KR20190094388A - 시험체 표면 내로의 침투체의 침투 이동 중에 측정 신호를 결정하는 측정 시스템, 측정기구 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시험체 (14)의 표면 내로의 침투체 (41)의 침투 이동 중에 측정 신호를 검출하는 측정 장치, 측정기구 및 방법에 관한 것으로, 특히 시험체 (14)의 표면에 대한 경도 측정이나 내스크래치성을 측정, 또는 시험체 (14)의 표면상의 침투체 (41)의 스캐닝 이동 중에 측정 신호를 검출하기 위한 것으로서, 특히, 상기 경도 측정을 위해서, 침투체 (41)의 변위축 (48)을 따라 침투체 (41)의 변위 이동을 발생시키기 위해 침투체 (41)에 작동 가능하게 연결되고, 시험체 (14)의 피검사면 내로의 침투체 (41)의 침투 이동을 작동시키거나, 또는 스캐닝을 위해 시험체 (14)의 표면 상에 침투체 (41)를 위치시키는 힘 발생 장치(44)를 제공하는 하우징(47)을 포함하고, 또한, 시험체 (14)의 표면에서의 침투 깊이 또는 시험체 (14)의 표면에서의 스캐닝 이동 중에 변위축 (48)을 따라 시험체 (14)의 변위 이동을 측정하기 위한 제1 측정장치 (78)를 더 포함하며, 여기서, 힘 발생 장치 (44)는 자기력에 의해 침투체 (41)의 변위 이동을 작동시킨다.
Description
본 발명은 인덴터(indenter)가 시편의 표면 내로 침투 이동 동안 측정 신호들을 검출하고 또한 시편의 표면 내스크래치성을 결정하며 시편의 표면 조도(roughness)를 결정하기 위한 측정 장치, 측정기구 및 방법에 관한 것이다.
DE 699 17 780 T2로부터, 시편의 표면의 내스크래치성을 측정하는 방법뿐만 아니라 측정 수단이 공지되어 있으며, 초기 위치에서 측정 위치로 측정 장치를 이동시키기 위한 핸들링 수단뿐만아니라 시편을 수용하기 위한 측정 테이블을 포함한다. 또한, 시험될 표면 상에 시편을 놓은 후에, 측정 장치가 인덴터의 침투 이동뿐만 아니라 축을 따라 측정 테이블의 변위 운동을 작동시켜서, 측정 테이블의 변위 이동 중에 인덴터가 시편의 표면을 침투하도록 제어가 이루어진다.
시편의 표면 상에 배치된 후에 인덴터의 침투 이동의 작동을 위해, 측정 장치는 제1유지판에 작용하는 압전 액추에이터를 포함하며, 이 판은 2 개의 판스프링 쌍들에 의해 상하로 움직일 수 있다. 상기 유지판은 또 다른 판을 수용하고, 상기 판은 두 개의 판 스프링 쌍에 의해 상향 및 하향으로 이동 가능하게 장착되며, 상기 판은 그안에 배치된 인덴터를 갖는다. 인덴터를 수용하는 지지판과 상기 판 사이에 측정 장치가 제공되며, 상기 측정 장치는 침투 경로를 측정한다. 또한, 측정 장치가 그 옆에 배치되어 수직력을 결정한다.
이 측정 장치는, 압전 액츄에이터와 침투 팁 사이에, 무겁고 정교한 구조의 구조가 인덴터를 수용하는 판뿐만 아니라 유지판에 의해 제공되고, 장착을 위해 각각의 케이스가 선택된 판 스프링 쌍에 의해 제공되는, 단점이 있다. 따라서 큰 구조 공간이 요구될뿐만 아니라 침투 이동을 작동시키기위한 힘을 제공하기 위해 압전 구동 장치가 그에 상응하여 크게 설계되어야 한다. 또한, 이 측정 장치는 정교한 건설적인 구조로 인해 속도가 느리다. 더욱이, 고정밀 액츄에이터에 의한 인덴터의 작동으로 인해 측정 장치가 비싸다.
본 발명의 근간을 이루는 목적은, 인덴터가 시편의 표면 내로 침투 이동하는 동안 측정 신호를 검출하기 위한 측정 장치를 생성하는 것이며, 특히, 표면의 내스크래치성을 측정하거나 또는 시편의 표면상의 인덴터의 스캐닝 이동 중에 측정 신호를 검출하기 위한 것으로서, 특히, 인덴터의 침투 이동 중에 측정 신호를 결정하는 측정 장치 및 방법을 제공하는 것뿐만 아니라, 시편의 표면 조도를 결정하고, 특히, 시편 표면의 내스크래치성 (scratch resistance)을 결정하고, 또는 인덴터의 스캐닝 이동 중에 이루어져 증가된 측정 정밀도 및 감소된 비용이 가능하도록 하기 위한 것이다.
본 발명의 근간을 이루는 목적은, 인덴터 및 상기 인덴터가 작동 가능하게 결합되는 힘 발생 수단을 구비한 측정 장치에 의해 달성되며, 인덴터는 시편의 측정 표면 내로 침투하거나 시편의 측정 표면을 스캔한다. 침투 깊이 및 표면 조도를 측정하기 위한 적어도 하나의 측정 수단이 제공된다. 인덴터의 침투 이동 또는 인덴터의 스캐닝 이동은 자기력을 사용하는 힘 발생 수단에 의해 구동될 수 있다. 인덴터의 침투 이동 또는 스캐닝 이동이 자기력에 의해 구동되는 구동 수단 및 자기 전달 수단을 포함하는 이러한 힘 발생 수단의 사용은, 구동 수단과 인덴터가 물리적으로 분리된다는 장점을 가진다. 이렇게하면 구동장치에서 인덴터로 마찰없이 힘을 전달할 수 있다. 또한, 자기력의 변화는 인덴터가 시편의 표면으로 침투 이동, 또는 인덴터의 스캐닝 동작을 위한 접촉력으로 직접 변환된다. 따라서 자기력의 증가는 인덴터에 대한 힘의 직접적인 증가를 의미하며 그 반대도 마찬가지이다. 자기력을 갖는 힘 발생 수단의 구성을 통해, 인덴터의 침투 이동의 히스테리시스가 없는 구동이 허용된다. 또한, 온도 영향은 힘 발생 수단에 의해 배제될 수 있다. 또한, 자기력이 압축될 수 없기 때문에, 더 불리한 영향도 배제된다. 히스테리시스(hysteresis) 없이 작동 가능한 힘 전달을 통해, 인덴터의 스캐닝 이동을 위한 침투력 또는 접촉력의 정확한 설정 및/또는 높은 반복성을 설정할 수 있다. 또한, 질량면에서 감소된 힘 발생 수단의 배치가 달성될 수 있다. 또한, 이러한 힘 발생 수단은 일단 설정된 자기력이 일정하게 유지될 수 있다는 이점을 갖는다.
상기 측정 장치의 상기 자기 전달 수단은, 서로 간격을 두고 대향하도록 배치된 제 1 자극 및 제 2 자극을 포함하며, 이 자극들은 동일한 자극으로 다른 하나에 대해 배향된다. 바람직하게는 영구 자석들이 제공된다. 상기 제 1 자극 및 제 2 자극은 하나 또는 다수의 영구 자석들로 구성될 수 있으며, 함께 배향되거나 서로 이격되어 있을 수 있다. 예를 들어, 서로 이격되어 있는 두개의 자석들 또는, 예를 들어 원 상에 배치된 3개의 자석들이, 제 1 자극 및/또는 제 2 자극을 형성할 수 있다. 이러한 방식으로, 제 1 및 제 2 자극 사이에 반발력이 생성될 수 있다. 자극의 각각의 자기장이 압착될 수 없기 때문에, 증가가 인덴터의 변위 운동에 대해 제공되는 거리 감소의 증가에 따라 한정된 힘의 증가가 생성될 수 있고 획득될 수 있다.
바람직하게는 제 2 자극이 그 반대쪽 단부에서 인덴터를 수용하는 전달 요소 상에 제공되고, 상기 전달 요소는 하우징 내부에서 주행 축을 따라 변위 가능하게 안내된다. 주행 축은 바람직하게는 하우징의 베이스 플레이트에 수직으로 배향되거나, 주행 축은 바람직하게는 인덴터의 인덴팅 (indenting, 압입) 이동 축에 위치된다. 여기서, 구동 요소에 길이 방향으로 작용하는 자기력은 전달 요소의 종축을 따른 변위 운동으로 변환될 수 있다. 이것은 배치(arrangement)와 힘 전달(force transmission)이 어떠한 손실도 없는 것을 허용한다.
자력 전달 수단의 제 1 자극은 바람직하게는 구동 수단과 연결되고, 이를 통해 제 1 자극의 주행 축을 따른 변위 이동이 구동된다. 이 주행 축은 인덴터의 인덴팅 이동의 축 또는 그에 평행하게 위치할 수 있다. 제 1 자극의 직접적으로 제 2 자극을 향한 변위 이동이 구동되고, 특히 주행 축의 일치로, 특히 제 1 자극으로부터의 자력의 힘의 특히 적절한 비-기울임(non-tilt) 전달을 제 2 자극에 가한다. 대안적으로, 제 1 자극의 주행 축은 인덴터의 인덴팅 운동의 축에 수직으로 배향될 수 있다. 인덴터의 주행 축은 일반적으로 측정 대상의 표면에 수직으로 배향되므로 바람직하게는 수직으로 위치한다. 다른 실시 예에서, 제 1 자극의 주행 축은 수평으로 놓이는 경우도 있다. 이러한 배열은 저-프로파일(low-profile) 측정 장치가 생성될 수 있다는 이점을 갖는다.
상기 제 1 자극의 상기 제 2 자극쪽으로의 변위 운동에 의해, 인덴터의 시편 방향으로의 변위 운동과 시편으로의 침투력 또는 시편의 표면을 스캔하기 위한 접촉력을 조절할 수 있다. 제 1 자극의 이송 운동에 의해서만 제 2 자극을 통한 인덴터의 구동이 가능하게 되는 간단한 관계가 부여된다.
바람직하게는, 상기 전달 요소는 핀 타입 또는 관형(tubular)으로 설계된다. 따라서, 경량의 실시 예뿐만 아니라 전달 요소의 강성 구성이 획득될 수 있다.
바람직하게는, 상기 전달 요소는 가이드에 의해 변위 가능하게 수용되고, 상기 가이드는 하우징 내의 고정 장치에 고정된다. 이 가이드는 바람직하게는 서로로부터 이격된 적어도 두 개의 탄성 요소, 특히 서로 평행하게 이격된 두 개의 판 스프링 요소, 또는 서로 평행하게 이격된 두 개의 압력 격막 요소를 포함하며, 구동 장치의 주행 축에서 변위 가능한 가능한 방식으로 안내되거나 또는 주행 축을 따라 편향된다. 판 스프링 요소 또는 압력 격막 요소는 한편으로는 전달 요소와 맞물려 있고, 그 반대쪽 단부는 하우징의 고정 장치에 유지된다.
상기 가이드는 비자성체(non-magnetizable materials)로 제작된다.
제 1 실시 예에 따르면, 고정 장치의 판 스프링 요소 또는 압력 격막 요소가 단단히 고정된 방식으로 유지되도록 제공될 수 있다. 이는 판 스프링 요소들 또는 압력 격막 요소들이 그들을 교환함으로써 간단한 방식으로 측정 장치의 각각의 작업 및/또는 크기에 적용할 수 있게 한다. 또한 모듈식 구성이 가능하다.
대안적으로, 고정 장치와 판 스프링 장치가 일체로 형성되고, 바람직하게는 판 스프링 요소는 부식 또는 초 미세 가공(erosion or ultrafine processing)에 의해 제조될 수 있다. 이러한 배열은 판 스프링 요소의 변위 이동이 판 스프링 요소 사이에서 연장되는 고정 장치의 중간 몸체에 의해 제한되는 콤팩트한 설계를 가능하게 한다.
판 스프링 요소는 바람직하게는 고정 장치에 할당된 클램핑 부분(영역) (clamping region) 및 그 반대편에, 전달 핀에 작용하는 수용(연결) 영역(부분) (receiving region)뿐만 아니라 그 사이에 배치된 스페이서 영역(부분) (spacer region)을 포함하며, 상기 클램핑 영역 및 상기 스페이서 부분뿐만 아니라 상기 수용 영역 및 상기 스페이서 부분은 각각 플렉셔 베어링에 의해 서로 연결된다. 이러한 구성은 클램핑 영역 및 수용 영역이 판 스프링 요소의 편향 시 실질적으로 평행한 배향을 유지할 수 있다는 이점을 갖는다. 바람직하게는, 플렉셔 베어링은 하나의 공간 방향으로 탄성이고 다른 두 공간 방향에서 강성인 힌지(hinges)로서 구성된다. 이는 클램핑 영역, 수용 영역 및 스페이서 부분에 대하여 두께를 감소시킬 수 있다. 플렉셔 베어링의 두께로 인해, 인가되는 힘은 판 스프링 요소를 편향시킬 수 있다.
판 스프링 요소에서의 플렉셔 베어링의 유리한 구성은, 판 스프링 요소의 전체 폭에 걸쳐 연장될 수 있고 바람직하게는 적어도 하나의 슬롯형 리세스를 포함하는 것을 제공한다. 이러한 슬롯형 리세스에 의해, 편향 운동을 위한 힘은 간단한 방식으로 적용될 수 있고 감소될 수 있다.
