DE202009018895U1

DE202009018895U1 - Oberflächenmesstaster

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Publication number: DE202009018895U1
Application number: DE200920018895
Authority: DE
Original assignee: Breitmeier Messtechnik GmbH
Current assignee: Breitmeier Messtechnik GmbH
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2009-08-01
Publication date: 2014-04-14
Anticipated expiration: 2019-08-02
Also published as: DE102009035746A1; DE102009035747A1; DE202009018897U1

Abstract

Rauheits- und/oder Profil- und/oder Abstands-Messvorrichtung mit einem, vorzugsweise als Freitaster ausgebildeten, Messtaster, der wenigstens einen als Oberflächen-Antastelement ausgebildeten Sensor enthält, vorzugsweise in Form einer eine Tastspitze aufweisenden Tastnadel (5) und/oder in Form eines kugelförmigen Antastkörpers, zur berührenden Erfassung bzw. Messung des mikroskopischen Oberflächenprofils (8) eines Messobjekts, insbesondere eines Werkstücks, und mit einem Meßsystem (4) zur Erfassung bzw. Messung der Stellung des Oberflächen-Antastelements relativ zu der Oberfläche (8) des Messobjekts, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung mindestens einen weiteren Sensor (6, 7) zur Erfassung einer oder mehrerer lokaler physikalischer, chemischer, biologischer und/oder geometrischer Eigenschaften der Oberfläche (8) des Messobjekts umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rauheits- und/oder Profil- und/oder Abstands-Messvorrichtung mit einem, vorzugsweise als Freitaster ausgebildeten, Messtaster, der wenigstens einen als Oberflächen-Antastelement ausgebildeten Sensor enthält, vorzugsweise in Form einer eine Tastspitze aufweisenden Tastnadel und/oder in Form eines kugelförmigen Antastkörpers, zur berührenden Erfassung bzw. Messung des mikroskopischen und/oder makroskopischen Oberflächenprofils eines, insbesondere auch eine unregelmäßige Form aufweisenden, Messobjekts, insbesondere eines Werkstücks, vorzugsweise unter Produktionsbedingungen, und mit einem Meßsystem zur Erfassung bzw. Messung der Stellung des Oberflächen-Antastelements relativ zu der Oberfläche des Messobjekts. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Oberflächenprofilmesstaster.
Rauheits- und Profilmesstaster sind bewährte und weit verbreitete Messinstrumente zur Beurteilung der Oberflächenqualität von Werkstücken, zur Erfassung der Mikrostruktur und der Oberflächenrauheit. Diese Instrumente besitzen eine Tastspitze aus Diamant oder, im Falle des Profilmesstasters, eine Metall- oder Glaskugel, mit welcher die Werkstückoberfläche an- oder abgetastet wird, indem der Taster mittels eines motorisierten Vorschubs über die Oberfläche gezogen wird. Letzterer kann als separates Gerät oder im Taster integriert sein. Normalerweise sind keine weiteren Funktionen in den heute handelsüblichen Tastern integriert.
Das Funktionsprinzip ist immer ähnlich: Die Tastspitze ist an einem Hebel befestigt, welcher geeignet gelagert ist und um einen bestimmten Winkel ausgelenkt werden kann. Die durch die Werkstückoberfläche über die Tastspitze induzierte Auslenkung wird von einem Meßsystem, meist induktiv oder optisch, gemessen, digitalisiert und an den PC ausgegeben.
