WO2023099074A1 - Profile-scanning device and measuring device and method for capturing sensing profiles during a penetrating movement of a penetrating body into a test body - Google Patents

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WO2023099074A1
WO2023099074A1 PCT/EP2022/078867 EP2022078867W WO2023099074A1 WO 2023099074 A1 WO2023099074 A1 WO 2023099074A1 EP 2022078867 W EP2022078867 W EP 2022078867W WO 2023099074 A1 WO2023099074 A1 WO 2023099074A1
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WO
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scanning
indenter
test body
joint
base body
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/078867
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German (de)
French (fr)
Inventor
Tanja Haas
Henry Thiele
Josef Ludwig
Bernhard Scherzinger
Original Assignee
Helmut Fischer GmbH Institut für Elektronik und Messtechnik
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/40—Investigating hardness or rebound hardness
    • G01N3/42—Investigating hardness or rebound hardness by performing impressions under a steady load by indentors, e.g. sphere, pyramid
    • G01N3/46—Investigating hardness or rebound hardness by performing impressions under a steady load by indentors, e.g. sphere, pyramid the indentors performing a scratching movement
    • G—PHYSICS
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    • G01N3/42—Investigating hardness or rebound hardness by performing impressions under a steady load by indentors, e.g. sphere, pyramid

Definitions

  • PROFILE-SCANNING DEVICE AND MEASURING DEVICE AND METHOD FOR DETECTING PROBING PROFILES DURING AN INSERTION MOVEMENT OF AN INTENDER INTO A PROBE
  • the invention relates to a scanning device for a measuring device for detecting measurement signals during the penetration movement of an indenter into a surface of a test specimen or a layer on the test specimen, in particular for measuring hardness or for determining the adhesive strength of the layer on the test specimen or for determining a surface topology. Furthermore, the invention relates to a measuring device for detecting such measuring signals as described above. also
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the invention relates to a method for acquiring measurement signals during a penetration movement of an indenter into a surface or a layer of the test body.
  • the measuring device includes a tripod, which includes an arm that can be moved up and down in the Z direction relative to a measuring table. This measuring table accommodates the test body, which can be moved at least in one spatial direction of an X/Y plane.
  • An indenter receptacle is provided on the arm of the tripod. This includes a parallel spring system with various sensors designed to record measured values in the X, Y and Z directions, mounted on a mounting plate for connection to the tripod, surrounded by a housing. The parallel spring system can be deformed in the Z direction.
  • An indenter is provided on an underside of the indenter receptacle.
  • the test body In order to measure the scratch resistance of a film or a layer on the test body, the test body is fixed on the measuring table. The indenter of the measuring device is then placed on the surface of the test specimen at a starting point. The test body is then moved in a spatial direction perpendicular to the orientation of the indenter in order to record a profile of the surface of the test body, so-called pre-scratch profile data. This process step is referred to as a pre-scan.
  • the indenter is then lifted off and the test body returned to its starting position.
  • the indenter is then placed on the surface at the starting point and subjected to an indentation force, while the test body is again moved in the same spatial direction as in the pre-scan. This creates a scratch mark on the surface of the test specimen.
  • the indenter is then lifted off again and the test body returned to its starting position.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) A third process step is then activated, in which the indenter is placed on the surface of the test body at the starting point so that it engages in the profile of the scratch mark. The test specimen is then moved in the same spatial direction in the scratch mark. This creates a post-scratch profile. This process step is also referred to as post-scan. This determines the depth of the scratch mark created.
  • This data is processed and evaluated to determine the properties of the surface of the profile body or the coating of the profile body.
  • Such a procedure for measuring the scratch resistance of the film or the layer on the test specimen is time-consuming due to the three successive process steps.
  • the invention is based on the object of proposing a scanning device for a measuring device and a measuring device as well as a method for acquiring measurement signals during a penetration movement of an indenter into a surface of a test body or into a layer of the test body, thereby reducing a test time and/or a improved measurement result can be achieved.
  • a scanning device for a measuring device for detecting measuring signals during a penetration movement of an indenter into a surface or a layer of the test body which has a base body that has an interface for connection to a measuring device, and an interface on the base body or a Lever device provided in the supporting structure of the base body, which has at least one lever arm which can be moved up and down in a spatial direction and comprises at least one scanning element which is attached to the base body or a supporting structure of the
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Base body arranged opposite on the at least one lever arm of the lever device and aligned with the test body or which can be pivoted with respect to the indenter in one spatial direction, in particular Z-direction, and displaced in another spatial direction and also comprises at least one sensor device which initiates a scanning movement of the at least one Scanning element detected. Such a scanning movement is provided in alignment with the measuring device. This makes it possible for a further measurement signal to be determined by the at least one scanning element during a penetration movement of the penetration body. This at least one further measurement signal can be the measurement of a depth of a scratch mark, which is also referred to as a post-scan.
  • This one measurement signal can also be the detection of a surface topology of the surface or the layer of the test body before a scratch mark is introduced.
  • This step is also known as pre-scan. This enables time to be saved, since at least one post-scan and/or one after-scan can be carried out in one operation at the same time as introducing a scratch mark.
  • the pre-scan and the post-scan can also be carried out simultaneously with the introduction of the scratch mark.
  • the lever device of the scanning device preferably comprises at least one lever arm, which is pivotally mounted on the base body or a support structure of the base body via joints. This represents a structurally simple construction. At the same time, an up and down movement of the scanning element is defined in one spatial direction.
  • the lever arm of the lever device can have a support arm section and a power arm section.
  • the support arm section and the power arm section can be designed in one piece.
  • the support arm section and the power arm section can be designed in two parts and are preferably firmly connected to one another. In particular between the support arm section and the force
  • the joint can be provided or the joint can be accommodated in the arm section. This enables the lever arm to be directly connected to the joint in a preferably friction-free arrangement.
  • the power arm section extends between the joint and the base body or a supporting structure of the base body, at the end of which a drive is preferably attached.
  • the support arm portion may extend in the opposite direction from the hinge.
  • the scanning element is preferably accommodated at its free end. This arrangement also makes it possible for the support arm section to have any contours in order to be adapted to the installation situation in the measuring device and to position the scanning element close to the indenter.
  • the joint for receiving the lever arm preferably has an axis of rotation, which is provided for moving the scanning element up and down relative to the test body.
  • An almost vertical up and down movement of the scanning element relative to the test body can be enabled via the length of the support arm section in relation to the length of the lever arm.
  • the joint for the pivotable arrangement of the lever arm can be designed as a cross spring joint, in which a horizontal and a vertical spring element is provided.
  • Such cross-spring elements have the advantage that a deflection movement of the lever arm is made possible in one direction on a quasi-circular path, without an additional deflection movement due to spring deformation. It can thereby be made possible that, during a scanning movement of the surface of the test body, an undesired deflection in a direction, for example in the Y direction, along which the measuring table is moved during the scanning movement, does not occur.
  • the spring elements preferably cross at the pivot point of the vertical spring element.
  • the vertical spring element is clamped between the support arm section and the power arm section and is fastened to the base body or to a support structure connected to the base body with the opposite fastening section of the spring element. This allows for easy assembly.
  • the horizontal spring element is arranged on the section of the support arm section pointing toward the power arm section, and an opposite fastening section is in turn fixed to the base body or to a support structure connected to the base body.
  • the sensor device of the scanning device preferably comprises a force-generating device and/or a displacement measuring device. Furthermore, a data processing device is preferably provided, which can be provided for controlling and/or processing the data of the force generating device and/or displacement measuring device.
  • the force generating device is preferably provided at an end opposite the joint on the force arm section.
  • the path measuring device is preferably assigned to the support arm section.
  • the force-generating device can act between the force-arm section and the base body and, for this purpose, improved detection of measurement signals can be provided on the support-arm section by removing the path-measuring device.
  • the at least one lever arm of the lever device is advantageously balanced when the sensor device is not in operation in such a way that the force arm section has a greater load than the support arm section. This has the advantage that when the sensor device is not in operation, the scanning element arranged on the lever arm is in
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) is arranged in a raised position and assumes this position independently.
  • the lever device comprises two lever arms, with each support arm section accommodating a scanning element. This enables a pre-scan to be recorded with one scanning element and a post-scan to be recorded with the other scanning element at the same time during the introduction of the scratch mark by means of the indenter.
  • the two scanning elements provided on the lever arms are aligned at a distance from one another, so that the indenter of the measuring device can be positioned between them.
  • each of the lever arms is pivotably accommodated by a joint or these two lever arms are preferably pivotally accommodated by the same joint.
  • separate joints can also be provided.
  • the support arm section of the lever arms is L-shaped and a long leg of the support arm section acts on the joint and the scanning element is provided at the end of the short leg. This enables improved integration of the scanning device into the measuring device and a more compact structure
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) or a small volume of space can be achieved.
  • provision can preferably be made for the two support arm sections of the lever device to be aligned so as to run approximately parallel to one another.
  • an alignment device is preferably provided on the base body or coupled to the base body, by means of which the scanning elements can be moved in at least one spatial direction and rotated about at least one spatial direction.
  • This alignment device makes it possible for the position of the at least one scanning element to be adjustable in relation to the indenter.
  • the scanning device is designed with two scanning elements, an adjustment is made possible so that the two scanning elements and a penetrating body arranged between them can be aligned on a common axis.
  • the alignment device has a base plate associated with the base body, as well as an intermediate plate, which is aligned with the base plate, and a connection plate, which is associated with the intermediate plate.
  • the base body, the intermediate plate and the base plate can each be moved and/or rotated in at least one spatial direction.
  • spring elements are provided between the base plate and the intermediate plate and also between the intermediate plate and the connection plate, by means of which the connection plate, the intermediate plate and the base plate are held in relation to one another.
  • a further adjusting device is preferably provided between the intermediate plate and the connecting plate, by means of which a displacement movement or sliding movement along a spatial direction between the intermediate plate and the connecting plate can be controlled.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) allows precise alignment of the or the sensing elements to the indenter.
  • the attachment surface of the base body of the scanning device can also be designed in such a way that the base plate of the alignment is dispensed with. The function of the base plate is then taken over by the base body of the scanning device.
  • the object on which the invention is based is also achieved by a measuring device for detecting measurement signals during a penetration movement of an indenter into a surface of a test body or in a layer on the test body, which has a measuring table on which the test body can be positioned and with a lifting drive device Traverse movement of the indenter along a Z-axis controls and with an indenter receptacle on which the indenter is provided and with a scanning device according to one of the above-described embodiments, in which at least one scanning element is aligned adjacent to the indenter.
  • This can reduce the process time for determining and evaluating the measurement signals, since in addition to measuring the measurement signals of the indenter during the introduction of a scratch mark, at least one further measurement can be carried out by means of a pre- and/or post-scan.
  • the scanning device can be fastened to the indenter receptacle. This enables a space-saving arrangement.
  • such scanning devices it is also possible for such scanning devices to be retrofitted to existing measuring devices.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) a movement of the measuring table on which the test specimen is fixed.
  • the scanning device preferably has a lever device with two lever arms, a scanning element being provided on each supporting arm section of the lever arms and the indenter being positioned between the two scanning elements.
  • one scanning element is provided leading and the other scanning element lags behind the indenter, and in the case of a displacement movement of the test body relative to the indenter opposite to the first spatial direction, the leading scanning element lags behind and the lagging sensing element is used leading to the indenter.
  • the scanning device can thus be used universally and independently of the direction of movement of the test body in relation to the indenter.
  • the indenter receptacle of the measuring device has an interface for mounting on a Z axis and is designed as a flexure joint arrangement which has at least two, preferably three, flexure joints between the interface and the receptacle for the indenter and that the scanning device is securable to the body at the interface of the indenter receptacle or adjacent thereto.
  • This allows the scanning device to also be retrofitted to existing measuring devices. A simple exchange can also be made possible as a result.
  • the object on which the invention is based is also achieved by a method for detecting measurement signals during a penetration movement of an indenter into a surface of a test body or in a layer on the test body, in which the indenter has a
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) measuring device is placed on the surface or layer of the test body, in which the test body is moved at a speed in the spatial direction perpendicular to the test force and in which, during the movement of the test body, the indenter is subjected to a test force and a scratch mark is left in the surface or layer of the test body at least one scanning element of a scanning device is placed on the surface or the layer of the test body before or during the displacement movement of the test body and measuring signals from the surface or layer of the test body are recorded by the at least one scanning element during the introduction of the scratch mark.
  • the at least one scanning element which can be in the form of the aforementioned pre-scan or post-scan.
  • the at least one scanning element is provided ahead of the indenter and/or the at least one scanning element is provided behind the indenter.
  • the maximum amount of time can be saved when at least one scanning element is positioned ahead of and at least one scanning element is positioned behind the indenter and the respective measurement signals are recorded and evaluated at the same time.
  • the at least one leading scanning element, the indenter and the at least one trailing scanning element are aligned lying in a common straight line.
  • This straight line preferably lies in an axis of the movement of the measuring table and/or the indenter holder.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) be used according to the invention individually or together in any combination. Show it :
  • Figure 1 is a perspective view of a measuring device
  • FIG. 2 shows a perspective view of a scanning device for the measuring device according to FIG.
  • FIG. 3 shows a further perspective view of the scanning device according to FIG. 2,
  • FIG. 4 shows a schematic view from below of the scanning device according to FIG. 2,
  • FIG. 5 shows a schematic side view of the scanning device according to FIG. 2,
  • FIG. 6 shows a schematic side view of an alignment device of the scanning device according to FIG. 2,
  • FIG. 7 shows a perspective view of an indenter receptacle of the measuring device in FIG. 1, and
  • Figure 8 is a partial perspective view of the indenter receptacle and the sensing device positioned therewith.
  • a measuring device 11 is shown in perspective in FIG.
  • Such a measuring device 11 can be provided for testing mechanical and/or physical properties of surfaces on test specimens 12, such as foils, layers and/or coatings on objects.
  • this measuring device 11 can also be used as a hardness measuring device in which
  • SUBSTITUTE SHEET penetrate by means of an indenter 14 in the test body 12, a hardness measurement is carried out.
  • this measuring device 11 can be provided to determine the scratch resistance of a film, a layer or a coating on objects. For example, CVD or PVD coatings can be tested with regard to their adhesive strength. Likewise, further micro-scratches can be detected or other deformation information can be detected and analyzed from the surface.
  • This measuring device for determining the topology of a surface of the test body 12 can also go hand in hand with it. In this case, the indenter 14 is placed on the surface of the test piece 12 and moved along the surface to scan the roughness of the surface of the test piece 12 .
  • This measuring device 11 also includes an optical device 16, which includes a microscope and/or a camera.
  • This optical device 16 can be used to record information from a penetration point of the indenter 14 in the surface of the test body 12 .
  • Micro-scratches for example, can also be evaluated electronically with regard to their contour.
  • This measuring device 11 includes a base 17.
  • the base 17 accommodates a measuring table 18, which is preferably designed as a cross table.
  • This measuring table 18 can be moved in an X/Y plane, with the measuring table 18 being able to be moved along a long axis in the X direction and being able to be moved along a short axis in the Y direction.
  • a stand 19 is provided on the base 17 .
  • a lifting drive device 21 is provided in this stand 19, by means of which an indenter receptacle 23 (FIG. 7) can be moved along the Z-axis relative to the measuring table 18.
  • This indenter receptacle 23 accommodates the indenter 14 .
  • the optical device 16 is provided adjacent to the indenter receptacle 23 .
  • the lifting drive device 21 comprises a column guide 24 and preferably a spindle drive 25, with a motor 26 driving a spindle 27 of the spindle drive 25 in order to move along the Z-axis for the indenter
  • the motor 26 is preferably designed as a high-resolution motor, so that it can be controlled in very fine steps in order to control an exact control of a travel path of the indenter holder 23 along the Z-axis.
  • the indenter receptacle 23 is surrounded by a removable measuring head housing 29 .
  • This measuring device 11 can be controlled by a control device which includes a data processing device 31 which is shown schematically.
  • This data processing device 31 can include a display, an input keyboard and other connections, such as a storage medium or an interface for data transmission.
  • FIG. Figure 3 shows a further perspective view of scanning device 111 according to Figure 2.
  • the scanning device 111 comprises a base body 112 which accommodates a lever arm device 114 .
  • This lever arm device 114 comprises two lever arms 115, 116, which each receive a scanning element 117 at their respective ends.
  • the lever device 114 also includes a joint 118 with which the lever arms 115, 116 are pivotably mounted about a horizontal axis.
  • the scanning device 111 includes a sensor device 121.
  • This sensor device 121 includes a force-generating device 122, with a force-generating device 122 being provided for each lever arm 115, 116.
  • the sensor device 121 includes a path measuring device 123. It is provided that a sensor 124 is provided for each lever arm 115, 116, which detects a movement of the lever arm 115, 116.
  • the lever arm 115, 116 is made up of a force arm section 126, 129 and a support arm section 127, 130 is formed.
  • the power arm section 126, 129 and the support arm section 127, 130 are formed in one piece.
  • the lever arms 115 , 116 are accommodated by the joint 118 at a connection point 128 . If the power arm section 126, 129 and the support arm section 127, 130 are each formed as a part and are firmly connected to one another, this interface between the two parts forms the connection point 128.
  • the lever arms 115, 116 are aligned parallel to one another at least in sections.
  • the power arm section 126 of the lever arm 115 has an i-shaped contour.
  • the power arm portion 129 of the second lever arm 116 is positioned inboard of the power arm portion 126 of the first lever arm 115 .
  • the support arm portion 127 of the lever arm 115 is provided, for example, on the outside, and the support arm portion 130 of the lever arm 116 is provided on the lever arm 115 on the inside.
  • the support arm sections 127, 130 have an L-shaped contour when viewed from above.
