DE60216123T2

DE60216123T2 - Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils eines zu vermessenden Objekts

Info

Publication number: DE60216123T2
Application number: DE60216123T
Authority: DE
Inventors: Yasunari Hachioji-shi NAGAIKE; Yasushi Uenoharamachi Kitatsuru-gun NAKAMURA; Yoshiaki Fuchu-shi ITO
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2002-09-05
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2022-09-06
Also published as: US20030217592A1; CN100395537C; EP1423677B1; JP3926793B2; TW550375B; WO2003023369A2; DE60216123D1; US6758085B2; JP2005502876A; CN1484760A; WO2003023369A3; EP1423677A2

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils eines zu vermessenden Objekts nach Anspruch 1.
Technischer Hintergrund
Aus US-A-4,103,542 ist ein Oberflächenprofil-Messinstrument bekannt, das einen Stift aufweist, der von einem ausgeglichenen Scanner-Arm getragen wird, der seinerseits von einer kardanischen Aufhängung mit zwei Achsen getragen wird, von denen eine durch einen Servomotor einstellbar ist. Ein angeschlossenes elektronisches Gerät sorgt für eine Achsenkompensation zur Ausgleichung durch den Servomotor ebenso wie eine Nulljustierung einer Anzeigeeinrichtung und eine Abgrenzung gegen kleine unerwünschte Steigungen. Die Stiftbewegung wird von einem Positionsaufnehmer (linear position differential transformer) in ein analoges Signal umgewandelt. Um eine Steigungsdiskriminierung zu erhalten, wird das analoge Signal differenziert und in einem Komparator mit einem Bezugswert verglichen, um Signale, die kleinen Steigungen entsprechen, zu verwerfen. Das Signal wird dann integriert und mit Bezug auf eine ausgewählte Nulleinstellung der Anzeigeeinrichtung angezeigt.
Aus US-A-4,391,044 ist ein Oberflächenprofil-Messinstrument bekannt, das einen Stift aufweist, der von einem linear verlängerten Träger zur linearen Abtastung getragen wird. Der Träger wird von einem Befestigungsmechanismus gestützt, der eine Neigung durch einen Servomotor ausgleicht. Der Stift wird für lineare Abtastungen der gewünschten Strecke entlang des Trägers geschoben und gezogen.
Aus FR-A-2 645 638 ist ein weiteres Oberflächenprofil-Messinstrument bekannt, das ausgebildet ist, um das Profil von großen Profilstufen oder großen Profilsenken zu messen.
Auch dieses bekannte Instrument beruht auf einer vertikal beweglichen und schwenkbar angeordneten Abtasteinrichtung, die eine Gewichtsausgleichplatte einschließt, die innerhalb eines X-Y-Koordinatensystems beweglich ist.
Darüber hinaus ist in JPN. PAT. APPLN. KOKAI, Veröffentlichungsnr. 7-260471 eine Vorrichtung als ein herkömmliches Beispiel für eine Vorrichtung zum Messen des Oberflächenprofils eines zu vermessenden Objekts offenbart. Die herkömmliche Vorrichtung wird nachsehend mit Bezug auf 12 beschrieben.
Die oben genannte herkömmliche Vorrichtung umfasst eine Messsonde 41, einen X-Z-Koordinatensystem-Antriebsabschnitt 42, einen Koordinaten-Messabschnitt 43, ein Eingabemittel 44 und ein Steuermittel 45. Genauer schließt die Messsonde 41 ein Kontaktnadelelement 41a ein, das einen Kontakt mit einem zu vermessenden Objekt 32, das in Y-Achserrichtung von einem Y-Achsenkoordinatensystem-Antriebsabschnitt, der in einem Hauptkörper 30 der oben genannten Vorrichtung enthalten ist, angetrieben wird, herstellt. In diesem Fall berührt das Nadelelement 41a das zu vermessende Objekt 32 von oben. Der X-Z-Koordinatensystem-Antriebsabschnitt 42 treibt die Messsonde 41 in den X- und Z-Richtungen an, und der Koordinatenmessabschnitt 43 misst die Koordinaten der Messsonde 41. Das Eingabemittel 44 gibt Kippwinkelinformationen des Kontaktnadelelements 41a an einem Kontaktmesspunkt in Bezug auf eine zu vermessende Oberfläche 32a ein. Das Steuermittel 45 steuert den Messdruck der Messsonde 41 an der Oberfläche des zu vermessenden Objekts aufgrund der Kippwinkelinformationen, die vom Eingabemittel 44 eingegeben werden. In diesem Fall steuert das Steuermittel 45 den Kontakt durch die Messsonde 41 so, dass die Summe der Kontaktdeformationen der Messsonde 41 und des zu vermessenden Objekts in vertikaler Richtung zur zu vermessenden Oberfläche 32a konstant wird.
Die herkömmliche Vorrichtung ist wie oben angegeben aufgebaut, und die Kippwinkelinformationen am Kontaktmesspunkt durch die Messsonde 41 an der Oberfläche des zu vermessenden Objekts werden vom Eingabemittel 44 eingegeben. Aufgrund der so eingegebenen Kippwinkelinformationen kann die Vorrichtung das Oberflächenprofil der Messoberfläche 32a des zu vermessenden Objekts 32 messen, während sie den Messdruck der Messsonde 41 durch das Steuermittel 45 steuert. Wie oben beschrieben, wird der Messdruck der Messsonde 41 gesteuert, und dadurch bleibt die vertikale Kontaktdeformation immer konstant in Bezug auf die Oberfläche des zu vermessenden Objekts. Dadurch ist es möglich, die Erzeugung eines Messfehlers, der sich aus Änderungen der Kontaktdeformation ergibt, zu verhindern.
In der oben genannten herkömmlichen Vorrichtung wird eine Blattfeder oder eine Druckfeder verwendet, um den Messdruck zu steuern, so dass der Messdruck der Messsonde 41 extrem klein wird oder die Kontaktkraft auf der zu vermessenden Oberfläche 32 immer konstant wird.
