JP5288694B2 - 測定器を保持するための測定スタンド - Google Patents

Description

本発明は、測定装置、特に薄層の厚さを測定するための測定装置を保持するための測定スタンドに関連し、その測定スタンドは、カム従動節を上下に移動させるように案内するハウジングを備えており、測定装置は測定対象に面するハウジングの端に配置されている。

層厚さは、磁気誘導法または渦電流法を利用することによって測定される。いずれの方法を使用するかは、測定すべき基礎材料と層に依存する。例えば、磁気誘導法は、強磁性基板材料上の非磁性層に使用される。鉄金属上の非導電性の層に関する場合、渦電流法が使用される。

層厚さ測定においては、測定が完了した後、測定プローブが測定対象の表面に対して特定の引き上げ距離だけ持ち上げられて、測定プローブの低周波または高周波交番磁界が測定の開始以前の初期位置で測定対象によって影響を受けないように保証することが不可欠である。

引き上げ移動が手動で制御されるので、測定プローブは種々の速度で、それ故に異なる力で測定対象にタッチダウンする。その結果、不適切な取扱いによって歪曲された測定値が検出されることもある。

その理由から、本発明は、特に薄層の厚さを測定するために、正確な測定値が得られるように測定装置がゆるやかに被測定表面にタッチダウンすることを可能にするとともに、その測定スタンドが高い繰返し性を備える測定スタンドを提供することを目的とする。

この課題は、請求項１の要素に従った装置により本発明によって解決される。本発明のさらなる有利な実施の態様は以降の請求項において記載されている。

本発明に従った測定スタンドは、制御された様態での下降が、迅速モードでの第１の移動相とクリープモードでの少なくとも１つの第２の移動相を伴うカム従動節の少なくとも１つの下方移動によって行われる。特に、測定装置が測定対象にタッチダウンするまで継続するクリープモードにおける少なくとも１つの別の移動相は、タッチダウンが低速度で達成され、従って測定装置、特に測定プローブがゆるやかに測定対象の表面にタッチダウンすることを可能にする利点がある。ゆるやかに行われるこのタッチダウンは、そうした損傷が測定値を歪曲することになる、被測定表面の損傷を防ぐ。加えて、制御された第１と少なくとも１つの別の移動相は、測定装置が被測定表面にタッチダウンする間に均一な条件を創出するのを可能にし、従って測定値を記録するうえで測定スタンドの高い繰返し性を実現する。

本発明のさらなる有利な実施の態様によれば、一定の送り速度がクリープモードにおいて付与される。これは、たとえ測定レベルにわずかな変化が存在しても、特に一連の構成部品の測定について、同一の前提条件を保証する。クリープモードでの一定の送り速度は、測定プローブが反復的測定において測定対象の表面にタッチダウンする時は常に均一な条件をもたらす。

駆動ユニットは好ましくは、カム従動節を上下に移動させるカム円板を備える。駆動ユニットの第１の好ましい実施態様によれば、カム円板は直接的な様態でカム従動節を上下に移動させる。これを達成するために、カム円板に載り、カム円板の回転角度に対応して引き上げ位置をとるローラがカム従動節に設けられる。

別の代替的な実施態様によれば、カム円板はピボットレバーを上下に移動させ、そのピボットレバーは一端がハウジングに取り付けられ、その他方端でカム従動節と係合する。駆動ユニットの一体部品であるそのようなカム円板は、少なくとも第１の移動相と別の移動相を開始させることができる。同時に、そのようなカム円板は、機械的に単純でありながら、極めて精確な制御を可能にする。これは、極めて長期の耐用年数または多数のサイクルの後でさえ、引き上げ移動の精確な始動を可能にする。

カム円板に載るローラがピボットレバーのピボットと、カム従動節とのピボット連結部との間でピボットレバーに設けられており、ピボットはハウジングに対して固定されている。これは、極めて円滑な始動が保証されるという点で有利であり、ころ軸受として特殊に設計されているローラは低摩擦係数を備える。同時に、この構成は、測定対象の表面への損傷が潜在的に不適切に設定された引き上げ距離または測定対象に対するハウジングの基本高さにより与えられるので、有利である。カム従動節が下降または下方に移動している間に測定装置が測定対象の表面に早期にタッチダウンした場合、カム円板に載りそこから離れるローラによって引き起こされる強制的な下方移動を伴うことなく、カム円板はその端位置まで走行する。

