DE4311614A1 - Measuring instrument - Google Patents

Measuring instrument

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DE4311614A1 DE19934311614 DE4311614A DE4311614A1 DE 4311614 A1 DE4311614 A1 DE 4311614A1 DE 19934311614 DE19934311614 DE 19934311614 DE 4311614 A DE4311614 A DE 4311614A DE 4311614 A1 DE4311614 A1 DE 4311614A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Meßinstrument, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, ein Meßinstrument zur Messung der Schichtdicke eines Überzugs auf einem Substrat.The invention relates to a measuring instrument, in particular but not exclusively, a measuring instrument for measuring the Layer thickness of a coating on a substrate.

Instrumente zur Messung von Schichtdicken sind bekannt. Bei einem derartigen, als Handgerät ausgebildeten Instrument ge­ winnt man ein elektrisches Signal mittels eines elektromagne­ tischen Tastkopfes, der an das beschichtete Substrat angelegt wird. Das Signal wird verarbeitet, um einen Meßwert der Schichtdicke zu erhalten. Digitale Verarbeitungsschaltungen und analoge Meß-Bauelemente sind zusammen mit einer Batterie, einem Anzeigegerät und einer Tastatur in einem einzigen Gehäuse inte­ griert. Der Tastkopf ist entweder permanent verdrahtet oder anderweitig über eine geeignete Stecker- und Fassungsanordnung angeschlossen. Die Schichtdicke wird gemessen, indem ein analo­ ger Meßwandler benutzt wird, der eine nichtlineare Ausgangs­ spannung in Abhängigkeit der eingangsseitigen Dicke liefert. Die Ausbildung des analogen Teils hängt von der Art des Sub­ strats ab, an dem die Messungen durchgeführt werden, sowie von dem speziellen Meßbereich des Instruments. Ein Teil der digita­ len Prozessorschaltung wird dazu benutzt, den Betrieb des Instruments zu organisieren, etwa die Leistungsregelung, die Funktion der Tastatur, Displaytreiber, die Datenspeicherung, die statistische Analyse und die Übertragung der Dickenwerte auf die Peripherieeinrichtungen. Der übrige Teil der Schaltung beschäftigt sich mit der analogen Komponente für die Berechnung der Dickenwerte unter Berücksichtigung der analogen Ansprech­ charakteristik. Die Kombination sämtlicher dieser Elemente ergibt ein leistungsfähiges Instrument, das jedoch mit dem Nachteil zweier wesentlicher Einschränkungen behaftet ist.Instruments for measuring layer thicknesses are known. At such an instrument designed as a handheld device one obtains an electrical signal by means of an electromagnetic table probe, which is applied to the coated substrate becomes. The signal is processed to give a measurement of the Obtain layer thickness. Digital processing circuits and Analog measuring components are together with a battery, one Display device and a keyboard in a single housing inte freezes. The probe is either permanently wired or otherwise via a suitable connector and socket arrangement connected. The layer thickness is measured by an analog ger transducer is used which has a non-linear output voltage depending on the input side thickness. The formation of the analog part depends on the type of sub strats on which the measurements are taken, and from the special measuring range of the instrument. Part of the digita  len processor circuit is used to operate the Organize instruments, such as the power scheme Function of the keyboard, display driver, data storage, statistical analysis and transfer of thickness values to the peripheral devices. The rest of the circuit deals with the analog component for the calculation the thickness values taking into account the analog response characteristic. The combination of all of these elements results in a powerful instrument, but with the Disadvantage of two essential restrictions.