  • the scanning element 117 is accommodated at the end of the short leg of the L-shaped contour. This enables a space-saving arrangement and a positioning of the scanning elements 117 in relation to the indenter 14, as will be described below with reference to FIG.
  • the joint 118 is designed, for example, as a cross spring joint, which has a first spring element 131, which is aligned horizontally, and a second spring element 132, which is aligned vertically.
  • the first and the second spring element 131, 132 are fastened both to the lever arm 115 and to the lever arm 116.
  • Opposite the clamping point of the second spring member 132 between the support arm portion 127 and the power arm portion 126 or the attachment point 128 is a mounting portion of the second
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Spring element 132 is attached to a support structure 134 of the base body 112 or the base body 112.
  • the support structure 134 and the base body 112 can be connected to one another by a detachable or non-detachable connection.
  • the support structure 134 and the base body 112 can also be formed in one piece.
  • the first spring element 131 which is preferably designed horizontally, acts, for example, on an upper side of the support arm section 127, 130.
  • the vertically oriented second spring element 132 engages on an end face of the support arm section 127, 130, which is offset by 90° to the upper side.
  • This joint 118 designed as a cross spring joint, allows both lever arms 115, 116 to be pivoted about the same axis.
  • the alignment of the spring elements 131, 132 is provided in such a way that a lifting movement of the scanning elements 117 in the Z direction is promoted.
  • the force generating device 122 is positioned close to the main body 112 .
  • Each lever arm 115, 116 is controlled with a force generating device 122.
  • a plunger coil motor with integrated damping can be provided.
  • This force-generating device 122 can be used to control an up and down movement of the scanning element 117, during which the respective lever arm 115, 116 pivots about the joint 118.
  • the sensor 124 of the path measuring device 123 is assigned to each support arm section 127 .
  • These sensors 124 are preferably accommodated by the support structure 134 .
  • a measuring position is preferably provided on each lever arm 115, 116, which lies in a common axis 135, which is formed by the two scanning elements 117 of the lever arms 115, 116 (FIG. 5). In the same axis 135 are preferred
  • the sensors 124 are each provided at an angle to a measuring surface or reference surface provided on the support arm section 127, 130. A respective movement of the lever arms 115, 116 or the support arm sections 127, 130 along the Z-axis can be detected by these sensors 124. These sensors 124 can be fixed to a measuring head housing or to a separate holder. These sensors 124 are preferably arranged on the support structure 134 or the base body 112 . The two sensors 124 aligned opposite one another are preferably aligned at an angle of less than 180° and greater than 90° to one another. Due to the angular arrangement of the sensors 124, an improved evaluation can be made possible with a small movement of the lever arms 115, 116, in particular the support arm sections 127, 130, in the Z direction.
  • the up and down movement of the scanning elements 117 can be made possible, for example, by the sensors 124, such as distance sensors, proximity switches and also by a sensor that works according to a magneto-inductive method or an eddy current method.
  • the scanning elements 117 are accommodated at the front end of the support arm sections 127, 130 in an exchangeable manner. Releasable fastening means can be provided for this purpose. Furthermore, in order to accommodate the scanning elements 117, adjustment elements can be provided in order to set the axis and/or the height of the scanning elements 117 in relation to the support arm section 127, 130.
  • the scanning elements 117 can be designed as needles, for example. These scanning elements 117 can be clamped or screwed to the support arm section 127, 130 by means of releasable fastening elements. These scanning elements 117 can also be provided on the support arm section 127, 130 by means of a quick-change system.
  • FIG. 4 shows a schematic view of the scanning device 111 with the orientation 136 from below.
  • the base body 112 is detachably fixed to the scanning device 136 .
  • the integrated arrangement of the first and second lever arms 115, 116 can be seen from the bottom view.
  • the alignment device 136 can be detachably fastened to a connecting element 98 .
  • This connection element 98 is used to connect the scanning device 111 together with the alignment device 136 to the stand 19 of the measuring device 11. This enables simple assembly and simple replacement of the scanning device 111 and/or the alignment device 136 for the measuring device 11 via the connection element 98.
  • FIG. 5 shows a schematic side view of the scanning device 111 according to FIGS. 2 and 3.
  • the lever arms 115, 116 are preferably held in a basic position in the same horizontal plane by the joint 118. It can preferably be provided that when the sensor device 121 is not in operation, the load distribution on the lever arms 115, 116 is selected in such a way that the scanning elements 117 are moved upwards towards the joint 118 when viewed in a clockwise direction.
  • the scanning device 111 can be attachable to an alignment device 136 .
  • This alignment device 136 can in turn be connectable to a connecting element 98 (FIG. 8) or can be connected to the stand 19 .
  • the scanning device 111 is preferably designed as an assembly.
  • the alignment device 136 can be designed as an assembly.
  • the scanning device 111 can be fixedly mounted on the base body 112 with the alignment device 136, in particular with a base plate 145 of the alignment device 136. Alternatively, the base plate 145 and the base body 112 can also be designed in one piece.
  • This alignment device 136 enables the position of the sensing elements 117 to be changed. This allows the sensing elements 117 which are associated with the indenter 14 to be aligned and adjusted.
  • the alignment device 136 includes a connection plate 146 which can be connected to the connection element 98 .
  • a detachable screw connection can preferably be provided.
  • This connection plate 146 has four depressions 138 of prismatic or similar shape to form an intermediate plate, in which balls 139 are mounted. Opposite is the intermediate plate 141.
  • the balls 139 of the connecting plate 146 engage in depressions 138 of the same or similar shape.
  • the intermediate plate 141 is held fixed to the connection plate 146 by spring elements 142 .
  • An adjusting device 143 is provided between the connecting plate 146 and the intermediate plate 141 . This allows the intermediate plate 141 to be moved or displaced relative to the connection plate 146 along a spatial direction. When the scanning device 111 is installed, the movement is in the X direction.
  • a base plate 145 is assigned to the intermediate plate 141 .
  • This preferably has four indentations 140 which face one another and are prismatic or similar in shape and run obliquely towards one another.
  • the balls 139 engage in depressions of the same or similar shape.
  • the base plate 145 is in turn held fixed relative to the intermediate plate 141 by spring elements 142 .
  • a further adjusting device 144 is also provided in between, by means of which the base plate 145 can be moved relative to the intermediate plate 141 . Due to the oblique arrangement of the prismatic or similarly shaped depressions 140, a pivoting movement takes place. In an installed position of the scanning device 111, a pivoting movement about a Z axis is controlled.
  • the adjusting device 144 can include an adjusting screw 147 which acts on an adjusting element 148 .
  • This adjusting element 148 is firmly connected to the intermediate plate 141 and protrudes into a recess in the base plate 145.
  • the adjusting screw 147 is opposite a counter bearing.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) ger 149 is provided in order to generate a constantly acting counterforce on the actuating element 148. This arrangement ensures that the adjustment screws 147 do not have any play.
  • the adjustment device 143 is constructed analogously and acts between the connecting plate 146 and the intermediate plate 141.
  • This alignment device 136 can be used to adjust the location and position of the scanning elements 117 relative to the indenter 14, preferably rotationally about the Z axis and in the X direction, so that they lie in a common straight line.
  • FIG. 23 A first perspective view of the indenter receptacle 23 is shown in FIG.
  • This indenter receptacle 23 includes an interface 35 through which this indenter receptacle 23 can be connected to the lifting drive device 21 , in particular to the column guide 24 .
  • a receptacle 36 for inserting the penetration body 14 is provided opposite the interface 35 .
  • This penetration body 14 is arranged in the receptacle 36 in an exchangeable manner.
  • Penetrator receptacle 23 is formed between interface 35 and receptacle 36 by a flexure hinge assembly 37 .
  • This flexure joint arrangement 37 comprises at least one first flexure joint 41.
  • This flexure joint arrangement 37 preferably consists of a closed frame 42.
  • the frame 42 can be of rectangular design when viewed in cross section. Seen in a top view, the frame can have a rectangular or trapezoidal contour, for example.
  • the frame 42 includes a rear face 43 on which the interface 35 is provided. On the opposite side, the frame 42 includes a front face 44 which is associated with the receptacle 36 for the indenter 14 .
  • An upper and lower leg extends between the front and rear end faces 43, 44.
  • the leg 45 has a joint 46 adjoining the rear end face 43 and the front end face 44 in each case.
  • This articulation 46 is formed by a cross-sectional reduction in the thickness of the leg 45 .
  • this cross-sectional tapering extends over the entire width of the legs 45 to form the joint 46 .
  • the first flexure joint 41 is preferably made in one piece, that is to say it is made from a monoblock. This first flexure joint 41 can be produced by milling. The first flexure joint 41 is connected to the lifting drive device 21 at the rear end face 35 via the connecting element 98 . As a result, the front face 44 can be deflected along the Z-axis relative to the rear face 43 .
  • the first flexure joint 41 can be designed to transmit a defined force to the indenter 14 in the Z direction during a predefined travel path along the Z axis becomes. For example, a movement of 1 mm along the Z-axis can generate a force of, for example, 30, 50, 100 or 200 N for an indenter 14 resting on the surface of the test body 12 . This results in a defined size for the penetrating movement of the indenter 14 into the test body 12. This enables a first measurement value to be recorded.
  • the lifting drive device 21 can thus form a first measuring device 47 for a movement of the indenter 14 along the Z-axis.
  • the flexure joint arrangement 37 comprises at least one further flexure joint 51.
  • a second flexure joint 51 and a third flexure joint 61 are preferably provided. These solid-state joints 41, 51, 61 are directly connected in series and directly connected to one another.
  • the second flexure joint 51 is preferably flexible along the Y-axis and mechanically rigid in the two other spatial directions, ie in the X-axis and the Z-axis.
  • the second flexure joint 51 is provided on a projection 52 .
  • the projection 52 is fixed directly to the front face 44 of the first flexure joint 41 .
  • the second flexure joint 51 is preferably attached to an underside of the projection 52 or a web or other mount.
  • the second flexure joint 51 consists of a web 53 which has tapers 54 on both sides, which are preferably formed as a mirror image of the web 53 . These tapers 54 are preferably semicircular. In the present exemplary embodiment, provision is made for the web 53 to be formed in two parts, it being possible for a cutout to be provided in the middle region of the web 53 .
  • a connecting element 56 preferably a connecting plate, is provided between the second flexure joint 51 and the third flexure joint 61, in which the web 53 of the second flexure element 51 directly merges.
  • a web 63 of the third solid-state joint 61 extends downward from this connecting element 56.
  • the web 63 is designed analogously to the web 53, so that full reference can be made to this description.
  • the third flexure joint 61 is flexible along the X-axis and mechanically rigid in the two other spatial directions along the Y-axis and the Z-axis.
  • the web 63 of the third flexure joint 61 is rotated by 90° with respect to the web 53 of the second flexure joint 51 .
  • the flexure joint arrangement 37 with the first flexure joint 41, the second flexure joint 51 and the third flexure joint 61 is preferably formed in one piece. Alternatively, it can also be provided that an interface is provided between the first and the second flexure joint 41, 51 and/or between the second and the third flexure joint 51, 61.
  • Sensors 49 assigned to the projection 52 can be attached to an inside of the measuring head housing 29 .
  • a displacement movement or a deflection of the first flexure joint 41 along the Z-axis can also be detected by these sensors 49 .
  • These measurement signals from the sensors 49 and those from the lifting drive device 21 can each be used individually or both for evaluation.
  • a second measuring device 57 is assigned to the second flexure joint 51 and a third measuring device 67 to the third flexure joint 61 .
  • the second and third measuring device 57, 67 can be positioned on the upper leg 45 or the front face 44.
  • sensors 58, 68 of the second measuring device 57 and third measuring device 67 are decoupled from the Z-axis, i.e. when the first flexure joint 41 is deflected along the Z-axis, they are also moved, so that the measuring signals are neutralized by this movement.
  • a sensor mount 72 is preferably provided on the upper leg 45, through which the sensor 58 is received aligned along the Y-axis and the sensor 68 is received aligned along the X-axis.
  • the receptacle 36 has a measuring surface 73, which is assigned to the sensor 58 and sensor 68, so that a change in the distance between the measuring surface 73 and the sensors 58, 68 can be detected independently of one another.
  • a closed supporting frame 75 which accommodates the measuring surface 73 , is in turn provided on the receptacle 36 .
  • This measuring surface 73 is preferably provided opposite the penetration body 14 on the receptacle 36 .
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) corresponding components may be provided on the measuring surface 73 so that the sensors 58, 68 can detect a change in the distance.
  • a through hole 77 is provided in the measuring surface 73 . This is aligned with a further bore 78 in the projection 52. This bore 78 is larger in circumference than that in the receptacle 36 for inserting the indenter 14. This allows the indenter 14 to move to the extent of a possible deflection of the first and second flexure joint 51, 61 given. Furthermore, the penetration body 14 can be fixed in place in the receptacle 36 by means of a tool via the through bore 77 .
  • the recesses of the webs 53, 63 can allow the tool for screwing the indenter 14 to be passed through at their respective crossing points of the second and third flexure joint 51, 61. At the same time, it is made possible for a longitudinal axis of the indenter 14 to lie at the crossing point of the respective pivot axes of the first and second flexure joint 51, 61. This allows geometrically defined conditions for a precise measurement.
  • FIG. 8 shows a perspective partial view of the scanning device 111 and the indenter receptacle 23 in an installation situation or mounting arrangement on the connecting element 98.
  • the scanning device 111 is arranged partially inside the solid-state joint arrangement 37 of the indenter receptacle 23, as a result of which an optimization of the installation space is achieved.
  • the connecting element 98 preferably has a depression 99 through which an interface 35 between the indenter receptacle 23 and the connecting element 98 is provided.
  • a rear face 43 is preferably positioned in the recess 99 of the connection element 98 .
  • the scanning device 111 positioned within the frame 42 of the flexure joint arrangement 37 can be fastened directly to the connection element 98 via the base body 112 . Alternatively, it can be provided, as is also shown in FIG.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) that the scanning device 111 is connected to the alignment device 136 and that this alignment device 136 can be fixed to the connection element 98 .
  • nesting takes place, with all functions, in particular with regard to the respective setting parameters and/or deflections, for both the solid-state joint arrangement 37, the alignment device 136 and the scanning device 111 being maintained.
  • the lever arms 115, 116 are guided past the front end face 44 of the first flexure joint 41 so that the sensing elements 117 are positioned and aligned with the indenter 14.
  • the scanning elements 117 are aligned with the penetration body 14 in an axis which, for example, represents the Y-axis according to FIG.
  • the measuring table 18 is also driven to be movable along this Y-axis.
  • This arrangement of the scanning device 111 for the indenter receptacle 23 has the advantage that while a scratch mark is being made in the surface of the test body 12 or in the layer on the test body 12 with the indenter 14, measuring signals are transmitted by the measuring devices 47, 57, 67 from the indenter 14 can be detected independently and decoupled from the measurement signals of the scanning elements 117 of the scanning device 111 .
  • the measurement signals of the two scanning elements 117 are also independent of one another and can be detected by the scanning device 111 decoupled from one another.
  • This arrangement makes it possible that during a measurement, i.e. during a controlled movement of the test body 12, both a ProScan by a scanning element 117, a post-scan by the further scanning element 117 and the introduction of a scratch mark by the indenter 14 and the detection of the associated signals can occur simultaneously.

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Abstract

The invention relates to a scanning device (111) for a measuring device (11) for capturing measurement signals during a penetrating movement of a penetrating body (14) into a surface of a test body (12) or a layer on the test body (12), comprising a main body (112), which has a mounting interface for arranging on a measuring device (11), comprising a lever device (114), which is provided on the main body (112) or a supporting structure (134) of the main body (112) and has at least one lever arm (115, 116), which is movable up and down in a spatial direction, comprising at least one scanning element (117) which, lying opposite the main body (112) or a supporting structure (134) of the main body (112), is arranged on the at least one lever arm (115, 116) of the lever device (114) and is aligned with the surface or the layer of the test body (12), and comprising at least one sensor device (121), which captures a scanning movement of the at least one scanning element (117).

Description

PROFIL-ABTASTVORRICHTUNG SOWIE MESSVORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR ERFASSUNG VON TASTPROFILEN WÄHREND EINER EINDRINGBEWEGUNG EINES EINDRINGKÖRPERS IN EINEN PRÜFKÖRPER PROFILE-SCANNING DEVICE, AND MEASURING DEVICE AND METHOD FOR DETECTING PROBING PROFILES DURING AN INSERTION MOVEMENT OF AN INTENDER INTO A PROBE
Die Erfindung betrifft eine Abtastvorrichtung für eine Messvorrichtung zur Erfassung von Messsignalen während der Eindringbewegung eines Eindringkörpers in eine Oberfläche eines Prüfkörpers oder eine Schicht auf dem Prüfkörper, insbesondere zur Härtemessung oder zur Ermittlung der Haftfestigkeit der Schicht auf dem Prüfkörper oder zur Ermittlung einer Oberflächentopologie. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Messvorrichtung zur Erfassung solcher vorbeschriebenen Messsignale. Auch be- The invention relates to a scanning device for a measuring device for detecting measurement signals during the penetration movement of an indenter into a surface of a test specimen or a layer on the test specimen, in particular for measuring hardness or for determining the adhesive strength of the layer on the test specimen or for determining a surface topology. Furthermore, the invention relates to a measuring device for detecting such measuring signals as described above. also
ERSATZBLATT (REGEL 26) trifft die Erfindung ein Verfahren zur Erfassung von Messsignalen während einer Eindringbewegung eines Eindringkörpers in eine Oberfläche oder einer Schicht des Prüfkörpers. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the invention relates to a method for acquiring measurement signals during a penetration movement of an indenter into a surface or a layer of the test body.
