WO2024068449A1 - Vorrichtung zum vermessen oder bearbeiten von objekten, verfahren zum betreiben - Google Patents

Vorrichtung zum vermessen oder bearbeiten von objekten, verfahren zum betreiben Download PDF

Info

Publication number
WO2024068449A1
WO2024068449A1 PCT/EP2023/076177 EP2023076177W WO2024068449A1 WO 2024068449 A1 WO2024068449 A1 WO 2024068449A1 EP 2023076177 W EP2023076177 W EP 2023076177W WO 2024068449 A1 WO2024068449 A1 WO 2024068449A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
clamping
working head
slide
clamping devices
measuring
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/076177
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Woerle
Nils HENKEL
Maximilian LOEDIGE
Original Assignee
Carl Zeiss Smt Gmbh
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
Application filed by Carl Zeiss Smt Gmbh filed Critical Carl Zeiss Smt Gmbh
Publication of WO2024068449A1 publication Critical patent/WO2024068449A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q30/00—Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
    • G01Q30/20—Sample handling devices or methods

Definitions

  • the invention relates to a device for measuring and/or processing an object, in particular an atomic force microscope, with a specimen slide on which an object can be arranged, with a working head assigned to the specimen slide for measuring or processing the object and with a frame which has a table carrying the specimen slide and an arm holding the working head.
  • the invention further relates to a method for operating such a device.
  • devices of the type mentioned at the beginning are known from the prior art.
  • devices When processing and/or measuring objects or workpieces, such as in particular optical elements, for example mirrors, lenses or the like, which are used in particular in microlithography, devices are advantageous that measure and/or process a object with very high accuracy object.
  • devices with an accuracy in the nanometer or picometer range such as an atomic force microscope, react sensitively to the smallest vibrations of the device itself as well as to external vibrations, i.e. disturbing stimuli that come from outside, for example through the floor on which the device stands, or from Airborne noise.
  • resonance frequencies within the device are responsible for relative movements between the object and the working head, which is designed in particular as a measuring head for measuring or as a processing head for processing the object.
  • resonance frequencies are unfavorable or if the movements between the working head and the object occur in anti-phase, so that, for example, the object and the working head move towards and away from each other close to their respective resonance frequency, the result of the measurement or processing is exposed to a stochastic or deterministic interference signal and the measurement or processing quality decreases away. If there is also a high disturbance excitation, for example from the ground, in the range of a resonance frequency, this can lead to significant displacements between the object and work head, whereby an error, in particular a measurement error or machining error, can be magnified many times over.
  • the object underlying the invention is achieved by a device with the features of claim 1 and by a method with the features of claim 10.
  • the invention has the advantage that, through local stiffening of the slide, the vibration behavior of the slide and thus also the vibration behavior of the object located on the slide is influenced or can be influenced in such a way that the processing or measurement result of the device is optimized.
  • the device according to the invention provides that several individually operable and distributed clamping devices are assigned to the slide, wherein a respective clamping device is designed to clamp the slide with a predeterminable force depending on the vibration behavior of the slide, the object and/or the working head in order to bring about a local stiffening of the slide that minimizes relative vibrations of the working head and the object to one another.
  • the slide is clamped with a predetermined force depending on the vibration behavior of the slide, the object and/or the working head in such a way that the slide is locally stiffened, whereby the local stiffening of the slide minimizes relative vibrations between the working head and the object or between the working head and the object.
  • the distributed clamping devices allow the slide to be stiffened at different points with or by the respective clamping device. If a clamping force is exerted on the slide by a clamping device, the slide stiffens in this area, which influences the vibration behavior of the slide at least in this area.
  • the working head is held by the arm opposite the slide.
  • the working head is preferably above or below the slide, next to the slide or diagonally next to the slide.
  • the specific arrangement is determined in particular by the application.
  • the arm is supported or supported at one end by the frame.
  • the arm is preferably supported or supported at both ends by the frame in the manner of or as part of a portal.
  • the arm is movable, particularly in the variant as a portal preferably mounted so that it can be moved on rails.
  • the frame with the arm is preferably mounted so that it can be moved or displaced relative to the table.
  • the clamping devices are preferably arranged evenly distributed over the slide. This makes it possible to adapt the vibration behavior of the object carrier to different objects in an advantageous manner by appropriately controlling or actuating the clamping devices.
  • the clamping devices, or at least some of the clamping devices are arranged in a matrix, i.e. distributed in rows and columns, in order to ensure an advantageous influence on the vibration behavior at all times.
  • the clamping devices or at least some of the clamping devices are arranged in a ring-shaped or circular ring-shaped manner.
  • the clamping devices are arranged depending on the vibration behavior of the specimen slide and/or the object in order to ensure an optimal, targeted influence on the vibration behavior.
  • the microscope slide has a plurality of recesses that are open at least towards the table, each with an annular, in particular annular, side wall, with one of the clamping devices being arranged at least in some areas in at least some of the recesses.
  • the object slide thus has a plurality of recesses, with one of the clamping devices being arranged in each of the recesses or in at least some of the recesses in order to locally stiffen the object slide if necessary. Because the clamping devices engage in the recesses of the slide, the clamping devices can be arranged distributed over the entire length and width of the slide and, for example, stiffen the slide in areas remote from its edge if necessary.
  • the clamping devices are preferably attached directly to the table or to a base of the microscope slide, which is attached to the table or rests on the table.
  • at least one of the clamping devices has at least two clamping jaws, which lie at least partially in one of the recesses and can be moved in different directions in such a way that they can be clamped against the side wall of the recess. This causes the slide to become tense from the inside out.
  • the clamping jaws lie on the inside of the recess on the side wall and are clamped against each other or are subjected to a force in different directions, so that they apply a force to the slide in the recess in different directions and thereby clamp themselves in the recess.
  • the slide is stiffened in the area around the affected depression, whereby the above-mentioned influence on vibration modes or vibration behavior takes place.
  • the clamping device preferably has more than two clamping jaws, in particular three or four clamping jaws, which are evenly distributed, in particular, over the circumference of the clamping device, so that the force is evenly exerted on the object carrier when a force is applied.
  • the clamping jaws preferably have an outer contour that corresponds to the inner contour of the side wall, so that the clamping jaws advantageously lie or can lie flat against the side wall of the recess in order to ensure advantageous force transmission and in particular the transmission of high forces permanently and safely.
  • the respective clamping device has at least one controllable actuator assigned to the clamping jaws, which is in particular a pneumatically, hydraulically, electromotively or electromagnetically operating and/or actuable actuator, and which is designed to displace and/or apply force or release force to the clamping jaws.
  • a clamping force for applying force to the object carrier can thus be set individually for the respective clamping device by the actuator of the respective clamping device, which is specified in particular by a control device depending on the vibration behavior of the object carrier and/or the working head, as described above, in order to minimize the relative movements between the working head and the object carrier or object.
  • the actuator preferably has at least one spring element which is held pre-tensioned in order to press the clamping jaws against the object carrier for its local stiffening, and which can preferably be elastically released by actuating the actuator to release the clamping force, in particular pneumatically, hydraulically, electromotively and/or electromagnetically. can be deformed or pre-stressed. This allows local stiffening of the slide to be maintained even without active application of force, thus providing an energy-efficient solution.
  • the at least one clamping device preferably has a clamping cone or wedge, the clamping jaws being mounted on the clamping cone or wedge so that they can be displaced longitudinally by the clamping wedge or cone in such a way that they are displaced transversely by the clamping wedge or cone during a longitudinal displacement in order to generate or reduce a clamping force or a local stiffening.
  • the clamping force is thus generated by a wedge element, and in particular with the help of the actuator, which displaces the respective clamping element longitudinally along the wedge, whereby a transverse displacement is caused by the wedge during the longitudinal displacement. Due to the transmission provided by the wedge shape, high transverse forces can be generated.
  • the clamping cone or wedge is preferably arranged centrally on the respective clamping device so that the at least two clamping jaws accommodate the clamping cone or wedge between them. If the two clamping jaws are moved longitudinally along the wedge, they are moved apart or towards each other in order to generate or release a clamping force.
  • the particularly symmetrical arrangement of the clamping jaws and the central arrangement of the clamping cone or wedge ensures that an advantageous distribution of force from the clamping device to the specimen slide is guaranteed.
  • the device has a control unit that is specially designed to individually control the clamping devices depending on the vibration behavior of the slide and/or object on the one hand and the working head on the other.
  • the control unit therefore controls the clamping devices to generate or release a clamping force in order to specifically stiffen the slide locally and thereby advantageously adapt its vibration behavior to the vibration behavior of the working head, so that relative vibrations are minimized during a processing or measuring process.
  • the control unit automatically controls the clamping devices, which means that, for example, different objects can be processed or measured in a short time.
  • the control device is specially designed to control the clamping devices in order to set a natural frequency of at least the object and an external disturbance in different frequency ranges.
  • the method according to the invention with the features of claim 10 is characterized in that the object carrier is locally stiffened by one or more selected clamping devices, each with a predetermined force, depending on the vibration behavior of the object carrier, the object and/or the working head.
  • the vibration behavior of the object carrier is influenced by controlling the clamping devices in such a way that the object and the working head oscillate in phase at the measuring or work point of the device.
  • the vibration behavior of the slide, object and/or working head is determined and/or calculated through tests.
  • a finite element method is used in the calculation, by means of which the vibration modes of the slide are determined, particularly taking into account an object located on the slide. This allows the slide to be locally stiffened with high precision by controlling the clamping devices, so that vibration modes can be influenced and the vibration behavior can be optimized.
  • the clamping devices are controlled by detected or determined vibration modes of the object carrier and/or the object on the one hand and the working head on the other hand.
  • the clamping devices are controlled depending on a detected or determined or expected external disturbance excitation. This ensures that disruptive excitation does not affect the vibrations between the working head and the object.