Gemessen wird mit einem derartigen Taster ein so genannter Tastschnitt, also ein Linienprofil. Bei einigen Messaufgaben wäre es vorteilhaft, zusammen mit dem Profil auch weitere lokale Werkstückeigenschaften erfassen zu können, z.B. Temperatur, Reibung, magnetische Eigenschaft, Leitfähigkeit oder Impedanz oder aber auch einen visuellen Eindruck der Messoberfläche zu gewinnen. Dies ist z.B. der Fall, wenn

– man das Profil auf einem schmalen Steg messen muss und die Tastnadel unter Kamerabeobachtung optimal positionieren könnte und/oder wenn
– die Oberfläche porenbehaftet ist und man die Poren aus dem Linienprofil aussortieren könnte, wenn man sie mittels eines Kamerabildes als solche identifiziert hat und/oder wenn
– man in einer Bohrung verdeckt misst und den Taster mittels eines Bildes geeignet ausrichten kann und/oder wenn
– man mittels eines Oberflächenbildes zur Messung geeignete Stellen aussuchen möchte, z.B. solche mit Defekten.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Messtaster der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, der erweiterte Einsatz- und/oder Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere vorteilhafte Möglichkeiten für eine erweiterte Beurteilung der Oberfläche eines Messobjekts, insbesondere einer Werkstückoberfläche, bietet.
Diese Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Oberflächenprofilmesstaster mit Zusatzsensoren zur erweiterten Beurteilung einer Oberfläche eines Messobjekts, insbesondere einer Werkstückoberfläche.
Während mit einem konventionellen Rauheits- oder Profilmesstaster nur das Oberflächenprofil erfassbar ist, ermöglicht der Zusatzsensor bzw. ermöglichen die Zusatzsensoren eine umfassendere Qualitätssicherung hinsichtlich weiterer Merkmale wie Korrosion, Rost, Strukturausprägung, Defekten, Farbe, Kontamination, etc.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, einen konventionellen Messtaster mit wenigstens einem weiteren Sensor zu versehen, der neben dem Oberflächenprofil eine oder mehrere lokale physikalische, chemische, biologische oder geometrische Eigenschaften der Werkstückoberfläche erfasst. Dies kann ein Mini-Temperatursensor, Magnetsensor, Drucksensor, eine Luftdüse zur Messung des Abstandes, ein Sensor zur optischen Kontrastmessung, z.B. zur Schrifterkennung, ein Farbsensor, ein Reibungssensor, ein chemischer Sensor und/oder oder ein biologischer Sensor, z.B. ein Halbleiter mit einer bestimmten Empfindlichkeit für einen Stoff, eine Chemikalie, ein Gas, eine Flüssigkeit, etc., sein.
Um einen messbaren Effekt zu bewirken, kann es sinnvoll sein, die zu untersuchende Oberfläche mit einem Reagenz, Fremdstoff oder Katalysator zu benetzen, bevor oder während sie abgetastet wird. Diese Benetzung kann über eine geeignete Vorrichtung im oder über den Taster erfolgen.
Bei dem weiteren Sensor kann es sich auch um eine Miniaturkamera handeln, um einen visuellen Eindruck von der Werkstückoberfläche in der Nähe des Abtastortes gewinnen zu können. Es kann sich aber auch um eine Fotodiodenzeile als Teil eines Miniatur-Triangulationsmeßsystems handeln, mit dem man berührungslos eine Abstands- und/oder Profilmessung durchführen kann. Dasselbe Ziel lässt sich auch in ähnlicher Weise mit einer Differentialfotodiode erreichen.
Der optische Sensor kann aber auch Teil eines Miniatur-Spektrometers sein, z.B. um materialspezifische Merkmale der Werkstückoberfläche zu erfassen. Oder handelt sich bei dem weiteren Sensor um einen simplen Farbsensor zur Erfassung bzw. Messung farbspezifischer Oberflächenmerkmale.
Der erfindungsgemäße weitere Sensor oder die erfindungsgemäßen weiteren Sensoren können dabei an irgendeiner geeigneten Stelle mehr oder minder weit entfernt von dem Oberflächen-Antastelement, insbesondere von der Tastnadel, angebracht sein.
Schließlich ist eine zielführende Beleuchtung von ausschlaggebender Bedeutung. Dazu können mehrere geeignete Lichtquellen, gegebenenfalls unterschiedlicher Farbe, unter geeigneten Winkeln, gegebenenfalls sequentiell, die Oberfläche des Messobjekts beleuchten.
