DE3501288C2 - Vorrichtung zum zerstörungsfreien, absoluten Messen von Eigenschaften von festen Stoffen, die aus dem Eindringverhalten eines Prüfkörpers in den Stoff ableitbbar sind - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Messen von Stoffeigenschaften, die aus dem Eindringverhalten eines Prüfkörpers in den Stoff ableitbar sind.

Aus der WO 83/02666 ist eine Vorrichtung dieser Art bekannt, bei der die Meßeinrichtung einen mit dem Prüfkörper fest verbundenen Magnetkern als ersten Teil und zwei in Längsrichtung neben der Bewegungsbahn des Magnetkerns angeordnete Solenoide als zweiten Teil umfaßt, welche zu einer Meßbrücke zur berührungslosen Erfassung der Relativlage zwischen Magnetkern und Solenoiden gehören, um damit die Eindringtiefe des Prüfkörpers zu messen. Sodann ist mit dem Prüfkörper eine zweite, ähnlich aufgebaute Meßeinrichtung verbunden, deren Meßwert nur zur Anzeige des Aufsetzens des Prüfkörpers auf den zu messenden Stoff dient und dann den zweiten Antrieb stillsetzt. Bei dieser Konzeption ist der zweite Antrieb weitgehend vom Prüfkörper entkoppelt, da die zwischengeschalteten, als erste Führungsvorrichtung dienenden und nach Art von Parallelogrammlenkern angeordneten Blattfedern die vom ersten Antrieb erzeugte "Meßkraft" nicht merkbar verfälschen dürfen und also sehr weich sein müssen. Somit kann der Prüfkörper beim Aufsetzen der Vorrichtung auf den Stoff ungehemmt vorschwingen und dies gilt auch nach dem Stillsetzen des zweiten Antriebs. Dabei kann der Prüfkörper schon vor der eigentlichen Messung unkontrolliert in den Stoff einschlagen. Dieser Effekt wird bei der Beschreibung dieser bekannten Vorrichtung übergangen, erweist sich jedoch in der Praxis als Ursache von Meßfehlern, wenn man Messungen mit solch geringen Eindringtiefen durchführen will, die das Prädikat "zerstörungsfrei" verdienen. Denn das unkontrollierte Einschlagen ist nur dann tolerabel, wenn die Einschlagtiefe nur einen Bruchteil der für die Messung erforderlichen kontrollierten Eindringtiefe ausmacht. Somit erlaubt dieser Aufbau praxismäßig nur die Verwendung einer nicht sehr hoch auflösenden Meßvorrichtung, was hinsichtlich des beschriebenen induktiven Wegaufnehmers auch erfüllt ist.

In der nicht vorveröffentlichten DE 34 08 554 A1 ist eine Vorrichtung mit den Merkmalen a) bis c), f) und h) des Anspruchs 1 beschrieben. Der erste Teil der Meßeinrichtung ist eine hochauflösende Sonde, wie sie zum Messen der Dicke sehr dünner Schichten entwickelt wurde (beispielsweise gemäß DE-Gm 72 43 915, DE-Gm 73 36 864, DE-OS 25 56 340). Der zweite Teil ist der zu messende Stoff. Beim Eindringen der Sonde in den Stoff mit vorgegebener Kraft verändert sich die von der Sonde gemessene "Schichtdicke" des Stoffes, woraus die Eindringtiefe errechnet wird. Zum Beispiel lassen sich Eindringtiefe von 0,05 µm deutlich erfassen. Nachteilig ist jedoch, daß der Stoff auf einer Trägerschicht mit bestimmten Eigenschaften aufgebracht sein muß und eine gewisse Schichtdicke nicht überschreiten darf, damit die Sonde noch messen kann. Arbeitet die Sonde nach dem Induktionsprinzip, muß die Trägerschicht Weicheisen sein. Arbeitet die Sonde nach dem Wirbelstromprinzip, muß die Trägerschicht elektrisch leitfähig sein. Hinderlich ist zudem, daß häufig unbekannt ist, woraus die Trägerschicht besteht. Die Sonde muß auch speziell angepaßt werden, weil in ihrer Sondenspitze der Prüfkörper eingelassen werden muß. Es ist auch bei dieser Vorrichtung nicht auszuschließen, daß die Sonde mit dem Prüfkörper verschwingt und unkontrolliert in den Stoff einschlägt, was Meßfehler verursachen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die Messungen mit sehr kleinen Eindringtiefen bei reduzierter Gefahr von Meßfehlern und unabhängig davon ermöglicht, ob der zu messende Stoff auf einer Trägerschicht aufgebracht ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren für solche Messungen unter Verwendung einer derartigen Vorrichtung anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 24.

Es ist jetzt die Meßeinrichtung räumlich getrennt vom Prüfkörper, insbesondere verfügt sie über einen eigenen zweiten Teil im Inneren der Vorrichtung. Dadurch ist die "Dickenmessung" unabhängig von dem Vorhandensein und der Art einer Trägerschicht unter dem zu prüfenden Stoff. Weiterhin sind die Teile der Meßeinrichtung so angeordnet, daß sie im Zustand des Abstandes Null aneinander anliegen. Indem dabei der zweite Teil motorisch in der ersten Richtung bewegt wird, ergibt sich eine voll kontrollierte Aufsetzbewegung des Prüfkörpers, die ein Überschwingen nicht erlaubt. Somit ist ein unkontrolliertes Einschlagen des Prüfkörpers in den Stoff ausgeschlossen, womit daraus resultierende Meßfehler nicht mehr auftreten können. Dies ermöglicht es wiederum, die auf die Aufsetzbewegung folgende Messung mit sehr geringen Eindringtiefen auszuführen, was auch die hohe Auflösung der Meßeinrichtung richtig auszunutzen gestattet.

Durch die Merkmale des Anspruchs 2 vermeidet man ein Zwischengetriebe und während der Messung kann man die minimale Bewegung des Prüfkörpers als praktisch gerade ansehen.

Der Prüfkörper nach Anspruch 3 hat vielfältige Vorteile, da er sehr hart und magnetisch indifferent ist.

