JP5189756B2 - 較正標準装置 - Google Patents

Description

本発明は、とりわけ、基礎材料の支持板を備え、支持板に標準が取り付けられた、薄層の厚さを非破壊測定する装置に較正を施すための較正標準装置に関するものであり、前記標準は、それによって装置の較正が行われる、測定すべき層厚を有している。

基礎材料及び／またはコーティングに基づき、磁気誘導法または渦電流法によって薄層厚の非破壊測定を行うには、標準化の後、対応する測定に関して、装置の較正を行う必要がある。較正によって、公称値と測定された実際値との差が明らかになる。装置を測定タスクに照らして較正することにより、この差が補正されることになる。

薄層の厚さを非破壊測定する装置の較正は、まず最初に、測定装置の測定プローブによって、基礎材料に対して第１の値が記録されることによって実施される。その後、同じ測定プローブによって、前に測定された支持板に取り付けられた標準に対して第２の値が記録される。測定された値の差が、測定層厚になる。この標準により、測定すべき公称値が決まる。数回にわたる測定後、公称値と実際値との平均偏差が記録され、較正される。これまで知られている較正標準装置は、磁気誘導による層厚測定法の場合には、鋼や鉄といった基礎材料、渦電流による層厚測定法の場合には、例えば、非磁性鋼、アルミニウム、それらの合金といった非強磁性基礎材料の支持板から構成されている。支持板表面は、研磨するのが望ましい。この支持板上に、標準が、例えば、プラスチック・フィルムとして、貼り付けられるか、または、接着される。これらの較正標準装置には、既に、貼り付けまたは接着によるビルドアップが生じている可能性があるという限りにおいて、問題がある。これらの欠点を回避するため、先行技術文献（例えば、特許文献１参照）には、支持板を研摩して、ビルドアップを回避するやり方で、メッキによって標準を取り付けることを提案したものがある。この場合、標準が、望ましい実施形態において、絶縁層として、とりわけ、半導体材料として形成されることになる。この較正標準装置は、取り付けがうまくいくことが立証済みである。

独国特許第１０ ２００５ ０２８ ６５２．６号明細書

本発明の目的は、この較正標準装置に基づいて、較正精度を向上させて、較正される測定装置のより優れた測定精度を達成することにある。

この目的は、基礎材料の支持板を備え、標準が支持板に取り付けられている、薄層の厚さを非破壊測定する装置に較正を施すための較正標準装置によって解決されるが、前記標準は、それによって装置の較正が行われる、測定すべき層厚を有しており、較正標準装置の本体に配置された保持装置によって、少なくとも標準は、薄層の非破壊測定装置の測定プローブを標準上に配置すると、少なくとも１自由度だけその位置を変えることができるように、本体に支持されている。他の請求項において、さらなる有利な実施形態及び成果が示されている。

薄層測定装置の測定プローブを配置すると、少なくとも１自由度だけその位置を変えることが可能な標準によって、測定プローブの、または、その測定プローブのセンサ素子が割り当てられた球状接触キャップの傾斜のない配置が可能になる。この標準は、装置の較正のため、複数の実際値の記録中、その静止位置から変位することができるので、測定プローブが、較正標準装置から完全に持ち上げられて、その後、再び載せられる場合でも、測定プローブを必ず同じ位置につけることが可能になる。この標準はその位置を変えることができるので、較正標準装置の本体に対する標準の一種の揺動配置が可能になり、その結果、測定プローブに対する傾斜のない配置が可能になり、従って、エラーの発生ができる限り大幅に抑えられる。

本発明の有利な実施態様によれば、標準は、保持装置から本体まで標準表面に垂直な軸に関してねじれが無く、配置されている。これによって、標準の中心軸をはずして測定プローブを配置すると、ねじれを伴わずに、明確な、とりわけ、揺動する振れ運動が生じる。全ての測定、従って、実際値の記録に関して、同一の測定条件を可能にする、本体に対する標準のアライメントが維持されることになる。ねじれを防ぐように支持されるため、静止位置からの標準の傾斜または振れを生じさせる、標準のさらなる回転が阻止されるので、較正時に、固有の条件が得られる。望ましい実施形態によれば、保持装置は、とりわけ、その中心軸に、標準または標準を装備した支持板を中心で支持するための支持面を形成する、少なくとも１つのバネ荷重弾性保持部材を特徴とする。この保持手段によって、測定プローブを標準に配置した直後に、静止位置からの少なくともわずかな振れを生じさせることが可能性であり、これによって、傾斜のない測定が可能になる。とりわけ、ユーザが手動測定装置を較正する場合、それによって、加えられるさまざまな力の平衡がとられるので、標準及び／または球状接触キャップの表面の全くわずかな損傷さえ回避することが可能になる。

