DE2707960A1

DE2707960A1 - Zweikoordinaten-laengenmessvorrichtung fuer mikroskopische geraete

Info

Publication number: DE2707960A1
Application number: DE19772707960
Authority: DE
Inventors: Gunthard Ing Grad Nissel; Karl-Wilhelm Schenck; Erich Schuster
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Leica Microsystems Holdings GmbH
Priority date: 1977-02-24
Filing date: 1977-02-24
Publication date: 1978-08-31
Also published as: FR2381992A1; JPS53106161A; US4188119A; DE2707960C2

Description

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ι-rnsr !.iitz Weizla; Grnuri pat jg/Ma-21.2.77

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Zweikoordina ten-Langenmeßvorriohtung für mikroskopische Geräte

Die Erfindung betrifft eine Zweikoordinaten-Längenmeßvorrichtung für mikroskopische Geräte, insbesondere Mikro- und Kleinlast-HärteprUfer.

Es sind bereits Mikro-Härteprüfer bekannt, bei denen eine Messung in zwei Koordinaten möglich ist und somit beispielsweise die Länge beider Diagonalen eines Härteeindrucks ermittelt worden kann. Hierfür ist das Meßokular schwenkbar gelagert. Die Meßmarke bzw. -marken sind dabei in Richtung der Diagonalen des Eindrucks verschiebbar gelagert. Dies gilt sowohl für solche Marken, die aus geraden Strichen oder nur einem geraden Strich bestehen, als auch für solohe, die in Angleichung an die Rechteckform des Eindrucks als 90 -Winkel ausgebildet sind. Sie können bis an die Kanten bzw. Ecken des Eindrucks herangeführt werden. Während bei den winkelförmigen Marken ein "Umfassen" des Eindrucks erfolgt und dadurch die Flächenmessung im Vordergrund steht, bieten die erstgenannten Gewähr dafür, daß eine exakte Überlagerung mit den Ecken möglich und somit eine bessere Längenbestimmung erzielt wird.

Xn beiden Fällen ist Jedoch, wie bereits erwähnt, nach der Messung der einen Diagonale eine Drehung des die Marke enthaltenden Okulars um 90 erforderlich, um auoh die Länge der zweiten Diagonale bestimmen zu können.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Handhabung derartiger Meßvorrichtungen zu erleichtern und damit auch den Zeitaufwand der Messung zu verkürzen. Darüber hinaus soll durch einen einfacheren Aufbau eine Verbilligung und duroh weitere ergänzende Maßnahmen eine Komplettierung hinsichtlich Ablesung und Auswertung erzielt werden. Erfindungsgemäß wird dazu vorgeschlagen, als Einfangmittel mindestens einen Strichmarkenträger vorzusehen, der in einer Zwischenbildebene des Geräts angeordnet und in einer Halterung beweglich gelagert ist und dessen Bewegungsbahn in einem Winkel von '45 zu den Objektaohsen (x- und y-Koordinaten) verläuft und bei dem die Einfangmarke aus zwei senkrecht aufeinanderstellenden Strichen besteht, wobei sioh die Winkelhalbierende dieser Marke mit der Riohtung der Bewegungsbahn deckt.

Wird nur ein einziger Striohmarkenträger verwendet, so dient als Einfangmarke zweokmäßigerweise ein Striohkreuz oder zwei gegeneinander gekreuzte ^Q0°-Winkel. Es können auch noch zusätzliche Hilfsmarken gleicher Art mit festgelegtem Abstand angebracht werden, um die Messung zu erleichtern. Beim Meßvorgang muß zunächst mittels des einen Schenkels der Marke auf eine Ecke des Härteeindruoks und nach der Ablesung bzw. Nullausrichtung in bekannter Weise der gleiche Schenkel bzw. ein diesem zugeordneter Hilfsstrioh auf die gegenüberliegende Eoke verschoben worden. Die Messung der anderen Diagonale geaohieht in gleicher Weise, allerdings mit dem anderen Schenkel der Marke.

Eine wesentliche Erleichterung erzielt man, wenn zwei Strichmarkenträger vorgesehen worden, deren Einfangmarken als gegeneinander geriohtete 90 -Winkel ausgebildet sind. Diese können entweder gemeinsam oder auch

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getrennt für sioh verstellbar sein. Bei einer Anordnung mit gemeinsamer Verstellung wird zweokmäßigerweise ein Antriebselement verwendet, das über gegenläufige Keile auf die beiden Markenträger wirkt.

