DE102019007304A1 - Oberflächeneigenschafts-messvorrichtung, regel- bzw. steuerverfahren hierfür und computerprogramprodukt - Google Patents

Oberflächeneigenschafts-messvorrichtung, regel- bzw. steuerverfahren hierfür und computerprogramprodukt Download PDF

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    • G05D15/01—Control of mechanical force or stress; Control of mechanical pressure characterised by the use of electric means

Abstract

Eine Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung beinhaltet einen Messarm, welcher abgestützt ist, um zu einer kreisförmigen gebogenen Bewegung fähig zu sein, einen Stift, welcher an einem distalen Ende des Messarms vorgesehen ist, einen Positionsänderungs-Detektor, welcher eine Änderung in einer Position des Messarms detektiert, und eine Messkraft-Aufbringeinrichtung (Schwingspulenmotor), welche den Messarm in einer Richtung einer kreisförmigen gebogenen Bewegung beaufschlagt und eine Messkraft aufbringt. Eine Regel- bzw. Steuervorrichtung beinhaltet eine zentrale Regel- bzw. Steuereinrichtung, welche eine Messkraft-Anweisung ausgibt, welche eine Anweisung für eine Orientierung und Größe der Messkraft ausgibt, und eine Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung, welche die Orientierung und Größe der Messkraft regelt bzw. steuert, welche durch die Messkraft-Aufbringeinrichtung erzeugt wird. Die Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung überwacht eine Positionsänderungs-Detektion, und wendet, wenn eine Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, ein Feedback bzw. eine Rückkopplung an.

Description

  • BEZUGNAHME AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Japanischen Anmeldung Nr. 2018-199956 , eingereicht am 24. Oktober 2018, deren Offenbarung ausdrücklich hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung, auf ein Regel- bzw. Steuerverfahren für die Vorrichtung und auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Eine Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung ist bekannt, welche Oberflächeneigenschaften (Kontur, Rauheit, Wellungen und/oder dgl.) eines gemessenen Gegenstands bzw. Objekts (messbaren Gegenstands oder zu messenden Gegenstands) durch ein Durchführen eines verfolgenden bzw. aufzeichnenden Abtastens bzw. Scannens einer Oberfläche des gemessenen Gegenstands mit einem Stift misst (siehe Japanische Patentoffenlegung Veröffentlichung Nr. 2012-225742 ). Die Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung, welche in der Japanischen Patentoffenlegung Veröffentlichung Nr. 2012-225742 geoffenbart ist, beinhaltet einen Messarm, welcher abgestützt ist bzw. wird, um zu einer kreisförmigen gebogenen Bewegung fähig zu sein, einen Stift, welcher an einem distalen Ende des Messarms vorgesehen ist, eine Messkraft-Aufbringeinrichtung, welche eine Kraft auf den Messarm derart ausübt, dass der Stift den gemessenen Gegenstand mit einer vorbestimmten Messkraft kontaktiert, einen Verlagerungsmechanismus, welcher bewirkt, dass sich der Messarm relativ zu einer Bühne verschiebt bzw. verlagert, und einen Positionsänderungs-Detektor, welcher eine Änderung in einer Position aufgrund der kreisförmigen gebogenen Bewegung des Messarms detektiert.
  • Es gibt einen Winkel, welcher eine Grenze ist, bis zu welcher die Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung folgen kann, während der Messarm eine abtastende Verlagerung durchführt (Verfolgungs- bzw. Spurfolge-Grenzwinkel). D.h., wenn ein Neigungswinkel einer gemessenen Oberfläche sanft ist (Neigungswinkel gleich wie oder geringer als der Verfolgungs-Grenzwinkel), kann der Stift eine abtastende Verlagerung durchführen, während er sich in Kontakt mit der gemessenen Oberfläche bei einer konstanten Messkraft befindet. Demgegenüber ist, wenn die gemessene Oberfläche eine Stufe mit einem großen Neigungswinkel aufweist und der Neigungswinkel den Verfolgungs-Grenzwinkel überschreitet bzw. übersteigt, der Stift nicht fähig, entlang der Neigung der gemessenen Oberfläche zu folgen, und er schwimmt auf und weg von der gemessenen Oberfläche, wonach sich der Stift wiederum unmittelbar der gemessenen Oberfläche annähert und mit dieser kollidiert (bezeichnet als ein Fallen bzw. Abfallen des Messarms). Wenn ein Herunterfallen bzw. Fallen des Messarms auftritt, gibt es eine Möglichkeit, dass der Stift und der gemessene Gegenstand durch die Kollision beschädigt werden können. In Antwort bzw. Reaktion darauf hat der Anmelder der vorliegenden Anmeldung eine Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung vorgeschlagen, welche eine ungünstige Situation, wie beispielsweise dass der Stift mit dem gemessenen Gegenstand kollidiert, verhindern kann (siehe Patent Nr. 6133678) .
  • Die Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung, welche in dem Japanischen Patent Nr. 6133678 geoffenbart ist, beinhaltet einen Messkraft-Anweisungsabschnitt, welcher eine Messkraft-Anweisung bzw. -Instruktion ausgibt, welche eine Anweisung bzw. Instruktion für eine Orientierung und Größe der Messkraft ausgibt, und eine Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung, welche die Orientierung und Größe der Messkraft, welche durch die Messkraft-Aufbringeinrichtung erzeugt wird, durch ein Anlegen bzw. Anwenden eines Regel- bzw. Steuersignals zu der Messkraft-Aufbringeinrichtung regelt bzw. steuert. Die Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung bzw. der Messkraft-Controller weist eine Konfiguration auf, in welcher ein Positionsänderungs-Detektionssignal von dem Positionsänderungs-Detektor überwacht wird, und wenn eine Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms gleich wie oder geringer als ein vorbestimmter Schwellwert ist, wird das Regel- bzw. Steuersignal zu der Messkraft-Aufbringeinrichtung zugeführt bzw. daran angewandt, um eine Messkraft mit der Orientierung und Größe entsprechend der Messkraft-Anweisung zu erzeugen, und wenn die Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms den vorbestimmten Schwellwert überschreitet, wird ein Feedback bzw. eine Rückkopplung angewandt, um in der Messkraft-Aufbringeinrichtung eine Kraft in einer Richtung zu erzeugen, welche ein distales Ende des Messarms nach oben anhebt. Derart kann gemäß der Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung, welche in dem Japanischen Patent Nr. 6133678 geoffenbart ist, selbst wenn die Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms den vorbestimmten Schwellwert überschreitet bzw. übersteigt (wenn ein Fallen des Messarms auftritt), eine Rückkopplung angewandt werden, um in der Messkraft-Aufbringeinrichtung eine Kraft in einer Richtung zu erzeugen, welche das distale Ende des Messarms nach oben anhebt, und es kann ein Fallen des Messarms, in welchem der Stift mit dem gemessenen Gegenstand kollidieren kann, unterdrückt werden.
  • Wie dies oben erwähnt ist, kann mit bzw. bei der Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung, welche in dem Japanischen Patent Nr. 6133678 geoffenbart ist, ein Fallen des Messarms, in welchem der Stift mit dem gemessenen Gegenstand kollidieren kann, unterdrückt werden. Jedoch ist in der Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung, welche in dem Japanischen Patent Nr. 6133678 geoffenbart ist, der vorbestimmte Schwellwert, welcher als eine Entscheidungsreferenz für die Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms dient, ein konstanter Wert, und es besteht daher eine Möglichkeit, dass die folgenden ungünstigen bzw. nachteiligen Situationen auftreten können. Wenn die Messgeschwindigkeit des Messarms (Geschwindigkeit einer abtastenden Betätigung bzw. eines abtastenden Vorgangs des Messarms) konstant ist, kann, wenn eine Neigung des gemessenen Gegenstands gering ist, der Messarm entlang der Neigung folgen, wobei jedoch, wenn die Neigung des gemessenen Gegenstands groß und/oder stufenförmig ist, der Messarm von der geneigten Oberfläche aufschwimmen kann und ein Fallen auftreten kann. Demgegenüber wird für eine geneigte Oberfläche, welche denselben Neigungswinkel hat, je größer die Messgeschwindigkeit ist, umso größer die Positionsänderungs-Geschwindigkeit, wobei ebenso am Ende ein Aufschwimmen bzw. Anheben von der geneigten Oberfläche und Fallen auftreten. In Antwort auf dieses Fallen wird eine Fall-Verhinderungsfunktion durch die Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung des Japanischen Patents Nr. 6133678 zur Verfügung gestellt, wobei jedoch, wenn der Schwellwert ein konstanter Wert ist, eine Möglichkeit besteht, dass der Schwellwert nicht geeignet bzw. entsprechend eine Vielzahl von Bedingungen aufnehmen kann. Beispielsweise arbeitet, wenn der Schwellwert gering ist, die Fall-Verhinderungsfunktion zuverlässig für eine Vielzahl von Messgeschwindigkeiten oder Neigungswinkeln, wobei es jedoch eine Möglichkeit gibt, dass ein Messvorgang bzw. eine Messaufgabe nicht sanft durchgeführt werden kann, da die Fall-Verhinderungsfunktion häufig wirkt. Demgegenüber ist bzw. wird, wenn der Schwellwert groß ist, die Fall-Verhinderungsfunktion be- bzw. verhindert, wobei es jedoch eine Möglichkeit gibt, dass eine Situation entstehen bzw. auftreten kann, in welcher die Fall-Verhinderungsfunktion nicht zuverlässig arbeitet.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Ziel bzw. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung und ein Regel- bzw. Steuerverfahren für die Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, in welchen eine Messaufgabe sanft durchgeführt werden kann, während zuverlässig ein Fallen bzw. Abfallen eines Stifts auf der Basis einer Vielzahl von Messbedingungen bzw. -zuständen verhindert wird.
  • Dieser Gegenstand wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Eine Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ausgestattet oder kann ausgestattet bzw. ausgerüstet sein mit einem Oberflächeneigenschafts-Messinstrument, welches eine Oberflächeneigenschaft einer gemessenen Oberfläche eines gemessenen Objekts bzw. Gegenstands durch ein Durchführen eines aufzeichnenden bzw. verfolgenden Abtastens bzw. Scannens der gemessenen Oberfläche misst, während es sich in Kontakt mit der gemessenen Oberfläche befindet, einem Mechanismus einer relativen Verschiebung bzw. Verlagerung, welcher relativ das Oberflächeneigenschafts-Messinstrument und den gemessenen Gegenstand in drei Dimensionen derart verschiebt bzw. verlagert, dass das Oberflächeneigenschafts-Messinstrument ein verfolgendes Abtasten entlang der gemessenen Oberfläche durchführt, und einer Regel- bzw. Steuervorrichtung, welche Vorgänge bzw. Betätigungen des Oberflächeneigenschafts-Messinstruments und des Mechanismus für eine relative Verlagerung regelt bzw. steuert. Das Oberflächeneigenschafts-Messinstrument beinhaltet einen Messarm, welcher abgestützt ist bzw. wird, um zu einer kreisförmigen gebogenen bzw. winkelmäßigen Bewegung mit einer Dreh- bzw. Rotationswelle als einem Schwenkpunkt fähig zu sein, einen Stift, welcher an oder nahe einem distalen Ende des Messarms vorgesehen ist, einen Positionsänderungs-Detektor, welcher eine Änderung in einer Position aufgrund der kreisförmigen gebogenen Bewegung des Messarms detektiert, und eine Messkraft-Aufbringeinrichtung, welche den Messarm in einer kreisförmigen gebogenen Bewegungsrichtung bzw. Richtung einer kreisförmigen gebogenen Bewegung beaufschlagt und eine Messkraft auf den Stift aufbringt. Die Regel- bzw. Steuervorrichtung beinhaltet einen Messkraft-Anweisungsabschnitt, welcher eine Messkraft-Anweisung bzw. -Instruktion ausgibt, welche eine Anweisung für eine Orientierung und/oder Größe der Messkraft ausgibt, und eine Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung bzw. einen Messkraft-Controller, welche(r) die Orientierung und/oder Größe der Messkraft, welche durch die Messkraft-Aufbringeinrichtung erzeugt wird, durch ein Anwenden bzw. Anlegen eines Regel- bzw. Steuersignals an der Messkraft-Aufbringeinrichtung regelt bzw. steuert. Die Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung legt einen bestimmten (vorbestimmten oder vorbestimmbaren) Schwellwert für eine Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms in Übereinstimmung mit der Messgeschwindigkeit des Oberflächeneigenschafts-Messinstruments relativ zu dem gemessenen Gegenstand fest, überwacht ein Positionsänderungs-Detektionssignal von dem Positionsänderungs-Detektor, und legt bzw. wendet, wenn die Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms gleich wie oder geringer als der bestimmte (vorbestimmte oder vorbestimmbare) Schwellwert ist, das Regel- bzw. Steuersignal an der Messkraft-Aufbringeinrichtung an, um eine Messkraft mit einer Orientierung und/oder Größe entsprechend der Messkraft-Anweisung zu erzeugen, und wendet, wenn die Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms den bestimmten (vorbestimmten oder vorbestimmbaren) Schwellwert überschreitet, eine Rückkopplung bzw. ein Feedback an, um in der Messkraft-Aufbringeinrichtung eine Kraft in einer Richtung zu erzeugen, welche das distale Ende des Messarms aufwärts bzw. nach oben anhebt.
