DE4203887C2 - Positioniervorrichtung für ein Meßgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Positioniervorrichtung für ein Meßgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Positioniervorrichtungen für Meßgeräte dieser Art sind beispielsweise in der DE 32 39 379 C2, in der DE 40 21 388 A1 und in der US 4 860 329 beschrieben. Diesen Geräten gemeinsam ist das Prinzip, die Meßstelle an der Oberfläche des Meßgegenstandes gewissermaßen aus der Blickrichtung des Röntgenstrahles zu betrachten, um auf diese Weise die Meßstelle zum Röntgenstrahl auszurichten. Dies bedeutet, daß man eine aufwendige Betrachtungsvorrichtung braucht, mit der man in das Geräteinnere hineinschauen kann. Üblich sind dafür Betrachtungsmikro­ skope oder Systeme mit einer Fernsehkamera innen und einem Bildschirm außen. Alle diese Betrachtungsvorrichtungen müssen eine feste Brennweite der Art aufwei­ sen, daß die Meßstelle nur dann scharf abgebildet wird, wenn sie in der optimalen Höhenlage ausgerichtet ist. Diese Höhenlage einzustellen ist wichtig, weil nur dann die Meßempfindlichkeit des Gerätes ausgeschöpft wird. Die "Schärfe" läßt sich aber nur bei einer irgendwie strukturierten Oberfläche als Einstellkriterium verwenden, nicht jedoch bei völlig glatten Oberflächen. Diese Systeme erfordern zudem eine Lichtquelle im Geräteinneren, was den Nachteil einer unerwünschten Wärmeerzeu­ gung und entsprechenden Aufwand mit sich bringt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Positioniervorrichtung für ein Meßgerät der gat­ tungsgemäßen Art zu schaffen, das bei geringerem Aufwand eine ausreichend ge­ naue Positionierung eines Meßgegenstandes ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Der Meßgegenstand wird jetzt in einer frei zugänglichen und mit freiem Auge sicht­ baren Beschickungsposition des Tabletts ausgerichtet, wobei ein darauf projizierter Zielfleck von ungefährlichem, sichtbarem Licht stellvertretend für den in der einge­ fahrenen Meßposition auftreffenden, gefährlichen Röntgenstrahl verwendet wird. Dabei bildet sich der Zielfleck an der Oberfläche nur dann in einer definiert vorgege­ benen Art ab, wenn diese - unabhängig von der Oberflächenstruktur - in der richtigen Höhenlage liegt. Die Lichtquelle liegt außerhalb des empfindlicheren Bereichs des Meßgerätes.

Gemäß der Weiterbildung nach Anspruch 2 erhält man einen Zielfleck, bei dem die Bildung eines Gesamt-Musters aus einzelnen Teil-Mustern sehr empfindlich von der eingestellten Höhenlage abhängt, so daß die Höhenjustierung sehr genau und ohne ermüdende Belastung durchgeführt werden kann.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 3 erleichtert die Lokalisierung des Zielfleckzen­ trums.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 4 erleichtert die Wahrnehmung der richtigen Ziel­ fleckform, wobei durch die größeren Felder zudem eine Umfeldbeleuchtung erzielt wird, die angenehmer für das Auge ist.

Schließlich kann nach Anspruch 5 ergänzend zu der Mustercharakterisierung des Zielflecks auch die Konturenschärfe als Einstellhilfe vorgesehen werden.

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

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht eines Meßgerätes,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Geometrie des Röntgen­ strahles und der rückgestreuten Strahlung relativ zu einem Pro­ portionalzählrohr,

Fig. 3 ein Diagramm über den Zusammenhang zwischen Intensität des Meßsignales und Höhenlage zwischen Proportionalzählrohr und Meßstelle,

Fig. 4 eine teilweise aufgebrochene, vergrößerte Vorderansicht einer Leuchtvorrichtung,

Fig. 5 eine teilweise explodierte, abgebrochene Darstellung von Ein­ zelteilen aus Fig. 4 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Maske, und

Fig. 7 eine Darstellung von Erscheinungsweisen eines Zielflecks bei falscher und bei optimaler Einstellung der Höhenlage der Meß­ stelle.