상기 측정 장치의 하우징은 바람직하게는 인덴터의 변위 운동이 이루어지는 그 종축을 따라 리세스 (recess)를 갖는 베이스 플레이트 (baseplate)를 포함하고, 상기 인덴터는 개구를 통해 안내될 수 있고 상기 베이스 플레이트에 대해 외측으로 돌출된 위치에 위치될 수 있다. 이러한 방식으로, 인덴터의 변위 운동을 구동하기 위한 구동 장치의 구동축뿐만 아니라 인덴터를 수용하는 전달 요소의 종축은 공통 축 상에 위치될 수 있다. 이것은 인덴터의 변위 이동을 즉각적이고 직접적으로 구동할 수 있게 한다.
바람직하게는, 가이드는 전달 요소 및 그 위에 배치된 인덴터를 초기 위치에 유지하고, 인덴터는 시편을 향한 하우징의 하부 측에 대해 내측 뒤로 후퇴하도록 배치되는 것이 바람직하다. 이것은 인덴터의 손상으로부터 보호하는 이점이 있습니다. 바람직하게는, 이 초기 위치에서, 전달 요소는 수용 요소와 그 반대편 인덴터에 제공된 자극과 균형을 유지한다. 인덴터는 바람직하게는 하우징의 베이스 플레이트에 있는 개구 내부에 위치한다. 또한, 부착 링이 상기 개구 내에 위치될 수 있으며, 상기 링은 관통 구멍을 포함한다. 상기 부착 링은 하우징의 하부 측에 대해 돌출될 수 있지만, 인덴터는 바람직하게는 초기 위치에서 부착 링의 부착면에 대해서 내측 뒤로 후퇴되어 설치된다.
바람직하게는 제 1 측정 수단, 특히 거리 센서가 하우징의 베이스 플레이트에 있는 리세스에 인접하여 제공되고, 이 장치는 인덴터의 내부 단부에 할당된 측정 프로브를 포함한다. 인덴터의 변위 운동 또는 침투 운동 중, 실제 변위 운동이 검출될 수 있고, 시편의 경도 또는 스크래치의 평가를 통해 또는 표면 조도를 결정하기 위해 검출될 수 있고, 제어 장치로 전송될 수 있다.
힘 발생 수단의 구동 수단은 유리하게는 베이스 플레이트에 대향하여 제공된 하우징의 커버 요소 상에 제공되고, 상기 요소는 바람직하게는 인덴터의 변위 운동의 주행 축에 위치되는 적어도 하나의 길이 조절 가능 구동 요소를 포함한다. 이것은 결국 변위 운동을 발생시키는 힘을 인덴터의 주행 축에서 찾아내어 손실을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
상기 구동 요소는 상기 전달 핀 쪽으로 향한 단부에서 상기 제1 자극을 수용한다. 이것은, 상기 커버 요소에 할당된 상기 구동 요소의 한정된 변위 운동에 의해, 대향하는 제 2 자극까지의 목표 거리의 변화가 설정될 수 있다는 장점이 있고, 즉 거리의 감소를 증가시키는 것은 자력을 증가시킬 수 있다.
상기 구동 요소는, 예를 들어 구동 스핀들로서 구성되며, 바람직하게는 가이드에 의해 비틀림 방지 방식으로 안내되며, 상기 가이드는 특히 상기 커버 요소 상에 제공된다. 구동 요소는 선택적으로 텔레스코픽(telescopic) 스핀들로 구성될 수 있다. 구동 요소의 변위 운동은 회전 구동 장치 및 구동 모터에 의해 구동된다. 바람직하게는, 구동 요소의 한정된 이송 운동을 획득하고 바람직하게는 주행 경로를 정확하게 확립할 수 있도록 이송 동작을 디코딩하기 위해, 모터가 회전 구동 장치를 구동시키는 전기 구동 모터가 제공된다.
전기 구동장치를 대신해, 공압식(pneumatic), 유압식(hydraulic) 또는 전자기식(electromagnetic) 구동장치가 제공될 수도 있다.
바람직하게는, 회전 구동 장치는 톱니형 벨트 구동 장치로서 구성되고, 가이드에 의해 꼬임 방지된(twist-proof) 상기 구동 요소를 구동한다. 이에 의해 간단한 구조의 구성이 제공된다. 구동 스핀들의 나사 피치 또는 텔레스코픽 스핀들의 나사 피치로 인해, 회전에 따라 변위 운동의 한정된 증가가 설정될 수 있다.
상기 측정 장치의 또 다른 대안적인 구성은, 상기 구동 요소의 주행 축은 상기 인덴터의 주행 축에 수직이고, 상기 제 1 자극이 부분적으로 중첩된 위치 또는 상기 제 2 자극을 견인하는 일치 위치로 이동될 때까지, 상기 구동 요소는 상기 인덴터의 주행 축에 수직인 주행 축을 따라 적어도 하나의 상기 제 1 자극의 변위 운동을 구동하는 것을 제공한다. 대안적으로, 상기 제 1 자극은, 동시에 제 2 자극을 형성하는 해당 개수의 영구 자석에 대하여 부분적 중첩된 위치로 또는 일치하는 위치로 이동될 수 있는, 2 개 이상의 영구 자석에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 2 개의 영구 자석이 제 1 자극을 형성하는 한, 제 2 자극은 마찬가지로 2 개의 영구 자석에 의해 형성될 수 있다. 제 2 자극을 형성하는 영구 자석의 자계 외측으로부터 부분적 중첩된 위치 또는 일치하는 배치로의, 제 1 자극을 형성하는 영구 자석의 동시 변위 이동에 의해, 제 2 자극의 2 개의 영구 자석 상에 힘 필드(force field)의 균일한 충격이 획득된다. 이에 따라, 상기 전달 요소의 변위 운동의 비-기울임 구동이 인덴터의 주행 축을 따라 획득될 수 있다.
상술한 상기 측정 장치의 다른 구성을 위한 상기 구동 요소는, 바람직하게는 서로 할당된 한 쌍의 구동 요소, 특히 톱니형 랙을 포함하며, 상기 톱니형 랙은, 인덴터의 주행 축에 수직인 회전 구동으로 작동 가능하고 바람직하게는 가이드 레일을 따라 변위 가능하다. 상기 가이드 레일은 인덴터의 변위 운동에 수직으로, 특히 상기 전달 요소의 주행 축에 수직으로 배향된다. 각각의 구동 요소, 특히 각각의 톱니형 랙에는 영구 자석이 함께 제공되어 제 1 자극을 형성한다. 이러한 배열에 의해, 양측 구동 요소, 특히 톱니형 랙은 구동 휠로 구동될 수 있어, 제 2 자극의 영구 자석의 부분적 중첩 또는 일치되는 배열을 위한, 제 1 자극의 영구 자석의 동기적 변위 이동이 구동된다. 바람직하게는, 2 개의 구동 요소의 구동 휠의 구동 샤프트는 구동 요소의 주행 방향에 대해 90 °의 각도 외측으로 약간 배향될 수 있다. 따라서 유격 조정(play-free adjustment)이 획득될 수 있다.
또한, 대안적인 실시 예에서, 주행 축 상에 배열된 적어도 하나의 영구 자석을 수용하는 수용 장치 또는 상기 제 2 자극을 형성하기 위해 상기 전달 요소의 주행 축에 동일한 거리에 있는 둘 이상의 영구 자석을 수용하는 수용 장치가, 상기 전달 요소 상에 제공되는 것이 바람직하다. 그에 의해 바람직하게, 예를 들어, 서로의 반대 방향으로 변위 가능하고. 제 2 자극의 영구 자석쪽으로 그리고 힘의 최대 전달을 위해 이들을 일치시키는 배열로 위치될 수 있는, 제 2 자극의 2 개의 영구 자석을 이동시키기 위한 충분한 공간이 제공된다.
바람직하게는, 상기 구동 요소의 구동 이동은 제 3 측정 수단, 특히 회전 인코더(encoder)를 사용하여 모니터링된다. 자극의 자속(magnetic flux)을 알면 증가하는 힘은 자극 사이의 거리가 감소함에 따라 결정될 수 있다. 이 회전 인코더를 통해, 자극의 거리를 변경하여 인덴터에 작용하는 힘을 변경하는 것이, 정확하게 검출될 수 있다. 이에 따라 제어 수단에 의해 구동 요소의 주행 경로로 인해, 시편의 표면에 작용하는 힘이 평가 파라미터로서 사용될 수 있다.
상기 측정 장치의 또 다른 바람직한 구성은, 제 4 측정 장치, 특히 힘 센서가 구동 요소와 그 위에 배열된 자극 사이에 제공되는 것을 제공한다. 전달 핀 상의 반대 극에 작용하는 힘의 추가 모니터링은 구동 요소의 자극에 의해 검출 및/또는 모니터링될 수 있다.
다른 바람직한 구성은, 진동 감쇠 장치가 전달 요소 상에 배열된 자극에 할당되는 것을 제공한다. 따라서, 이 측정 장치로 측정하는 동안 인덴터의 바람직하지 않은 리프트(lifting) 이동을 줄이거나 막을 수 있다. 이는 인덴터의 표면의 내스크래치성을 결정할 때 특히 유리하다.
제 1 실시 예에 따르면, 진동 감쇠 장치는 강자성 재료로 제조된 인클로저(외장, encloser), 특히 튜브로 구성되는 것이 바람직하며, 이 외장은 전달 요소 상에 배열된 제 2 자극을 둘러싼다. 상기 인덴터의 초기 위치에서 상기 제2자극은 상기 진동 감쇠 장치 내로 적어도 부분적으로 진입되어(plunged) 있다. 인덴터의 시편쪽으로의 변위 이동이 증가함에 따라, 제 2 자극이 진동 감쇠 장치에 대해 약간 이동되어, 즉 인덴터가 시편으로부터 리프트 오프될(lift-off) 가능성이 있는 경우, 상기 자극의 진동 감쇠 장치로의 진입이 발생하여, 자력의 증가를 일으키고 이에 따라 이 움직임의 상쇄 작용을 일으킨다.
상기 측정 장치의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 서로 평행하게 이격된 2 개의 판 스프링 요소 사이에 보상 요소가 제공되고, 상기 보상 요소는 상기 고정 장치 상에 장착되고, 그 일 단부는, 상기 자극을 수용하는 상기 전달 요소의 단부를 향하는 방향으로 연장되어 제공되는 또 다른 판 스프링 요소에 의해, 상기 전달 요소 내로 돌출한다. 이 판 스프링 요소를 통해, 내스크래치성을 결정할 때 상기 인덴터에 대한 시편의 변위 운동에서 전달 요소의 편향 이동이 상쇄될 수 있다. 또한, 이러한 배치를 통해, 측정 장치의 하우징 내의 기본 위치 또는 초기 위치에서의 전달 요소의 배향이 획득될 수 있다.
상기 보상 요소의 하나의 바람직한 실시 예는 클램핑 스트랩 장착부(clamping strap mount)에 의해 상기 고정 장치 상에 장착되는 것을 제공한다. 따라서, 상기 전달 핀의 수준 측정(levelling)이 기본 또는 초기 위치에서 획득될 수 있다.
상기 측정 장치의 또 다른 바람직한 구성은, 상기 베이스 플레이트로의 소정의 거리에 배치된 상기 판 스프링 요소 또는 상기 압력 격막 요소가 상기 고정 장치에 단단히 고정되고, 상기 베이스 플레이트 근처에 배열된 판 스프링 요소 또는 압력 격막 요소는 상기 전달 요소의 주행 축에 수직인 방향으로 길이 방향 슬롯에 의해 형성된 부분에 대해 변위 가능하게 장착된다. 바람직하게는, 상기 하부 판 스프링 요소 또는 압력 격막 요소의 부분의 변위 운동을 검출하기 위해 제 2 측정 수단이 제공된다. 상기 제 2 측정 수단은, 상기 전달 요소의 종축 또는 상기 구동 요소의 주행 축을 따른 변위 운동 중에 상기 하부 판 스프링 요소 또는 상기 압력 격막 요소의 부분의 변위 운동을 검출하는, 센서 요소를 포함한다. 마찬가지로, 내스크래치성 시험을 수행하는 동안 상기 인덴터가 시편의 표면으로 침투할 때 상기 전달 요소의 편향이 성립될 수 있다.
본 발명의 본 발명의 목적은, 시편의 표면 또는 표면 상에 인덴터의 변위 이동, 특히 침투 깊이 또는 스캐닝 이동 중에 측정 신호를 검출하기 위한 측정 장치에 의해 또한 달성되며, 시편을 수용하기 위한 기저체 또는 베이스 플레이트 상에 측정 테이블을 설치하고, 상기 시편 상에 인덴터를 배치하기 위한 위치로 핸들링 수단을 통해 이송되는, 상기 핸들링 수단, 특히 측정 장치를 수용하는 스탠드를 포함한다. 여기서, 상기 인덴터의 상기 시편의 표면 내로의 침투를 위한 변위 운동 또는 상기 인덴터의 상기 표면을 스캐닝하기 위한 변위 운동은, 상기 실시 예들의 위와 같이 언급한 특징들 중 하나 이상에 따라 측정 장치에 의해 구동 및 수행된다.