好ましい実施態様によれば、カム円板を走行するローラは、ピボットレバーが上下に移動させられる間に、カム円板のピボットと交差するか、または少なくとも極めて近くまで及ぶ円形経路で走行するようにピボットレバーに配置されている。その結果、カム円板に作用するてこ比は相当の程度まで最小化される。ピボットが互いに平行にまたはほぼ平行に配置されているという事実のために、カム円板に作用するてこ比はほとんどまったく存在しない。

本発明の好ましい実施態様によれば、カム円板は、電気駆動モータによって直接または間接に駆動される駆動ホイールを受けているピボットに設けられている。これは、構造的に単純な条件の創出を可能にする。駆動モータの起動はただちにカム円板の移動を可能にする。

好ましくは、少なくとも１個のスイッチングプレートを備えるスイッチング要素がカム円板を受けるピボットに設けられている。スイッチングプレートはカム従動節の引き上げ移動の少なくとも１つの上端位置と１つの下端位置を制御する。少なくとも上端と下端位置で、スイッチング要素のスイッチングプレートは、検出器、特に光センサを横切って移動し、それにより駆動モータを停止させる。これは、これらの端位置の正確な決定を可能にする。

本発明のさらなる有利な実施の態様によれば、別の検出器、特に光センサが、上端と下端位置を含む検出器の間でスイッチングプレートの円形経路に沿って設けられる。その結果、引き上げ移動の第１の区間と第２の区間が、例えば、駆動モータの対応する駆動による異なる速度で検出され開始される。好ましくは、カム円板は速度のそのような変化に合わせて調整され、それにより、引き上げ区間が低速度で開始される間に同時に一定の引き上げ速度が保たれる。

あるいは、光センサによる引き上げ移動の分割もまた、少なくとも第１の移動相において、短縮した引き上げ距離を調整するために使用される。これを達成するために、転じて別個の光センサに割り当てられる別のスイッチング部分がスイッチング要素に好適に設けられる。複数のスイッチング部分は引き上げ距離の個別的な調整を可能にする。

カム従動節の正確で極めて精密な案内を保証するために、ガイド、特に滑り軸受が、ハウジングの前面側の上壁部と下壁部にそれぞれ設けられる。これらの２個のガイド、特に滑り軸受ブシュはそれらが互いに離されるように配置されているので、カム従動節はいかなる傾倒もほとんど伴わずに受け入れられる。

好ましくは、カム従動節のガイドは軸受青銅で作られており、カム従動節は研磨またはラップ仕上げされた表面を備えている。これは、ほとんど遊びがなく、精確かつ円滑に働くガイドを創出することを可能にする。

引き上げ移動の精度をさらに高め高い繰返し性を達成するために、カム従動節とピボットレバーとの間のピボット連結部はピボットレバーの深穴内で動作するねじボルトによって形成される。前記深穴は、ピボットレバーが、長い行程を伴ってもレバーに円滑に受け入れられることを可能にする。

好ましくは、ピボットレバーの深穴内に案内される軸受ブシュをねじボルトが設けることである。その結果、摩擦力の低減がこのさらなる軸受の場において達成される。

本発明のさらなる有利な実施の態様によれば、ピボットレバーとカム従動節はハウジングに作用するねじれ防止装置を備えている。これは、引き上げ移動が進行している間にカム従動節に作用する別の傾倒モーメントの除去を可能にする。

好ましくは、ねじれ防止装置は、ハウジングに配設され、ピボット連結部またはカム従動節と係合するローラを案内するために使用される、縦溝を備える。このローラは、ピボットレバーが、例えば片側でカム従動節と係合するので、カム従動節がねじれるのを防止する。ローラは極めて小さい遊びだけを伴い案内溝で案内され、それにより、ローラが案内溝の案内面とのその当接を変化させた時にいずれの遊びおよび／またはねじれもほとんどない構成を実現することが可能である。

