät kann neben der Rauheits- bzw. Profilerfassung auch für die Erfassung bzw. Messung weiterer Merkmale herangezogen werden, beispielsweise für eine Reibungsmessung, für Kraft-Abstandskurven, für chemische Kontraste und/oder für weitere aus der AFM-Messtechnik bekannte Größen. Ferner lässt sich das als Profilometer bezeichenbare Messgerät auch vorteilhaft mit anderen Messverfahren erweitern, beispielsweise mit einem Faserspektrometer.
Ein für die Praxis wichtiger Gesichtspunkt ist die Zugänglichkeit an räumlich begrenzte Messstellen, beispielsweise in Rillen oder Rohren. Dazu muss der Tastspitzenträger schlank ausgelegt und die Tastspitze selbst zur Objektoberfläche hin exponiert sein. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Cantilever an einem eine Breite und eine Länge aufweisenden Cantilever- Träger befestigt ist und/oder das ein die Tastnadel tragender Tastnadelträger eine Breite und eine Länge aufweist und/oder dass der Cantilever eine Breite und eine Länge aufweist, wobei die Breite kleiner ist als 5 Millimeter und die Länge größer ist als 10 Millimeter.
Bei den bis heute üblichen Rasterkraftmikroskopen wird nur eine kleine Fläche abgescannt im Vergleich zu den in der Rauheitsmesstechnik üblichen Strecken. Hinzu kommen die in der Praxis unebenen Oberflächen. Es ist deshalb vorteilhaft, für einen ausreichend großen Messbereich zu sorgen, nämlich einige 10 Mikrometer, insbesondere mehr als 100 Mikrometer.
Stand der Technik in der Rauheitsmesstechnik ist die Realisierung eines Messbereichs in z-Richtung (normal zur Probenoberfläche) von bis zu 1 Millimeter bei einer Auflösung im Nanometerbereich. Ein derartiger Messbereich lässt sich mit relativ einfachen Mitteln erfindungsgemäß dadurch realisieren, dass die Tastnadel des Cantilevers an einem Hebelende angebracht ist und der Hebel irgendwo entlang seiner Längsrichtung so gelagert ist, dass er die gewünschte Messbereichsauslenkung durchführen kann. Der Hebel kann auch das zugehörige Meßsystem tragen, welches die Winkelauslenkung des Hebels erfasst, die als Messgröße für die lokale Profilamplitude der Werkstückoberfläche dient.
Ein Erfindungsteil betreffend eine Weiterentwicklung der bisher gebräuchlichen Rauheitsmesstaster ist es, die bisherige Abtastnadel durch einen Cantilever mit Tastspitze zu ersetzen. Dafür kann vorzugsweise eine Stimmgabelversion („tuning fork“) mit integriertem Biegemeßsystem eingesetzt werden (siehe beispielsweise die Veröffentlichung in „Dynamic behaviour of the tuning fork AFM probe", Microelectronic Engineering, Volume 85, Issue 5–6, May 2008). Die Messdatenerfassung kann dann vorzugsweise durch eine geeignete Verknüpfung, vorzugsweise im einfachsten Fall eine phasenkorrigierte Addition, der vorzeichenrichtigen Ausgangssignale der beiden Meßsysteme erfolgen, also dem Auslenkungsmeßsystem am Hebelarm sowie dem Cantilevermeßsystem. Bezüglich des Cantilevermeßsystems können die in der Rasterkraftmikroskopie üblichen Betriebsmodi, beispielsweise konstanter Abstand oder konstante Kraft, zur Anwendung kommen.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass der mit der Tastnadel versehene Cantilever an einem messbereichserweiternden Tasthebel oder Aktuator angebracht ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass wenigstens zwei, vorzugsweise voneinander unabhängig relativ zu der Oberfläche des Körpers bewegliche, Tastspitzen mit jeweils zugeordneten separaten Auslenkungs- Meßsystemen in einer Abtastrichtung parallel zu dem Vorschub-Verfahrweg betrachtet hintereinander angeordnet sind.