  • the vibration behavior or the frequency of the specimen slide and/or the object and/or the working head is moved out of the frequency range of the interference excitation by stiffening the specimen slide by means of the clamping devices at suitable locations.
  • the clamping devices are controlled depending on a resonance frequency of the device. As already mentioned above, this ensures that the natural frequency of the device, in particular the working head or slide, is not reached, which could significantly impair the working result.
  • a position for the object on the slide is predetermined depending on the shape, size and weight of the object.
  • the position of the object on the slide further influences its vibration behavior. If an advantageous position is selected from the outset, the oscillation behavior of the specimen slide is also advantageously influenced and can be optimized, for example, by controlling only a few clamping devices.
  • Figure 1 shows an advantageous device in a simplified representation
  • Figure 2 shows an operating state of the device in a simplified representation
  • Figure 3 shows a microscope slide of the device in a simplified top view
  • Figures 4A and B show different embodiments of clamping devices of the device, each in a simplified representation
  • Figures 5A and B show a vibration behavior of the device in different operating states, each in a schematic representation.
  • FIG. 1 shows a simplified representation of an advantageous device for measuring objects.
  • the device 1 has a frame 2 or frame, which has at least one support element, in particular a table 3, and an arm 4, which leads from the table 3 upwards over the table 3, so that the arm 4 is above the table 3, however spaced from this, is arranged.
  • the support element, in particular the table 3, itself can be supplemented, for example, by feet 5, which serve to support the support element or the table 3 on a floor, for example a hall floor or room floor.
  • a microscope slide 6 is arranged on the support element or the table 3, on which an object 7 to be tested or measured can be arranged.
  • the microscope slide 6 is plate-shaped formed and, according to the present exemplary embodiment, has a rectangular outer contour.
  • the object slide 6 rests on a base 8 which lies on the table 3. Alternatively, base 8 is omitted.
  • a working head 9 is also held on the arm 4 and is used to measure the object 7 and is therefore designed as a measuring head.
  • the working head 9 is held, for example, on a device 10 which is attached to the arm 4, the device 10 being designed to support the working head 9, in particular to pivot and move it, in order to scan or scan the object 7 up to its surface to be able to measure
  • the device 1 is shown in the ideal, vibration-free state with dashed lines, as also shown in Figure 1, and in a state influenced by vibrations with solid lines, the vibrations being shown in exaggerated size to facilitate understanding.
  • the frame 2, the object slide 6 and the working head 9 can be stimulated to move by disruptive stimuli from outside, for example from the floor, and/or by the movement of the working head 9 as well as by airborne noise.
  • the device 1 is designed as an atomic force microscope, which is used to mechanically scan the surface of the object 7 and measure atomic forces in the nanometer range. Even the smallest vibrations or oscillations of the working head 9 and the measurement object 7 can therefore lead to an impairment of the measurement result.
  • ground vibrations and acoustic influences have a major influence on large and heavy measuring machines, such as the present device 1, since the relatively soft structure of the measuring machines results in low natural frequencies. If the resonance frequencies are in an unfavorable position and the movement between the object 7 and the working head 9 is in anti-phase, large disturbances can occur that falsify the measurement result. If a ground excitation in the resonance frequency range is also very high, this can lead to significant displacements between the object 7 and the working head 9, which increases the measurement error many times over.
  • a clamping system 11 is assigned to the object carrier 6, by means of which the object carrier 6 can be locally stiffened at selected points.
  • the clamping system 11 has several individually controllable clamping devices 12, which can exert a clamping force on the object carrier 6 in such a way that the object carrier 6 is locally stiffened.
  • Figure 3 shows a simplified top view of the underside of the slide 6 facing the table 3, the slide 6 with recesses 13 formed therein, which according to the present embodiment are arranged in a matrix-like manner and are open towards the table 3.
  • a clamping device 12 is assigned to some or all of the recesses 13.
  • FIGS 4A and B show different embodiments of such a clamping device, each in a sectional view.
  • the respective clamping device 12 protrudes at least partially into one of the recesses 13 of the object carrier 6.
  • the clamping device 12 has a clamping wedge 14 arranged on the base 8, the cross section of which tapers in the direction of the object carrier 6.
  • Two clamping jaws 15 are mounted on the clamping wedge 14 so as to be longitudinally displaceable.
  • the clamping jaws 15 each have a contact surface 16 assigned to the clamping wedge 14, which rests flatly on the clamping wedge 14.
  • On their outer sides facing away from the clamping wedge 14, the clamping jaws 15 have clamping surfaces 17 which are designed to rest flatly on a side wall 17 of the recess 13.
  • the recess 13 has an annular or continuous side wall 17, which can be circular or annular as shown by way of example in Figure 3.
  • the clamping surfaces 17 of the clamping jaws 15 are preferably designed with a curved outer contour corresponding to the curvature of the side wall 17 in order to ensure flat contact.
  • the clamping jaws 15 are mounted on the clamping wedge 14 in a longitudinally displaceable manner, i.e. perpendicular to the plane of the specimen slide 6, and an actuator 18 is assigned to them, which has a displaceable actuator element 19.
  • the actuator 18 is designed, for example, as a pneumatically, hydraulically, electromotively and/or electromagnetically operating actuator, which moves the actuator element 19 as necessary in order to generate or release the clamping force of the clamping jaws 15.
  • the actuator element 19 engages behind the clamping jaws 15, for example in such a way that when the actuator 18 is activated, the clamping jaws 15 are displaced in the direction of the base 8, so that they are pushed apart by the clamping wedge 14, as indicated by arrows in Figure 4A.
  • the clamping jaws 15 are assigned one or more return springs, which move the clamping jaws 15 back to their starting position as soon as the actuating force of the actuator 18 is released or reduced sufficiently.
  • the actuator 18 has at least one spring element that is pre-tensioned to clamp the clamping jaws against the object carrier 6, in particular to move the actuator element in the direction of the base 8.
  • the clamping force is thus provided by the spring element, so that the clamping force does not have to be actively maintained.
  • the actuator 18 is preferably designed such that it can be controlled pneumatically, hydraulically, by an electric motor and/or electromagnetically in order to release the clamping jaws 15 against the force of the spring element and to relax the local stiffening.
  • FIG. 4B A further exemplary embodiment of the clamping device 12 is shown in FIG. 4B.
  • the clamping jaws 15 or clamping elements do not interact with a clamping wedge 14, but are subjected to a clamping force directly by the actuator 18 in such a way that they are pushed away or pushed apart from one another in order to press against the side wall 17 the assigned recess 13 to be clamped.
  • the actuator 18 has, for example, a spindle gear that interacts with the clamping jaws 15 or an electromagnetic drive.
  • a control device 19 of the device 1 is designed to control the clamping devices 12 individually or specifically depending on the vibration behavior of the object slide 6, the object 7 and / or the working head 9 in order to achieve a local stiffening of the object slide 6, through which relative vibrations or movements of Working head 9 and object 7 are minimized relative to each other.
  • Figure 5A shows the working head 9 as an example and the surface of the object 7 facing the working head 9. If the working head 9 and object 7 oscillate in antiphase, the oscillation causes the distance between the working head 9 and object 7 to be alternately maximized and minimized, so that different measurement results are recorded depending on the time of measurement.
  • the largest distance is shown as an example in Figure 5A with a solid line and the smallest distance with a dashed line.
  • the clamping devices 12 now act as a variable stiffening element in the intermediate area between the object 7 and the object carrier 6 and the working head 9 and can influence the shape of the vibration modes of the object carrier 6 and the object 7 so that the relative movement between the working head 9 and the measuring object 7 is minimized.
  • the equalization of the resonance points of the two vibrating individual structures and the resulting optimal control of the clamping devices 12 is preferably determined or calculated by tests, with a finite element method being used in particular for the calculation.
  • the vibration behavior of the object carrier 6, for example can thus be determined and advantageously influenced by controlling selected clamping devices 12 of the clamping devices 12.
  • clamping devices 12 are shown by way of example, with all clamping devices 12 being activated in FIG do not additionally stiffen the object slide 6 locally.
  • the vibration behavior of the object carrier 6 and thus the object 7 can be influenced, in particular to ensure that the object 7 and the working head 9 oscillate in phase.
  • the optimal position for the object 7 on the object slide 6 is determined and stored, and in particular saved for each object 7 .
  • the vibration behavior can be optimized by optimally positioning the object 7 on the specimen slide 6. If ground vibrations coincide with resonance points of the object 7, these are preferably equalized from one another using individually activated clamping devices 12 resonance points, so that undesirable resonance peaks do not occur.
  • Frequency ranges that are sensitive to the measurement range can also be deliberately shifted out of the resonance frequency range of the device 1 in order to improve the measurement result. This is provided, for example, when relevant spatial wavelength ranges are present which, as with tactile roughness measurement technology, are desired for certain areas, while other areas are not of interest for process measurement technology.
  • the control unit 19 is thus able to control the clamping devices 12 individually in order to ensure an optimal measurement result.
  • the present embodiment refers to a measuring device, in particular the atomic force microscope, in which the working head 9 is designed as a measuring head
  • the described technology can also be used for processing devices, such as for milling or grinding devices or the like, in which undesirable dynamic relative movements can occur during processing between the workpiece (object 7) and the working head 9, which is then designed as a processing head. These undesirable relative movements can also be avoided or at least minimized by the advantageous adaptive clamping system 11.
  • the design of the device 1 is particularly advantageous for dynamic problems. But even for static problems, the advantageous design improves the measurement or work result. If, for example, the processing head or measuring head (working head 9) and the object carrier 6 have excessive static relative deformations, the clamping system 11 with the clamping devices 12 can ensure a more favorable static support combination that better corresponds to the desired shape of the object 7 and the application of the later object 7.
  • the object 7 is clamped in particular in such a way that it corresponds as closely as possible to the later real load case.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Vermessung und/oder Bearbeitung von Objekt (7), insbesondere Rasterkraftmikroskop, mit einem Objektträger (6), auf welchem ein Objekt (7) anordenbar ist, mit einem dem Objektträger (6) zugeordneten Arbeitskopf (9) zum Messen oder Bearbeiten des Objekts (7) und mit einem Gestell (2), das einen den Objektträger (6) tragenden Tragelement, insbesondere Tisch (3), und einen den Arbeitskopf (9) haltenden Arm (4) aufweist. Es ist vorgesehen, dass dem Objektträger (6) mehrere individuell betätigbare und verteilt angeordnete Spanneinrichtungen (12) zugeordnet sind, wobei die jeweilige Spanneinrichtung (12) dazu ausgebildet ist, den Objektträger in Abhängigkeit von einem Schwingungsverhalten des Objektträgers (6), des Objekts (7) und/oder des Arbeitskopfs (9) mit einer vorgegebenen Kraft zur lokalen Versteifung zu verspannen, um eine Relativschwingungen von Arbeitskopf (9) und Objekt (7) zueinander minimierende lokale Versteifung des Objektträgers (6) zu bewirken.

