DE69907432T2

DE69907432T2 - Messkopf für optisches Messgerät

Info

Publication number: DE69907432T2
Application number: DE1999607432
Authority: DE
Inventors: Evangelos Zoidis; Hidemi Tomita
Original assignee: Sony International Europe GmbH
Current assignee: Sony Deutschland GmbH
Priority date: 1999-06-24
Filing date: 1999-06-24
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2019-06-25
Also published as: EP1063501A1; EP1063501B1; JP2001059811A; DE69907432D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Meßkopf für ein optisches Meßsystem, insbesondere eine Spektrometervorrichtung, die bevorzugt zur Identifizierung unterschiedlicher Kunststoffmaterialien eingesetzt werden kann.
Die Kunststoffindustrie konnte in den vergangenen Jahrzehnten ein permanentes, globales Wachstum verzeichnen, und diese Tendenz wird in der Zukunft fortgesetzt werden, da Kunststoffprodukte für eine Vielzahl von Produkten, die in immer größerer Anzahl verkauft werden, verwendet werden. Insbesondere Gehäuse für Computer, Laptops, Bildschirme, Fernseher, Verpackungsmaterialien, Ausstattungsgegenstände und Vorrichtungen von Fahrzeugen, sowie externe Fahrzeugteile, Möbel, Gehäuse für elektronische Vorrichtungen etc. werden aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien oder sogar aus Kombinationen dieser hergestellt.
Mit der zunehmenden Herstellung von Kunststoff und Kunststoffprodukten ist die Entsorgung und das Recycling solcher Kunststoffprodukte zu einem Problem für die Umwelt geworden. Es ist daher gewünscht, einen Großteil der Kunststoffmaterialien zu recyclen bzw. wiederzuverwerten. Für ein effektives Recycling ist er erforderlich, daß diese Kunststoffmaterialien identifiziert und getrennt werden, weil unterschiedliche Materialien unterschiedliche und getrennte weitere Behandlungen erfordern. Zur Identifizierung von unterschiedlichen Kunststoffmaterialien können optische Meßvorrichtungen, insbesondere Spektrometervorrichtungen, eingesetzt werden. Für durchsichtige Kunststoffe, wie sie im Haushalt oder bei Verpackungen bekannt sind, kann insbesondere eine Spektrometermessung verwendet werden, die transmittiertes oder reflektiertes Licht analysiert. Die Identifizierung und Trennung von carbonhaltigen Kunststoffen (schwarze Kunststoffe), wie sie insbesondere zum Beispiel von elektronischen Produkten und entsprechenden Gehäusen bekannt sind, ist jedoch schwieriger. Üblicherweise wird die Identifizierung dieser Kunststoffe unter Verwendung einer Reflexionsspektroskopie im mittleren Infrarotbereich (MIR-Spektroskopie) durchgeführt, aber die reflektierten Signale der Probenoberfläche und die effektive Sammlung bzw. Kollektion des Lichts sind üblicherweise sehr schwach, was eine zuverlässige Messung schwierig und/oder zeitaufwendig macht und zu fehlerhaften Identifizierungsergebnissen führt.
Es ist äußerst wesentlich für eine zuverlässige Messung, daß die Proben unter eindeutigen und festgelegten Bedingungen getestet werden und daß ein höherer Anteil des reflektierten Lichts den Detektor erreicht, um eine zuverlässige Spektrometeranalyse zu ermöglichen.
Aus der EP 0 511 806 A2 ist eine spektrometrische Vorrichtung bekannt, die eine spezielle, lichtintegrierende Sphäre für Reflexionsspektroskopie umfaßt, die in einem Block diffus reflektierenden Polymermaterials ausgebildet ist, das im Innenbereich in eine sphärische Oberfläche ausgehöhlt ist. Die Sphäre ist mit einer Öffnung zum Durchtritt von Licht in den Block für eine Messung der diffusen Reflexion oder der Transmission versehen.