또한, 상기 측정 기구는 바람직하게는 상기 측정 장치에 인접한 광 검출 수단을 수용하고, 이는 광학적으로 침투 지점, 표면 조도, 또는 내스크래치성 시험을 수행할 때 도입된 스크래치 지점을 포착하고 평가한다. 여기서, 상기 측정 테이블은 바람직하게는 측정 장치와 광학 검출 수단 사이에서 변위 가능하다. 대안적으로(alternatively), 상기 측정 장치 및 광학 검출 수단은 상기 측정 테이블을 향해 변위될 수 있다.
또한, 상기 측정 테이블의 변위 운동, 특히 상기 시편 표면의 주행 방향을 따라 위치한 액슬(axle)은 제어부에 의해 구동된다. 이러한 제어로 인하여, 상기 표면의 표면 윤곽(contour) 또는 조도(roughness, 거칠기)는, 상기 시편이 시작 위치를 구성하고 이어서 제어된 변위 이동에서, 상기 시편의 표면 상에 상기 인덴터를 놓을 때 검출될 수 있다. 이는 내스크래치성을 설정하기 위한 사전-스캔을 위해 수행될 수도 있다. 마찬가지로, 상기 인덴터의 침투 이동은 스크래치를 형성하기 위해 시작 위치에서부터 시작하여 인덕터쪽으로 측정 테이블이 이동하는 동안 구동될 수 있다. 내스크래치성 테스트를 위한 기둥형 통(post can)은 시작 위치에서 시작하는 것이 구동될 수 있다.
또한, 본 발명의 목적은, 인덴터가 측정 장치에 의해 시편의 표면 내로 침투 이동하는 동안 또는 시편의 표면상의 인덴터의 스캐닝 이동 중에, 측정 신호를 검출하는 방법에 의해 달성된다. 상기 시편은 측정 테이블 상에 위치되고, 상기 측정 장치는 상기 시편 상에 배치되며, 인덴터의 침투 이동은 힘 발생 수단으로 구동되며, 자력에 의해 인덴터의 침투 이동이 시편 안으로 들어가도록 구동되거나, 또는 스캔 운동이 상기 시편 상에서 구동된다. 이는 상기 힘 발생 수단의 비용 효율적인 구성을 허용한다. 또한, 상기 힘 발생 수단이 온도의 변동과 독립적이며 작은 질량을 가지기 때문에 인덴터의 정확한 구동이 달성될 수 있다.
상기 판 스프링 요소의 복원력은 이 경우에는 무시될 수 있거나 또는 상기 인덴터의 주행 축을 따른 주행 경로에 따라 결정되고 고려될 수 있다. 상기 인덴터에 힘 발생 수단이 상기 이송 운동 중에 시편에 놓일 때까지 상기 인덴터에 작용하는 초기 힘은, 한편으로는 상기 스프링 요소들의 복원력 사이의 힘 평형 (force equilibrium)에 의해 형성될 수 있고, 다른 한편으로는, 자력에 의해 상기 인덴터 방향으로의 변위 운동에 의해 발생될 수 있다.
바람직하게는, 제 1 방법의 단계는 상기 시편의 표면 상에서 경도를 측정하기 위해 제공되며, 이때 상기 측정 장치는 상기 시편을 향해 이동되고, 상기 측정 장치의 배치시 상기 이송 운동은 고정되며, 상기 인덴터의 변위 운동이 순차적으로 구동되어, 상기 인덴터는 초기 위치에서 상기 인덴터가 상기 시편 상에 놓일 때까지 상기 측정 장치의 외측에 대해 내측으로 후방으로 설정된다. 이 위치는 후속 경도 측정을 위한 제로 위치로서 제어 장치에 전달된다. 따라서 측정에 대해 한정된 초기 상황을 얻을 수 있다. 또한, 상기 인덴터는 보호 된 초기 위치에서 측정 위치로 이동된다. 상기 인덴터가 시편의 표면 상에 놓이는 인덴터의 제로 위치의 검출은, 경로의 변화가 규정되어 있지 않음을 확인하는 제 1 측정 수단에 의해 유리하게 검출되고, 이에 따라 상기 측정 장치의 이송 운동을 시편에 고정시키기 위해 신호가 제어부에 전송되도록 한다.
또한, 바람직하게는 내스크래치성 측정을 위한 제 1 방법의 단계가 제공되며, 여기서, 상기 인덴터가 상기 시편의 표면 상에 위치되기 전에, 상기 인덴터는 이송력이 가해지고, 이에 따라 하우징의 하측에 대해 인덴터가 외부로 자유롭게 돌출한다. 이어서 상기 측정 장치를 시편 쪽으로 이동시키고 인덴터를 시편에 놓으면 측정 장치의 변위 이동이 고정된다. 바람직하게는, 이 위치는 결국 내스크래치성의 후속 측정을 위해 제로 위치로서 상기 제어부로 전달된다.
또 다른 바람직한 실시 예는 상기 인덴터의 제로 위치로부터 시작하여, 힘 발생 수단이 테스트 힘으로 작용하고, 인덴터의 시편 표면으로의 침투 이동이 제 1 측정 수단으로 검출되는 것을 제공한다. 침투 이동 중에 경로의 변화뿐만 아니라 적용된 테스트 힘을 알면, 시편의 경도를 결정할 수 있다. 동시에 내스크래치성을 측정할 때 이러한 측정 결과를 고려할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 인덴터의 침투 이동은 상기 구동 수단의 구동 요소의 이송 운동에 의해 구동되는 것과, 상기 자기 전달 요소에 의해 상기 구동 요소로부터 상기 자기 전달 요소 또는 상기 인덴터로 각각 힘 전달이 발생하는 것이, 제공된다.
또한, 바람직하게는, 인덴터에 작용하는 힘은 제 3 측정 수단에 의해 검출된 구동 요소의 이송 운동으로부터 제 4 측정 수단에 의해 계산되거나 검출되는 것과, 제 1 측정 수단에 의해 인덴터의 시편으로의 침투 깊이가 검출되는 것과, 제 3 또는 제 4 측정 수단에 의해 산출 또는 검출된 침투력과 제 1 측정 수단에 의해 검출된 침투 깊이로부터, 인덴터의 형상에 따라, 적어도 시편의 표면의 경도가 식별되는 것이 제공된다. 제 4 측정 수단은 바람직하게는, 상기 구동 장치의 구동 요소와 상기 구동 요소에 의해 제공된 상기 자극 사이에 제공된다.
상기 시편의 표면의 내스크래치성을 결정하기 위해, 그 위에 시편을 적용한 측정 테이블은 바람직하게는, 인덴터의 침투 이동에 수직인 방향으로 상기 인덴터의 침투 이동 중에 변위되고, 스크래치가 시편의 표면으로 도입된다. 상기 침투 깊이에 관한 측정 신호들은 제 1 측정 수단을 통해 시간 및 주행 경로에 따라 검출된다. 또한, 상기 측정 장치의 제 2 측정 수단에 의해, 상기 측정 테이블의 주행 방향에 대향하는 인덴터의 편향이 검출된다. 또한 인덴터에 작용하는 측정 력이 측정 신호로서 제어 장치로 전달된다. 상기 측정력은, 구동 요소의 이송 운동으로부터 결정될 수 있고, 자기 전달 수단으로부터 표면으로 생성된 인덴터의 이송력으로부터 결정될 수 있다. 대안으로서, 상기 측정 신호들은 제 4 측정 수단에 의해 검출되는 것은, 상기 측정력의 이러한 결정을 위해 제공될 수 있다. 여기서, 상기 제 4 측정 수단은 상기 자기 전달 장치의 자극과 상기 자극을 수용하는 상기 구동 요소 사이에 위치될 수 있다. 이러한 검출된 신호들로부터 시편의 표면의 내스크래치성을 식별할 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 시편의 표면에 스크래치가 도입되는 동안, 상기 측정 테이블의 변위 운동에 대해 직각으로 배향된 인덴터의 편향이 또 다른 측정 장치에 의해 검출된다. 따라서, 상기 시편의 표면에 대한 평가가 추가로 이루어질 수 있으며, 특히 재료의 균질성에 대한 평가결과(statement)이 획득될 수 있다.
또한, 상기 측정 장치는 바람직하게는 상기 시편에 스크래치가 도입되기 전에 상기 표면에 배치되고, 상기 시편의 위치 이동에 수직인 방향으로 변위되고, 상기 표면이 스캔된다. 신호들은 여기에서 상기 제1 측정 장치에 의해 검출되고 사전-스크래치 프로파일로 저장된다. 소위 사전-스캔 (pre-scan)를 통해, 상기 시편의 표면의 코스(course)가 형성될 수 있으므로, 이후의 내스크래치성 결정에서 이 추가 파라미터가 고려될 수 있다.
또한, 내스크래치성을 결정하기 위해 소위 사후-스캔(post scan)을 수행한다. 이를 위해, 상기 측정 장치는 스크래치가 시편에 도입된 후 스크래치에 놓이는 것이 바람직하며, 상기 인덴터는 시편의 침투 이동에 수직인 방향, 즉 스크래치를 따라 안내되는 방향으로 상기 측정 장치에 의해 변위되고, 상기 검출된 측정 신호들이 저장된다.
본 발명의 다른 바람직한 구성은 상기 힘 발생 수단 내의 테스트 압력이 인덴터의 스캐닝 이동 중에 일정하게 유지되는 것을 제공한다. 여기서, 상기 인덴터는 변하지 않은 상태에서 시편의 표면을 따라 안내될 수 있으며, 자기 전달 장치는 단단한 액추에이터로서 형성되어, 상기 표면 조도에 기인하여 상기 인덴터에 작용하는 변위 이동이 직접 전달될 수 있고, 이는 상기 인덴터의 길이 방향 축을 따라 이루어질 수 있고, 적어도 상기 제 1 측정 수단에 의해 검출될 수 있다.
본 발명 및 본 발명의 추가의 유리한 실시 예 및 전개는 도면들에 도시된 예들을 사용하여 다음에 보다 상세히 도시되고 설명된다. 설명 및 도면들로부터 취해질 특징들은 본 발명에 따라 개별적으로 또는 임의의 조합으로 적용될 수 있다. 여기에 표시된다:
도 1은 측정 장치를 갖는 본 발명에 따른 측정 기구의 개략도,
도 2는 도 1의 측정 장치의 사시도,
도 3은 도 2의 측정 장치의 추가 사시도,
도 4는 도 2의 측정 장치의 개략적인 측면도,
도 5는 제1측정수단을 갖는 도 2의 측정 장치의 하부의 개략적인 확대도,
도 6은 제3측정수단을 갖는 도 2의 측정 장치의 상부의 개략적인 확대도,
도 7은 도 6의 측정 장치의 상부의 추가 개략적인 측면도,
도 8은 제2측정수단을 갖는 측정 장치의 상부의 개략적인 확대도,
도 9는 도 5의 측정 장치의 하부의 다른 실시예의 개략적인 단면도,
도 10은 판스프링 요소에 대한 사시도,
도 11은 도 2에 따른 측정 장치의 고정 장치를 갖는 판스프링 요소의 다른 실시예에 대한 사시도,
도 12는 도 2의 측정 장치의 다른 실시예의 개략적인 측면도,
도 13은 도 2의 측정 장치의 또 다른 실시예의 개략적인 측면도,
도 14는 도 13의 측정 장치의 고정 장치의 압력 격막 요소에 대한 개략적인 밑면도,
도 15는 도 2의 측정 장치의 또 다른 실시예의 사시도,
도 16은 도 15의 또 다른 측정 장치에 대한 추가 개략도,
도 17은 도 15의 또 다른 측정 장치의 자기 전송 장치의 개략적인 단면도.
도 1은 측정 장치를 갖는 본 발명에 따른 측정 기구의 개략도,
도 2는 도 1의 측정 장치의 사시도,
도 3은 도 2의 측정 장치의 추가 사시도,
도 4는 도 2의 측정 장치의 개략적인 측면도,
도 5는 제1측정수단을 갖는 도 2의 측정 장치의 하부의 개략적인 확대도,
도 6은 제3측정수단을 갖는 도 2의 측정 장치의 상부의 개략적인 확대도,
도 7은 도 6의 측정 장치의 상부의 추가 개략적인 측면도,
도 8은 제2측정수단을 갖는 측정 장치의 상부의 개략적인 확대도,
도 9는 도 5의 측정 장치의 하부의 다른 실시예의 개략적인 단면도,
도 10은 판스프링 요소에 대한 사시도,
도 11은 도 2에 따른 측정 장치의 고정 장치를 갖는 판스프링 요소의 다른 실시예에 대한 사시도,
도 12는 도 2의 측정 장치의 다른 실시예의 개략적인 측면도,
도 13은 도 2의 측정 장치의 또 다른 실시예의 개략적인 측면도,
도 14는 도 13의 측정 장치의 고정 장치의 압력 격막 요소에 대한 개략적인 밑면도,
도 15는 도 2의 측정 장치의 또 다른 실시예의 사시도,
도 16은 도 15의 또 다른 측정 장치에 대한 추가 개략도,
도 17은 도 15의 또 다른 측정 장치의 자기 전송 장치의 개략적인 단면도.