Aus der DE 699 17 780 T2 ist eine Messvorrichtung und ein Verfahren zur Messung der Kratzfestigkeit eines Films oder einer Schicht auf dem Prüfkörper bekannt. Die Messvorrichtung umfasst ein Stativ, welches einen Arm umfasst, der in Z-Richtung relativ zu einem Messtisch auf und ab bewegbar ist. Dieser Messtisch nimmt den Prüfkörper auf, der zumindest in eine Raumrichtung einer X-/Y-Ebene verfahrbar ist. An dem Arm des Stativs ist eine Eindringkörperaufnahme vorgesehen. Diese umfasst ein Parallelfedersystem mit diversen zur Messwertaufnahme in X, Y, und Z Richtung vorgesehenen Sensoren, montiert an einer Montageplatte zur Verbindung mit dem Stativ, umgeben von einem Gehäuse. Das Parallelfedersystem ist in Z- Richtung verformbar. An einer Unterseite der Eindringkörperaufnahme ist ein Eindringkörper vorgesehen. DE 699 17 780 T2 discloses a measuring device and a method for measuring the scratch resistance of a film or a layer on the test specimen. The measuring device includes a tripod, which includes an arm that can be moved up and down in the Z direction relative to a measuring table. This measuring table accommodates the test body, which can be moved at least in one spatial direction of an X/Y plane. An indenter receptacle is provided on the arm of the tripod. This includes a parallel spring system with various sensors designed to record measured values in the X, Y and Z directions, mounted on a mounting plate for connection to the tripod, surrounded by a housing. The parallel spring system can be deformed in the Z direction. An indenter is provided on an underside of the indenter receptacle.
Zur Messung einer Kratzfestigkeit eines Films oder einer Schicht auf dem Prüfkörper ist vorgesehen, dass der Prüfkörper auf dem Messtisch fixiert wird. Darauffolgend wird der Eindringkörper der Messvorrichtung auf der Oberfläche des Prüfkörpers in einem Startpunkt aufgesetzt. Anschließend erfolgt eine Verfahrbewegung des Prüfkörpers in einer Raumrichtung senkrecht zur Ausrichtung des Eindringkörpers, um ein Profil der Oberfläche des Prüfkörpers, sogenannte Vorkratz-Profildaten, zu erfassen. Dieser Verfahrensschritt wird als Pre-Scan bezeichnet. In order to measure the scratch resistance of a film or a layer on the test body, the test body is fixed on the measuring table. The indenter of the measuring device is then placed on the surface of the test specimen at a starting point. The test body is then moved in a spatial direction perpendicular to the orientation of the indenter in order to record a profile of the surface of the test body, so-called pre-scratch profile data. This process step is referred to as a pre-scan.
Darauffolgend wird der Eindringkörper abgehoben und der Prüfkörper in seine Ausgangsposition zurückgeführt. Anschließend wird der Eindringkörper in dem Startpunkt auf die Oberfläche aufgesetzt und mit einer Eindringkraft beaufschlagt, während der Prüfkörper wiederum in dieselbe Raumrichtung wie beim Pre-Scan verfahren wird. Dadurch entsteht auf der Oberfläche des Prüfkörpers eine Kratzspur. Anschließend wird der Eindringkörper wieder abgehoben und der Prüfkörper in seine Ausgangsposition zurückgeführt. The indenter is then lifted off and the test body returned to its starting position. The indenter is then placed on the surface at the starting point and subjected to an indentation force, while the test body is again moved in the same spatial direction as in the pre-scan. This creates a scratch mark on the surface of the test specimen. The indenter is then lifted off again and the test body returned to its starting position.
ERSATZBLATT (REGEL 26) Darauffolgend wird ein dritter Verfahrensschritt angesteuert, in dem der Eindringkörper im Startpunkt auf die Oberfläche des Prüfkörpers aufgesetzt wird, so dass dieser in das Profil der Kratzspur eingreift. Darauffolgend wird der Prüfkörper in dieselbe Raumrichtung in der Kratzspur verfahren. Dadurch wird ein Nachkratzprofil erstellt. Dieser Verfahrensschritt wird auch als Post-Scan bezeichnet. Dadurch wird die Tiefe der erzeugten Kratzspur ermittelt. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) A third process step is then activated, in which the indenter is placed on the surface of the test body at the starting point so that it engages in the profile of the scratch mark. The test specimen is then moved in the same spatial direction in the scratch mark. This creates a post-scratch profile. This process step is also referred to as post-scan. This determines the depth of the scratch mark created.
Diese Daten werden zur Ermittlung der Eigenschaften der Oberfläche des Profilkörpers oder der Beschichtung des Profilkörpers verarbeitet und ausgewertet. This data is processed and evaluated to determine the properties of the surface of the profile body or the coating of the profile body.
Eine solche Verfahrensweise zur Messung der Kratzfestigkeit des Films cider der Schicht auf dem Prüfkörper ist aufgrund der drei aufeinanderfolgenden Verfahrschritte zeitaufwändig. Zudem kann eine Beeinträchtigung der Genauigkeit der erfassten Messsignale für einen Post- und/oder ProScan mit einem Eindringkörper gegeben sein. Such a procedure for measuring the scratch resistance of the film or the layer on the test specimen is time-consuming due to the three successive process steps. In addition, there may be an impairment of the accuracy of the recorded measurement signals for a post and/or pro scan with an indenter.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abtasteinrichtung für eine Messvorrichtung sowie eine Messvorrichtung als auch ein Verfahren zur Erfassung von Messsignalen während einer Eindringbewegung eines Eindringkörpers in eine Oberfläche eines Prüfkörpers oder in eine Schicht des Prüfkörpers vorzuschlagen, wodurch eine Reduzierung einer Prüfzeit und/oder ein verbessertes Messergebnis erzielt werden kann. The invention is based on the object of proposing a scanning device for a measuring device and a measuring device as well as a method for acquiring measurement signals during a penetration movement of an indenter into a surface of a test body or into a layer of the test body, thereby reducing a test time and/or a improved measurement result can be achieved.
Diese Aufgabe wird durch eine Abtastvorrichtung für eine Messvorrichtung zur Erfassung von Messsignalen während einer Eindringbewegung eines Eindringkörpers in eine Oberfläche oder eine Schicht des Prüfkörpers gelöst, welche einen Grundkörper aufweist, der eine Schnittstelle zur Anbindung an einer Messvorrichtung aufweist, sowie eine an dem Grundkörper oder einer Tragstruktur des Grundkörpers vorgesehene Hebeleinrichtung umfasst, welche zumindest einen Hebelarm aufweist, der in eine Raumrichtung auf und ab bewegbar ist und zumindest ein Abtastelement umfasst, welches dem Grundkörper oder einer Tragstruktur des This object is achieved by a scanning device for a measuring device for detecting measuring signals during a penetration movement of an indenter into a surface or a layer of the test body, which has a base body that has an interface for connection to a measuring device, and an interface on the base body or a Lever device provided in the supporting structure of the base body, which has at least one lever arm which can be moved up and down in a spatial direction and comprises at least one scanning element which is attached to the base body or a supporting structure of the
ERSATZBLATT (REGEL 26) Grundkörpers gegenüberliegend an dem zumindest einen Hebelarm der Hebeleinrichtung angeordnet und zum Prüfkörper ausgerichtet bzw. das zum Eindringkörper in einer Raumrichtung, insbesondere Z-Richtung, schwenkbar und in einer weiteren Raumrichtung verschiebbar ist und des Weiteren zumindest eine Sensoreinrichtung umfasst, welche eine Abtastbewegung des zumindest einen Abtastelementes erfasst. Eine solche Abtastbewegung ist zur Messvorrichtung ausgerichtet vorgesehen. Dadurch wird ermöglicht, dass während einer Eindringbewegung des Eindringkörpers durch das zumindest eine Abtastelement ein weiteres Messsignal ermittelt wird. Dieses zumindest eine weitere Messsignal kann die Messung einer Tiefe einer Kratzspur sein, welche auch als Post-Scan bezeichnet wird. Dieses eine Messsignal kann auch die Erfassung einer Oberflächentopologie der Oberfläche oder der Schicht des Prüfkörpers vor dem Einbringen einer Kratzspur sein. Dieser Schritt wird auch als Pre-Scan bezeichnet. Dies ermöglicht eine Zeitersparnis, da gleichzeitig zur Einbringung einer Kratzspur zumindest ein Post-Scan und/oder ein Nach-Scan in einem Arbeitsgang durchgeführt werden kann. Auch kann gleichzeitig mit der Einbringung der Kratzspur der Pre-Scan und der Post-Scan durchgeführt werden. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Base body arranged opposite on the at least one lever arm of the lever device and aligned with the test body or which can be pivoted with respect to the indenter in one spatial direction, in particular Z-direction, and displaced in another spatial direction and also comprises at least one sensor device which initiates a scanning movement of the at least one Scanning element detected. Such a scanning movement is provided in alignment with the measuring device. This makes it possible for a further measurement signal to be determined by the at least one scanning element during a penetration movement of the penetration body. This at least one further measurement signal can be the measurement of a depth of a scratch mark, which is also referred to as a post-scan. This one measurement signal can also be the detection of a surface topology of the surface or the layer of the test body before a scratch mark is introduced. This step is also known as pre-scan. This enables time to be saved, since at least one post-scan and/or one after-scan can be carried out in one operation at the same time as introducing a scratch mark. The pre-scan and the post-scan can also be carried out simultaneously with the introduction of the scratch mark.
Die Hebeleinrichtung der Abtastvorrichtung umfasst bevorzugt zumindest einen Hebelarm, der an dem Grundkörper oder einer Tragstruktur des Grundkörpers schwenkbar über Gelenke aufgenommen ist. Dies stellt ein konstruktiv einfacher Aufbau dar. Gleichzeitig ist eine Auf- und Abbewegung des Abtastelementes in einer Raumrichtung definiert. The lever device of the scanning device preferably comprises at least one lever arm, which is pivotally mounted on the base body or a support structure of the base body via joints. This represents a structurally simple construction. At the same time, an up and down movement of the scanning element is defined in one spatial direction.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass der Hebelarm der Hebeleinrichtung einen Tragarmabschnitt und einen Kraftarmabschnitt aufweist. Der Tragarmabschnitt und der Kraftarmabschnitt können einteilig ausgebildet sein. Alternativ können der Tragarmabschnitt und der Kraftarmabschnitt zweiteilig ausgebildet sein und sind vorzugsweise fest miteinander verbunden. Insbesondere zwischen dem Tragarmabschnitt und dem Kraft- Provision is advantageously made for the lever arm of the lever device to have a support arm section and a power arm section. The support arm section and the power arm section can be designed in one piece. Alternatively, the support arm section and the power arm section can be designed in two parts and are preferably firmly connected to one another. In particular between the support arm section and the force
ERSATZBLATT (REGEL 26) armabschnitt kann das Gelenk vorgesehen oder das Gelenk aufgenommen sein. Dies ermöglicht eine unmittelbare Anbindung des Hebelarms an das Gelenk zu einer bevorzugt reibungsfreien Anordnung. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The joint can be provided or the joint can be accommodated in the arm section. This enables the lever arm to be directly connected to the joint in a preferably friction-free arrangement.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Kraftarmabschnitt sich zwischen dem Gelenk und dem Grundkörper oder einer Tragstruktur des Grundkörpers erstreckt, an dessen Ende vorzugsweise ein Antrieb aufgesetzt ist. Der Tragarmabschnitt kann sich vom Gelenk aus in entgegengesetzter Richtung erstrecken. An dessen freien Ende ist bevorzugt das Abtastelement aufgenommen. Diese Anordnung ermöglicht auch, dass der Tragarmabschnitt beliebige Konturen umfassen kann, um an die Einbausituation in die Messvorrichtung angepasst zu werden und das Abtastelement nahe dem Eindringkörper zu positionieren. Furthermore, it is preferably provided that the power arm section extends between the joint and the base body or a supporting structure of the base body, at the end of which a drive is preferably attached. The support arm portion may extend in the opposite direction from the hinge. The scanning element is preferably accommodated at its free end. This arrangement also makes it possible for the support arm section to have any contours in order to be adapted to the installation situation in the measuring device and to position the scanning element close to the indenter.
Das Gelenk zur Aufnahme des Hebelarmes weist bevorzugt eine Drehachse auf, welche zur Auf- und Abbewegung des Abtastelementes relativ zum Prüfkörper vorgesehen ist. Über die Länge des Tragarmabschnittes im Verhältnis zur Länge des Hebelarmes kann eine nahezu senkrechte Auf- und Abbewegung des Abtastelements relativ zum Prüfkörper ermöglicht sein. The joint for receiving the lever arm preferably has an axis of rotation, which is provided for moving the scanning element up and down relative to the test body. An almost vertical up and down movement of the scanning element relative to the test body can be enabled via the length of the support arm section in relation to the length of the lever arm.
Beispielhaft kann das Gelenk zur schwenkbaren Anordnung des Hebelarms als ein Kreuzfedergelenk ausgebildet sein, bei welchem ein horizontales und ein vertikales Federelement vorgesehen ist. Solche Kreuzfederelemente weisen den Vorteil auf, dass eine Auslenkbewegung des Hebelarms in eine Richtung auf einer quasi Kreisbahn ermöglicht wird, ohne eine zusätzliche Auslenkbewegung durch eine Federverformung. Dadurch kann ermöglicht werden, dass während einer Abtastbewegung der Oberfläche des Prüfkörpers eine ungewollte Auslenkung in eine Richtung, beispielsweise in Y-Richtung, entlang welcher der Messtisch während der Abtastbewegung verfahren wird, nicht erfolgt. Bevorzugt kreuzen sich die Federelemente im Drehpunkt des senkrechten Federelements. For example, the joint for the pivotable arrangement of the lever arm can be designed as a cross spring joint, in which a horizontal and a vertical spring element is provided. Such cross-spring elements have the advantage that a deflection movement of the lever arm is made possible in one direction on a quasi-circular path, without an additional deflection movement due to spring deformation. It can thereby be made possible that, during a scanning movement of the surface of the test body, an undesired deflection in a direction, for example in the Y direction, along which the measuring table is moved during the scanning movement, does not occur. The spring elements preferably cross at the pivot point of the vertical spring element.
ERSATZBLATT (REGEL 26) Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass zwischen dem Tragarmabschnitt und dem Kraftarmabschnitt das vertikale Federelement eingespannt ist und mit dem gegenüberliegenden Befestigungsabschnitt des Federelementes am Grundkörper oder an einer mit dem Grundkörper verbundenen Tragstruktur befestigt ist. Dies ermöglicht eine einfache Montage. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Furthermore, it is preferably provided that the vertical spring element is clamped between the support arm section and the power arm section and is fastened to the base body or to a support structure connected to the base body with the opposite fastening section of the spring element. This allows for easy assembly.
Vorteilhafterweise ist an dem zum Kraftarmabschnitt weisenden Abschnitt des Tragarmabschnittes das horizontale Federelement angeordnet und ein gegenüberliegender Befestigungsabschnitt wiederum am Grundkörper oder an einer mit dem Grundkörper verbundenen Tragstruktur fixiert. Advantageously, the horizontal spring element is arranged on the section of the support arm section pointing toward the power arm section, and an opposite fastening section is in turn fixed to the base body or to a support structure connected to the base body.
Die Sensoreinrichtung der Abtastvorrichtung umfasst bevorzugt eine Krafterzeugungseinrichtung und/oder eine Wegmesseinrichtung. Bevorzugt ist des Weiteren eine Datenverarbeitungsvorrichtung vorgesehen, welche zur Ansteuerung und/oder Verarbeitung der Daten der Krafterzeugungseinrichtung und/oder Wegmesseinrichtung vorgesehen sein kann. The sensor device of the scanning device preferably comprises a force-generating device and/or a displacement measuring device. Furthermore, a data processing device is preferably provided, which can be provided for controlling and/or processing the data of the force generating device and/or displacement measuring device.
Die Krafterzeugungseinrichtung ist bevorzugt an einem dem Gelenk gegenüberliegenden Ende am Kraftarm abschnitt vorgesehen. Vorzugsweise ist die Wegmesseinrichtung dem Tragarmabschnitt zugeordnet. Dadurch kann die Krafterzeugungseinrichtung zwischen dem Kraftarmabschnitt und dem Grundkörper wirken und entfernt dazu eine verbesserte Erfassung von Messsignalen an dem Tragarmabschnitt die Wegmesseinrichtung vorgesehen sein. The force generating device is preferably provided at an end opposite the joint on the force arm section. The path measuring device is preferably assigned to the support arm section. As a result, the force-generating device can act between the force-arm section and the base body and, for this purpose, improved detection of measurement signals can be provided on the support-arm section by removing the path-measuring device.
Vorteilhafterweise ist der zumindest eine Hebelarm der Hebeleinrichtung im Nichtbetrieb der Sensoreinrichtung derart austariert, dass der Kraftarmabschnitt eine größere Last aufweist als der Tragarmabschnitt. Dies weist den Vorteil auf, dass im Nichtbetrieb der Sensoreinrichtung das an dem Hebelarm angeordnete Abtastelement gegenüber dem Prüfkörper in The at least one lever arm of the lever device is advantageously balanced when the sensor device is not in operation in such a way that the force arm section has a greater load than the support arm section. This has the advantage that when the sensor device is not in operation, the scanning element arranged on the lever arm is in
ERSATZBLATT (REGEL 26) abgehobener Position angeordnet ist und diese Position selbständig einnimmt. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) is arranged in a raised position and assumes this position independently.