Durch die Maßnahme nach Anspruch 4 ist eine rasche Anpassung an die Prüfaufgabe gewährleistet.

Gemäß der Weiterbildung nach anspruch 5 wird der Prüfkörper sicherheitshalber in seiner zurückgezogenen Position gehalten.

Dabei bietet die Ausgestaltung nach Anspruch 6 den Vorteil, daß die Rückhaltekraft ohne Fremdenergiezufuhr und ohne Ermüdungserscheinung sowie reibungsfrei aufgebracht wird.

Die weitere Ausgestaltung nach Anspruch 7 stellt dabei sicher, daß der Magnet nicht zu nahe an den Gegenpol herankommt und daß dabei die Rückhaltekraft für den infrage kommenden Bereich der Schwenkbewegung als nahezu konstant anzusehen ist.

Gemäß Anspruch 8 kann man auf die zur Schichtdickenmessung vorgesehenen, ausgereiften Sonden zurückgreifen, die eine außerordentlich hohe Auflösung bieten.

Die Ansprüche 9 und 10 benennen marktübliche, bestens bewährte Sondentypen.

Durch die Ausbildung nach Anspruch 11 ist gewährleistet, daß sich die Oberfläche der Gegenschicht nicht ändert, das heißt, oxydiert, was die Meßgenauigkeit verändern würde.

Die Materialauswahl nach Anspruch 12 ergibt eine Schicht, die gut haftet.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 13 wird die Gefahr verringert, daß sich auf der Gegenschicht Fremdkörper (wie Staub) absetzen können.

Durch die Merkmale des Anspruchs 14 wirken die Zuführdrähte für die Sonde nicht auf die Bewegung des Prüfkörpers während der Messung verfälschend ein.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 15 reduziert die Belastung der Lagerung der ersten Führungsvorrichtung.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 16 ergibt eine Nachführvorrichtung mit sehr langsamer Aufsetzung, wobei wenig spielbeehaftete Elemente gebraucht werden.

Gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 17 kann man die Gewindespindel einfach und besonders langsam in beiden Drehrichtungen antreiben.

Durch die Merkmale des Anspruchs 18 kommt man mechanisch sehr direkt, platzsparend und auf einfache Weise weitgehend spielfrei mit einem Minimum an Gelenken zu einer sehr präzisen Bewegung des zweiten Teils der Meßeinrichtung.

Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 19 wird auf sehr einfache Weise eine Spielraumfreiheit bei der Ankopplung des Hebels hergestellt.

Durch die Merkmale des Anspruchs 20 ist die Vorrichtung einerseits sehr flach und andererseits sind die Bewegungen der Meßeinrichtung und des Prüfkörpers besser vergleichbar.

Durch die Merkmale des Anspruchs 21 wird der Hebel einerseits optimal lang und andererseits stört das Magnetfeld des Elektromotors die Sonde nicht, falls diese Magnetspulen enthält.

Gemäß der Weiterbildung nach Anspruch 22 kann man problemlos auch an der Oberfläche gekrümmter Körper, wie Rohren oder sonstigen prismatischen Gegenständen messen.

Dabei kann man gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 23 besser abschätzen, an welcher Stelle bei solchen Gegenständen gemessen wird.

Das Verfahren gemäß Anspruch 24 gewährleistet die Erzielung sehr genauer Meßwerte bei praktisch vernachlässigbarer Eindringtiefe des Prüfkörpers.

Die Verfahrensausgestaltung nach Anspruch 25 bildet die Grundlage zur Bestimmung der Härte oder des Fließverhaltens des zu prüfenden Stoffes.

Die Vorgabe nach Anspruch 26 hat sich in der Meßpraxis bewährt für die meisten Meßaufgaben, so daß man schnell vorgehen kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung in der Seitenansicht,

Fig. 2 eine perspektivische, teilweise aufgebrochene Vorderansicht einer konkret ausgeführten Vorrichtung,

Fig. 2a einen vergrößerten Detailquerschnitt durch ein spielloses Lager,

Fig. 3 eine perspektivische Rückansicht der Vorrichtung von Fig. 2, jedoch ohne Deckplatte,

Fig. 3a einen Teilquerschnitt durch eine Gewindespindel samt Wirkungsverbindung zu einer Blattfeder,

Fig. 4 eine Unteransicht der Vorrichtung von Fig. 3,

Fig. 5 eine Detailansicht aus Fig. 2,

Fig. 6 eine Seitenansicht und Unteransicht eines Vickers-Diamanten,

Fig. 7 eine Seitenansicht und Unteransicht eines Rockwell-Diamanten,

Fig. 8 eine Schnittdarstellung im Bereich der Gewindespindel von Fig. 3,

Fig. 9 eine vergrößerte perspektivische Ausschnittsdarstellung im Bereich des dritten Fußes der Vorrichtung,

Fig. 10 ein elektrisch-mechanisches Schalt- und Prinzipdiagramm der Vorrichtung,

Fig. 11 ein Diagramm im Zusammenhang mit der Härtemessung,

Fig. 12 ein Diagramm im zusammenhang mit dem Fließverhalten,

Fig. 13 ein Diagramm, das die anzulegende Kraft über die Zeit zeigt,

Fig. 14 die von der Sonde abgegebene Spannung in Abhängigkeit eines der Zeitintervalle nach Fig. 13.