도 1은 측정 기구 (11)를 개략적으로 도시한다. 이러한 측정 기구 (11)는 예를 들어 대상물체의 필름, 층 및/또는 코팅과 같은 시편 (14) 상의 표면의 기계적 및/또는 물리적 특성을 시험하기 위해 제공될 수 있다. 예를 들어, 측정 기구 (11)는 경도 측정이 측정 장치 (12)의 인덴터(indenter) (41)의 침투에 의해 수행되는 경도 측정 수단으로 사용될 수 있다. 또한, 측정 장치 (12)를 갖는 측정 기구 (11)는 물체 상의 필름, 층 또는 코팅의 내스크래치성을 결정하기 위해 제공될 수 있다. CVD 코팅 또는 PVD 코팅은 예를 들어 그들의 내스크래치성과 관련하여 여기서 테스트될 수 있다. 마찬가지로, 더 미세한 스크래치가 검출될 수 있거나 표면으로부터의 다른 변형 정보가 검출되고 분석될 수 있다. 마찬가지로, 이러한 측정 기구 (11)는, 특히 측정 장치 (12)와 함께, 또한 시편 (14)의 표면의 손상을 수반하지 않고 시편 (14)의 표면의 조도 측정(roughness measuring)을 허용한다. 이 경우, 인덴터 (41)는 시편 (14)의 표면에 놓이고 시편 (14)의 표면의 조도(roughness, 거칠기)를 스캔하기 위해 표면을 따라 변위된다.
측정 기구 (11)는 공통 기저체(common base body) (16)를 포함한다. 상기 기저체는 바람직하게는 화강암(granite)으로 형성될 수 있다. 캔틸레버(cantilever) (18) 상에 측정 장치 (12)를 수용하는 스탠드 (17)가 상기 기저체 상에 제공된다. 스탠드 (12)는 구동 모터 (19)를 포함하며, 이 모터에 의해 측정 장치 (12)는 도 1에 도시된 초기 위치로부터 인덴터 (41)가 시편 (14) 상에 놓이는 시험 위치 (22)로 변위 가능하게 된다. 구동 모터 (19)는 예컨대 스탠드 (12)의 안내 기둥 (23)을 따라 상하 이동을 위해 캔틸레버 (18)에 힘을 공급할 수 있다.
측정 테이블 (25)은 기저체 (16) 상에 부가적으로 제공된다. 상기 측정 테이블 (25)은 화살표 (27)에 따라 적어도 X 방향으로 변위 가능하게 구동되는 측정 테이블 리셉터클 (receptacle, 수용부) (26)을 포함한다. 시편 (14)는 측정 테이블 리셉터클 (26)에 올려져서 고정된다.
측정 기구 (11)는 스탠드 (17) 상에 유사하게 또는 바람직하게는 또다른 스탠드 (31) 상에 별도로 배치될 수 있는 광학 검출 수단 (29)을 더 포함할 수 있다. 이 광학 검출 수단 (29)은 측정 장치 (12)에 인접하여 위치될 수 있다. 여기서, 측정 테이블 (25) 또는 측정 테이블 리셉터클 (26)은, 침투 위치 또는 도입 스크래치가 시편 (14)의 표면에서 광학적으로 검출될 수 있도록, 시편 (14)의 표면으로의 침투 위치 또는 스크래치의 도입 후에 시편 (14)이 광학적 검출 수단 (29) 방향으로 변위 가능한 방식으로 변위될 수 있도록 구성된다. 대안적으로, 측정 테이블 (25)에 대하여 측정 장치 (12) 및 광학 검출 수단 (29)의 변위 이동이 또한 제공될 수 있다.
측정 기구 (11)는 데이터 처리 수단 (도시되지 않음), 디스플레이 장치 (35) 및 입력 장치 (36)를 포함하는 개략적으로 도시 된 제어부 (33)를 더 포함한다. 제어부 (33)는 적어도 신호선에 의해 스탠드 (17), 측정 장치 (12) 및 측정 테이블 (25)에 연결된다. 바람직하게는, 광 검출 수단 (29) 및 필요에 따라 광 검출 수단 (29)을 수용하는 스탠드 (31)가 마찬가지로 거기에 유사하게 연결된다.
측정 장치 (12)를 구동하기 위해, 측정 기구 (11)는 또한 제어부 (33)에 연결된 적어도 하나의 제어 라인을 포함한다.
도 2는 본 발명에 따른 측정 장치 (12)의 제 1 사시도를 나타낸다. 도 3은 도 2에 따른 측정 장치 (12)를 아래에서 본 투시도를 나타낸다. 도 4는 도 2에 따른 측정 장치 (12)의 개략적인 측면도를 나타내며, 참조 부호가 측정 장치 (12)의 구조를 나타내기 위해 유사하게 표시되어 있다.
측정 장치 (12)는 베이스 플레이트 (51)를 갖는 하우징 (47)을 포함한다. 상기베이스 플레이트의 반대편에는 커버 요소 (52)가 제공된다. 스페이서 요소 (53)는 베이스 플레이트 (51)와 커버 요소 (52) 사이에 제공된다. 하우징 (47)을 폐쇄하는 베이스 플레이트 (51)와 커버 요소 (52) 사이의 측벽은 명확성을 위해 도시되지 않았다.
베이스 플레이트 (51)은 도 3에 도시된 바와 같이 인덴터(indenter) (41)가 연장되어 아래로 빠져 나올 수 있는 리세스(recess) (55)를 포함한다. 인덴터 (41)는 전달 요소 (42)에 의해 수용된다. 상기 요소는 하우징 (47)의 내부 공간으로 돌출한다. 전달 요소 (42)는 바람직하게는 하우징 (47) 내의 가이드 (57)에 의해 수용된다. 상기 가이드 (57)에 의해, 전달 요소 (42)는 전달 요소 (42)의 길이 방향 축 (43)을 따라 위아래로 움직일 수 있다. 전달 요소 (42)의 길이 방향 축 (43)은 인덴터 (41)의 길이 방향 축 (48)에 대응한다.
전달 요소 (42)를 수용하는 가이드 (57)는 베이스 플레이트 (51)에 고정된 고정 장치 (58) 상에 배치된다. 가이드 (57)는 예를 들어, 전달 요소 (42)의 종축 (43)에 수직 방향으로 배치된 제 1 및 제 2 판 스프링 요소 (61, 62)를 포함한다. 전달 요소 (42)의 길이 방향 축 (43)은 바람직하게는 구동 장치 (45)의 구동 요소 (96)의 주행 축 (46)에 위치하거나 그에 평행한 방향으로 놓인다. 판 스프링 요소 (61, 62)는 하우징 내부에서 X 방향으로 배치되는 것이 바람직하며, 이에 의해 전달 요소 (42)는 Z 방향으로 배치된다. 이들 판 스프링 요소 (61, 62)를 통해 하우징 (47)의 Z 축을 따른 상하 이동 또는 주행이 허용된다. 제 1 실시 예에 따르면, 판 스프링 요소 (61, 62)는 얇은 평평한 스트립, 특히 스프링 강(spring steel)으로 형성될 수 있다. 상부 판 스프링 요소 (61)를 보강하기 위해, 예를 들어, 판 스프링 요소 (61, 62)의 상부 및 하부에 보강 요소 (63)가 고정된다. 이들 보강 요소 (63)는 마찬가지로 스트립 형상으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 이들은 스크류 또는 클립핑 연결에 의해 판 스프링 요소 (61) 상에 고정식으로 배치된다. 대안적으로, 상부 판 스프링 요소 (61)는 보강 요소가 불필요하도록 더 두껍게, 즉, 보다 보강되도록 구성될 수 있다.
측정 장치 (12)는 예를 들어 커버 요소 (52)에 고정된 구동 장치 (45)로 구성된 힘 발생 수단 (44)을 더 포함한다.
또한, 힘 발생 수단 (44)은 적어도 제 1 및 제 2 자극 (67, 68)을 포함하는 자기 전달 수단 (66)을 포함한다. 제 1 자극 (67)은 구동 수단 (45)에 할당된다. 적어도 하나의 제 2 자극 (68)은 인덴터 (41)에 대향하는 전달 요소 (42)의 단부 상에 배치된다. 제 1 및 제 2 자극 (67, 68)은 공통 종축, 특히 구동 요소 (96)의 주행 축 (46)에 위치하며, 이 요소는 바람직하게는 하우징의 Z 축에 위치한다. 제 1 및 제 2 자극 (67, 68)은 동일한 극으로 서로 마주하는 방식으로 서로 배향된다. 이에 따라 자극 (67, 68) 사이에 반발 효과가 부여된다. 2 개의 자극 (67, 68)이 서로 가까워질수록 반발 효과 또는 자력이 증가한다. 자극 (67, 68)은 바람직하게 영구 자석으로 구성된다. 자기 전달 수단 (66)은 구동 장치 (45)의 구동 요소 (96)로부터 인덴터 (41) 로의 비접촉식 힘 전달을 허용한다. 이 자기 전달 수단 (66)은 자성 스프링으로도 지칭될 수 있다. 반대 극성으로 서로 마주하는 자극 (67, 68)을 통해 변위 운동이 구동 요소 (96)의 전달 요소 (42) 상으로의 이송 운동에서 발생된다. 그러나, 견고한 커플링이 제공되지 않아서, 인덴터 (41)의 변위 운동을 발생시키는 구성 요소에 과도한 부하가 방지된다.
고정 장치 (58)의 구조 및 가이드 (47)의 구성뿐만 아니라 인덴터 (41)를 수용하는 전달 요소 (42)를 더 설명하기 위해 도 5를 참조한다.
전달 요소 (42)는 바람직하게는 튜브로서 형성된다. 그 상단에 제 2 자극 (68)을 수용하는 수용 수단 (71)이 제공된다. 이 경우, 그것은 냄비 모양의 요소, 바람직하게는 합성 물질일 수 있다. 자극 (68)은 예를 들어 접착되거나 압입될 수 있고 수용 수단 (71)에서 측 방향으로 안내될 수 있다. 바람직하게는, 자극 (68)은 원통형으로 되어있다. 자극 (68)의 길이 방향 축은 바람직하게는 전달 요소 (42)의 종축 (43) 방향으로 배향된다. 제 1 자극 (67)에 대해서도 마찬가지이다. 인덴터 (41)는 전달 요소 (42)의 타단에 설치되어있다. 상기 인덴터는 체결 수단 (72)에 의해 교환 가능한 방식으로 수용된다. 경도 측정 장치인 측정 장치 (12)의 구성에서, 체결 수단 (72)은 체결 수단 (72) 내의 인덴터 (41)의 축 방향 고정이 제공되도록 래칭 또는 클립(latching or clipping) 결합에 의해 제공될 수 있다. 내스크래치성을 측정하기 위한 측정 장치 (12)의 사용에서, 체결 수단 (72)은 또한 축 방향 고정에 추가하여 반경 방향 클램핑을 포함한다. 상기 고정은 나사형 스크류 등으로 제공될 수 있다. 체결 수단 (72)은 특히 콜레트 척 시스템(collet chuck system)으로 구성될 수 있다.
전달 요소 (42)의 하단부는 비접촉 방식으로 베이스 플레이트 (51)의 리세스 (55) 내로 돌출한다. 이 리세스 (55)에는 부착 링 (74)이 배치되어, 인덴터 (41)가 마찰없이 자유로이 안내되어 팁(tip)이 자유롭게 아래쪽으로 빠져 나간다. 인덴터 (41)의 팁은 수행될 측정에 따라 선택된다. 상기 팁은 피라미드 형상 또는 절두 원뿔대(truncated cone) 형상일 수 있다. 내스크래치성 측정을 수행하는 경우, 인덴터 (41)는 특히 체결 수단 (72) 내에서 특정 방향으로 배향된다.
인덴터 (41)의 내부 단부에는 제 1 측정 수단 (78)의 측정 프로브 (77)가 설치되어있다. 상기 프로브는 전달 요소 (42)의 개구를 통해 그리고 전달 요소 (42) 내로 돌출한다. 이 제 1 측정 수단 (78)은 바람직하게는 거리 센서로서 구성되고 베이스 플레이트 (51)에 고정된다. 인덴터 (51)의 내부 단부에 대한 측정 프로브 (77)의 거리의 조정은 조정 어셈블리 (79)에 의해 가능하다. 이 제 1 측정 수단 (78)에 의해, 초기 위치로부터 침투 위치로 시작하여 제어 장치 (33)로 전달되는, 인덴터 (41)와 측정 프로브 (47) 사이의 거리가 검출된다.
가이드 (57) 또는 2 개의 판 스프링 요소 (61, 62)가 서로 평행하게 이격됨으로써, Z 축 또는 주행 축 (46)을 따라 전달 요소 (42)의 안내된 상하 운동과 이에 따른 인덴터 (41)의 운동이 수행될 수 있다. 상부 판 스프링 요소 (61)는 고정 장치 (58) 상에 고정된 방식으로 유지된다. 체결 플레이트 (81)는 예를 들어 해제 가능한 연결, 특히 나사 연결에 의해 장착 블록 (82)에 고정된다. 판 스프링 요소 (61)가 하우징 (47)의 X 축을 따라 정렬되는 함몰부(depression)에 의해, 장착 블록 (82) 내의 판 스프링 요소 (61)의 한정된 정렬을 위해 함몰부 (83)가 제공될 수 있다.