  • Gemäß einer besonderen Ausführungsform beinhaltet die Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung einen Messkraft-Anweisungsspannungs-Generator, welcher eine Messkraft-Anweisungsspannung erzeugt bzw. generiert, welche ein Spannungssignal ist, welches einem Wert der Messkraft-Anweisung entspricht, einen Feedbacksignal-Generator, welcher ein Rückkopplungs- bzw. Feedbacksignal erzeugt, welches ein Spannungssignal ist, welches in der Messkraft-Aufbringeinrichtung eine Kraft in einer Richtung erzeugt, welche das distale Ende des Messarms nach oben anhebt, eine Subtrahiereinrichtung, welche das Feedbacksignal von der Messkraft-Anweisungsspannung subtrahiert, und eine Entscheidungsschaltung, welche basierend auf dem Positionsänderungs-Detektionssignal von dem Positionsänderungs-Detektor entscheidet, ob die Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms den bestimmten (vorbestimmten oder vorbestimmbaren) Schwellwert überschreitet. Vorzugsweise wird, wenn die Entscheidungsschaltung entscheidet, dass die Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms den bestimmten (vorbestimmten oder vorbestimmbaren) Schwellwert überschreitet, das Feedbacksignal zu der Subtrahiereinrichtung eingegeben.
  • Insbesondere ist bzw. wird der Feedbacksignal-Konfigurator konfiguriert durch eine Frequenz-Spannungs-Umwandlungs- bzw. -Wandlerschaltung, welche ein Spannungssignal erzeugt, welches einem Frequenzwert des Positionsänderungs-Detektionssignals von dem Positionsänderungs-Detektor entspricht.
  • Weiters ist bzw. wird insbesondere ein Schalt- bzw. Umschaltmechanismus zwischen dem Feedbacksignal-Generator und der Subtrahiereinrichtung zur Verfügung gestellt, und es stellt die Entscheidungsschaltung den Schaltmechanismus auf EIN, wenn die Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms den bestimmten (vorbestimmten oder vorbestimmbaren) Schwellwert übersteigt bzw. überschreitet, und stellt der Umschaltmechanismus auf AUS, wenn die Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms gleich wie oder kleiner als der bestimmte (vorbestimmte oder vorbestimmbare) Schwellwert ist.
  • Weiters misst insbesondere, wenn der Umschaltmechanismus AUS ist, das Oberflächeneigenschafts-Messinstrument die Oberflächeneigenschaft der gemessenen Oberfläche.
  • Weiters speichert insbesondere die Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung eine Schwellwerttabelle, welche eine Beziehung bzw. Entsprechung zwischen der Messgeschwindigkeit und dem Schwellwert zeigt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Regel- bzw. Steuerverfahren für eine Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung zur Verfügung gestellt, welche mit einem Oberflächeneigenschafts-Messinstrument, welches einen Messarm, welcher abgestützt wird, um zu einer kreisförmigen gebogenen Bewegung mit einer Rotationswelle als einem Schwenkpunkt fähig zu sein, einen Stift, welcher an einem distalen Ende des Messarms vorgesehen wird, einen Positionsänderungs-Detektor, welcher eine Änderung in einer Position aufgrund der kreisförmigen gebogenen Bewegung des Messarms detektiert, und eine Messkraft-Aufbringeinrichtung aufweist, welche den Messarm in einer kreisförmigen gebogenen Bewegungsrichtung bzw. Richtung einer kreisförmigen Bewegung beaufschlagt und eine Messkraft auf den Stift aufbringt; und einem Mechanismus einer relativen Verlagerung ausgerüstet ist, welcher das Oberflächeneigenschafts-Messinstrument und einen messbaren Gegenstand in drei Dimensionen derart verlagert bzw. verschiebt, dass das Oberflächeneigenschafts-Messinstrument ein verfolgendes bzw. aufzeichnendes Abtasten bzw. Scannen entlang einer gemessenen Oberfläche des gemessenen Gegenstands durchführt. In dem Regel- bzw. Steuerverfahren wird bzw. werden eine Orientierung und/oder Größe der Messkraft, welche durch die Messkraft-Aufbringeinrichtung erzeugt wird, durch ein Anwenden bzw. Anlegen an die Messkraft-Aufbringeinrichtung eines Regel- bzw. Steuersignals geregelt bzw. gesteuert, welches auf einer Messkraft-Anweisung basiert, welche eine Anweisung bzw. Instruktion für die Orientierung und/oder Größe der Messkraft ausgibt; wird ein bestimmter
    (vorbestimmter oder vorbestimmbarer) Schwellwert für eine Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms in Übereinstimmung mit der Messgeschwindigkeit des Oberflächeneigenschafts-Messinstruments relativ zu dem messbaren Gegenstand eingestellt bzw. festgelegt; wird ein Positionsänderungs-Detektionssignal von dem Positionsänderungs-Detektor überwacht, und wird, wenn die Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms gleich wie oder geringer als der bestimmte (vorbestimmte oder vorbestimmbare) Schwellwert ist, das Regel- bzw. Steuersignal an der Messkraft-Aufbringeinrichtung angewandt bzw. an dieser angelegt, um eine Messkraft mit einer Orientierung und/oder Größe entsprechend der Messkraft-Anweisung zu erzeugen; und wird, wenn die Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms den bestimmten (vorbestimmten oder vorbestimmbaren) Schwellwert überschreitet, ein Feedback bzw. eine Rückkopplung angewandt bzw. angelegt, um in der Messkraft-Aufbringeinrichtung eine Kraft in einer Richtung zu erzeugen, welche das distale Ende des Messarms nach oben anhebt.
  • Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt zur Verfügung gestellt, welches computerlesbare Instruktionen bzw. Anweisungen umfasst, welche, wenn auf ein geeignetes System geladen und auf diesem ausgeführt, die Schritte des obigen Regel- bzw. Steuerverfahrens für eine Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung durchführen.
  • Gemäß dem Obigen kann ein Abfallen bzw. Fallen eines Messarms, in welchem ein Stift mit einem gemessenen Gegenstand bzw. Objekt kollidieren kann, unterdrückt werden.
  • Figurenliste
  • Die vorliegende Erfindung wird weiter in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die festgestellte Vielzahl von Zeichnungen anhand von nicht-beschränkenden Beispielen von beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, in welchen gleiche Bezugszeichen ähnliche Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen repräsentieren. Es sollte verstanden werden, dass, selbst obwohl Ausführungsformen getrennt beschrieben werden, einzelne Merkmale davon zu zusätzlichen Ausführungsformen kombiniert werden können.
    • 1 illustriert eine Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 2 illustriert eine Konfiguration eines X-Achsen-Antriebsmechanismus und eines Oberflächeneigenschafts-Messinstruments in der ersten Ausführungsform;
    • 3 ist ein funktionelles Blockdiagramm für eine Regel- bzw. Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
    • 4 ist ein funktionelles Blockdiagramm für eine Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
    • 5 illustriert eine Beziehung zwischen einer Messgeschwindigkeit und einem Schwellwert (Fall-Detektionsgeschwindigkeit) in der ersten Ausführungsform;
    • 6A und 6B illustrieren eine kontinuierliche Messung eines gemessenen Gegenstands W, welcher eine nach unten gerichtete Oberfläche SD und eine nach oben gerichtete Oberfläche SU aufweist, in der ersten Ausführungsform;
    • 7 illustriert die mathematischen Vorzeichen positiv und negativ für ein Signal in der ersten Ausführungsform;
    • 8 illustriert eine Abtast- bzw. Scanmessung einer gemessenen Oberfläche, wo ein Neigungswinkel sanft ist, in der ersten Ausführungsform; und
    • 9 illustriert eine abtastende bzw. Scanmessung einer gemessenen Oberfläche, welche eine Stufe mit einem großen Neigungswinkel aufweist, in der ersten Ausführungsform.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die hierin gezeigten Einzelheiten dienen lediglich als Beispiel und für Zwecke einer illustrativen Diskussion der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und werden aus dem Grund präsentiert, um bereitzustellen, wovon angenommen wird, dass es die nützlichste und am leichtesten verständliche Beschreibung der Prinzipien und konzeptionellen Aspekte der vorliegenden Erfindung ist. In diesem Hinblick wird kein Versuch gemacht, strukturelle Details der vorliegenden Erfindung in größerem Detail zu zeigen, als dies für das fundamentale Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig ist, wobei die Beschreibung, wenn sie mit den Zeichnungen genommen wird, Fachleuten ersichtlich macht, wie die Formen der vorliegenden Erfindung in der Praxis verkörpert werden können.
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Erste Ausführungsförm
  • 1 illustriert eine Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung 100. Die Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung 100 beinhaltet einen Oberflächeneigenschafts-Messapparat 200 und eine Regel- bzw. Steuervorrichtung 300 (als eine besondere Regel- bzw. Steuereinrichtung bzw. einen besonderen Controller). Die tatsächliche Konfiguration des Oberflächeneigenschafts-Messapparats 200 ist allgemein bekannt, wobei jedoch eine einfache Beschreibung hier gegeben wird. Der Oberflächeneigenschafts-Messapparat 200 beinhaltet eine Basis 210, eine Bühne 220, welche auf der Oberseite der Basis 210 angeordnet ist und einen gemessenen Gegenstand (messbaren Gegenstand oder Gegenstand, welcher zu messen ist) W auf einer Anordnungsoberfläche (z.B. einer oberen Oberfläche) davon angeordnet oder anordenbar aufweist, ein Oberflächeneigenschafts-Messinstrument 230, welches wenigstens einen Stift aufweist, welcher einen Kontakt mit einer gemessenen Oberfläche (messbaren Oberfläche oder Oberfläche, welche zu messen ist) S herstellt und insbesondere auch kleine Anstiege und/oder Absenkungen des Stifts detektiert, und einen Mechanismus einer relativen Verschiebung bzw. Verlagerung (als einen besonderen Motor für eine relative Verlagerung) 250, welcher eine relative Verschiebung bzw. Verlagerung des Oberflächeneigenschafts-Messinstruments 230 und der Bühne 220 bewirkt.
  • Mechanismus 250 einer relativen Verlagerung
  • Zuerst wird der Mechanismus 250 für eine relative Verlagerung nachfolgend beschrieben. Der Mechanismus 250 für eine relative Verlagerung bzw. relative Verlagerungsmechanismus beinhaltet insbesondere einen Y-Achsen-Antriebsmechanismus 260, einen Z-Achsen-Antriebsmechanismus 270 und/oder einen X-Achsen-Antriebsmechanismus 280. Der Y-Achsen-Antriebsmechanismus 260 ist insbesondere zwischen der Basis 210 und der Bühne 220 vorgesehen, und/oder verschiebt bzw. verlagert die Bühne bzw. Ebene 220 in einer Richtung (Y-Achsen-Richtung) der horizontalen Richtungen. In diesem Beispiel ist bzw. wird die Y-Achsen-Richtung als eine Richtung normal auf die Ebene des Zeichnungsblatts in 1 definiert. Zusätzlich beinhaltet der Z-Achsen-Antriebsmechanismus 270 insbesondere eine Z Säule 271, welche aufrecht auf einer oberen Oberfläche der Basis 210 steht bzw. aufragt, und/oder einen Z Schieber 272, welcher vorgesehen ist, um zu einem Ansteigen und Absenken in einer vertikalen Richtung (Z-Achsen-Richtung) auf der Z Säule 271 fähig zu sein. Detaillierte Illustrationen des Y-Achsen-Antriebsmechanismus 260 und des Z-Achsen-Antriebsmechanismus 270 werden weggelassen, wobei jedoch die Mechanismen insbesondere durch einen Förderschneckenmechanismus konfiguriert bzw. aufgebaut sein können, welcher eine Kugelumlaufspindel bzw. -welle und ein Mutternglied aufweist, welches beispielsweise gewindemäßig auf der Kugelumlaufspindel montiert ist. Ein Positionsdetektor 261 der Y-Richtung (siehe 3) für ein Detektieren einer relativen Änderung in einer Position zwischen der Basis 210 und der Bühne 220 ist in dem Y-Achsen-Antriebsmechanismus 260 installiert, und ein Positionsdetektor 273 für die Z-Richtung (siehe 3) für ein Detektieren eines Ausmaßes bzw. einer Größe eines Anstiegs und eines Absenkens des Z Schiebers bzw. der Z Gleiteinrichtung 272 ist in dem Z-Achsen-Antriebsmechanismus 270 installiert.