望ましい実施態様によれば、保持装置の保持部材は、ディスク形状のダイヤフラムとして設計される。こうしたディスク形状のダイヤフラムは、ごく薄い厚さになるように設計されるので、このダイヤフラムは、設計ではバネ荷重弾性を備えることになる。例えば、銅・ベリリウム合金、ニッケル、アルミニウム等によるダイヤフラムは、硬いバネにすることが可能である。ダイヤフラムは、曲げ、並びに、それぞれ、曲げ力または復帰力を決定する、中心軸に対して半径方向に配置された***部または陥凹部を特徴として備えるのが望ましい。

保持装置の代替実施形態によれば、弓形状の穿孔が施されたバネ・ディスクとして設計された保持部材が提供される。こうしたバネ・ディスクは、ディスク形状のダイヤフラムと同じ特性を備えている。

保持部材は、本体の陥凹部に取り付けるのが望ましい。この陥凹部は、いわば、保持部材の振れ運動のための遊びとして用いられている。陥凹部は、簡単なアライメントと位置決めのため、保持部材が納まるように、外周の肩を備える設計が施されている。

本発明のもう１つの有効な実施形態によれば、陥凹部の底に支えられて、保持部材の下側に係合する、少なくとも１つの制振またはバネ部材を含む保持装置が提供される。測定プローブが標準に配置される際、こうした制振またはバネ部材によって、さらに、抵抗力を与えることが可能になる。こうした制振またはバネ部材を利用すると、ディスク形状ダイヤフラムまたはバネ・ディスクとして設計される保持部材は、軟らかくなるように設計することが可能になる。これには、標準の振れを和らげることが可能になり、その結果、実際値の測定が増し、従って、より正確な較正の実施が可能になるという利点がある。

望ましい実施態様によれば、本体の収容部に設けられ、その表面が本体の表面の高さで静止位置につく支持板が設けられている。これによって、本体の表面は、最初に同じ高さの支持板で一回目の測定を行うことができるように、手動測定装置の補助極を配置することが可能な、支持面を形成することになる。本体の収容部には、保持装置の保持部材を納めるための陥凹部を設けるのも望ましい。

さらに、本体の収容部と支持板の間に狭い外周ギャップを設計するのも望ましい。この外周のエア・ギャップは狭いので、支持板表面は静止位置から少なくとも１自由度だけ変位可能であり、本体に隣接する標準の測定面は単一の材料ような効果を生じ、従って、連続した表面と比較して、磁場または交流磁場の力線は、ほとんど連続しているように設計可能になるので、なんら損なわれることがない。

較正標準装置は、支持板に取り付けられる、さまざまな層厚の複数の標準を備えるように設計するのが望ましい。ここで、支持板は、狭いギャップによって隔てられて、互いに隣接するように配列するのが望ましい。このギャップ幅は、やはり、支持板と本体の間に設けられるので、同一条件が生じることになる。従って、較正標準装置は、本体を利用して、複数の層厚に関して、全ての層厚が同じ条件になるように設計することが可能である。複数の異なる層厚を有する較正標準装置は、最大厚の標準に対応する支持板が本体の中心に配置されるように、そして、それぞれ、ある標準に対応する他の支持板が、最大厚の標準からの距離が増すにつれて、標準厚が薄くなるように配置されるように、構成されるのが望ましい。こうして、標準の最大厚を記録する場合、実際値の正確な記録を可能にするため、磁場または交流磁場が確実に得られるようにすることが可能になる。

本発明による較正標準装置は、薄層厚の非破壊測定を行う装置の測定プローブの、標準に対する傾斜のない配置を可能にして、標準に測定プローブを配置すると、必ず同じ条件になるようにする、いわゆる精密標準として設計することが可能である。

下記において、本発明、並びに、本発明のさらなる有利な実施形態及び成果について、図面に提示の例に基づく、詳細な解説及び説明を行うことにする。説明及び図面から集めることが可能な特徴は、それぞれ、単独で、あるいは、任意に組み合わせて複数で利用することが可能である。

図１には、本発明による較正標準装置の略平面図が示されている。図２には、図１のラインＩ−Ｉに沿った略断面図が示されている。較正標準装置１１には、標準１７が規定の厚さになるように取り付けられた少なくとも１つの支持板１６の収容部１４を具備した本体１２が含まれている。

標準１７は、平行平面になるように研磨され、とりわけ、光沢研磨を施された、上側と下側を備えている。標準１７は、標準１７と同じやり方で研磨された支持板１６の測定面１８を研摩して、メッキを利用して固定される。こうして、クーロン力の効果により、標準１７と支持板１６の間に冷間圧接が生じる。さらに、支持板１６の測定面１８に対する、標準１７の移行領域または境界領域には、この境界領域を腐食から防護するため、グルーブが形成される。従って、このグルーブだけが密封効果を及ぼすことになる。標準１７は、１，０００□ｍまでの層厚をなすように設けることが可能である。望ましい実施形態の１つによれば、標準１７は、とりわけ、例えばシリコンまたはゲルマニウムといった半導体材料からなる絶縁層として製造される。