Aus der WO95/27892 ist eine Vorrichtung zum Identifizieren von Kunststoffen bekannt. Diese Vorrichtung umfaßt ein Spektrometer und eine Schnittstellenvorrichtung, die eine vordere Wand mit einer Probenöffnung umfaßt, an die die Probe angelegt werden kann, so daß die Oberfläche der Probe durch die Öffnung sichtbar ist. Die Schnittstellenvorrichtung kann in ein Schutzgehäuse gedrückt werden, wenn eine Probe gegen die vordere Wand gedrückt wird. Es sind Schalter mit einer mechanischen Unterstützung zur Verfügung gestellt, die die Meßschritte, wie zum Beispiel das Reinigen der Probe und das Aktivieren der spektrometrischen Messungen in Abhängigkeit von der Position der Schnittstellenvorrichtung relativ zu dem Schutzgehäuse initiieren.
Die Positionierung der Probe relativ zu der Schnittstellenvorrichtung und daher relativ zu dem Schutzgehäuse und der Spektrometervorrichtung ist jedoch weder unterstützt noch kontrolliert. Dies ist insbesondere problematisch, wenn die zu testende Probe keine ebene oder flache Oberfläche aufweist, sondern eine gekrümmte oder irgendeine nicht gleichmäßige Oberfläche.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Meßkopf zur Verfügung zu stellen, der eine präzise und gesteuerte Messung von Kunststoffproben und das Sammeln bzw. Empfangen eines hohen Anteils des reflektierten Meßlichtes sicherstellt, um eine zuverlässige spektrometrische Analyse zu ermöglichen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Messkopf gemäß Anspruch 1 gelöst, die Ansprüche 2 bis 21 zeigen bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Meßkopfes gemäß dem unabhängigen Anspruchs 1.
Der erfindungsgemäße Meßkopf umfaßt eine Fronteinheit, die bewegbar und/oder komprimierbar und ausziehbar zwischen einer Startposition und einer Meßposition ist. Die Fronteinheit ist so vorgespannt, daß sie sich in einer Startposition befindet, wenn kein Druck bzw. keine Kraft ausgeübt wird.
Die Fronteinheit umfaßt wenigstens drei Stützpunkte zum Positionieren einer Probe relativ zu der Fronteinheit. Die wenigstens drei Stützpunkte definieren eine Ebene, in der die zu testende Probe positioniert wird, wobei die Ebene sich in einer definierten Ebene relativ zu der Fronteinheit befindet. Nicht nur in dem Falle, wenn die Probe eine flache Oberfläche aufweist, sondern auch in den Fällen, in denen die Oberfläche der Probe gekrümmt oder irregulär ist, wird eine optimale Position der Probe relativ zu der Fronteinheit und, wenn sie sich in der Meßposition befindet, relativ zu der feststehenden Rückeinheit und damit zu der optischen Meßvorrichtung, nämlich parallel zu der Ebene, die durch die dreieckige Anordnung der drei Stützpunkte in dem bestmöglichen Ausmaß, sichergestellt. Dies gilt auch für eine konvex gekrümmte Oberfläche der Probe, wie es zum Beispiel bei Fahrzeugstoßstangen der Fall ist.
Mit solch einer Anordnung wird selbst bei den oben genannten gekrümmten irregulären Oberflächen der Proben ein Reflexionswinkel optimiert und zuverlässig gehalten, auch im dem Falle, daß eine Vielzahl von Messungen durchgeführt werden. Mit dem optimierten und eindeutig festgelegten Reflexionswinkel wird die primäre Reflexionsrichtung fixiert und variiert nicht, wodurch eine maximale Ausbeutung des reflektierten Lichts und eine hohe Effizienz der Messung sichergestellt wird.
Jede der wenigstens drei Stützpunkte ist ferner mit einem Sensor versehen, der anzeigt, ob die Probe in Kontakt mit dem entsprechenden Stützpunkt ist, weil ein Kontakt mit allen Stützpunkten erforderlich ist, um die gewünschte Positionierung der Probe sicherzustellen. Die kombinierte Anzeige der Sensoren zeigt daher eindeutig, wenn eine Messung durchgeführt werden kann. Die Messung kann auch automatisch durchgeführt und eingeleitet werden, wenn alle Sensoren einen Kontakt der Probe mit den Stützpunkten zeigen.