  • Der X-Achsen-Antriebsmechanismus 280 ist insbesondere im Inneren des Z Schiebers 272 vorgesehen und/oder verlagert das Oberflächeneigenschafts-Messinstrument 230 in der X-Achsen-Richtung. Die X-Achsen-Richtung ist eine Links-Rechts-Richtung auf der Ebene des Zeichnungsblatts in 1. D.h., die X-Achsen-Richtung ist eine Richtung, welche orthogonal auf die Verlagerungsrichtung der Bühne 220 (Y-Achsen-Richtung) und die Verlagerungsrichtung des Z Schiebers 272 (Z-Achsen-Richtung) ist.
  • 2 ist ein Diagramm, welches eine Konfiguration des X-Achsen-Antriebsmechanismus und des Oberflächeneigenschafts-Messinstruments illustriert. In 2 sind bzw. werden das Innere des Z Schiebers 272 und das Innere eines Gehäuses bzw. einer Ummantelung 236 des Oberflächeneigenschafts-Messinstruments 230 illustriert. Der X-Achsen-Antriebsmechanismus 280 beinhaltet wenigstens eine Führungsschiene 281, einen X Schieber bzw. eine X Gleiteinrichtung 282, einen Positionsdetektor 283 für die X-Richtung und/oder einen Zufuhrmechanismus 284.
  • Die Führungsschiene 281 ist fix entlang der X-Richtung vorgesehen, und der X Schieber 282 ist vorgesehen, um zu einer schiebenden bzw. gleitenden Verlagerung über die Führungsschiene 281 fähig zu sein. Der Positionsdetektor 283 für die X-Richtung detektiert eine Position in X-Achsen-Richtung des X Schiebers 282. Der Zufuhrmechanismus 284 beinhaltet eine Förderschneckenwelle 285, einen Motor 286 und einen Leistungsübertragungsmechanismus 287, und/oder die Förderschneckenwelle 285 und der X Schieber 282 sind gewindemäßig bzw. verschraubbar aneinander montiert. Eine Rotationsleistung des Motors 286 wird auf die Förderschneckenwelle 285 über den Leistungsübertragungs- bzw. Getriebemechanismus 287 übertragen. Der X Schieber 282 verschiebt bzw. verlagert sich entlang der X-Achsen-Richtung aufgrund der Rotation der Förderschneckenwelle 285.
  • Oberflächeneigenschafts-Messinstrument 230
  • Als nächstes wird eine Konfiguration des Oberflächeneigenschafts-Messinstruments 230 beschrieben. Das Oberflächeneigenschafts-Messinstrument 230 beinhaltet einen Träger 231, einen Messarm 233, Stifte 233U und 233D, ein Ausgleichsgewicht 234, einen Positionsänderungs-Detektor 235, eine Messkraft-Aufbringeinrichtung 240 und/oder das Gehäuse bzw. die Ummantelung 236.
  • Der Träger 231 ist insbesondere von dem X Schieber 282 abgehängt und auf diesem abgestützt, und der Messarm 233 ist insbesondere abgestützt, um zu einem Oszillieren (kreisförmige gebogene bzw. winkelmäßige Bewegung) in der vertikalen Richtung mit einer Rotations- bzw. Drehwelle 232 als einem Schwenkpunkt fähig zu sein. Die Stifte 233U und 233D sind an oder nahe einem distalen Ende (linken Ende in 2) des Messarms 233 vorgesehen, wobei sie insbesondere normal relativ zu einer Längsrichtung des Messarms 233 vorragen. Dieses Beispiel ist konfiguriert bzw. aufgebaut, wobei der Stift 233U nach oben gerichtet vorgesehen ist und der Stift 233D nach unten gerichtet vorgesehen ist. Das Ausgleichsgewicht 234 ist an oder nahe einer Basisendseite (rechten Ende in 2) des Messarms 233 vorgesehen, um zu ermöglichen, dass eine Position des Ausgleichsgewichts 234 eingestellt wird.
  • Der Positionsänderungs-Detektor 235 detektiert ein Ausmaß bzw. eine Größe einer (insbesondere kreisförmigen gebogenen) Bewegung des Messarms 233 (Ausmaß einer Änderung in einer Position in der Z-Achsen-Richtung). Der Positionsänderungs-Detektor 235 beinhaltet spezifisch eine Skala 235A, welche Skalenmarkierungen (nicht gezeigt in den Zeichnungen) aufweist, welche entlang der Richtung der kreisförmigen gebogenen Bewegung des Messarms 233 gekrümmt sind, und/oder einen Detektionskopf 235B, welcher gegenüberliegend zu der Skala 235A vorgesehen ist. Die Skala 235A ist an dem Messarm 233 an der Basisendseite des Messarms 233 fixiert, um eine Position integral bzw. gemeinsam mit dem Messarm 233 zu ändern. Zusätzlich ist der Detektionskopf 235B fixiert an dem Träger 231 durch ein Support- bzw. Abstützglied eingesetzt bzw. angelenkt, welches in den Zeichnungen nicht gezeigt ist. Die (kreisförmige gebogene) Bewegung des Messarms wird durch den Detektionskopf 235B detektiert, und der Detektionskopf 235B gibt wenigstens ein Signal, insbesondere eine Anzahl von Pulssignalen (Positionsänderungs-Detektionspulssignale) aus, welches dem Ausmaß einer kreisförmigen gebogenen Bewegung des Messarms 233 entspricht.
  • Die Messkraft-Aufbringeinrichtung 240 ist insbesondere oder umfasst wenigstens einen Schwingspulenmotor, welcher in Richtung zu dem Basisende des Messarms 233 angeordnet ist, und ist fähig, eine Kraft auf den Messarm 233 aufzubringen bzw. anzuwenden, so dass das distale Ende des Messarms 233 in einer Aufwärtsrichtung oder einer Abwärtsrichtung beaufschlagt wird. Die Messkraft-Aufbringeinrichtung 240 ist bzw. wird insbesondere konfiguriert durch einen Magnet 241 und eine Schwingspule 242 oder umfasst diese. Der Magnet 241 weist eine zylindrische Form bzw. Gestalt auf und ist auf halbem Weg bzw. mittig auf dem Messarm 233 vorgesehen. Die Schwingspule 242 ist derart angeordnet, dass der Magnet 241 durch sie verläuft. Die Schwingspule 242 ist fixiert vorgesehen und kann beispielsweise an dem Träger 231 fixiert sein.
  • Wenn ein elektrischer Strom durch die Schwingspule 242 fließt bzw. strömt, wird eine magnetische Kraft in der Schwingspule 242 erzeugt. Wenn dies auftritt, wird das distale Ende des Messarms 233 in der Aufwärtsrichtung oder Abwärtsrichtung durch ein Zusammenwirken der Schwingspule 242 und des Magnets 241 beaufschlagt. Zu dieser Zeit ändert sich, wenn sich die Stromstärke (Wert des elektrischen Stroms), welche durch die Schwingspule 242 strömt, ändert, die Stärke der beaufschlagenden Kraft, welche auf den Messarm aufgebracht bzw. angewandt wird. Demgemäß wird eine Messkraft-Aufbringeinrichtung, welche sowohl eine Kontaktkraft zwischen dem Stift und der gemessenen Oberfläche S (d.h. die Messkraft) aufbringt bzw. anwendet und diese Kraft modifiziert, durch diese Konfiguration erzielt bzw. erhalten.
  • Zusätzlich wird durch ein Umschalten der Richtung des elektrischen Stroms, welcher durch die Schwingspule 242 strömt, die Richtung der beaufschlagenden Kraft umgeschaltet, welche auf den Messarm 233 angewandt bzw. ausgeübt bzw. daran angelegt wird. Beispielsweise bedeutet dies, wo das distale Ende des Messarms 233 nach oben beaufschlagt wurde, dass sich die Beaufschlagung nach abwärts bzw. unten ändert. Demgemäß wirkt die Messkraft-Aufbringeinrichtung 240 auch als eine Messlage-Umschalteinrichtung.
  • In der obigen Konfiguration kann das Oberflächeneigenschafts-Messinstrument 230 relativ in drei Dimensionen relativ zu dem gemessenen Gegenstand W durch den Mechanismus 250 einer relativen Verlagerung (Y-Achsen-Antriebsmechanismus 260, Z-Achsen-Antriebsmechanismus 270 und X-Achsen-Antriebsmechanismus 280) verschoben bzw. verlagert werden. Auch führt das Oberflächeneigenschafts-Messinstrument 230 eine abtastende Verlagerung entlang der gemessenen Oberfläche S durch oder kann diese erzielen, während sich die Stifte 233U und 233D des Oberflächeneigenschafts-Messinstruments 230 in Kontakt mit der gemessenen Oberfläche S befinden. Kleine Anstiege und Absenkungen der Stifte 233U und 233D zu dieser Zeit werden durch den Positionsänderungs-Detektor 235 als ein Ausmaß bzw. eine Größe einer Oszillation des Messarms 233 detektiert bzw. festgestellt. Demgemäß wird nicht nur eine Konturform bzw. -gestalt des gemessenen Gegenstands bzw. Objekts W gemessen oder detektiert, sondern es kann auch eine Oberflächeneigenschaft (kleine Unebenheit, Oberflächenrauheit, Wellung) der gemessenen Oberfläche gemessen oder detektiert werden.
  • In diesem Beispiel ist für den Messarm 233 des Oberflächeneigenschafts-Messinstruments 230 gefordert, dass er genau in Übereinstimmung mit einer feinen Unebenheit in der gemessenen Oberfläche oszilliert. Demgemäß kann der Messarm 233 nicht fixiert abgestützt werden. In einem Zustand, welcher axial durch die Rotationswelle 232 abgestützt ist, um zu einem Oszillieren bzw. Schwingen fähig zu sein, wird der Messarm 233 abgestützt, während seine Balance aufgrund des Ausgleichsgewichts 234, die beaufschlagende Kraft von der Messkraft-Aufbringeinrichtung 240 und die entgegengesetzte Kraft von der gemessenen Oberfläche fein beibehalten bzw. aufrecht erhalten wird.
  • Regel- bzw. Steuervorrichtung 300
  • 3 ist ein funktionelles Blockdiagramm für die Regel- bzw. Steuervorrichtung 300. Die Regel- bzw. Steuervorrichtung 300 beinhaltet einen Interface- bzw. Schnittstellenabschnitt 310, eine zentrale Regel- bzw. Steuereinrichtung bzw. einen zentralen Controller (Messkraft-Anweisungsabschnitt) 320, einen Speicher 330, einen Detektionsschaltungsabschnitt 340, eine Betätigungs-Regel- bzw. -Steuereinrichtung bzw. einen Betätigungs-Controller 350 und eine Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung bzw. einen Messkraft-Controller (Messkraft-Regel- bzw. -Steuerschaltung) 400.
  • Die Regel- bzw. Steuervorrichtung 300 ist mit einer externen Eingabevorrichtung 311 und Ausgabevorrichtung 312 insbesondere über den Interface-Abschnitt 310 verbunden oder verbindbar. Zusätzlich zu einer Tastatur oder Maus kann die Eingabevorrichtung 311 auch verschiedene Arten von Datenleseeinrichtungen sein. Zusätzlich zu einer Anzeigevorrichtung oder einem Drucker kann die Ausgabevorrichtung 312 auch verschiedene Arten von Berechnungsvorrichtungen sein, welche eine Form bzw. Gestalt einer gemessenen Oberfläche unter Verwendung einer Datenberechnung finden.
  • Die zentrale Regel- bzw. Steuereinrichtung bzw. der zentrale Controller 320 ist eine bekannte zentrale Be- bzw. Verarbeitungseinheit (CPU) und handhabt umfassend alle Vorgänge der Regel- bzw. Steuervorrichtung 300. Der Speicher 330 kann ein ROM oder RAM oder ein anderer Speicher sein und speichert verschiedene Arten von Betätigungs-Regel- bzw. -Steuerprogrammen und dient auch als ein Puffer während einer Dateneingabe und -ausgabe.
  • Der Detektionsschaltungsabschnitt 340 detektiert Signale (beispielsweise Pulssignale) von dem Y-Richtungs-Positionsdetektor 261, dem Z-Richtungs-Positionsdetektor 273, dem X-Richtungs-Detektionsdetektor 283 und/oder dem Positionsänderungs-Detektor 235 und gibt extern die Signale als Messdaten über den Interface-Abschnitt 310 aus.
  • Die Betätigungs-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 350 legt ein Antriebssignal an den Y-Achsen-Antriebsmechanismus 260, den Z-Achsen-Antriebsmechanismus 270 und den X-Achsen-Antriebsmechanismus 280 an und bewirkt, dass das Oberflächeneigenschafts-Messinstrument 230 eine abtastende Verschiebung bzw. Verlagerung entlang der gemessenen Oberfläche S durchführt. D.h., die Betätigungs-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 350 erhält eine Anweisung von der zentralen Regel- bzw. Steuereinrichtung bzw. dem zentralen Controller 320 und gibt einen Antriebspuls zu dem entsprechenden Y-Achsen-Antriebsmechanismus 260, Z-Achsen-Antriebsmechanismus 270 und X-Achsen-Antriebsmechanismus 280 aus.
  • Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 400
  • Die Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 400 wird nun beschrieben. 4 ist ein funktionelles Blockdiagramm für eine Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung. Die Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 400 regelt bzw. steuert die Größe (das Maß) und/oder die Orientierung der Messkraft durch ein Regeln bzw. Steuern der Messkraft-Aufbringeinrichtung 240, insbesondere durch ein Regeln bzw. Steuern eines Regel- bzw. Steuerstroms I, welcher an die Schwingspule 242 der Messkraft-Aufbringeinrichtung 240 angelegt wird. Eine Messkraft-Instruktion bzw. -Anweisung von der zentralen Regel- bzw. Steuereinrichtung 320 und ein Positionsänderungs-Detektionspuls von dem Positionsänderungs-Detektor 235 werden an die Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 400 eingegeben, welche einen Wert des Regel- bzw. Steuerstroms I, welcher an die Schwingspule 242 angelegt wird, basierend auf der Messkraft-Anweisung und den Positionsänderungs-Detektionspuls regelt bzw. steuert.
  • Die Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 400 beinhaltet insbesondere einen Digital-Analog-Konverter (Messkraftinstruktions-Spannungsgenerator) 410, eine Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung (Feedbacksignal-Generator) 420, einen Schalt- bzw. Umschaltmechanismus (Schalter) 430, eine Subtrahiervorrichtung (Subtrahiereinrichtung) 440, eine Spannungs-Strom-Umwandlungsschaltung 450, eine Entscheidungsschaltung 460 und/oder eine Schwellwert-Einstelleinrichtung 470.
  • Der Digital-Analog-Konverter bzw. -Wandler 410 erhält bzw. empfängt die Messkraft-Anweisung von der zentralen Regel- bzw. Steuereinrichtung 320 und gibt ein Spannungssignal VA aus, welches der Messkraft-Anweisung entspricht. An diesem Punkt konfiguriert der Digital-Analog-Konverter 410 insbesondere einen Messkraftanweisungs-Spannungsgenerator oder ist ein Teil davon. Das Spannungssignal VA wird an einem additionsseitigen Anschluss der Subtrahiervorrichtung 440 eingegeben. Worauf hierin als eine Messkraft-Anweisung Bezug genommen wird, beinhaltet eine Anweisung für die Größe der Messkraft (Kontaktbeanspruchung), mit welcher die Stifte 233U und/oder 233D gegen die gemessene Oberfläche S pressen bzw. drücken, als auch eine Anweisung für eine Richtung einer beaufschlagenden Kraft (Messlage bzw. -stellung), welche anzeigt, ob das distale Ende des Messarms 233 nach oben oder nach unten beaufschlagt bzw. vorspannt. Zusätzlich erzeugt, wenn die Form bzw. Gestalt des gemessenen Objekts bzw. Gegenstands W basierend auf Designdaten für den gemessenen Gegenstand bekannt ist, beispielsweise die zentrale Regel- bzw. Steuereinrichtung 320 eine Messkraft-Anweisung, so dass die Stifte 233U und/oder 233D eine verfolgende Abtastung über die Oberfläche des gemessenen Gegenstands insbesondere mit einer im Wesentlichen konstanten Messkraft durchführen. An diesem Punkt konfiguriert die zentrale Regel- bzw. Steuereinrichtung 320 insbesondere einen Messkraft-Anweisungsabschnitt oder bildet ein Teil davon. Zusätzlich ist das Spannungssignal VA ein Signal, in welchem die Messkraft-Anweisung von der zentralen Regel- bzw. Steuereinrichtung 320 zu einem entsprechenden Spannungswert umgewandelt bzw. konvertiert wird, und daher kann in einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Spannungssignal VA von dem Digital-Analog-Konverter 410 als eine Messkraft-Anweisungsspannung bezeichnet werden.
  • Der Positionsänderungs-Detektionspuls von dem Positionsänderungs-Detektor 235 wird an die Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung 420 eingegeben. Die Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung 420 gibt ein Spannungssignal VB aus, welches der Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulses entspricht. Der Positionsänderungs-Detektor 235 detektiert ein Ausmaß einer kreisförmigen gebogenen bzw. bogenförmigen Bewegung des Messarms 233, und wenn die kreisförmige gebogene Bewegung des Messarms 233 rascher wird, steigt die Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulses an. Im Gegensatz dazu fällt, wenn die kreisförmige gebogene Bewegung des Messarms 233 langsamer wird, die Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulses ab. Demgemäß steigt, wenn die kreisförmige gebogene Bewegung des Messarms 233 rascher wird, das Spannungssignal VB von der Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung 420 an, und es nimmt, wenn die kreisförmige gebogene Bewegung des Messarms 233 langsamer wird, das Spannungssignal VB von der Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung 420 ab. Mit anderen Worten, es ist das Spannungssignal VB äquivalent zu einem Rückkopplungs- bzw. Feedbacksignal (entspricht diesem), in welchem die Geschwindigkeit der kreisförmigen gebogenen Bewegung des Messarms 233 in eine Spannung umgewandelt bzw. konvertiert wird. Demgemäß kann in der vorliegenden Beschreibung das Spannungssignal VB von der Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung 420 als ein Rückkopplungs- bzw. Feedback-Spannungssignal bezeichnet werden. An diesem Punkt konfiguriert die Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung 420 insbesondere einen Feedbacksignal-Generator oder bildet ein Teil davon.
  • Der Umschaltmechanismus 430 ist zwischen der Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung 420 und der Subtrahiervorrichtung 440 vorgesehen, und das Spannungssignal VB von der Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung 420 wird zu einem subtraktionsseitigen Anschluss der Subtrahiervorrichtung 440 über den Umschaltmechanismus 430 eingegeben. Der Umschaltmechanismus 430 ist bzw. wird EIN-AUS in Übereinstimmung mit einem Entscheidungsresultat der Entscheidungsschaltung 460 geregelt bzw. gesteuert, welche unten im Detail beschrieben ist. Der Umschaltmechanismus 430 kann auch ein Halbleiterschalter, wie beispielsweise ein MOSFET sein, oder kann selbstverständlich ein mechanischer Schalter sein.
  • Die Subtrahiervorrichtung 440 subtrahiert das Spannungssignal VB von dem Spannungssignal VA, um ein Spannungssignal VC zu erzeugen bzw. zu generieren, und gibt das Spannungssignal VC an die Spannungs-Strom-Umwandlungsschaltung 450 aus. Das Spannungssignal VA bezieht sich auf ein Spannungssignal, welches von dem Digital-Analog-Konverter 410 in Antwort auf die Messkraft-Anweisung ausgegeben wird. Das Spannungssignal VB bezieht sich auf ein Spannungssignal (Feedback-Spannungssignal), welches von der Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung 420 in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit der kreisförmigen gebogenen Bewegung des Messarms 233 ausgegeben wird. Auch ist das Spannungssignal VC, welches durch ein Subtrahieren des Spannungssignals VB von dem Spannungssignal VA erzeugt wird, ein Regel- bzw. Steuer-Spannungssignal, welches die Orientierung und Größe der Kraft regelt bzw. steuert, welche durch die Messkraft-Aufbringeinrichtung erzeugt wird.
  • Die Spannungs-Strom-Umwandlungsschaltung 450 erzeugt den Regel- bzw. Steuerstrom I, welcher einem Spannungsniveau des Regel- bzw. Steuer-Spannungssignals (Spannungssignal VC) entspricht, und legt den Regel- bzw. Steuerstrom I an die Schwingspule 242 an.
  • Die Entscheidungsschaltung 460 führt eine EIN-AUS Regelung bzw. Steuerung des Umschaltmechanismus 430 durch. Der Positionsänderungs-Detektionspuls von dem Positionsänderungs-Detektor 235 wird zu der Entscheidungsschaltung 460 eingegeben, und die Entscheidungsschaltung 460 schaltet den Umschaltmechanismus 430 zwischen EIN und AUS in Antwort darauf um, wie hoch oder niedrig die Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulses ist. Die Entscheidungsschaltung 460 legt einen vorbestimmten Frequenzschwellwert unter Verwendung der Schwellwert-Einstelleinrichtung 470 fest, und die Entscheidungsschaltung 460 entscheidet, ob der Positionsänderungs-Detektionspuls den Frequenzschwellwert überschreitet bzw. übersteigt. Auch stellt, wenn die Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulses den Frequenzschwellwert überschreitet, die Entscheidungsschaltung 460 den Umschaltmechanismus 430 auf EIN (geschlossen) ein. Wenn der Umschaltmechanismus 430 EIN (geschlossen) ist, wird das Feedback-Spannungssignal (Spannungssignal VB) an die Subtrahiervorrichtung 440 eingegeben. Demgegenüber stellt, wenn die Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulses gleich wie oder geringer als der Frequenzschwellwert ist, die Entscheidungsschaltung 460 den Umschaltmechanismus 430 auf AUS (offen) ein. Wenn der Umschaltmechanismus 430 AUS (offen) ist, wird das Feedback-Spannungssignal (Spannungssignal VB) nicht länger an die Subtrahiervorrichtung 440 eingegeben.
  • Die Schwellwert-Einstelleinrichtung 470 stellt den vorbestimmten Frequenzschwellwert in der Entscheidungsschaltung 460 ein bzw. legt diesen fest, und zu der Zeit eines Einstellens bzw. Festlegens des Werts wird der vorbestimmte Frequenzschwellwert in Übereinstimmung mit der Messgeschwindigkeit (Verlagerungsgeschwindigkeit in einer abtastenden bzw. Scanrichtung) festgelegt. Die Messgeschwindigkeit, welche bei einem Einstellen des Frequenzschwellwerts verwendet wird, kann die Messgeschwindigkeit verwenden, welche über die Eingabevorrichtung 311 eingegeben wird, wenn ein Benutzer verschiedene Messbedingungen (Messgeschwindigkeits-Zielwert) festlegt, oder kann die Messgeschwindigkeit verwenden, welche durch den Detektionsschaltungsabschnitt 340 (gemessener Wert der Messgeschwindigkeit) detektiert wird. Um den vorbestimmten Frequenzschwellwert in Übereinstimmung mit der Messgeschwindigkeit festzulegen, wird eine Schwellwerttabelle 471, welche Daten für eine Übereinstimmungsbeziehung zwischen der Messgeschwindigkeit und dem Schwellwert zuordnet, insbesondere mit der Schwellwert-Einstelleinrichtung 470 verbunden.
  • 5 stellt eine Beziehung der Messgeschwindigkeit des Messarms 233 mit einem Schwellwert (Fall- bzw. Abfall-Detektionsgeschwindigkeit), einem maximalen verfolgenden Winkel und einer Fall-Detektionsdistanz dar. In einem Bereich, wo die Messgeschwindigkeit gering ist (etwa 0,02 bis etwa 2,00 mm/s), ist die Verfolgungsfähigkeit des Messarms 233 relativ zu dem gemessenen Gegenstand hoch und der maximale verfolgende bzw. Verfolgungswinkel ist groß bei 83°. Daher wird der Schwellwert für eine Messgeschwindigkeit, welche etwa 0,02 bis etwa 1,00 mm/s ist bzw. beträgt, auf etwa 10 mm/s festgelegt, und es wird der Schwellwert für eine Messgeschwindigkeit, welche etwa 2,00 mm/s ist, auf einen relativ geringen Wert von etwa 20 mm/s festgelegt. Zusätzlich sollte die Fall-Detektionsdistanz auch klein bei etwa 0,5 mm bzw. etwa 1,2 mm sein. In einem Bereich, wo die Messgeschwindigkeit hoch ist (etwa 5,00 bis etwa 30,00 mm/s), ist die Verfolgungsfähigkeit des Messarms 233 relativ zu dem gemessenen Gegenstand geringer, und somit wird, wenn bzw. da die Messgeschwindigkeit ansteigt, der maximale Verfolgungswinkel zunehmend kleiner auf 81° bis 45°. In diesem Bereich wird der Schwellwert auf relativ hoch bei etwa 30 mm/s festgelegt. Zusätzlich wird die Fall-Detektionsdistanz auf etwa 2,1 mm festgelegt. Je kleiner die Falldistanz ist, umso geringer ist das Risiko eines Brechens des Stifts, und daher könnte in diesem Bereich von einem Verwenden eines konsistenten Werts auch gesagt werden, dass dies das Risiko begrenzt.