Alternativ oder zusätzlich kann gemäß einem ganz besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, dass zusätzlich zu der hochauflösenden Tastspitze der Tastnadel des Cantilevers, welcher ein erstes Auslenkungs-Meßsystem zur Messung einer Auslenkung und/oder einer Verbiegung des Cantilevers oder zur Messung einer Auslenkung der Tastnadelspitze der Tastnadel des Cantilevers zugeordnet ist, eine Rauheitstastnadel vorgesehen ist, die eine Tastnadelspitze mit einem Spitzenradius aufweist, der gleich groß oder größer ist als 200 Nanometer, wobei die Rauheitstastnadel an einem um eine Schwenkachse schwenkbaren starren Schwenkhebel befestigt ist, dem ein zweites Auslenkungs- Meßsystem zur Messung der Auslenkung des Schwenkhebels zugeordnet ist.
Es versteht sich, dass der Fachmann die vorstehenden Merkmale und Maßnahmen sowie die aus den Ansprüchen und die aus den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und Maßnahmen im Rahmen der Ausführbarkeit nicht nur in Kombination, sondern auch einzeln betrachten und/oder in sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen kann.
Weitere Vorteile, Merkmale, Einzelheiten und Gesichtspunkte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus dem nachfolgenden Beschreibungsteil, in dem bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren beschrieben sind.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Messgeräts;
2 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Messgeräts im Bereich einer einen Cantilever mit Tastnadel enthaltenden Messanordnung;
3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Messgeräts;
4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines Messgeräts;
5 eine schematische Darstellung eines Ausschnittes eines fünften Ausführungsbeispiels eines Messgeräts im Bereich einer Cantilever-Tastnadel in einer Vorderansicht;
6 eine schematische Darstellung des fünften Ausführungsbeispiels des Messgeräts in einer Seitenansicht;
Das Messgerät 1 gemäß 1 umfasst einen Cantilever 3, der an seinem freien Ende eine Tastnadel 4 mit einer hochauflösenden Tastspitze aufweist. Vorzugsweise weist die Tastspitze einen Spitzenradius auf, der zwischen 10 Nanometer und 20 Nanometer beträgt. Bei dem Cantilever 3 handelt es sich vorzugsweise um eine Stimmgabelversion bzw. um einen „tuning fork“ Sensor mit einem integrierten Messmittel, vorzugsweise einem Vibrations- und/oder Biege-Meßsystem, zur Messung der Auslenkung der Tastnadel. Ein Beispiel eines derartigen „tuning fork“ Sensors ist beispielsweise in der Veröffentlichung „Dynamic behaviour of the tuning fork AFM probe", Microelectronic Engineering, Volume 85, Issue 5–6, May 2008, beschrieben.
Der Cantilever 3 ist mit seinem von der Tastnadel bzw. von seinem freien Ende weg weisenden Ende an einem Nadelträger 2 befestigt und wird von diesem getragen. Der Nadelträger 2 ist an einem Höhenaktuator bzw. Hubtisch 11 befestigt, der wiederum an einem motorisierten Linearvorschub 9 bzw. Wagen befestigt und von diesem getragen ist. Der Linearvorschub 9 bzw. Wagen ist mittels eines nicht gezeigten Motors in einer Verfahrrichtung 6 über einen, beispielsweise 2 Millimeter betragenden, linearen Vorschub-Verfahrweg linear bewegbar. Der