Eine metallische Platte 16 ist rechteckig, massiv und biegesteif. Sie steht auf zwei von unten in die Platte 16 eingeschraubten Schraubenbolzen, deren Stirnflächen gehärtet und als Halbkugeln 17, 18 (Fig. 4) ausgebildet sind. Sie liegen symmetrisch zu einer Mittenebene 19 und symmetrisch in einer Querebene 21, die senkrecht zur Mittenebene 19 steht und parallel zur Vorderkante 22 der Platte 16 ist. Die Querebene 21 liegt nahe der Vorderkante 22. Nahe einer Hinterkante 23 hat die Platte 16 ein Loch 24, in dem als dritter aber unverstellbarer Fuß ein Transistor 26 (Fig. 9) vorgesehen ist, der als Wärmefühler dient und mit dem man die Temperatur desjenigen Stoffs 27 (Fig. 1) messen kann, dessen Eigenschaft gemessen werden soll. In den Bereichen nahe der Vorderkante 22 und der Hinterkante 23 sind senkrecht stehende Stützsäulen 28 (Fig. 2) angeschraubt. Auf diese ist von oben eine biegesteife, massive, metallische Dachplatte 29 angeschraubt. Diese bildet zusammen mit der Platte 16 und den Stützsäulen 28 einen sehr biegesteifen, massiven, schützenden und auch genügend schweren Käfig. Im Mittenbereich ist auf der Platte 16 eine Drehmagnetvorrichtung 31 vorgesehen. Diese ist frei auf dem Markt käuflich. Mit einem Lagerschild 32 ist sie starr an der Platte 16 befestigt. Um die im wesentlichen kreiszylindrische Drehmagnetvorrichtung 31 möglichst tief zu lagern, ist unter dieser in der Platte 16 eine zylindersektorförmige Mulde 33 vorgesehen, in welcher die Drehmagnetvorrichtung 31 teilweise eingesenkt ist. Der Lagerschild 32 wird von der Abtriebswelle 34 der Drehmagnetvorrichtung 31 durchquert, wobei die Abtriebswelle 34 parallel zur Querebene 21 ausgerichtet ist. Die Abtriebswelle 34 trägt einen Hebel 36 (Fig. 1) mit einem linken Arm 37 und einem rechten Arm 38. Der Hebel 36 ist aus Metall, massiv und in der Drehrichtung 39 wegen seiner sehr breiten Form für die vorliegenden Zwecke absolut biegesteif. Der Hebel 36 wird absolut proportional von der Abtriebswelle 34 mitgenommen.

Gebildet wird der linke und der rechte Arm 37, 38 von einem Mittelstück 41 (Fig. 2), das parallel zur Mittenebene 19 liegt und über den Umfang des Lagerschilds 32 und der Drehmagnetvorrichtung 31 hinausragt. Dann ist jeweils eine 90°-Abwinklung 42, 43 nach einwärts gerichtet vorgesehen, die einstückig in jeweils ein Endstück 44, 46 übergeht, wobei die Endstücke 44, 46 ebenso breit sind wie das Mittelstück 41. Die Endstücke 44, 46 stehen in Meßstellung parallel zu der Querebene 21 und sind natürlich auch sonst parallel zueinander. Zwischen dem Mittelstück 41 und der Platte 16 ist ein mechanischer Anschlag 47 vorgesehen. Schlägt das Mittelstück 41 am Anschlag 47 an, dann hat der Hebel 36 seine am weitesten in Uhrzeigerrichtung gemäß Fig. 1 liegende Stellung erreicht. Sofern keine Gegenkräfte vorhanden sind, halten zwei ungleichsinnig gepolte Permanentmagnete 48, 49 den Hebel 36 in dieser Lage fest. Ferner trägt der rechte Arm 38 mit seinem Endstück 46 ein Ausgleichsgewicht 51, das hinsichtlich der Abtriebswelle 34 das Gewicht des linken Arms 37 einschließlich der mit ihm verbundenen, später noch zu besprechenden Teile ausgleicht.

Gemäß Fig. 2 ist oben auf dem Lagerschild 32 eine elektrische Steckplatte 52 vorgesehen, zu der zwei Leitungen 53, 54 (Fig. 10) führen. Die an sich bekannte Drehmagnetvorrichtung 31 ist daraufhin ausgelegt, ganz exakte, reproduzierbare Drehmomente an der Abtriebswelle 34 abzugeben, sofern der Strom in den Leitungen 53, 54 eine bestimmte Größe hat. Die Drehmagnetvorrichtung 31 kann im Dauerbetrieb ohne Schaden betrieben werden, ohne daß sich dabei die Abtriebswelle 34 dreht.

Das Endstück 44 ragt deutlich über die Mittenebene 19 hinaus und trägt auf der in Fig. 2 vorderen Fläche, beiderseits der Mittenebene 19 sich erstreckend, starr auf nicht dargestellte Weise befestigt, einen metallenen Tragblock 56. Dieser hat die insbesondere in Fig. 5 gezeichnete Gestalt. Sein Basisbereich 57 hat kubische Form. In seine Unterseite 58 ist ein Gewindesackloch 59 gebohrt. In dieses ist ein Gewindestutzen 61 eines Halters 62 bis zum Anschlag seines kreisscheibenförmigen Kragens 63 eingeschraubt. Der Kragen 63 hat koaxial mit einer senkrechten Achse 64, die auch die Mittenachse des Gewindesacklochs 59 und des Gewindestutzens 61 ist, eine Vertiefung 66. In die Vertiefung 66 ragt mit seiner oberen Stirnfläche und dem obersten Bereich seines Schaftes ein Vickers-Diamant 67 (Fig. 6), der dort mit Lot 68 befestigt ist. Er ist koaxial zur Achse 64. Seine Gestalt ist in DIN 50 133 beschrieben. In seinem unteren Bereich hat er die Form einer Pyramide mit einem Öffnungswinkel von 136°. Seine Spitze ist auf zwei Mikrometer Länge abgeflacht. Durch diese Spitze hindurch geht die Achse 64. Durch die Platte 16 hindurchtreten kann der Vickers-Diamant 67, weil in dieser fluchtend mit der Achse 64 ein Durchgangsloch 69 vorgesehen ist. Ist am Anschlag 47 der rechte Arm 38 angeschlagen, dann ist der Vickers-Diamant 67 aus dem Durchgangsloch 69 zurückgezogen und kann nicht beschädigt werden. Da beim Ausführungsbeispiel eine Drehmagnetvorrichtung 31 und nicht ein anderer elektromotorischer Antrieb, wie z. B. ein Linearmotor oder dergleichen, verwendet wurde, läuft der Vickers-Diamant 67 auf einem kleinen Kreisbogen. Daher ändert sich auch die Lage der Achse 64 bei dieser Bewegung ein wenig. Dies ist jedoch nicht wesentlich. Lediglich dann, wenn die Spitze des Vickers-Diamanten 67 auf der Oberseite des Stoffes 27 aufsteht, sollte die Achse 64 senkrecht zu dem dortigen Flächensegment des Stoffes 27 stehen.