Vorteilhaft für manche Anwendung, z.B. einer Messung von weichen Gegenständen oder Messerkanten mit kleinem Radius, ist die Möglichkeit, diese mit einem ganz oder teilweise im Taster integrierten optischen Meßsystem durchzuführen. Dazu kann man z.B. ein Gittermuster auf die Oberfläche des Messobjekts projizieren und die Verzerrung dieses Musters, bedingt durch die Oberflächenkontur, geeignet auswerten. Dafür geeignet sein kann das so genannte Triangulationsverfahren oder die so genannte „Depth-from-Focus“ Methode. Zumindest für letztere ist eine Abstandsvariation zwischen der Abbildungsoptik und der Werkstückoberfläche vorzusehen.
Vorteilhaft ist es, die Mittel zur üblicherweise notwendigen Kalibrierung des Messtasters zusammen mit dem oder ohne den Zusatzsensor mit in die Tasterkonstrukion aufzunehmen, so dass keine externen Kalibrierstücke benötigt werden.
Ebenso vorteilhaft ist es, Mittel zum motorischen bzw. softwaregesteuerten Abheben der Tastnadel und/oder des weiteren Sensors vorzusehen, z.B. um Rillen in der Oberfläche des Messobjekts ohne Schaden überqueren zu können.
Schließlich ist es für einige Anwendungen vorteilhaft, Mittel vorzusehen, dass ohne weitere äußere Hilfsmittel mehr als nur ein Linienprofil gemessen werden kann. Dazu kann man z.B. den Hebelarm mit der Tastnadel mittels eines geeigneten Aktuators seitlich stückweise versetzen. Insbesondere verspricht eine geeignete Korrelierung dieser dergestalt erhaltenen Messlinien mit einem Kamerabild der Oberfläche einen deutlichen Mehrwert der Profilmessung für den Anwender.
Ein zweites Meßsystem, eingebaut an/oder in das Tastergehäuse mit getrenntem Fühler kann vorteilhaft zur Erfassung und nachfolgenden Kompensation externer Vibrationen dienen. Dazu wird dieser Fühler sinnvoller- weise stationär ausgeführt, bewegt sich also nicht seitlich, während die erste Tastspitze über die Oberfläche geführt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung können Mittel vorgesehen sein, mit denen die beschriebenen Sensoren parallel zur vorhandenen Tastnadel in ihre Messstellung gebracht werden können. Dazu können diese geeignet abgesenkt oder eingeschwenkt werden.
Desgleichen ist es vorteilhaft, alternativ oder gleichzeitig mit mehr als einer Tastspitze oder einem Sensor die Oberfläche abtasten zu können.
Mittels einer Vibrationsbeaufschlagung der Tastspitze läßt sich diese z.B. über Oberflächenstellen führen, wodurch sonst evtl. durch Haftreibung fehlerhafte Messungen zustande kämen.
Der Tasthebel stellt ein Resonanzsystem dar, welches beim Abtasten der rauhen Oberfläche ggfalls angeregt wird. Dieser Effekt kann durch eine geeignete Dämpfung vermieden werden. Eine Erhöhung der Abtastgeschwindigkeit läßt sich ggfalls erzielen, wenn man die Autokorrelationskoeffizienten der Tasterdynamik der zu messenden Oberflächenstruktur anpaßt.
Mit im Taster eingebauten Mitteln zur stoßartigen Bewegung der Tastnadel in Richtung Oberfläche kann man eine kleine Einkerbung erzielen und deren Tiefe gleich oder durch erneutes Überfahren messen. So läßt sich die Mikrohärte der Oberfläche bestimmen.
Besonders beim Einsatz in der Fertigung besteht eine Verschmutzungsgefahr des Tasters. Diese kann dadurch vermieden werden, daß der Meßtaster mit einem Überdruck sauberer Luft beaufschlagt wird, so daß immer eine kleine Luftmenge ausströmt und den Schmutz so fernhält.
