详情

原文传递用于求取压头压入运动到试样表面内时的测量信号的测量装置、测量组件和方法

专利名称：	用于求取压头压入运动到试样表面内时的测量信号的测量装置、测量组件和方法
摘要：	本发明涉及用于检测压头(41)到试样(14)的表面内的压入运动期间的测量信号的测量设备、测量组件和方法，尤其用于硬度测量，或者用于求取试样(14)的表面的耐刮强度，或者用于检测压头(41)在试样(14)的表面上扫描运动期间的测量信号、尤其用于求取表面粗糙度，测量设备具有壳体(47)，该壳体具有力产生装置(44)，该力产生装置与压头(41)作用连接，用于产生压头(41)沿着压头(41)的移动轴线(48)的移动运动，并且操控压头(41)到试样(14)的要测试的表面内的压入运动或者将压头(41)定位在试样(14)的表面上用于扫描，并且测量设备具有至少一个第一测量装置(78)，用于测量到试样(14)的表面内的压入深度或者压头(41)在试样(14)的表面上的扫描运动期间沿着其移动轴线(48)的移动运动，其中，力产生装置(44)借助于磁力操控压头(41)的移动运动。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	德国;DE
申请人：	赫尔穆特费舍尔股份有限公司电子及测量技术研究所
发明人：	H·费舍尔
专利状态：	有效
申请日期：	2017-11-06T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-13T00:00:00+0800
申请号：	CN201780084842.1
公开号：	CN110234975A
代理机构：	永新专利商标代理有限公司
代理人：	侯鸣慧
分类号：	G01N3/46(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	德国辛德尔芬根
主权项：	1.一种用于检测压头(41)到试样(14)的表面内的压入运动期间的测量信号的测量设备，尤其用于所述试样(14)的硬度测量或者用于求取所述试样的表面的耐刮强度，或者用于检测所述压头(41)在所述试样(14)的表面上的扫描运动期间的测量信号，尤其用于求取表面粗糙度，所述测量设备具有壳体(47)，所述壳体具有力产生装置(44)，所述力产生装置与压头(41)作用连接用于产生所述压头(41)沿着所述压头(41)的移动轴线(48)的移动运动，并且所述力产生装置操控所述压头(41)到所述试样(14)的要测试的表面内的压入运动或者将所述压头(41)定位在所述试样(14)的表面上用于扫描，并且所述测量设备具有至少一个第一测量装置(78)用于测量压入到所述试样(14)的表面内的深度或者在所述试样(14)的表面上的扫描运动期间所述压头(41)沿着所述压头的移动轴线(48)的移动运动，其特征在于，所述力产生装置(44)具有驱动装置(45)和磁性的传递装置(66)并且由所述驱动装置(45)操控的移动运动借助于所述磁性的传递装置(66)的磁力传递到所述压头(41)上。 2.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于，所述磁性的传递装置(66)包括第一磁极和第二磁极(67、68)，所述第一磁极和第二磁极彼此具有间距地布置并且以相同的极朝向彼此地定向。 3.根据权利要求2所述的测量设备，其特征在于，所述传递装置(66)的第二磁极(68)设置在传递元件(42)上，所述传递元件在其对置的端部上接收所述压头(41)，其中，所述传递元件(42)以能沿着移动轴线(48)移动的方式在所述壳体(47)中引导，所述移动轴线优选地垂直于所述壳体(47)的基板(51)或者位于所述压头(41)的压入运动的轴线上。 4.根据权利要求2或3所述的测量设备，其特征在于，所述第一磁极(67)与所述驱动装置(45)连接，所述驱动装置操控所述第一磁极(67)沿着移动轴线(46)的移动运动，所述移动轴线位于所述压头(41)的压入运动的轴线上或者平行于所述压头的压入运动的轴线，或者所述移动轴线垂直于所述压头(41)的压入运动的轴线。 5.根据上述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，通过所述第一磁极(67)在朝所述第二磁极(68)的方向上的移动运动能够调节所述压头(41)在朝所述试样的方向上的移动运动，用于到所述试样(14)内的压入力或者在所述试样(14)上用于扫描所述试样(14)的表面的接触力。 6.