本発明のさらなる有利な実施の態様によれば、カム従動節は測定対象の反対側に配置された端に圧力除去装置を備える。この圧力除去装置は、測定装置が脱着可能な様態で取り付けられるカム従動節のほとんど力を伴わない上下移動を可能にする。これは、ゆるやかに表面への測定装置または測定プローブのタッチダウンを支援することができる。

好ましくは、引張りばねまたは圧縮ばねが設けられ、前記ばねは付勢を備え構成されている。この付勢力は、異なる測定装置の適用の間に創出される条件が常に同じであることを保証するように、測定装置の重量に関連して設定される。

本発明の好ましい実施の態様によれば、本発明に従った測定スタンドは、カム従動節の下降移動と上方移動について手動で解除できる。そのようなモードは、試験測定または行うべき測定の引き上げ移動の設定の確認、または測定対象の表面へのタッチダウンに測定装置が要する時間がユーザによって規定される手動単一測定の実行を可能にする。

本発明の代替的な実施の態様によれば、完全な引き上げサイクルの実行を可能にするモードが設定される。この場合、タッチダウン位置におけるドウェル時間は、好ましくは、可変の時間設定値によって事前に規定される。これは、操作員側でのいずれの操作も要さずに完全なサイクルを完遂することを可能にし、測定装置は測定の完了後に初期位置にリセットされる。

本発明のさらなる有利な実施の態様によれば、連続する試験が、物体の表面で測定値を繰り返し記録するために、または周期的に繰り返して測定プローブに供給される複数の測定対象を試験するために実行される。そのような引き上げシーケンスにおいて、被測定表面におけるドウェル時間や、新しい測定サイクルが開始されるまでに経過するドウェル時間の両方とも調整することができる。さらに、迅速モードとクリープモードにおける移動速度だけでなく、迅速モードでの引き上げ距離もまた調整することが可能である。

本発明のさらなる有利な実施の態様によれば、引き上げ移動および／または引き上げサイクルはハウジングに設けられたインタフェースを介して外部制御装置から始動される。これは用途特定的な修正を容易に行うことができる。

以下に、本発明とともにその有利な実装形態やさらなる開発成果を図示した例によってさらに詳細に説明する。説明と図面において言及している要素は、必要に応じて別個にまたは組み合わせて、本発明に適用することができる。

図１は、本発明に従った測定スタンド１１を示している。この測定スタンド１１は、個々の測定対象１４が置かれ位置決めされる測定台１２を備える。測定対象を受ける磁気摺動台が図示されている。ねじ１７によって垂直方向に調整される、ハウジング１８を保持する垂直支柱１６が、測定スタンド１１の脚部または測定台１２に設けられている。ハウジング１８の高さは、調整ねじ１９と締め付け機構２１によって正確に調整できる。

ハウジング１８はカム従動節２３を、それが上下に移動できるように受けている。測定装置２６を脱着可能な形で固定するように意図された保持装置２４が、カム従動節２３の下端に設けられている。測定装置２６は、薄層の厚さの測定用の測定プローブ２５を備える。この測定プローブ２５は、球面タッチダウンキャップによって測定対象１４の表面にタッチダウンする。上側に延び、例えば、測定中における相互干渉を防ぐためにクランプ形ホルダ２７に固定されている電線３０が、測定プローブ２５の反対端に設けられている。

図２は、背面壁を外したハウジング１８の背面の略側面図である。カム従動節２３は、電気駆動モータ２８を備える駆動ユニット２９によって上下に移動させられる。このために、駆動ユニット２９は、例えばハウジング１８の一端において固定した様態で設けられたピボットレバー３１を備える。好ましくは、ピボットレバー３１は、ころ軸受または玉軸受３２によって支承される。その反対端で、ピボットレバー３１はカム従動節２３に取り付けられており、ピボット連結部３５を形成する。カム円板３８に載る別のローラ３７がピボットレバー３１の中心領域に設けられている。転じて、カム円板３８それ自体はピボット３９にスイベル式に取り付けられている。ピボット３９はウォームギヤ４２と協働する駆動ホイール４１を受けており、ウォームギヤ４２は電気駆動装置２８と直接連絡している。