Vorteilhafterweise umfasst die Hebeleinrichtung zwei Hebelarme, wobei jeder Tragarmabschnitt ein Abtastelement aufnimmt. Dies ermöglicht, dass mit dem einen Abtastelement ein Pre-Scan und mit dem anderen Abtastelement ein Post-Scan gleichzeitig während der Einbringung der Kratzspur mittels des Eindringkörpers erfassbar ist. Advantageously, the lever device comprises two lever arms, with each support arm section accommodating a scanning element. This enables a pre-scan to be recorded with one scanning element and a post-scan to be recorded with the other scanning element at the same time during the introduction of the scratch mark by means of the indenter.
Bei der Ausgestaltung der Abtastvorrichtung mit einer Hebeleinrichtung, welche zwei Hebelarme umfasst, sind die zwei an den Hebelarmen vorgesehenen Abtastelemente mit einem Abstand zueinander ausgerichtet, so dass dazwischen der Eindringkörper der Messvorrichtung positionierbar ist. Dies weist den Vorteil auf, dass die Abtastelemente sowohl für einen Pre-Scan als auch einen Post-Scan während des Einbringens einer Kratzspur durch den Eindringkörper eingesetzt werden können. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass der jeweilige Abstand des Abtastelements zum Eindringkörper gleich ist. In the configuration of the scanning device with a lever device which comprises two lever arms, the two scanning elements provided on the lever arms are aligned at a distance from one another, so that the indenter of the measuring device can be positioned between them. This has the advantage that the scanning elements can be used both for a pre-scan and a post-scan while the indenter is making a scratch mark. It is preferably provided that the respective distance between the scanning element and the indenter is the same.
Die Verfahrbewegung des Prüfkörpers kann in beide Richtungen entlang einer Achse angesteuert werden. Des Weiteren ist bei der Ausführungsform vorgesehen, bei welcher die Hebeleinrichtung zwei Hebelarme aufweist, dass jeder der Hebelarme durch ein Gelenk oder diese beiden Hebelarme durch vorzugsweise dasselbe Gelenk schwenkbar aufgenommen sind. Alternativ können auch getrennte Gelenke vorgesehen sein. The movement of the test body can be controlled in both directions along one axis. Furthermore, in the embodiment in which the lever device has two lever arms, it is provided that each of the lever arms is pivotably accommodated by a joint or these two lever arms are preferably pivotally accommodated by the same joint. Alternatively, separate joints can also be provided.
Dadurch sind gleiche Verhältnisse bei Auf- und Abbewegungen der beiden Abtastelemente gegeben. As a result, the same conditions are given for up and down movements of the two scanning elements.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Tragarmabschnitt der Hebelarme L- förmig ausgebildet ist und ein langer Schenkel des Tragarmabschnitts am Gelenk angreift und am Ende des kurzen Schenkels das Abtastelement vorgesehen ist. Dadurch kann eine verbesserte Integration der Abtastvorrichtung in die Messvorrichtung ermöglicht und ein kompakter Aufbau It is preferably provided that the support arm section of the lever arms is L-shaped and a long leg of the support arm section acts on the joint and the scanning element is provided at the end of the short leg. This enables improved integration of the scanning device into the measuring device and a more compact structure
ERSATZBLATT (REGEL 26) bzw. ein geringes Raumvolumen erzielt werden. Gleichzeitig kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die beiden Tragarmabschnitte der Hebeleinrichtung annähernd parallel zueinander verlaufend ausgerichtet sind. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) or a small volume of space can be achieved. At the same time, provision can preferably be made for the two support arm sections of the lever device to be aligned so as to run approximately parallel to one another.
Des Weiteren ist bei der Abtastvorrichtung bevorzugt an dem Grundkörper oder mit dem Grundkörper gekoppelt eine Ausrichtvorrichtung vorgesehen, durch welche die Abtastelemente in zumindest einer Raumrichtung verfahrbar und um zumindest eine Raumrichtung verdrehbar sind. Diese Ausrichteinrichtung ermöglicht, dass das zumindest eine Abtastelement zum Eindringkörper in der Lage einstellbar ist. Insbesondere ist bei der Ausbildung der Abtastvorrichtung mit zwei Abtastelementen eine Einstellung ermöglicht, so dass die zwei Abtastelemente und ein dazwischen angeordneter Eindringkörper in einer gemeinsamen Achse ausgerichtet werden können. Furthermore, in the case of the scanning device, an alignment device is preferably provided on the base body or coupled to the base body, by means of which the scanning elements can be moved in at least one spatial direction and rotated about at least one spatial direction. This alignment device makes it possible for the position of the at least one scanning element to be adjustable in relation to the indenter. In particular, when the scanning device is designed with two scanning elements, an adjustment is made possible so that the two scanning elements and a penetrating body arranged between them can be aligned on a common axis.
Die Ausrichteinrichtung weist dem Grundkörper zugeordnet eine Basisplatte auf sowie eine Zwischenplatte, die zur Basisplatte ausgerichtet ist, und eine Anschlussplatte, welche der Zwischenplatte zugeordnet ist. Der Grundkörper, die Zwischenplatte und die Basisplatte sind jeweils zumindest in einer Raumrichtung verfahrbar und/oder verdrehbar. Vorteilhafterweise sind zwischen der Basisplatte und der Zwischenplatte als auch zwischen der Zwischenplatte und der Anschlussplatte Federelemente vorgesehen, durch welche die Anschlussplatte, die Zwischenplatte und die Basisplatte zueinander gehalten sind. The alignment device has a base plate associated with the base body, as well as an intermediate plate, which is aligned with the base plate, and a connection plate, which is associated with the intermediate plate. The base body, the intermediate plate and the base plate can each be moved and/or rotated in at least one spatial direction. Advantageously, spring elements are provided between the base plate and the intermediate plate and also between the intermediate plate and the connection plate, by means of which the connection plate, the intermediate plate and the base plate are held in relation to one another.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass zwischen dem Grundkörper bzw. der Basisplatte und der Zwischenplatte eine Einstellvorrichtung vorgesehen ist, durch welche eine Schwenkbewegung des Grundkörpers bzw. der Basisplatte zur Zwischenplatte ansteuerbar ist. Zwischen der Zwischenplatte und der Anschlussplatte ist bevorzugt eine weitere Einstellvorrichtung vorgesehen, durch welche eine Verfahrbewegung bzw. Schiebebewegung entlang einer Raumrichtung zwischen der Zwischenplatte und der Anschlussplatte ansteuerbar ist. Durch diesen konstruktiven Aufbau ist die Provision is preferably made for an adjustment device to be provided between the base body or the base plate and the intermediate plate, by means of which a pivoting movement of the base body or the base plate relative to the intermediate plate can be controlled. A further adjusting device is preferably provided between the intermediate plate and the connecting plate, by means of which a displacement movement or sliding movement along a spatial direction between the intermediate plate and the connecting plate can be controlled. This structural design is the
ERSATZBLATT (REGEL 26) präzise Ausrichtung des oder der Abtastelemente zum Eindringkörper ermöglicht. Insbesondere auch in der Weise, dass zumindest zwei Abtastelemente und ein dazwischen angeordneter Eindringkörper in einer gemeinsamen Geraden liegen und diese Gerade beispielsweise einer Verfahrbewegung eines Messtisches in X- oder Y-Richtung entsprechen. Alternativ kann auch die Befestigungsfläche des Grundkörpers der Abtastvorrichtung so ausgebildet sein, dass auf die Basisplatte der Ausrichtung verzichtet wird. Die Funktion der Basisplatte wird dann vom Grundkörper der Abtasteinrichtung übernommen. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) allows precise alignment of the or the sensing elements to the indenter. In particular, also in such a way that at least two scanning elements and an indenter arranged between them lie in a common straight line and this straight line corresponds, for example, to a movement of a measuring table in the X or Y direction. Alternatively, the attachment surface of the base body of the scanning device can also be designed in such a way that the base plate of the alignment is dispensed with. The function of the base plate is then taken over by the base body of the scanning device.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch eine Messvorrichtung zur Erfassung von Messsignalen während einer Eindringbewegung eines Eindringkörpers in eine Oberfläche eines Prüfkörpers oder in einer Schicht auf dem Prüfkörper gelöst, welche einen Messtisch aufweist, auf welchem der Prüfkörper positionierbar ist und mit einer Hubantriebseinrichtung eine Verfahrbewegung des Eindringkörpers entlang einer Z-Achse ansteuert und mit einer Eindringkörperaufnahme, an der der Eindringkörper vorgesehen ist sowie mit einer Abtasteinrichtung nach einer der vorbeschriebenen Ausführungsformen, bei welcher zumindest ein Abtastelement benachbart zum Eindringkörper ausgerichtet ist. Dadurch kann eine Prozesszeitreduzierung für die Ermittlung und Auswertung der Messsignale ermöglicht werden, da zusätzlich zur Messung der Messsignale des Eindringkörpers während der Einbringung einer Kratzspur zumindest eine weitere Messung durch einen Pre- und/oder Post-Scan durchgeführt werden kann. The object on which the invention is based is also achieved by a measuring device for detecting measurement signals during a penetration movement of an indenter into a surface of a test body or in a layer on the test body, which has a measuring table on which the test body can be positioned and with a lifting drive device Traverse movement of the indenter along a Z-axis controls and with an indenter receptacle on which the indenter is provided and with a scanning device according to one of the above-described embodiments, in which at least one scanning element is aligned adjacent to the indenter. This can reduce the process time for determining and evaluating the measurement signals, since in addition to measuring the measurement signals of the indenter during the introduction of a scratch mark, at least one further measurement can be carried out by means of a pre- and/or post-scan.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Abtasteinrichtung an der Eindringkörperaufnahme befestigbar ist. Dies ermöglicht eine platzsparende Anordnung. Darüber hinaus ist auch ermöglicht, dass solche Abtasteinrichtungen an bestehenden Messvorrichtungen nachrüstbar sind. Furthermore, it is preferably provided that the scanning device can be fastened to the indenter receptacle. This enables a space-saving arrangement. In addition, it is also possible for such scanning devices to be retrofitted to existing measuring devices.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das zumindest eine Abtastelement zum Eindringkörper in einer Geraden ausgerichtet ist, welche in einer Achse Provision is preferably made for the at least one scanning element to be aligned with the indenter in a straight line which is in one axis
ERSATZBLATT (REGEL 26) einer Verfahrbewegung des Messtisches liegt, auf welchem der Prüfkörper fixiert ist. Bevorzugt weist die Abtastvorrichtung eine Hebeleinrichtung mit zwei Hebelarmen auf, wobei an jeden Tragarmabschnitt der Hebelarme ein Abtastelement vorgesehen ist und zwischen den zwei Abtastelementen der Eindringkörper positioniert ist. Dadurch kann der ProScan, also das Erfassen der unbeschädigten Oberfläche, sowie das Einbringen einer Kratzspur als auch ein Post-Scan, also die Messung der Tiefe der erzeugten Kratzspur, in einem Arbeitsgang erfasst werden. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) a movement of the measuring table on which the test specimen is fixed. The scanning device preferably has a lever device with two lever arms, a scanning element being provided on each supporting arm section of the lever arms and the indenter being positioned between the two scanning elements. This means that the ProScan, i.e. the recording of the undamaged surface, as well as the introduction of a scratch mark and a post-scan, i.e. the measurement of the depth of the scratch mark created, can be recorded in one operation.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass bei einer Verfahrbewegung des Prüfkörpers zum Eindringkörper in einer ersten Raumrichtung das eine Abtastelement vorauseilend und das andere Abtastelement nacheilend zum Eindringkörper vorgesehen ist und bei einer Verfahrbewegung des Prüfkörpers relativ zum Eindringkörper entgegengesetzt zur ersten Raumrichtung das vorauseilende Abtastelement nacheilend und das nacheilende Abtastelement vorauseilend zum Eindringkörper einsetzbar ist. Die Abtastvorrichtung ist somit universell und unabhängig von der Verfahrrichtung des Prüfkörpers zum Eindringkörper einsetzbar. Furthermore, it is preferably provided that during a displacement movement of the test body relative to the indenter in a first spatial direction, one scanning element is provided leading and the other scanning element lags behind the indenter, and in the case of a displacement movement of the test body relative to the indenter opposite to the first spatial direction, the leading scanning element lags behind and the lagging sensing element is used leading to the indenter. The scanning device can thus be used universally and independently of the direction of movement of the test body in relation to the indenter.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Eindringkörperaufnahme der Messvorrichtung eine Schnittstelle zur Montage an einer Z- Achse aufweist und als eine Festkörpergelenkanordnung ausgebildet ist, welche zumindest zwei, vorzugsweise drei, Festkörpergelenke zwischen der Schnittstelle und der Aufnahme für den Eindringkörper aufweist und dass die Abtasteinrichtung mit dem Grundkörper an der Schnittstelle der Eindringkörperaufnahme oder benachbart zu dieser befestigbar ist. Dies ermöglicht, dass die Abtasteinrichtung auch an bestehenden Messvorrichtungen nachrüstbar ist. Auch kann ein einfacher Austausch dadurch ermöglicht sein. Furthermore, it is preferably provided that the indenter receptacle of the measuring device has an interface for mounting on a Z axis and is designed as a flexure joint arrangement which has at least two, preferably three, flexure joints between the interface and the receptacle for the indenter and that the scanning device is securable to the body at the interface of the indenter receptacle or adjacent thereto. This allows the scanning device to also be retrofitted to existing measuring devices. A simple exchange can also be made possible as a result.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren zur Erfassung von Messsignalen während einer Eindringbewegung eines Eindringkörpers in eine Oberfläche eines Prüfkörpers oder in eine Schicht auf dem Prüfkörper gelöst, bei dem der Eindringkörper einer The object on which the invention is based is also achieved by a method for detecting measurement signals during a penetration movement of an indenter into a surface of a test body or in a layer on the test body, in which the indenter has a
ERSATZBLATT (REGEL 26) Messvorrichtung auf die Oberfläche oder Schicht des Prüfkörpers aufgesetzt wird, bei dem der Prüfkörper mit einer Geschwindigkeit in Raumrichtung senkrecht zur Prüfkraft verfahren wird und bei dem während der Verfahrbewegung des Prüfkörpers der Eindringkörper mit einer Prüfkraft beaufschlagt wird und in die Oberfläche oder Schicht des Prüfkörpers eine Kratzspur einbringt, wobei vor oder während der Verfahrbewegung des Prüfkörpers zumindest ein Abtastelement einer Abtastvorrichtung auf die Oberfläche oder die Schicht des Prüfkörpers aufgesetzt wird und während der Einbringung der Kratzspur Messsignale von der Oberfläche oder Schicht des Prüfkörpers durch das zumindest eine Abtastelement erfasst werden. Dadurch können zusätzlich zu den Messsignalen von dem Eindringkörper während des Einbringens einer Kratzspur von dem zumindest einen Abtastelement weitere Messsignale erfasst werden, die in Form des vorgenannten Pre-Scans oder Post-Scans sein können. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) measuring device is placed on the surface or layer of the test body, in which the test body is moved at a speed in the spatial direction perpendicular to the test force and in which, during the movement of the test body, the indenter is subjected to a test force and a scratch mark is left in the surface or layer of the test body at least one scanning element of a scanning device is placed on the surface or the layer of the test body before or during the displacement movement of the test body and measuring signals from the surface or layer of the test body are recorded by the at least one scanning element during the introduction of the scratch mark. As a result, in addition to the measurement signals from the indenter during the introduction of a scratch mark, further measurement signals can be detected by the at least one scanning element, which can be in the form of the aforementioned pre-scan or post-scan.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das zumindest eine Abtastelement dem Eindringkörper vorauseilend und/oder das zumindest eine Abtastelement dem Eindringkörper nacheilend vorgesehen ist. Die maximale Zeitersparnis kann dann gegeben sein, wenn zumindest ein Abtastelement vorauseilend und zumindest ein Abtastelement nacheilend zum Eindringkörper positioniert und die jeweiligen Messsignale gleichzeitig erfasst und ausgewertet werden. In a preferred embodiment of the method, it is provided that the at least one scanning element is provided ahead of the indenter and/or the at least one scanning element is provided behind the indenter. The maximum amount of time can be saved when at least one scanning element is positioned ahead of and at least one scanning element is positioned behind the indenter and the respective measurement signals are recorded and evaluated at the same time.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass das zumindest eine vorauseilende Abtastelement, der Eindringkörper und das zumindest eine nacheilende AbAbtastelement in einer gemeinsamen Gerade liegend ausgerichtet werden. Diese Gerade liegt bevorzugt in einer Achse der Verfahrbewegung des Messtisches und/oder der Eindringkörperaufnahme. Furthermore, it is preferably provided that the at least one leading scanning element, the indenter and the at least one trailing scanning element are aligned lying in a common straight line. This straight line preferably lies in an axis of the movement of the measuring table and/or the indenter holder.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können The invention and other advantageous embodiments and developments thereof are described and explained in more detail below with reference to the examples shown in the drawings. The features to be taken from the description and the drawings can
ERSATZBLATT (REGEL 26) einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen : SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) be used according to the invention individually or together in any combination. Show it :
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Messvorrichtung, Figure 1 is a perspective view of a measuring device,
Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer Abtastvorrichtung für die Messvorrichtung gemäß Figur 1, FIG. 2 shows a perspective view of a scanning device for the measuring device according to FIG.