In der Anordnung nach Fig. 1 hat ein Meßgerät 11 ein für Röntgenstrahlen un­ durchlässiges Gerätegehäuse 12. An der Bedienerseite ist eine Klappe 13 vorgesehen, die geöffnet werden kann. In dem Gehäuse ist ein Tablett 14 vorgese­ hen, das in der dargestellten Beschickungsposition auf nicht gezeichnete Weise mit einer Koordinatensteuerung in Aufwärts-/Abwärtsrichtung 16, in den beiden Seiten­ richtungen 17 und in den Einwärts-/Auswärtsrichtungen 18 beweglich ist. Auf das Tablett 14 soll der Meßgegenstand 19 aufgelegt werden, dessen Schichtdicke zu messen ist. Liegt die Meßstelle 22 an der Oberfläche des Meßgegenstandes 19 in der richtigen Höhenlage unter einer geometrisch vertikalen Längsachse 21, dann läßt sich durch die Schließbewegung der Klappe 13 das Tablett 14 um eine exakt vorgegebene Wegstrecke rein translatorisch ohne Seitenbewegung oder Aufwärts-/Abwärtsbewegung in eine Meßposition in das Meßgerät 11 hineinfahren, wodurch die Meßstelle 22 exakt unter die Strahlachse 23 eines Röntgenstrahls 24 (Fig. 2) zu liegen kommt, die zur geometrischen Längsachse 21 parallel ist. Die Strahlachse 23 entspricht gemäß Fig. 2 der Mitte eines Röntgenstrahls 24, der von einer nicht dargestellten Röntgenröhre in üblicher Weise erzeugt wird und der dann auf die Meßstelle 22 trifft. Von hier werden Sekundärstrahlen 26 rückgestreut, die von ei­ nem Proportionalzählrohr 27 durch dessen Berylliumfenster 28 registriert werden. Wie üblich, ist das Proportionalzählrohr 27 seitlich von der Strahlachse 23 angeord­ net. Um in einem Intensitätsmaximum messen zu können, muß eine optimale Hö­ henlage h der Meßstelle 22 bezüglich des Proportionalzählrohres 27 eingestellt wer­ den. Hat man gemäß Fig. 2 eine Höhenlage 29, so ergibt sich eine andere Rück­ streugeometrie als bei einer Höhenlage 31.

Die Fig. 3 zeigt hier die qualitativen Zusammenhänge. Die Achse 32 zeigt die Inten­ sität der gemessenen rückgestreuten Strahlung und die Achse 33 gibt die Höhe der Meßstelle 22 an. Man sieht, daß es bei der Höhe 34 eine optimale Höhenlage gibt, in der die Empfindlichkeit am größten ist. Man möchte, daß in der Beschickungspositi­ on des Tabletts 14 die Meßstelle 22 so positioniert werden kann, daß sie in der Meßposition des Tabletts 14 in der optimalen Höhenlage h und auch in den Seiten­ richtungen sowie in den Auswärts-/Einwärtsrichtungen richtig liegt.

Hierzu ist gemäß Fig. 1 in dem dem Beobachterauge unmittelbar zugänglichen Frontbereich 36 eine Leuchtvorrichtung 37 vorgesehen. Sie umfaßt gemäß Fig. 4 einen biegesteifen Aluminiumblock 38. In diesen ist von seiner Schrägfläche 39 her eine Durchgangsbohrung 41 eingearbeitet, deren geometrische Längsachse 42 senkrecht zur geometrischen Längsachse 21 steht. In den beiden Endbereichen des Aluminiumblocks 38 sind jeweils zwei schräg nach unten und innen weisende Durchgangsbohrungen 43, 45 eingearbeitet, deren geometrische Längsachsen 44, 46 sich unten in einem Winkel 47 von 60° schneiden, dessen Winkelhalbierende die geometrische Längsachse 21 ist, zu der sie somit jeweils unter 30° stehen. In Fig. 4 links ist im Schnittbereich der Durchgangsbohrungen 41, 43 eine Fassungs­ stufe 48 vorgesehen, die unter einem Winkel 49 von 30° zur geometrischen Längs­ achse 21 und senkrecht zur Zeichnungsebene von Fig. 4 steht. In der Fassungs­ stufe ist von außen ein Planspiegel 51 eingesetzt. In der linken Hälfte der Durch­ gangsbohrung 41 liegt ein Röhrchen 52 aus Aluminium, das mit wenig radialem Spiel axial verschiebbar ist. Es faßt eine Leuchtdiode 53, deren beide Anschluß­ drähte 54 nach rechts laufen und am Ende mit je einer Abwinklung 56 (siehe Fig. 5) nach oben gerichtet sind, aus dem Röhrchen herausragen und wegen eines nach rechts randoffenen Schlitzes 57 in der in Fig. 4 nach oben liegenden Seite im Röhrchen 52 auch teilweise sichtbar sind. Die Leuchtdiode 53 hat links einstückig eine Linse 58, die das von ihr ausgehende Licht parallel zur geometrischen Längs­ achse 52 richtet.