Wenn die herkömmliche Vorrichtung wie oben geschildert aufgebaut ist, berührt die Messsonde 41 die Oberfläche des zu vermessenden Objekts 32 mit vorgegebenem Druck. Insbesondere muss die Messsonde 41 so gehalten werden, dass der Druck der Messsonde 41 in allen Richtungen konstant gehalten werden kann. Um solch einen stabilen Druck, zu erreichen, muss der Reibwiderstand jedes Elements oder müssen die Hysteresekennwerte der Federn stark gesenkt werden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Somit ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils zu schaffen, welche die Kontaktkraft an jedem Punkt der Oberfläche eines zu vermessenden Objekts konstant halten kann und das Oberflächenprofil mit extrem kleiner Kontaktkraft messen kann.
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Verbesserte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils eines Objekts ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Um die genannte Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils eines zu vermessenden Objekts geschaffen, welche folgendes aufweist:
eine Messsonde, die so positioniert ist, dass sie die Oberfläche des zu vermessenden Objekts berührt;
ein Führungsmittel zum Tragen und Führen der Messsonde in Richtung der Messsondenachse;
ein Kippwinkel-Anpassungsmittel zum Verkippen des Führungsmittels in einem vorgegebenen Kippwinkel in Bezug auf die horizontale Richtung, so dass die Messsonde die Oberfläche des zu vermessenden Objekts mit einer vorgegebenen Kontaktkraft berührt; und
ein Antriebsmittel zum relativen Antreiben der Messsonde und/oder des Objekts, um die Oberfläche des zu vermessenden Objekts mit der Messsonde abzutasten,
wobei die Kontaktkraft von einer Kippwinkelkomponente der Schwerkraft der Messsonde, die erzeugt wird, wenn die Messsonde gekippt wird, abgeleitet wird.
Vorzugsweise liegt der Kippwinkel im Bereich von 0,0005 bis 5°, stärker bevorzugt von 0,03 bis 0,2 °. Die Kontaktkraft liegt im Bereich von 5 bis 300 mgf, stärker bevorzugt von 30 bis 90 mgf.
Die Vorrichtung ist wie oben beschrieben aufgebaut, und dadurch wird die Kontaktkraft der Messsonde, die an die Oberfläche des zu vermessenden Objekts angelegt wird, von der Kipprichtungskomponente der Schwerkraft der Messsonde abgeleitet. Deshalb besteht keine Notwendigkeit, den Hysteresekennwert zu berücksichtigen. Eine konstante Kontaktkraft wird an jeden Punkt auf der Oberfläche des zu vermessenden Objekts angelegt. Da die Messsonde vom Kippwinkel-Anpassungsmittel mit dem vorgegebenen Kippwinkel verkippt wird, kann auf sehr einfache Weise eine äußerst geringe Kontaktkraft erhalten werden. Da eine äußerst kleine Kontaktkraft wie oben beschrieben erhalten wird, gehört die Vorrichtung zum Kontakt-Typ, trotzdem ist es möglich, das Oberflächenprofil des zu vermessenden Objekts äußerst genau zu messen. Ferner ist es möglich, Wirkungen zu erzielen, die denen von zerstörungsfreien Messungen des Oberflächenprofils des zu vermessenden Objekts ohne Kontakt ähnlich sind.
Entsprechend einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Messung des Oberflächenprofils eines zu vermessenden Objekts geschaffen, wobei das Führungsmittel die Messsonde beweglich trägt und einen Führungsmechanismus aufweist, der die Messsonde mit einer vorgegebenen Reibkraft zwischen dem Führungsmittel und der Messsonde führt, wobei die Reibkraft geringer ist als die Kipprichtungskomponente der Schwerkraft der Messsonde.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Mittel, das eine äußerst geringe Reibkraft erzeugt, beispielsweise eine lineare Führung, vorzugsweise eine Luftgleiteinrichtung, als Führungsmittel verwendet. Da dadurch eine äußerst geringe Kontaktkraft erhalten wird, gehört die Vorrichtung zum Kontakt-Typ; trotzdem ist es möglich, das Oberflächenprofil des zu vermessenden Objekts äußerst genau zu messen.
Entsprechend einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils eines zu vermessenden Objekts geschaffen, wobei das Kippwinkel-Einstellungsmittel sowohl die Messsonde als auch das zu vermessende Objekt in einem vorgegebenen Kippwinkel zur horizontalen Richtung verkippt.
Da entsprechend der vorliegenden Erfindung der Kippwinkel sowohl auf die Messsonde als auch das zu vermessende Objekt angewendet wird, wenn das Objekt vermessen wird, wird kein Winkelunterschied zwischen der Messsonde und dem zu vermessenden Objekt erzeugt. Deshalb besteht keine Notwendigkeit, den Kippwinkel zu korrigieren, und die Vorrichtung gehört zum Kontakt-Typ; trotzdem ist es möglich, das Oberflächenprofil des zu vermessenden Objekts sehr genau zu messen.
Entsprechend einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils eines zu vermessenden Objekts geschaffen, wobei das zu vermessende Objekt eine vorgegebene Oberflächenrauheit Ry und Abtaststrecke ϕ aufweist, und wenn durch die Messsonde beim maximalen Kontaktwinkel αmax eine vorgegebene Kontaktkraft Fθ ausgeübt wird, weist die maximale Geschwindigkeit Vmax der Messsonde, die die Oberfläche des zu vermessenden Objekts abtastet, eine Beziehung auf, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird: Vmax ∝ (Fθ·ϕ)/(Ry·αmax)
Falls das zu vermessende Objekt aus einem sehr weichen Material besteht, das beim Vermessen leicht beschädigt werden kann, wird entsprechend der vorliegenden Erfindung die Kontaktkraft Fθ gesenkt, und dadurch kann das Objekt mit den kleinen Kontaktkräften Fθ vermessen werden, ohne beschädigt zu werden. Wenn dagegen keine Gefahr besteht, dass das zu vermessende Objekt beschädigt wird, wird die Kontaktkraft Fθ erhöht, und dadurch wird die maximale Abtastgeschwindigkeit Vmax hoch. Infolgedessen ist es möglich, die Zeit zum Messen des Oberflächenprofils des zu vermessenden Objekts zu verkürzen.