カム円板３８は、カム従動節２３の引き上げ移動が迅速な運動に対応する第１の移動相と、クリープ運動よりなる第２の移動相に分けられるように設計されている。第１の移動相は曲面トレース４４によって規定される。端位置から及び端位置への引き上げ移動の加速減速を助成する勾配が曲面トレース４４の自由端に付与されている。点４６において、カム円板３８の曲面トレース４４は迅速または動的な移動相から低速な移動相に変化し、低速な移動相は曲面トレース４７よりなる。この曲面トレース４７は、ローラ３７の位置に合わせて調整され、カム従動節２３が一定の下降移動により測定対象１４の表面に向けて移動させられるようにピボット３９から離されている。

ハウジング１８における垂直な引き上げ移動を実行するために、カム従動節２３は２個のガイド４９、詳細には滑り軸受ブシュによって案内され、これらのガイド４９の各々はハウジング１８の各フロントエンドに配置されている。ガイド４９が相対的に長い距離で互いに離されているので、カム従動節２３の傾倒モーメントは低減される。同時に、ガイド４９の穴径とカム従動節２３の好適にラップ仕上げまたは研磨された表面の外径との間で選定される嵌め合い寸法によって、ほとんど遊びがない案内が実現される。

図２は、支柱１６を貫通し、締め付けレバーによってハウジング１８を柱２３に向けて締め付ける締め付け部品を備える締め付け要素２１をさらに詳細に図示している。

駆動ユニット２９の起動のためのコンピュータといった外部装置や電源のためのインタフェース５０がハウジング１８の狭い側に設けられている。

図３は、カバーまたは前面パネルが取り外されたハウジング１８の略正面図である。光センサ５２として設計されている複数の検出器がプリント回路板５１上に設けられており、検出器５２の少なくとも一部は円形経路上に配置されている。カム円板３８の反対側に、スイッチングプレート５４を備えるスイッチング要素５３がピボット３９に配置されている。スイッチングプレート５４は検出器５２を横切って移動し、ハウジング１８の下側表面に配設された検出器５２はカム従動節２３の下端位置に対応し、一番上の光センサ５２は引き上げカム従動節２３の上端位置に対応する。中間の検出器５２は、引き上げ移動を、例えば、迅速モードにおける移動相とクリープモードでのそれに分ける。

迅速モードでの移動相が進行している間、引き上げ高さを設定することが可能である。例えば、これは、スイッチング要素５３のスイッチングプレート５４の反対側に配置され、同様に別の検出器５７と協働するスイッチング部分５６によって達成される。そのようなスイッチング部分は、設定された端位置が想定されていることを確かめるために設けられる。あるいは、例えば、インクリメンタルエンコーダまたはリニアセンサによって照合できるように電気的監視手段を専用に設けることも可能である。

さらに、インジケータ要素５５がプリント回路板５１上に設けられている。これらのインジケータ要素５５は、好ましくはＬＥＤとして設計されており、引き上げ移動を実行するために設定された動作モードを指示する。種々の動作モードが押しボタン６０によって設定できる。例えば、押しボタン６０は、下方移動または上方移動を始動させるためにも設けられている。それに加えて、インタフェース５０を介して外部装置によって特定の動作モードをプログラムし設定することも可能である。

図４は、プリント回路板５１が取り外されたハウジング１８の別の略側面図である。この例においてカム従動節２３は下端位置にあるのに対し、図２はほとんどその上端位置にあるカム従動節２３を図示している。対応して、ピボットレバー３１は下側位置に配置されている。これは、ほぼ水平方向に整列されているカム円板３８の配置によっても示される。