Linearvorschub 9 stützt sich über Führungselemente an einem auch als Wagensupport bezeichenbaren Stützkörper 10 ab und ist relativ zu diesem in der Verfahrrichtung 6 entlang des Stützkörpers 10 bewegbar. Das Messgerät 1 umfasst vorzugsweise drei Abstützfüße 7, über welche es entweder an der zu untersuchenden Probe, beispielsweise an einem zu untersuchenden Werkstück selbst oder an einer Auflage abstützbar ist. Das Messgerät 1 umfasst ferner eine im Bereich der Tastnadel 4 angeordnete, insbesondere fest angebrachte oder verfahrbare, Absaugdüse 12, mittels welcher der Tastweg bzw. die Abtaststrecke von etwaigen Verunreinigungen gesäubert werden kann. Schließlich umfasst das Messgerät 1 einen Näherungssensor bzw. Abstandssensor in Form einer hochauflösenden Mini-Kamera 8. Mit Hilfe der Mini-Kamera 8 kann überwacht bzw. gewährleistet werden, dass die Tastspitze 4 bei einer Annäherung an die Oberfläche der zu untersuchenden Probe nicht beschädigt wird, wobei zugleich eine schnelle Messung in einem der industriellen Anwendung genügenden Taktzyklus ermöglicht ist. Auch kann die Mini-Kamera 8 zur Kontrolle der Tastspitze 4 auf etwaige Beschädigungen eingesetzt werden. Ferner kann die Mini-Kamera 8 auch zur Überwachung einer korrekten Profilwiedergabe eines vorzugsweise vorhandenen Kalibrierprofils eingesetzt werden. Der Cantilever 3 und die Tastnadel 4 sind durch eine, vorzugsweise rohrförmige, Abschirmung 5 gegen Beschädigungen geschützt. Zur Messung des Oberflächenprofils und/oder der Rauheit der Oberfläche eines Körpers wird die Tastnadel 4 an die Oberfläche angenähert, wobei die Tastnadel 4 zugleich vibriert. Die Vibration kann durch Anlegen bzw. Aufbringen einer Wechselspannung induziert werden. Während des, vorzugsweise im Wesentlichen berührungslosen, „Abtastens“ der Oberfläche des Körpers durch ein lineares Verfahren bzw. Verschieben der Tastspitze 4 mit Hilfe des Linearvorschubes 9 entlang dessen Vorschub-Verfahrweges wird die Vibrationscharakteristik bzw. werden die Vibrationseigenschaften der Vibration bzw. der vibrierenden Tastnadel 4 mit Hilfe des in dem Cantilever 3 integrierten Messsystems gemessen, also insbesondere Phase, Amplitude und/oder Frequenz der Vibration. Aufgrund der durch atomare Kräfte bedingten Wechselwirkung der Tastspitze 4 mit der zu erfassenden Oberfläche des Körpers treten während des Abtastens in der Abtast- bzw. Verfahrrichtung 6 abhängig von dem Oberflächenprofil bzw. der Rauheit der Oberfläche des Körpers Veränderungen in der Vibrationscharakteristik bzw. der Vibrationseigenschaften auf. Anhand dieser Änderungen kann das jeweilige Oberflächenprofil bzw. die jeweilige Rauhheit der Oberfläche des Körpers rechnerisch bestimmt werden.
In 2 ist eine Messanordnung eines Messgeräts 1 gezeigt, bei dem zumindest ein Abstützfuß bzw. Abstützpunkt 7 des Messgeräts 1 möglichst nahe an der Tastspitze 4 angeordnet ist. Es ist zumindest ein weiterer Abstützfuß bzw. Abstützpunkt 7 derart angeordnet, dass die Messanordnung innerhalb der durch die Abstützfüße bzw. Abstützpunkte 7 definierten Fläche liegt. Bewegt man die ganze Vorrichtung bzw. dieses Messgerät 1, so wird bei einem Rauheitsmeßsystem von einem Gleitkufentaster gesprochen.