  • Von den Korrelationen in 5 wird die Beziehung zwischen der Messgeschwindigkeit und dem Schwellwert in der Schwellwerttabelle 471 aufgezeichnet. Basierend auf der Messgeschwindigkeit, welche durch den Benutzer angewiesen bzw. instruiert wird, oder der Messgeschwindigkeit, welche durch den Detektionsschaltungsabschnitt 340 detektiert wird, entnimmt die Schwellwert-Einstelleinrichtung 470 den entsprechenden Schwellwert aus der Schwellwerttabelle 471, und legt eine Frequenz entsprechend diesem Schwellwert (Fall-Detektionsgeschwindigkeit) als den Frequenzschwellwert in der Entscheidungsschaltung 460 fest. Demgemäß kann in der Entscheidungsschaltung 460 eine Fall-Verhinderungsfunktion durch eine Falldetektion entsprechend der abtastenden Geschwindigkeit (Messgeschwindigkeit) des Messarms 233 gestartet bzw. eingeleitet werden.
  • Vorgänge der ersten Ausführungsform
  • Als nächstes werden Vorgänge bzw. Betätigungen der vorliegenden Ausführungsform, welche die oben erwähnte Konfiguration aufweist, beschrieben. Die Basisvorgänge, um eine abtastende Messung durchzuführen, sind dieselben oder ähnlich wie in der bestehenden Technologie, so dass sich die folgende Beschreibung auf die Vorgänge der Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 400 fokussiert. Verschiedene repräsentative Szenarios, welche während Messvorgängen auftreten bzw. erscheinen, werden als Beispiele bei einem Diskutieren der Vorgänge bzw. Betätigungen der Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 400 verwendet.
  • Vorgang für ein Umschalten der Messrichtung (Messlage)
  • Es gibt Szenarios, wo bei einem Messen der Oberfläche des gemessenen Gegenstands die Messrichtung (Messlage) umgeschaltet wird. Wie dies in 6A und 6B illustriert ist, beinhaltet beispielsweise der gemessene Gegenstand W eine nach unten gerichtete Oberfläche SD und eine nach oben gerichtete Oberfläche SU als gemessene Oberflächen, und in einigen Fällen kann, nachdem eine abtastende bzw. Scan-Messung der nach unten gerichteten Oberfläche SD durchgeführt wird (6A), eine abtastende Messung der nach oben gerichteten Oberfläche SU (6B) als nächstes durchgeführt werden. In einem derartigen Fall muss bei einem Durchführen einer abtastenden Messung der nach unten gerichteten Oberfläche SD (6A) eine nach oben gerichtete beaufschlagende Kraft (Messkraft) auf das distale Ende des Messarms 233 (Pfeil MU in 6A) ausgeübt bzw. aufgebracht werden, und bei einem Durchführen einer abtastenden Messung der nach oben gerichteten Oberfläche SU (6B) muss eine nach unten gerichtete beaufschlagende bzw. vorspannende Kraft (Messkraft) MD auf das distale Ende des Messarms 233 aufgebracht werden. Demgemäß wird bei einem Übergang von dem Zustand von 6A zu dem Zustand von 6B die Richtung der Messkraft von aufwärts (MU) auf abwärts (MD) umgeschaltet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform besteht in vorteilhafter Weise keine Notwendigkeit für ein striktes Definieren, ob die gemessene Oberfläche S abwärts oder aufwärts ist, sondern es sollte beispielsweise, wenn ein normaler bzw. Normalenvektor, welcher von einem einzelnen Punkt auf der gemessenen Oberfläche S in einen Raum verläuft, eine Komponente aufweist, welche abwärts bzw. nach unten in einer normalen bzw. senkrechten Richtung orientiert ist, die gemessene Oberfläche S als die nach unten gerichtete Oberfläche SD behandelt werden. Im Gegensatz dazu sollte, wenn ein normaler Vektor, welcher von einem einzelnen Punkt auf der gemessenen Oberfläche S in den Raum verläuft, eine Komponente aufweist, welche aufwärts bzw. nach oben in der normalen Richtung orientiert ist, die gemessene Oberfläche S als die aufwärts gerichtete Oberfläche SU behandelt werden.
  • Für eine Erleichterung einer Erläuterung wird ein mathematisches Vorzeichen der Messkraft-Anweisung, wenn die Messkraft aufwärts (MU) ist, als negativ definiert. In diesem Zustand wird die Richtung des Regel- bzw. Steuerstroms I, welcher durch die Schwingspule 242 fließt bzw. strömt, als negativ definiert (siehe bitte 7A). Als nächstes wird, wie in 7B, das mathematische Vorzeichen der Messkraft-Anweisung, wenn die Messkraft auf abwärts (MD) umgeschaltet wird, als positiv definiert. In diesem Zustand ist bzw. wird die Richtung des Regel- bzw. Steuerstroms I, welcher durch die Schwingspule 242 strömt, als positiv definiert (siehe bitte 7B). Bei einem Übergang von dem Zustand von 7A zu dem Zustand von 7B wird die Richtung des Regel- bzw. Steuerstroms I, welcher durch die Schwingspule 242 strömt, umgekehrt. Wenn das mathematische Vorzeichen der Messkraft-Anweisung umgekehrt wird, wird die abwärts gerichtete, vorspannende bzw. beaufschlagende Kraft (Messkraft) MD plötzlich auf das distale Ende des Messarms 233 angewandt bzw. aufgebracht. Darüber hinaus wird auch die Schwerkraft auf den Messarm 233 aufgebracht, und so kann sich der Messarm abrupt nach unten verschieben, wobei jedoch an diesem Punkt die vorliegende Ausführungsform derart konfiguriert bzw. aufgebaut ist, dass eine Rückkopplung bzw. Feedback angewandt wird und eine Positionsänderungsgeschwindigkeit des Messarms 233 auf einen bestimmten (vorbestimmten oder vorbestimmbaren) Wert oder darunter beschränkt ist bzw. wird.
  • Es kann ein Verfahren existieren, in welchem der Strom, welcher durch die Schwingspule 242 strömt, zunehmend bzw. schrittweise reduziert wird, um 0 zu erreichen, und dann zunehmend bzw. schrittweise ein positiver Strom zu fließen beginnt. Jedoch kann selbst in diesem Fall, wenn der Strom, welcher durch die Schwingspule 242 strömt, 0 erreicht, beispielsweise eine Kraft, welche das Gewicht des Messarms 233 abstützt bzw. trägt, eliminiert werden, so dass in diesem Moment der Messarm aufgrund der Schwerkraft fällt und abrupt seine Position abwärts ändert.
  • Die Beschreibung folgt nun einem Strom bzw. Fluss von Signalen in ihrer Reihenfolge. Bei einem Umschalten der Messkraft von aufwärts (MU) auf abwärts (MD) schaltet die Messkraft-Anweisung von der zentralen Regel- bzw. Steuereinrichtung 320 von einem negativen zu einem positiven Wert um. Die Messkraft-Anweisung wird durch den Digital-Analog-Wandler 410 in ein analoges Spannungssignal VA entsprechend einem Anweisungs- bzw. Instruktionswert umgewandelt und wird ausgegeben. Das mathematische Vorzeichen des Spannungsanweisungssignals (Spannungssignal VA), wenn die Messkraft-Anweisung positiv ist, ist bzw. wird als positiv definiert. Das Spannungssignal VA wird zu der Spannungs-Strom-Umwandlungsschaltung 450 über die Subtrahiervorrichtung 440 eingegeben und wird an die Schwingspule 242 als der Regel- bzw. Steuerstrom I entsprechend der Größe des Spannungssignals VA angelegt. Auf diese Weise wird, wenn der Regel- bzw. Steuerstrom I entsprechend der Messkraft-Anweisung an die Schwingspule 242 angelegt wird, die nach unten beaufschlagende Kraft (Messkraft) MD auf das distale Ende des Messarms 233 angelegt bzw. aufgebracht. Die nach unten gerichtete vorspannende Kraft (Messkraft) MD und Schwerkraft werden auf das distale Ende des Messarms 233 aufgebracht, und derart ändert das distale Ende des Messarms 233 abrupt die Position nach unten.
  • In diesem Moment wird die rasche (nach unten gerichtete) Änderung in der Position des distalen Endes des Messarms 233 durch den Positionsänderungs-Detektor 235 detektiert, und ein detektierter Positionsänderungs-Detektionspuls wird an die Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung 420 und die Entscheidungsschaltung 460 eingegeben. In diesem Beispiel ändert das distale Ende des Messarms 233 rasch die Position nach unten, und die Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulses ist ziemlich hoch und überschreitet den Frequenzschwellwert.
  • In einem derartigen Fall entscheidet die Entscheidungsschaltung 460, dass die Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulses den Frequenzschwellwert überschreitet und stellt den Umschaltmechanismus 430 auf EIN (geschlossen) ein. Zu derselben Zeit wandelt die Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung 420 die Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulses auf das entsprechende Spannungssignal VB um. Das Spannungssignal VB, welches auf diese Weise erzeugt bzw. generiert wird, wird an den subtraktionsseitigen Anschluss der Subtrahiervorrichtung 440 eingegeben.
  • In der Subtrahiervorrichtung 440 ist bzw. wird das Regel- bzw. Steuer-Spannungssignal (Spannungssignal VC) insbesondere durch ein Subtrahieren des Feedback-Spannungssignals (Spannungssignals VB) von der Messkraft-Instruktionsspannung (Spannungssignal VA) definiert und erzeugt. An diesem Punkt kehrt das Feedback-Spannungssignal (Spannungssignal VB) zu dem negativen zurück, und erzeugt daher eine entgegengesetzte Aktion bzw. Wirkung relativ zu der Änderung in Abwärtsrichtung in der Position (oder einem Fall bzw. Abfall) des distalen Endes des Messarms 233. D.h., das Feedback-Spannungssignal (Spannungssignal VB) weist einen Effekt eines Anhebens des distalen Endes des Messarms 233 in der Aufwärtsrichtung (Pfeil B in 7B) auf, und demgemäß ist bzw. wird eine plötzliche Änderung in der Abwärtsrichtung in der Position (Fallen) des distalen Endes des Messarms 233 beschränkt. Auf diese Weise kann sich die Messlage des Messarms 233 mit bzw. bei einer bestimmten (vorbestimmten oder vorbestimmbaren) Geschwindigkeit oder geringer von einem Zustand, wo die aufwärts gerichtete beaufschlagende Kraft aufgebracht bzw. angewandt wird, zu einem Zustand verschieben, wo die abwärts gerichtete beaufschlagende Kraft angewandt wird.
  • Während eines Vorgangs einer abtastenden Messung (Teil 1)
  • Als nächstes werden Vorgänge bzw. Betätigungen während einer abtastenden Messung der gemessenen Oberfläche S beschrieben. Zuerst wird, wie in 8, ein Fall betrachtet, wo ein Neigungswinkel der gemessenen Oberfläche sanft und gleich wie oder geringer als ein Verfolgungs-Grenzwinkel ist. Um eine vergleichende Beschreibung nachfolgend zur Verfügung zu stellen, ist die gemessene Oberfläche die aufwärts gerichtete Oberfläche SU. Wenn der Neigungswinkel sanft und gleich wie oder geringer als der Verfolgungs-Grenzwinkel ist, ist der Messvorgang ähnlich zu bekannten Beispielen.
  • Bei dem Beginn einer abtastenden bzw. Scan-Messung wird zuerst, wie dies in 8 illustriert ist, der Stift 233D in Kontakt mit der aufwärts gerichteten Oberfläche SU bei einer bestimmten (vorbestimmten oder vorbestimmbaren) Messkraft MD gebracht. An diesem Punkt liest die zentrale Regel- bzw. Steuereinrichtung 320 die Designdaten des gemessenen Gegenstands W, welche insbesondere in dem Speicher 330 gespeichert sind, und ein Messteile-Programm, welches vorab definiert ist, und basierend darauf sendet sie eine Anweisung an die Betätigungs-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 350, um den Stift 233D zu einem Messungs-Startpunkt zu verschieben bzw. zu verlagern. Die Betätigungs-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 350 treibt den Y-Achsen-Antriebsmechanismus 260, den Z-Achsen-Antriebsmechanismus 270 und den X-Achsen-Antriebsmechanismus 280 an und bewirkt, dass sich das Oberflächeneigenschafts-Messinstrument 230 verlagert. Sobald der Stift 233D direkt oberhalb des Mess-Startpunkts ankommt, sendet die zentrale Regel- bzw. Steuereinrichtung 320 eine Anweisung, welche eine konstante Messkraft erzeugt, an die Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 400.
  • In diesem Beispiel ist die gemessene Oberfläche S die aufwärts gerichtete Oberfläche SU, und somit sendet die zentrale Regel- bzw. Steuereinrichtung 320 eine Messkraft-Anweisung zu der Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 400, um das distale Ende des Messarms 233 nach unten zu beaufschlagen oder zu verlagern. Der Vorgang, welcher das distale Ende des Messarms 233 nach unten gemäß der Messkraft-Anweisung beaufschlagt, welche die nach unten gerichtete beaufschlagende Kraft erzeugt, ist derselbe wie der „Vorgang für ein Umschalten der Messrichtung“, welcher oben beschrieben ist. D.h., es wird eine Rückkopplung unter Bezugnahme auf eine plötzliche Änderung in Abwärtsrichtung in der Position (Fallen) des Messarms 233 angewandt, und es ändert das distale Ende des Messarms 233 eine Position in der Abwärtsrichtung zunehmend bzw. schrittweise bei der bestimmten (vorbestimmten oder vorbestimmbaren) Geschwindigkeit oder geringer.