Die Erfindung betrifft auch eine Rauheits- und/oder Profil- und/oder Abstands-Messvorrichtung mit einem, vorzugsweise als Freitaster ausgebildeten, Messtaster, der wenigstens einen als Oberflächen-Antastelement ausgebildeten Sensor enthält, vorzugsweise in Form einer eine Tastspitze aufweisenden Tastnadel und/oder in Form eines kugelförmigen Antastkörpers, zur berührenden Erfassung bzw. Messung des mikroskopischen oder makroskopischen Oberflächenprofils eines Messobjekts, insbesondere eines Werkstücks, und mit einem Meßsystem zur Erfassung bzw. Messung der Stellung des Oberflächen-Antastelements relativ zu der Oberfläche des Messobjekts, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Vorschubeinrichtung, mittels derer der Sensor entlang dem Oberflächenprofil des Messobjekts bewegbar ist bzw. bewegt wird.
In den üblichen kompakten Hand-Profilmessgeräten sind die wesentlichen Komponenten, nämlich Vorschub, Messelektronik und Taster fest zusammengebaut. In einem Gesamtgerät bzw. bei größeren Geräten sind die drei Komponenten Vorschubapparat, Anzeige-/Auswerteelektronik und Messtaster als getrennte Vorrichtungen vorhanden und mechanisch bzw. elektrisch fest miteinander verbunden und stellen zusammen das Messgerät dar. Andere Funktionen als die Mikro- oder Makroprofilmessung sind nicht vorhanden.
Es ist deshalb auch eine Aufgabe der Erfindung, eine Rauheits- und/oder Profil- und/oder Abstands-Messvorrichtung bzw. eine Vorrichtung zur Mikro- oder Makroprofilmessung zur Verfügung zu stellen, die in besonderes kostengünstiger Art und Weise erweiterte Einsatz- und/oder Anwendungsmöglichkeiten bietet.
Diese Aufgabe kann insbesondere durch die Merkmale des Anspruches 3, vorzugsweise dadurch gelöst werden, dass die Messvorrichtung aus wenigstens einem den Messtaster enthaltenden auswechselbaren Tastermodul und aus wenigstens einem das Messsystem enthaltenden auswechselbaren Messmodul und aus wenigstens einem die Vorschubeinrichtung enthaltenden auswechselbaren Vorschubmodul modular aufgebaut ist.
Alle Einzelkomponenten können modular konstruiert sein, so dass sie sich zu einem kompletten Gerät zusammensetzen lassen. Dies kann beispielsweise mit Hilfe geeigneter mechanischer magnetischer Schnittstellen erfolgen. Beispielsweise können für das Vorschubmodul Versionen mit verschieden langen Verfahrwegen vorsehen sein. Je nach dem Einsatzzweck kann dann das geeignete Vorschubmodul gewählt werden. Ebenso kann man Tastelemente mit unterschiedlichen Tastnadelversionen und/oder Hebellängen vorsehen. Schließlich können auch oder alternativ weitere Messmodule angebracht werden, mit denen beispielsweise andere als geometrische Größen gemessen werden können.
Ein Messgerät lässt sich somit aus modularen Komponenten so zusammensetzen, dass es einfache oder komplexe Aufgaben lösen kann, ohne dass dafür mehrere Geräte angeschafft werden müssen, die jeweils nur für eine bestimmte Messaufgabe ausgelegt sind. Solche optionalen Module können beispielsweise Temperatur-, Härte-, Farb-, Reibkraft-, Schnittstellen- oder Reflexionsmessmodule sein. Weiterhin kann ein Kameramodul oder aber ein sonstwie gearteter optischer Sensor vorteilhaft sein.
Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung wenigstens ein weiteres Messmodul mit wenigstens einem weiteren Sensor zur Messung bzw. Erfassung einer oder mehrerer, insbesondere lokaler, physikalischer, chemischer, biologischer und/oder geometrischer Eigenschaften der Oberfläche des Messobjekts enthält. Durch Hinzufügen modularer Bauteile können auf vorteilhafte Weise neben der Rauheits- und/oder Profilmessung auch andere Merkmale des Messobjekts erfasst werden.