3 zeigt eine Messvorrichtung 1 mit einer Hebelarm- Ausführung. Dabei ist der die Tastnadel 4 tragende Cantilever 3 an einem starren Schwenkhebel 15 befestigt. Der Schwenkhebel 15 ist um eine Schwenk- bzw. Drehachse 14 schwenkbar. Dadurch kann der Cantilever 3 mit seiner Tastnadel 4 in einem gewünschten Messbereich, beispielsweise von bis zum 1 Millimeter, im Wesentlichen normal zu der zu untersuchenden Probenoberfläche ausgelenkt werden, bei einer Auflösung im Nanometerbereich. Der Schwenkhebel 15 trägt ein sekundäres Messsystem 13, mittels welchem die Winkelauslenkung des Schwenkhebels 15 erfasst und als Messgröße für die lokale Profilamplitude der Probenoberfläche dienen kann. Es ist dabei prinzipiell unerheblich, welche Art von Cantilevermeßsystem 13, beispielsweise kapazitiv, optisch, Piezoeffekt, DMS, etc., eingesetzt wird. Weiterhin kann anstelle eines einzigen Cantilevers auch ein Array bzw. eine Anordnung von mehreren Cantilevern eingesetzt werden, beispielsweise um zeitsparende Parallelabtastungen zu ermöglichen.
Selbstverständlich kann man die Nachstellung der Cantileverspitze in Normalenrichtung zur Oberfläche auch mit einem Höhen-Aktor, beispielsweise einem Piezostellelement, realisieren, wie beispielsweise in 1 (bei 11) und in 4 (bei 22) veranschaulicht.
Aus praktischen Gründen ist es besonders vorteilhaft, die Annäherung der Tastspitze 4 an die Objektoberfläche 21 einerseits schnellstmöglich zu bewerkstelligen, andererseits aber zu verhindern, dass die Tastspitze 4 beim „Auftreffen“ beschädigt wird. Dies kann durch einen geeigneten Näherungssensor, gleich welcher Art, beispielsweise einen optischen Sensor, insbesondere eine Digital-Kamera, vorzugsweise mit vorgesetzter Optik, erreicht werden (siehe 1 (bei 8) und 3 und 4 (bei 20). Alternativ oder ergänzend lässt sich auch eine so genannte Gleitkufe 16 einsetzen, die bereits aus der konventionellen Rauheitsmesstechnik bekannt ist (5). Hauptfunktion ist bei letzterer allerdings die Umgehung der Notwendigkeit einer hochgenauen Bezugsebene für das gemessene Profil, da der Gleitkufenweg die Referenz bzw. Referenzebene 17 ergibt. Dies gibt auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung Sinn, da zum einen die laterale Auflösung sehr viel höher und deshalb die Gleitkufenreferenz relativ besser ist und zum anderen, bei geeigneter Ausbildung, die Gleitkufe 16 auch einen mechanischen Schutz darstellt und zudem Vibrationen eliminiert. Dies gilt sowohl für die Gefahr einer Beschädigung von außen als auch beim Annähern der Tastnadel 4 an die Oberfläche, da im letzteren Fall die Gleitkufe 16 die annähernd richtige Position in Oberflächennormalenrichtung vorgibt. Bei der Gleitkufenversion ist die Gleitkufe 16 samt Meßsystem beweglich gelagert, da sie der Oberflächenkontur folgen können muss. Die Prinzipskizze gemäß 6 zeigt dies beispielhaft mit einer beweglichen Verbindung 19, die den Linearvorschub 18 und die Gleitkufe 16 mit dem Sekundär-Meßsystem 13 verbindet.