Figur 3 eine weitere perspektivische Ansicht der Abtastvorrichtung gemäß Figur 2, FIG. 3 shows a further perspective view of the scanning device according to FIG. 2,
Figur 4 eine schematische Ansicht von unten auf die Abtastvorrichtung gemäß Figur 2, FIG. 4 shows a schematic view from below of the scanning device according to FIG. 2,
Figur 5 eine schematische Seitenansicht der Abtastvorrichtung gemäß Figur 2, FIG. 5 shows a schematic side view of the scanning device according to FIG. 2,
Figur 6 eine schematische Seitenansicht auf eine Ausrichteinrichtung der Abtastvorrichtung gemäß Figur 2, FIG. 6 shows a schematic side view of an alignment device of the scanning device according to FIG. 2,
Figur 7 eine perspektivische Ansicht einer Eindringkörperaufnahme der Messvorrichtung in Figur 1, und FIG. 7 shows a perspective view of an indenter receptacle of the measuring device in FIG. 1, and
Figur 8 eine perspektivische Teilansicht der Eindringkörperaufnahme und der dazu positionierten Abtasteinrichtung. Figure 8 is a partial perspective view of the indenter receptacle and the sensing device positioned therewith.
In Figur 1 ist perspektivisch eine Messvorrichtung 11 dargestellt. Eine solche Messvorrichtung 11 kann zum Prüfen von mechanischen und/oder physikalischen Eigenschaften von Oberflächen an Prüfkörpern 12, wie beispielsweise Folien, Schichten und/oder Beschichtungen auf Gegenständen, vorgesehen sein. Beispielsweise kann diese Messvorrichtung 11 auch als eine Härtemesseinrichtung eingesetzt werden, bei der durch Ein- A measuring device 11 is shown in perspective in FIG. Such a measuring device 11 can be provided for testing mechanical and/or physical properties of surfaces on test specimens 12, such as foils, layers and/or coatings on objects. For example, this measuring device 11 can also be used as a hardness measuring device in which
ERSATZBLATT (REGEL 26) dringen mittels eines Eindringkörpers 14 in dem Prüfkörper 12 eine Härtemessung durchgeführt wird. Des Weiteren kann diese Messvorrichtung 11 dafür vorgesehen sein, um eine Kratzfestigkeit einer Folie, einer Schicht oder eine Beschichtung auf Gegenständen zu ermitteln. Dabei können beispielsweise CVD- oder PVD-Beschichtungen bezüglich deren Haftfestigkeit getestet werden. Ebenso können weitere Mikrokratzer erfasst oder anderweitige Verformungsinformationen von der Oberfläche erfasst und analysiert werden. Auch kann diese Messvorrichtung zur Bestimmung der Topologie einer Oberfläche des Prüfkörpers 12 damit einhergehen. In diesem Fall wird der Eindringkörper 14 auf der Oberfläche des Prüfkörpers 12 aufgesetzt und entlang der Oberfläche zum Abtasten der Rauheit der Oberfläche des Prüfkörpers 12 verfahren. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) penetrate by means of an indenter 14 in the test body 12, a hardness measurement is carried out. Furthermore, this measuring device 11 can be provided to determine the scratch resistance of a film, a layer or a coating on objects. For example, CVD or PVD coatings can be tested with regard to their adhesive strength. Likewise, further micro-scratches can be detected or other deformation information can be detected and analyzed from the surface. This measuring device for determining the topology of a surface of the test body 12 can also go hand in hand with it. In this case, the indenter 14 is placed on the surface of the test piece 12 and moved along the surface to scan the roughness of the surface of the test piece 12 .
Diese Messvorrichtung 11 umfasst des Weiteren eine optische Einrichtung 16, welche ein Mikroskop und/oder eine Kamera umfasst. Durch diese optische Einrichtung 16 können Informationen von einer Eindringstelle des Eindringkörpers 14 in die Oberfläche des Prüfkörpers 12 erfasst werden. Auch können beispielsweise Mikrokratzer bezüglich deren Kontur elektronisch ausgewertet werden. This measuring device 11 also includes an optical device 16, which includes a microscope and/or a camera. This optical device 16 can be used to record information from a penetration point of the indenter 14 in the surface of the test body 12 . Micro-scratches, for example, can also be evaluated electronically with regard to their contour.
Diese Messvorrichtung 11 umfasst einen Sockel 17. Der Sockel 17 nimmt einen Messtisch 18 auf, welcher bevorzugt als Kreuztisch ausgebildet ist. Dieser Messtisch 18 ist in einer X-/Y-Ebene verfahrbar, wobei der Messtisch 18 entlang einer langen Achse in X-Richtung verfahrbar ist und entlang einer kurzen Achse in Y-Richtung verfahrbar ist. An dem Sockel 17 ist ein Ständer 19 vorgesehen. In diesem Ständer 19 ist eine Hubantriebseinrichtung 21 vorgesehen, durch welche eine Eindringkörperaufnahme 23 (Figur 7) entlang der Z-Achse relativ zum Messtisch 18 verfahrbar ist. Diese Eindringkörperaufnahme 23 nimmt den Eindringkörper 14 auf. Benachbart zur Eindringkörperaufnahme 23 ist die optische Einrichtung 16 vorgesehen. Die Hubantriebseinrichtung 21 umfasst eine Säulenführung 24 sowie vorzugsweise einen Spindelantrieb 25, wobei ein Motor 26 eine Spindel 27 des Spindelantriebs 25 antreibt, um eine Verfahrbewegung entlang der Z-Achse für die Eindringkörperaufnahme 23 This measuring device 11 includes a base 17. The base 17 accommodates a measuring table 18, which is preferably designed as a cross table. This measuring table 18 can be moved in an X/Y plane, with the measuring table 18 being able to be moved along a long axis in the X direction and being able to be moved along a short axis in the Y direction. A stand 19 is provided on the base 17 . A lifting drive device 21 is provided in this stand 19, by means of which an indenter receptacle 23 (FIG. 7) can be moved along the Z-axis relative to the measuring table 18. This indenter receptacle 23 accommodates the indenter 14 . The optical device 16 is provided adjacent to the indenter receptacle 23 . The lifting drive device 21 comprises a column guide 24 and preferably a spindle drive 25, with a motor 26 driving a spindle 27 of the spindle drive 25 in order to move along the Z-axis for the indenter receptacle 23
ERSATZBLATT (REGEL 26) anzusteuern. Der Motor 26 ist bevorzugt als ein hochauflösender Motor ausgebildet, so dass eine Ansteuerung in sehr feinen Schritten möglich ist, um eine exakte Ansteuerung eines Verfahrwegs der Eindringkörperaufnahme 23 entlang der Z-Achse anzusteuern. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) head for. The motor 26 is preferably designed as a high-resolution motor, so that it can be controlled in very fine steps in order to control an exact control of a travel path of the indenter holder 23 along the Z-axis.
Die Eindringkörperaufnahme 23 ist von einem abnehmbaren Messkopfgehäuse 29 umgeben. The indenter receptacle 23 is surrounded by a removable measuring head housing 29 .
Diese Messvorrichtung 11 ist durch eine Steuerungseinrichtung ansteuerbar, welche eine Datenverarbeitungseinrichtung 31 umfasst, welche schematisch dargestellt ist. Diese Datenverarbeitungseinrichtung 31 kann ein Display, eine Eingabetastatur sowie weitere Anschlüsse, wie beispielsweise ein Speichermedium oder eine Schnittstelle zu einer Datenübertragung, umfassen. This measuring device 11 can be controlled by a control device which includes a data processing device 31 which is shown schematically. This data processing device 31 can include a display, an input keyboard and other connections, such as a storage medium or an interface for data transmission.
In Figur 2 ist eine erste perspektivische Ansicht einer Abtastvorrichtung 111 dargestellt. Die Figur 3 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht der Abtastvorrichtung 111 gemäß Figur 2. A first perspective view of a scanning device 111 is shown in FIG. Figure 3 shows a further perspective view of scanning device 111 according to Figure 2.
Die Abtastvorrichtung 111 umfasst einen Grundkörper 112, der eine Hebelarmeinrichtung 114 aufnimmt. Diese Hebelarmeinrichtung 114 umfasst zwei Hebelarme 115, 116, die an deren jeweiligen Enden jeweils ein Abtastelement 117 aufnehmen. Die Hebeleinrichtung 114 umfasst des Weiteren ein Gelenk 118, mit welchem die Hebelarme 115, 116 schwenkbar um eine horizontale Achse gelagert sind. Des Weiteren umfasst die Abtastvorrichtung 111 eine Sensoreinrichtung 121. Diese Sensoreinrichtung 121 umfasst eine Krafterzeugungseinrichtung 122, wobei für jeden Hebelarm 115, 116 jeweils eine Krafterzeugungseinrichtung 122 vorgesehen ist. Des Weiteren umfasst die Sensoreinrichtung 121 eine Wegmesseinrichtung 123. Dabei ist vorgesehen, dass für jeden Hebelarm 115, 116 ein Sensor 124 vorgesehen ist, der eine Bewegung des Hebelarmes 115, 116 erfasst. The scanning device 111 comprises a base body 112 which accommodates a lever arm device 114 . This lever arm device 114 comprises two lever arms 115, 116, which each receive a scanning element 117 at their respective ends. The lever device 114 also includes a joint 118 with which the lever arms 115, 116 are pivotably mounted about a horizontal axis. Furthermore, the scanning device 111 includes a sensor device 121. This sensor device 121 includes a force-generating device 122, with a force-generating device 122 being provided for each lever arm 115, 116. Furthermore, the sensor device 121 includes a path measuring device 123. It is provided that a sensor 124 is provided for each lever arm 115, 116, which detects a movement of the lever arm 115, 116.
ERSATZBLATT (REGEL 26) Der Hebelarm 115, 116 ist aus einem Kraftarm abschnitt 126, 129 sowie einem Tragarmabschnitt 127, 130 gebildet. Der Kraftarmabschnitt 126, 129 und der Tragarmabschnitt 127, 130 sind einteilig ausgebildet. An einer Anbindungsstelle 128 sind die Hebelarme 115, 116 von dem Gelenk 118 aufgenommen. Sofern der Kraftarmabschnitt 126, 129 und der Tragarmabschnitt 127, 130 jeweils als Teil ausgebildet und fest miteinander verbunden sind, bildet diese Schnittstelle zwischen den zwei Teilen die Anbindungsstelle 128. Die Hebelarme 115, 116 sind zumindest abschnittsweise parallel verlaufend zueinander ausgerichtet. Bevorzugt sind diese im Bereich der Kraftarmabschnitte 126, 129 ineinander geschachtelt angeordnet, um eine platzsparende Anordnung zu ermöglichen. Beispielsweise weist der Kraftarmabschnitt 126 des Hebelarms 115 eine iförmige Kontur auf. Der Kraftarmabschnitt 129 des zweiten Hebelarmes 116 ist innenliegend zum Kraftarmabschnitt 126 des ersten Hebelarms 115 positioniert. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The lever arm 115, 116 is made up of a force arm section 126, 129 and a support arm section 127, 130 is formed. The power arm section 126, 129 and the support arm section 127, 130 are formed in one piece. The lever arms 115 , 116 are accommodated by the joint 118 at a connection point 128 . If the power arm section 126, 129 and the support arm section 127, 130 are each formed as a part and are firmly connected to one another, this interface between the two parts forms the connection point 128. The lever arms 115, 116 are aligned parallel to one another at least in sections. These are preferably nested in one another in the area of the power arm sections 126, 129 in order to enable a space-saving arrangement. For example, the power arm section 126 of the lever arm 115 has an i-shaped contour. The power arm portion 129 of the second lever arm 116 is positioned inboard of the power arm portion 126 of the first lever arm 115 .
Der Tragarmabschnitt 127 des Hebelarms 115 ist beispielsweise außenliegend vorgesehen, und der Tragarmabschnitt 130 des Hebelarms 116 ist zum Hebelarm 115 innenliegend vorgesehen. Die Tragarmabschnitte 127, 130 weisen in der Draufsicht gesehen eine L-förmige Kontur auf. Am Ende des kurzen Schenkels der L-förmigen Kontur ist das Abtastelement 117 aufgenommen. Dadurch werden eine platzsparende Anordnung und eine Positionierung der Abtastelemente 117 zum Eindringkörper 14 ermöglicht, wie dies nachfolgend in Figur 7 noch beschrieben wird. The support arm portion 127 of the lever arm 115 is provided, for example, on the outside, and the support arm portion 130 of the lever arm 116 is provided on the lever arm 115 on the inside. The support arm sections 127, 130 have an L-shaped contour when viewed from above. The scanning element 117 is accommodated at the end of the short leg of the L-shaped contour. This enables a space-saving arrangement and a positioning of the scanning elements 117 in relation to the indenter 14, as will be described below with reference to FIG.
Das Gelenk 118 ist beispielsweise als ein Kreuzfedergelenk ausgebildet, welches ein erstes Federelement 131 aufweist, welches horizontal ausgerichtet ist, und ein zweites Federelement 132 aufweist, welches vertikal ausgerichtet ist. Das erste und das zweite Federelement 131, 132 sind sowohl an dem Hebelarm 115 als auch an dem Hebelarm 116 befestigt. Gegenüberliegend zur Einspannstelle des zweiten Federelements 132 zwischen dem Tragarmabschnitt 127 und dem Kraftarmabschnitt 126 cider zur Anbringungsstelle 128 ist ein Befestigungsabschnitt des zweiten The joint 118 is designed, for example, as a cross spring joint, which has a first spring element 131, which is aligned horizontally, and a second spring element 132, which is aligned vertically. The first and the second spring element 131, 132 are fastened both to the lever arm 115 and to the lever arm 116. Opposite the clamping point of the second spring member 132 between the support arm portion 127 and the power arm portion 126 or the attachment point 128 is a mounting portion of the second
ERSATZBLATT (REGEL 26) Federelementes 132 an einer Tragstruktur 134 des Grundkörpers 112 cider dem Grundkörper 112 befestigt. Die Tragstruktur 134 und der Grundkörper 112 können durch eine lösbare oder unlösbare Verbindung miteinander verbunden sein. Die Tragstruktur 134 und der Grundkörper 112 können auch einteilig ausgebildet sein. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Spring element 132 is attached to a support structure 134 of the base body 112 or the base body 112. The support structure 134 and the base body 112 can be connected to one another by a detachable or non-detachable connection. The support structure 134 and the base body 112 can also be formed in one piece.
Das erste, vorzugsweise horizontal ausgebildete Federelement 131 greift beispielsweise an einer Oberseite des Tragarmabschnitts 127, 130, an. An einer Stirnseite des Tragarmabschnitts 127, 130, die um 90° versetzt zur Oberseite ist, greift das vertikal ausgerichtete zweite Federelement 132 an. The first spring element 131, which is preferably designed horizontally, acts, for example, on an upper side of the support arm section 127, 130. The vertically oriented second spring element 132 engages on an end face of the support arm section 127, 130, which is offset by 90° to the upper side.
Durch dieses als Kreuzfedergelenk ausgebildete Gelenk 118 können beide Hebelarme 115, 116 um die gleiche Achse schwenkbar aufgenommen werden. Zudem ist die Ausrichtung der Federelemente 131, 132 derart vorgesehen, dass eine Abhebebewegung der Abtastelemente 117 in Z- Richtung begünstigt wird. This joint 118, designed as a cross spring joint, allows both lever arms 115, 116 to be pivoted about the same axis. In addition, the alignment of the spring elements 131, 132 is provided in such a way that a lifting movement of the scanning elements 117 in the Z direction is promoted.
Die Krafterzeugungseinrichtung 122 ist nahe zum Grundkörper 112 positioniert. Jeder Hebelarm 115, 116 ist mit einer Krafterzeugungseinrichtung 122 angesteuert. Beispielsweise kann ein Tauchspulenmotor mit einer integrierten Dämpfung vorgesehen sein. Durch diese Krafterzeugungseinrichtung 122 kann eine Auf- und Abbewegung des Abtastelementes 117 angesteuert werden, bei der der jeweilige Hebelarm 115, 116 um das Gelenk 118 schwenkt. The force generating device 122 is positioned close to the main body 112 . Each lever arm 115, 116 is controlled with a force generating device 122. For example, a plunger coil motor with integrated damping can be provided. This force-generating device 122 can be used to control an up and down movement of the scanning element 117, during which the respective lever arm 115, 116 pivots about the joint 118.
Zur Erfassung der Position des Abtastelementes 117 bezüglich der Auf- und Abbewegung, insbesondere entlang der Z-Richtung, ist jedem Tragarmabschnitt 127 der Sensor 124 der Wegmesseinrichtung 123 zugeordnet. Diese Sensoren 124 werden bevorzugt von der Tragstruktur 134 aufgenommen. Dabei ist bevorzugt an jedem Hebelarm 115, 116 eine Messposition vorgesehen, welche in einer gemeinsamen Achse 135 liegen, welche durch die beiden Abtastelemente 117 der Hebelarme 115, 116 gebildet ist (Figur 5). In derselben Achse 135 sind bevorzugt die In order to detect the position of the scanning element 117 with respect to the up and down movement, in particular along the Z direction, the sensor 124 of the path measuring device 123 is assigned to each support arm section 127 . These sensors 124 are preferably accommodated by the support structure 134 . A measuring position is preferably provided on each lever arm 115, 116, which lies in a common axis 135, which is formed by the two scanning elements 117 of the lever arms 115, 116 (FIG. 5). In the same axis 135 are preferred
ERSATZBLATT (REGEL 26) Krafterzeugungseinrichtungen 122 angeordnet, die an den Kraftarmabschnitten 126 der Hebelarme 115, 116 angreifen. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Force-generating devices 122 are arranged, which act on the force arm sections 126 of the lever arms 115, 116.