Am linken Ende des Röhrchens 52 ist ein Fassungsrand 59 vorgesehen, der aus einer nach innen gedrehten Stufe besteht. In der stehenbleibenden Wandung ist gemäß Fig. 5 in der 3-Uhr-Position ein Einschnitt 61 vorgesehen. Der Fassungsrand 59 faßt eine kreisscheibenförmige Maske 62, deren Ansatz 63 im Einschnitt 61 liegt und damit sicherstellt, daß die Maske 62 winkelmäßig immer richtig im Fassungs­ rand 59 sitzt. Die Maske 62 ist als Film ausgebildet, der eine für das rote Licht der Leuchtdiode 53 durchlässige Markierung aufweist, die gemäß Fig. 6 aus einem schmalen Strich 64 radial an einer Seite vom Zentrum und aus zwei diametral ge­ genüberliegenden größeren Feldern 66, 67 besteht.

Koaxial zur geometrischen Längsachse 44, die zugleich als Lichtstrahlachse ange­ sehen werden kann, ist in der Durchgangsbohrung 43 ein Projektionsobjektiv 68 (siehe Fig. 4) eingesetzt, bestehend aus zwei plankonvexen Linsen 69, 71. Deren jeweils konvexen Seiten sind gemäß der Zeichnung zueinander gekehrt.

Im Mittenbereich des Aluminiumblocks 38 ist eine rechteckige Vertiefung 72 einge­ senkt. In dieser sitzt eine Leiterplatte 73, die die Stromversorgungsschaltung für die Leuchtdiode 53 trägt. Die Abwinklungen 56 sind dort mit Lötpunkten 74 eingelötet. Von der gemäß Fig. 4 oberen Seite aus ist eine Madenschraube 76 senkrecht nach unten und auf die geometrische Längsachse 42 zielend eingeschraubt, deren inne­ res Ende mit Druck auf der Außenfläche des Röhrchens 52 aufsitzt und so dieses gegen Längsverschiebung arretiert, nachdem es einmal richtig justiert worden ist. Die Madenschraube 76 verursacht hinsichtlich des Röhrchens 52 keine Rotations­ kräfte.

Abgesehen von den Bauelementen auf der Leiterplatte 73 ist die Leuchtvorrichtung 37 rechts von der geometrischen Längsachse 21 spiegelsymmetrisch gleich aufge­ baut wie links, so daß wegen der genauen Beschreibung der linken Seite eine Be­ schreibung der rechten Seite überflüssig ist.

Zur Positionierung des Meßgeräts 11 öffnet man zunächst die Klappe 13, wodurch das Tablett 14 in die Beschickungsposition ausgefahren wird. Man legt nun den Meßge­ genstand 19 darauf und justiert seine Lage so, daß die Meßstelle 22 unter der geo­ metrischen Längsachse 21 in der richtigen Höhenlage liegt. Dazu sieht man an der Oberfläche des Meßgegenstandes 19 gemäß Fig. 7 zwei einander in vorbestimmter Weise ergänzende Teil-Muster der Markierung aufprojiziert, nämlich das mit den ausgezogenen Linien dargestellte erste Teil-Muster, das aus dem Strich 64 und den Feldern 66, 67 besteht, sowie ein zweites, spiegelsymmetrisches Teil-Muster mit dem Strich 77 und den Feldern 78, 79. Ist die Oberfläche des Meßgegenstandes 19 zu hoch eingestellt, erscheint das rechte Teil-Muster in der mit strichpunktierten Linien dargestellten Lage relativ zu der mit den vollen Linien gezeichneten Lage des linken Teil-Musters. Bei optimal eingestellter Höhenlage hingegen erscheint das rechte Teil-Muster in der mit strichlierten Linien dargestellten Lage relativ zu der mit den vollen Linien gezeichneten Lage des linken Teil-Musters. Ein weiteres Hilfsmittel zur Feststellung der richtigen Höhenlage besteht darin, daß die jeweiligen Teil- Muster der Markierung nur in dieser einen optimalen Höhenlage scharf begrenzt erscheinen. Die schmalen Striche 64, 77 markieren besonders deutlich das optische Zentrum und die größeren Felder bewirken auch eine Aufhellung der Umgebung, was sehphysiologisch günstig ist. Das optische Zentrum dieses einprägsamen Ge­ samt-Musters markiert dabei die Stelle, an der die geometrische Längsachse 21 die Meßstelle 22 schneidet. Diese Stelle liegt dann exakt in der optimalen Höhenlage im Auftreffpunkt der Strahlachse 24, wenn das Tablett 14 in die Meßposition eingefah­ ren wird.