Description

BESCHREIBUNG
Vorrichtung zum Vermessen oder Bearbeiten von Objekten, Verfahren zum Betreiben
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE 102022 210 368.8 eingereicht am 30. September 2022, deren Inhalt hiermit durch Verweis in vollem Umfang in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermessen und/oder Bearbeiten eines Objekts, insbesondere ein Rasterkraftmikroskop, mit einem Objektträger, auf welchem ein Objekt anordenbar ist, mit einem dem Objektträger zugeordneten Arbeitskopf zum Messen oder Bearbeiten des Objekts und mit einem Gestell, das einen den Objektträger tragenden Tisch und einen den Arbeitskopf haltenden Arm aufweist.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung.
Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei der Bearbeitung und/oder Vermessung von Objekten oder Werkstücken, wie insbesondere optischen Elementen, beispielsweise Spiegeln, Linsen oder dergleichen, die insbesondere in der Mikrolithographie eingesetzt werden, sind Vorrichtungen von Vorteil, die mit einer sehr hohen Genauigkeit eine Vermessung und/oder Bearbeitung eines Objekts durchführen können. Vorrichtungen mit einer Genauigkeit im Nano- oder Pikometerbereich, wie beispielsweise ein Rasterkraftmikroskop, reagieren jedoch empfindlich auf kleinste Vibrationen der Vorrichtung selbst sowie auf externe Vibrationen, also Störanregungen, die von außen kommen, beispielsweise durch den Boden, auf welchem die Vorrichtung steht, oder aus Luftschall. Dabei sind vor allem Resonanzfrequenzen innerhalb der Vorrichtung verantwortlich für Relativbewegungen zwischen dem Objekt und dem Arbeitskopf, der insbesondere als Messkopf zur Vermessung oder als Bearbeitungskopf zur Bearbeitung des Objekts ausgebildet ist. Liegen diese Resonanzfrequenzen ungünstig oder erfolgen die Bewegungen zwischen Arbeitskopf und Objekt gegenphasig, sodass sich beispielsweise Objekt und Arbeitskopf nahe ihrer jeweiligen Resonanzfrequenz aufeinander zu und voneinander wegbewegen, ist das Ergebnis der Vermessung oder Bearbeitung einem stochastischen oder deterministischen Störsignal ausgesetzt und die Mess- oder Bearbeitungsqualität sinkt ab. Ist außerdem eine Störanregung beispielsweise durch den Boden im Bereich einer Resonanzfrequenz hoch, kann dies zu erheblichen Verschiebungen zwischen Objekt und Arbeitskopf führen, wodurch ein Fehler, insbesondere ein Messfehler oder Bearbeitungsfehler, um ein Vielfaches vergrößert werden kann.
Es liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung sowie ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung zu schaffen, durch welches Bearbeitungs- oder Messfehler in vorteilhafter Weise minimiert werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch eine lokale Versteifung des Objektträgers das Schwingungsverhalten des Objektträgers und damit auch das Schwingungsverhalten des auf dem Objektträger befindlichen Objekts derart beeinflusst wird beziehungsweise beeinflussbar ist, dass das Bearbeitungs- oder Messergebnis der Vorrichtung optimiert wird. Hierzu sieht die erfindungsgemäße Vorrichtung vor, dass dem Objektträger mehrere individuell betätigbare und verteilt angeordnete Spanneinrichtungen zugeordnet sind, wobei eine jeweilige Spanneinrichtung dazu ausgebildet ist, den Objektträger in Abhängigkeit von einem Schwingungsverhalten des Objektträgers, des Objekts und/oder des Arbeitskopfs mit einer vorgebbaren Kraft zu verspannen, um eine Relativschwingungen von Arbeitskopf und Objekt zueinander minimierende lokale Versteifung des Objektträgers zu bewirken. Mit anderen Worten: Der Objektträger wird in Abhängigkeit von einem Schwingungsverhalten des Objektträgers, des Objekts und/oder des Arbeitskopfs derart mit einer vorgegebenen Kraft verspannt, dass der Objektträger lokal versteift ist, wobei die lokale Versteifung des Objektträgers eine Minimierung von Relativschwingungen zwischen Arbeitskopf und Objekt beziehungsweise von Arbeitskopf und Objekt zueinander bewirkt. Durch die verteilt angeordneten Spanneinrichtungen kann der Objektträger an unterschiedlichen Stellen mit der beziehungsweise durch die jeweilige Spanneinrichtung versteift werden. Wird eine Spannkraft auf den Objektträger durch eine Spanneinrichtung ausgeübt, so versteift sich der Objektträger in diesem Bereich, wodurch das Schwingungsverhalten des Objektträgers zumindest in diesem Bereich beeinflusst wird. Hierdurch werden beispielsweise Schwingungsmoden des Objektträgers gezielt beeinflusst, um die Relativschwingungen von Arbeitskopf und Objekt zueinander zu minimieren, beispielsweise indem ein gleichphasiges Schwingen von Arbeitskopf und Objekt im Mess- oder Bearbeitungspunkt eingestellt wird. Durch ein individuelles Ansteuern bzw. Betätigen der Spanneinrichtungen ist somit insgesamt das Messergebnis oder das Bearbeitungsergebnis optimierbar. Vorzugsweise ist der Arbeitskopf durch den Arm gegenüber dem Objektträger gehalten. Der Arbeitskopf ist vorzugsweise oberhalb oder unterhalb des Objektträgers, neben dem Objektträger oder schräg neben dem Objektträger gehalten. Die konkrete Anordnung ergibt sich insbesondere aus dem Anwendungsfall. Vorzugsweise ist der Arm einendig durch das Gestell gelagert oder gehalten. Alternativ ist der Arm bevorzugt beidendig durch das Gestell in der Art oder als Teil eines Portals gelagert oder gehalten. Optional ist der Arm bewegbar, insbesondere in der Variante als Portal vorzugsweise auf Schienen verschiebbar gelagert. Gemäß einerweiteren Ausführungsform ist vorzugsweise das Gestell mit dem Arm relativ zu dem Tisch bewegbar oder verschiebbar gelagert.
Vorzugsweise sind die Spanneinrichtungen gleichmäßig über den Objektträger verteilt angeordnet. Dadurch ist eine Anpassung des Schwingverhaltens des Objektträgers an unterschiedliche Objekte durch eine passende Ansteuerung oder Betätigung der Spanneinrichtungen in vorteilhafter Weise möglich. Besonders bevorzugt sind die Spanneinrichtungen, oder zumindest einige der Spanneinrichtungen, matrixförmig, also in Reihen und Spalten verteilt angeordnet, um eine vorteilhafte Beeinflussung des Schwingungsverhaltens jederzeit zu gewährleisten. Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind die Spanneinrichtungen oder zumindest einige der Spanneinrichtungen ringförmig beziehungsweise kreisringförmig, verteilt angeordnet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Spanneinrichtungen in Abhängigkeit von dem Schwingungsverhalten des Objektträgers und/oder des Objekts angeordnet, um eine optimale gezielte Beeinflussung des Schwingungsverhaltens zu gewährleisten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Objektträger mehrere zumindest zu dem Tisch hin offene Vertiefungen mit jeweils einer ringförmigen, insbesondere kreisringförmigen, Seitenwand auf, wobei in zumindest einigen der Vertiefungen jeweils eine der Spanneinrichtungen zumindest bereichsweise angeordnet ist. Der Objektträger weist somit mehrere Vertiefungen auf, wobei in jeder der Vertiefungen oder in zumindest einigen der Vertiefungen jeweils eine der Spanneinrichtungen angeordnet ist, um bei Bedarf den Objektträger lokal zu versteifen. Dadurch, dass die Spanneinrichtungen in die Vertiefungen des Objektträgers eingreifen, können die Spanneinrichtungen über die gesamte Länge und Breite des Objektträgers verteilt angeordnet werden und den Objektträger beispielsweise auch in von seinem Rand entfernten Bereichen bei Bedarf versteifen. Die Spanneinrichtungen sind dabei vorzugsweise direkt an dem Tisch befestigt oder an einer Basis des Objektträgers, die an dem Tisch befestigt ist oder auf dem Tisch aufliegt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist zumindest eines der Spanneinrichtungen wenigstens zwei Spannbacken auf, die zumindest bereichsweise in einer der Vertiefungen einliegen und derart in unterschiedliche Richtungen verlagerbar sind, dass sie gegen die Seitenwand der Vertiefung verspannbar sind. Dadurch erfolgt ein Verspannen des Objektträgers von innen heraus. Die Spannbacken liegen innen in der Vertiefung an deren Seitenwand an und werden gegeneinander verspannt beziehungsweise in unterschiedliche Richtungen mit einer Kraft beaufschlagt, sodass sie den Objektträger in der Vertiefung mit einer Kraft in unterschiedliche Richtungen beaufschlagen und sich dadurch in der Vertiefung verspannen. Durch die Kraftbeaufschlagung wird dabei der Objektträger im Bereich um die betroffene Vertiefung herum versteift, wodurch die oben erwähnte Beeinflussung von Schwingungsmoden oder Schwingungsverhalten erfolgt.
Bevorzugt weist die Spanneinrichtung mehr als zwei Spannbacken auf, insbesondere drei oder vier Spannbacken, die gleichmäßig insbesondere über den Umfang der Spanneinrichtung verteilt angeordnet sind, sodass durch eine Kraftbeaufschlagung die Kraft gleichmäßig auf den Objektträger ausgeübt wird. Vorzugsweise weisen die Spannbacken eine Außenkontur auf, die der Innenkontur der Seitenwand entspricht, sodass die Spannbacken vorteilhaft flächig an der Seitenwand der Vertiefung anliegen oder anliegen können, um eine vorteilhafte Kraftübertragung und insbesondere auch das Übertragen hoher Kräfte dauerhaft und sicher gewährleisten.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die jeweilige Spanneinrichtung zumindest einen den Spannbacken zugeordneten ansteuerbaren Aktuator aufweist, der insbesondere ein pneumatisch, hydraulisch, elektromotorisch oder elektromagnetisch arbeitender und/oder betätigbarer Aktuator ist, und der zur Verlagerung und/oder Kraftbeaufschlagung oder Kraftlösung der Spannbacken ausgebildet ist. Gemäß einer Ausführungsform ist durch den Aktuator der jeweiligen Spanneinrichtung somit individuell für die jeweilige Spanneinrichtung eine Spannkraft zur Kraftbeaufschlagung des Objektträgers einstellbar, die in Abhängigkeit von dem Schwingungsverhalten des Objektträgers und/oder des Arbeitskopfs, wie oben beschrieben, insbesondere durch ein Steuergerät vorgegeben wird, um die Relativbewegungen zwischen Arbeitskopf und Objektträger beziehungsweise Objekt zu minimieren. Gemäß einer alternativen Ausführungsform weist der Aktuator bevorzugt zumindest ein Federelement auf, das vorgespannt gehalten ist, um die Spannbacken gegen den Objektträger zu dessen lokaler Versteifung zu pressen, und das vorzugsweise durch Betätigung des Aktuators zum Lösen der Spannkraft insbesondere pneumatisch, hydraulisch, elektromotorisch und/oder elektromagnetisch elastisch verformt beziehungsweise vorgespannt werden kann. Dadurch ist eine lokale Versteifung des Objektträgers auch ohne aktive Kraftaufwendung haltbar, wodurch eine energieeffiziente Lösung geboten wird.
Vorzugsweise weist die zumindest eine Spanneinrichtung einen Spannkegel oder -keil auf, wobei die Spannbacken an dem Spannkegel oder -keil längsverschieblich derart gelagert sind, dass sie bei einer Längsverschiebung durch den Spannkeil oder -kegel quer verschoben werden, um eine Spannkraft beziehungsweise eine lokale Versteifung zu erzeugen oder zu reduzieren. Die Spannkraft wird somit durch ein Keilelement erzeugt, und mithilfe insbesondere des Aktuators, der das jeweilige Spannelement längs entlang des Keils verschiebt, wodurch bei der Längsverschiebung eine Querverschiebung durch den Keil bewirkt wird. Aufgrund der Übersetzung, die die Keilform bietet, können dadurch hohe Querkräfte erzeugt werden. Vorzugsweise ist der Spannkegel oder -keil mittig an der jeweiligen Spanneinrichtung angeordnet, sodass die zumindest zwei Spannbacken den Spannkegel oder -keil zwischen sich aufnehmen. Werden die beiden Spannbacken entlang des Keils längs bewegt, so werden sie auseinander oder aufeinander zu bewegt, um eine Spannkraft zu erzeugen oder zu lösen. Durch die insbesondere symmetrische Anordnung der Spannbacken und die mittige Anordnung des Spannkegels oder -keils ist gewährleistet, dass eine vorteilhafte Kraftverteilung von der Spanneinrichtung auf den Objektträger gewährleistet ist.
Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass die Vorrichtung ein Steuergerät aufweist, das speziell dazu hergerichtet ist, die Spanneinrichtungen in Abhängigkeit vom Schwingungsverhalten von Objektträger und/oder Objekt einerseits und Arbeitskopf andererseits individuell anzusteuern. Durch das Steuergerät werden also die Spanneinrichtungen zum Erzeugen oder Lösen einer Spannkraft angesteuert, um den Objektträger gezielt lokal zu versteifen und dadurch sein Schwingungsverhalten an das Schwingungsverhalten des Arbeitskopfs vorteilhaft anzupassen, sodass Relativschwingungen während eines Bearbeitungs- oder Messvorgangs minimiert werden. Durch das Steuergerät erfolgt eine automatisierte Ansteuerung der Spanneinrichtungen, wodurch beispielsweise in kurzer Zeit verschiedene Objekte bearbeitet oder vermessen werden können.
Vorzugsweise ist das Steuergerät speziell dazu hergerichtet, die Spanneinrichtungen anzusteuem, um eine Eigenfrequenz zumindest des Objekts und einer externen Störanregung in unterschiedliche Frequenzbereiche zu legen. Dadurch wird vermieden, dass externe Störanregungen zu Resonanzschwingungen im Objektträger und/oder Objekt führen können, wodurch das Arbeitsergebnis leiden könnte. Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich dadurch aus, dass der Objektträger in Abhängigkeit von einem Schwingungsverhalten des Objektträgers, des Objekts und/oder des Arbeitskopfs durch ein oder mehrere ausgewählte Spanneinrichtungen mit jeweils einer vorgegebenen Kraft lokal versteift wird. Es ergeben sich hierdurch die oben bereits genannten Vorteile. Durch das Berücksichtigen des Schwingungsverhaltens von Objektträger, Objekt und/oder Arbeitskopf wird durch Versteifen an einem lokal ausgewählten Punkt des Objektträgers erreicht, dass Relativschwingungen zwischen Objekt und Arbeitskopf während des Arbeitsvorgangs reduziert beziehungsweise optimiert werden. Insbesondere wird das Schwingungsverhalten des Objektträgers durch das Ansteuern der Spanneinrichtungen derart beeinflusst, dass an der Mess- oder Arbeitsstelle der Vorrichtung Objekt und Arbeitskopf gleichphasig schwingen.