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung ausgeführt und ergeben sich zum Teil aus der Beschreibung oder können bei der praktischen Ausführung der Erfindung gelernt werden. Die Ziele und Vorteile der Erfindung können mittels der Instrumente und Kombinationen realisiert und erhalten werden, auf die nachstehend besonders hingewiesen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die begleitende Zeichnung, die in die Patentschrift eingegliedert ist und einen Teil von dieser darstellt, stellt derzeit bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar und dient zusammen mit der oben abgegebenen allgemeinen Beschreibung und der nach stehend abgegebenen Beschreibung der Ausführungsformen dazu, die Grundlagen der Erfindung zu erläutern.
1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine teilweise vergrößerte Darstellung des Zustands, in dem ein Kontaktnadelelement einer Messsonde die Oberfläche eines zu vermessenden Objekts mit einem vorgegebenen Kippwinkel berührt, in der Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine teilweise vergrößerte perspektivische Darstellung des Aufbaus des Messsonden-Trägermittels;
4 ist eine schematische Darstellung eines Kippwinkel-Einstellungsmittels in der ersten Ausführungsform;
5 ist eine schematische Darstellung einer ersten Modifizierung des Kippwinkel-Einstellungsmittels der ersten Ausführungsform;
6 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Modifizierung des Kippwinkel-Einstellungsmittels in der ersten Ausführungsform;
7 ist eine schematische Darstellung einer dritten Modifizierung des Kippwinkel-Einstellungsmittels in der ersten Ausführungsform;
8 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem der Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist eine teilweise vergrößerte Draufsicht auf die Situation, in der das Kontaktnadelelement der Messsonde das zu vermessende Objekt berührt;
10 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
12 ist eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Vorrichtung zur Messung des Oberflächenprofils eines zu vermessenden Objekts.
BESTE WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nachstehend beschrieben. In den folgenden Ausführungsformen wird das in 1 dargestellte X-Y-Z-Koordinatensystem in allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet, und eine negative Richtung der Z-Achse und eine positive Richtung davon sind als Distalendseite bzw. als Proximalendseite definiert.
(Erste Ausführungsform)
In der ersten Ausführungsform weist die Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils einen flachen Basisabschnitt 20 auf, wie in 1 dargestellt. Ein Trägerelement 1 und ein Tafelabschnitt 7 sind am Basisabschnitt 20 befestigt. Der Tafelabschnitt 7 ist über ein Kippwinkel-Einstellungsmittel 3 mit einer Montageplatte versehen. Ein Führungsmittel 4 ist an der Montageplatte 10 angebracht. Ein zu vermessendes Objekt 2 wird vom Trägerelement 1 getragen. Eine Messsonde 6 wird beweglich vom Führungsmittel 4 getragen und so positioniert, dass sie die Oberfläche des zu vermessenden Objekts 2 berührt. Erste und zweite Positionserfassungselemente 5 und 9 sind an der Montageplatte 10 bzw. dem Basisabschnitt 20 bereitgestellt.
In der ersten Ausführungsform ist das Führungsmittel 4 eine Luftgleiteinrichtung. Wie in 3 dargestellt, weist das Führungsmittel 4 ein Gleiteinrichtungs-Trägerelement 4a und ein bewegliches Gleiteinrichtungselement 4b auf. In dem Gleitelement-Trägerelement 4a ist eine Öffnung ausgebildet. Das bewegliche Gleiteinrichtungs element 4b dringt beweglich in die Öffnung des Gleitelement-Trägerelements 4a ein und wird schwimmend getragen. Die Luftgleiteinrichtung 4 weist einen (nicht dargestellten) Luftzufuhrabschnitt auf, der Luft zu einem Raum 210 zwischen dem Gleitelement-Trägerelement 4a und dem beweglichen Gleiteinrichtungselement 4b liefert. Der Raum 210 ist sehr eng und weist eine Breite von 100 μm oder weniger, vorzugsweise 20 μm oder weniger auf. Das Material der Luftgleiteinrichtung 4 ist Keramik, ein metallisches Material wie Eisen oder ein Glasmaterial. Das Führungsmittel 4 kann eine lineare Führung sein.
Die oben genannte Messsonde 6 weist ein zylinder- oder prismenförmiges Stammelement 6b und ein kugel- oder keilförmiges Kontaktnadelelement 6a auf, das am distalen Ende des Stammelements 6b befestigt ist. Das Stammelement 6b der Messsonde 6 ist am beweglichen Gleiteinrichtungselement 4b des Führungsmittels 4 angebracht und ist in die Richtungen der Pfeile A und B von 1 zusammen mit dem beweglichen Gleiteinrichtungselement 4b beweglich. Das Kontaktnadelelement 6a ist so angeordnet, dass es die Oberfläche des zu vermessenden Objekts 2 berührt.
In diesem Fall sind die in 1 gezeigten Richtungen A und B Richtungen (nachstehend als Kipprichtungen bezeichnet), die in einem vorgegebenen Kippwinkel θ (0 < θ < 90 °) zur Z-Richtung geneigt sind, wie in 2 dargestellt, und die zur axialen Richtung der Messsonde 6 parallel sind.
In der ersten Ausführungsform sind die ersten und zweiten Positionserfassungselemente 5 und 9 optische Skalen oder Laserentfernungsmesser. Das erste Positionserfassungselement 5 ist so positioniert, dass es eine Kipprichtungsverstellung 1 der Messsonde 6 erfasst. Dagegen ist das zweite Positionserfassungselement 9 so positioniert, dass es die X-Achsenrichtungsposition des Kontaktnadelelements 6a erfasst.
Wie schematisch in 4 dargestellt, weist das oben genannte Kippwinkel-Einstellungsmittel 3 erste und zweite Winkelanpassungselemente 3a und 3b auf. Diese Winkeleinstellungselemente 3a und 3b sind einzeln an ihren unteren Endabschnitten durch eine Schraube mit dem Tafelabschnitt 7 verbunden. Jedes der Winkeleinstellungselemente 3a und 3b ist mit einem Gelenk oder einem drehbaren Trägerelement drehbar auf der Montageplatte 10 gelagert.