하부 판 스프링 요소 (62)는 클램핑 수단 (85)에 의해 장착 블록 (82)에 장착된다. 이 클램핑 수단 (85)은 도 8에서 보다 상세히 후술된다.
도 5는 또한 홀딩 장치 (58) 상에 배치된 2 개의 로드에 의한 이송 고정 수단 (87)을 도시한다. 상부 로드는 수용 수단 (71)에 대해 매우 작은 거리에 배치된다. 하부로드 (87)는 매우 짧은 거리에서 전달 요소 (42)의 앞에서 끝난다. 이렇게하면 이송 중에 작은 처짐이 차단된다.
또한, 두 개의 U 자형 플레이트 (88)가 장착 블록 (82)에 제공되고 반대 방향으로 배향되며, 이 플레이트는 이송 중에 다소 수평 배향 또는 X 방향으로 배향으로 보상 요소 (89)를 고정시킬 수 있다.
이 보상 요소 (89)는 부가적으로 제공될 수 있다. 순수 경도 측정 장치인 측정 장치 (12)의 구성에서, 이 보상 요소 (89)는 필요하지 않다. 이에 따라 인덴터 (41)의 편향(deflection) 운동을 방해하는 내스크래치성을 결정하기 위한 추가적인 보강(stiffening)이 발생될 수 있다. 보상 요소 (89)는 장착 블록 (82)에 회전 가능하게 장착된다. 바람직하게는, 하우징 (47) 내의 Y 축에 대해 보상 요소 (89)의 선회 가능한 배치를 허용하는 스트랩 장착부(strap mounting)가 제공된다. 전달 요소 (42)를 향하는 단부 (93)는 바람직하게는 전달 요소 (42) 내로 개구를 통해 돌출한다. 또 다른 판 스프링 요소 (94)가 이 단부 (93)에 작용하며, 그 반대측 단부는 전달 요소 (42)의 상단에 고정된다. 이 판 스프링 요소 (94)는 결국 보강된 디자인 일 수있다. 바람직하게는, 보상 요소 (89)는 관형으로 설계된다.
도 6은 제 1 측면도에서 개략적으로 확대된 구동 장치 (45)를 도시하고, 도 7은 도 6의 제 1 측면도와 비교하여 90 ℃만큼 회전된 제 2 측면도를 도시한다. 구동 장치 (45)는 특히 구동 스핀들로서 구성된 제 1 구동 요소 (96)를 포함한다. 구동 요소 (95)의 하부 자유 단에는 제 1 자극(magnetic pole)을 수용하기 위한 수용 수단 (71)이 제공된다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 자극 (67, 68)에 대한 수용 수단 (71)은 동일하다. 제 1 및 제 2 자극 (67, 68)의 배열도 반대로 될 수 있다.
각각의 경우에 하나의 자극 (67, 68)이 수용 수단 (71)에 제공될 수 있는데, 수용 수단 (71)은 한편으론 전달 요소 (42) 상에 제공되고 다른 한편으로는 구동 요소 (96)에 제공된다. 또한, 수용 수단 (71)은 다수의 개별 자극이 배열될 수 있도록 구성 될 수 있다. 마찬가지로, 자극들은 접착 연결 대신에 래칭(latching) 또는 클리핑 (clipping) 연결, 예를 들어, 수용 수단 (71)과 맞물리는 추가적인 잠금 요소에 의해 고정될 수 있다.
자극 (67, 68)은 유리하게는 원통형으로 되어있다. 다른 형상도 가능하다. 또한, 자극 (67, 68)은 내부 관통 보어를 갖는 링으로서 구성될 수도 있다.
구동 모터 (97)는 하우징 (47)의 주행 축 또는 Z 축을 따라 구동 요소 (96)의 변위 운동을 구동하기 위해 제공된다. 전기 모터, 특히 서보 모터가 유리하게 제공된다. 이 구동 모터 (97)는 구동 모터 (97)와 구동 요소 (96)를 연결하는 회전 구동 장치 (98)에 동력을 공급한다. 회전 구동 장치 (98)은, 구동 모터 (97)의 구동 축상의 피니언(pinion)을 구동하고 회전 가능하게 장착된 스핀들 너트 (101) 상에 대향하는 톱니형 벨트 (99)를 포함한다. 스핀들 너트 (101)는 베어링 (102)에 의해 회전 가능하게 수용된다. 스핀들 너트 (101)는 상부에 제 3 측정 수단 (105)의 구성 요소 (104)를 수용하는 슬리브 (103)를 회전식으로 고정한다. 제 3 측정 수단 (105)은 고정된 방식으로 하우징 (47)에 연결된다. 제 3 측정 수단 (105)은 스핀들 너트 (101)의 회전이 결정되는 회전 인코더 또는 증분 인코더로 구성되는 것이 바람직하다.
칼럼 가이드 (106)는 구동 요소 (96)의 회전 가능하게 고정된 상하 운동을 위해 제공된다. 이 컬럼 가이드는 커버 요소 (52) 상에 고정되고 U 자형 가이드 컬럼 (107)을 포함한다.
바람직하게는, 제 4 측정 수단 (110)은 자극 (67)과 수용 장치 (71) 사이 또는 수용 장치 (72)와 구동 요소 (96) 사이에 제공되며, 바람직하게는 힘 센서로서 구성된다. 이 측정 수단 (110)은 2 개의 자극 (67, 68) 사이에 작용하는 힘을 검출한다. 이것은 측정 결과를 확립하기 위해 다른 측정 매개 변수의 제공이 모니터링될 수 있게 한다. 특히 모니터링과 경우에 따라 침투력의 보정이 결정될 수 있다. 인덴터 (41)로 전달된 힘은, 구동 요소 (96)의 이송 운동에 의해 계산될 수 있고, 그 이동 경로가 2 개의 자극 (67, 68)의 공지된 자력으로 인해 제 3 측정 수단 (105)에 의해 검출된다. 실제 작용력의 비교는 제 4 측정 수단 (110)에 의해 가능하다.
도 8은 클램핑 수단 (85)을 개략적으로 확대하여 나타낸 도면이다. 하부 판 스프링 요소 (62)는 2 개의 클램핑 요소 (112)에 의해 클램프 방식으로 전달 요소 (42)의 반대쪽 단부에 고정된다. 이들 두 개의 클램핑 요소 (112)는 결국 다른 판 스프링 요소 (113)에 의해 장착 블록 (82) 상에 고정되고, 판 스프링 요소 (113)는 Z 방향으로 배향된다. 이는 하부 판 스프링 요소 (62)의 X 방향 및 그 반대 방향으로의 편향 운동을 허용한다. 또한, 클램핑 요소 (112)는 제 2 측정 장치 (91) 내로 플런지하는(plunge) 측정 베인(measuring vane) (114)을 갖는다. 이 측정 장치 (91)는 거리 센서로서 구성된다. 판 스프링 요소 (62)에 작용하는 힘 또는 변위 이동은 베인 (114)의 쉬프팅(shifting)으로 제 2 측정 장치 (91)에 의해 측정될 수 있다. 이 힘 또는 주행 이동은 인덴터 (41) 및 전달 요소 (42)를 통해 판 스프링 요소 (62)로 전달된다. 특히, 내스크래치성을 측정할 때, 이 제 2 측정 수단 (91)은 인덴터 (41)의 편향(deflection)에 관한 다른 파라미터를 검출할 수 있다.
도 9는 도 5의 다른 실시 예에 따른 측정 장치 (12)의 하부의 개략 단면도이다. 도 9에 따른 이 실시 예는 주로, 예를 들어, 진동 감쇠 수단 (120)이 제 2 자극 (68)에 놓여진다는 점에서 도 5의 실시 예와 다르다. 자극 (68)에 놓여진 진동 감쇠 수단 (120) 대신에, 전달 요소 (42)의 반대쪽의 보상 요소 (89)의 단부에 진동 감쇠 수단 (130)이 또한 제공될 수 있다. 이 둘의 조합도 가능하다. 진동 감쇠 수단 (120, 130)은 인덴터가 시편 (14)의 표면 상에 놓여진 직후에 인덴터 (41)의 하나 이상의 리프트 오프 운동을 상쇄시키는 작업을 수행한다. 바람직하게는, 소위 와류(eddy current) 브레이크가 사용된다.
진동 감쇠 수단 (120)은, 예를 들어, 바람직하게는 튜브부로 형성되는 케이스 (121)로 구성된다. 이 케이스는 자극 (68)을 둘러 싸는 외장이다. 자극 (68)은 적어도 부분적으로 초기 위치에서 케이스 (121) 내부에 위치되는 것이 바람직하다. Z 축 또는 종 방향 축 (43)의 방향으로 리프트 오프 운동이 발생하면, 자극 (68)은 케이스 (121) 내로 진입하여, 반작용 자력이 증가된다. 케이스 (121)는 강자성체(ferromagnetic material), 특히 구리로 형성되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 케이스 (121)는 자극 (68)에 대해 높이가 조절 가능하다. 케이스 (121)는 바람직하게는 스페이서 요소 (53)를 따라 높이가 변위될 수 있다.
진동 감쇠 수단 (130)은 부분적으로 도시된다. 보상 소자 (89)는 강자성체로 형성된 베인 (131)을 구비한다. 이 베인은 두 개의 서로 이격된 영구 자석 사이에 위치하여 자기 와류 브레이크로 작동한다.
도 10은 판 스프링 요소 (61, 62)의 다른 실시 예의 확대된 개략도이다. 상기 판 스프링 요소 (61, 62)는 보강 요소 (63)를 필요로하지 않는다. 오히려 건설적인 디자인은 그런 요소를 없애기 위해 선택된다. 판 스프링 소자 (61)는 클램핑 영역 (135)과 연결 영역 (136) 및 이들 사이에 위치하는 스페이서 부분 (137)을 포함한다. 플렉셔(flexure) 베어링 (138)은 클램핑 영역 (135)과 스페이서 영역 (137) 사이 및 스페이서 영역 (137)과 연결 영역 (136) 사이에 형성된다. 플렉셔 베어링 (138)은 클램핑 영역 (135), 연결 영역 (136) 및 스페이서 영역 (137)에 대하여 두께가 감소된다. 그것에 의해 힌지(hinge)가 형성된다. 상기 플렉셔 베어링의 강성(rigidity) 조정은 한편으로는 반경의 설계 (139)뿐만 아니라 두께의 감소로 달성된다. 또한, 부드러운 플렉셔 베어링 (138)을 형성하기 위해 하나 또는 다수의 슬롯형 리세스 (141)이 제공될 수 있다. 평면 디자인 대신에, 스페이서부 (137)는 또한 프레임 또는 지지 구조로서 구성될 수 있다. 클램핑 영역 (135)을 장착 블록 (82)과 핀으로 고정하기 위해, 판 스프링 요소 (61)를 고정 장치 상에 정렬시키기 위해 홀 (142)이 제공된다. 반대편에 연결 영역 (136)에는 전달 요소 (42)가 위치될 수 있는 수용 구멍 (143)이 제공된다. 연결 영역 (136)과 전달 요소 (42)는 바람직하게는 접착 연결(adhesive connection)에 의해 서로 연결된다.
도 11은 가이드 (57)와 고정 장치 (58)의 다른 실시 예를 도시한다. 이 실시 예에서 가이드 (57)와 고정 장치 (58)는 일체형으로 제공된다. 가이드 (57)를 하나의 공작물 바디 (workpiece body)로부터 가공을 통해, 예를 들어, 부식(eroding) 또는 초미세 가공을 통해, 클램핑 영역 (135)은 고정 장치 (58), 특히 장착 블럭 (82)과 일체로 연결될 수 있고, 그럼에도 불구하고 판 스프링 요소 (61, 62)가 플렉셔 베어링 (138), 스페이서부 (137) 및 연결 영역 (136)로 구성될 수 있다. 지지 바디 (146)는 판 스프링 요소 (61,62)들 사이에서 연장된다. 상기 바디는 길이 방향 축 (43,48)을 따라 또는 Z-방향으로 전달 요소 (42)의 편향 운동을 제한한다. 연결 영역 (136)의 다른 두 개의 면측 단부는 전달 요소 (43)에 고정적으로 연결되어 상하 방향으로의 이동, 즉 Z 방향으로의 이동이 제한된다.
도 12는 상술한 측정 수단 측정 장치 (12)의 다른 실시 예의 개략적인 측면도를 나타낸다. 이 측정 장치 (12)는 특히 도 6 및 도 7에서 설명된 구조와 비교하여 구동 장치 (45)의 관점에서 상이하게 구성된다. 구동 장치 (45)의 구동 모터 (97)는 측정 수단 (12)의 기저체 (16)의 내부에 있지 않고 외부에 제공된다. 즉, 구동 모터 (97)는 내부, 즉 커버 요소 (52)의 하측에 배치된다. 또한, 구동 요소 (96)는 내부 및 커버 요소 (52)의 하측 상에 고정된다. 이 실시 예에서, 구동 요소 (96)는 소위 텔레스코픽(telescopic) 스핀들로 구성된다. 이 텔리스코픽 스핀들은 구동 모터 (97)에 의해 톱니형 벨트 (99)를 통해 회전 구동 장치 (98)에 의해 구동되는 중앙 구동 스핀들을 포함한다. 이는 텔레스코픽 스핀들의 텔레스코픽 연장 운동을 달성하여, 제 1 자극 (67)과 함께 하부 자유단에 배치된 수용 장치 (71)가 반대 극 (68)을 향해 이동된다.