Bevorzugt können das Tastermodul, das Messmodul oder die Messmodule und das Vorschubmodul werkzeugfrei montierbar und/oder werkzeugfrei demontierbar sein bzw. können diese Module werkzeugfrei montiert und/oder werkzeugfrei demontiert werden.
Ferner können Mittel zum gemeinsamen Anheben einer Einheit bzw. Anordnung vorgesehen sein, die das Tastermodul, das Messmodul oder die Messmodule und das Vorschubmodul umfasst. Zur Erfassung bestimmter Oberflächenkenngrößen ist es vorteilhaft, die gesamte Vorrichtung gegenüber der Werkstückoberfläche anzuheben. Dazu kann ein entsprechender, motorisierter oder durch ein Stellglied ansteuerbarer Anhebemechanismus dienen. Dieser kann die Anordnung bzw. die Einheit softwaregesteuert von der Oberfläche des Messobjekts weg bewegen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Tastermodul ein Mittel zur Erfassung bzw. Messung der Reibung zwischen dem Sensor des Messtasters und dem Messobjekt umfasst. Um den Reibwert des Materials eines Messobjektes, insbesondere eines Werkstücks, zu bestimmen, kann die Tastnadel oder alternativ ein anderer geeigneter Tastkörper mit Hilfe des Vorschubmoduls über die Oberfläche des Messobjekts gezogen werden. Wird die Aufhängung des Tasthebels so gestaltet, dass sie sich unter dem Einfluss der lateral in Zugrichtung wirksamen Reibkraft dehnt, so kann diese Dehnung gemessen werden. Diese Dehnung stellt ein Maß für die Reibkraft dar. Die Aufhängung kann beispielsweise ein Federparallelogramm oder eine einfache Feder sein.
Weitere Vorteile, Merkmale und Gesichtspunkte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus dem nachfolgenden Beschreibungsteil, in dem ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben ist.
Es zeigen:
1: einen schematischen Längs-Querschnitt einer erfindungsgemäßen Rauheits- und/oder Profil- und/oder Abstands-Messvorrichtung;
2: die Messvorrichtung nach 1 in einer Seitenansicht von links;
3: einen schematischen Längs-Querschnitt einer Rauheits- und/oder Profil- und/oder Abstands-Messvorrichtung gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel.
Die Rauheits- und/oder Profil- und/oder Abstands-Messvorrichtung umfasst einen als Freitaster ausgebildeten Messtaster, der einen Tasterkörper 1 und einen an diesem um ein Drehlager drehbar gelagerten Tast- bzw. Messhebel 2 aufweist. An dem Messtasterkörper 1 ist ein Schutzrohr 9 befestigt, in dem der Tast- bzw. Messhebel gegen Beschädigungen geschützt aufgenommen ist.
An dem aus dem Tasterkörper 1 herausragenden freien Ende des Tast- bzw. Messhebels 2 ist wenigstens ein als Oberflächen-Antastelement ausgebildeter Sensor in Form einer eine Tastspitze aufweisenden Tastnadel 5 zur berührenden Erfassung bzw. Messung eines mikroskopischen Oberflächenprofils 8 eines Messobjekts, insbesondere eines Werkstücks, angeordnet.
In dem Messtasterkörper 1 angeordnet bzw. diesem zugeordnet ist ein Meßsystem 4 zur Erfassung bzw. Messung der Stellung der Tastnadel 5 relativ zur Oberfläche 8 des Messobjekts.
Im Bereich der Tastnadel bzw. dieser zugeordnet sind eine Mehrzahl zusätzlicher Sensoren 6, 7 zur Erfassung einer oder mehrerer lokaler physikalischer, optischer, chemischer, biologischer und/oder geometrischer Eigenschaften der Oberfläche 8 des Messobjekts sowie Beleuchtungsmittel 6, 7 zur Beleuchtung der Oberfläche 8 des Messobjekts angeordnet.