本体１２の収容部１４には陥凹部２１が設けられる。これらの陥凹部２１に割り当てられた、それぞれ、支持板１６を支持する保持装置２２が設けられる。保持装置２２は、陥凹部２１の上に延び、陥凹部２１の境界を画する肩２６によって支持される、バネ荷重弾性保持部材２４から構成されている。この肩２６は、保持部材２４の位置的に正確な位置決めのために利用される。例えば、保持部材２４は、ディスク形状のダイヤフラムとして設けられる。このディスク形状のダイヤフラムは、支持板１６を支える接続部品２９を受けることを意図した支持面２８をその中心軸に備えている。保持部材２４の下側に、接続部品２９に向かい合うように、陥凹部２１の底部３２に支えられた制振またはバネ部材３４を設けるのが望ましい。この制振またはバネ部材３４は、ゴム製の弾性部材等のような、渦巻きバネとして設計することが可能である。ディスク形状ダイヤフラムとして設計される保持部材２４には、肩２６の支持部分と支持面２８との間に***部及び／または陥凹部３３が含まれている。ダイヤフラムの厚さ、ダイヤフラムの材料、***部または陥凹部３３の形成に応じて、ダイヤフラムのバネ力とバネ可動域を決定することが可能である。保持部材２４は、接着またはハンダ付けによって肩２６に保持されるのが望ましい。

保持装置２２によって本体１２に対して持ち上げられた支持板１６に、上述のように標準１７を配置すると、その結果として、標準１７だけから構成される較正標準装置１１を形成することが可能になる。あるいはまた、図１及び図２による典型的な実施形態から明らかなように、複数の標準を並べて配置することも可能である。支持板１６は、例えば、正方形のベース領域を備えるように設計することが可能である。これには、支持板１６と本体１２の間のギャップと、互いに隣接する支持板１６の間のギャップ３６を均一にすることが可能になるという利点がある。

本体１２に対する、それぞれ、標準１７、または、標準１７が設けられた支持板１６の本発明による配置によって、本体に対するねじれを防ぐように、それにもかかわらず、その縦軸において、または、標準１７の表面に沿って、弾性移動が可能なように、そしてさらに、ディスク形状ダイヤフラムによって、収容部１４に対するねじれを防ぐ揺動による振れ状態に保持されるように、標準１７を配置することが可能になる。これにより、同時に、静止位置からの傾斜時に、本体１２または支持板１６の隣接する壁部分を斜めに押すのが確実に阻止される。
同時に、エア・ギャップ３６によって、測定プローブのセンサ素子の力の半径方向における線が遮断されなくなるという効果が得られ、従って、高測定精度が達成される。

支持板１６に隣接して、本体１２に支持面３７が設けられるが、前記支持面は、それぞれ、支持板１６の測定面１８と同じ高さに位置するのが望ましい。こうした支持面３７は、手動測定装置を配置し、その後、手動測定装置の傾斜動きを利用して、測定プローブを標準１７に配置するための補助極として設計される。

図３には、こうした利用例が示されている。手動測定装置４１は、支持面３７に補助極４２によって配置される。その後、回転運動が生じ、その結果、測定プローブ４３が標準１７に向かって移動する。この利用例の場合、測定プローブ４３の球状接触キャップ４４が、標準１７の中心軸をはずして配置される。それによって、標準１７の位置が静止位置から変化する。保持装置２２によって、標準１７が本体１２に揺動支持されるので、標準１７の振れ運動によって偏心配置を相殺することが可能になり、その結果、傾斜のない位置で、標準１７と測定プローブ４３のアライメントがとれるようにすることが可能になる。傾斜によって生じる測定誤差をなくすことが可能になる。保持装置２２によって、標準１７が本体にねじれを防ぐように支持されるので、標準１７の規定の振れが確保される。

図４は、図２による較正標準装置１１の拡大図である。左側の説明図には、静止位置にある支持板１６が示されている。右側の説明図には、それぞれ、収容部１４によって、または、支持板１６と収容部１４との間のギャップ３６によって制限される最大振れ位置にある支持板１６が示されている。あるいはまた、保持装置２２は、振れ運動を制限するように設計することも可能である。

こうした較正標準装置１１は、信号ラインを介して、薄層厚の非破壊測定装置に接続されたハンドヘルド式測定プローブに利用することも可能である。また、較正標準装置１１は、例えば、三脚に上下動可能に保持された測定装置にも設けられる。