측정 수단 (12)의 이러한 실시 예는 낮은 높이 구조의 이점을 갖는다. 하우징 외부에 위치된 회전 구동 장치 (98)는 커버 (여기서는 더 자세하게는 도시되지 않음)에 의해 보호될 수 있다. 도 13은 도 2의 측정 수단 (12)의 다른 실시 예를 도시한다. 이 측정 수단 (12)은 전술한 예시적인 실시 예와 다른 전달 요소 (42) 용 가이드 (57)를 포함한다. 이 실시 예에서, 고정 장치 (58)는 바람직하게는 원통형으로 설계되고 상부 및 하부 단부 상의 각각 하나의 압력 격막(pressure diaphragm) 요소 (151, 152)를 수용한다. 평행하게 이격된 압력 격막 요소 (151, 152)의 배열로 인해, 이동축 (48)을 따른 변위 이동은, 자기 전달 장치 (66) 또는 제 2 자극 (67)을 통한 자기력의 임팩트에 따라, 수용 장치 (71)에 의해 전달 요소 (42) 상에 배열된 제2 자극 (68)에 적용된다. 인덴터 (41)는 부착 링 (74)에 대해 동축으로 아래쪽 또는 바깥쪽으로 이동된다. 측정 대상의 측정면에서 인덴터 (41)가 침투 이동한다. 압력 격막 요소 (151, 152)는 단면에서 파형 모양으로 설계될 수 있다. 위에서 본 경우, 이는 동심원들이 제공됨을 의미한다. 주행 축 (48)을 따른 편향 운동의 자유도 또는 편향력은 파의 수 및 높이에 의해 한정될 수 있다. 압력 격막 요소 (151, 152)는 바람직하게는 비자성 재료로 제조된다. 상기 요소들은 얇은 디스크 형상의 탄성 재료로 구성된다.
제 1 측정 수단 (78)은 전달 수단 상에 제공되고, 측정 수단 (78)의 센서 요소는 전달 요소 상에 고정되어 배치되고, 측정 수단 (78)의 상보적(complementary) 센서 요소는 고정 장치 (58) 상에 고정되어 배치된다. 이동축 (48)을 따른 변위 이동에 의해, 2 개의 센서 요소 사이의 거리가 변경되고, 이에 따라 이동 경로의 정확한 결정이 가능해진다. 이 제 1 측정 수단 (78)은 전술 한 제 1 측정 장치 (78)과 유사하게 작동한다.
바람직하게는, 제 2 측정 수단 (91)이 전달 요소 (42) 상에 배치된다. 제 2 측정 수단 (91)은 마찬가지로 전달 요소 (42) 상에 직접적으로 센서 요소를 포함하고, 이에 인접하여 고정 장치 (58) 상에 배치된 제 2 센서 요소를 포함한다. X 방향 또는 X 방향의 반대로 주행 이동 중에 인덴터 (41)의 편향의 편차가 이 제 2 측정 수단 (91)에 의해 검출될 수 있다. 제 2 측정 수단 (91)의 구성은 도 9에서 설명한 측정 수단 (91)에 해당한다.
도 14는 인덴터 (41)에 가까이 배향된 하부 또는 제 2 압력 격막 요소 (152)에 대한 밑에서 본 개략도이다. 고정 장치 (58)는 바람직하게는 클램프 방식으로 압력 격막 요소 (152)를 수용한다. 압력 격막 요소 (151)에 제공되는 압력 격막 요소 (152)의 동심 파형은 점선으로 도시되어있다. 또한, 이 저압 격막 요소 (152)는 상부 압력 격막 엘리먼트 (151)와 달리, 서로 평행하게 이격된 2 개의 종방향 슬롯 (152)을 포함한다. 종방향 슬롯 (152)은 X 방향으로 배향되거나 X 축에 평행하게 연장된다. 이것은 압력 격막 요소 (152)가 Y 축을 따라 부드럽거나 탄력적으로 구성되고 X 축에 견고하게 구성되는 이유이다. 결과적으로, 내스크래치성의 측정 중에 인덴터 (41)의 X 방향으로의 편향을 검출할 수 있다.
도 13에 따른 실시 예에서, 제 2 측정 수단 (91)과 유사하게, 90o만큼 오프셋되어 배치된 다른 측정 수단이 전달 핀 (42) 상에 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 인덴터 (41)의 편향 운동은 Y 방향으로 검출될 수 있다.
이하에서는 상술한 실시 예들과 대안들에 참조가 된다.
도 15는 측정 장치 (12)의 도 2의 실시 예 대신에 다른 실시 예의 제 1 사시도를 나타낸다. 도 16은 도 15에 따른 측정 장치 (12)의 다른 실시 예의 또 다른 사시도이다.
이 측정 장치 (12)는, 힘 발생 수단 (44)의 구동 장치 (45)가 다르게 구성된다는 점에서 도 2에 따른 제 1 실시 예와 다르다. 보다 잘 설명하기 위해, 도 17은 구동 장치 (45)의 이러한 대안적인 실시 예의 개략적인 단면도를 나타낸다.
이러한 대안적인 실시 예의 구동 장치 (45)는 하우징 (47), 특히 커버 요소 (52) 상에 배치된다. 구동 모터 (97)는 서로 평행하게 배향된 2 개의 톱니형 랙(rack) (161, 162)에 의해 형성된 구동 요소 (96)에 동력을 공급한다. 이러한 한 쌍의 톱니형 랙 (161, 162)은, 결국 구동 모터 (97)와 회전 가능하게 연결된 구동 휠 (163)에 의해 동력을 받는다. 구동 휠 (163)은 바람직하게는 구동 모터 (97)의 구동 샤프트 상에 직접 제공된다. 선택적으로, 감속 또는 변속을 위한 기어 기구가 그 사이에 제공될 수 있다. 이 구동 휠 (163)은 톱니형 랙 (161, 162)에 동시에 동력을 제공한다. 이는 톱니형 랙 (161, 162)의 대향된 변위 이동을 유도한다.
구동 모터 (97) 또는 구동 휠 (163)의 구동 샤프트의 회전 운동은 간단한 방식으로 검출 또는 디코딩될 수 있으므로, 구동 휠 (163) 및 톱니형 랙 (161, 162)의 고정된 기하학적 관계에 기인하여, 제 1 자극 (67)의 영구 자석의 주행 경로의 정확한 검출 및 구동이 가능해진다.
톱니형 랙 (161, 162)의 변위 이동은 전달 요소 (42) 또는 인덴터 (41)의 주행 축 (48)에 수직으로 배향된 주행 축 (46)을 따라 발생한다. 따라서, 예시적인 실시 예에서 주행 축 (48)은 Z 방향, 즉 수직 방향으로 배향되고, 주행 축 (46)은 X/Y 평면에서 각각 수평으로 배향된다.
구동 요소 (96)는 가이드 (165)에 의해 변위 가능하게 수용된다. 가이드 (165)는 바람직하게는 서로 평행하게 배향된 하나 이상의 변위 가능한 캐리지 (167)를 안내하는 2 개의 가이드 레일 (166)로 구성된다. 각각의 경우에, 하나의 톱니형 랙 (161, 162)가 캐리지 (167) 상에 배치된다.
제 1 자극 (67)이 2 개의 별개의 영구 자석으로 형성되는 것은 이 대안적인 실시 예에서 제공된다. 대안으로, 다수의 분리된 영구 자석이 또한 제공될 수 있다. 제 2 자극 (68)은 별개의 영구 자석의 개수로 제 1 영구 자석 (67)에 적용된다. 전달 요소 (42) 상의 수용 수단 (71)은 이동 축 (48)과 동일한 거리에 제 2 자극 (68)을 형성하기 위한 영구 자석을 수용하는 2 개의 개별 오목부(depressions)를 포함한다.
제 1 자극 (67)을 수용하는 수용 장치 (71)는 서로 분리되어 배치된 2 개의 수용 요소 (71)에 의해 형성된다. 영구 자석을 위한 각각의 수용 요소 (71)는 톱니형 랙 (161, 162) 상에 배열되고, 이들 각각은 수용 수단 (71)이 평행하게 연장되는 2 개의 톱니형 랙 (161, 162) 사이에 위치되도록 배향된다(oriented).
측정 장치 (12)의 초기 위치에서, 제 1 자극 (67)의 2 개의 영구 자석은, 서로 반대 방향으로 배치된 제 2 자극 (68)의 영구 자석들에 자력을 부여하지 않거나 거의 부여하지 않도록 서로 이격되어 있다. 인덴터 (41)의 침투 이동을 구동하기 위해, 구동 모터 (97)에 의해 구동 휠 (73)에 회전 운동이 유도되고, 두 개의 톱니형 랙 (161, 162)이 동기적으로 구동되고 서로 반대 방향으로 변위된다. 제 1 자극 (67)의 2 개의 영구 자석은 동시에 서로를 향해 이동된다. 도 17에 도시 된 바와 같이 제 1 자극 (67)의 영구 자석이 제 2 자극 (68)의 영구 자석의 위치에 있을 때, 중첩 정도가 작기 때문에 작은 자력 만이 전달된다. 제 1 자극 (67)의 영구 자석이 제 2 자극 (68)의 영구 자석과 일치하도록 위치될 때까지 이들 방향으로 서로 이동하면 힘의 최대 전달이 존재한다. 중첩 정도는 측정 장치 (12)의 제어에 의해, 특히 침투 운동에 따라 또는 인덴터 (41)의 이동 경로에 따라 좌우된다.
인덴터 (41)의 침투 이동을 구동하는 제 1 자극 (67)의 영구 자석들의 상기 변위 이동과는 달리, 제 1 자극 (67)의 영구 자석이 초기 위치에서 다음에 인접하여 위치되고, 제 2 자극 (68)의 영구 자석이, 먼 거리에서, 서로 직접 인접하도록 배치된 제 1 자극 (67)의 2 개의 영구 자석의 외측에 위치하도록 제공될 수 있다. 이 경우, 제 1 자극 (67)의 영구 자석의 변위 이동이 서로 멀어지게 유도된다.
도 15 내지 도 17에 도시된 실시 예에서, 주행 축 (46)은 예를 들어 도 2에 도시된 좌표계에 따라 배향된다. 대안적으로, 이 주행 축 (46)은 또한 XY 평면 내의 다른 방향, 특히 X 축으로 배향될 수 있다.
도 15에 따른 측정 장치 (12)의 또 다른 실시 예 (상세히 도시되지 않음)에 따르면, 제 1 및 제 2 자극 (67, 68)은 하나의 영구 자석으로만 구성될 수도 있다. 그러므로, 제 1 자극 (67)이 고정된 단지 하나의 구동 요소의 구동은 전달 요소의 주행 축 (48)에 수직인 주행 축 (46)을 따라 상기 극(pole)을 변위시키기에 충분하다.
또한, 대안적으로, 예를 들어, 자극 (67, 68) 당 2 개 이상의 영구 자석들이 제공된다. 상기 자석들은 원의 둘레에 배열될 수 있다. 이러한 방식으로, 제 1 자극 (67)의 다수의 영구 자석은 피봇(pivot) 운동에 의해 제 2 자극 (68)의 각각의 영구 자석에 대해 부분적으로 또는 완전히 중첩될 수 있다.
부수적으로, 전술한 실시 예 및 대안은 도 15 내지 도 17에 따른 전술한 측정 장치 (12)에 대해서도 직접적으로 또는 유사하게 적용된다.
전술한 측정 장치 (12)는 오버헤드(overhead) 측정뿐만 아니라 도면에 도시된 바와 같이 직립(upright) 위치에서의 측정을 가능하게 한다.