Da gegenüber der konventionellen Rauheitsmesstechnik die laterale Messpunktdichte bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bis um einen Faktor 1000 höher sein kann, wird die Messzeit ein praxisrelevanter Faktor. Es kann insbesondere aus diesem Grund sehr vorteilhaft sein, das Messgerät als eine Kombination aus einem primären Meßsystem, beispielsweise einem Cantilever-Tastsystem, und einem sekundären Meßsystem, beispielsweise einem konventionellen Diamantspitzen-Tastsystem, auszulegen (siehe beispielsweise 4). Mit Hilfe des Diamantspitzen-Tastsystems könnte beispielweise bei einer „Vormessung“ das zu erfassende Oberflächenprofil 21 ermittelt werden, allerdings nur mit einer systembedingt reduzierten lateralen Auflösung. In einer anschließenden „Nachmessung“ mit der Cantileverspitze 4 des Cantilever-Tastsystems könnte man dann das in der „Vormessung“ gemessene Profil in Oberflächennormalenrichtung mittels eines Aktuators nachbilden, mit dem Ziel, auf der Profilmessstrecke innerhalb des reduzierten Messbereichs des Cantilevers 3 zu bleiben und somit gegebenenfalls die Abtastgeschwindigkeit erhöhen zu können. Das primäre Meßsystem muss natürlich nicht unbedingt eine Tastnadel 4 sein, sondern kann auch als optischer Sensor 20 ausgebildet sein oder ein anderes physikalisches Wirkprinzip beinhalten (siehe beispielsweise die 3 und 4). Durch die gegebene endliche laterale Ausdehnung/Auflösung eines abtastenden Lichtstrahls bzw. einer Empfangsoptik kann die integrierende Wirkung einer mechanischen Gleitkufe nachgebildet werden. So kann auch der Grad der Defokussierung eines die Tastspitzenumgebung beobachtenden Kamerabildes als Maß für die lokale Probenoberflächenposition in vertikaler Richtung dienen.
Weiterhin kann man auch die rein mechanische Cantileverspitze 4 selbst ersetzen durch ein anderes Wirkprinzip, beispielsweise durch elektrische, optische, tribologische, thermische, chemische und/oder magnetische Wechselwirkung (siehe dazu beispielsweise die Veröffentlichung „Combining scanning probe microscopy with optical spectroscopy for applications in biology and materials science", Review Scientific Instr., 83, 061101, Juni 2012.
Eine hilfreiche Erweiterung kann der gleichzeitige Einsatz eines „state-of-the-art“ Oberflächenmeßsystems, bestehend aus einer Rauheitstastnadel 23 mit Hebel 15 und Meßsystem 13 zur Messung der Auslenkung des Hebels 15 und zusätzlich einer hochauflösenden Nanometer-Tastspitze 4 sein (4). Ordnet man, wie in 4 gezeigt, die beiden Nadeln 4 und 23 hintereinander an, die grobe Nadel 23 vorne in Abtastrichtung 24, so kann mittels dieser Nadel 23 das Mikro- Oberflächenprofil gemessen werden, wie schon bei bisherigen Rauheitsmessgeräten üblich. In einem geeigneten Abstand folgt dann die feine Nadel 4. Deren Höhensteuerung, beispielsweise über ein Piezostellelement 22, wird nun stark vereinfacht, da man das Profil 21 schon grob kennt und mit einem elektronischen oder Software-Predictor die Grobpositionierung der zweiten Nadel 4 steuern bzw. regeln kann oder andere Parameter, wie das Dynamikverhalten, an die Oberflächengestalt anpassen kann.
Es versteht sich, dass auch beide Nadelsysteme getrennt voneinander, aber im wesentlichen kolinear aufbaubar sind. Es versteht sich ferner, dass das Profil 21 auch mit zwei Nadeln zeitlich getrennt erfasst werden kann.
Das „Grobmeßsystem“ kann anstelle der Ausgestaltung mit einer Nadelauslenkung über einen Hebel auch mit einem alternativen Aktuator, beispielsweise mit einem Piezostellelement, ausgeführt sein.