Mindestens eins von den Winkeleinstellungselementen 3a und 3b weist die folgende Struktur auf, die in Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen entlang Pfeilen C und D, die parallel zur X-Achsenrichtung verlaufen, beweglich ist, so dass die Montageplatte 10 zur X-Z-Ebene verkippt werden kann, d.h. die Messsonde 6 in einem vorgegebenen Kippwinkel zur Z-Achse verkippt werden kann. Die oben genannte Bewegung wird von mechanischen Mitteln, wie einer Schraube, bewirkt und kann von elektrischen Mitteln, wie einem Motor, bewirkt werden. Die Winkeleinstellungselemente 3a und 3b sind an distalen und proximalen Endabschnitten der Montageplatte 10 zumindest eins nach dem anderen angeordnet und sind unabhängig voneinander betätigbar.
Genauer trägt das erste Winkeleinstellungselement 3a mittels eines Zapfens drehbar eine Montageplatte 10. Dagegen ist das zweite Winkeleinstellungselement 3b an seinem oberen Abschnitt mit einem Rad ausgestattet und an seinem unteren Abschnitt ist eine Schraube ausgebildet. Das zweite Winkeleinstellungselement 3b wird von der Schraube eingestellt und dadurch in der Y-Achsenrichtung in Bezug auf den Tafelabschnitt 7 verändert. In diesem Fall dreht sich das Rad an der Unterseite der Montageplatte 10 und dadurch kann sich das zweite Winkeleinstellungselement 3b in Bezug auf die Montageplatte 10 frei bewegen. Deshalb wirken die beiden Winkeleinstellungselemente 3a und 3b zusammen, so dass die Montageplatte 10 in einem vorgegebenen Kippwinkel verkippt werden kann. Die Montageplatte 10 wird durch Steuern der Schraube in einer Lage gehalten, in der sie in dem genannten Kippwinkel geneigt ist.
In 5 bis 7 sind Modifizierungen des Kippwinkel-Einstellungsmittels 3 dargestellt. In der ersten in 5 dargestellten Modifizierung besteht das distalseitige erste Winkeleinstellungselement 3a von 4 aus einem Schwenkelement 211, dessen Mittelachse parallel zur X-Achse verläuft und dessen Querschnitt kreisförmig ist. Zum Beispiel ist das Schwenkelement 211 ein drehbar lagerbares Element wie ein zylindri sches oder kugelförmiges Element. Das zweite Winkeleinstellungselement 3b besteht aus einem Kippelement 212 mit dreieckigem Prisma. In diesem Fall wird das Kippelement 212 so eingeführt, dass seine Schräge auf die Montageplatte 10 gerichtet ist.
Die oben genannten zwei Elemente 211 und 212 wirken zusammen, so dass die distale Seite der Montageplatte 10 unter die proximale Seite gebracht werden kann. Genauer wird die Montageplatte 10 so gelagert, dass sie sich entlang der Schräge des Kippelements 212 bewegen kann, so dass sie in Richtung des Pfeils E um das Schwenkelement 211 gedreht werden kann.
In der ersten in 5 dargestellten Modifizierung wird, um den Kippwinkel zu ändern, das Neigungselement 212 in Richtung des Pfeils F bewegt. Das Kippelement 212 ist von einem (nicht dargestellten) Befestigungselement befestigt und dadurch wird die Montageplatte 10 in der Lage gehalten, dass sie in dem vorgegebenen Winkel geneigt ist.
In der zweiten, in 6 dargestellten Modifizierung weist das distalseitige Schwenkelement 211 von 5 ein plattenförmiges elastisches Element 213 auf, das mit der Montageplatte 10 und dem Tafelabschnitt 7 verbunden ist. Das elastische Element 213 ist beispielsweise eine Blattfeder oder dergleichen. Bei dem proximalseitigen Winkeleinstellungselement 214 kann es sich entweder um das oben genannte Winkeleinstellungselement 3a oder um das oben genannte Kippelement 212 handeln. In jedem Fall ist die Montageplatte 10 mit dem proximalseitigen Winkeleinstellungselement 214 verbunden oder von diesem gestützt, so dass sie in Richtung des Pfeils G um das plattenförmige elastische Element 213 gedreht werden kann.
In der zweiten in 6 dargestellten Modifizierung ist der Ablauf bei der Änderung des Kippwinkels grundsätzlich der gleiche wie beim Kippwinkel-Einstellungsmittel, das in den 4 oder 5 dargestellt ist. Ein (nicht dargestelltes) Spannelement ist auf der distalen Seite zwischen dem Tafelabschnitt 7 und der Montageplatte 10 angeordnet, und/oder ein (nicht dargestelltes) Druckelement ist auf der proximalen Seite zwischen ihnen angeordnet, und dadurch wird die Montageplatte 10 in der Lage gehalten, dass sie mit dem Kippwinkel geneigt ist.
In der dritten, in 7 dargestellten Modifizierung besteht das Kippwinkel-Einstellungsmittel 3 aus einem eine Kippung erzeugenden Element 215 mit kreisförmiger oder kugeliger Oberfläche sowie einem Aussparungsabschnitt. Der Aussparungsabschnitt weist eine Form auf, die komplementär zur kreisförmigen oder kugeligen Oberfläche des eine Kippung erzeugenden Elements 215 ist und ist auf der Oberseite des Tafelabschnitts 7 ausgebildet. Um den Kippwinkel zu ändern, wird das Kippung erzeugende Element 215 in der Richtung des Pfeils I gedreht. Befestigungselemente 216a und 216b liegen an der Oberseite des Kippung erzeugenden Elements 215 an, und dadurch wird die Montageplatte 10 ist in einer Lage gehalten, in der sie in einem Kippwinkel geneigt ist. Eine Goniostufe kann anstelle der oben genannten Befestigungselemente 216a und 21b verwendet werden.