  • Auch kontaktiert, wie dies in 8 illustriert ist, der Stift 233D die aufwärts gerichtete Oberfläche SU. An diesem Punkt sind bzw. werden die Schwerkraft von dem Gewicht des Messarms 233 selbst und die nach unten gerichtete beaufschlagende Kraft von der Messkraft-Aufbringeinrichtung (Schwingspulenmotor) 240 kombiniert und nach unten auf den Stift 233D angewandt bzw. aufgebracht. Zusätzlich wird die nach oben gerichtete entgegengesetzte Kraft von der aufwärts gerichteten Oberfläche SU auf den Stift 233D angewandt. Demgemäß kontaktieren das distale Ende des Stifts 233D und die aufwärts gerichtete Oberfläche SU mit einer bestimmten (vorbestimmten oder vorbestimmbaren) Messkraft. Durch ein Aufbringen bzw. Anwenden der nach oben gerichteten entgegengesetzten Kraft von der aufwärts gerichteten Oberfläche SU wird der Messarm 233 von unten abgestützt und wird selbstverständlich an einem Fallen bzw. Herunterfallen gehindert.
  • Bei einem Durchführen einer abtastenden Messung in der X-Richtung entlang der aufwärts gerichteten Oberfläche SU (von links nach rechts in der Ebene des Zeichnungsblatts von 8), wird basierend auf den Designdaten des gemessenen Gegenstands und dem vorher festgelegten Messteileprogramm eine Verlagerungsanweisung für eine Verlagerung bzw. Verschiebung in der X-Richtung und Z-Richtung von der zentralen Regel- bzw. Steuereinrichtung 320 zu der Betätigungs-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 350 gesandt. Darauf folgend führt der Stift 233D (Messarm 233) eine abtastende Verlagerung in der X-Richtung entlang der aufwärts gerichteten Oberfläche SU durch ein Antreiben des X-Achsen-Antriebsmechanismus 280 und des Z-Achsen-Antriebsmechanismus 270 durch. Ausmaße bzw. Größen eines Antriebs des X-Achsen-Antriebsmechanismus 280 und des Z-Achsen-Antriebsmechanismus 270 werden jeweils durch den X-Richtungs-Positionsdetektor 283 und den Z-Richtungs-Positionsdetektor 273 detektiert, und jeder detektierte Wert wird durch den Detektionsschaltungsabschnitt 340 gesammelt. Darüber hinaus steigt und fällt der Stift 233D aufgrund einer kleinen Unebenheit oder Wellung der nach oben gerichteten Oberfläche SU, und diese vertikalen Fluktuationen werden durch den Positionsänderungs-Detektor 235 als eine kreisförmige gebogene Bewegung des Messarms 233 detektiert. Das Detektionssignal von dem Positionsänderungs-Detektor 235 (Positionsänderungs-Detektionspulssignal) wird auch durch den Detektions-Schaltungsabschnitt 340 gesammelt. Die detektierten Werte, welche durch den Detektions-Schaltungsabschnitt 340 gesammelt werden, werden extern von der Ausgabevorrichtung 312 als Messdaten ausgegeben.
  • In diesem Beispiel ist, selbst wenn es eine Neigung zu der nach oben gerichteten Oberfläche SU gibt, welche in 8 gezeigt ist, der Neigungswinkel sanft. Demgemäß wird, während der X-Achsen-Antriebsmechanismus 280 eine abtastende Verlagerung des Oberflächeneigenschafts-Messinstruments 230 in der X-Richtung induziert, das Oberflächeneigenschafts-Messinstrument 230 in der Z-Achsen-Richtung durch den Z-Achsen-Antriebsmechanismus 270 angehoben und abgesenkt, und derart kann das Oberflächeneigenschafts-Messinstrument 230 veranlasst werden, der nach oben gerichteten Oberfläche SU zu folgen. Indem dies durchgeführt wird, behält der Stift 233D einen Kontakt mit der aufwärts bzw. nach oben gerichteten Oberfläche SU bei, während die bestimmte (vorbestimmte oder vorbestimmbare) Messkraft beibehalten wird. An diesem Punkt kann sich der Stift 233D geringfügig aufwärts und abwärts aufgrund der geringen Unebenheit und Welligkeit der nach oben gerichteten Oberfläche SU verschieben, wobei jedoch die Positions-Änderungsgeschwindigkeit gering ist. Die kreisförmige gebogene Bewegung des Messarms 233 wird durch den Positionsänderungs-Detektor 235 detektiert, und der Positionsänderungs-Detektionspuls davon wird an die Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung 420 und die Entscheidungsschaltung 460 der Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 400 eingegeben. Wenn der Neigungswinkel der aufwärts gerichteten Oberfläche SU gleich wie oder geringer als der Verfolgungs-Grenzwinkel ist, überschreitet die Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulses nicht den Frequenzschwellwert in der Schwellwertentscheidung in der Entscheidungsschaltung 460. Demgemäß verbleibt der Umschaltmechanismus 430 AUS (offen); d.h. eine Feedbackregelung bzw. -steuerung ist aufgehoben. In einem derartigen Fall wird der Regel- bzw. Steuerstrom I, welcher auf der Messkraft-Anweisung von der zentralen Regel- bzw. Steuereinrichtung 320 basiert, nur auf die Messkraft-Aufbringeinrichtung 240 aufgebracht, und es wird derart eine abtastende Messung mit der bestimmten (vorbestimmten oder vorbestimmbaren) Messkraft gemäß der Anweisung ausgeführt.
  • Während eines Vorgangs einer abtastenden Messung (Teil 2)
  • Als nächstes wird ein Fall betrachtet, wo die gemessene Oberfläche S einen großen Neigungswinkel oder eine Stufe mit einem großen Neigungswinkel aufweist und der Neigungswinkel der Stufe den Verfolgungs-Grenzwinkel überschreitet. Nach einem Punkt Xp weist die aufwärts gerichtete Oberfläche SU, welche in 9 illustriert ist, einen großen Neigungswinkel oder eine Stufe mit einem großen Neigungswinkel auf. Der Stift 233D unterliegt einer abtastenden bzw. Scan-Verlagerung von einem Startpunkt und bis dorthin, wo der Stift 233D den Punkt Xp erreicht, ist der Prozess wie oben beschrieben in „Während eines Vorgangs einer abtastenden Messung (Teil 1)“.
  • Nach dem Punkt Xp trifft der Stift 233D auf die Stufe. Der Neigungswinkel (der Stufe) ist zu groß, und anhebende und absenkende Vorgänge bzw. Betätigungen durch den Z-Achsen-Antriebsmechanismus 270 finden nicht zeitgerecht im Hinblick auf die bzw. relativ zu der Abtastgeschwindigkeit von dem X-Achsen-Antriebsmechanismus 280 statt. Wenn dies auftritt, kann das Oberflächeneigenschafts-Messinstrument 230 nicht entlang der aufwärts gerichteten Oberfläche SU folgen und es trennt sich der Stift 233D von der aufwärts gerichteten Oberfläche SU. Wenn dies auftritt, wird eine aufwärts gerichtete entgegengesetzte Kraft von der aufwärts gerichteten Oberfläche SU eliminiert, und somit beginnt der Messarm 233 zu fallen bzw. herunter zu fallen.
  • Wenn der Messarm 233 beginnt zu fallen, ändert das distale Ende des Messarms 233 abrupt eine Position abwärts. Jedoch wird in diesem Moment die rasche Abwärtsänderung in einer Position des distalen Endes des Messarms 233 durch den Positionsänderungs-Detektor 235 detektiert und der detektierte Positionsänderungs-Detektiönspuls wird zu der Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung 420 und der Entscheidungsschaltung 460 eingegeben. Dann entscheidet die Entscheidungsschaltung 460, dass die Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulses den Frequenzschwellwert überschreitet und stellt den Umschaltmechanismus 430 auf EIN (geschlossen) ein. Zur selben Zeit wandelt die Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung 420 die Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulses zu dem entsprechenden Feedback-Spannungssignal (Spannungssignal VB) um. Demgemäß wird in der Subtrahiervorrichtung 440 die Regel- bzw. Steuerspannung C definiert, indem das Feedback-Spannungssignal (Spannungssignal VB) von der Messkraft-Anweisungsspannung (Spannungssignal VA) subtrahiert wird, und wird erzeugt. Mit diesem Feedback-Spannungssignal (Spannungssignal VB) wird eine Kraft, welche das distale Ende des Messarms 233 in der Aufwärtsrichtung (Pfeil B in 9) anhebt, in der Messkraft-Aufbringeinrichtung (Schwingspulenmotor) 240 erzeugt, und demgemäß wird eine plötzliche Änderung in Abwärtsrichtung in einer Position (Fallen bzw. Herunterfallen) des Messarms 233 verhindert. Auf diese Weise fällt, selbst wenn der Neigungswinkel der aufwärts gerichteten Oberfläche SU zu groß ist und sich der Stift 233D von der aufwärts gerichteten Oberfläche SU trennt, der Messarm 233 nicht. D.h., es wird eine Situation verhindert, wo der Stift 233D mit der aufwärts gerichteten Oberfläche SU aufgrund eines Fallens des Messarms 233 kollidiert.
  • Wenn ein Feedback bzw. eine Rückkopplung angewandt wird und eine plötzliche Änderung in Abwärtsrichtung in einer Position (Fallen) des Messarms 233 verhindert wird, nimmt das Feedback-Spannungssignal (Spannungssignal VB), welches von der Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung 420 ausgegeben wird, zunehmend bzw. schrittweise ab. Auch legt, wenn die Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulses gleich wie oder geringer als der Frequenzschwellwert ist, die Entscheidungsschaltung 460 den Umschaltmechanismus 430 auf AUS (offen) fest. Demgemäß schaltet die Schleife der Feedback-Regelung bzw. -Steuerung automatisch auf AUS. Auf diese Weise wird das distale Ende des Messarms 233 an einem Auftreffen bzw. -prallen auf die aufwärts gerichtete Oberfläche SU gehindert und stellt einen Kontakt her (landet), wonach die Schleife der Feedback-Regelung bzw. -Steuerung auf AUS schaltet, und derart wird eine Messung bei der vorbestimmten Messkraft neu gestartet.
  • Wenn die Entscheidungsschaltung 460 detektiert, dass die Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulses den Frequenzschwellwert überschreitet, kann die vorliegende Ausführungsform auch derart konfiguriert sein, dass eine Information an die zentrale Regel- bzw. Steuereinrichtung 320 berichtet wird, um derart den Messvorgang durch eine Anweisung bzw. Instruktion von der zentralen Regel- bzw. Steuereinrichtung 320 zu unterbrechen.
  • Effekte der ersten Ausführungsform
  • Die folgenden vorteilhaften Effekte werden mit der ersten Ausführungsform erzielt, welche die oben erwähnte Konfiguration aufweist.
    1. (1) Der Positionsänderungs-Detektionspuls, welcher durch den Positionsänderungs-Detektor 235 detektiert wird, wird insbesondere zu der Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung 420 und der Entscheidungsschaltung 460 rückgeführt, und wenn die Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulses den Frequenzschwellwert überschreitet, wird die Rückkopplung auf EIN geschaltet (geschlossen). Demgemäß wird, selbst wenn der Messarm 233 eine abrupte fallende Bewegung beginnt, das Fallen unmittelbar unterdrückt, und es kann ein Unfall, wo der Stift 233D mit dem gemessenen Gegenstand W aufgrund des Fallens kollidiert, vermieden werden.