Eine genaue und zuverlässige Messung wird daher unabhängig von der Form der zu testenden Probe erreicht, weil die Probe automatisch und optimal in Abhängigkeit von ihrer Form positioniert wird.
Bevorzugt werden die Sensoren durch elektrische Kontakte realisiert, die durch eine Kraft oder einen Druck, der auf die Sensoren ausgeübt wird, aktiviert werden, wenn eine zu testende Probe gegen die Stützpunkte der Fronteinheit des Meßkopfes gedrückt und gepreßt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt jeder der elektrischen Kontakte wenigstens ein bewegliches leitendes Element. Die leitenden Elemente schließen einen elektrischen Schaltkreis, wenn eine Kraft oder ein Druck ausgeübt wird, wie es oben beschrieben worden ist. Es kann daher ein elektrisches Signal verwendet werden, um anzuzeigen, daß sich die Probe in einem Kontakt mit allen Stützpunkten und in der gewünschten Position befindet. Diese Information kann an einen Bediener gegeben werden, beispielsweise auf einem Bildschirm, und/oder zu einer Steuereinheit als notwendige Bedingung zum Auslösen oder Starten der optischen Messung gegeben werden. Die elektrischen Sensoren steuern daher die korrekte und gewünschte Positionierung der Probe zur Meßzeit und stellen diese sicher, wodurch der Bediener von seiner Aufgabe des manuellen Einstellens der Position entlastet wird.
Die Fronteinheit umfaßt bevorzugt genau drei Stützpunkte, wodurch eine dreieckige Konstruktion der Fronteinheit des Meßkopfes realisiert wird. Diese drei Stützpunkte definieren eine Ebene, und sie sichern ferner eine genaue und exakte Positionierung der Probe, wenn die Probe keine flache Oberfläche, sondern möglicherweise eine gekrümmte oder irreguläre Oberfläche, insbesondere eine konvex gekrümmte Oberfläche aufweist. Durch diese dreieckige Konstruktion wird, in Abhängigkeit von der Form, automatisch die beste Positionierung der Probe realisiert, wodurch ein immer konstanter Reflexionswinkel sichergestellt wird, was einer der wichtigsten Faktoren ist, um eine maximale Menge des Reflexionslichts zu erhalten und eine hoch effektive Messung sicherzustellen.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfassen die wenigstens drei Stützpunkte ein ringförmiges Element, das eine flache Oberfläche aufweist, wobei die Sensoren an einer äußeren Oberfläche des ringförmigen Elements angeordnet sind, so daß sie aktiviert werden, wenn eine Probe gegen die drei Stützpunkte gedrückt wird. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die meisten der Proben im wesentlichen in Form einer Ebene vorliegen, weil dann ein Kontakt über die gesamte Oberfläche des ringförmigen Elements erreicht wird.
Die wenigstens drei Stützpunkte können ferner eine Platte umfassen, wobei die Form der Platte variieren kann und wobei die Sensoren an einer äußeren Oberfläche der Platte angeordnet sind, so daß sie aktiviert werden, wenn eine Probe gegen die Stützpunkte gedrückt wird. Solch eine Konstruktion ist insbesondere vorteilhaft, wenn im wesentlichen größere Proben mit flachen Oberflächen getestet werden müssen.
Bei variierenden Oberflächenformen der Probe auf der anderen Seite ist die oben beschriebene dreieckige Konstruktion effektiver und zuverlässiger, weil eine Oberfläche mit einer gekrümmten oder irregulären Form nur sehr schwer an einer ebenen Oberfläche exakt positioniert werden kann, wodurch ein Variieren der Position während der Messung auftreten kann, weil die Probe während der Messung normalerweise von dem Bediener mit der Hand gehalten wird.
Die Fronteinheit ist beweglich oder komprimierbar und ausziehbar mit der Rückeinheit des Meßkopfes verbunden. Die Fronteinheit ist in einer Startposition vorgespannt, wobei diese Startposition eine Position ist, in der sich die Fronteinheit in der äußersten Position befindet, das heißt weitestgehend ausgezogen ist, wobei die Stützpunkte der Fronteinheit sich in einer Position befinden, die von der Rückeinheit so weit wie möglich entfernt ist.