측정 기구 (11)에서 측정 장치 (12)로 시편 (14)의 표면의 경도 측정을 수행하는 것은 다음과 같이 수행된다:
시편 (14)을 측정 테이블 (26)에 올려 놓은 후, 측정 장치 (12)는 스탠드 (17)에 의해 시편 (14) 위에 위치된다. 상기 측정 장치 (12)의 이 초기 위치에서, 인덴터 (41)는 초기 위치에 있으며, 즉, 인덴터 (41)는 하우징의 베이스 플레이트 (51)의 밑면에 대해 또는 하우징 (47)에 고정된 부착 링 (74) 상의 장착면 (76)에 대해 뒤에 설치된다. 이어서, 측정 장치 (12)는 스탠드 (17)의 적어도 하나의 모터 (19)에 의해 시편 (14)의 표면쪽으로 이동된다. 측정 장치 (12)의 부착 링 (74)의 장착면 (76)이 시편 (14) 상에 놓일 때, 이송 이동은 고정된다. 이어서 힘 발생 수단 (44)이 작동된다. 구동 수단 (45)은 구동 요소 (96)를 작동시켜서 구동 요소 (96)가 인덴터 (41)를 향한 방향으로 주행 축 (46)을 따라 변위 운동을 수행한다. 자기 전달 장치 (66)로 인해, 자극 (67)은 자극 (68)을 향해 이동한다. 2 개의 자극 (67, 68)의 반발하는 자력으로 인해, 주행 축 (46)을 따른 이송 운동은 자극 (67)으로부터 자극 (68)으로 비접촉식으로 전달된다. 이 가이드 (57)에 의해, 인덴터 (41)는, 아래로 시편 (14)의 표면을 향하여 전달 요소 (42)의 길이 방향 축 (43)과 바람직하게는 일치되는, 주행 축 (46)을 따라 이동된다. 인덴터 (41)가 시편 (14)의 표면 상에 놓이면, 제 1 측정 수단 (78)은 거리의 변화를 결정하지 않으므로, 구동 수단 (45)의 이송 운동은 제어부 (33)를 통해 고정된다. 이 초기 위치는 제로 위치로서 제어부 (33)에 전달된다. 이어서, 구동 요소 (96)의 또 다른 이송 운동이 제어부 (33)에 의해 구동됨으로써 인덴터 (41)의 시편 (14) 내로의 침투 이동을 구동한다. 제 1 측정 수단 (78)은 침투 경로를 결정한다. 테스트 힘은 제 3 측정 수단 (105)에 의해 검출된 구동 요소 (96)의 이송 운동으로부터 결정될 수 있다. 선택적으로 및/또는 비교를 위해, 인덴터 (41)에 작용하는 테스트 힘은 또한 제 4 측정 수단 (110)에 의해 결정될 수 있다. 이들 측정된 값 및 인덴터 (41)의 기하학적 형상으로부터, 시편 (14)의 표면의 경도가 결정될 수 있다. 인덴터 (41)는 구형 또는 피라미드 형일 수 있다. 이 인덴터는 바람직하게는 다이아몬드(diamond), 토파즈(topaz), 커런덤(corundum) 또는 석영(quartz)으로 이루어진다.
계속해서, 측정 장치 (12)가 시편 (14)에서 들어 올려지고, 및/또는 구동 요소 (96)가 구동되어 인덴터 (41)에 대향하여 변위 운동을 수행한다. 이는 동시에 또는 차례로 수행될 수 있다. 측정 장치 (12)는 초기 위치로 복귀된다. 가이드 (47)를 사용하여, 인덴터 (41)는 마찬가지로 전달 핀 (42)과 함께 초기 위치로 다시 설정된다.
이어서, 시편 (14)에 침투 위치를 도입한 후, 광 검출 장치에 의해 침투 위치의 맵핑을 확립하여 광학적인 평가를 행할 수 있다.
시편 (14)의 표면의 내스크래치성을 결정하기 위해, 시편 (14)는 측정 테이블 (25) 또는 측정 테이블 (15)의 측정 테이블 리셉터클 (26) 상에 위치된다. 시편 (14) 위에는 측정 장치 (12)가 위치되어, 시편 (14)의 표면에 수직인 이송 운동에 의해 인덴터가 상기 시편쪽으로 이동할 수 있다. 구동 장치 (45)가 작동되어, 구동 요소 (96)는 인덴터 (41)를 향한 방향으로 주행 축 (46)을 따라 이송 운동을 수행한다. 이 이송 운동은 자기 전달 장치 (66)에 의해 인덴터 (41)의 변위 운동으로 변형되어, 인덴터가 초기 위치로부터 작동 위치로 이동된다. 이 작동 위치에서, 인덴터 (41)는 하우징 (47)의 베이스 플레이트 (51) 또는 하우징 (47)의 베이스 플레이트 (51)의 리세스(recess) (55)에 배치된 부착 링 (47)의 하측에 대해 돌출한다.
그 후, 측정 장치 (12)는 시편 (14)쪽으로 이동한다. 예를 들어, 이는 모터 (19)에 의해 이루어진다. 인덴터 (41)가 시편 (14)의 표면 상에 배치되면, 이송 운동은 고정된다. 이 접촉은 제 1 측정 수단 (78)에 의해 검출된다. 측정 수단 (12)은 시편 (14)의 시작 위치에 배치된다. 이 시작 위치는 제로 위치로서 제어부 (33)에 저장된다. 이 시작 위치는 내스크래치성을 결정하기 위한 소위 사전-스캔(pre-scan)을 위한 것일 수 있다. 상기 시작 위치는 또한 시편의 표면 조도를 측정하기 위한 것이다.
이 시작 위치에 기초하여, 먼저 사전-스캔이 수행될 수 있는데, 즉, 시편 (14)의 표면은 시편 (14)의 표면의 미리 결정된 변위 경로를 따라 스캐닝된다. 변위 경로는 예를 들어 X 축을 따라 시편 (14)에 대해 접선 방향(tangentially) 또는 직각 방향으로 배향된다. 바람직하게는, 측정 장치 (12)는 움직이지 않으며, 측정 테이블 (25)은 도 1에 따라 화살표 (27)의 방향으로 모터 (28)에 의해 변위됨으로써, 표면의 위치 및 표면의 윤곽을 스캐닝하고 측정 신호를 사전-스크래치 프로파일 데이터로서 또는 사전-스캔으로서 저장한다. 그 후, 측정 장치 (12)는 시편 (14)에서 들어 올려진다. 측정 장치 (12) 및 측정 테이블 (25)은 시작 위치로 다시 위치된다. 그 후, 다시 제어부 (33)에 의해, 화살표 (27)에 따른 사전-스캔과 동일한 변위 운동이 모터 (28)를 사용하여 구동된다. 이 변위 이동과 동시에, 구동 수단 (45)이 구동되어, 인덴터는 테스트 힘이 가해지며, 이에 따라 인덴터 (41)는 측정 테이블 (25)의 변위 이동 중에 시편 (41)의 표면 내로 점점 침투한다. 이 침투 이동은 제 1 측정 장치 (48)에 의해 검출된다. 동시에, 인가된 테스트 힘은 제 3 측정 장치 (105)를 사용하여 계산된다. 또한, 실제로 인가된 테스트 힘은 제 4 측정 수단 (110)에 의해 검출될 수 있다. 이것에 추가하여, 제 2 측정 수단 (91)에 의해 인덴터 (41)의 화살표 (27)에 따른 주행 방향의 편향(변형)이 검출된다. 사전 정의된 테스트 힘을 가한 후에 미리 정의된 변위 이동이 끝나면 측정 장치가 결국 시편 (14)에서 들어 올려진다. 스크래치가 도입되는 동안 검출된 측정 신호는 제어부 (33)에 의해 저장되고 내스크래치성을 결정하기 위해 평가된다.
측정 장치 (12) 및 측정 테이블 (25)은 다시 시작 위치로 복귀될 수 있다. 그 후, 소위 사후-스캔이 발생할 수 있다. 인덴터 (41)는 스크래치에 위치한다. 다시, 측정 테이블 (25)의 변위 운동은 화살표 (27)에 따라 수행되고, 이에 의해 인덴터 (41)는 스크래치를 따라 그리고 스크래치 내로 안내된다. 다시, 화살표 (27)에 따른 측정 테이블 (25)의 주행 이동이 발생하여, 인덴터 (41)를 스크래치를 따라 그리고 스크래치 내로 안내한다. 인덴터 (41)가 스크래치에서 변위 이동하는 동안, 측정 신호는 제 1 측정 수단 (78) 및 적어도 제 2 측정 수단 (91)에 의해 다시 검출된다. 이에 부가하여, 사전-스캔, 스크래치의 도입 및/또는 다른 측정 수단의 다른 센서에 의한 사후-스캔 동안, Y 방향으로의 인덴터의 편향, 즉 시편 (14)의 표면의 평면에서 X 방향에 수직한 방향으로의 편향이, 검출될 수 있다.
스크래치의 도입 이후 및/또는 사후-스캔 이후에, 광학 검출 수단 (29)은 스크래치를 검출할 수 있고 부가적으로 광학적 평가를 허용할 수 있다.
시편 (14)의 표면 조도를 측정하기 위해, 내스크래치성을 측정하는 것과 마찬가지로 시작 위치가 다시 취해진다. 이 시작 위치에서 시작하여, 인덴터 (41)는 시편 (14)의 표면상의 소정의 변위 경로를 따라 이동된다. 변위 경로는 시편 (14)에 대해 X 축을 따라 접선 방향 또는 직각 방향으로 배향된다. 이 경우, 측정 장치 (12)는 고정될 수 있고 측정 테이블은 모터 (28)에 의해 화살표 (27)의 방향으로 변위된다. 대안적으로, 측정 테이블은 고정되지 않고 측정 장치 (12)가 변위된다. 마찬가지로, 이 둘 사이에서 상대적인 움직임이 발생할 수 있다. 시편 (14)의 표면 조도에 의해 야기된 종축 (48)을 따른 인덴터 (41)의 변위 이동은 제 1 측정 수단 (78)에 의해 검출되고 제어부 (33)에 의해 평가된다. 시편 (14)의 표면을 따라 소정의 변위 경로를 스캔한 후, 측정 장치 (12)는 시편 (14)에서 들어올려진다.
Claims (39)
- 시편 (14) 표면 내로의 인덴터 (41)의 침투 이동 중에 측정 신호를 검출하는 측정 장치에 있어서, 특히 경도를 측정하거나 시편 (14)의 표면의 내스크래치성을 측정하거나 또는 시편 (14)의 표면에서 인덴터 (41)의 스캐닝 이동 중에 측정 신호를 검출하되, 특히 상기 표면의 조도를 결정하기 위한 것으로서,
힘 발생 수단 (44)을 포함하는 하우징 (47)을 포함하고, 여기서, 힘 발생 수단 (44)은, 인덴터 (41)의 주행 축 (48)을 따라 인덴터 (41)의 변위 운동을 발생시키기 위해 인덴터 (41)와 작동하도록 연결되며, 시편 (14)의 테스트될 표면 내로의 인덴터 (41)의 침투 이동을 구동하거나 스캐닝을 위해 인덴터 (41)를 시편 (14)의 표면 상에 위치시키며,
시편 (14)의 표면 내로의 침투 깊이를 측정하거나 시편 (14)의 표면 상의 스캐닝 이동 중에 주행 축 (48)을 따라 인덴터 (41)의 변위 이동을 측정하기 위한 적어도 하나의 제 1 측정 수단 (78)을 포함하며,
힘 발생 수단 (44)은 구동 장치 (45)와 자기 전달 장치 (66)를 포함하고, 자기 전달 장치 (66)의 자력에 의해 구동 장치 (65)에 의해 구동되는 주행 운동을 인덴터 (41)에 전달하는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제1항에 있어서,
자기 전달 장치 (66)는, 서로 간격을 두고 배치되고 동일한 극으로 서로 배향된 제 1 자극 (67) 및 제 2 자극 (67, 68)을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제2항에 있어서,
전달 장치 (66)의 제 2 자극 (68)은 반대쪽 단부에서 인덴터 (41)를 수용하는 전달 요소 (42) 상에 제공되고,
전달 요소 (42)는 바람직하게는 하우징 (47)의 베이스 플레이트 (51)에 수직이거나 인덴터(41)의 침투 이동의 축에 위치된 주행 축 (48)을 따라, 하우징 (47) 내에서 변위 가능하게 안내되는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
제 1 자극 (67)은, 인덴터 (41)의 침투 이동의 축에 또는그에 평행하게 위치되거나, 인덴터 (41)의 침투 이동의 축에 수직으로 위치하는, 주행 축 (46)을 따라 제 1 자극 (67)의 변위 이동을 구동하는 구동 장치 (45)와 연결되는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
제 1 자극 (67)의 제 2 자극 (68)을 향한 방향으로의 변위 이동에 의해, 시편 (14)으로의 침투력 또는 시편 (14)의 표면을 스캐닝하기 위한 시편 (14) 상의 접촉력에 대해, 인덴터 (41)가 시편을 향한 방향으로 변위 이동이, 조정 가능한 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제4항 또는 제5항에 있어서,
전달 요소 (42)는, 고정 장치 (58)에 배치된 가이드 (57)에 의해 하우징 (47)에 변위 가능하게 수용되며,
가이드 (57)는, 전달 요소 (42)를 구동 장치 (46)의 주행 축 (45)에서 변위 가능하도록 안내하는, 서로 이격된 적어도 2 개의 탄성 요소, 바람직하게는 서로 평행하게 이격된 2 개의 판 스프링 요소 (61, 62) 또는 서로 평행하게 이격된 2 개의 압력 격막 요소 (151, 152)를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제6항에 있어서,
가이드 (57)는 고정 장치 (58)에 해제 가능하게 고정되고, 특히 클램핑되거나, 또는 가이드 (57)가 고정 장치 (58)와 일체로 연결되며,
고정 장치 (58) 및 이에 일체적으로 배치된 판 스프링 요소 (61, 62)는 부식 또는 초 미세 가공에 의해 제조되는 것이 바람직한 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제6항 또는 제7항에 있어서,
판 스프링 요소 (61, 62)는, 고정 장치 (58)에 배치 가능한 클램핑 영역 (135)과, 전달 요소 (42)를 수용하는 대향 연결 영역 (136), 및 이들 사이에 배치된 스페이서부 (137)를 포함하고,
클램핑 영역 (135)은 스페이서부 (137)에 연결되고 스페이서부 (137)는 플랙 셔 베어링 (138)에 의해 연결 영역 (136)에 각각 연결되며, 플렉셔 베어링(138)은 바람직하게는 판 스프링 요소 (61, 62)의 두께와 관련해 테이퍼진 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제8항에 있어서,
플렉셔 베어링 (138)은 판 스프링 요소 (61,62)의 전체 폭에 걸쳐 연장되고 바람직하게는 적어도 하나의 슬롯형 리세스 (141)를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
하우징 (47)은 리세스 (55)를 갖는 베이스 플레이트 (51)을 포함하고, 인덴터 (41)의 변위 운동은 리세스 (55)의 종축과 정렬되고, 전달 요소 (42)의 하측 단부에 제공된 인덴터 (41)는, 베이스 플레이트(51)의 외측면에 대해 돌출된 구동 위치에 있는 베이스 플레이트 (51)의 외측면에 대하여, 리세스 (55) 내측 또는 리세스 (55)에 배치된 부착링 (75) 내측의 초기 위치로부터 위치 가능한 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