根据权利要求4或5中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述传递元件(42)通过布置在保持设备(58)上的引导部(57)以能移动的方式接收在所述壳体(47)中，并且所述引导部(57)具有至少两个相对彼此间隔开的、柔性的元件，优选两个彼此平行地间隔开的板簧元件(61、62)或者两个彼此平行地间隔开的压力膜元件(151、152)，所述柔性的元件以能在所述驱动装置(45)的移动轴线(46)上移动的方式引导所述传递元件(42)。 7.根据权利要求6所述的测量设备，其特征在于，所述引导部(57)在所述保持设备(58)中以能松脱的方式固定地保持，尤其夹紧地保持，或者所述引导部(57)与所述保持设备(58)一体地连接，其中，优选所述保持设备(58)和一体地布置在其上的板簧元件(61、62)通过腐蚀或者超精细加工制造。 8.根据权利要求6或7中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述板簧元件(61、62)具有能布置在所述保持设备(58)中的夹紧区域(35)和对置的、接收所述传递元件(42)的接头区域(136)以及布置在所述夹紧区域和所述接头区域之间的距离区段(137)，其中，所述夹紧区域(135)与所述距离区段(137)和所述距离区段(137)与所述接头区域(136)分别通过固体链节(138)相互连接，所述固体链节优选相对于所述板簧元件(61、62)的厚度缩窄。 9.根据权利要求8所述的测量设备，其特征在于，所述固体链节(138)在所述板簧元件(61、62)的整个宽度上延伸并且优选具有至少一个长孔形的凹空(141)。 10.根据上述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述壳体(47)包括具有凹空(55)的基板(51)，并且所述压头(41)的移动运动朝所述凹空(55)的纵轴线定向，并且设置在所述传递元件(42)的下端部处的压头(41)能从在所述凹空(55)内部的初始位置或者从布置在所述凹空(55)中的套装环(75)内部的初始位置出发定位在相对于所述基板(51)的外侧伸出的驱动位置中。 11.根据权利要求6至10中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述引导部(57)将所述传递元件(42)与布置在所述传递元件上的压头(41)一起保持在初始位置中，在所述初始位置中，所述压头(41)相对于所述壳体(47)的朝所述试样(14)定向的下侧向内往回偏移地布置。 12.根据权利要求10所述的测量设备，其特征在于，在所述壳体(47)的基板(51)上与所述压头(41)相邻地设置所述第一测量装置(78)，所述第一测量装置优选地具有测量感应器(77)，所述测量感应器配属于内置于所述压头(41)的端部。 13.根据权利要求2至12中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述驱动装置(45)设置在所述壳体(47)的盖元件(52)上，所述盖元件具有至少一个能沿着所述移动轴线(46)移动的驱动元件(96)，所述移动轴线(46)位于所述压头(41)的移动轴线(48)上或者平行于所述压头(41)的移动轴线(48)，并且所述驱动元件(96)在指向所述传递元件(42)的端部处接收所述第一磁极(67)。 14.根据权利要求13所述的测量设备，其特征在于，所述驱动元件(96)作为驱动主轴借助设置在所述壳体(47)上的引导部(106)抗扭转地被引导，尤其借助布置在所述盖元件(52)上的引导部(106)被引导，或者所述驱动元件(96)构造为伸缩轴，并且所述驱动元件(96)与转动驱动装置(98)连接，所述转动驱动装置由驱动马达(97)驱动。 15.根据权利要求14所述的测量设备，其特征在于，所述转动驱动装置(98)构造为齿形皮带驱动装置并且驱动所述驱动元件(96)。 16.根据权利要求2至12中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述驱动元件(96)的移动轴线(46)垂直于所述压头(41)的移动轴线(48)地定向，并且所述驱动元件(96)操控至少一个第一磁极(67)的移动运动、优选操控两个或者更多构成所述第一磁极(67)的永磁体的同时的移动运动，所述永磁体能转移到相对于构成所述第二磁极(68)的相应数量的永磁体部分地重叠的位置中或者叠合的位置中。 17.