Eine bewegliche Fronteinheit kann ferner eine Federvorrichtung oder eine Puffervorrichtung umfassen, die die Vorspannkraft erzeugt, so daß der bewegliche Kopf komprimiert oder nach vorne und/oder teilweise gegen die Kraft der Federvorrichtung oder der Puffervorrichtung in die Rückeinheit gedrückt werden kann.
Bei einer Ausführungsform umfaßt die Fronteinheit ferner zusammenfaltbare Balgelemente oder andere vergleichbare Elemente. Es ist zum Beispiel möglich, daß die Fronteinheit unterschiedliche Segmente umfaßt, die ineinander geschoben werden können, wenn die Fronteinheit in Richtung auf die Rückeinheit verschoben wird oder die Fronteinheit komprimiert wird.
Es ist daher möglich, die Fronteinheit von der Startposition in die Meßposition zu bewegen, insbesondere indem die Stützpunkte direkt oder indirekt mit der Probe entgegen der Vorspannkraft gedrückt bzw. geschoben werden. Dadurch kann ein gleichmäßiges Positionieren der Probe durch den Bediener erreicht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt der Meßkopf ferner Schleifmittel zum zumindest teilweisen Schleifen der Probe. Üblicherweise wird eine Oberfläche von 1 cm² bis 4 cm² geschliffen. Mit solchen Schleifmitteln ist es möglich, den Bereich der Probe, an dem sie gemessen wird, d. h. an dem das Licht von der Probe für eine spektrometrische Messung reflektiert wird, vorzubereiten oder zu positionieren. Solche Schleifmittel dienen dem Abflachen oder dem Reinigen des entsprechenden Bereichs der Probe, wodurch zuverlässige Messungen sichergestellt werden. Solch ein Schleifen ist wichtig, wenn die zu testende Probe verschmutzt oder kontaminiert ist oder insbesondere wenn die Oberfläche beschichtet ist. Solche ein Beschichtung kann eine Schutzschicht oder ein Lack sein, der aus optischen Gründen oder aus Gründen des Schutzes auf das Kunststoffmaterial aufgebracht worden ist.
Solche Beschichtungen, insbesondere Farbschichten, sind üblicherweise sehr dünn, so daß auch ein nur kurzer Schleifprozeß ausreichend sein wird, um eine ungestörte Messung des Kunststoffmaterials sicherzustellen.
Bevorzugt sind die Schleifmittel austauschbar, um verschlissene Schleifmittel nach einer bestimmten Anzahl von Betätigungen auszutauschen, weil ein Verschleiß die Messung beeinflussen könnte. Es ist ferner möglich, zwischen den vorderen Schleifmitteln zu wählen, insbesondere zwischen unterschiedlichen Ausführungen von Schleifmitteln, um den Meßkopf auf die entsprechenden Proben oder Gruppen von Proben, die getestet werden müssen, anzupassen.
Bei einer Ausführungsform werden die Schleifmittel mechanisch betätigt. Solche Schleifmittel werden bevorzugt durch die Translationsbewegung der beweglichen Fronteinheit von der Startposition in die Meßposition aktiviert. Die Translationsbewegung wird bevorzugt in eine Drehbewegung der Schleifmittel umgewandelt. Dadurch ist es nicht erforderlich, eine zusätzliche Energiequelle und Steuermittel und/oder Sensoren vorzusehen. Die Konstruktion des Meßkopfes wird dadurch weniger komplex, was die Herstellungskosten senkt und auch die Gründe für eine mögliche Fehlfunktion vermindert. Darüber hinaus ist kein Motor erforderlich, der möglicherweise die sehr sensitiven Messungen stören könnte.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung umfassen die Schleifmittel eine Vielzahl von Elementen, wobei diese Elemente radial rückziehbar ausgebildet sind, um einen Öffnung innerhalb der Schleifmittel zu öffnen. Die Schleifmittel sind daher in ihrer Struktur vergleichbar mit einer fotografischen Blende, wobei eine Seite der Schleifmittel in Form der Blende mit einem abtragenden Material beschichtet ist. Mit solch einer Konstruktion kann der gewünschte Bereich der Probe bearbeitet werden, wobei nach der Bearbeitung das Element des Schleifmittels radial zurückgezogen wird, wodurch eine Öffnung geöffnet wird, so daß eine Messung durch diese Öffnung ermöglicht wird. Eine komplexe seitwärtige Bewegung der Schleifmittel und eine entsprechende mechanische Struktur, die die Messungen ermöglicht, kann daher vermieden werden, aber es ist natürlich auch eine Möglichkeit für einen Anordnung der Schleifmittel.