Die Sensoren 124 sind jeweils in einem Winkel geneigt zu einer an dem Tragarmabschnitt 127, 130 vorgesehenen Messfläche oder Referenzfläche vorgesehen. Durch diese Sensoren 124 kann eine jeweilige Verfahrbewegung der Hebelarme 115, 116 bzw. der Tragarmabschnitte 127, 130 entlang der Z-Achse erfasst werden. Diese Sensoren 124 können an einem Messkopfgehäuse oder an einem separaten Halter fixiert sein. Diese Sensoren 124 sind bevorzugt an der Tragstruktur 134 oder dem Grundkörper 112 angeordnet. Bevorzugt sind die beiden einander gegenüberliegend ausgerichteten Sensoren 124 in einem Winkel von kleiner 180° und größer 90° zueinander ausgerichtet. Durch die winklige Anordnung der Sensoren 124 kann bei einer geringen Verfahrbewegung der Hebelarme 115, 116, insbesondere der Tragarmabschnitte 127, 130, in Z-Rich- tung eine verbesserte Auswertung ermöglicht sein. The sensors 124 are each provided at an angle to a measuring surface or reference surface provided on the support arm section 127, 130. A respective movement of the lever arms 115, 116 or the support arm sections 127, 130 along the Z-axis can be detected by these sensors 124. These sensors 124 can be fixed to a measuring head housing or to a separate holder. These sensors 124 are preferably arranged on the support structure 134 or the base body 112 . The two sensors 124 aligned opposite one another are preferably aligned at an angle of less than 180° and greater than 90° to one another. Due to the angular arrangement of the sensors 124, an improved evaluation can be made possible with a small movement of the lever arms 115, 116, in particular the support arm sections 127, 130, in the Z direction.
Die Auf- und Abbewegung der Abtastelemente 117 kann beispielsweise durch die Sensoren 124, wie beispielsweise Abstandssensoren, Näherungsschalter als auch durch einen Sensor, ermöglicht sein, der nach einem magnetinduktiven Verfahren oder einem Wirbelstromverfahren arbeitet. The up and down movement of the scanning elements 117 can be made possible, for example, by the sensors 124, such as distance sensors, proximity switches and also by a sensor that works according to a magneto-inductive method or an eddy current method.
Die Abtastelemente 117 sind am vorderen Ende der Tragarmabschnitte 127, 130 auswechselbar aufgenommen. Hierfür können lösbare Befestigungsmittel vorgesehen sein. Des Weiteren kann zur Aufnahme der Abtastelemente 117 vorgesehen sein, dass Justierelemente vorgesehen sind, um die Achse und/oder die Höhe der Abtastelemente 117 zum Tragarmabschnitt 127, 130 einzustellen. Die Abtastelemente 117 können beispielsweise als Nadeln ausgebildet sein. Diese Abtastelemente 117 können durch lösbare Befestigungselemente geklemmt oder geschraubt an dem Tragarmabschnitt 127, 130 befestigt sein. Auch können diese Abtastelemente 117 durch ein Schnellwechselsystem an dem Tragarmabschnitt 127, 130 vorgesehen sein. The scanning elements 117 are accommodated at the front end of the support arm sections 127, 130 in an exchangeable manner. Releasable fastening means can be provided for this purpose. Furthermore, in order to accommodate the scanning elements 117, adjustment elements can be provided in order to set the axis and/or the height of the scanning elements 117 in relation to the support arm section 127, 130. The scanning elements 117 can be designed as needles, for example. These scanning elements 117 can be clamped or screwed to the support arm section 127, 130 by means of releasable fastening elements. These scanning elements 117 can also be provided on the support arm section 127, 130 by means of a quick-change system.
ERSATZBLATT (REGEL 26) In Figur 4 ist eine schematische Ansicht von unten auf die Abtasteinrichtung 111 mit der Ausrichtung 136 dargestellt. Der Grundkörper 112 ist an der Abtasteinrichtung 136 lösbar fixiert. Des Weiteren ist aus der Ansicht von unten die integrierte Anordnung des ersten und zweiten Hebelarms 115, 116 ersichtlich. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) FIG. 4 shows a schematic view of the scanning device 111 with the orientation 136 from below. The base body 112 is detachably fixed to the scanning device 136 . Furthermore, the integrated arrangement of the first and second lever arms 115, 116 can be seen from the bottom view.
Die Ausrichteinrichtung 136 ist lösbar an einem Anschlusselement 98 befestigbar. Dieses Anschlusselement 98 dient als Anschluss der Abtasteinrichtung 111 zusammen mit der Ausrichteinrichtung 136 an dem Ständer 19 der Messvorrichtung 11. Dadurch ist eine einfache Montage als auch ein einfaches Auswechseln der Abtastvorrichtung 111 und/oder der Ausrichteinrichtung 136 zur Messvorrichtung 11 über das Anschlusselement 98 ermöglicht. The alignment device 136 can be detachably fastened to a connecting element 98 . This connection element 98 is used to connect the scanning device 111 together with the alignment device 136 to the stand 19 of the measuring device 11. This enables simple assembly and simple replacement of the scanning device 111 and/or the alignment device 136 for the measuring device 11 via the connection element 98.
Die Figur 5 zeigt eine schematische Seitenansicht der Abtastvorrichtung 111 gemäß Figuren 2 und 3. Die Hebelarme 115, 116 sind bevorzugt in einer gleichen horizontalen Ebene durch das Gelenk 118 in einer Grundposition gehalten. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass bei einem Nichtbetrieb der Sensoreinrichtung 121 die Lastverteilung bei den Hebelarmen 115, 116 derart gewählt ist, dass die Abtastelemente 117 im Uhrzeigersinn gesehen zum Gelenk 118 nach oben bewegt werden. FIG. 5 shows a schematic side view of the scanning device 111 according to FIGS. 2 and 3. The lever arms 115, 116 are preferably held in a basic position in the same horizontal plane by the joint 118. It can preferably be provided that when the sensor device 121 is not in operation, the load distribution on the lever arms 115, 116 is selected in such a way that the scanning elements 117 are moved upwards towards the joint 118 when viewed in a clockwise direction.
Die Abtastvorrichtung 111 kann an einer Ausrichteinrichtung 136 befestigbar sein. Diese Ausrichteinrichtung 136 kann wiederum mit einem Anschlusselement 98 (Figur 8) verbindbar oder an dem Ständer 19 anschließbar sein. Bevorzugt ist die Abtasteinrichtung 111 als Baugruppe ausgebildet. Ebenso kann die Ausrichteinrichtung 136 als Baugruppe ausgebildet sein. Die Abtasteinrichtung 111 kann über den Grundkörper 112 mit der Ausrichteinrichtung 136, insbesondere mit einer Basisplatte 145 der Ausrichteinrichtung 136, fest montiert sein. Alternativ kann die Basisplatte 145 und der Grundkörper 112 auch einteilig ausgebildet sein. The scanning device 111 can be attachable to an alignment device 136 . This alignment device 136 can in turn be connectable to a connecting element 98 (FIG. 8) or can be connected to the stand 19 . The scanning device 111 is preferably designed as an assembly. Likewise, the alignment device 136 can be designed as an assembly. The scanning device 111 can be fixedly mounted on the base body 112 with the alignment device 136, in particular with a base plate 145 of the alignment device 136. Alternatively, the base plate 145 and the base body 112 can also be designed in one piece.
Diese Ausrichteinrichtung 136 ermöglicht eine Veränderung der Lage der Abtastelemente 117. Dadurch können die Abtastelemente 117, die dem Eindringkörper 14 zugeordnet sind, ausgerichtet und eingestellt werden. This alignment device 136 enables the position of the sensing elements 117 to be changed. This allows the sensing elements 117 which are associated with the indenter 14 to be aligned and adjusted.
ERSATZBLATT (REGEL 26) Der prinzipielle Aufbau der Ausrichteinrichtung 136 ist in Figur 6 schematisch dargestellt. Die Ausrichteinrichtung 136 umfasst eine Anschlussplatte 146, welche mit dem Anschlusselement 98 verbindbar ist. Vorzugsweise kann eine lösbare Schraubverbindung vorgesehen sein. Diese Anschlussplatte 146 weist zu einer Zwischenplatte vier prismatisch oder ähnlich ausgeformte Vertiefungen 138 auf, in denen Kugeln 139 gelagert sind. Gegenüberliegend liegt die Zwischenplatte 141. In gleich oder ähnlich ausgeformten Vertiefungen 138 greifen die Kugeln 139 der Anschlussplatte 146 ein. Die Zwischenplatte 141 wird durch Federelemente 142 zur Anschlussplatte 146 fixiert gehalten. Zwischen der Anschlussplatte 146 und der Zwischenplatte 141 ist eine Einstelleinrichtung 143 vorgesehen. Diese ermöglicht, dass die Zwischenplatte 141 relativ zur Anschlussplatte 146 entlang einer Raumrichtung verfahrbar bzw. verschiebbar ist. In einer Einbausituation der Abtastvorrichtung 111 ist die Verfahrbewegung in X-Richtung. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The basic structure of the alignment device 136 is shown schematically in FIG. The alignment device 136 includes a connection plate 146 which can be connected to the connection element 98 . A detachable screw connection can preferably be provided. This connection plate 146 has four depressions 138 of prismatic or similar shape to form an intermediate plate, in which balls 139 are mounted. Opposite is the intermediate plate 141. The balls 139 of the connecting plate 146 engage in depressions 138 of the same or similar shape. The intermediate plate 141 is held fixed to the connection plate 146 by spring elements 142 . An adjusting device 143 is provided between the connecting plate 146 and the intermediate plate 141 . This allows the intermediate plate 141 to be moved or displaced relative to the connection plate 146 along a spatial direction. When the scanning device 111 is installed, the movement is in the X direction.
Der Zwischenplatte 141 ist eine Basisplatte 145 zugeordnet. Diese weist bevorzugt vier aufeinander zuweisende prismatisch oder ähnlich ausgeformte, schräg aufeinander zulaufende Vertiefungen 140 auf. Gegenüberliegend, in der Zwischenplatte 141, greifen die Kugeln 139 in gleich oder ähnlich ausgeformte Vertiefungen ein. Die Basisplatte 145 wird wiederum durch Federelemente 142 gegenüber der Zwischenplatte 141 fixiert gehalten. Dazwischenliegend ist ebenfalls eine weitere Einstelleinrichtung 144 vorgesehen, durch welche die Basisplatte 145 relativ zur Zwischenplatte 141 verfahrbar ist. Aufgrund der Schräganordnung der prismatisch oder ähnlich ausgeformten Vertiefungen 140 erfolgt eine Schwenkbewegung. In einer Einbaulage der Abtastvorrichtung 111 wird eine Schwenkbewegung um eine Z- Achse angesteuert. A base plate 145 is assigned to the intermediate plate 141 . This preferably has four indentations 140 which face one another and are prismatic or similar in shape and run obliquely towards one another. On the opposite side, in the intermediate plate 141, the balls 139 engage in depressions of the same or similar shape. The base plate 145 is in turn held fixed relative to the intermediate plate 141 by spring elements 142 . A further adjusting device 144 is also provided in between, by means of which the base plate 145 can be moved relative to the intermediate plate 141 . Due to the oblique arrangement of the prismatic or similarly shaped depressions 140, a pivoting movement takes place. In an installed position of the scanning device 111, a pivoting movement about a Z axis is controlled.
Die Einstelleinrichtung 144 kann eine Stellschraube 147 umfassen, welche auf ein Stellelement 148 einwirkt. Dieses Stellelement 148 ist mit der Zwischenplatte 141 fest verbunden und ragt in eine Ausnehmung in der Basisplatte 145. Der Stellschraube 147 gegenüberliegend ist ein Gegenla- The adjusting device 144 can include an adjusting screw 147 which acts on an adjusting element 148 . This adjusting element 148 is firmly connected to the intermediate plate 141 and protrudes into a recess in the base plate 145. The adjusting screw 147 is opposite a counter bearing.
ERSATZBLATT (REGEL 26) ger 149 vorgesehen, um eine ständig wirkende Gegenkraft auf das Stellelement 148 zu erzeugen. Durch diese Anordnung wird eine spielfreie Verstellbewegung durch die Stellschrauben 147 gewährleistet. Die Einstelleinrichtung 143 ist analog aufgebaut und wirkt zwischen der Anschlussplatte 146 und der Zwischenplatte 141. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) ger 149 is provided in order to generate a constantly acting counterforce on the actuating element 148. This arrangement ensures that the adjustment screws 147 do not have any play. The adjustment device 143 is constructed analogously and acts between the connecting plate 146 and the intermediate plate 141.
Durch diese Ausrichteinrichtung 136 kann die Lage und Position der Abtastelemente 117 zum Eindringkörper 14, vorzugsweise rotatorisch um die Z-Achse und in X-Richtung, einjustiert werden, so dass diese in einer gemeinsamen Geraden liegen. This alignment device 136 can be used to adjust the location and position of the scanning elements 117 relative to the indenter 14, preferably rotationally about the Z axis and in the X direction, so that they lie in a common straight line.
In Figur 7 ist eine erste perspektivische Ansicht der Eindringkörperaufnahme 23 dargestellt. A first perspective view of the indenter receptacle 23 is shown in FIG.
Diese Eindringkörperaufnahme 23 umfasst eine Schnittstelle 35, durch welche diese Eindringkörperaufnahme 23 an der Hubantriebseinrichtung 21, insbesondere an der Säulenführung 24, anschließbar ist. Der Schnittstelle 35 gegenüberliegend ist eine Aufnahme 36 zum Einsetzen des Eindringkörpers 14 vorgesehen. Dieser Eindringkörper 14 ist austauschbar in der Aufnahme 36 angeordnet. This indenter receptacle 23 includes an interface 35 through which this indenter receptacle 23 can be connected to the lifting drive device 21 , in particular to the column guide 24 . A receptacle 36 for inserting the penetration body 14 is provided opposite the interface 35 . This penetration body 14 is arranged in the receptacle 36 in an exchangeable manner.
Die Eindringkörperaufnahme 23 ist zwischen der Schnittstelle 35 und der Aufnahme 36 durch eine Festkörpergelenkanordnung 37 ausgebildet. Diese Festkörpergelenkanordnung 37 umfasst zumindest ein erstes Festkörpergelenk 41. Diese Festkörpergelenkordnung 37 besteht bevorzugt aus einem geschlossenen Rahmen 42. Der Rahmen 42 kann im Querschnitt gesehen rechteckförmig ausgebildet sein. In einer Draufsicht gesehen kann der Rahmen beispielhaft eine rechteckförmige oder trapezförmige Kontur aufweisen. Der Rahmen 42 umfasst eine hintere Stirnseite 43, an der die Schnittstelle 35 vorgesehen ist. Gegenüberliegend umfasst der Rahmen 42 eine vordere Stirnseite 44, welche die Aufnahme 36 für den Eindringkörper 14 zugeordnet ist. Zwischen der vorderen und hinteren Stirnseite 43, 44 erstreckt sich ein oberer und unterer Schenkel. Penetrator receptacle 23 is formed between interface 35 and receptacle 36 by a flexure hinge assembly 37 . This flexure joint arrangement 37 comprises at least one first flexure joint 41. This flexure joint arrangement 37 preferably consists of a closed frame 42. The frame 42 can be of rectangular design when viewed in cross section. Seen in a top view, the frame can have a rectangular or trapezoidal contour, for example. The frame 42 includes a rear face 43 on which the interface 35 is provided. On the opposite side, the frame 42 includes a front face 44 which is associated with the receptacle 36 for the indenter 14 . An upper and lower leg extends between the front and rear end faces 43, 44.
ERSATZBLATT (REGEL 26) Jeweils an die hintere Stirnseite 43 und die vordere Stirnseite 44 angrenzend weist der Schenkel 45 ein Gelenk 46 auf. Dieses Gelenk 46 ist durch eine Querschnittsverjüngung der Dicke des Schenkels 45 gebildet. Bei dieser ersten Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich diese Querschnittsverjüngung zur Bildung des Gelenks 46 über die gesamte Breite der Schenkel 45 erstreckt. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The leg 45 has a joint 46 adjoining the rear end face 43 and the front end face 44 in each case. This articulation 46 is formed by a cross-sectional reduction in the thickness of the leg 45 . In this first embodiment, it is provided that this cross-sectional tapering extends over the entire width of the legs 45 to form the joint 46 .
Bevorzugt ist das erste Festkörpergelenk 41 einteilig, also aus einem Monoblock ausgebildet. Dieses erste Festkörpergelenk 41 kann durch eine Fräsbearbeitung hergestellt werden. Das erste Festkörpergelenk 41 ist mit der hinteren Stirnseite 35 über das Anschlusselement 98 mit der Hubantriebseinrichtung 21 verbunden. Dadurch ist die vordere Stirnseite 44 entlang der Z-Achse gegenüber der hinteren Stirnseite 43 auslenkbar. The first flexure joint 41 is preferably made in one piece, that is to say it is made from a monoblock. This first flexure joint 41 can be produced by milling. The first flexure joint 41 is connected to the lifting drive device 21 at the rear end face 35 via the connecting element 98 . As a result, the front face 44 can be deflected along the Z-axis relative to the rear face 43 .
Durch die Dicke der verbleibenden Stege des Gelenks 46 und/oder des verwendeten Materials für den Rahmen 42 kann das erste Festkörpergelenk 41 dafür ausgelegt sein, dass bei einem vordefinierten Verfahrweg entlang der Z-Achse eine definierte Kraft auf den Eindringkörper 14 in Z- Richtung übertragen wird. Beispielsweise kann eine Verfahrbewegung von 1 mm entlang der Z-Achse bei einem auf der Oberfläche des Prüfkörpers 12 aufliegenden Eindringkörper 14 eine Kraft von beispielsweise 30, 50, 100 oder 200 N erzeugen. Daraus ergibt sich eine definierte Größe für die Eindringbewegung des Eindringkörpers 14 in den Prüfkörper 12. Dadurch wird eine erste Messwerterfassung ermöglicht. Die Hubantriebseinrichtung 21 kann somit bei dieser Ausführungsform eine erste Messvorrichtung 47 für eine Verfahrbewegung des Eindringkörpers 14 entlang der Z-Achse bilden. Due to the thickness of the remaining webs of the joint 46 and/or the material used for the frame 42, the first flexure joint 41 can be designed to transmit a defined force to the indenter 14 in the Z direction during a predefined travel path along the Z axis becomes. For example, a movement of 1 mm along the Z-axis can generate a force of, for example, 30, 50, 100 or 200 N for an indenter 14 resting on the surface of the test body 12 . This results in a defined size for the penetrating movement of the indenter 14 into the test body 12. This enables a first measurement value to be recorded. In this embodiment, the lifting drive device 21 can thus form a first measuring device 47 for a movement of the indenter 14 along the Z-axis.