Vorzugsweise wird das Schwingungsverhalten von Objektträger, Objekt und/oder Arbeitskopf durch Versuche ermittelt und/oder berechnet. Vorzugsweise wird bei der Berechnung eine Finite- Elemente-Methode eingesetzt, mittels welcher die Schwingungsmoden des Objektträgers bestimmt werden, insbesondere unter Berücksichtigung eines auf dem Objektträger befindlichen Objekts. Dadurch kann mit hoher Genauigkeit der Objektträger lokal durch das Ansteuem der Spanneinrichtungen versteift werden, sodass sich Schwingungsmoden beeinflusst und das Schwingungsverhalten optimiert werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden die Spanneinrichtungen von erfassten oder ermittelten Schwingungsmoden des Objektträgers und/oder des Objekts einerseits und des Arbeitskopfs andererseits angesteuert. Es ergeben sich dabei die oben bereits genannten Vorteile.
Vorzugsweise werden die Spanneinrichtungen in Abhängigkeit von einer erfassten oder ermittelten oder erwarteten externen Störanregung angesteuert. Hierbei wird erreicht, dass sich eine Störanregung nicht auf die Schwingungen zwischen Arbeitskopf und Objekt auswirken. Insbesondere wird dazu, wie obenstehend bereits erwähnt, das Schwingungsverhalten beziehungsweise die Frequenz des Objektträgers und/oder des Objekts und/oder des Arbeitskopfs aus dem Frequenzbereich der Störanregung durch das Versteifen des Objektträgers mittels der Spanneinrichtungen bei dafür geeigneten Stellen herausbewegt.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Spanneinrichtungen in Abhängigkeit von einer Resonanzfrequenz der Vorrichtung angesteuert werden. Wie oben bereits erwähnt, wird dadurch erreicht, dass vermieden wird, dass die Eigenfrequenz der Vorrichtung, insbesondere dem Arbeitskopf oder Objektträger, erreicht wird, durch welche das Arbeitsergebnis deutlich verschlechtert werden könnte.
Vorzugsweise wird in Abhängigkeit von Form, Größe und Gewicht des Objekts eine Lageposition für das Objekt auf dem Objektträger vorbestimmt. Durch die Position/Lageposition des Objekts auf dem Objektträger wird dessen Schwingungsverhalten weiter beeinflusst. Wird von vornherein eine vorteilhafte Lageposition ausgewählt, wird das Schwingungsverhalten des Objektträgers ebenfalls vorteilhaft beeinflusst und kann durch das Ansteuern beispielsweise nur weniger Spanneinrichtungen optimiert werden.
Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
Figur 1 eine vorteilhafte Vorrichtung in einer vereinfachten Darstellung,
Figur 2 ein Betriebszustand der Vorrichtung in einer vereinfachten Darstellung,
Figur 3 einen Objektträger der Vorrichtung in einer vereinfachten Draufsicht,
Figuren 4A und B unterschiedliche Ausführungsbeispiele von Spanneinrichtungen der Vorrichtung in jeweils einer vereinfachten Darstellung,
Figuren 5A und B ein Schwingungsverhalten der Vorrichtung in unterschiedlichen Betriebszuständen, jeweils in einer schematischen Darstellung.
Figur 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine vorteilhafte Vorrichtung zur Vermessung von Objekten. Die Vorrichtung 1 weist ein Gestell 2 oder Rahmen auf, das zumindest ein Tragelement, insbesondere einen Tisch 3, sowie einen Arm 4 aufweist, der von dem Tisch 3 nach oben über den Tisch 3 führt, sodass der Arm 4 oberhalb des Tischs 3, jedoch beabstandet zu diesem, angeordnet ist. Das Tragelement, insbesondere der Tisch 3, selbst kann beispielsweise durch Füße 5 ergänzt sein, welche zur Lagerung des Tragelements beziehungsweise des Tischs 3 auf einem Boden, beispielsweise Hallenboden oder Raumboden dienen. Auf dem Tragelement beziehungsweise dem Tisch 3 ist ein Objektträger 6 angeordnet, auf welchem ein zu prüfendes beziehungsweise zu vermessendes Objekt 7 anordenbar ist. Der Objektträger 6 ist plattenförmig ausgebildet und weist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine rechteckförmige Außenkontur auf. Der Objektträger 6 liegt auf einer Basis 8 auf, die auf dem Tisch 3 liegt. Alternativ wird auf die Basis 8 verzichtet.
An dem Arm 4 ist weiterhin ein Arbeitskopf 9 gehalten, der zur Vermessung des Objekts 7 dient und insoweit als Messkopf ausgebildet ist. Der Arbeitskopf 9 ist beispielsweise an einer Einrichtung 10 gehalten, die an dem Arm 4 befestigt ist, wobei die Einrichtung 10 dazu ausgebildet ist, den Arbeitskopf 9 zu lagern, insbesondere zu verschwenken und zu verschieben, um das Objekt 7 bis zu dessen Oberfläche abtasten oder vermessen zu können
In Figur 2 ist die Vorrichtung 1 im idealen, schwingungsfreien Zustand mit gestrichelten Linien gezeigt, wie auch in Figur 1 gezeigt, sowie in einem durch Schwingungen beeinflussten Zustand mit durchgezogenen Linien, wobei die Schwingungen übertrieben groß dargestellt sind, um das Verständnis zu erleichtern. Durch Störanregungen von außen, beispielsweise durch den Boden, und/oder durch die Bewegung des Arbeitskopfs 9 sowie durch Luftschall können das Gestell 2, der Objektträger 6 und der Arbeitskopf 9 zu Bewegungen angeregt werden. Vorliegend ist die Vorrichtung 1 als Rasterkraftmikroskop ausgebildet, das zur mechanischen Abtastung der Oberfläche des Objekts 7 und der Messung atomarer Kräfte im Nanometerbereich dient. Schon kleinste Vibrationen oder Schwingungen von Arbeitskopf 9 und Messobjekt 7 können daher zu einer Beeinträchtigung des Messergebnisses führen. Insbesondere Bodenvibrationen und Akustikeinflüsse haben auf große und schwere Messmaschinen, wie die vorliegende Vorrichtung 1, einen großen Einfluss, da die relativ weiche Struktur der Messmaschinen niedrige Eigenfrequenzen zur Folge hat. Bei einer ungünstigen Lage der Resonanzfrequenzen und gegenphasiger Bewegung zwischen Objekt 7 und Arbeitskopf 9 können dabei große Störungen auftreten, die das Messergebnis verfälschen. Ist außerdem eine Bodenanregung im Bereich der Resonanzfrequenz sehr hoch, so kann dies zu erheblichen Verschiebungen zwischen Objekt 7 und Arbeitskopf 9 führen, wodurch ein Messfehler um ein Vielfaches vergrößert wird.
Um trotz vorhandener Störanregungen, seien es akustische Vibrationen oder Bodenvibrationen, ein vorteilhaftes Arbeitsergebnis der Vorrichtung 1 zu erzielen, ist dem Objektträger 6 ein Spannsystem 11 zugeordnet, durch welches der Objektträger 6 an ausgewählten Stellen lokal versteifbar ist. Das Spannsystem 11 weist dazu mehrere individuell ansteuerbare Spanneinrichtungen 12 auf, die eine Spannkraft auf den Objektträger 6 derart ausüben können, sodass Objektträger 6 lokal versteift wird. Figur 3 zeigt dazu in einer vereinfachten Draufsicht auf die dem Tisch 3 zugewandte Unterseite des Objektträgers 6 den Objektträger 6 mit darin ausgebildeten Vertiefungen 13, die gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel matrixförmig angeordnet und zu dem Tisch 3 hin offen ausgebildet sind. Einigen oder allen der Vertiefungen 13 ist jeweils eine Spanneinrichtung 12 zugeordnet.