Bevorzugt umfaßt der Meßkopf ferner Reinigungsmittel zum Reinigen des Meßkopfes und/oder der Probe. Insbesondere das Erzeugen eines Luftstroms oder eines anderen Gasstroms, der bevorzugt durch wenigstes eine Vakuum- und/oder Druck-Vorrichtung erzeugt wird, die mit dem Meßkopf verbunden wird, ist sehr sinnvoll, um sowohl die Vorrichtung als auch den Meßkopf selbst und die Oberfläche der Probe zu reinigen, um eine gute Reflexion und zuverlässige Messungen zu erzeugen und um eine Diffusion des Lichts weitestgehend zu vermeiden.
Bevorzugt ist der Gasstrom wenigstens teilweise bogenförmig, bevorzugt um eine Achse, die normal zu der Oberfläche der Probe verläuft. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn Schleifmittel zur Verfügung gestellt sind, die auch um eine Achse rotieren, die normal zu der Oberfläche der zu testenden Probe verläuft, wie es bei dem oben beschriebenen Mittel in Form einer fotografischen Blende der Fall ist. Die Schleifpartikel werden durch Zentrifugalkräfte nach außen gedrückt und dann vollständig durch den Gasstrom entfernt, der insbesondere in den radial auswärts liegenden Bereichen stark ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt der Meßkopf einen Roboterarm zum automatischen oder halbautomatischen Greifen einer Probe und zum Positionieren dieser für eine Messung. Der Roboterarm kann auf der Basis von Sensoren gesteuert werden, die einen Kontakt der Probe mit den Stützpunkten anzeigen, oder eine Meßposition der Fronteinheit des Meßkopfes anzeigen. Die Probe wird dabei auf einfache Weise in Position gebracht, wobei die oben genannten Vorteile genutzt und der Bediener weiter von seinen Aufgaben entlastet wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt die feste Rückeinheit eine Kollektor- oder Sammelvorrichtung zum Sammeln nicht nur der primär reflektierten Strahlen, sondern auch des diffusen oder gestreuten Lichts, das von der Probenoberfläche reflektiert wird. Eine hohe effektive Ausbeute des Reflexionslichts und eine hohe Intensität wird dadurch erreicht, was im wesentlichen eine zuverlässige Messung und eine zuverlässige Analyse unterstützt.
Eine Sammelvorrichtung ist zum Beispiel bevorzugt kegelförmig ausgebildet oder ein sphärisches System, das mehrfache Reflexionen ermöglicht, um abschließend eine möglichst hohe Intensität an einer Sammelvorrichtung zu sammeln.
Die Sammelvorrichtung umfaßt bevorzugt reflektierende Oberflächen mit einem hohen Reflexionskoeffizienten, bevorzugt sind diese mit einem reflektierenden Material, insbesondere mit Gold, Silber, Kupfer oder ähnlichen Materialien beschichtet.
Die oben beschriebene Sammelvorrichtung stellt sicher, daß nicht nur direkt reflektiertes Licht, sondern auch diffuses und gestreutes Licht effektiv gesammelt wird, weil die Messungen mit einer höheren Lichtintensität zuverlässiger werden. Solch eine effektive Sammlung reflektierten Lichts ist insbesondere im Zusammenhang mit carbonhaltigem (schwarzem) Kunststoff von Bedeutung, weil das Reflexionssignal in diesen Fällen sehr schwach ist. Darüber hinaus wird das Signal/Rausch-Verhältnis weniger sensitiv auf die Probenform, die Rauheit oder die Positionseinstellung, weil diffus reflektiertes Licht effizienter gesammelt wird.