Die oben in 4–7 dargestellten vier Arten von Kippwinkel-Einstellungsmitteln 3 können auf geeignete Weise kombiniert werden. Die Montageplatte 10 kann zusammen mit dem Führungsmittel 4 und dem daran befestigten Positionserfassungselement 5 vom Kippwinkel-Einstellungsmittel 3 verkippt werden. Ferner ist das Kippwinkel-Einstellungsmittel 3 nicht auf die oben genannte Beschreibung beschränkt.
Wie oben beschrieben, wird die Messsonde 6 vom Führungsmittel 4 getragen und ist mit einem äußerst kleinen Kippwinkel zur Z-Achsenrichtung geneigt (sehen 2). Ferner ist die Messsonde 6 so positioniert, dass sie die Oberfläche des zu vermessenden Objekts 2 mit einer vorgegebenen Kontaktkraft durch die Kipprichtungskomponente der Schwerkraft des Kontaktnadelelements 6a, die von der Kippung erzeugt wird, berührt. Das heißt, die Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils entsprechend der vorliegenden Erfindung ist so aufgebaut, dass die Kontaktkraft proportional zum vorher eingestellten Kippwinkel θ der Messsonde 6 geändert werden kann.
8 ist ein Blockschema, das schematisch ein Steuersystem zur Steuerung der Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt. Das Steuersystem weist ein Steuermittel 11 zur Steuerung der gesamten Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils auf. Das Steuermittel 11 ist beispielsweise ein Motor oder piezoelektrischer Aktor. Die Steuermittel 11 ist dafür ausgelegt, die ersten und zweiten Positionserfassungselemente 5, 9 und ein Antriebsmittel 12 zum Antreiben des oben genannten zu vermessenden Objekts 2 in X-Achsenrichtung zu steuern. Ferner ist das Steuermittel 11 mit einem später beschriebenen Operationsabschnitt 13 verbunden, der Operationsprozesse ausführt.
Die Funktionsweise der Vorrichtung mit dem oben genannten Aufbau ist nachstehend beschrieben.
Wie aus 1 und 2 ersichtlich, wird in der Vorrichtung mit dem oben genannten Aufbau das Kippwinkel-Einstellungsmittel 3 betätigt, und dadurch wird der vorgegebene Winkel θ zur Z-Achsenrichtung an die mit der Montageplatte 10 verbundene Luftgleiteinrichtung 4 angelegt. Wie bereits beschrieben, wirkt die Luftgleiteinrichtung 4 mit der Messsonde 6 zusammen. Das bewegliche Gleiteinrichtungselement 4b bewegt sich über das Gleitelement-Trägerelement 4a durch die Kipprichtungskomponente der Schwerkraft der Messsonde 6 in Richtung des Pfeils A. Auf diese Weise berührt das Kontaktnadelelement 6a der Messsonde 6 die Oberfläche des zu vermessenden Objekts 2. Das zu vermessende Objekt ist nicht beschränkt und kann beispielsweise eine Linse, eine Metallform oder ein optisches Element sein.
Da Luft in den Raum 210 zwischen dem Gleitelement-Trägerelement 4a und dem beweglichen Gleiteinrichtungselement 4b geliefert wird, hängt die Reibkraft f zwischen diesen vom Viskositätskoeffizienten τ der zugeführten Luft ab. Im Allgemeinen ist die Reibkraft der Luft etwa {Bruchteil (1/1000)} der Reibkraft von herkömmlichem Schmieröl. Deshalb kann eine Messung, die die Luftgleiteinrichtung 4 verwendet, bei einem Kippwinkel θ ausgeführt werden, der im Vergleich mit Messungen, die eine hydrostatische Gleiteinrichtung verwenden, viel kleiner ist. Eine Messung, die die Luft gleiteinrichtung 4 verwendet, erfordert keine Struktur, die für Schmieröl ausgelegt ist, so dass die Messvorrichtung als Ganzes kompakt gemacht werden kann.
In der Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils hängt die Kontaktkraft Fθ des Kontaktnadelelements 6a an der Oberfläche des zu vermessenden Objekts 2 von der Kipprichtungskomponente der Schwerkraft, die auf die Messsonde 6 wirkt und der Reibkraft f ab. In diesem Fall wird, wenn der Kippwinkel als θ eingestellt ist und die Schwerkraft der Messsonde 6, die auf das Kontaktnadelelement 6a wirkt als F = mg eingestellt ist, die Kontaktkraft Fθ durch die folgende Gleichung ausgedrückt: Fθ = F·sinθ – f = mg·sinθ – f
In der ersten Ausführungsform wird die Luftgleiteinrichtung verwendet, und die Reibkraft wird durch die folgende Gleichung f = τmg ausgedrückt. Die Reibkraft f ist tatsächlich viel kleiner und kann vernachlässigt werden. Deshalb wird die Kontaktkraft durch die folgende Gleichung Fθ = mg·sinθ ausgedrückt.
Bei Durchführung der eigentlichen Messung üben zusätzlich zur oben genannten Kontaktkraft Fθ die folgenden Faktoren Einfluss aus. Die Faktoren sind die relative maximale Abtastgeschwindigkeit Vmax in X-Achsenrichtung der Vorrichtung und des zu vermessenden Objekts, eine Oberflächenrauheit Ry des zu vermessenden Objekts, eine Abtaststrecke ϕ des zu vermessenden Objekts und der maximale Kontaktwinkel αmax (siehe 9). Diese Faktoren haben die folgende Beziehung. Vmax ∝ (Fθ·ϕ)/(Ry·αmax)
Das heißt, je größer die Kontaktkraft Fθ ist, oder je größer die Abtaststrecke ϕ des zu vermessenden Objekts ist, umso höher ist die maximale Abtastgeschwindigkeit Vmax. Dagegen nimmt bei zunehmender Oberflächenrauheit Ry oder zunehmendem Kontaktwinkel αmax die maximale Abtastgeschwindigkeit Vmax ab.