Bei Eindrüoken mit nahezu rechteckiger Form ist die Diagonale (d) des Eindrucks naoh der Formel

D = M

bestimmbar, wobei (m) den Meßweg darstellt, der sich aus dem Abstand der Scheitel der an den Ecken des abgebildeten Eindrucks zur Anlage zu bringenden Winkel der Marken ergibt.

Zwookraäßigerweise werden die Strichmarkenträger als Teile eines Meßokulars ausgebildet. Als Stellelement für den Strichmarkenträger dienen daher in bekannter Weise Mikrotnetersohrauben. Derartige Feins te limit toi können zudem noch mit einer Vorrichtung zur Sohnollverstellung kombiniert sein. Außerdem ist es zur weiteren Erleichterung des Meßvorgangs sinnvoll, den beiden Markenträgern Null-Eins tellmarken zuzuordnen.

In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens werden die Markenträger als Element (Maßstab; Referenzmarke) eines Meßwertgebers erweitert. Letzterer kann auf eine Zählvorrichtung wirken» der gegebenenfalls eine Datenverarbeitungseinrichtung und/oder eine digitale Meßanzoigevorrichtung nachgeordnet ist.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen »

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Fig. 1

	Fig.	2
	Fig.	3
5
	Fig.	k
	Fig.	5
10	Fig.	5
	Fig.	6
	Fig.	7
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	Fig.	8
	I ig.	9

den Querschnitt eines llärtemeßokulars mit gegenläufig zueinander verstellbaren Meßmarken, das Bildfeld in Ausgangsstellung, das Bildfeld in Meßstellung für die eine Diagonale ,

das Bildfeld in Meßstellung für die andere Diagonale ,

eine Anordnung mit unabhängig voneinander bewegba ren Mar ken tr ägern,

einen der Markenträger gemäß Fig. 5 mit schräg liegender Gitterteilung,
das Bildfeld in Nullstellung, eine erweiterte Ausführung des Triebs nach Fig. 5 mittels Schnellverstellvorrichtung, im Längsschnitt,

einen Querschnitt nach Linie A-A der Fig. 7» ein Ilärtemeßokular mit Ausverteeinrichtung in schematisoher Übersiohtsdarstellung.

In dem Gehäuse 1 des Härtemeßokulars sind die beiden unter Federwirkung stehenden Markenträger 2 und 3 in Richtung der Bahn k verschiebbar gelagert. Der Markenträger weist einen Tastbolzen 5 auf, der mit dem Keil 6 zusammenwirkt. Der gleichartige Tastbolzen 7 des Markenträgers 3 gleitet auf dem Keil 8. Beide Keile sind miteinander verbunden und gemeinsam in der Führung 9 des Gehäuses 1 verschiebbar. Als Stellmittel dient die Meßschraube 10, die über den Bolzen 11 unter der Wirkung der Feder 13 am Ansatz 12 des Doppelkoilos anliegt. Der Meßschraube ist ein Meßwertgeber 10a mit Ziffernanzeige zugeordnet. Mittels der Zentriersohraüben 1Ua, Ikb kann die Meßanordnung zum Zentrum des mit 15 bezeichneten Härteeindrucks justiert werden. Wird der Neigungswinkel α

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der Keile so gewählt, daß der Tangens dieses Winkels

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Meßweg abgelesen werden.

beträgt, so kann am Meßwertgeber 10a direkt der

Die beiden Diagonalen 15a» 15b des Eindrucks verlaufen in Richtung der x- und y-Koordinaten, die zugleich die beiden Objektaohsen darstellen (Fig. 2). Der Markenträger 2 enthält die Meß marke 16, die als 90 -Winkel mit den Schenkeln i6a, 16b gestaltet ist. Die entgegengesetzt gerichtete Meßmarke 17 des Markenträgers 3 hat ebenfalls die Form eines 90 -Winkels mit den Sohenkeln 17a, 17b. Die Winkelhalbierende 18 beider Marken deckt sich mit der Verschiebebahn 4, die also um 4 5 zu den beiden x-y-Koordinaten geneigt liegt.

Der Meßvorgang dieser Einrichtung ist wie folgti Nach der Grobausriohtung der gesamten Meßanordnung des Okulars zum Zentrum des Ilärteeindruoks 15 duroh die Zentrierelemente i4a, i4b sind die beiden gegenüberliegenden Sohenkel i6a, 17b durch Betätigen der Meßschraube auf die Eoken der Diagonale 15 einzustellen (Fig. "})„ Die Länge D dieser Diagonale ist an der Ziffernanzeige des Meßwertgebers ablesbar und entspricht der Formel

wobei M den Abstand der Scheitel der beiden Meßmarken und 17 darstellt.