Zusammenfassend stellt der erfindungsgemäße Meßkopf eine hoch effektive Messung sicher, indem eine äußerst genaue Position der zu testenden Probe und dadurch ein hoch präziser Reflexionswinkel sichergestellt wird, um das reflektierte Licht exakt auf den Detektor zu richten, und stellt ferner ein effektives Sammeln und Ausrichten des diffusen oder gestreuten Lichts auf den Detektor sicher. Dadurch können sehr zuverlässige Ergebnisse und hohe Identifikationsraten durch den erfindungsgemäßen Meßkopf sichergestellt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, deutlich, wobei
1 schematisch und vereinfacht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Meßkopfes zeigt,
2 schematisch und vereinfacht einen Teilbereich der Fronteinheit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zeigt, und
3 schematisch und vereinfacht einen Teilbereich einer Fronteinheit einer vorteilhaften Ausführungsform zeigt.
1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Meßkopfes 1, der eine Fronteinheit 10 und eine Rückeinheit 20 umfaßt. Die Fronteinheit ist zusammenklappbar oder zusammenfaltbar, wobei sie in diesem Falle drei Segmente 7, 8, 9 umfaßt, die miteinander ein Eingriff stehen und die ineinander und in die Rückeinheit 20 geschoben werden können.
Das am weitesten außen liegende Segment 9 ist mit drei Stützpunkten 13, 14, 15 versehen, gegen die eine Probe 30 positioniert wird. Jeder Stützpunkt 13, 14, 15 ist mit einem Sensor versehen, der ein leitendes Element umfaßt, das leicht in zugehörige Lagerungen gedrückt werden kann, wodurch ein elektrischer Schaltkreis geschlossen wird und ein Signal zur Verfügung gestellt wird, das anzeigt, daß eine Probe in Kontakt mit dem entsprechenden Stützpunkt ist. Ein kombiniertes Signal aller Sensoren der drei Stützpunkte zeigt an, daß die Probe sich in der gewünschten Position relativ zu der Fronteinheit befindet.
Die Fronteinheit 10 umfaßt ferner Sensoren 12 zum Anzeigen, wann sich die Fronteinheit in der Meßposition befindet, d. h. wann die einzelnen Segmente 7, 8, 9 ineinander und in die Rückeinheit 20 gedrückt worden sind. Eine Kombination aller Signale zeigt daher eine korrekte Position der Probe relativ zu dem Spektrometer oder relativ zu einem anderen optischen Meßsystem an.
Ferner ist ein Sauganschluß 35 vorgesehen, an den eine Vakuumvorrichtung (nicht gezeigt) zum Reinigen der Fronteinheit insbesondere von Partikeln oder Abrieb, der von dem Schleifprozeß herrührt, angeschlossen ist. Im Falle der Kontatkmeßposition unterstützt die Vakuumvorrichtung ferner auch die Probenpositionierung.
Die Fronteinheit 10 ist von der Rückeinheit 20 über ein Fenster 11 getrennt, das für die Meßstrahlung transparent ist. Partikel und Schmutz, insbesondere der oben erwähnte Abrieb, wer den daher daran gehindert, in die Rückeinheit einzudringen und das empfindliche Spektrometer oder die optische Vorrichtung zu kontaminieren.
Die Rückeinheit 20 umfaßt ein sphärisches, optisches Sammelsystem 50 und einen Detektor 60. Das optische Sammelsystem ist mit Gold beschichtet, wodurch eine mehrfache Reflexion diffuser und gestreuter Strahlung sichergestellt wird. Dadurch wird eine höhere Effektivität beim Sammeln und Detektieren nicht nur des direkt reflektierten Lichts, sondern auch des gestreuten Lichts sichergestellt. Auch hier ist das sphärische optische Sammelsystem 50 von dem Detektor 60 mit einem transparenten Fenster 21 getrennt.