Die maximale Abtastgeschwindigkeit Vmax wird auch durch die Vibration beeinflusst, die auf das Trägerelement 1 und den Basisabschnitt 20 während der Messung ausgeübt wird. Falls der Basisabschnitt 20 auf einen vibrationssicheren Tisch gestellt wird, wird die Vibration von außen abgehalten oder verringert; daher ist es möglich, eine Messung bei der maximalen relativen Abtastgeschwindigkeit durchzuführen, die eine relativ hohe Vmax ist.
Falls das zu vermessende Objekt 2 aus einem sehr weichen Material gebildet ist, das durch eine Messung leicht beschädigt werden kann, wird die Kontaktkraft klein, und dadurch kann das zu vermessende Objekt vermessen werden, ohne Schaden zu nehmen. Falls dagegen keine Gefahr besteht, dass das zu vermessende Objekt 2 beschädigt wird, wird die Kontaktkraft Fθ erhöht, und dadurch wird die maximale Abtastgeschwindigkeit Vmax hoch. Infolgedessen ist es möglich, die Zeit zum Messen des Oberflächenprofils des zu vermessenden Objekts 2 zu verkürzen.
Wie oben beschrieben ist, da die Beziehung Fθ = mg·sinθ gilt, die maximale Abtastgeschwindigkeit Vmax proportional zum Eigengewicht m der Messsonde 6. Da die Beziehung 0 < θ < 90 ° gilt, ist die maximale Abtastgeschwindigkeit Vmax auch proportional zum Kippwinkel θ. Anders ausgedrückt wird bzw. werden das Eigengewicht m der Messsonde 6 und/oder und der Kippwinkel θ erhöht, und dadurch kann ein großer Wert für die maximale Abtastgeschwindigkeit Vmax erhalten werden.
Auch wenn eine leichte Messsonde 6 verwendet wird, so dass die Kontaktkraft Fθ auf einen relativ kleinen Wert gesetzt werden kann, wird der Kippwinkel bei Bedarf vergrößert, und dadurch ist es möglich, sofort eine große Kontaktkraft Fθ, das heißt, die maximale Abtastgeschwindigkeit Vmax zu erreichen. Genauer kann, wenn das Eigengewicht m der Messsonde 6 auf 3,5 g eingestellt ist, der Kippwinkel θ auf 4,9 ° gesetzt werden, und dadurch kann eine Kontaktkraft Fθ von 300 mgf erhalten werden.
Dagegen wird, selbst wenn eine schwere Messsonde 6 verwendet wird, so dass die Kontaktkraft Fθ auf einen relativ großen Wert eingestellt werden kann, der Kippwinkel nach Bedarf verkleinert, und dadurch ist es möglich, die Kontaktkraft Fθ, das heißt, die maximale Abtastgeschwindigkeit Vmax, sofort zu verkleinern. Daher ist es möglich, eine Messung auszuführen, die in der Lage ist, eine Beschädigung des zu vermessenden Objekts 2 zu verhindern oder zu verringern. Genauer wird, wenn das Eigengewicht m der Messsonde 6 auf 500 g eingestellt ist, der Kippwinkel θ auf 0,00057 ° gesetzt, und dadurch kann eine Kontaktkraft Fθ von 5 mgf erhalten werden.
Das Eigengewicht der Messsonde 6 ist durch Montieren eines Gewichts zwischen dem Führungselement 4 und dem Stammelement 6b einstellbar.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, weist die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung einen Aufbau auf, in dem der Wert der Kontaktkraft Fθ schon durch den Kippwinkel θ der Messsonde 6 verändert werden kann. Deshalb kann eine geeignete Messung sofort entsprechend den Merkmalen des zu vermessenden Objekts 2 durchgeführt werden. Die Messung kann wirksam ausgeführt werden.
Das Trägerelement 1, welches das zu vermessende Objekt 2 trägt, wird in X-Achsenrichtung von einem Antriebsmittel 12, wie einem Motor oder einem piezoelektrischen Aktor angetrieben. Das Kontaktnadelelement 6a der Messsonde 6 tastet das zu vermessende Objekt 2 entlang des Oberflächenprofils des zu vermessenden Objekts 2 in der X-Achsenrichtung ab. Bei der oben genannten Funktion entspricht die Kipprichtungsverstellung 1 des Kontaktnadelelements 6a der Tiefe des Oberflächenprofils des zu vermessenden Objekts 2. Die Positionsinformationen des Kontaktnadelelements 6a werden vom ersten Positionserfassungselement 5 erfasst.
Die Kipprichtungsverstellung 1 des Kontaktnadelelements 6a ist eine relative Verstellung der Vorrichtung und des zu vermessenden Objekts 2. Daher wird bzw. werden die Vorrichtung und/oder das zu vermessende Objekt 2 relativ zum jeweils anderen bewegt, und dadurch werden Oberflächenprofildaten des zu vermessenden Objekts 2 erhalten.
Das Abtasten in der X-Achsenrichtung wird mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Führungselements, wie einer exakten hydrostatischen Gleiteinrichtung, die Gas, wie Luft, oder Flüssigkeit, wie Öl, verwendet, durchgeführt. Das Führungselement wird durch Antriebseinrichtungen wie einen Gleichstrommotor, einen Servomotor, einen linearen Motor, einen Schrittmotor, einen piezoelektrischen Aktor oder einen Voice-Coil-Motor, angetrieben. Die Erzeugung einer Vibration durch die Antriebseinrichtung wird auf die folgende Weise verhindert. Das heißt, die Antriebseinrichtung und das zweite Positionserfassungselement 9 sind so positioniert, dass sie voneinander getrennt sind, oder ein vibrationsfreies Antriebssystem durch Stromsteuerung wird verwendet. Außerdem wird die Vibration von außen auf die folgende Weise abgehalten. Das heißt, die gesamte Vorrichtung ist auf den vibrationssicheren Tisch gestellt.
Da der gemessene Wert l der in Kipprichtung ist, muss im obigen Aufbau der Kippwinkel θ korrigiert werden, um die Daten des aktuellen Oberflächenprofils (Rauhigkeit) des Objekts 2 zu erhalten.