図５は、図２における線Ｖ−Ｖから得られる略断面図である。ピボットレバー３１とカム従動節２３との間のピボット連結部３５は、カム従動節２３を貫通するねじピン３４によって形成されている。ねじピン３４は軸受ブシュ３６、詳細には滑り軸受ブシュを受け、その中をねじピン３４がピボットレバー３１の深穴３３内で案内される。これは摩擦を相当の程度まで低減させる。ねじピン３４は、深穴３３を貫通し、深穴３３の外側で、ねじれ防止装置５９を形成するために設けられている案内ローラ５８を受けている。これを達成するために、案内ローラ５８は、溝６１内で案内され、それによって、偏心してカム従動節２３と係合しているピボットレバー３１に起因するねじピン３４による傾倒移動を遮断している。

図６は、本発明の代替的な実行形態を示している。柱２３が、圧力除去装置６２と連絡している。実行形態によれば、後者はカム従動節２３に取り付けられる延長部６４と係合する圧縮ばね６３を備える。延長部６４と圧縮ばね６３は、保護カバー６６によって包囲されている。圧縮ばね６３は、付勢されて端位置に受け止められている。この付勢力は、保持装置２４によって受けられている測定プローブ２５の重量に関連する。この圧力除去装置６２は、電気駆動装置を大型化する必要なく重い測定プローブ２５を上下に移動させることがやはり可能であることを保証する。あるいは、引張りばねを圧縮ばねの代わりに設けることができる。この圧力除去装置６２は、駆動ユニット２９の選定したてこ比に関連して設けることができる。図２に示された実行形態のてこ比は２：１である。カム円板３８がカム従動節と直接係合する場合、この比率は１：１に減少されるであろう。そのような場合、圧力除去装置６２は、特にカム従動節２３がその上方移動にある間、支持的な様態で作用することができる。それによって、摩耗の低減と駆動ユニット２９の円滑な走行を達成することが可能である。同時に、下方移動が進行している間に低減した支承力を達成することも可能である。

このようにして、全部の要素は、本発明にとって不可欠であり、あらゆる所望の様態で互いに組み合わせることができる。

本発明に従った測定スタンドの斜視図である。 図１に従った測定スタンドのハウジングの背面壁の略側面図である。 ハウジングカバーを取り外した後のハウジングの正面の略側面図である。 図３に図示されたプリント回路板を取り外した後のハウジングの正面の略側面図である。 図２の線Ｖ−Ｖから得られる略断面図である。 圧力除去装置を備える本発明に従った装置の代替的な実行形態の略断面図である。

符号の説明

１１ 測定スタンド、１２ 測定台、１４ 測定対象、１６ 支柱、１７ ねじ、１８ ハウジング、１９ 調整ねじ、２０ 電線、２１ 締め付け機構、２３ カム従動節、２４ 保持装置、２５ 測定プローブ、２６ 測定装置、２７ ホルダ、２８ 電気駆動モータ、２９ 駆動ユニット、３１ ピボットレバー、３２ 玉軸受、３３ 深穴、３４ ねじピン、３５ ピボット連結部、３６ 軸受ブシュ、３７ ローラ、３８ カム円板、３９ ピボット、４１ 駆動ホイール、４２ ウォームギヤ、４４、４７ 曲面トレース、４９ ガイド、５２、５７ 検出器

Claims (12)