Die Festkörpergelenkanordnung 37 umfasst zumindest ein weiteres Festkörpergelenk 51. Bevorzugt ist ein zweites Festkörpergelenk 51 sowie ein drittes Festkörpergelenk 61 vorgesehen. Diese Festkörpergelenke 41, 51, 61 sind unmittelbar in Reihe geschalten und direkt miteinander verbunden. The flexure joint arrangement 37 comprises at least one further flexure joint 51. A second flexure joint 51 and a third flexure joint 61 are preferably provided. These solid-state joints 41, 51, 61 are directly connected in series and directly connected to one another.
ERSATZBLATT (REGEL 26) Das zweite Festkörpergelenk 51 ist bevorzugt entlang der Y-Achse nachgiebig und in den beiden weiteren Raumrichtungen, also in der X-Achse und der Z-Achse mechanisch steif. Das zweite Festkörpergelenk 51 ist an einer Auskragung 52 vorgesehen. Die Auskragung 52 ist unmittelbar an der vorderen Stirnseite 44 des ersten Festkörpergelenkes 41 fixiert. Das zweite Festkörpergelenk 51 ist bevorzugt an einer Unterseite der Auskragung 52 oder eines Steges oder einer sonstigen Halterung befestigt. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The second flexure joint 51 is preferably flexible along the Y-axis and mechanically rigid in the two other spatial directions, ie in the X-axis and the Z-axis. The second flexure joint 51 is provided on a projection 52 . The projection 52 is fixed directly to the front face 44 of the first flexure joint 41 . The second flexure joint 51 is preferably attached to an underside of the projection 52 or a web or other mount.
Das zweite Festkörpergelenk 51 besteht aus einem Steg 53, der beidseitig Verjüngungen 54 aufweist, die vorzugsweise spiegelbildlich zu dem Steg 53 ausgebildet sind. Diese Verjüngungen 54 sind bevorzugt halbkreisförmig ausgebildet. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Steg 53 zweiteilig ausgebildet ist, wobei im mittleren Bereich des Steges 53 eine Aussparung vorgesehen sein kann. The second flexure joint 51 consists of a web 53 which has tapers 54 on both sides, which are preferably formed as a mirror image of the web 53 . These tapers 54 are preferably semicircular. In the present exemplary embodiment, provision is made for the web 53 to be formed in two parts, it being possible for a cutout to be provided in the middle region of the web 53 .
Zwischen dem zweiten Festkörpergelenk 51 und dem dritten Festkörpergelenk 61 ist ein Verbindungselement 56, vorzugsweise eine Verbindungsplatte, vorgesehen, in welcher der Steg 53 des zweiten Festkörperelements 51 unmittelbar übergeht. Von diesem Verbindungselement 56 aus erstreckt sich vorteilhafterweise in Z-Achse gesehen nach unten ein Steg 63 des dritten Festkörpergelenkes 61. Der Steg 63 ist analog zum Steg 53 ausgebildet, so dass auf diese Beschreibung vollumfänglich Bezug genommen werden kann. A connecting element 56, preferably a connecting plate, is provided between the second flexure joint 51 and the third flexure joint 61, in which the web 53 of the second flexure element 51 directly merges. Advantageously, viewed in the Z-axis, a web 63 of the third solid-state joint 61 extends downward from this connecting element 56. The web 63 is designed analogously to the web 53, so that full reference can be made to this description.
Das dritte Festkörpergelenk 61 ist entlang der X-Achse nachgiebig und in den beiden weiteren Raumrichtungen entlang der Y-Achse und der Z- Achse mechanisch steif. Der Steg 63 des dritten Festkörpergelenks 61 ist um 90° gedreht gegenüber dem Steg 53 des zweiten Festkörpergelenks 51 angeordnet. The third flexure joint 61 is flexible along the X-axis and mechanically rigid in the two other spatial directions along the Y-axis and the Z-axis. The web 63 of the third flexure joint 61 is rotated by 90° with respect to the web 53 of the second flexure joint 51 .
Am unteren Ende des dritten Festkörpergelenks 61 ist die Aufnahme 36 vorgesehen, in welche der Eindringkörper 14 einsetzbar ist. At the lower end of the third flexure joint 61 there is a receptacle 36 into which the penetration body 14 can be inserted.
ERSATZBLATT (REGEL 26) Die Festkörpergelenkanordnung 37 mit dem ersten Festkörpergelenk 41, dem zweiten Festkörpergelenk 51 und dem dritten Festkörpergelenk 61 ist bevorzugt einteilig ausgebildet. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Festkörpergelenk 41, 51 und/oder zwischen dem zweiten und dem dritten Festkörpergelenk 51, 61 eine Schnittstelle vorgesehen ist. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The flexure joint arrangement 37 with the first flexure joint 41, the second flexure joint 51 and the third flexure joint 61 is preferably formed in one piece. Alternatively, it can also be provided that an interface is provided between the first and the second flexure joint 41, 51 and/or between the second and the third flexure joint 51, 61.
An einer Innenseite des Messkopfgehäuses 29 können Sensoren 49 befestigt sein, welche der Auskragung 52 zugeordnet sind. Durch diese Sensoren 49 kann ebenfalls eine Verfahrbewegung bzw. eine Auslenkung des ersten Festkörpergelenkes 41 entlang der Z-Achse erfasst werden. Diese Messsignale der Sensoren 49 und die der Hubantriebseinrichtung 21 können jeweils für sich oder beide zur Auswertung verwendet werden. Sensors 49 assigned to the projection 52 can be attached to an inside of the measuring head housing 29 . A displacement movement or a deflection of the first flexure joint 41 along the Z-axis can also be detected by these sensors 49 . These measurement signals from the sensors 49 and those from the lifting drive device 21 can each be used individually or both for evaluation.
Dem zweiten Festkörpergelenk 51 ist eine zweite Messeinrichtung 57 und dem dritten Festkörpergelenk 61 eine dritte Messeinrichtung 67 zugeordnet. Beispielsweise kann die zweite und dritte Messeinrichtung 57, 67 an dem oberen Schenkel 45 oder der vorderen Stirnseite 44 positioniert sein. Dadurch werden Sensoren 58, 68 der zweiten Messeinrichtung 57 und dritten Messeinrichtung 67 entkoppelt zur Z-Achse aufgenommen, das heißt, bei einer Auslenkung des ersten Festkörpergelenks 41 entlang der Z-Achse werden diese mitbewegt, so dass die Messsignale um diese Verfahrbewegung neutralisiert sind. An dem oberen Schenkel 45 ist bevorzugt eine Sensoraufnahme 72 vorgesehen, durch welche der Sensor 58 entlang der Y-Achse ausgerichtet aufgenommen wird und der Sensor 68 entlang der X-Achse ausgerichtet aufgenommen wird. Die Aufnahme 36 weist eine Messfläche 73 auf, die dem Sensor 58 und Sensor 68 zugeordnet ist, so dass eine Abstandsänderung zwischen der Messfläche 73 und den Sensoren 58, 68 unabhängig voneinander erfassbar ist. An der Aufnahme 36 ist wiederum ein geschlossener Tragrahmen 75 vorgesehen, der die Messfläche 73 aufnimmt. Diese Messfläche 73 ist bevorzugt dem Eindringkörper 14 gegenüberliegend an der Aufnahme 36 vorgesehen. Bei Einsatz von Abstandssensoren oder Näherungsschaltern können A second measuring device 57 is assigned to the second flexure joint 51 and a third measuring device 67 to the third flexure joint 61 . For example, the second and third measuring device 57, 67 can be positioned on the upper leg 45 or the front face 44. As a result, sensors 58, 68 of the second measuring device 57 and third measuring device 67 are decoupled from the Z-axis, i.e. when the first flexure joint 41 is deflected along the Z-axis, they are also moved, so that the measuring signals are neutralized by this movement. A sensor mount 72 is preferably provided on the upper leg 45, through which the sensor 58 is received aligned along the Y-axis and the sensor 68 is received aligned along the X-axis. The receptacle 36 has a measuring surface 73, which is assigned to the sensor 58 and sensor 68, so that a change in the distance between the measuring surface 73 and the sensors 58, 68 can be detected independently of one another. A closed supporting frame 75 , which accommodates the measuring surface 73 , is in turn provided on the receptacle 36 . This measuring surface 73 is preferably provided opposite the penetration body 14 on the receptacle 36 . When using distance sensors or proximity switches
ERSATZBLATT (REGEL 26) entsprechende Komponenten an der Messfläche 73 vorgesehen sein, so dass die Sensoren 58, 68 eine Änderung im Abstand erfassen können. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) corresponding components may be provided on the measuring surface 73 so that the sensors 58, 68 can detect a change in the distance.
In der Messfläche 73 ist eine Durchgangsbohrung 77 vorgesehen. Diese fluchtet mit einer weiteren Bohrung 78 in der Auskragung 52. Diese Bohrung 78 ist im Umfang größer als die in der Aufnahme 36 zum Einsetzen des Eindringkörpers 14. Dadurch ist zum einen eine Beweglichkeit des Eindringkörpers 14 im Umfang einer möglichen Auslenkung des ersten und zweiten Festkörpergelenks 51, 61 gegeben. Des Weiteren kann über die Durchgangsbohrung 77 eine Fixierung des Eindringkörpers 14 mittels eines Werkzeuges in der Aufnahme 36 ermöglicht sein. A through hole 77 is provided in the measuring surface 73 . This is aligned with a further bore 78 in the projection 52. This bore 78 is larger in circumference than that in the receptacle 36 for inserting the indenter 14. This allows the indenter 14 to move to the extent of a possible deflection of the first and second flexure joint 51, 61 given. Furthermore, the penetration body 14 can be fixed in place in the receptacle 36 by means of a tool via the through bore 77 .
Die Aussparungen der Stege 53, 63 können an deren jeweiligen Kreuzungspunkten des zweiten und dritten Festkörpergelenks 51, 61 ein Hindurchführen des Werkzeuges zur Verschraubung des Eindringkörpers 14 ermöglichen. Gleichzeitig wird ermöglicht, dass eine Längsachse des Eindringkörpers 14 im Kreuzungspunkt der jeweiligen Schwenkachsen des ersten und zweiten Festkörpergelenkes 51, 61 liegt. Dadurch können geometrisch definierte Verhältnisse für eine präzise Messung ermöglicht sein. The recesses of the webs 53, 63 can allow the tool for screwing the indenter 14 to be passed through at their respective crossing points of the second and third flexure joint 51, 61. At the same time, it is made possible for a longitudinal axis of the indenter 14 to lie at the crossing point of the respective pivot axes of the first and second flexure joint 51, 61. This allows geometrically defined conditions for a precise measurement.
In Figur 8 ist eine perspektivische Teilansicht der Abtasteinrichtung 111 und der Eindringkörperaufnahme 23 in einer Einbausituation oder Montageanordnung an dem Anschlusselement 98 dargestellt. Die Abtasteinrichtung 111 ist teilweise innerhalb der Festkörpergelenkanordnung 37 der Eindringkörperaufnahme 23 angeordnet, wodurch eine Bauraumoptimierung erzielt wird. Das Anschlusselement 98 weist bevorzugt eine Vertiefung 99 auf, durch welche eine Schnittstelle 35 zwischen der Eindringkörperaufnahme 23 und dem Anschlusselement 98 gegeben ist. Bevorzugt ist eine hintere Stirnseite 43 in der Vertiefung 99 des Anschlusselementes 98 positioniert. Die innerhalb des Rahmens 42 der Festkörpergelenkanordnung 37 positionierte Abtasteinrichtung 111 kann unmittelbar an dem Anschlusselement 98 über den Grundkörper 112 befestigt sein. Alternativ kann vorgesehen sein, wie dies auch in Figur 8 dargestellt ist, FIG. 8 shows a perspective partial view of the scanning device 111 and the indenter receptacle 23 in an installation situation or mounting arrangement on the connecting element 98. The scanning device 111 is arranged partially inside the solid-state joint arrangement 37 of the indenter receptacle 23, as a result of which an optimization of the installation space is achieved. The connecting element 98 preferably has a depression 99 through which an interface 35 between the indenter receptacle 23 and the connecting element 98 is provided. A rear face 43 is preferably positioned in the recess 99 of the connection element 98 . The scanning device 111 positioned within the frame 42 of the flexure joint arrangement 37 can be fastened directly to the connection element 98 via the base body 112 . Alternatively, it can be provided, as is also shown in FIG.
ERSATZBLATT (REGEL 26) dass die Abtasteinrichtung 111 mit der Ausrichteinrichtung 136 verbunden ist und diese Ausrichteinrichtung 136 an dem Anschlusselement 98 fixierbar ist. Dadurch findet eine Ineinanderschachtelung statt, wobei alle Funktionen, insbesondere bezüglich der jeweiligen Einstellparameter und/oder Auslenkungen sowohl für die Festkörpergelenkanordnung 37, die Ausrichteinrichtung 136 als auch die Abtastvorrichtung 111 aufrechterhalten bleiben. In der in Figur 8 dargestellten Einbausituation sind die Hebelarme 115, 116 seitlich an der vorderen Stirnseite 44 des ersten Festkörpergelenkes 41 vorbeigeführt, sodass die Abtastelemente 117 zu dem Eindringkörper 14 positioniert und ausgerichtet sind. Dabei ist vorgesehen, dass die Abtastelemente 117 zum Eindringkörper 14 in einer Achse ausgerichtet liegen, welche beispielsweise die Y-Achse gemäß Figur 1 darstellt. Entlang dieser Y-Achse ist auch der Messtisch 18 verfahrbar angesteuert. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) that the scanning device 111 is connected to the alignment device 136 and that this alignment device 136 can be fixed to the connection element 98 . As a result, nesting takes place, with all functions, in particular with regard to the respective setting parameters and/or deflections, for both the solid-state joint arrangement 37, the alignment device 136 and the scanning device 111 being maintained. In the installation situation shown in FIG. 8, the lever arms 115, 116 are guided past the front end face 44 of the first flexure joint 41 so that the sensing elements 117 are positioned and aligned with the indenter 14. In this case, it is provided that the scanning elements 117 are aligned with the penetration body 14 in an axis which, for example, represents the Y-axis according to FIG. The measuring table 18 is also driven to be movable along this Y-axis.
Diese Anordnung der Abtasteinrichtung 111 zur Eindringkörperaufnahme 23 weist den Vorteil auf, dass während dem Einbringen einer Kratzspur in die Oberfläche des Prüfkörpers 12 oder in die Schicht auf dem Prüfkörper 12 mit dem Eindringkörper 14 Messsignale durch die Messeinrichtungen 47, 57, 67 von dem Eindringkörper 14 unabhängig und entkoppelt zu Messsignalen der Abtastelemente 117 der Abtasteinrichtung 111 erfassbar sind. Darüber hinaus sind die Messsignale der beiden Abtastelemente 117 ebenfalls unabhängig voneinander und entkoppelt zueinander durch die Abtasteinrichtung 111 erfassbar. Diese Anordnung ermöglicht, dass während einer Messung, das heißt während einer gesteuerten Verfahrbewegung des Prüfkörpers 12, sowohl durch ein Abtastelement 117 ein ProScan, durch das weitere Abtastelement 117 ein Post-Scan und durch den Eindringkörper 14 das Einbringen einer Kratzspur und die Erfassung der dazugehörigen Signale gleichzeitig erfolgen kann. This arrangement of the scanning device 111 for the indenter receptacle 23 has the advantage that while a scratch mark is being made in the surface of the test body 12 or in the layer on the test body 12 with the indenter 14, measuring signals are transmitted by the measuring devices 47, 57, 67 from the indenter 14 can be detected independently and decoupled from the measurement signals of the scanning elements 117 of the scanning device 111 . In addition, the measurement signals of the two scanning elements 117 are also independent of one another and can be detected by the scanning device 111 decoupled from one another. This arrangement makes it possible that during a measurement, i.e. during a controlled movement of the test body 12, both a ProScan by a scanning element 117, a post-scan by the further scanning element 117 and the introduction of a scratch mark by the indenter 14 and the detection of the associated signals can occur simultaneously.