Was den Kippwinkel θ der Messsonde 6 zur Z-Achsenrichtung betrifft, so wird der gemessene Wert l des ersten Positionserfassungselements 5 mit cosθ multipliziert, und dadurch wird ein Korrekturwert L des tatsächlichen Oberflächenprofils des zu vermessenden Objekts 2 erhalten. In der ersten Ausführungsform führt der Operationsabschnitt 13 die Operation L = l·cosθ aus. Der gemessene Wert l wird durch die Operation in den Korrekturwert L umgewandelt. Die X-Richtungs-Positionsdaten des Objekts 2 werden vom zweiten Positionserfassungselement 9 erfasst. Der Korrekturwert L und die X-Richtungs-Positionsdaten werden in Form eines Graphen aufgezeichnet, und somit wird das Oberflächenprofil des zu vermessenden Objekts 2 gemessen.
Entsprechend der oben genannten ersten Ausführungsform wird das Kippwinkel-Einstellungsmittel 3 gesteuert, und dadurch kann die Kontaktkraft Fθ der Messsonde 6 an dem zu vermessenden Objekt 2 sehr leicht eingestellt werden. Da eine äußerst kleine Kontaktkraft Fθ erhalten wird, ist die Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils daher vom Kontakt-Typ; trotzdem ist es möglich, Wirkungen zu erzielen, die denen einer zerstörungsfreien berührungsfreien Vermessung des zu vermessenden Objekts 2 ähnlich sind.
(Zweite Ausführungsform)
Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf 10 beschrieben. 10 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils entsprechend der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der zweiten Ausführungsform werden ähnliche Zahlen verwendet, um die gleichen Elemente wie in der ersten Ausführungsform zu bezeichnen.
Die Vorrichtung entsprechend der zweiten Ausführungsform weist einen flachen Bodenbasisabschnitt 21 auf. Der oben genannte Basisabschnitt 20 ist am Bodenbasisabschnitt 21 über ein Kippwinkel-Einstellungsmittel 23 vorgesehen. Das Kippwinkel-Einstellungsmittel 23 weist eine Vielzahl von Winkeleinstellungselementen 2a und 23b auf und entspricht in seiner Funktion dem Kippwinkel-Einstellungsmittel 3 der ersten Ausführungsform einschließlich der oben genannten Modifizierungen. Der übrige Aufbau der in 10 dargestellten Vorrichtung ist der gleiche wie in der ersten Ausführungsform, außer dass ein Befestigungselement 24 statt des Kippwinkel-Einstellungsmittels 3 verwendet wird. Das heißt, ein vorgegebener Kippwinkel θ zur horizontalen Richtung kann auf alle folgenden Elemente angelegt werden. Genauer sind diese Elemente der Tafelabschnitt 7, die Messsonde 6 auf der Montageplatte 10, das Trägerelement 1, welches das zu vermessende Objekt 2 trägt, und die ersten und zweiten Positionserfassungselemente 5 und 9.
Die Funktionsweise eines gleichen Elements wie in der ersten Ausführungsform ist grundsätzlich die gleiche wie in der ersten Ausführungsform. Das Prinzip, dass die Messsonde 6 das Oberflächenprofil des zu vermessenden Objekts 2 misst, ist das gleiche wie in der ersten Ausführungsform.
Entsprechend der oben genannten zweiten Ausführungsform verleiht das Kippwinkel-Einstellungsmittel 23 der Messsonde 6 und dem zu vermessenden Objekt 2, das vom Trägerelement 1 getragen wird, denselben Kippwinkel θ. Daher kann die Vorrichtung entsprechend der zweiten Ausführungsform dieselben Wirkungen wie die Vorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform erreichen. Ferner besteht kein Bedarf, den Kippwinkel θ auf den gemessenen Wert l des ersten Positionserfassungselements 5 zu korrigieren; daher können die tatsächlichen Oberflächenprofildaten L direkt gemessen werden.
(Dritte Ausführungsform)
Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf 11 beschrieben. 11 ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils entsprechend der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der dritten Ausführungsform werden gleiche Bezugszahlen verwendet, um dieselben Elemente wie in der ersten Ausführungsform zu bezeichnen. Ferner ist die Vorrichtung in der dritten Ausführungsform auf eine Bearbeitungsmaschine zur maschinellen Bearbeitung einer Linse, einer Metallform oder eines optischen Elements montiert.
Die oben genannte Bearbeitungsmaschine weist eine Maschinenbasis 206 auf. Die Maschinenbasis 206 ist mit einem X-Achsen-Positionserfassungselement 204 zur Erfassung der X-Achsen-Bewegung und einem Z-Achsen-Positionserfassungselement 205 zur Erfassung der Z-Achsen-Bewegung versehen. Ferner ist die Maschinenbasis 206 mit einem beweglichen Z-Achsen-Element 203 und einem beweglichen X-Achsen-Element 202 versehen. Das bewegliche Z-Achsen-Element 203 ist so angeordnet, dass es mit dem beweglichen Z-Achsen-Positionserfassungselement 205 zusammenwirkt. Das bewegliche X-Achsen-Element 202 bewegt sich in der X-Achsenrichtung und trägt die Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils. Ein Werkstück-Drehelement 201 zum drehenden Tragen des zu vermessenden Objekts 2 ist am beweglichen Z-Achsen-Element 203 angebracht. Das vom Werkstück-Drehelement 201 getragene zu ver messende Objekt 2 und die Messsonde 6 sind so angeordnet, dass sie vom beweglichen Z-Achsenelement 203 relativ zueinander in der X-Achsenrichtung bewegt werden können, während sie vom beweglichen Z-Achsen-Element 203 relativ zueinander in der Z-Achsenrichtung bewegt werden können.
Die Bearbeitungsmaschine mit dem oben genannten Aufbau kann das zu vermessende Objekt 2 auf ein gewünschtes Profil bearbeiten, wobei sie (nicht dargestellte) Bearbeitungswerkzeuge wie ein Drehwerkzeug, ein Schleifsteinelement oder ein Polierelement verwendet.