가이드 (57)는 초기 위치에 인덴터 (41)가 배치된 상태에서 전달 요소 (42)를 고정하고, 인덴터 (41)는 시편 (14)을 향한 하우징 (47)의 하부면에 대해 안쪽으로 뒤에 배치되는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제10항에 있어서,
제 1 측정 수단 (78)은 인덴터 (41)에 인접한 하우징 (47)의 베이스 플레이트 (51) 상에 제공되며, 바람직하게는 인덴터 (41)의 내부 단부에 배치된 측정 프로브 (77)를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제2항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
구동 장치 (45)는 주행 축 (46)을 따라 변위 가능한 적어도 하나의 구동 요소 (96)를 포함하는 하우징 (47)의 커버 요소 (52)에 제공되고, 구동 요소 (96)는 인덴터 (41)의 주행 축 (48)에 또는 인덴터 (41)의 주행 축 (48)에 평행하게 위치되고, 구동 요소 (96)는 전달 요소 (42)를 향하는 단부에서 제 1 자극 (67)을 수용하는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제13항에 있어서,
구동 요소 (96)는 회전에 대해 고정된 방식으로, 특히 커버 요소 (52) 상에 배열된 가이드 (106)로, 하우징 (47) 상에 제공된 가이드 (106)를 가진 구동 스핀들로서 안내되며, 또는
구동 요소 (96)는 텔레스코픽 스핀들로서 구성되고 구동 요소 (96)가 구동 모터 (97)에 의해 구동되는 회전 구동 장치 (98)와 연결되는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제14항에 있어서,
회전 구동 장치 (98)는 벨트 구동 장치로서 구성되어 구동 요소 (96)를 구동하는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제2항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
구동 요소 (96)의 주행 축 (46)은 인덴터 (41)의 주행 축 (48)에 수직으로 배향되고, 구동 요소 (96)는 적어도 하나의 제 1 자극 (67)의 변위이동을 구동하되, 바람직하게는 제 1 자극 (67)을 형성하는 2 개 이상의 영구 자석의 동시 변위 이동을 구동하고,
제 1 자극 (67)은 제 2 자극 (68)을 형성하는 대응하는 개수의 영구 자석에 대해 부분적으로 중첩되는 위치 또는 일치하는 위치로 전달되는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제16항에 있어서,
구동 요소 (96)는, 인덴터 (41)의 주행 축 (48)에 수직하게 회전 구동 장치 (98)로 작동 가능하고 바람직하게는 가이드 레일 (166)을 따라 변위 가능한, 한 쌍의 톱니형 랙 (161, 162)에 의해 형성되고,
특히 제 1 자극 (67)을 형성하기 위한 하나의 영구 자석이 대향 톱니형 랙 (161, 162)을 마주하는 방식으로 제공되는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제16항 또는 제17항에 있어서,
전달 요소(42)는 전달 요소 (42)의 주행 축 (48)과 동일한 거리에 제 2 자극 (68)을 형성하기 위한 적어도 2 개의 영구 자석을 수용하는 수용 장치 (71) 를 포함하고,
바람직하게는 제 1 자극 (67)의 영구 자석은 부분 중첩 또는 일치 구성을 위해 제 2 자극 (68)의 영구 자석을 향하는 방향으로 동시에 변위 가능한 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
구동 요소 (96)의 구동 운동은 제 3 측정 수단 (105)에 의해 모니터링되는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
제 4 측정 수단 (110), 특히 힘 센서가 구동 요소 (96)와 그 위에 배치된 제 1 자극 (67) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
진동 감쇠 장치 (120)는 전달 요소 (42) 상에 배치된 제 2 자극 (68)에 놓여지는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제21항에 있어서,
진동 감쇠 장치 (120)는 제 2 자극 (68)을 둘러싸는 강자성체, 특히 튜브로 제조된 외장 (121)으로서 형성되고,
인덴터 (41)의 초기 위치에서, 제 2 자극 (68)은 외장 (121) 내로 적어도 부분적으로 진입되어있는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
서로 평행하게 이격된 2 개의 판 스프링 요소 (61,62) 사이에 보상 요소 (89)가 제공되며, 보상 요소 (89)는 고정 장치 (58)에 선회 가능하게 장착되고, 바람직하게는 보상 요소 (89)는 그 단부로 전달 요소 (42) 안에 돌출하고,
판 스프링 요소 (94)가, 상기 자극을 수용하고 그에 고정되는 전달 요소 (42)의 단부를 향하는 방향으로 연장되도록 제공되는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제23항에 있어서,
보상 요소 (89)는 클램핑 수단 (85), 특히 스트랩 장착 수단에 의해 고정 장치 (58) 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제7항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
베이스 플레이트 (51)로 소정의 거리에 배치된 판 스프링 요소 (61) 또는 압력 격막 요소 (151)가 고정 장치 (58)에 단단히 고정되고,
베이스 플레이트 (51) 부근에 배치된 판 스프링 요소 (62) 또는 압력 격막 요소 (152)는, 주행축 (48)에 수직인 방향으로 길이 방향 슬롯 (153)에 의해 형성된 부분 (154)에 대해 변위 가능하게 고정 장치 (58) 상에 장착되고,
바람직하게는 제 2 측정 수단 (91)이 판 스프링 요소 (62)의 변위 이동을 검출하는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 시편 (14) 표면 내로의 침투 깊이를 검출하기 위한 측정 기구에 있어서, 특히 시편 (14)의 표면의 내스크래치성을 검출하거나 시편 (14)의 표면의 표면 조도를 검출하기 위한 것으로서,
- 시편 (14)을 수용하기 위한 측정 테이블 (25),
- 측정 장치 (12)를 초기 위치로부터 측정 위치 (22)로 이송하기 위한 핸들링 수단 (17),
- 적어도 측정 테이블 (25)과 핸들링 수단 (17)이 제공되는 기저체 (16),
- 시편 (14) 상의 측정 장치 (12)로 구동 및 측정하기 위한 제어부 (33)로서, 핸들링 장치 (17)로 시편 (14) 상에서 측정 장치 (12)의 인덴터 (41)의 적어도 변위 이동을 구동하는 상기 제어부 (33)를 포함하고,
시편 (14)의 표면 내로의 인덴터 (41)의 침투 이동, 또는 시편 (14)의 표면 상의 인덴터 (41)의 스캔 이동이, 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 따른 측정 장치 (12)에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 측정 기구. - 제26항에 있어서,
광학 검출 수단 (29)은 기저체 (16) 상의 측정 장치 (12)에 인접하여 배치되고,
측정 테이블(25)은 측정 장치 (12)와 광학 검출 수단 (29) 사이에서 변위 가능하거나 또는 측정 장치 (12)와 광학 검출 수단 (29)이 측정 테이블 (25)에 대해 변위 가능한 것을 특징으로 하는 측정 기구. - 제26항 내지 제27항에 있어서,
측정 테이블 (25)의 변위 운동은, 특히 시편 (14)의 표면의 평면에 위치된 축을 따른 변위 운동은, 제어부 (33)에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 측정 기구. - 측정 신호를 검출하는 방법에 있어서,
특히, 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따라, 측정 장치 (12)의 시편 (14)의 표면 내로의 인덴터 (41)의 침투 이동 중, 또는 시편 (14)의 표면 상의 인덴터 (41)의 스캐닝 이동 중에 측정 신호를 검출하는 방법으로서,
초기 위치에서, 시편 (14)은 측정 테이블(25) 상에 위치하고, 측정 장치 (12)는 시편 (14) 상에 위치하며,
힘 발생 수단 (44)에 의해 인덴터 (41)의 침투 이동 또는 스캐닝 이동이 구동되고,
여기서, 자력을 사용하여 인덴터 (41)의 시편 (14)으로의 침투 이동이 구동되거나, 자력을 사용하여 시편 (14) 상의 인덴터 (41)의 스캐닝 이동이 구동되는 방법. - 제29항에 있어서,
시편 (14)의 표면의 경도를 측정하기 위해, 제 1 방법의 단계에서,
측정 장치 (12)는 시편 (14) 쪽으로 이동되고,
시편 (14) 상에 측정 장치 (12)를 배치할 때, 이송 운동이 고정되며,
인덴터 (41)가 시편 (14)의 표면에 놓일 때까지 인덴터 (41)의 변위 운동이 구동되고, 이 위치는 후속 경도 측정을 위한 제로 위치로서 제어부 (33)에 전달되는 방법. - 제29항에 있어서,
시편 (14)의 표면의 내스크래치성을 측정하기 위해, 제 1 방법의 단계에서,
측정 장치 (12)가 시편 (14)의 표면 상에 위치되기 전에, 인덴터 (41)에는 변위 운동이 가해지고,
하우징 (47)의 하측에 대해 인덴터 (41)가 자유롭게 돌출하고,
인덴터 (41)가 시편 (41)에 놓일 때 측정 장치 (12)가 시편 (14) 쪽으로 이동하여 고정되며, 이 위치가 후속 내스크래치성 측정을 위한 제로 위치로서 제어부 (33)로 전달되는 방법. - 제29항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
힘 발생 수단 (44)이 테스트 힘을 가하여, 인덴터 (41)가 시편 (41)의 표면 내로의 침투 이동이 적어도 제 1 측정 수단 (78)에 의해 검출되는 방법. - 제29항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
인덴터 (41)의 침투 이동은 힘 발생 수단 (44)의 구동 요소 (46)의 이송 운동에 의해 구동되고,
이송을 위한 힘이 자기 전달 장치 (66)에 의해 구동 요소 (96)로부터 인덴터 (41)로 전달되는 방법. - 제29항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
제 3 측정 수단 (105)에 의해 검출된, 인덴터 (41)에 작용하는 이송 운동으로부터의 힘이, 계산되거나 제 4 측정 수단 (110)에 의해 검출되고,
제 1 측정 수단 (78)에 의해 인덴터 (41)의 시편 (14) 로의 침투 깊이가 검출되고,
시편 (14)의 표면의 경도가 인덴터 (41)의 기하학적 형상에 따라 제 3 또는 제 4 측정 장치 (105, 110)에 의해 계산되거나 검출된 침투력 및 제 1 측정 수단 (78)을 통해 검출된 침투 깊이로부터 결정되는 방법. - 제31항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
자력에 의해 구동되는 시편 (14)의 인덴터 (41)의 침투 이동 중에, 인덴터 (41)의 침투 이동에 수직인 방향으로 측정 테이블 (25)이 변위되고 스크래치가 시편 (14)의 표면 내로 도입되며,
침투 깊이에 대한 제 1 측정 수단 (78)의 측정 신호 및 인덴터 (41)에 할당된 적어도 하나의 추가의 제 2 측정 수단 (91)의 측정 신호를 통해,
제 3 측정 수단 (105)에 의한 구동 요소 (96)의 검출된 이송 운동이나 제 4 측정 수단 (110)의 검출된 측정 신호에 의해 산출된 힘 뿐만 아니라 시편 (41)의 변위 방향에 따른 인덴터 (41)의 편향이 검출되고 평가되는 방법. - 제35항에 있어서,
인덴터 (41)의 시편 (14)으로의 침투 이동 및 스크래치를 도입하기 위한 측정 테이블 (25)의 변위 이동 중에,
시편 (14)의 변위 운동에 대해 직각으로 인덴터 (41)의 편향 운동이 다른 측정 수단의 다른 센서 요소에 의해 검출되는 방법. - 제31항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
시편 (14)에 스크래치가 도입되기 전에,
측정 장치 (12)는 시편 (14)의 표면 상에 위치되고 시편 (14)의 위치 이동에 수직인 방향으로 변위되며,
제 1 측정 수단 (78)에 의해 검출된 측정 신호는 사전-스크래치 프로파일 데이터로서 검출되어 저장되는 방법. - 제31항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
시편 (14)에 스크래치가 도입된 후,
측정 장치 (12)가 스크래치에 놓이고, 측정 장치 (12)를 가진 인덴터 (41)가 시편 (14)의 위치 이동에 수직인 방향으로 변위되고,
측정 장치 (12)에 의해 검출된 신호는 스크래치에서 인덴터 (41)의 변위 운동을 따라 검출되고 사후-스크래치 프로파일 데이터로서 저장되는 방법. - 제29항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
힘 발생 수단 (44)에서의 테스트 힘은 인덴터 (41)의 스캔 운동 중에 일정하게 유지되는 방법.
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