ERSATZBLATT (REGEL 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)

Claims

26 26
Ansprüche Abtastvorrichtung (111) für eine Messvorrichtung (11) zur Erfassung von Messsignalen während einer Eindringbewegung eines Eindringkörpers (14) in eine Oberfläche eines Prüfkörpers (12) oder in eine Schicht auf dem Prüfkörper (12), Claims Scanning device (111) for a measuring device (11) for detecting measurement signals during a penetration movement of an indenter (14) into a surface of a test body (12) or into a layer on the test body (12),
- mit einem Grundkörper (112) welcher eine Montageschnittstelle zur Anordnung an einer Messvorrichtung (11) aufweist, - with a base body (112) which has a mounting interface for arrangement on a measuring device (11),
- mit einer an dem Grundkörper (112) oder einer Tragstruktur (134) des Grundkörpers (112) vorgesehenen Hebeleinrichtung (114), welche zumindest einen Hebelarm (115, 116) aufweist, der in eine Raumrichtung auf und ab bewegbar ist, - with a lever device (114) provided on the base body (112) or a supporting structure (134) of the base body (112), which has at least one lever arm (115, 116) which can be moved up and down in one spatial direction,
- mit zumindest einem Abtastelement (117), welches dem Grundkörper (112) oder der Tragstruktur (134) des Grundkörpers (112) gegenüberliegend an dem zumindest einen Hebelarm (115, 116) der Hebeleinrichtung (114) angeordnet ist, das zur Oberfläche oder der Schicht des Prüfkörpers (12) ausgerichtet ist, und - with at least one scanning element (117), which is arranged opposite the base body (112) or the supporting structure (134) of the base body (112) on the at least one lever arm (115, 116) of the lever device (114) which faces the surface or the Layer of the specimen (12) is aligned, and
- mit zumindest einer Sensoreinrichtung (121), welche eine Abtastbewegung des zumindest einen Abtastelementes (117) erfasst. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelarm (115, 116) an dem Grundkörper (112) oder der Tragstruktur (134) des Grundkörpers (112) schwenkbar über zumindest ein Gelenk (118) aufgenommen ist. Abtastvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelarm (115, 116) einen Tragarmabschnitt (127, 130) und einen Kraftarmabschnitt (126, 129) aufweist, die einteilig ausgebildet oder fest miteinander verbunden sind und insbesondere eine Anbindungsstelle (128) oder eine Schnittstelle zur Anordnung des Gelenks (118) bilden. Abtastvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftarmabschnitt (126, 129) sich zwischen dem Gelenk (118) und dem Grundkörper (112) oder der Tragstruktur (134) des Grundkörpers (112) erstreckt, an dessen Ende vorzugsweise ein Antrieb (122) aufgesetzt ist und der Tragarmabschnitt (127, 130) sich vom Gelenk (118) aus in entgegengesetzter Richtung erstreckt und bevorzugt das Abtastelement (117) aufnimmt. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (118) eine Drehachse aufweist, welche zur Auf- und Abbewegung des Abtastelementes (117) relativ zum Prüfkörper (12) vorgesehen ist. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (118) als ein Kreuzfedergelenk ausgebildet, welches ein erstes, vorzugsweise horizontal ausgerichtetes Federelement (131), und ein zweites, vorzugsweise vertikal ausgerichtetes Federelement (132) aufweist, die sich kreuzen, wobei insbesondere sich die Federelemente (131, 132) im Drehpunkt des senkrechten Federelements (132) kreuzen. Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Tragarmabschnitt (127, 130) und dem Kraftarmabschnitt (126, 129) das zweite Federelement (132) eingespannt ist und mit dem gegenüberliegenden Befestigungsabschnitt am Grundkörper (112) oder der Tragstruktur (134) am Grundkörper (112) befestigt ist. Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass an einem zum Kraftarmabschnitt (126, 129) weisenden Abschnitt des Tragarmabschnitts (127, 130) das erste, vorzugsweise horizontale, Federelement (131) angeordnet ist und das gegenüberliegende Befestigungselement an dem Grundkörper (112) oder an der Tragstruktur (134) des Grundkörpers (112) befestigt ist. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (121) eine Krafterzeugungseinrichtung (122) und/oder eine Wegmesseinrichtung (123) aufweist. Abtastvorrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Krafterzeugungseinrichtung (122) an einem dem Gelenk (118) gegenüberliegenden Ende am Kraftarmabschnitt (126, 129) angreift und vorzugsweise die Wegmesseinrichtung (123) zum Tragarmabschnitt (127, 130) ausgerichtet ist. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelarme (115, 116) im Nichtbetrieb der Sensoreinrichtung (121) derart austariert sind, dass der Kraftarmabschnitt (126, 129) eine größere Last als der Tragarmabschnitt (127, 130) aufweist. Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebeleinrichtung (114) zwei Hebelarme (115, 116) aufweist und jeder Hebelarm (115, 116) nimmt zumindest am Tragarmabschnitt (127, 130) ein Abtastelement (117) auf. Abtastvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Abtastelemente (117) der zwei Hebelarme (115, 116) mit Abstand zueinander ausgerichtet sind und dazwischen ein Eindring- körper (14) der Messvorrichtung (11) positionierbar ist und vorzugsweise die jeweiligen Abstände der Abtastelemente (117) zum Eindringkörper (14) gleich sind. Abtastvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Hebelarm (115, 116) durch das eine Gelenk (118) oder dass die zwei Hebelarme (115, 116) durch das eine Gelenk (118) schwenkbar aufgenommen sind. Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragarmabschnitt (127, 130) L-förmig ausgebildet ist und der lange Schenkel am Gelenk (118) angreift und am freien Ende des kurzen Schenkels das Abtastelement (117) vorgesehen ist. Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass beide Tragarmabschnitte (127) der Hebeleinrichtung (114) annähernd parallel zueinander ausgerichtet sind. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (112) mit einer Ausrichteinrichtung (136) gekoppelt ist oder Teil der Ausrichteinrichtung (136) ist, durch welche die Abtastelemente (117) in zumindest einer Raumrichtung verfahrbar und um zumindest eine Raumrichtung drehbar sind. Abtastvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichteinrichtung (136) eine Basisplatte (145) umfasst, die mit dem Grundkörper (112) verbindbar oder einteilig mit dem Grundkörper (112) ausgebildet ist, und die Basisplatte (145) mit einer Zwischenplatte (141) verbunden ist, die wiederum mit einer Anschlussplatte (146) verbunden ist und vorzugsweise zwischen der 30 - With at least one sensor device (121) which detects a scanning movement of the at least one scanning element (117). Scanning device according to Claim 1, characterized in that the lever arm (115, 116) is pivotably mounted on the base body (112) or the supporting structure (134) of the base body (112) via at least one joint (118). Scanning device according to claim 2, characterized in that the lever arm (115, 116) has a support arm section (127, 130) and has a power arm section (126, 129), which are designed in one piece or are firmly connected to one another and in particular form a connection point (128) or an interface for the arrangement of the joint (118). Scanning device according to Claim 3, characterized in that the force arm section (126, 129) extends between the joint (118) and the base body (112) or the supporting structure (134) of the base body (112), at the end of which a drive (122 ) is fitted and the support arm section (127, 130) extends from the joint (118) in the opposite direction and preferably accommodates the scanning element (117). Scanning device according to one of the preceding claims, characterized in that the joint (118) has an axis of rotation which is provided for moving the scanning element (117) up and down relative to the test body (12). Scanning device according to one of the preceding claims, characterized in that the joint (118) is designed as a cross spring joint, which has a first, preferably horizontally aligned spring element (131) and a second, preferably vertically aligned spring element (132) which cross one another, in particular, the spring elements (131, 132) crossing at the pivot point of the vertical spring element (132). Scanning device according to one of Claims 3 to 6, characterized in that the second spring element (132) is clamped between the support arm section (127, 130) and the force arm section (126, 129) and with the opposite fastening section on the base body (112) or the support structure (134) is attached to the base body (112). Scanning device according to one of Claims 6 or 7, characterized in that the first, preferably horizontal, spring element (131) is arranged on a section of the support arm section (127, 130) pointing towards the force arm section (126, 129) and the opposite fastening element is arranged on the base body (112) or is attached to the support structure (134) of the base body (112). Scanning device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor device (121) has a force-generating device (122) and/or a displacement measuring device (123). Scanning device according to Claim 9, characterized in that the force-generating device (122) acts on the force-arm section (126, 129) at an end opposite the joint (118) and the path-measuring device (123) is preferably aligned with the support-arm section (127, 130). Scanning device according to one of the preceding claims, characterized in that the lever arms (115, 116) when the sensor device (121) is not in operation are balanced in such a way that the force arm section (126, 129) has a greater load than the support arm section (127, 130). Scanning device according to one of Claims 3 to 11, characterized in that the lever device (114) has two lever arms (115, 116) and each lever arm (115, 116) accommodates a scanning element (117) at least on the support arm section (127, 130). Scanning device according to Claim 12, characterized in that the two scanning elements (117) of the two lever arms (115, 116) are aligned at a distance from one another and a penetration body (14) of the measuring device (11) can be positioned and preferably the respective distances between the scanning elements (117) and the indenter (14) are the same. Scanning device according to Claim 12 or 13, characterized in that each lever arm (115, 116) is pivotably received by the one joint (118) or that the two lever arms (115, 116) are pivoted by the one joint (118). Scanning device according to one of Claims 3 to 14, characterized in that the support arm section (127, 130) is L-shaped and the long leg acts on the joint (118) and the scanning element (117) is provided at the free end of the short leg. Scanning device according to one of Claims 3 to 15, characterized in that both support arm sections (127) of the lever device (114) are aligned approximately parallel to one another. Scanning device according to one of the preceding claims, characterized in that the base body (112) is coupled to an alignment device (136) or is part of the alignment device (136) by which the scanning elements (117) can be moved in at least one spatial direction and around at least one spatial direction are rotatable. Scanning device according to Claim 17, characterized in that the alignment device (136) comprises a base plate (145) which can be connected to the base body (112) or is constructed in one piece with the base body (112), and the base plate (145) is connected to an intermediate plate ( 141) is connected, which in turn is connected to a connection plate (146) and preferably between the 30
Anschlussplatte (146) und der Zwischenplatte (141) als auch zwischen der Zwischenplatte (141) und der Basisplatte (145) zu deren Zuordnung zueinander Federelemente (142) vorgesehen sind. Abtastvorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Anschlussplatte (146) und der Zwischenplatte (141) eine Einstelleinrichtung (143) vorgesehen ist, durch welche eine Schiebebewegung des Grundkörpers (112) zur Anschlussplatte (146) ansteuerbar ist und dass zwischen der Zwischenplatte (141) und der Basisplatte (145) eine weitere Einstelleinrichtung (144) vorgesehen ist, durch welche eine Schwenkbewegung um eine Raumachse zwischen der Anschlussplatte (146) und dem Grundkörper (112) ansteuerbar ist. Messvorrichtung zur Erfassung von Messsignalen während einer Eindringbewegung eines Eindringkörpers (14) in eine Oberfläche eines Prüfkörpers (12) oder in eine Schicht auf dem Prüfkörper (12) Connection plate (146) and the intermediate plate (141) and between the intermediate plate (141) and the base plate (145) are provided for their assignment to each other spring elements (142). Scanning device according to Claim 17 or 18, characterized in that between the connecting plate (146) and the intermediate plate (141) there is an adjusting device (143) by means of which a sliding movement of the base body (112) towards the connecting plate (146) can be controlled and that between between the intermediate plate (141) and the base plate (145) a further adjustment device (144) is provided, by means of which a pivoting movement about a spatial axis between the connection plate (146) and the base body (112) can be controlled. Measuring device for acquiring measurement signals during a penetration movement of an indenter (14) into a surface of a test body (12) or into a layer on the test body (12)
- mit einem Messtisch (18), auf welchem der Prüfkörper (12) positionierbar ist, - with a measuring table (18) on which the test body (12) can be positioned,
- mit einer Hubantriebseinrichtung (21), durch welche eine Verfahrbewegung des Eindringkörpers (14) entlang einer Z-Achse ansteuerbar ist, - with a lifting drive device (21), by means of which a displacement movement of the indenter (14) along a Z-axis can be controlled,
- mit einer Eindringkörperaufnahme (23), an welcher der Eindringkörper (14) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abtasteinrichtung (111) nach einem der Ansprüche 1 bis 19 vorgesehen ist und zumindest eine Abtastnadel (117) umfasst, welche benachbart zum Eindringkörper (14) ausgerichtet ist. Messvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtasteinrichtung (111) an der Eindringkörperaufnahme (23) befestig bar ist. Messvorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Abtastelement (117) zum Eindringkörper (14) in einer Achse ausgerichtet ist, welche einer axialen Verfahrbewegung des Messtisches (18) entspricht. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtasteinrichtung (111) eine Hebeleinrichtung (114) mit zwei Hebelarmen (115, 116) aufweist und an jedem Hebelarm (115, 116) ein Abtastelement (117) vorgesehen ist und zwischen den zwei Abtastelementen (117) der Eindringkörper (14) positioniert ist. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Verfahrbewegung des Prüfkörpers (12) zum Eindringkörper (14) in einer ersten Raumrichtung das eine Abtastelement (117) vorauseilend und das andere Abtastelement (117) nacheilend zum Eindringkörper (14) vorgesehen ist und dass bei einer Verfahrbewegung des Prüfkörpers (12) zum Eindringkörper (14) entgegengesetzt zur ersten Raumrichtung das vorauseilende Abtastelement (117) nacheilend und das nacheilende Abtastelement (117) vorauseilend zum Eindringkörper (14) einsetzbar ist. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24 dadurch gekennzeichnet, dass die Eindringkörperaufnahme (23) eine Schnittstelle zur Montage an der Messvorrichtung (11), insbesondere an der Z-Achse der Messvorrichtung (11), aufweist und als eine Festkörpergelenkanordnung (37) ausgebildet ist, welche zumindest zwei, vorzugsweise drei, Festkörpergelenke (41, 51, 61) zwischen der Schnittstelle (35) und einer Aufnahme (36) des Eindringkörpers (14) aufweist und die Abtastvorrichtung (111) an der Schnittstelle 32 - With an indenter receptacle (23) on which the indenter (14) is provided, characterized in that a scanning device (111) is provided according to one of claims 1 to 19 and comprises at least one scanning needle (117) which is adjacent to the indenter ( 14) is aligned. Measuring device according to Claim 20, characterized in that the scanning device (111) can be fastened to the indenter receptacle (23). Measuring device according to Claim 20 or 21, characterized in that the at least one scanning element (117) is aligned with the penetration body (14) on an axis which corresponds to an axial displacement movement of the measuring table (18). Measuring device according to one of Claims 20 to 22, characterized in that the scanning device (111) has a lever device (114) with two lever arms (115, 116) and a scanning element (117) is provided on each lever arm (115, 116) and between the indenter (14) is positioned between the two sensing elements (117). Measuring device according to one of Claims 20 to 23, characterized in that during a displacement movement of the test body (12) to the indenter (14) in a first spatial direction, one scanning element (117) leads and the other scanning element (117) lags behind the indenter (14). is provided and that when the test body (12) is moved relative to the indenter (14) opposite to the first spatial direction, the leading scanning element (117) can be used behind and the trailing scanning element (117) can be used in front of the indenter (14). Measuring device according to one of Claims 20 to 24, characterized in that the indenter receptacle (23) has an interface for mounting on the measuring device (11), in particular on the Z axis of the measuring device (11), and is designed as a solid-state joint arrangement (37). Having at least two, preferably three, solid joints (41, 51, 61) between the interface (35) and a receptacle (36) of the indenter (14) and the scanning device (111) at the interface 32
(35) oder an einem Rahmen des ersten Festkörpergelenkes der Eindringkörperaufnahme (23) befestigbar ist. Verfahren zum Erfassen von Messsignalen während einer Eindringbewegung eines Eindringkörpers (14) in eine Oberfläche eines Prüfkörpers (12) oder in eine Schicht auf dem Prüfkörper (12) (35) or can be fastened to a frame of the first solid joint of the indenter receptacle (23). Method for acquiring measurement signals during a penetration movement of an indenter (14) into a surface of a test body (12) or into a layer on the test body (12)
- bei dem der Eindringkörper (14) einer Messvorrichtung (11) auf die Oberfläche oder Schicht des Prüfkörpers (12) aufgesetzt wird, - in which the indenter (14) of a measuring device (11) is placed on the surface or layer of the test body (12),
- bei dem der Prüfkörper (12) mit einer Geschwindigkeit in einer Raumrichtung senkrecht zur Prüfkraft, welche auf den Eindringkörper (14) in Richtung auf den Prüfkörper (12) wirkt, verfahren wird, und - in which the test body (12) is moved at a speed in a spatial direction perpendicular to the test force, which acts on the indenter (14) in the direction of the test body (12), and
- bei dem während der Verfahrbewegung des Prüfkörpers (12) der Eindringkörper (14) in die Oberfläche oder Schicht des Prüfkörpers (14) eindringt und eine Kratzspur bildet, dadurch gekennzeichnet, - in which during the movement of the test body (12) the indenter (14) penetrates into the surface or layer of the test body (14) and forms a scratch mark, characterized in that
- dass vor oder während der Verfahrbewegung des Prüfkörpers (14) zumindest ein Abtastelement (117) einer Abtasteinrichtung (111) der Messvorrichtung (11) auf die Oberfläche oder die Schicht des Prüfkörpers (12) aufgesetzt wird, und - that before or during the movement of the test body (14) at least one scanning element (117) of a scanning device (111) of the measuring device (11) is placed on the surface or the layer of the test body (12), and
- dass während der Einbringung der Kratzspur durch den Eindringkörper (14) in die Oberfläche oder Schicht des Prüfkörpers (12) von dem zumindest einen Abtastelement (117) Messsignale von der Oberfläche oder Schicht des Prüfkörpers (12) erfasst werden. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Abtastelement (117) dem Eindringkörper (14) vorauseilend und/oder dass das zumindest eine Abtastelement (117) dem Eindringkörper (14) nacheilend positioniert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Abtastelement (117) in einer gemeinsamen Gerade liegend zum Eindringkörper (14) ausgerichtet wird. - that during the introduction of the scratch mark by the indenter (14) in the surface or layer of the test body (12) of the at least one scanning element (117) measuring signals from the surface or layer of the test body (12) are detected. Method according to Claim 26, characterized in that the at least one scanning element (117) is positioned ahead of the indenter (14) and/or that the at least one scanning element (117) is positioned behind the indenter (14). Method according to one of Claims 26 or 27, characterized in that the at least one scanning element (117) is aligned in a common straight line relative to the penetration body (14).
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