Die Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils weist grundsätzlich denselben Aufbau auf wie in der ersten Ausführungsform. Jedoch ist die Vorrichtung vollständig mit einer Abdeckung 207 bedeckt. Am distalen Ende der Abdeckung 207 ist eine (nicht dargestellte) Öffnung ausgebildet. Die Messsonde 6 der Vorrichtung steht durch die oben genannte Öffnung über die Abdeckung 207 hinaus und das Kontaktnadelelement 6a der Messsonde 6 ist so angeordnet, dass es das zu vermessende Objekt 2, das vom Werkstück-Drehelement 201 getragen wird, berührt.
Ferner ist an der Proximalendseite der Abdeckung 207 eine andere Öffnung ausgebildet. Diese anderen Öffnungen werden verwendet, um ein Kabel 208 des ersten Positionserfassungselements 5 und einen Spülluft-Zufuhrschlauch 209, mit dem der Innendruck der Abdeckung 207 positiv gemacht wird, einzuführen.
Die Funktionsweise eines gleichen Elements wie in der ersten Ausführungsform ist grundsätzlich die gleiche wie in der ersten Ausführungsform. Das Prinzip, dass die Messsonde 6 das Oberflächenprofil des zu vermessenden Objekts 2 misst, ist das gleiche wie in der ersten Ausführungsform.
Da die Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils der dritten Ausführungsform ganz mit der Abdeckung 207 bedeckt ist, kann verhindert werden, dass zerstäubtes Arbeitsfluid und/oder Staub, wie Spanpulver des Werkstücks, während der Bearbeitung des zu vermessenden Objekts haften bleibt. Da der Innendruck der Abdeckung 207 durch den Spülluft-Zufuhrschlauch 209 positiv gemacht wird, kann verhindert werden, dass der Sprühnebel und/oder der Staub mit der Abdeckung 207 in Kontakt kommt.
Entsprechend der oben genannten dritten Ausführungsform kann, da die Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils entsprechend der ersten Ausführungsform an der Bearbeitungsmaschine montiert ist, das Oberflächenprofil des zu vermessenden Objekts 2 auf der Bearbeitungsmaschine gemessen werden. Selbst wenn das Verfahren zur Messung des Oberflächenprofils und das Verfahren zur Bearbeitung des zu vermessenden Objekts 2 abwechselnd ausgeführt werden, ist es möglich, das zu vermessende Objekt 2 zu vermessen und zu bewerten, ohne es abzunehmen und erneut zu befestigen. Ferner ist es möglich, einen Messfehler aufgrund des genannten Abnehmens/Neubefestigens und der Änderung der Messumgebung zu verhindern. Ferner ist es möglich, die Einstellungszeit aufgrund des genannten Abnehmens/Neubefestigens einzusparen.
Weitere Vorteile und Modifizierungen werden dem Fachmann ohne Weiteres ersichtlich sein. Daher ist die Erfindung in ihren breiteren Aspekten nicht auf die spezifischen Einzelheiten und typischen Ausführungsformen beschränkt, die hierin gezeigt und beschrieben sind. Demgemäß können verschiedene Modifizierungen durchgeführt werden, ohne vom Bereich des erfinderischen Gedankens abzuweichen, der in den beigefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert ist.

Claims

Vorrichtung zum Messen eines Oberflächenprofils eines zu vermessenden Objekts (2), welche folgendes aufweist: eine Messsonde (6), die so positioniert ist, dass sie die Oberfläche des zu vermessenden Objekts (2) berührt; ein Führungsmittel (4) zum Tragen und Führen der Messsonde (6) dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsmittel (4) so ausgebildet ist, dass es die Messsonde (6) in Richtung der Achse der Messsonde (6) trägt und führt; Kippwinkel-Anpassungsmittel (3, 23) zum Kippen des Führungsmittels (4) in einem vorgegebenen Kippwinkel in Bezug auf die horizontale Richtung, so dass die Messsonde (6) die Oberfläche des zu vermessenden Objekts (2) mit einer vorgegebenen Kontaktkraft berührt, bereitgestellt sind; und ein Antriebsmittel zum relativen Antreiben der Messsonde (6) und/oder des Objekts (2) bereitgestellt ist, um die Oberfläche des zu vermessenden Objekts (2) mit der Messsonde (6) abzutasten, wobei die Kontaktkraft von einer Neigungswinkelkomponente der Schwerkraft der Messsonde (6) abgeleitet wird, die erzeugt wird, wenn die Messsonde (6) gekippt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsmittel (4) die Messsonde (6) beweglich trägt und einen Führungsmechanismus aufweist, um die Messsonde (6) mit einer vorgegebenen Reibkraft zwischen dem Führungsmittel (4) und der Messsonde (6) zu führen, wobei die Reibkraft kleiner ist als die Kipprichtungskomponente der Schwerkraft der Messsonde (6).
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kippwinkel-Anpassungsmittel (3, 23) sowohl die Messsonde (6) als auch das zu vermessenden Objekt (2) in einem vorgegebenen Kippwinkel in Bezug auf die horizontale Richtung kippt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kippwinkel im Bereich von 0,0005 bis 5 ° liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktkraft im Bereich von 5 bis 300 mgf liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kippwinkel-Anpassungsmittel (3, 23) in der Lage ist, den Winkel beliebig einzustellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zu vermessende Objekt (2) eine vorgegebene Oberflächenrauheit Ry und Abtastlänge ϕ aufweist, und wenn von der Messsonde (6) eine vorgegebene Kontaktkraft Fe beim maximalen Kontaktwinkel αmax ausgeübt wird, weist die maximale Geschwindigkeit Vmax der Messsonde (6), die die Oberfläche des zu vermessenden Objekts (2) abtastet, eine Beziehung auf, die von der folgenden Gleichung ausgedrückt wird: Vmax ∝ (Fθ)·ϕ)/(Ry·αmax)
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–7, welche ferner ein Tragelement (1) zum Tragen des Objekts (2), so dass die Oberfläche des zu vermessenden Objekts (2) vertikal gehalten wird, einschließt.