Danach sind in gleicher Weise wie zuvor zwischen den Schenkeln i6b und 17a die Ecken der Diagonale 15b oinzufangen (Fig. 4). Wenn der Härteeindruck quadratisches oder nahezu quadratisches Format hat, reicht im allgemeinen ein Meßvorgang aus, wobei die Winkelmarken an allen Ecken zugleich zur Anlage gebracht werden.

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Bin den Meßvorgang verbesserndes Verfahren ist dem Ausführungsbeispiel naoh Fig. 5 zu entnehmen. Hier befinden sioh im Gehäuse 20 zwei Triebknöpfe 21, 22, von denen jeder auf einen Marken träger 23, 2U wirkt. Beide sind unabhängig voneinander, jedooh wie beim vorgenannten Bei spiel in einem Winkel von 45 zur x- und y-Koordinate verstellbar. Der Markenträger 23 enthält die Marke 25 mit den Schonkeln 25a, 25b und der Träger 24 die Marke 26 mit den Schenkeln 26a, 26b. Beide Marken sind in Form eines 90 -Winkels gestaltet und gegenläufig gerichtet. Zur besseren Einstellung der Null-Lage beider Binsteiltriebe sind den Markenträgern sogenannte Nullmarken 27a, 27b zugeordnet (Fig. 6).

Der Markenträger 23 ist, wie durch die strichpunktiert gezeichnete Linie 27 dargestellt, mit dem Meßnormal (Referenzmarke 29a) und der Markenträger 24 mit einem Gitter 29 eines Meßwertgebers verbunden. Die Striche des Gitters können auch, wie in Fig. 5a dargestellt und dort mit 30 bezeichnet, derart schräg angeordnet sein, daß der Umreohnungsfaktory 2 für die Meßlängenbestimtnung entfällt. Die Verschieberichtung der Markenträger ist durch den Pfeil P gekennzeichnet.

Der Meßvorgang für einen Härteeindruok 28, dessen Diagonalen28a, 28b in Richtung der x- und y-Aohse verlaufen, ist wie folgtt

Zunächst sind die Markenträger mittels der Nullmarke auf die Ausgangsstellung zu bringen und die Zählvorrichtung auf Null zu stellen. Danaoh sind mittels der Triebknöpfe 21 und 22 die Markenträger 23 und 2k so zu ver- schieben, daß die der Diagonale 28a entsprechenden Eoken des Eindruoks 28 über die Schenkel 25a und 26b eingefangen

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werden. Die Einfangstellung ist direkt an der Zählvorrichtung 30 ablesbar.

In der gleichen Weise wird ohne Umschwenken dos Okulars auoh die Diagonale 28b vermessen. Hierzu ist es ohne neue Grundeinstellung lediglich erforderlich, nunmehr die Schenkel 25b, 26a an die dieser Diagonale 28b entsprechenden Ecken des Eindruoks heranzubringen. Die Größe der Meßstrecke (Diagonale 28b) ist an der Zählvorrichtung ablesbar.

Gemäß Fig. 7 wird anstelle von einfachen Triebknöpfen für die Verschiebung der Markenträger eine Schnellverstellvorriohtung verwendet. Sie enthält den gehäusefesten Zylinder 31» in welohem eine Mutter 32 gleitet. In das Muttergewinde 33 greift ein Gewindebolzen 3'* ein, der an einem Ende einen Rändelknopf 35 trägt und am anderen Ende als Druokbolzen 36 ausgebildet ist. Letzterer wirkt auf die Striohmarken. Mit 37a, 37^b sind zwei Klemmsegmente bezeichnet, die mittels an der Mutter 32 horausragender Stifte 38a, 38b gegen Drehung gesichert sind.

Die Klemmsegmente stehen unter der Wirkung von zwei Federn 39a, 39b, durch die sie in Richtung auf den Zylinder 31 gespreizt werden. Jedem Segment ist ein durch Ausbrüche 40a, ^Ob im Zylinder 31 hindurchragender Betätigungsknopf 4ia, 4ib zugeordnet. Ferner weisen die Segmente Wulste *f2a, h2b auf, die als Anlagepunkte dienen und durch die ein Reibsohluß mit dem Zylinder hers tollbar ist. Ihre Außendurohmesser sind dem Innendurchmesser des Zylinders angepaßt. Die Segmente stützen sich ferner mit ihren Teilen kka, hkb an dem Ringstück k3 der Mutter 32 ab.