図１に示す較正標準装置１１の代替実施形態が、本体１２の収容部１４に挿入される、標準１７が取り付けられていない、支持板１６の１つにある。この支持板１６には、基準面として用いられ、他の支持板１６の他の測定面１８と全く同じようにアライメントがとられる測定面１８が含まれている。標準１７を備えないこうした支持板１６は、収容部１４の周縁領域に配置するのが望ましい。標準１７を備えない支持板１６は、収容部１４に設けられた他の支持板１６のサイズと同等であるのが望ましい。代替案として、測定面に関してはより小さいが、他の支持板１６と同様に、揺動するように支持される、支持板１６を設けることも可能である。

上述の特徴の全ては、それぞれ、個別に、本発明にとって不可欠であり、互いにランダムに組み合わせることが可能である。

本発明による較正標準装置の略平面図である。 本発明による較正標準装置の図１におけるラインＩ−Ｉに沿った略断面図である。 薄層厚を測定するための手動測定装置の較正中における概略図である。 図２の断面図の部分拡大図である。

符号の説明

１１ 較正標準装置、１２ 本体、１４ 収容部、１６ 支持板、１７ 標準、２１ 陥凹部、２２ 保持装置、２４ バネ荷重弾性保持部材、２８ 支持面、３１ 制振またはバネ部材、３２ 陥凹部の底部、３６ ギャップ、３７ 本体の表面

Claims (12)

1. 薄層の厚さを非破壊測定する装置に較正を施すための較正標準装置であって、
   基礎材料の支持板（１６）と、そして
   前記基礎材料の前記支持板（１６）に取り付けられた標準（１７）と
   を備え、
   前記標準は前記装置を較正するための層厚を有し、
   前記較正標準装置（１１）の本体（１２）に配置された保持装置（２２）は、前記薄層の厚さの前記非破壊測定装置の測定プローブを前記標準（１７）に配置すると、前記本体（１２）に対する前記標準の位置を少なくとも１自由度だけ変化させることが可能になるように前記標準（１７）を支持し、そして
   前記保持装置（２２）は少なくとも１つのバネ荷重弾性保持部材（２４）を具備し、前記バネ荷重弾性保持部材（２４）は前記標準（１７）または前記標準（１７）が配置された前記基礎材料の前記支持板（１６）を中心で支持するための支持面（２８）を具備する、
   ことを特徴とする較正標準装置。
2. 前記標準（１７）が、前記標準（１７）の表面に対して垂直な軸まわりにおけるねじれを防ぐように、前記保持装置（２２）によって支持されることを特徴とする請求項１に記載の較正標準装置。
3. 前記保持装置（２２）に、ディスク形状ダイヤフラムとして設計された保持部材（２４）が含まれることを特徴とする請求項１に記載の較正標準装置。
4. 前記保持装置（２２）に、弓形状の穿孔が施されたバネ・ディスクとして設計された保持部材（２４）が含まれることを特徴とする請求項１に記載の較正標準装置。
5. 前記保持装置（２２）が、前記標準（１７）と前記本体（１２）の間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の較正標準装置。
6. 前記保持部材（２２）の前記保持部材（２４）が、前記本体（１２）の陥凹部（２１）に割り当てられることを特徴とする請求項１に記載の較正標準装置。
7. 前記保持装置（２２）に、前記陥凹部（２１）の底部（３２）に支えられて、前記保持部材（２４）の下側に係合する、少なくとも１つの制振またはバネ部材（３１）が含まれることを特徴とする請求項１に記載の較正標準装置。
8. 前記制振またはバネ部材（３１）が、前記保持部材（２４）の中心軸に配置されることを特徴とする請求項７に記載の較正標準装置。
9. 前記支持板（１６）が前記本体（１２）の収容部（１４）に設けられ、前記標準（１７）の静止位置における前記支持板（１６）の表面が、前記本体（１２）の表面（３７）の高さに位置することを特徴とする請求項１に記載の較正標準装置。
10. 前記本体（１２）の前記収容部（１４）と前記支持板（１６）の間に、狭い外周ギャップ（３６）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の較正標準装置。
11. それぞれ、１つの標準（１７）を備える複数の支持板（１６）が、前記本体（１２）に互いに隣接した列をなすように設けられ、互いに割り当てられた前記支持板（１６）間に、狭いギャップ（３６）が設けられることを特徴とする請求項１に記載の較正標準装置。
12. 複数の標準（１７）が、それぞれ、１つの支持板（１６）に設けられ、本体（１２）によって持ち上げられており、最大厚の前記標準（１７）が、前記本体（１２）の前記収容部（１４）の中心に配置され、他の標準（１７）は、前記最大厚の標準（１７）に対して厚さが薄くなるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の較正標準装置。

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