    2. (2) In der vorliegenden Ausführungsform sind die Entscheidungsschaltung 460 und der Umschaltmechanismus 430 insbesondere vorgesehen, und nur wenn die Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulses den Frequenzschwellwert überschreitet, ist die Ausführungsform konfiguriert, um den Umschaltmechanismus 430 auf EIN (offen) einzustellen bzw. festzulegen. D.h., die vorliegende Ausführungsform ist derart konfiguriert, dass die Feedback-Regelung bzw. -Steuerung insbesondere AUS ist, wenn ein normaler abtastender bzw. Scan-Messvorgang durchgeführt wird, und die Feedback-Regelung bzw. -Steuerung auf EIN (geschlossen) schaltet, nur wenn dies notwendig ist. Wenn die Feedback-Regelung bzw. -Steuerung eingestellt ist, um konstant EIN zu sein, kann ein Fallen des Messarms 233 zuverlässig verhindert werden, und es können die Entscheidungsschaltung 460 und der Umschaltmechanismus 430 auch als nicht notwendig erachtet werden (die Japanische Patentoffenlegung Veröffentlichung Nr. 2012-225742 offenbart eine Messlage/Messkraft-Regel- bzw. -Steuerschaltung, welche nicht eine Entscheidungsschaltung oder einen Umschaltmechanismus aufweist). Jedoch kann, wenn die Feedback-Regelung bzw. -Steuerung eingestellt ist, um konstant EIN zu sein, es eine Fluktuation in dem Regel- bzw. Steuerstrom I geben, welcher auf die Messkraft-Aufbringeinrichtung (Schwingspulenmotor) 240 jedes Mal aufgebracht bzw. angewandt wird, wenn es eine geringe Aufwärts- oder Abwärtsbewegung der Stifte 233D und 233U gibt. Dies kann eine Fluktuation in der Messkraft bewirken und kann auch möglicherweise mit einem Messfehler verbunden bzw. gekoppelt sein. Zusätzlich muss, wenn die Feedback-Regelung bzw. -Steuerung eingestellt ist, um konstant EIN zu sein, eine Antwort- bzw. Ansprechverzögerung erwartet werden, und es kann derart die abtastende bzw. Scan-Geschwindigkeit nicht sehr rasch sein, und es ist eine ansteigende Messeffizienz auch schwierig. In diesem Hinblick sind in der vorliegenden Ausführungsform die Entscheidungsschaltung 460 und der Umschaltmechanismus 430 insbesondere vorgesehen, und während eine normale Scan-Messung durchgeführt wird, ist bzw. wird die Feedback-Regelung bzw. -Steuerung auf AUS (offen) geschaltet. Demgemäß gibt es während einer normalen abtastenden bzw. Scan-Messung eine konstante Messkraft, welche mit der Messkraft-Anweisung von der zentralen Regel- bzw. Steuereinrichtung 320 übereinstimmt, und dies ist mit stabilen Messresultaten verbunden. Zusätzlich schaltet, selbst wenn die Feedback-Regelung bzw. -Steuerung auf EIN aufgrund eines Fallens schaltet, die Feedback-Regelung bzw. -Steuerung automatisch auf AUS zu der Zeit eines Landens bzw. Auftreffens, und somit kann nach einem Landen eine Messung bei einer konstanten Messkraft unmittelbar neu starten. Demgemäß startet, selbst wenn es eine Stufe oder eine steile Neigung in dem gemessenen Gegenstand W gibt und der Messarm 233 aufgrund der Stufe fällt, eine Messung neu nach einem Landen auf der Oberfläche auf niedrigerem Niveau, und somit kann die Oberfläche jedes Niveaus kontinuierlich gemessen werden. Ein Messungs-Durchsatz eines gemessenen Gegenstands W, welcher eine Stufe aufweist, kann verbessert werden.
    3. (3) In der vorliegenden Ausführungsform legt die Schwellwert-Einstelleinrichtung 470 insbesondere einen Schwellwert in der Entscheidungsschaltung 460 fest, welcher der Messgeschwindigkeit des Messarms 233 entspricht, und daher kann eine Fall-Detektionsgeschwindigkeit in Antwort auf die Messgeschwindigkeit modifiziert sein bzw. werden. Zu dieser Zeit kann, neben der Möglichkeit, dass der Benutzer fähig ist, willkürlich die Messgeschwindigkeit einzustellen bzw. festzulegen, welche als eine Referenz dient, die abtastende bzw. Scan-Geschwindigkeit (Messgeschwindigkeit) des Messarms 233, welche durch den Detektionsschaltungs-Abschnitt 340 detektiert wird, konstant überwacht werden, es kann ein entsprechender Schwellwert von der Schwellwerttabelle 471 basierend auf der detektierten Messgeschwindigkeit entnommen werden, und es kann dieser Schwellwert in der Entscheidungsschaltung 460 festgelegt werden. Daher kann in der Entscheidungsschaltung 460 eine Fall-Verhinderungsfunktion durch eine Detektion eines Fallens bzw. Abfallens entsprechend der tatsächlichen Scan-Geschwindigkeit (Messgeschwindigkeit) des Messarms 233 gestartet bzw. veranlasst werden. Als ein Resultat kann ein Fallen des Stifts 233D zuverlässig auf der Basis von verschiedenen Messbedingungen verhindert werden, während eine Messaufgabe sanft durchgeführt werden kann.
  • Zweite Ausführungsform
  • In der ersten besonderen Ausführungsform, welche oben beschrieben ist, wird eine Regelung bzw. Steuerung durchgeführt, in welcher die Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulssignals, welches von dem Positionsänderungs-Detektor ausgegeben wird, überwacht wird, und wenn diese Frequenz einen bestimmten (vorbestimmten oder vorbestimmbaren) Frequenzschwellwert überschreitet bzw. übersteigt, wird eine Feedback-Regelung bzw. -Steuerung auf EIN (geschlossen) geschaltet. In der vorliegenden besonderen zweiten Ausführungsform kann, anstelle des überwachenden bzw. Überwachungsziels, welches „die Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulssignals“ ist, eine Positionsänderungsgeschwindigkeit des Messarms (d.h. die Positionsänderungsgeschwindigkeit der Stifte 233U und 233D) stattdessen überwacht werden. D.h., eine Verlagerungs- bzw. Verschiebungsgeschwindigkeit, welche eine Verlagerungsrichtung beinhaltet, welche abwärts oder aufwärts ist, kann als das überwachende Ziel genommen werden, und wenn für den Messarm (Synonym mit „dem Stift 233D“) detektiert wird, dass er bei einem vorbestimmten Geschwindigkeitsschwellwert oder mehr nach unten gefallen bzw. abgefallen ist, kann die Feedback-Regelung bzw. -Steuerung auf EIN (geschlossen) geschaltet werden. In einem derartigen Fall wird, anstelle eines Zuführens des Positionsänderungs-Detektionspulssignals, welches von dem Positionsänderung-Detektor ausgegeben wird, zurück zu einer Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung ohne eine Modifikation, das Signal insbesondere stattdessen in einen Wert für eine Geschwindigkeit durch den Detektionsschaltungs-Abschnitt 340 umgewandelt bzw. konvertiert und dann zu der Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung beispielsweise rückgeführt. Zusätzlich wird, anstelle einer Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung, eine Geschwindigkeits-Spannungs-Umwandlungsschaltung, welche eine Spannung ausgibt, welche einem Geschwindigkeitswert entspricht, stattdessen angewandt. Es ist verständlich, dass selbst in bzw. bei einer derartigen Modifikation das Fallen des Messarms 233 (der Stifte 233U und 233D) detektiert werden kann und eine plötzliche Änderung in einer Abwärtsrichtung in einer Position (Fallen) des Messarms 233 (der Stifte 233U und 233D) unterdrückt werden kann.
  • Bei einem Vergleichen der ersten Ausführungsform mit der zweiten Ausführungsform kann die erste Ausführungsform als bevorzugt erachtet werden. Wenn das Positionsänderungs-Detektionspulssignal ohne Modifikation als das Rückkopplungs- bzw. Feedback-Signal wie in der ersten Ausführungsform verwendet wird, ist eine Antwort- bzw. Ansprechgeschwindigkeit extrem schnell. Demgegenüber wird, wenn ein Prozess eines Umwandelns bzw. Konvertierens des Positionsänderungs-Detektionspulssignals in eine Geschwindigkeit wie in der zweiten Ausführungsform eingeführt wird, eine Antwort um dieses langsamer. Nur mit der Größe der Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulssignals kann nicht einmal die Orientierung, welche anzeigt, ob der Messarm 233 (Stifte 233U und 233D) eine Position aufwärts ändert oder herabfällt, bekannt sein. Jedoch ist in Situationen, wo der Messarm 233 plötzlich unbeabsichtigt eine Position ändert, ein Fallen aufgrund der Schwerkraft der primäre Grund, und wenn der Messarm 233 (Stift 233D) aufgrund der Schwerkraft fällt, gibt es ein Risiko, dass das Fallen mit einer Kollision mit dem gemessenen Gegenstand W verknüpft sein wird.
  • Im Gegensatz dazu soll ein Fall betrachtet werden, wo die nach unten bzw. abwärts gerichtete Oberfläche SD (gemessene Oberfläche) gemessen wird, während der Stift 233U aufwärts relativ zu der abwärts gerichteten Oberfläche SD beaufschlagt wird. In einem derartigen Fall gibt es, selbst wenn der Neigungswinkel der abwärts gerichteten Oberfläche SD groß ist und ein Verfolgen unmöglich ist, und sich der Stift 233U von der abwärts gerichteten Oberfläche SD trennt, keine Kollision zwischen dem Stift 233U und der abwärts gerichteten Oberfläche SD.
  • Wenn dies auf diese Weise betrachtet wird, kann, wenn dies wie in der ersten Ausführungsform konfiguriert bzw. aufgebaut ist, so dass das Positionsänderungs-Detektionspulssignal ohne Modifikation als das Feedback-Signal genommen wird, und das Feedback-Signal in einer Richtung wirkt, um den Messarm 233 anzuheben, verstanden werden, dass Kollisionen zwischen dem Stift 233D und der aufwärts gerichteten Oberfläche SU verhindert werden. Darüber hinaus gibt es, wenn das Positionsänderungs-Detektionspulssignal ohne Modifikation als das Feedback-Signal verwendet wird, auch die Vorteile, dass eine Antwort bzw. ein Ansprechen schnell ist und die Konfiguration auch einfach ist.
  • Andere Ausführungsformen
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt bzw. begrenzt und kann entsprechend den Erfordernissen modifiziert werden, ohne von dem Rahmen bzw. Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Bei einem Festlegen der Messkraft-Aufbringeinrichtung (Schwingspulenmotor) 240 an dem Messarm 233 kann der Magnet 241 auch fixiert (beispielsweise durch einen Träger bzw. eine Klammer) vorgesehen sein bzw. werden, und es kann die Schwingspule 242 auch an dem Messarm 233 festgelegt werden. Zusätzlich zu einem Schwingspulenmotor kann eine Betätigungseinrichtung bzw. ein Stellglied unter Verwendung eines piezoelektrischen Elements oder dgl. auch als die Messkraft-Aufbringeinrichtung 240 aufgebaut sein.
  • Die Entscheidungsschaltung 460 muss nicht nur eine EIN-AUS Steuerung bzw. Regelung des Schalt- bzw. Umschaltmechanismus 430 durchführen, sondern auch eine EIN-AUS Regelung bzw. Steuerung der Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung 420. D.h., die Entscheidungsschaltung 460 kann auch die Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung 420 nur dann auf EIN einstellen (starten), wenn die Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulssignals den Frequenzschwellwert überschreitet bzw. übersteigt, und wenn die Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulssignals gleich wie oder geringer als der Frequenzschwellwert ist, kann sie die Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung 420 auf AUS (aufgehoben bzw. abgeschaltet) festlegen. In Fällen, wo die Entscheidungsschaltung 460 eine EIN-AUS Regelung bzw. Steuerung der Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung 420 durchführt, kann auch der Umschaltmechanismus 430 weggelassen werden.
  • In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist die Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung 420 an der Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 400 vorgesehen, und die Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung 420 erzeugt bzw. generiert das Spannungssignal VB, welches der Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulssignals entspricht, als das Feedback-Spannungssignal. In einem derartigen Fall wird, wenn die Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulssignals hoch ist, ein Spannungssignal VB, welches viel größer ist, erzeugt, und daher gibt es einen Vorteil, in welchem ein Feedback bzw. eine Rückkopplung entsprechend einem Fall-Status des Messarms 233 angewandt wird. In diesem Beispiel muss, wenn nur ein Unterdrücken eines plötzlichen Fallens des Messarms 233 berücksichtigt bzw. in Betracht gezogen wird, das Spannungssignal VB nicht ein Wert sein, welcher der Frequenz des Positionsänderungs-Detektionspulssignals entspricht, und kann ein Spannungswert mit einem Wert sein, welcher ausreichend ist, um das Fallen des Messarms 233 zu stoppen, oder um fähig zu sein, die Fallgeschwindigkeit des Messarms 233 zu mildern. Demgemäß ist bzw. wird in einem derartigen Fall das Positionsänderungs-Detektionspulssignal nicht zu dem Feedbacksignal-Generator eingegeben, sondern es kann eher der Feedbacksignal-Generator konfiguriert sein, um zu einem Ausgeben eines Spannungswerts fähig zu sein, welcher vorab eingestellt bzw. festgelegt ist.
  • In jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 400 in einer Weise einer analogen Schaltung konfiguriert bzw. aufgebaut. D.h., die Messkraft-Anweisung wird zuerst einleitend in eine analoge durch den Digital-Analog-Wandler 410 umgewandelt, wonach ein Prozess durchgeführt wird, in welchem das Feedback-Spannungssignal (Spannungssignal VB) von der Messkraftanweisungs-Spannung (Spannungssignal VA) subtrahiert wird. Im Gegensatz dazu kann der Subtraktionsprozess selbstverständlich auch als eine digitale Berechnung durchgeführt werden. Das Feedback-Signal kann als ein digitales Signal erzeugt werden und das Feedback-Signal kann von der Messkraft-Anweisung durch eine digitale logische Operation subtrahiert werden. Zusätzlich kann die Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 400 auch durch eine CPU und einen Speicher aufgebaut sein und kann mit einer Software verschiedene Funktionen einer Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung unter Verwendung eines vorbestimmten Programms erzielen.