Figuren 4A und B zeigen unterschiedliche Ausführungsbeispiele einer solchen Spanneinrichtung, jeweils in einer Schnittdarstellung. Die jeweilige Spanneinrichtung 12 ragt zumindest bereichsweise in eine der Vertiefungen 13 des Objektträgers 6 hinein. Die Spanneinrichtung 12 weist einen auf der Basis 8 angeordneten Spannkeil 14 auf, dessen Querschnitt sich in Richtung des Objektträgers 6 hin veijüngt. An dem Spannkeil 14 sind zwei Spannbacken 15 längsverschieblich gelagert. Die Spannbacken 15 weisen jeweils eine dem Spannkeil 14 zugeordnete Anlagefläche 16 auf, die flächig an dem Spannkeil 14 anliegt. An ihren von dem Spannkeil 14 abgewandten Außenseiten weisen die Spannbacken 15 Spannflächen 17 auf, die dazu ausgebildet sind, flächig an einer Seitenwand 17 der Vertiefung 13 anzuliegen. Vorteilhafterweise weist die Vertiefung 13 eine ringförmige beziehungsweise durchgehende Seitenwand 17 auf, die wie in Figur 3 beispielhaft gezeigt, kreisförmig beziehungsweise kreisringförmig ausgebildet sein kann. Entsprechend sind die Spannflächen 17 der Spannbacken 15 vorzugsweise mit einer gekrümmten Außenkontur entsprechend der Krümmung der Seitenwand 17 ausgebildet, um dadurch die flächige Anlage zu gewährleisten.
Die Spannbacken 15 sind längsverschieblich an dem Spannkeil 14 gelagert, also senkrecht zur Ebene des Objektträgers 6, und ihnen ist ein Aktuator 18 zugeordnet, der ein verlagerbares Aktuatorelement 19 aufweist. Der Aktuator 18 ist beispielsweise als pneumatisch, hydraulisch, elektromotorisch und/oder elektromagnetisch arbeitender Aktuator ausgebildet, der das Aktuatorelement 19 bei Bedarf verschiebt, um die Spannkraft der Spannbacken 15 zu erzeugen oder zu lösen. Dabei hintergreift das Aktuatorelement 19 die Spannbacken 15 beispielsweise derart, dass wenn der Aktuator 18 angesteuert wird, die Spannbacken 15 in Richtung der Basis 8 verschoben werden, sodass sie durch den Spannkeil 14 auseinandergeschoben werden, wie durch Pfeile in Figur 4A angezeigt. Durch das Auseinanderschieben der Spannbacken 15 werden diese gegen die Seitenwand 17 in der Vertiefung 13 verpresst, sodass die Spannbacken 15 gegeneinander beziehungsweise gegen den Spannkeil 14 und die Seitenwand 17 verspannt werden. Durch die Verspannung wird zum einen der Objektträger 6 an der Basis 8 beziehungsweise an dem Tragelement beziehungsweise Tisch 3 verspannt und zum anderen lokal im Bereich der angesteuerten Spanneinrichtung 12 insbesondere durch die Spannkräfte und eine damit einhergehende Materialkomprimierung im Bereich der vertieften Seitenwand 17 versteift. Vorzugsweise sind den Spannbacken 15 eine oder mehrere Rückstellfedern zugeordnet, die die Spannbacken 15 in ihre Ausgangsstellung zurückverlagern, sobald die Betätigungskraft des Aktuators 18 gelöst beziehungsweise ausreichend weit reduziert wird.
Alternativ weist der Aktuator 18 anstelle einer Rückstellfeder zumindest ein Federelement auf, das dazu vorgespannt ist, die Spannbacken gegen den Objektträger 6 zu verspannen, insbesondere dazu, das Aktuatorelement in Richtung der Basis 8 zu verschieben. Dadurch wird die Spannkraft durch das Federelement bereitgestellt, sodass die Spannkraft nicht aktiv aufrechterhalten werden muss. Vorzugsweise ist der Aktuator 18 dabei derart ausgebildet, dass er pneumatisch, hydraulisch, elektromotorisch und/oder elektromagnetisch ansteuerbar ist, um die Spannbacken 15 entgegen der Kraft des Federelements zu lösen und die lokale Versteifung zu entspannen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Spanneinrichtung 12 ist in Figur 4B gezeigt. Dieses unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel von Figur 4A dadurch, dass die Spannbacken 15 oder Spannelemente nicht mit einem Spannkeil 14 Zusammenwirken, sondern direkt durch den Aktuator 18 mit einer Spannkraft derart beaufschlagt werden, dass sie voneinander weg beziehungsweise auseinandergeschoben werden, um gegen die Seitenwand 17 der zugeordneten Vertiefung 13 verspannt zu werden. Hierzu weist der Aktuator 18 beispielsweise ein mit den Spannbacken 15 zusammenwirkendes Spindelgetriebe oder einen Elektromagnetantrieb auf.
Ein Steuergerät 19 der Vorrichtung 1 ist dazu ausgebildet in Abhängigkeit vom Schwingungsverhalten des Objektträgers 6, des Objekts 7 und/oder des Arbeitskopfs 9 die Spanneinrichtungen 12 individuell oder gezielt anzusteuern, um eine lokale Versteifung des Objektträgers 6 zu erreichen, durch welche Relativschwingungen oder Bewegungen von Arbeitskopf 9 und Objekt 7 zueinander minimiert werden.
Das Prinzip soll anhand von Figuren 5A und 5B näher erläutert werden. Figur 5A zeigt beispielhaft den Arbeitskopf 9 sowie die dem Arbeitskopf 9 zugewandte Oberfläche des Objekts 7. Schwingen Arbeitskopf 9 und Objekt 7 gegenphasig, so bewirkt die Schwingung, dass der Abstand zwischen Arbeitskopf 9 und Objekt 7 abwechselnd maximiert und minimiert wird, sodass in Abhängigkeit von dem Messzeitpunkt unterschiedliche Messergebnisse erfasst werden. Mit durchgezogener Linie ist in Figur 5A beispielhaft der größte Abstand und mit gestrichelter Linie der kleinste Abstand dargestellt. Schwingen Objekt 7 und Arbeitskopf 9 jedoch gleichphasig, wie in Figur 5B gezeigt, so schwingen die Arbeitskopf 9 und Objekt 7 nicht relativ zueinander, sondern miteinander, sodass unabhängig vom Messzeitpunkt der Abstand zwischen Arbeitskopf 9 und der Oberfläche des Objekts 7 gleich oder nahezu gleich ist.
Die Spanneinrichtungen 12 wirken nun im Zwischenbereich zwischen Objekt 7 und Objektträger 6 und Arbeitskopf 9 als variables Versteifungselement und können die Form der Schwingungsmoden des Objektträgers 6 und des Objekts 7 beeinflussen, sodass die Relativbewegung zwischen Arbeitskopf 9 und Messobjekt 7 minimiert wird. Die Entzerrung der Resonanzstellen der beiden schwingenden Einzel Strukturen und die damit optimale Ansteuerung der Spanneinrichtungen 12 wird bevorzugt durch Versuche ermittelt oder berechnet, wobei zur Berechnung insbesondere eine Finite-Element-Methode eingesetzt wird. Somit kann das Schwingungsverhalten beispielsweise des Objektträgers 6 ermittelt und durch das Ansteuern ausgewählter Spanneinrichtungen 12 der Spanneinrichtungen 12 vorteilhaft beeinflusst werden.
In Figuren 5A und B sind beispielhaft Spanneinrichtungen 12 gezeigt, wobei in Figur 5A alle Spanneinrichtungen 12 aktiviert sind, den Objektträger 6 also lokal versteifen, während gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 5B zwei der Spannungseinrichtungen 12, gestrichelt gezeichnet, deaktiviert beziehungsweise nicht angesteuert sind und damit den Objektträger 6 lokal auch nicht zusätzlich versteifen. Je nach Betriebszustand der Spannungseinrichtungen 12 ist somit das Schwingungsverhalten des Objektträgers 6 und damit des Objekts 7 beeinflussbar, um insbesondere zu erreichen, dass Objekt 7 und Arbeitskopf 9 gleichphasig schwingen.
In Abhängigkeit von Form, Größe und Gewicht des Objekts 7, das insbesondere ein optisches Element, wie beispielsweise ein Spiegel oder eine Linse ist, wird die optimale Position für das Objekt 7 auf dem Objektträger 6 ermittelt und hinterlegt, und insbesondere für jedes Objekt 7 gespeichert. Dadurch kann bereits durch die optimale Positionierung des Objekts 7 auf dem Objektträger 6 das Schwingungsverhalten optimiert werden. Fallen Bodenvibrationen mit Resonanzstellen des Objekts 7 zusammen, werden diese bevorzugt mit einzeln aktivierten Spanneinrichtungen 12 Resonanzstellen wieder voneinander entzerrt, sodass es nicht zu unerwünschten Resonanzüberhöhungen kommt.