Bei dieser Ausführungsform sind die Stützpunkte 13, 14 und 15 auf einem Kreis mit einem Radius von 6 cm positioniert. Die Fenster 11, 21 weisen ebenfalls eine kreisförmige Form auf, wobei sie einen Durchmesser von ungefähr 2,5 cm haben. Es ist natürlich möglich, unterschiedliche Größen der gezeigten Vorrichtung vorzusehen, abhängig von der Größe der zu messenden Proben und anderer Umgebungsbedingungen.
Die Sensoren, die in den Stützpunkten 13, 14, 15 positioniert sind, und die Sensoren 12 sind mit Steuereinheiten verbunden. Sobald alle Sensoren die korrekte Position der zu testenden Probe, d. h. innerhalb der Schnittstellenlinie 40, anzeigen, wird das Meßverfahren ausgelöst. Dabei wird die Positionierung automatisch sichergestellt und gesteuert, und das Meßverfahren, d. h. die Bestrahlung der Probenoberfläche, wird automatisch durchgeführt. Auch ungelernte und untrainierte Personen können den erfindungsgemäßen Meßkopf leicht bedienen und zuverlässige Ergebnisse erzielen.
In 2 ist ein Teil der Fronteinheit einer weiteren Ausführungsform in größerem Detail gezeigt. Hier sind wieder die Stützpunkte 13, 14, 15, die an dem Segment 9 der Fronteinheit 10 angebracht sind, in einer dreieckigen Positionierung dargestellt. Darüber hinaus und im Gegensatz zu der Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, in der nur diese drei Stützpunkte 13, 14, 15 zum Kontaktieren der Probe vorgesehen sind, wodurch eine ausschließlich dreieckige Vorrichtung realisiert wird, sind die Stützpunkte 13, 14, 15 dieser Vorrichtung mit einem verbindenden Ring versehen, der eine ebene Oberfläche aufweist. Dieser Ring 17 stellt eine Kontaktoberfläche für eine zu überprüfende Probe 30 (in der Figur nicht gezeigt) zur Verfügung. Der äußere Radius des Rings 17 beträgt bei dieser Ausführungsform 7 cm, wie oben erwähnt kann er natürlich auch andere, insbesondere kleinere Abmessungen aufweisen.
Die Sensoren der Stützpunkte 13, 14 ,15 sind an der äußeren Oberfläche des Rings 17 positioniert, so daß sie durch die Probe 30 kontaktiert werden.
3 zeigt ein Segment 9 einer Fronteinheit 10 einer noch weiteren Ausführungsform. Hier ist eine Platte 18 anstelle eines Rings 17 zur Verfügung gestellt, in Verbindung mit den drei Stützpunkten 13, 14, 15. Die Stützpunkte 13, 14, 15 sind erneut in einer dreieckigen Positionierung mit einem Abstand von 8 cm zueinander angeordnet. Die rechteckige Platte 18 hat Seitenlängen von 20 cm. Selbstverständlich können auch eine Platte mit einer kreisförmigen Form oder jeglicher anderen Form und Größe sowie unterschiedliche Abstände der Stützpunkte vorgesehen werden. Erneut sind die Sensoren der Stützpunkte 13, 14, 15 an der äußeren Oberfläche der Platte, die mit der Probe 30 kontaktiert wird, positioniert.
Die Ausführungsformen, die in den 2 und 3 gezeigt sind, sind insbesondere dann bevorzugt, wenn Proben oder Gruppen von Proben mit im wesentlichen flachen Oberflächen getestet werden müssen, wobei Proben mit gekrümmten und ungleichmäßigen Oberflächen bevorzugt mit einer Ausführungsform überprüft werden, wie sie in 1 gezeigt werden.
Die Merkmale der vorliegenden Erfindung, die in der Beschreibung, in den Ansprüchen und/oder den beigefügten Zeichnungen offenbart sind, können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination wesentlich für die Realisierung der Erfindung in ihren verschiedenen Formen sein.