根据权利要求16所述的测量设备，其特征在于，所述驱动元件(96)由一对齿杆(161、162)构成，所述驱动元件能够借助垂直于所述压头(41)的移动轴线(48)的转动驱动装置(98)操控并且优选能够沿着引导轨(166)移动，并且尤其以分配到对置的齿杆(161、162)上的方式分别设置用于构成所述第一磁极(67)的永磁体。 18.根据权利要求16或17所述的测量设备，其特征在于，所述传递元件(42)具有接收装置(71)，所述接收装置以到所述传递元件(42)的移动轴线(48)相同的间距接收用于构成所述第二磁极(68)的至少两个永磁体并且优选能够使所述第一磁极(67)的永磁体同时在朝所述第二磁极(68)的永磁体的方向上移动直至部分地重叠或者叠合地布置。 19.根据权利要求14至18中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述驱动元件(96)的驱动运动借助第三测量装置(105)监测。 20.根据权利要求14至19中任一项所述的测量设备，其特征在于，在所述驱动元件(96)和布置在其上的所述第一磁极(67)之间设置有第四测量装置(110)、尤其是力传感器。 21.根据上述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，布置在所述传递元件(42)上的所述第二磁极(68)配有减振装置(120)。 22.根据权利要求21所述的测量设备，其特征在于，所述减振装置(120)构造为由铁磁性的材料制造的包罩(121)、尤其管，所述包罩包围所述第二磁极(68)，并且在所述压头(41)的初始位置中，所述第二磁极(68)至少部分地沉入到所述包罩(121)中。 23.根据以上权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，在两个彼此平行地间隔开的板簧元件(61、62)之间设置平衡元件(89)，所述平衡元件能摆动地支承在所述保持设备(58)上，并且优选所述平衡元件(89)以一端部伸进所述传递元件(42)中，在所述传递元件上设置有板簧元件(94)，所述板簧元件在朝所述传递元件(42)的接收所述磁极(68)的端部的方向上延伸并且固定在所述传递元件上。 24.根据权利要求23所述的测量设备，其特征在于，所述平衡元件(89)借助于张紧装置(85)、尤其张紧带支承装置支承在所述保持设备(58)上。 25.根据权利要求7至24中任一项所述的测量设备，其特征在于，远离所述基板(51)布置的板簧元件(61)或者压力膜元件(151)固定地夹紧在所述保持设备(58)中，并且靠近所述基板(51)布置的板簧元件(62)或者压力膜元件(152)关于由纵向缝隙(153)构成的区段(154)在垂直于所述移动轴线(48)的方向上以能移动的方式支承在所述保持设备(58)上，并且优选第二测量装置(91)检测所述板簧元件(62)的移动运动。 26.一种用于检测试样(14)的表面内的压入深度的测量组件，尤其用于检测试样(14)的表面的耐刮强度，或者用于检测试样(14)的表面的表面粗糙度， -具有用于接收所述试样(14)的测量台(25)， -具有用于将测量设备(12)从初始位置(21)转移到测量位置(22)中的手操纵装置(17)， -具有基体(16)，至少所述测量台(25)和所述手操纵装置(17)设置在所述基体上， -具有用于操控和执行借助所述测量设备(12)在所述试样(14)上进行测量的控制装置(33)，所述控制装置至少进行如下操控，借助所述手操纵设备(17)将所述测量设备(12)的压头(41)安放在所述试样(14)上，其特征在于，借助根据权利要求1至25中任一项所述的测量设备(12)设置所述压头(41)到所述试样(14)的表面内的压入运动或者所述压头(41)在所述试样(14)的表面上的扫描运动。 27.根据权利要求26所述的测量组件，其特征在于，在所述基体(16)上邻近所述测量设备(12)地布置光学检测装置(29)，其中，所述测量台(25)能在所述测量设备(12)和所述光学检测装置(29)之间移动，或者所述测量设备(12)和所述光学检测装置(29)能够朝所述测量台(25)移动。 28.根据权利要求26或27中任一项所述的测量组件，其特征在于，所述测量台(25)的移动运动、尤其沿着位于所述试样(14)的表面的平面内的轴线的移动运动通过所述控制装置(33)操控。 29.