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Die Wirkungsweise der Sohnellvorstellung ist wie folgt: Durch Druck auf die Betätigungsknöpfe 41a, 41 b werden die Wulste 42a, 42b entkuppelt und somit die Verbindung zwischen dem Gehäusezylinder 31 und den Klommbacken gelöst. Nun läßt sich der Gewindebolzen Jk axial unter Mitnahme der in dem Zylinder 31 gleitenden Mutter 32 verschieben. Nach Loslassen der Knöpfe 4ia, 4ib kann eine Peinverstellung erfolgen. Hierzu ist der Rändelknopf 35 zu drehen. Unter der Wirkung der Federn 393» 39b legen sich die Wulste 42a, 42b der Klemmbacken an den Zylinder an und stellen eine Reibverbindung zum Zylinder 31 einerseits und zwischen dem Ringstück 43 und den Teilen 44a, 44b andererseits her. Der Druck zwischen den Teilen 44a, 44b und dem Ringstiick 43 ist so groß, daß die Mutter in dor nach der Schnollverstollung vorhandenen Position fostgehalten wird. Beim Betätigen des Randelknopfes kann der Gewindebolzen gegenüber der Mutter feinverstellt werden.

In dem Beispiel nach Fig. 9 sind die Mittel zur Auswortung des Meßergebnisses schematisch dargestellt. Dem Ilärtemeßokular 47 ist in direkter Vorbindung der Meßwertgeber 48 zugeordnet, der zugleich eine digitale Anzeigevorrichtung 49 enthält« Letzterer ist ein Datenvorarbeitungsgerät 50 nachgesohaltet.

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4Z . Leerseite

Claims

Ansprüche

1.) Zweikoordinaten-Längenraoßvorrichtung für mikroskopische Geräte, dadurch gekennzeichnet, daß als Einfangmittel mindestens ein in einer Zwischenbildebone angeordneter, in einer Halterung bewegbar gelagerter Strichmarkenträger (2, 3t 23, 24) vorgesehen ist, dessen Bewegungsbahn in einem Winkel von 45 zu den Objektachsen (x- und y-Koordinaten) verläuft und bei dem die Einfangmarke (16, 17) aus zwei senkrecht aufeinander stehenden Strichen besteht, wobei sich die Winkelhalbierende (18) der Einfangmarke mit der Richtung der Bewegungsbahn deckt.

2, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Einfangmittel zwei relativ zueinander bewegbare Strichmarkenträger vorgesehen sind mit gleicher Bewegungsbahn, deren Einfangmarken als gegeneinander gerichtete 9O°-Winkel ausgebildet sind.

4.

Vorrichtung nach Anspruch 1 mit nur einem Strichmarkenträger, dadurch gekennzeichnet, daß als Einfangmarke ein Strichkreuz dient, dessen eine Winkelhalbierende in Richtung der Bewegungsbahn verläuft.

Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3i dadurch gekonnzeichnet, daß der bzw. die Striohmarkenträger als Teile eines Meßokulars, vorzugsweise von Mikrohärteprüf- und Kleinlasthärtoprüfgeräten, ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jode Strichmarke auf einem für sich vorstellbaren Träger (2, 3) angeordnet ist.

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ORlQiNAL INSPECTED

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6.

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Vorriohtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Striohmarkenträger durch gegenläufige Keile (7, 8) eines gemeinsamen Stellgliedes (ΐθ) bewegbar sind.

8,

Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Keile so gewählt ist, daß sein Tangens ■*—· beträgt.

Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Strichmarkenträger mittels eines Feinstelltriebs (21, 22) verstellbar sind.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Strichmarkonträger bzw. den -trägern neben einem Feinstelltrieb zusätzliche Mittel (31-^O zur Schnellverstellung zugeordnet sind.

10. Vorriohtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, daduroh gekennzeichnet, daß die Strichmarkenträger (23, 24) mit Nulleinfangmarken (27a, 27b) versehen sind.

11. Vorriohtung nach den Ansprüchen 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Strichmarkenträger als Element (Maßstab 29; Referenzmarke 29a) eines Meßwertgebers (48) ausgebildet bzw. mit einem solchen verbunden ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, daduroh gekennzeichnet, daß die Toilungsstricho (30) dos Meßwertgobors unter einem Winkel von 45 zur Dowegungsbahn der Markenträger angeordnet sind.

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13· Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßwertgeber (^8) eine Zählvorrichtung C+9)i gegebenenfalls kombiniert mit einer Datenverarbeitungseinrichtung (50) und/oder einer digitalen Meßanzeigevorrichtung, nachgeordnet ist.

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