Claims (5)

1. Positioniervorrichtung für ein Meßgerät zur Messung der Dicke einer dünnen Schicht auf einem Meßgegenstand (19) nach dem Röntgen-Rückstreuprinzip,
mit einem Gerätegehäuse (12) und einer im Gehäuseinneren angeordneten Röntgenröhre, die Röntgenstrahlen längs einer Strahlachse (23) aussendet,
mit einem Proportionalzählrohr (27), das die vom Meßgegenstand (19) rück­ gestreute Strahlung auffängt, und mit einem Träger (14), auf dem der Meß­ gegenstand (19) liegend in einer Meßposition gehalten wird, in der die Meß­ stelle (22) an der Oberfläche des Meßgegenstandes (19) in der Strahlachse (23) liegt und vertikal in eine optimale Höhenlage (h) relativ zum Proportio­ nalzählrohr (27) ausgerichtet werden soll,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) der Träger ist ein Tablett (14), durch das der daraufliegende Meßge­ genstand (19) horizontal translatorisch um eine vorgebbare Wegstrec­ ke von der Meßposition in eine im Bereich der Gehäuseaußenseite be­ findliche Beschickungsposition verschiebbar ist und umgekehrt;
• b) der Meßgegenstand (19) ist mit dem Tablett (14) in der Beschickungs­ position horizontal und vertikal zumindest im Zehntelmilimeterbereich kontinuierlich verschiebbar;
• c) oberhalb des Tabletts (14) ist gehäusefest eine Leuchtvorrichtung (37) angeordnet, die mittels mindestens eines Lichtstrahls einen Zielfleck (64, 77) auf den in der Beschickungsposition des Tabletts auf dem Ta­ blett liegenden Meßgegenstand (19) projiziert;
• d) die Fokusierung des mindestens einen Lichtstrahls ist derart ausgebil­ det, daß der Zielfleck (64, 77) in vorgebbarer Art auf der Meßstelle (22) an der Oberfläche des Meßgegenstandes (19) erscheint, wenn diese Meßstelle (22) in eine Höhenlage eingestellt ist, die der optimalen Hö­ henlage (h) entspricht, wobei das optische Zentrum (21) des solcherart erscheinenden Zielflecks um die vorgenannte Wegstrecke gegenüber der Strahlenachse (23) versetzt ist.

2. Positioniervorrichtung für ein Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet,
daß die Leuchtvorrichtung (37) zwei Lichtstrahlen aussendet, deren Abstrahl­ stellen (51) in einem horizontalen Abstand zueinander angeordnet sind, wo­ bei die Lichtstrahlachsen (44, 45) an dem Punkt zusammentreffen, der im op­ tischen Zentrum (21) des Zielflecks liegt, und
daß jeder der Lichtstrahlen jeweils eine Maske (62) mit einer lichtdurchlässi­ gen Markierung durchläuft, die jeweils ein vorgegebenes Teil-Muster und eine definierte Lage bezüglich der jeweiligen Lichtstrahlachse derart aufweist, daß sich die beiden auf die Oberfläche des Meßgegenstandes projizierten Licht­ marken zu einem Zielfleck in einem vorgegebenen Gesamt-Muster (64, 66, 67, 77, 78, 79) ergänzen, wenn sich die Oberfläche in der optimalen Höhen­ lage (h) befindet.

3. Positioniervorrichtung für ein Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Teil-Muster (64, 77) jeder Markierung ein schmaler Strich ist, der asymmetrisch zum Zentrum der jeweiligen Maske liegt.

4. Positioniervorrichtung für ein Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Teil-Muster jeder Markierung zusätzlich zwei diametral dem schmalen Strich (64, 77) gegenüberliegende größere Felder (66, 67, 78, 79) umfaßt.

5. Positioniervorrichtung für ein Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Strahlengang der beiden Lichtstrahlen hinter den Masken (62) jeweils ein Projektionsobjektiv (68) derart angeordnet ist, daß die Markie­ rung auf der Oberfläche des Meßgegenstandes (19) scharf begrenzt er­ scheint, wenn sich diese Stelle in der optimalen Höhenlage (h) befindet.