3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Rauheits- und/oder Profil- und/oder Abstands-Messvorrichtung, die modular aufgebaut ist. Diese umfasst eine Anordnung bzw. Einheit bestehend aus einem auswechselbaren Vorschubmodul 11, einem auswechselbaren Messmodul 12 und einem auswechselbaren Tastermodul 13. Bevorzugt können das Tastermodul 13, das Messmodul 12 und das Vorschubmodul 11 werkzeugfrei montierbar und demontierbar sein bzw. können die Module 11, 12 und 13, werkzeugfrei montiert und demontiert werden.
Das Tastermodul 13 enthält einen als Freitaster ausgebildeten Messtaster. Der Messtaster umfasst einen als Oberflächen-Antastelement ausgebildeten Sensor. Bei dem Sensor handelt es sich hier um eine Tastnadel 5´ mit einer Tastspitze zur berührenden Erfassung bzw. Messung des mikroskopischen oder makroskopischen Oberflächenprofils eines in 3 nicht gezeigten Messobjekts, insbesondere eines Werkstücks.
Das Messmodul 12 enthält ein Meßsystem zur Erfassung bzw. Messung der Stellung des Oberflächen-Antastelements relativ zu der Oberfläche des Messobjekts.
Das Vorschubmodul 11 enthält eine Vorschubeinrichtung, mittels derer der Sensor entlang dem Oberflächenprofil des Messobjekts bewegbar ist bzw. bewegt wird. Die Messvorrichtung umfasst hier auch einen eine Kamera 15 umfassenden Kameramodul.
Alle Einzelkomponenten sind modular konstruiert, so dass sich diese zu einem kompletten Gerät zusammensetzen lassen. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer oder mehrerer magnetischer und/oder mechanischer Schnittstellen 14 erfolgen.
Die Anordnung bzw. Einheit kann über Abstützfüße 16 auf dem in 3 nicht gezeigten Messobjekt oder auf einem anderen Körper, der mit dem Messobjekt fest verbunden ist, abgestützt werden. Als ein Mittel zum gemeinsamen Anheben der Einheit bzw. Anordnung, die zumindest den Tastermodul 13, den Messmodul 12 und den Vorschubmodul 11 umfasst, kann ein motorisierter oder durch ein Stellglied ansteuerbarer Anhebemechanismus 17 dienen. Mit Hilfe des Anhebemechanismus 17 kann die Anordnung bzw. die Einheit softwaregesteuert von der Oberfläche des in 3 nicht gezeigten Messobjekts weg bewegt werden.
Bezugszeichenliste

1: Messtasterkörper/Messtaster
2: Tast- bzw. Messhebel
3: Drehlager
4: Messsystem
5: Tastnadel
5´: Tastnadel
6: Sensoren/Beleuchtung
7: Sensoren/Kamera/Beleuchtung
8: Oberfläche bzw. Oberflächenprofil eines Messobjekts
9: Schutzrohr
11: Vorschubmodul
12: Messmodul
13: Tastermodul
14: mechanische Schnittstelle
15: Kamera/Kameramodul
16: Abstützfuß
17: Anhebemechanismus

Claims

Rauheits- und/oder Profil- und/oder Abstands-Messvorrichtung mit einem, vorzugsweise als Freitaster ausgebildeten, Messtaster, der wenigstens einen als Oberflächen-Antastelement ausgebildeten Sensor enthält, vorzugsweise in Form einer eine Tastspitze aufweisenden Tastnadel (5) und/oder in Form eines kugelförmigen Antastkörpers, zur berührenden Erfassung bzw. Messung des mikroskopischen Oberflächenprofils (8) eines Messobjekts, insbesondere eines Werkstücks, und mit einem Meßsystem (4) zur Erfassung bzw. Messung der Stellung des Oberflächen-Antastelements relativ zu der Oberfläche (8) des Messobjekts, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung mindestens einen weiteren Sensor (6, 7) zur Erfassung einer oder mehrerer lokaler physikalischer, chemischer, biologischer und/oder geometrischer Eigenschaften der Oberfläche (8) des Messobjekts umfasst.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine integrierte, als Vorschubeinrichtung gestaltete, Antriebsvorrichtung, mittels derer das Oberflächen-Antastelement und/oder der weitere Sensor oder die weiteren Sensoren entlang dem Oberflächenprofil des Messobjekts bewegbar ist bzw. sind oder bewegt wird bzw. werden.