Claims

Meßkopf für ein optisches Meßsystem, insbesondere eine Spektrometervorrichtung, der umfaßt: – eine Fronteinheit (10), die bewegbar und/oder komprimierbar und ausziehbar zwischen einer Startposition und einer Meßposition ausgelegt ist, wobei die Fronteinheit (10) so vorgespannt ist, daß sie sich in der Startposition befindet; – eine feststehende Rückeinheit (20); – ein Sensor (12) zur Anzeige, ob sich die Fronteinheit (10) in ihrer Meßposition befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Fronteinheit (10) ferner wenigstens drei Stützpunkte (13, 14, 15) zur Positionierung einer Probe (30) relativ zu der Fronteinheit (10) umfaßt, wobei die wenigstens drei Stützpunkte (13, 14, 15) jeweils mit einem Sensor versehen sind, der anzeigt, ob sich die Probe (30) in Kontakt mit den entsprechenden Stützpunkten (13, 14, 15) befindet.
Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Sensoren der wenigstens drei Stützpunkte (13, 14, 15) wenigstens einen elektrischen Kontakt umfaßt und mittels einer ausgeübten Kraft oder eines Drucks aktiviert wird.
Meßkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Sensoren der wenigstens drei Stützpunkte (13, 14, 15) wenigstens ein bewegliches leitendes Element umfaßt, das einen elektrischen Schaltkreis schließt, wenn eine Kraft oder ein Druck ausgeübt wird.
Meßkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren der wenigstens drei Stützpunkte (13, 14, 15) als Schalter ausgebildet sind, die ein Signal zum Auslösen des Meßbetriebes erzeugen, wenn sie aktiviert werden.
Meßkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fronteinheit (10) genau drei Stützpunkte (13, 14, 15) umfaßt.
Meßkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens drei Stützpunkte (13, 14, 15) ferner ein ringähnliches Element (17) umfassen, das eine flache Oberfläche aufweist, wobei die Sensoren der wenigstens drei Stützpunkte auf einer äußeren Oberfläche des ringförmigen Elements (17) angeordnet sind.
Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens drei Stützpunkte (13, 14, 15) ferner eine Platte (18) umfassen, die eine flache Oberfläche aufweist, wobei die Sensoren der wenigstens drei Stützpunkte auf einer äußeren Oberfläche der Platte (18) angeordnet sind.
Meßkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fronteinheit (10) ferner ein Federmittel oder ein Puffermittel umfaßt.
Meßkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fronteinheit (10) ferner zusammenfaltbare Balgelemente umfaßt.
Meßkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fronteinheit 10 ferner ein Schleifmittel zum Schleifen der Probe (30) umfaßt.
Meßkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Schleifmittel austauschbar ausgebildet ist.
Meßkopf nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifmittel mechanisch betrieben wird, bevorzugt durch Bewegen der Fronteinheit (10) in Richtung auf die Meßposition.
Meßkopf nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifmittel eine Vielzahl von Elementen umfaßt, wobei einzelne Elemente radial zurückziehbar ausgebildet sind, so daß diese eine Öffnung innerhalb des Schleifmittels freigeben.
Meßkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser ferner ein Reinigungsmittel zum Reinigen des Meßkopfes (1) und/oder der Probe (30) umfaßt.
Meßkopf nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungsmittel wenigstens eine Vakuumvorrichtung und/oder eine Überdruckvorrichtung umfaßt.
Meßkopf nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Vakuumvorrichtung und/oder Überdruckvorrichtung einen Luftstrom oder einen Gasstrom erzeugt, der wenigstens teilweise bogenförmig ausgebildet ist.
Meßkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser ferner einen Roboterarm für ein automatisches oder semi-automatisches Ergreifen und für ein Positionieren einer Probe (30) für die Messung umfaßt.
Meßkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rückeinheit (20) eine Sammelvorrichtung (50) umfaßt.
Meßkopf nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelvorrichtung (50) ein kegelförmiges oder ein sphärisches System ist.
Meßkopf nach Anspruch 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelvorrichtung (50) reflektierende Oberflächen (51) mit einem hohen Reflexionskoeffizienten aufweist.
Meßkopf nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Oberflächen (51) mit einem reflektierenden Material, bevorzugt mit Gold, Silber oder Kupfer, beschichtet sind.