  • Die vorliegende Erfindung kann insbesondere für eine Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung und ein Regel- bzw. Steuerverfahren für die Vorrichtung verwendet werden.
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich insbesondere auf eine Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung, welche einen Messarm, welcher abgestützt ist bzw. wird, um zu einer kreisförmigen gebogenen bzw. winkelförmigen Bewegung fähig zu sein, wenigstens einen Stift, welcher an einem distalen Ende des Messarms vorgesehen ist, einen Positionsänderungs-Detektor, welcher eine Änderung in einer Position des Messarms detektiert, und eine Messkraft-Aufbringeinrichtung (welche insbesondere einen Schwingspulenmotor umfasst) beinhaltet, welche den Messarm in einer Richtung einer kreisförmigen gebogenen Bewegung beaufschlagt und eine Messkraft aufbringt. Eine Regel- bzw. Steuervorrichtung beinhaltet eine zentrale Regel- bzw. Steuervorrichtung, welche eine Messkraft-Anweisung ausgibt, welche eine Anweisung bzw. Instruktion für eine Orientierung und/oder Größe der Messkraft bereitstellt, und eine Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung, welche die Orientierung und/oder Größe der Messkraft regelt bzw. steuert, welche durch die Messkraft-Aufbringeinrichtung erzeugt wird. Die Messkraft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung überwacht eine Positionsänderungs-Detektion, und wenn eine Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms einen bestimmten (vorbestimmten oder vorbestimmbaren) Schwellwert überschreitet, wendet sie ein Feedback bzw. eine Rückkopplung an.
  • Es wird festgehalten bzw. angemerkt, dass die vorangehenden Beispiele lediglich für den Zweck einer Erläuterung zur Verfügung gestellt wurden und keineswegs als die vorliegende Erfindung beschränkend bzw. begrenzend angesehen bzw. ausgelegt werden sollen. Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist verständlich, dass die Worte, welche hierin verwendet wurden, Worte einer Beschreibung und Illustration, eher als Worte einer Beschränkung sind. Änderungen können innerhalb des Geltungsbereichs bzw. Gebiets der beigeschlossenen Ansprüche, wie sie gegenwärtig formuliert sind und in geänderter Form, durchgeführt werden, ohne von dem Rahmen bzw. Geltungsbereich und Wesen bzw. Geist der vorliegenden Erfindung in ihren Aspekten abzuweichen. Obwohl die vorliegende Erfindung hierin unter Bezugnahme auf besondere Strukturen, Materialien und Ausführungsformen beschrieben wurde, ist für die vorliegende Erfindung nicht beabsichtigt, dass sie auf die hierin geoffenbarten Einzelheiten beschränkt bzw. begrenzt ist; eher erstreckt sich die vorliegende Erfindung auf alle funktionell äquivalenten Strukturen, Verfahren und Verwendungen, wie sie innerhalb des Rahmens der beigeschlossenen Ansprüche sind bzw. liegen.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt bzw. begrenzt und es können verschiedene Abänderungen und Modifikationen möglich sein, ohne von dem Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • 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 Patentliteratur
    • JP 2018199956 [0001]
    • JP 2012225742 [0003]
    • JP 6133678 [0005, 0006]

Claims (9)

  1. Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung (100), umfassend: ein Oberflächeneigenschafts-Messinstrument (230), welches eine Oberflächeneigenschaft einer messbaren Oberfläche eines messbaren Gegenstands (W) durch ein Durchführen eines verfolgenden Abtastens der messbaren Oberfläche während eines Kontakts mit der messbaren Oberfläche misst, wobei das Oberflächeneigenschafts-Messinstrument (230) umfasst: einen Messarm (233), welcher zu einer kreisförmigen gebogenen Bewegung mit einer Drehwelle (232) als einem Schwenkpunkt fähig ist; wenigstens einen Stift (233U; 233D), welcher an einem distalen Ende des Messarms (233) vorgesehen ist; einen Positionsänderungs-Detektor (235), welcher eine Änderung in einer Position aufgrund der kreisförmigen gebogenen Bewegung des Messarms (233) detektiert; und eine Messkraft-Aufbringeinrichtung (240), welche den Messarm (233) in einer kreisförmigen gebogenen Bewegungsrichtung beaufschlagt und eine Messkraft auf den Stift (233U; 233D) ausübt; einen Motor (250) für eine relative Verlagerung, welcher relativ das Oberflächeneigenschafts-Messinstrument (230) und den messbaren Gegenstand (W) in drei Dimensionen derart verlagert, dass das Oberflächeneigenschafts-Messinstrument (230) ein verfolgendes Abtasten entlang der messbaren Oberfläche durchführt; und eine Regel- bzw. Steuereinrichtung (350), welche Vorgänge bzw. Betätigungen des Oberflächeneigenschafts-Messinstruments (230) und des Motors (250) für eine relative Verlagerung regelt bzw. steuert, wobei die Regel- bzw. Steuereinrichtung umfasst: eine zentrale Regel- bzw. Steuereinrichtung (320), welche einen Speicher, welcher einen Satz von ausführbaren Anweisungen speichert, und einen Prozessor umfasst, welcher bei einem Ausführen der Anweisungen eine Messkraft-Anweisung ausgibt, welche eine Anweisung für eine Orientierung und/oder Größe der Messkraft ausgibt; und eine Messkraft-Regel- bzw. -Steuerschaltung (400), welche die Orientierung und/oder Größe der Messkraft regelt bzw. steuert, welche durch die Messkraft-Aufbringeinrichtung (240) erzeugt wird, indem ein Regel- bzw. Steuersignal an der Messkraft-Aufbringeinrichtung (240) angewandt wird, wobei die Messkraft-Regel- bzw. -Steuerschaltung (400): einen vorbestimmten Schwellwert für eine Geschwindigkeit einer Positionsänderung des Messarms (233) in Übereinstimmung mit der Messgeschwindigkeit des Oberflächeneigenschafts-Messinstruments (230) relativ zu dem messbaren Gegenstand (W) festlegt, ein Positionsänderungs-Detektionssignal von dem Positionsänderungs-Detektor (235) überwacht, und wenn die Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms (233) gleich wie oder geringer als der bestimmte Schwellwert ist, das Regel- bzw. Steuersignal an der Messkraft-Aufbringeinrichtung (240) anlegt, um eine Messkraft mit einer Orientierung und/oder Größe entsprechend der Messkraft-Anweisung zu erzeugen, und ein Feedback bzw. eine Rückkopplung anwendet, um in der Messkraft-Aufbringeinrichtung (240) eine Kraft in einer Richtung zu erzeugen, welche das distale Ende des Messarms (233) aufwärts anhebt, wenn die Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms (233) den bestimmten Schwellwert überschreitet.
  2. Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Messkraft-Regel- bzw. -Steuerschaltung (400) umfasst: einen Messkraft-Anweisungsspannungs-Generator (410), welcher eine Messkraft-Anweisungsspannung erzeugt, welche ein Spannungssignal ist, welches einem Wert der Messkraft-Anweisung entspricht; einen Feedbacksignal-Generator (420), welcher ein Rückkopplungs- bzw. Feedbacksignal erzeugt, welches ein Spannungssignal ist, welches in der Messkraft-Aufbringeinrichtung (240) eine Kraft in einer Richtung erzeugt, welche das distale Ende des Messarms (233) nach oben anhebt; eine Subtrahiereinrichtung (440), welche das Feedbacksignal von der Messkraft-Anweisungsspannung subtrahiert; und eine Entscheidungsschaltung (460), welche basierend auf dem Positionsänderungs-Detektionssignal von dem Positionsänderungs-Detektor (235) entscheidet, ob die Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms (233) den bestimmten Schwellwert überschreitet, wobei, wenn die Entscheidungsschaltung (460) entscheidet, dass die Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms (233) den bestimmten Schwellwert überschreitet, das Feedbacksignal zu der Subtrahiereinrichtung (440) eingegeben wird.
  3. Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Feedbacksignal-Generator (420) eine Frequenz-Spannungs-Umwandlungsschaltung (420) umfasst, welche ein Spannungssignal erzeugt, welches einem Frequenzwert des Positionsänderungs-Detektionssignals von dem Positionsänderungs-Detektor (235) entspricht.
  4. Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei: ein Schalter (430) zwischen dem Feedbacksignal-Generator (420) und der Subtrahiereinrichtung (440) vorgesehen ist, und die Entscheidungsschaltung (460): den Schalter (430) auf EIN stellt, wenn die Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms (233) den bestimmten Schwellwert überschreitet, und den Schalter (430) auf AUS stellt, wenn die Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms (233) gleich wie oder kleiner als der bestimmte Schwellwert ist.
  5. Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei: ein Schalter zwischen dem Feedbacksignal-Generator (420) und der Subtrahiereinrichtung (440) vorgesehen ist, und die Entscheidungsschaltung (460): den Schalter (430) auf EIN stellt, wenn die Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms (233) den bestimmten Schwellwert überschreitet, und den Schalter (430) auf AUS stellt, wenn die Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms (233) gleich wie oder kleiner als der bestimmte Schwellwert ist.
  6. Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei, wenn der Schalter (430) AUS ist, das Oberflächeneigenschafts-Messinstrument (230) die Oberflächeneigenschaft der messbaren Oberfläche misst.
  7. Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Messkraft-Regel- bzw. -Steuerschaltung (400) eine Schwellwerttabelle speichert, welche eine Beziehung zwischen der Messgeschwindigkeit und dem Schwellwert zeigt.
  8. Regel- bzw. Steuerverfahren für eine Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung (100), welche ein Oberflächeneigenschafts-Messinstrument (230) aufweist, welches einen Messarm (233), welcher abgestützt wird, um zu einer kreisförmigen gebogenen Bewegung mit einer Rotationswelle (232) als einem Schwenkpunkt fähig zu sein, wenigstens einen Stift (233U; 233D), welcher an einem distalen Ende des Messarms (233) vorgesehen wird, einen Positionsänderungs-Detektor (235), welcher eine Änderung in einer Position aufgrund der kreisförmigen gebogenen Bewegung des Messarms (233) detektiert, und eine Messkraft-Aufbringeinrichtung (240) aufweist, welche den Messarm (233) in einer kreisförmigen gebogenen Bewegungsrichtung beaufschlagt und eine Messkraft auf den Stift (233U; 233D) aufbringt, wobei die Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung weiters einen Mechanismus einer relativen Verlagerung aufweist, welcher das Oberflächeneigenschafts-Messinstrument (230) und einen messbaren Gegenstand (W) in drei Dimensionen derart verlagert, dass das Oberflächeneigenschafts-Messinstrument (230) ein verfolgendes Abtasten entlang einer messbaren Oberfläche des messbaren Gegenstands (W) durchführt, wobei das Verfahren umfasst: ein Regeln bzw. Steuern einer Orientierung und/oder Größe der Messkraft, welche durch die Messkraft-Aufbringeinrichtung (240) erzeugt wird, durch ein Anlegen an der Messkraft-Aufbringeinrichtung (240) eines Regel- bzw. Steuersignals, welches auf einer Messkraft-Anweisung basiert, welche eine Anweisung für die Orientierung und/oder Größe der Messkraft ausgibt; ein Festlegen eines bestimmten Schwellwerts für eine Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms (233) in Übereinstimmung mit der Messgeschwindigkeit des Oberflächeneigenschafts-Messinstruments (230) relativ zu dem messbaren Gegenstand (W); ein Überwachen eines Positionsänderungs-Detektionssignals von dem Positionsänderungs-Detektor (235); und ein Anlegen des Regel- bzw. Steuersignals an der Messkraft-Aufbringeinrichtung (240), um eine Messkraft mit einer Orientierung und/oder Größe entsprechend der Messkraft-Anweisung zu erzeugen, wenn die Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms (233) gleich wie oder kleiner als der bestimmte Schwellwert ist, und ein Anwenden eines Feedbacks, um in der Messkraft-Aufbringeinrichtung (240) eine Kraft in einer Richtung zu erzeugen, welche das distale Ende des Messarms (233) nach oben anhebt, wenn die Positionsänderungs-Geschwindigkeit des Messarms (233) den bestimmten Schwellwert überschreitet.
  9. Computerprogrammprodukt, umfassend computerlesbare Anweisungen, welche, wenn auf ein geeignetes System geladen und auf diesem ausgeführt, die Schritte eines Regel- bzw. Steuerverfahrens für eine Oberflächeneigenschafts-Messvorrichtung (100) nach Anspruch 8 durchführen.
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