1. 測定プローブ（２５）を保持するための測定スタンドであって、前記測定スタンドは、カム従動節（２３）が上下に移動させられるように案内するハウジング（１８）を備え、前記測定プローブ（２５）は、測定対象（１４）に面する前記ハウジング（１８）の端に配置され、
   電気駆動装置（２８）を備えて、前記カム従動節（２３）の引き上げ移動を駆動する駆動ユニット（２９）は、前記測定プローブ（２５）が測定対象（１４）にタッチダウンするまでの、前記カム従動節（２３）の迅速な運動を伴う少なくとも１つの第１の移動相と、前記カム従動節（２３）のクリープ運動を伴う少なくとも１つの別の移動相との下方運動を開始し、
   前記駆動ユニット（２９）は、ピボットレバー（３１）を上下に移動させるカム円板（３８）を備え、
   前記ピボットレバー（３１）は、その一端において前記ハウジングに固定されるとともに、もう一端において前記カム従動節（２３）とのピボット連結部を形成し、
   前記カム円板（３８）を走行するローラ（３７）が前記ピボットレバー（３１）の前記ハウジングに対して固定されたピボットと前記カム従動節（２３）のピボット連結部（３５）との間に設けられ、
   前記カム円板（３８）は、前記迅速な運動を伴う前記第１の移動相のための第１の曲面トレース（４４）と、前記クリープ運動を伴う別の移動相のための、前記第１の曲面トレース（４４）とは異なる第２の曲面トレース（４７）によって規定されることを特徴とする測定スタンド。
2. 一定の送り速度はクリープモードにおいて提供されることを特徴とする請求項１に記載の測定スタンド。
3. 前記ピボットレバー（３１）により、前記カム円板（３８）を走行する前記ローラ（３７）は、前記カム円板（３８）のピボット（３９）と交差するか、または少なくとも極めてその近くまで延びて、円形経路で走行することを特徴とする請求項１に記載の測定スタンド。
4. 前記カム円板（３８）は前記駆動ユニット（２９）の前記ピボット（３９）に設けられ、前記ピボット（３９）は駆動ホイール（４１）を受け、電気駆動装置（２８）によって駆動されることを特徴とする請求項３に記載の測定スタンド。
5. 少なくとも１個のスイッチングプレート（５４）を備えるスイッチング要素（５３）が設けられ、前記スイッチング要素（５３）はカム従動節（２３）の引き上げ移動の少なくとも１つの上下端位置を限定し、前記スイッチング要素（５３）は前記カム円板（３８）を受ける前記ピボット（３９）に設けられていることを特徴とする請求項１記載の測定スタンド。
6. 引き上げ移動の上下端位置を検出する少なくとも２個の検出器（５２）が、スイッチングプレート（５４）の円形経路に沿って設けられ、少なくとも１つの別の検出器（５２）が、上下端位置を検出する前記検出器（５２）の間に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の測定スタンド。
7. 迅速モードにおける引き上げ移動をさらに短縮するために、別の検出器（５７）に割り当てられた別の別個のスイッチング部分（５６）が前記スイッチング要素（５３）に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の測定スタンド。
8. 前記カム従動節（２３）は垂直に上下に移動させられ、前記カム従動節（２３）のガイド（４９）は前記ハウジング（１８）の上面と下面に設けられ、前記カム従動節（２３）の表面は研磨またはラップ仕上げされるように設計されていることを特徴とする請求項１に記載の測定スタンド。
9. 前記カム従動節（２３）と前記ピボットレバー（３１）との間の前記ピボット連結部（３５）は、前記ピボットレバー（３１）の深穴（３３）において案内されるねじピン（３４）によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の測定スタンド。
10. 前記ピボットレバー（３１）と前記カム従動節（２３）は、前記ハウジング（１８）と特に係合するねじれ防止装置（５９）を備え、ハウジング（１８）に案内溝（６１）を備え、前記ピボット連結部（３５）または前記カム従動節（２３）と係合するローラ（３７）は前記案内溝（６１）内で案内されることを特徴とする請求項１に記載の測定スタンド。
11. 前記カム従動節（２３）は前記測定対象（１４）の反対側の端に圧力除去装置（６２）を備え、前記圧力除去装置（６２）は前記測定プローブ（２５）の重量に関連している付勢された引張りまたは圧縮ばねであることを特徴とする請求項１に記載の測定スタンド。
12. 前記カム従動節（２３）の下降移動または上方移動は手動で開始される、もしくは、完全な引き上げが始動され、測定を行うために、前記測定対象（１４）のタッチダウン位置におけるドウェル時間が設定される、もしくは、前記カム従動節（２３）の連続する引き上げサイクルのシーケンスが設定される、もしくは、前記カム従動節（２３）の引き上げサイクルによる連続する試験が行われ、前記連続する試験は自動化された取扱いプロセスにおける測定対象（１４）のサイクル時間に合わせて調整される、或いは、前記カム従動節（２３）の引き上げ移動または引き上げサイクル、またはその両方が、前記ハウジング（１８）に設けられたインタフェース（５０）を介して外部制御装置から始動されることを特徴とする請求項１に記載の測定スタンド。

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