Die Fig. 7 zeigt, daß auch ein Rockwell-Diamant verwendet werden könnte, der ja gemäß DIN 50 103 an seiner Spitze die Form eines Kegels von 90° oder 120° hat und dessen Spitze mit einem Radius von 0,2 mm verrundet ist.

Je nach Meßaufgabe können auch andere Formen von Prüfkörpern verwendet werden.

Der Basisbereich 57 (Fig. 5) geht oben einstückig in ein Prisma 71 über, das nach oben hin schmäler wird. Symmetrisch zur Mittenebene 19 ist im Prisma 71 eine tiefe Nische 72 vorgesehen, die sich in ihrer Tiefe gemäß Fig. 5 weit über die Achse 64 hinaus nach rechts erstreckt. Oben geht das Prisma 71 in eine ebenso breite, flache Leiste 73 über. An deren oberer Stirnfläche, die horizontal verläuft, ist ein Plättchen 74 vorgesehen, das überall gleich dick ist und aus Weicheisen besteht. Hat die Vorrichtung die in Fig. 1 gezeichnete Arbeitslage, dann liegt das Plättchen 74 parallel zur Platte 16. Das Plättchen 74 ist rechteckig und durch dieses geht sowohl die Achse 64 als auch die Mittenebene 19 als auch die Querebene 21. Die Unterseite des Plättchens 74 ist mit einer dünnen Goldschicht 76 belegt.

Unter dem Plättchen 74 befindet sich mit der Wirkungsrichtung nach oben und mit der Achse 64 fluchtend eine an sich bekannte Sonde 77, die nach dem magnetischen Abstandsmeßverfahren arbeitet. Die bekannte Sonde 77 diente bislang dazu, durch zerstörungsfreie Meßverfahren die Dicke dünner Schichten zu ermitteln, die auf einem Trägermaterial aufgebracht sind.

Als sonde 77 könnte man jedoch auch einen Typ verwenden, der nach dem Wirbelstromprinzip arbeitet und mit dem man schon seit Jahren die Dicke dünner Schichten zerstörungsfrei mißt, die auf nichtmagnetischem Werkstoff aufgebracht sind. In diesem Fall könnte das Plättchen 74 aus Aluminium sein und an die Stelle der Goldschicht tritt die ja stets oxydierte Flächenschicht des Aluminiums.

Die räumliche Konfiguration ist so, daß sich zwischen der Spitze 78 der Sonde 77 und der Goldschicht 76 im Verlauf der unterschiedlichen, noch zu erläuternden Betriebszustände, ein Abstand zwischen Null und einigen Millimetern einstellen kann. Die Dicke der Goldschicht beträgt 2 µm. Sie ist klein gegenüber derjenigen Strecke, mit der die Spitze des Vickers-Diamanten 67 in den Stoff 27 eindringt.

Wie später noch zu erläutern sein wird, kommt es auf den Abstand zwischen der Spitze 78 und der Unterseite des Plättchens 74 an. Es könnten deshalb auch andere, genügend fein auflösende Abstandsmeßvorrichtungen verwendet werden, wie z. B. die kapazitive Abstandsmessung, Spiegelvorrichtungen oder dergleichen.

Die Sonde 77 ist starr in einem zur Achse 64 koaxialen Loch 79 im gemäß Fig. 5 rechten Endbereich eines kurzen, biegesteifen Arms 81 gehalten, der mit seinem rechten Bereich teilweise so weit in die Nische 72 reicht, daß die Sonde 77 mit der Achse 64 fluchten kann. Anders als im Schema der Fig. 1 gezeichnet, liegt gemäß Fig. 2 eine horizontale Achse 82 auf der Höhe der Abtriebswelle 34, parallel zur Querebene 21 und trägt drehfest den Arm 81. Die Achse 82 ist in ihren beiden Endbereichen in Lagerblöcken 83, 84 gelagert, die aus der Platte 16 starr nach oben ragen und für die Achse 82 ein spielfreies Lager bilden. Gemäß Fig. 2a erhält man dies auf einfache Weise, indem man in die obere Stirnseite der Lagerblöcke 83, 84 einen prismatischen Einschnitt 86 vornimmt, dessen Flanken symmetrisch unter 90° zueinander stehen. Auf den Flanken dieses Einschnitts 86 ruht die Achse 82. Natürlich fluchten die Einschnitte 86 in Richtung der geometrischen Längsachse 87 der Achse 82. Jeweils ein Federblech 88 ist mit einer Schraube 89 auf die Oberseite des jeweiligen Lagerblocks 83, 84 geschraubt und gemäß Fig. 2a doppelt abgekröpft. Der oberhalb der Achse 82 verlaufende Lappen 91 drückt die Achse 82 spiellos nach unten gegen die Flanken des Einschnittes 86. Vor dem Lagerblock 83 ist ein Bundring 92 auf die Achse 82 geschraubt, so daß diese nicht axial verrutschen kann. Auf den nach hinten über den Lagerblock 84 hinausstehenden Bereich der Achse 82 ist ein zweiter aber größerer Bundring 93 aufgeschraubt, der jedoch im Betrieb nicht am Lagerblock 84 anliegt.