Rauheits- und/oder Profil- und/oder Abstands-Messvorrichtung mit einem, vorzugsweise als Freitaster ausgebildeten, Messtaster, der wenigstens einen als Oberflächen-Antastelement ausgebildeten Sensor enthält, vorzugsweise in Form einer eine Tastspitze aufweisenden Tastnadel (5´) und/oder in Form eines kugelförmigen Antastkörpers, zur berührenden Erfassung bzw. Messung des mikroskopischen oder makroskopischen Oberflächenprofils eines Messobjekts, insbesondere eines Werkstücks, und mit einem Meßsystem zur Erfassung bzw. Messung der Stellung des Oberflächen-Antastelements relativ zu der Oberfläche des Messobjekts, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Vorschubeinrichtung, mittels derer der Sensor entlang dem Oberflächenprofil des Messobjekts bewegbar ist bzw. bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung aus wenigstens einem den Messtaster enthaltenden auswechselbaren Tastermodul (13) und aus wenigstens einem das Messsystem enthaltenden auswechselbaren Messmodul (12) und aus wenigstens einem die Vorschubeinrichtung enthaltenden auswechselbaren Vorschubmodul (11) modular aufgebaut ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens ein weiteres Messmodul mit wenigstens einem weiteren Sensor zur Messung bzw. Erfassung einer oder mehrerer, insbesondere lokaler, physikalischer, chemischer, biologischer und/oder geometrischer Eigenschaften der Oberfläche des Messobjekts enthält.
Messvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastermodul (13), das Messmodul (12) oder die Messmodule und das Vorschubmodul (11) werkzeugfrei montierbar und/oder werkzeugfrei demontierbar sind oder werkzeugfrei montiert und/oder werkzeugfrei demontiert werden.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (17) zum gemeinsamen Anheben einer Einheit bzw. Anordnung vorgesehen sind, die das Tastermodul (13), das Messmodul (12) oder die Messmodule und das Vorschubmodul (11) umfasst.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastermodul ein Mittel zur Erfassung bzw. Messung der Reibung zwischen dem Sensor des Messtasters und dem Messobjekt umfasst.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Sensor (6, 7) bzw. die weiteren Sensoren (6, 7) an oder in einem Gehäuse der Messvorrichtung und/oder an oder in dem Messtaster (1) angeordnet ist bzw. sind.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine eine Geradheitsreferenz der Antriebs- bzw. Vorschubbewegung bildende Bezugsebene enthält, entlang welcher der Messtaster bzw. ein diesen tragender Schlitten bei einer Bewegung des Oberflächen-Antastelements und/oder des weiteren Sensors oder der weiteren Sensoren entlang des Oberflächenprofils des Werkstückes (50) bewegt wird.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem weiteren Sensor (7) um einen lichtempfindlichen Sensor (7) bzw. Fotosensor, vorzugsweise um eine CCD/CMOS-Kamera (7), handelt, der bzw. die mindestens zwei lichtempfindlichen Flächen bzw. Elemente enthält.
Messvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der lichtempfindliche Sensor eine Fotodiodenzeile ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Strecke zwischen dem Messobjekt und dem lichtempfindlichen Sensor als eine geeignete Faseroptik ausgeführt ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem weiteren Sensor, oder vor den weiteren Sensoren jeweils, eine Abbildungsoptik angeordnet ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (6, 7) vorhanden sind, um ein Oberflächenelement des Messobjekts gleichmäßig oder strukturiert zu beleuchten.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, um ein Oberflächenelement des Messobjekts auf den weiteren Sensor oder auf die weiteren Sensoren abzubilden.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, um einen sich im Kontrast gegenüber der Umgebung abhebenden Punkt oder eine sich im Kontrast gegenüber der Umgebung abhebende Linie oder ein sich im Kontrast gegenüber der Umgebung abhebendes Liniengitter oder ein sich im Kontrast gegenüber der Umgebung abhebendes frei wählbares Muster auf die Oberfläche des Messobjekts zu projizieren.
Messvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, um das auf die Oberfläche des Messobjekts projizierte Muster auf den weiteren Sensor, insbesondere auf den lichtempfindlichen Sensor abzubilden.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Sensor (6, 7), insbesondere der lichtempfindliche Sensor (7) und/oder das abgebildete bzw. projizierte Muster der Bewegung des Oberflächen-Antastelements, insbesondere der Tastnadel (5), nachgeführt wird bzw. werden.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Fokussierung der Probenoberfläche auf den weiteren Sensor, insbesondere auf den lichtempfindlichen Sensor, vorhanden sind.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Sensor, insbesondere der lichtempfindliche Sensor, Teil eines Spektrometers ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Sensor, insbesondere der lichtempfindliche Sensor, Teil eines Farbsensors ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erkennung des Oberflächen-Materials des Messobjekts vorhanden sind oder dass es sich bei dem weiteren Sensor um einen Sensor zur Erkennung des Oberflächen-Materials des Messobjekts handelt.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, um nicht nur einen Tastschnitt sondern sequentiell mehrere parallele Tastschnitte aufzunehmen.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites separates Abstandsmeßsystem mit Messfühler integriert ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Aktuator zum gesteuerten oder geregelten Abheben des Oberflächen-Antastelements, insbesondere der Tastnadel, enthält.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass direkt am Messtaster montierte Mittel vorgesehen sind, um den Messtaster unter Einbeziehung des Oberflächen-Antastelements, insbesondere der Tastnadel, zu kalibrieren.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass, vorzugsweise am Messtaster angeordnete bzw. befestigte, Mittel zur Einstellung der Messkraft über einen Aktuator vorgesehen sind.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (6, 7) zur definierten Beleuchtung der Oberfläche (8) des Messobjekts vorhanden sind.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur definierten Beaufschlagung der Oberfläche des Messobjekts mit einem Kontaminierstoff oder mit einem Kontaminiergas vorhanden sind.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor zur Erfassung bzw. Messung lokaler chemischer Eigenschaften der Oberfläche des Messobjekts vorhanden ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor zur Erfassung bzw. Messung der lokalen Temperatur der Oberfläche des Messobjekts vorhanden ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor zur Erfassung bzw. Messung der lokalen Härte der Oberfläche des Messobjekts vorhanden ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor zur Erfassung bzw. Messung der lokalen elastischen Eigenschaften der Oberfläche des Messobjekts vorhanden ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor zur Erfassung bzw. Messung der lokalen Reibungseigenschaften der Oberfläche des Messobjekts vorhanden ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor zur Erfassung bzw. Messung lokaler biologischer Eigenschaften der Oberfläche des Messobjekts vorhanden ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor zur Messung lokaler magnetischer Eigenschaften des Messobjekts vorhanden ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor zur Messung des lokalen elektrischen Widerstands bzw. der Impedanz oder der elektrischen Leitfähigkeit vorhanden ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur stoßartigen Kraftbeaufschlagung der Tastnadel (5) vorhanden sind.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Vibrationsbeaufschlagung der Tastnadel (5) vorhanden sind.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei um einen bestimmten Winkel gegeneinander gedrehte Tastnadeln vorhanden sind.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Dämpfung der Tasthebelbewegung vorhanden sind.
Messvorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung so einstellbar ist, dass eine Autokorrelationsfunktion des Tasters einer Autokorrelationsfunktion der Oberflächenstruktur (8) des Messobjekts entspricht.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Messfühler und mehr als ein Tasthebel und mehr als ein die Auslenkung messendes Messsystem vorhanden sind.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Messtaster mit einem Luftüberdruck beaufschlagt werden kann.