Auch können für den Messbereich sensitive Frequenzbereiche bewusst aus dem Resonanzfrequenzbereich der Vorrichtung 1 verschoben werden, um das Messergebnis zu verbessern. Es ist beispielsweise dann vorgesehen, wenn relevante Ortswellenlängenbereiche vorhanden sind, die wie bei der taktilen Rauheitsmesstechnik für gewisse Bereiche erwünscht sind, andere Bereich wiederum uninteressant für die Prozessmesstechnik sind. In Abhängigkeit von dem Messvorgang und dem zu vermessenden Objekt 7 ist somit das Steuergerät 19 dazu in der Lage, die Spanneinrichtungen 12 individuell anzusteuem, um ein optimales Messergebnis zu gewährleisten.
Während das vorliegenden Ausführungsbeispiel Bezug auf eine Messvorrichtung, insbesondere das Rasterkraftmikroskop, nimmt, bei welcher der Arbeitskopf 9 als Messkopf ausgebildet ist, kann die beschriebene Technik auch für Bearbeitungsvorrichtungen, wie beispielsweise für Fräsoder Schleifvorrichtungen oder dergleichen eingesetzt werden, bei denen es bei der Bearbeitung zwischen Werkstück (Objekt 7) und dem dann als Bearbeitungskopf ausgebildeten Arbeitskopf 9 zu unerwünschten dynamischen Relativbewegungen kommen kann. Durch das vorteilhafte adaptive Spannsystem 11 sind auch diese unerwünschten Relativbewegungen vermeidbar oder zumindest minimiert.
Wie obenstehend beschrieben, ist die Ausbildung der Vorrichtung 1 insbesondere bei dynamischen Problemstellungen von Vorteil. Aber auch bei statischen Problemen bewirkt die vorteilhafte Ausbildung eine Verbesserung des Mess- oder Arbeitsergebnisses. Wenn beispielsweise der Bearbeitungskopf oder Messkopf (Arbeitskopf 9) und der Objektträger 6 zu große statische Relativverformungen aufweisen, kann das Spannsystem 11 mit der Spanneinrichtungen 12 für eine günstigere statische Auflagenkombination sorgen, die der Sollform des Objekts 7 und dem Einsatzfall des späteren Objekts 7 besser entspricht. Dabei wird das Objekt 7 insbesondere derart aufgespannt, dass es möglichst späteren realen Lastfall entspricht.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Vorrichtung (1) zur Vermessung und/oder Bearbeitung von Objekten (7), insbesondere ein Rasterkraftmikroskop, mit einem Objektträger (6), auf welchem ein Objekt (7) anordenbar ist, mit einem dem Objektträger (6) zugeordneten Arbeitskopf (9) zum Messen oder Bearbeiten des Objekts (7) und mit einem Gestell (2), das einen den Objektträger (6) tragendes Tragelement, insbesondere Tisch (3), und einen den Arbeitskopf (9) haltenden Arm (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Objektträger (6) mehrere individuell betätigbare und verteilt angeordnete Spanneinrichtungen (12) zugeordnet sind, wobei eine jeweilige Spanneinrichtung (12) dazu ausgebildet ist, den Objektträger (6) in Abhängigkeit von einem Schwingungsverhalten des Objektträgers (6), des Objekts (7) und/oder des Arbeitskopfs (9) mit einer vorgegebenen Kraft zur lokalen Versteifung zu verspannen, um eine Relativschwingungen von Arbeitskopf (9) und Objekt (7) zueinander minimierende lokale Versteifung des Objektträgers (6) zu bewirken.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtungen (12) gleichmäßig über den Objektträger (6) verteilt angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Objektträger (6) mehrere zumindest zu dem Tragelement hin offene Vertiefungen (13) mit jeweils einer ringförmigen, insbesondere kreisringförmigen, Seitenwand (17) aufweist, wobei in zumindest einigen der Vertiefungen (13) jeweils eine der Spanneinrichtungen (12) zumindest bereichsweise angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Spanneinrichtungen (12) wenigstens zwei Spannbacken (15) aufweist, die zumindest bereichsweise in einer der Vertiefungen (13) liegen und derart in unterschiedliche Richtungen verlagerbar sind, dass sie gegen die Seitenwand (17) der Vertiefung (13) verspannbar sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine der Spanneinrichtungen (12) mehr als zwei, insbesondere drei oder vier Spannbacken (15) aufweist, die gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass den Spannbacken (15) zumindest ein ansteuerbarer Aktuator (18), insbesondere ein pneumatisch, hydraulisch, elektromotorisch oder elektromagnetisch arbeitender oder betätigbarer Aktuator (18), zur Kraftbeaufschlagung oder Kraftlösung der Spannbacken (15) zugeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, die zumindest eine Spanneinrichtung (12) einen Spannkegel oder Spannkeil (14) aufweist, und dass die Spannbacken (15) an dem Spannkeil oder Spannkegel (14) längsverschieblich derart gelagert sind, dass sie bei einer Längsver Schiebung durch den Spannkeil oder Spannkegel (14) quer verschoben werden, um eine Spannkraft zu erzeugen oder zu reduzieren.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Steuergerät (19), das speziell dazu hergerichtet ist, die Spanneinrichtungen (12) in Abhängigkeit vom Schwingungsverhalten von Objektträger (6), Objekt (7) und/oder Arbeitskopf (9) individuell anzusteuern.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (19) speziell dazu hergerichtet ist, die Spanneinrichtungen (12) individuell anzusteuern, um eine Eigenfrequenz zumindest des Objekts (7) und einer externen Störanregung in unterschiedliche Frequenzbereiche zu legen.
10. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (1) zum Vermessen oder Bearbeiten eines Objekts (7), insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem Objektträger (6), welchem ein Objekt (7) anordenbar ist, mit einem dem Objektträger (6) zugeordneten Arbeitskopf (9) zum Messen oder Bearbeiten des Objekts (7) und mit einem Gestell (2), das einen den Objektträger (6) tragendes Tragelement (3) und einen den Arbeitskopf (9) haltenden Arm (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Objektträger (6) in Abhängigkeit von einem Schwingungsverhalten des Objektträgers, des Objekts (7) und/oder des Arbeitskopfs (9) durch eine oder mehrere ausgewählte Spanneinrichtungen (12) mit einer vorgegebenen Kraft lokal versteift wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsverhalten von Objektträger (6), Objekt (7) und/oder Arbeitskopf (9) durch Versuche ermittelt und/oder insbesondere durch eine Finite-Element-Methode berechnet wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtungen (12) von erfassten oder ermittelten Schwingungsmoden des Objektträgers (6), des Objekts (7) und/oder des Arbeitskopfs (9) angesteuert werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtungen in Abhängigkeit von einer erfassten oder ermittelten externen Störanregung angesteuert werden.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtungen in Abhängigkeit von einer Resonanzfrequenz der Vorrichtung (1) angesteuert werden.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von Form, Größe und/oder Gewicht des Objekts (7) eine Lageposition für das Objekt (7) auf dem Objektträger (6) vorbestimmt wird.
PCT/EP2023/076177 2022-09-30 2023-09-22 Vorrichtung zum vermessen oder bearbeiten von objekten, verfahren zum betreiben WO2024068449A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022210368.8A DE102022210368A1 (de) 2022-09-30 2022-09-30 Vorrichtung zum Vermessen oder Bearbeiten von Objekten, Verfahren zum Betreiben
DE102022210368.8 2022-09-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024068449A1 true WO2024068449A1 (de) 2024-04-04