An der gemäß Fig. 2 hinteren Stirnfläche 94 des Bundrings 93 ist der linke Endbereich einer Blattfeder 96 befestigt, die Rechteckquerschnitt hat. Sie ist wesentlich dünner als breit und steht mit ihrer schweren Richtung parallel zur Mittenebene 19. Folglich steht sie mit ihrer leichten Richtung senkrecht hierzu, d. h. senkrecht auch zur geometrischen Längsachse 87. Wie besonders deutlich die Fig. 3 zeigt, läuft die Blattfeder 96 hinter der Rückseite der Drehmagnetvorrichtung 31 berührungslos vorbei. Sie erstreckt sich über etwa 3/4 der Länge der Platte 16 und ist damit vergleichsweise sehr lang. An ihrem gemäß Fig. 2 rechten Ende hat sie gemäß Fig. 3a ein Durchgangsloch 97, in das ein Niet 98 eingenietet ist. Die Blattfeder 96 ist aus Federstahl und etwas vorgespannt, so daß ihr gemäß Fig. 2 rechter Endbereich nach vorne gedrängt wird. Der Niet 98 hat gemäß Fig. 3a auf seiner rechten Seite eine Kuppe 99 aus Messing, die in ihrem nach rechts ragenden Bereich die Form einer Halbkugel hat. Gemäß Fig. 3a wird diese Halbkugel an die Flanken 101, 102 eines Gewindeganges 103 gedrückt, der insofern relativ breit ist, als die Kuppe 99 dort hineinpassen muß. Die den Gewindegang 103 tragende Spindel 104 ist aus Messing und ist im Abstand parallel zur Mittenebene 19 angeordnet. Sie ist um ihre geometrische Längsachse 106 drehbar. Sie muß jedoch in Längsrichtung spiellos gelagert sein. Hierzu sind zwei starr mit der Platte 16 verbundene, sich horizontal und im Abstand gemäß den Fig. 3 und 8 sich erstreckende Lagerplatten 107, 108 vorgesehen. Jede dieser Lagerplatten 107, 108 trägt ein Schulterlager 109, 111, wobei das Schulterlager 111 eine Bewegung der Spindel 104 nach unten und das Schulterlager 109 eine Bewegung der Spindel nach oben verhindert. Die Schulterlager 109, 111 sind als Kugellager ausgeführt. Zwecks sicherer Führung liegt die Kuppe 99 gemäß Fig. 3a tief im Gewindegang 103 an den 90°-Flanken 101 und 102 an und liegt außerdem in derjenigen Ebene, die zur Mittenebene 19 senkrecht steht und durch die geometrische Längsachse 106 geht.

Oben durchquert die Spindel 104 die Lagerplatte 108 und das Schulterlager 111 und trägt dort starr ein vergleichsweise großes Zahnrad 112, das senkrecht zur Mittenebene 19 umläuft. Das Zahnrad 112 kämmt mit einem ganz wesentlich kleineren Zahnrad 113 (Fig. 3). Das Zahnrad 113 wird von einem nicht dargestellten Untersetzungsgetriebe angetrieben, das seinerseits von einem Elektromotor 114 angetrieben wird, der gemäß Fig. 3 im ganz hinteren linken Eckbereich sitzt. Der Elektromotor 114 sitzt in einem Gehäuse 116, das starr mit der Platte 16 verbunden ist und mit dem die Lagerplatten 107, 108 einstückig und starr verbunden sind.

In dem gemäß Fig. 2 vor der rechten Stützsäule 28 liegenden Bereich ist an der Platte 16 ein Befestigungswinkel 117 angeschraubt, dessen senkrecht stehender Schenkel eine Platine 118 trägt und diese wiederum trägt einen Start-Schalter 119.

Die seither beschriebenen Teile sitzen in einem Gehäuse, dessen Unterseite die Unterseite der Platte 16 ist. Aus der Gehäusewand schaut der Start-Schalter 119 heraus. Wird die Vorrichtung als batteriebetriebene Vorrichtung verwendet, dann gehen von der Vorrichtung keine weiteren Drähte ab. Andernfalls sind die zur Drehmagnetvorrichtung 31, zur Sonde 77 und zum Elektromotor 114 gehörigen Drähte herausgeführt.

In der Fig. 10 erkennt man eine Abstandsmeßschaltung 121, die einer Schichtdickenmeßschaltung entspricht. Eine Schichtdickenmessung ist ja nichts anderes als eine Abstandsmessung. Im vorliegenden Fall erfolgt die Auswertung jedoch nicht in Form einer Schichtdicke, sondern in Form eines Abstands, wie dies noch später gezeigt wird.

Ferner erkennt man eine Anzeige und Tastatur 122, ein Interface 123, einen Mikroprozessor 124, einen Bus 126, eine Drehmagnetschaltung 127, eine programmierbare Stromregelung 128, ein Drehmagnet-Stellglied 129, eine Sttrom-Soll-Leitung 131, eine Strom-Ist-Leitung 132, einen Soll-Ist-Vergleicher 133, eine Leitung 134, die Leitungen 53, 54, eine Wicklung 136, eine Temperaturmeßschaltung 137 und eine Motorsteuerung 138, von der eine Motor-EIN/AUS-Leitung 139 und eine Motor-Sollwert/Unendlich-Leitung 141 ausgeht. Diese Leitungen 139, 141 gehen zu einem Motor-Stellglied 142. Dieses erhält ein Signal auch aus einer Soll-Ist-Vergleich-Leitung 143, die von einer Abstands- Sollwert-Schaltung 144 kommt. Dieser wird über eine Leitung 146 aus der Sonde 77 ein noch nicht digitalisierter Spannungswert zugeführt, der den Abstand zwischen der Spitze 78, der Sonde 77 einerseits und dem Plättchen 74 andererseits darstellt. Die Abstands-Sollwert-Schaltung 144 schickt den Abstands-Sollwert über eine Soll-Leitung 147 zu einem Soll-Ist-Vergleicher 148 und das Ergebnis des Soll-Ist-VErgleichs wird über die Leitung 143 zum richtigen Zeitpunkt dem Motor-Stellglied 142 zugeführt. Dieses steuert über eine Leitung 149 den Motor 114 links herum oder rechts herum.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt, wobei zunächst einmal vorausgesetzt sei, daß sie geeicht und initialisiert wurde:

Der rechte Arm 38 schlägt wegen der Permanent-Magnete 48, 49 am Anschlag 47 an. Damit steht der Vickers-Diamant 67 in seiner obersten Stellung und hat mit Sicherheit vom Stoff abgehoben. Es berührt sie Spitze 78 die Goldschicht 76, was einem Abstand Null entspricht. Es wird nun der Wicklung 136 der Drehmagnetvorrichtung 31 über die Leitungen 53, 54 ein Strom zugeführt, der ein Gegendrehmoment zu den Permanent-Magneten 48, 49 einstellt. In der Abstzands-Sollwert-Schaltung ist fest oder vom Mikroprozessor 124 aus ein Soll-Abstand von 40 µm einprogrammiert. Diesen Soll-Abstand möchte die Sonde 77 aufrechterhalten. Das Motor-Stellglied 142 steuert den Motor 114 nun so, daß die Sonde 77 abwärts fährt. Da die Wicklung 136 immer noch das Gegendrehmoment erzeugt, bleibt während dieses Regelvorgangs die Spitze 78 an der Goldschicht 76 anliegend. Es dreht sich also der linke Arm 37 im Gegenuhrzeigersinn und im Prinzipschema von Fig. 10 der Arm 81 ebenfalls im Gegenuhrzeigersinn. Bei der tatsächlichen Ausführungsform dreht sich der Arm 81 aber im Uhrzeigersinn, weil er die gleiche Richtung wie die Blattfeder 96 hat. Dieser Regelvorgang läßt die Sonde 77 und das Plättchen 74 nach unten fahren. Zu einem bestimmten Zeitpunkt setzt die Spitze des Vickers-Diamenten 67 auf der Oberseite des Stoffs 27 auf und bewegt sich jetzt nicht weiter, da zwar das Drehmoment aus der Wicklung 136 dazu ausreicht, die Kraft der Permanent-Magnete 48, 49 zu überwinden, nicht jedoch ausreicht, die Spitze des Vickers-Diamanten 67 in den Stoff 27 eindringen zu lassen. Das Drehmoment der Drehmagnetvorrichtung 31 bleibt also auf niederem Niveau aufrechterhalten. Weil die Abstands-Sollwert-Schaltung 144 einen Abstand von 40 µm verlangt, läßt das Motor-Stellglied 142 den Motor 114 solange weiterlaufen, bis die Spitze 78 der Sonde 77 von der Goldschicht 76 abhebt und dazu einen Abstand von 40 µm hat. Dann wird auch der Motor 114 gestoppt. Der Vickers-Diamant 67 hat völlig prellfrei aufgesetzt, weil ja stets die Spitze 78 das Plättchen 74 abgestützt hat und wegen der ersichtlichen Hebeluntersetzungen, der Spindel 104 und der hohen Untersetzung von Elektromotor 114 auf die Gewindespindel 104 sich die Sonde 77 nur sehr langsam absenkt.

Daraufhin steigert man nun gemäß Fig. 13 die Kraft F stufenförmig über die Zeit t, indem die Drehmagnetschaltung 127 stufenweise größer werdende Ströme durch die Leitungen 53, 54 schickt. Die Zeitintervalle I, II und III sind gleich und betragen typischerweise 0,8 Sekunden. Die Spitze des Kickers-Diamanten 67 dringt um einen entsprechenden Betrag in den Stoff 27 ein. Dieser Betrag kann etwa 2-0,1 µm sein. Man mißt in den Intervallen gleichzeitig den zu jeder Kraft gehörigen Abstand zwischen der Spitze 78 und der Goldschicht 76. Beim Messen wird der Abstand immer kleiner. Ist der Abstand 39,5 µm, so heißt dies nach einer Differenzbildung, daß die Spitze des Vickers- Diamanten 67 um 0,5 µm in den Stoff 27 eingedrungen ist. Diese Differenz wird an der Anzeige und Tastatur 122 angezeigt, eventuell über das Interface 123 weitergegeben und auch dem Mikroprozessor-System 124 zugeführt. So wie die Kraft F gemäß Fig. 13 gesteigert wird, erhält man aus den immer kleiner werdenden Abständen die zu jeder Kraft gehörige Eindringtiefe. Man erhält einen nichtlinearen Zusammenhang zwischen der Abstands-Änderung Δd und der Kraft F. Trägt man nun gemäß Fig. 11 Δd als Funktion von √ auf, so sieht man, daß ein linearer Zusammenhang entsteht. Die Steigung m_F, errechnet gemäß Fig. 11, ist ein eindeutiges Maß für die Härte an der Oberfläche des Stoffs 27. Man kann daher definieren

Fig. 14 zeigt die von der Sonde 77 abgegebene Spannung U (d) in Abhängigkeit von der Zeit während des Zeitintervalls I aus der Fig. 13. Da die abgegebene Spannung U (d) nicht linear mit der Abstandsdifferenz (d) verknüpft ist, wird in der Abstands-Meßschaltung 121 die Abstandsdifferenz-Änderung aus der Differenz der beiden Werte U (d1) - U (d2) so umgerechnet, daß der Meßwert der Meßgröße direkt proportional ist. Die Spannung U (d) kann aufgrund des Widerstandsmoments beim Eindringen des Vickers-Diamanten 67 in die Oberfläche des Stoffs 27 nicht spontan der Kraft F folgen. Aus diesem Grund ist das Inkrement des Stroms I, der durch die Leitungen 53, 54 fließt, so zu wählen, daß die Spannung U (d) beim Abfragen des Spannungswerts nahezu konstant ist. Dieser Augenblick ist in Fig. 14 rechts durch einen nach oben weisenden Pfeil angedeutet. Man sieht, daß der Abfragezeitpunkt unmittelbar vor der Periode II liegt. In der II. und III. Periode macht man das gleiche. Die Meßwerte werden zunächst gespeichert und so weiterverarbeitet, daß der transformierte, lineare Zusammenhang gemäß Fig. 11 entsteht.

Ist der Stoff weich, dann können die maximal 40 µm Eindringtiefe eventuell nicht ausreichen. In diesem Fall gibt man der Abstands-Sollwert-Schaltung 144 einen Abstands-Sollwert von z. B. 100 µm ein oder auch entsprechend mehr. Will man statt der Härte das Fließverhalten des Stoffs 27 feststellen, dann fragt man gemäß Fig. 12 die Abstandsdifferenz-Änderung δd in logarithmisch äquidistanten Zeitintervallen ab. Man verarbeitet diese Information und zeigt sie an der Anzeige und Tastatur 122 an. Die Steigung der gemäß Fig. 12 dargestellten Geraden ist ein direktes Maß für das Fließverhalten. Die Steigungsformel ist in Fig. 12 angegeben.