Bezugszeichenliste

1: Meßgerät/Meßvorrichtung
2: Nadelträger/Cantileverträger
3: Cantilever
4: Tastnadel/Tastnadelspitze
5: Nadelschutz/Abschirmung/Cantilever- und Tastnadel-Schutzkörper
6: Verfahrrichtung
7: Abstützpunkt/Abstützfuß
8: Abstandssensor/Näherungssensor (Mini-)Kamera
9: Linearvorschub/Wagen
10: Stützkörper/Wagensupport
11: (Höhen) Aktuator/Piezostellelement/Hubtisch
12: Reinigungsvorrichtung/Absaugdüse
13: (Sekundär) Meßsystem
14: Schwenk-/Drehachse, Schwenk-/Drehlager
15: (Schwenk) Hebel
16: Mittel/Gleitkufe
17: (Referenz) Ebene
18: (Linear) Vorschub
19: (bewegliche) Verbindung
20: (Sekundär) Meßsystem/optischer Sensor/Kamera
21: (Objekt/Proben/Körper) Oberfläche
22: (Höhen) Aktuator/Piezostellelement (ohne/mit Meßsystem)
23: (konventionelle) Rauheitsmessnadel
24: Vorschubrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Dynamic behaviour of the tuning fork AFM probe“, Microelectronic Engineering, Volume 85, Issue 5–6, May 2008 [0030]
„Dynamic behaviour of the tuning fork AFM probe“, Microelectronic Engineering, Volume 85, Issue 5–6, May 2008 [0042]
„Combining scanning probe microscopy with optical spectroscopy for applications in biology and materials science“, Review Scientific Instr., 83, 061101, Juni 2012 [0049]

Claims

Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgerät (1) zur Erfassung eines Oberflächenprofils und/oder einer Rauheit einer Oberfläche (21) eines Körpers, das als Rasterkraftmikroskop mit einem eine vibrierende Tastnadel (4) tragenden Cantilever (3) ausgebildet ist, der unmittelbar oder mittelbar an einem motorisierten Linearvorschub (9, 18) befestigt und von diesem getragen ist, wobei der Linearvorschub (9, 18) einen linearen Vorschub-Verfahrweg aufweist, über den der Cantilever (3) zusammen mit seiner Tastnadel (4) linear bewegbar ist, und wobei der lineare Vorschub-Verfahrweg des Linearvorschubs (9, 18) größer ist als 0,5 Millimeter, und wobei wenigstens ein Meßsystem zur Erfassung der Auslenkung der Tastnadel (4) vorgesehen ist, das wenigstens ein Vibrations-Detektions-Mittel zur Detektion einer Vibrationscharakteristik der vibrierenden Tastnadel (4) des Cantilevers (3) oder des die Tastnadel (4) tragenden Cantilevers (3) während einer Annäherung der Tastnadel (4) an die Oberfläche (21) des Körpers enthält, und wobei die Tastnadel eine Tastnadelspitze (4) mit einem Spitzenradius aufweist, der kleiner ist als 500 Nanometer.
Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der lineare Vorschub-Verfahrweg des Linearvorschubs (9, 18) größer ist als 1,0 Millimeter oder größer ist als 2,0 Millimeter oder größer ist als 4,0 Millimeter.
Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spitzenradius der Tastnadelspitze (4) der Tastnadel des Cantilevers (3) kleiner ist als 100 Nanometer oder kleiner ist als 50 Nanometer oder kleiner ist als 30 Nanometer oder kleiner ist als 20 Nanometer.
Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearvorschub (9, 18) ein hochfrequentes Rauschen hat, das ab Frequenzen von einem Zehntel einer mittels der Tastnadelspitze (4) entlang der Oberfläche (21) des Körpers abgetasteten Abtaststrecke ungefiltert kleiner als drei Nanometer ist.
Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearvorschub (9, 18) mindestens eine x-Achse zur Bewegung des Cantilevers (3) mit seiner Tastnadel (4) in einer x-Richtung und/oder eine y-Achse zur Bewegung des Cantilevers (3) mit seiner Tastnadel (4) in einer y-Richtung und/oder eine z-Achse zur Bewegung des Cantilevers mit seiner Tastnadel (4) in einer z-Richtung und/oder wenigstens eine Drehachse zur Drehung des Cantilevers (3) mit seiner Tastnadel (4) um mindestens eine parallel zu einer oder der x-Richtung oder parallel zu einer oder der y-Richtung oder parallel zu einer oder der z-Richtung verlaufende Drehachse aufweist.
Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Tastnadel (4) oder nahe der Tastnadel (4) wenigstens ein hochauflösender Oberflächen- Näherungssensor (8, 20) zur Erfassung einer Annäherungsgeschwindigkeit relativ zu der Oberfläche (21) des Körpers und/oder zur Erfassung eines Abstandes der Tastnadelspitze (4) zu der Oberfläche (21) des Körpers angebracht ist.
Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tastnadel-Schutzkörper (5) zum Schutz der Tastnadel (4) gegen mechanische Beschädigungen oder ein Cantilever- und Tastnadel-Schutzkörper (5) zum Schutz des Cantilevers (3) und seiner Tastnadel (4) gegen mechanische Beschädigungen vorhanden ist.
Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Oberflächen-Inspektions-Mittel (8, 20) zur visuellen Inspektion der zu erfassenden Oberfläche (21) im Bereich oder in einer Umgebung der Tastnadelspitze (4) angeordnet ist.
Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Absenk-Mittel (11, 15, 22) zur automatisierten Absenkung der Tastnadel (4) auf die zu erfassende Oberfläche (21) und/oder ein Anhebe-Mittel (11, 15, 22) zur automatisierten Anhebung der Tastnadel (4) von der zu erfassenden Oberfläche (21) angeordnet ist oder sind.
Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Reinigungsvorrichtung (12) zur Reinigung der Oberfläche (21) des Körpers wenigstens bezüglich der mit der Tastnadel (4) des Cantilevers (3) abzutastenden Abtaststrecke angeordnet ist.
Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe oder in direkter Nachbarschaft der Tastnadel (4) des Cantilevers (3) wenigstens zwei Abstützfüße (7) vorgesehen sind.
Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Mittel (16) zur Überprüfung eines Kalibrierzustandes des Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgeräts (1) vorgesehen ist.
Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kontaminations-Erkennungs-Mittel (8, 20) zur Erkennung einer Kontamination der Tastnadelspitze (4) des Cantilevers (3) und/oder ein Kontaminations-Beseitigungs-Mittel (12) zur Beseitigung einer Kontamination der Tastnadelspitze (4) des Cantilevers (3) und/oder ein Tastspitzen-Überwachungs-Mittel (8, 20) zur Überwachung der Tastnadelspitze (4) des Cantilevers (3) auf etwaige Beschädigungen vorgesehen ist oder sind.
Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei, vorzugsweise voneinander unabhängig relativ zu der Oberfläche (21) des Körpers bewegliche, Tastspitzen (4, 23) mit jeweils zugeordneten separaten Auslenkungs-Meßsystemen (13) in einer Abtastrichtung parallel zu dem Vorschub-Verfahrweg betrachtet hintereinander angeordnet sind.
Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der hochauflösenden Tastspitze (4) der Tastnadel des Cantilevers (3), welcher ein erstes Auslenkungs-Meßsystem zur Messung einer Auslenkung und/oder einer Verbiegung des Cantilevers (3) oder zur Messung einer Auslenkung der Tastnadelspitze (4) der Tastnadel des Cantilevers (3) zugeordnet ist, eine Rauheitstastnadel (23) vorgesehen ist, die eine Tastnadelspitze mit einem Spitzenradius aufweist, der gleich groß oder größer ist als 200 Nanometer, wobei die Rauheitstastnadel (23) an einem um eine Schwenkachse (14) schwenkbaren starren Schwenkhebel (15) befestigt ist, dem ein zweites Auslenkungs-Meßsystem (13) zur Messung der Auslenkung des Schwenkhebels (15) zugeordnet ist.
Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese in jeweils senkrecht zueinander ausgebildeten Richtungen betrachtet ein maximale Breite von 50 Millimeter, eine maximale Höhe von 50 Millimeter und eine maximale Tiefe von 50 Millimeter aufweist.
Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Cantilever (3) an einem eine Breite und eine Länge aufweisenden Cantilever-Träger (2) befestigt ist und/oder dass der Cantilever (3) eine Breite und eine Länge aufweist, wobei die Breite kleiner ist als 5 Millimeter und die Länge größer ist als 10 Millimeter.
Oberflächenprofil- und/oder Rauheitsmessgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Tastnadel (4) versehene Cantilever (3) an einem messbereichserweiternden Tasthebel (15) oder Aktuator (11, 22) angebracht ist.