Family

ID=88238104

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/076177 WO2024068449A1 (de) 2022-09-30 2023-09-22 Vorrichtung zum vermessen oder bearbeiten von objekten, verfahren zum betreiben

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022210368A1 (de)
WO (1) WO2024068449A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022210368A1 (de) 2022-09-30 2024-04-04 Carl Zeiss Smt Gmbh Vorrichtung zum Vermessen oder Bearbeiten von Objekten, Verfahren zum Betreiben

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09152435A (ja) * 1995-11-30 1997-06-10 Nikon Corp ステージ、走査型プローブ顕微鏡用支持台 及び走査型プローブ顕微鏡
US20180188286A1 (en) * 2015-06-25 2018-07-05 Bruker Nano, Inc. Sample vessel retention structure for scanning probe microscope
DE102022210368A1 (de) 2022-09-30 2024-04-04 Carl Zeiss Smt Gmbh Vorrichtung zum Vermessen oder Bearbeiten von Objekten, Verfahren zum Betreiben

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT519999B1 (de) 2017-06-09 2019-02-15 Getec Microscopy Gmbh Mehrachsen-Positioniervorrichtung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09152435A (ja) * 1995-11-30 1997-06-10 Nikon Corp ステージ、走査型プローブ顕微鏡用支持台 及び走査型プローブ顕微鏡
US20180188286A1 (en) * 2015-06-25 2018-07-05 Bruker Nano, Inc. Sample vessel retention structure for scanning probe microscope
DE102022210368A1 (de) 2022-09-30 2024-04-04 Carl Zeiss Smt Gmbh Vorrichtung zum Vermessen oder Bearbeiten von Objekten, Verfahren zum Betreiben

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022210368A1 (de) 2024-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4023311C2 (de)
WO2024068449A1 (de) Vorrichtung zum vermessen oder bearbeiten von objekten, verfahren zum betreiben
EP1674197B1 (de) Vorschubvorrichtung für plattenförmige Werkstücke
EP3141336B1 (de) Positionierungsanordnung
EP2495069B1 (de) Werkzeugmaschine mit einem Werkstücktisch
EP2679962B1 (de) Positionsmesseinrichtung
DE102015002140A1 (de) Ausgleichseinrichtung und mit solcher Ausgleichseinrichtung ausgestattete Aufspanneinrichtung für Werkstücke
EP2677296A2 (de) Ausrichtvorrichtung einer Prüfvorrichtung
DE102014215452A1 (de) Verkippen eines optischen Elements
DE3801969A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum laeppen bzw. polieren optischer flaechen
EP2626672A1 (de) Anordnung mit mehreren Abtasteinheiten einer Positionsmesseinrichtung
AT515672B1 (de) Biegepresse
DE3820085C1 (en) Microtome, especially ultramicrotome
DE102016123122B3 (de) Haptic-Test-Messvorrichtung und Verfahren zur Ermittlung einer Kraft-Weg-Kurve bei einer Haptic-Test-Messung
EP3164666B1 (de) Koordinatenmessgerät
DE102012104552A1 (de) Vorrichtung zum dynamischen Anregen eines Bauteils sowie Prüfstand mit selbiger
EP0187784B1 (de) Prüfvorrichtung für stabformige bauteile, insbesondere tragwerksabschnitt des ingenieurbaus
DE102020004165A1 (de) Positionseinstellvorrichtung und Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine
DE102007032088A1 (de) Vorschubeinrichtung für einen Mehrkoordinaten-Messtisch und Verfahren zur Steuerung einer derartigen Vorschubeinrichtung
DE102013214150B4 (de) Werkzeugmaschine sowie Maschinenbett für eine Werkzeugmaschine
WO2008092504A1 (de) Verfahren zur positionierung und/oder befestigung von zu bearbeitenden werkstücken und entsprechende vorrichtung
DE102011002262A1 (de) Messkopf für ein Koordinatenmessgerät
EP3628439B1 (de) Werkzeugmaschine
DE102020204474A1 (de) Vorrichtung zur Halterung eines Werkstücks in einer Koordinatenmesseinrichtung sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung
DE102015000958A1 (de) Vorrichtung sowie Verfahren zum Abkanten von Blechen

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23782780

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1