Der Mikroprozessor 124 steuert die Drehmagnetvorrichtung 31 mit Konstantstrom an, der für das abgegebene Drehmoment maßgebend ist. Da der Mikroprozessor 124 den Abstand der Spitze des Vickers-Diamanten 67 von der geometrischen Längsachse der Abtriebswelle 34 kennt, kann er aus diesen Größen die Kraft F errechnen. Wegen des Konstant-Stroms spielen Temperaturänderungen des Wicklungs-Widerstands der Drehmagnetvorrichtung 31 keine Rolle, denn das Inkrement der Kraft F ist ja konstant.

Das Interface 123 kann verschiedenen Zwecken dienen. Zum Beispiel kann dort ein Drucker angeschlossen sein, der solche Kennlinien ausgibt, wie sie Fig. 11 und Fig. 12 zeigen.

Die Spitze des Vickers-Diamanten 67 bewegt sich auf einer Radiusstrecke. Konstruktiv sei vorgesehen, daß er in einer bestimmten Lage völlig senkrecht auf der ebenen Oberfläche des Stoffes 27 stehe. Befindet sich die Oberfläche des Stoffes 27 über oder unter dieser Ideallage, so steht der Vickers-Diamant 67 natürlich nicht mehr ganz exakt senkrecht. Dies macht in der Praxis jedoch nichts aus: nimmt man an, der linke Arm 37 gemäß Fig. 1 sei 35 mm lang und die Oberseite des Stoffes 27 liege ±1 mm von ihrer Ideallage entfernt, dann ergibt dies einen Fehler von 0,04%, was weit jenseits jeder Meßgenauigkeit ist.

Der Deutlichkeit halber werden die obigen Vorgänge nochmals durch das nachstehende Ablaufschema erläutert:

Wie aus diesem Ablauf-Diagramm ersichtlich und wie auch früher schon gesagt, muß das System zunächst geeicht werden. Dies geht wie folgt: Nach dem Einschalten stellt man fest, daß die Spitze 78 vom Plättchen 74 einen ganz bestimmten Abstand hat, der z. B. größenordnungsmäßig bei 40 µm liegt. Nun wird der Motor 114 eingeschaltet. Das Plättchen 74 behält wegen des Anschlags 47 und der Permanent-Magnete 48, 49 seine Lage bei. Die Sonde 77 wird solange vom Plättchen 74 wegbewegt, bis die Spannungsänderung dU/dt=Null wird. Das bedeutet, daß die Sonde 77 so weit vom Plättchen 74 entfernt ist, daß sie nicht mehr bedämpft wird. Dieser Abstand kann deshalb als "Unendlich" angenommen werden. Diese Spannung wird vom Mikroprozessor 124 übernommen und gespeichert. Danach wird die Sonde 77 wieder auf den Soll-Abstand von beispielsweise 40 µm gefahren, so daß das System die beiden Werte "Unendlich" und "Sollabstand" weiß. Das System ist nunmehr meßbereit, wie am Anfang vorausgesetzt wurde. Die zum Initialisieren notwendigen Schritte werden nochmals anhand des nachfolgenden Ablaufdiagramms erläutert:

Weil der Arm 81 gemäß Fig. 3 in die gleiche Richtung sich erstreckt wie die Blattfeder 96 und damit der eine Hebel des Doppelhebels zur Drehmagnetvorrichtung 31 hin schaut, spart man einerseits Baulänge, kann andererseits den Hebel 37 genügend kurz machen, kommt zu einer übersichtlicheren Hebelanordnung und erreicht besser die Fluchtung mit dem Vickers-Diamanten 67. Wenn es auf die Baulänge nicht ankommt, kann man auch eine Hebelanordnung gemäß Fig. 1 wählen.

Der Meßbereich der Vorrichtung ist außerordentlich breit. Man kann z. B. leicht die sehr dünne Quarzschicht in ihrer Härte messen, mit der z. B. Brillengläser zwecks Entspiegelung bedampft sind. Man kann aber auch sehr weiche kautschuk-elastische Stoffe messen.

Man kann sogar feststellen, ob der zu messende Stoff an seiner Oberfläche sauber ist: wenn man z. B. die oben erwähnte Quarzschicht vorher nicht mit Spiritus wäscht, so mißt man die "Härte" der darauf befindlichen Schmutzschicht. Dies erkennt man aber leicht daran, daß die Meßpunkte viel zu sehr um die in Fig. 11 gezeigte Gerade streuen.

Ist der zu messende Stoff an seiner Oberfläche einwandfrei und die Meßpunkte streuen mehr als das Regressionsgesetz es erlaubt, dann sieht man ohne weiteres, daß es sich um eine nicht verwendbare Fehlmessung handelt, wobei die Fehler unterschiedliche Ursache haben. Die Meßpunkte müssen nämlich so nahe an der Geraden oder auf ihr liegen, wie dies die Regressionsgesetze verlangen. Fehlmessungen kann man damit leicht aussortieren.

Claims (26)

1. Vorrichtung zum zerstörungsfreien, absoluten Messen von Eigenschaften von festen Stoffen, die aus dem Eindringverhalten eines Prüfkörpers in den Stoff ableitbar sind, mit folgenden bekannten Merkmalen:

• a) es ist eine erste Führungsvorrichtung (36) vorgesehen, um den Prüfkörper (67) in einer ersten Richtung zur Oberfläche des Stoffes (27) hin und in einer zweiten Richtung von dieser weg zu führen,
• b) es ist ein erster elektromotorischer Antrieb (31) vorgesehen, durch den der Prüfkörper (67) in der ersten Richtung mit einer vorgebbaren und veränderbaren Kraft beaufschlagbar ist,
• c) es ist eine Meßeinrichtung (77) zur Messung der Eindringtiefe des Prüfkörpers (67) in den Stoff (27) vorgesehen, umfassend einen starr mit dem Prüfkörper (67) verbundenen ersten Teil (74, 76), dessen relative Position zu einem zweiten Teil (78) erfaßt wird,
• d) es ist eine zweite Führungsvorrichtung (81, 96) vorgesehen, um den zweiten Teil (77, 78) der Meßeinrichtung in der ersten und zweiten Richtung zu führen,
• e) es ist ein zweiter, abschaltbarer elektromotorischer Antrieb (104) vorgesehen, um den zweiten Teil (77, 78) der Meßeinrichtung in der ersten Richtung fein zu bewegen,
• f) es ist eine elektrische Auswerteschaltung vorgesehen, umfassend erste Mittel (129), um ihr eine erste Spannung zuzuleiten, welche die Kraft repräsentiert und zweite Mittel (121), um ihr eine zweite Spannung zuzuleiten, welche die von der Meßeinrichtung (77) abgeleitete Eindringtiefe repräsentiert,
  gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
• g) der erste Teil der Meßeinrichtung ist in der ersten Richtung auf den zweiten Teil (77, 78) zu bewegbar gelagert und bei Abstand Null zwischen erstem Teil (76) und zweitem Teil (78) daran anlegbar,
• h) die Meßeinrichtung (77) ist von der Art, die eine Auflösung bezüglich des Abstandes zwischen erstem Teil (76) und zweitem Teil (78) im Bereich von Hundertstel eines Mikrometers hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Führungsvorrichtung ein Hebel (36) ist, der drehfest mit einer Antriebswelle (34) des ersten elektromotorischen Antriebs (31) verbunden ist und der senkrecht zu seiner Drehbewegung ausgerichtet den Prüfkörper (67) trägt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkörper (67) ein Diamant ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkörper (67) auswechselbar an der ersten Führungsvorrichtung (36) anschraubbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der ersten Führungsvorrichtung (36) ein Kraftspeicher (48, 49) mit einer kleinen Kraft angreift, die die erste Führungsvorrichtung (36) in der zweiten Richtung vorspannt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher zumindest einen Magneten (48, 49) umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag (47) für die Führungsvorrichtung (36) vorgesehen ist, der die Bewegung der Führungsvorrichtung (36) in der zweiten Richtung begrenzt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine Sonde (77) zur Messung dünner Schichten umfaßt, wobei die Sonde (77) mit ihrer Spitze (78) einen der beiden Teile der Meßeinrichtung bildet und eine Gegenschicht (74, 76) den anderen Teil.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (77) nach dem magnetinduktiven Prinzip arbeitet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (77) nach dem kapazitiven Prinzip arbeitet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenschicht aus einem metallenen Plättchen (74 ) besteht, das von einer inerten dünnen Schicht (76) abgedeckt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die inerte dünne Schicht eine Goldschicht (76 ) ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenschicht (74, 76) senkrecht über der Sonde (77) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (77) den zweiten Teil der Meßeinrichtung bildet und die Gegenschicht (74, 76) den ersten Teil.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Teile (76, 78) der Meßeinrichtung in der Bewegungsrichtung des Prüfkörpers (67) gesehen mit diesem fluchten.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite elektromotorische Antrieb eine Gewindespindel (104) umfaßt, die parallel zur Bewegungsrichtung des Prüfkörpers (67) ausgerichtet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel (104) durch einen Elektromotor (114) angetrieben ist, der über ein erheblich reduzierendes Untersetzungsgetriebe (112, 113) wirkt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht zur Bewegungsrichtung des Prüfkörpers (67) ausgerichtet eine Schwenkachse (82) nahe zur Meßeinrichtung (77) und zum Prüfkörper (67) angeordnet ist, an der ein einarmiger Hebel (96) zur Bildung der zweiten Führungsvorrichtung mit seinem einen Ende gelagert ist, an dessen anderem Ende die Gewindespindel (104) angreift.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel eine breite Blattfeder (96) ist, deren Breitseite parallel zu ihrer Bewegungsrichtung steht und die an ihrem spindelseitigen Ende eine Kuppe (99) hat, die spiellos zwischen den Flanken des Gewindes (103) der Gewindespindel (104) anliegt und die aufgrund einer Vorspannung der Blattfeder quer zur Breitseite gegen die Gewindespindel (104) gedrückt wird.

20. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (82) und die Antriebswelle (34) parallel zueinander und auf gleicher Höhe angeordnet sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (114) von der Sonde (77) aus gesehen jenseits des ersten elektromotorischen Antriebs (31) in einem Endbereich einer Trägervorrichtung (16) befestigt ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägervorrichtung (16, 17, 18, 26) drei Füßchen zum Aufsetzen auf einen Prüfling aufweist, von denen zwei in einer gemeinsamen Ebene (21) mit der Spitze des Prüfkörpers (67) liegen.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene (21) parallel zu einer Seitenkante (22) der Trägervorrichtung (16) ist.

24. Verfahren zum zerstörungsfreien, absoluten Messen von Eigenschaften von festen Stoffen, die aus dem Eindringverhalten eines Prüfkörpers in den Stoff ableitbar sind, unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei

• - die Vorrichtung in die Meßposition bezüglich des zu prüfenden Stoffes (27) gebracht wird, während der Prüfkörper (67) in der zweiten Richtung zurückgezogen gehalten wird,
• - der Prüfkörper (67) dann vom ersten elektromotorischen Antrieb (31) mit einer geringen Kraft (F) in der ersten Richtung beaufschlagt wird, so daß der erste Teil (76) der Meßeinrichtung am zweiten Teil (78) anliegend gehalten wird, wodurch ein Abstand Null zwischen erstem Teil (76) und zweitem Teil (78) signalisiert wird,
• - die zweite Führungsvorrichtung (81, 96) mit dem zweiten Teil (78) der Meßeinrichtung (77) vom zweiten elektromotorischen Antrieb (104) so lange in der ersten Richtung bewegt wird, bis nach dem Aufsetzen des Prüfkörpers (67) auf den Stoff (27) das Erreichen eines vorgegebenen Abstandes zwischen erstem Teil (76) und zweitem Teil (78) größer als Null signalisiert wird,
• - und wobei dann der Prüfkörper (67) mit einer größeren Kraft (F) in den Stoff (27) gedrückt wird.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft (F) stufenförmig nach jeweils gleichen Zeitintervallen vergrößert wird.

26. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Abstand zwischen 10 und 80 µm, insbesondere 40 µm ±30% beträgt.