一种用于检测测量设备(12)在压头(41)到试样(14)的表面内的压入运动期间或者在压头(41)在试样(14)的表面上的扫描运动期间的测量信号的方法，所述测量设备尤其是根据权利要求1或25中任一项所述的测量设备，在所述方法中，所述试样(14)定位在测量台(25)上并且所述测量设备(12)在开始位置中安放到所述试样(14)上，其特征在于，借助力产生装置(44)操控所述压头(41)的压入运动或者扫描运动，在所述力产生装置中，借助磁力操控所述压头(41)到所述试样(14)内的压入运动，或者在所述力产生装置中，借助磁力操控所述压头(14)在所述试样(14)上的扫描运动。 30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，为了所述试样(14)的表面的硬度测量，在第一方法步骤中，所述测量设备(12)朝向所述试样(14)运动，在所述测量设备(12)安放在所述试样(14)上时停止进给运动，操控所述压头(41)的移动运动，直至所述压头放置在所述试样(14)的表面上并且将这个位置作为零位置传递到控制装置(33)上，用于后续的硬度测量。 31.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，为了所述试样(14)的表面的耐刮强度测量，在第一方法步骤中，在将所述测量设备(12)安放到所述试样(14)的表面上之前，使所述压头(41)移动运动，使得所述压头(41)相对于壳体(47)的下侧自由地伸出，所述测量设备(12)朝向所述试样(14)运动并且在所述压头(41)安放在所述试样(14)上时停止，并且将这个位置作为零位置传递到控制装置(33)上，用于后续的耐刮强度测量。 32.根据权利要求29至31中任一项所述的方法，其特征在于，以一测试力加载所述力产生装置(44)，并且至少借助第一测量装置(78)检测所述压头(41)到所述试样(14)的表面内的压入运动。 33.根据权利要求29至31中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述力产生装置(44)的驱动元件(46)的进给运动操控所述压头(41)的压入运动，并且通过磁性的传递装置(66)将进给力从所述驱动元件(96)传递到所述压头(41)上。 34.根据权利要求29至33中任一项所述的方法，其特征在于，作用到所述压头(41)上的力由被第三测量装置(105)检测到的进给运动算出或者被第四测量装置(110)检测，并且通过所述第一测量装置(78)检测所述压头(41)到所述试样(14)内的压入深度，并且由通过所述第三测量装置或第四测量装置(105、110)算出或者检测的压入力和通过所述第一测量装置(78)检测的压入深度根据所述压头(41)的几何结构确定所述试样(14)的表面的硬度。 35.根据权利要求31至34中任一项所述的方法，其特征在于，在所述压头(41)到所述试样(14)内的借助所述磁力操控用于耐刮强度测量的压入运动期间，所述测量台(25)在垂直于所述压头(41)的压入运动的方向上移动并且将刮痕引入到所述试样(14)的表面内，并且检测和评估：所述第一测量装置(78)的用于压入深度的测量信号和至少一个另外的配属于所述压头(41)的第二测量装置(91)的测量信号；所述压头(41)沿着所述试样(14)的移动方向的偏转；以及通过借助所述第三测量装置(105)检测到的所述驱动元件(96)的进给运动所算出的力；或者所述第四测量装置(110)的所检测到的测量信号。 36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，在所述压头(41)到所述试样(14)内的压入运动和所述测量台(25)的用于产生刮痕的移动运动期间，借助另外的测量装置的另外的传感器元件检测所述压头(41)的相对于所述试样(14)的移动运动成直角的偏转运动。 37.根据权利要求31至36中任一项所述的方法，其特征在于，在将所述刮痕引入到所述试样(14)内之前，将所述测量设备(12)安放在所述试样(14)的表面上，并且使所述测量设备在垂直于所述试样(14)的安放运动的方向上移动，并且检测通过所述第一测量装置(78)所检测的测量信号并且将其保存为预刮痕轮廓数据。 38.根据权利要求31或37中任一项所述的方法，其特征在于，在将所述刮痕引入到所述试样(14)内之后，将所述测量设备(12)安放在所述刮痕中，并且使所述压头(41)随着所述测量设备(12)在垂直于所述试样(14)的安放运动的方向上移动，并且沿着所述压头(41)在所述刮痕中的移动运动检测通过所述测量设备(12)所检测的信号并且将其保存为刮后轮廓数据。 39.根据权利要求29至38中任一项所述的方法，其特征在于，所述力产生装置(44)中的测试力在所述压头(41)的扫描运动期间保持恒定。
所属类别：	发明专利