Wenn ein Instrument gebaut wird, ist es darauf eingeschränkt, Messungen an einem bestimmten Substrat oder in einem bestimmten Schichtstärkenbereich durchzuführen. Ein Übergang auf eine davon abweichende Spezifikation würde den Kauf eines neuen, vollständigen Instruments erforderlich machen. Auch wenn ein Tastkopf verschleißt oder beschädigt wird, bedeutet eine Aus­ wechslung den Übergang auf eine Normalspezifikation, so daß, falls das Instrument nicht in die Fabrik zurückgebracht wird, lediglich eine annähernde Anpassung erreichbar ist, so daß das Linearitätsverhalten allgemein mangelhaft ist.When an instrument is built, it is limited to Measurements on a specific substrate or in a specific Layer thickness range. A transition to one a different specification would require the purchase of a new, complete instrument. Even if a Probe is worn or damaged, means an off change to a normal specification so that, if the instrument is not returned to the factory, only an approximate adjustment can be achieved, so that Linearity behavior is generally poor.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind diese Unzulänglichkeiten durch ein Meßinstrument beseitigt, das die Merkmale des Anspru­ ches 1 aufweist, also durch ein Meßinstrument mit einem Meßkopf und diesem zugeordneten Mitteln zur Erzeugung eines Signals, das für eine stattfindende Messung repräsentativ ist, wobei das Meßinstrument dadurch gekennzeichnet ist, daß diese Mittel einen Speicher enthalten, der eine Tabelle mit Werten spei­ chert, die zu einer Reihe von Messungen in Bezug stehen, die mit dem Meßkopf getätigt wurden.According to the present invention, these are shortcomings eliminated by a measuring instrument that the characteristics of the claim ches 1, ie by a measuring instrument with a measuring head and associated means for generating a signal, which is representative of a measurement taking place, whereby the Measuring instrument is characterized in that this means contain a memory that stores a table with values that are related to a series of measurements that were made with the measuring head.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Meßinstrument einen Haupt-Datenprozessor und eine Baustein­ gruppe auf, in der sowohl der Kopf als auch der Speicher unter­ gebracht sind, in dem die Wertetabelle gespeichert ist. Der Haupt-Datenprozessor und die Bausteingruppe sind dazu einge­ richtet, mittels Steckverbindung zusammengesteckt zu werden. Unterschiedliche Bausteingruppen können daher in den gleichen Haupt-Datenprozessor eingesteckt werden. Der Haupt-Datenprozes­ sor weist eine Mikrosteuereinheit, eine Bedienertastatur, ein Anzeigegerät sowie Programmspeicher und Datenspeicher auf. Die Bausteingruppe weist, zusätzlich zu dem Speicher mit den als Nachschlagetabellen bekannten Wertetabellen und dem Kopf, auch einen Programmspeicher, einen Analogteil sowie einen Analog/Di­ gital-Wandler auf. Der Speicher der Nachschlagetabellen basiert vorteilhafterweise auf nicht-flüchtigen Lese/Schreib-Einrich­ tungen. Der Haupt-Datenprozessor stellt die Leistung und die Datenverbindungen für die Bausteingruppe zur Verfügung.In a preferred embodiment of the invention the measuring instrument is a main data processor and a building block group in which both the head and the memory below brought, in which the value table is stored. The  The main data processor and the block group are included aimed to be plugged together by means of a plug connection. Different block groups can therefore be in the same Main data processor can be plugged in. The main data process sor has a microcontroller, an operator keyboard Display device as well as program memory and data memory. The Block group points, in addition to the memory with the as Lookup tables known value tables and the head, too a program memory, an analog part and an analog / Di gital converter. The lookup table memory is based advantageously on non-volatile read / write devices exercises. The main data processor provides the performance and the Data connections are available for the block group.

Damit die Erfindung besonders klar verständlich wird, ist eines der Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die einzige Zeichnungsfigur beschrieben, die eine Blockdarstellung der Schaltung eines erfindungsgemäßen Meßinstruments für Schichtdicken zeigt.So that the invention can be understood particularly clearly, one is the exemplary embodiments of the invention as an example Described with reference to the only drawing figure that a block diagram of the circuit of an inventive Measuring instrument for layer thicknesses shows.

Bezugnehmend auf die Zeichnung weist das Meßinstrument für Schichtdicken einen Haupt-Datenprozessor 1 und eine Baustein­ gruppe 2 auf. Der Haupt-Datenprozessor 1 weist ein Gehäuse 3 auf, in dem eine Mikrosteuereinheit 4, eine Bedienertastatur 5, ein Anzeigegerät 6, ein Programmspeicher 7 und ein Datenspei­ cher 8 angeordnet sind. Die Bausteingruppe 2 weist ein Gehäuse 9 auf, in dem am einen Ende ein Kopf in Form eines Tastkopfes 10, eine Mikrosteuereinheit 11, ein Programmspeicher 12, ein Kalibrierspeicher 13 mit Nachschlagetabellen zur Linearisation, ein Analog/Digital-Wandler 14 und ein Analogteil 15 angeordnet sind.With reference to the drawing, the measuring instrument for layer thicknesses has a main data processor 1 and a module group 2 . The main data processor 1 has a housing 3 in which a microcontroller 4 , an operator keyboard 5 , a display device 6 , a program memory 7 and a data memory 8 are arranged. The module group 2 has a housing 9 , in which a head in the form of a probe 10 , a microcontroller 11 , a program memory 12 , a calibration memory 13 with look-up tables for linearization, an analog / digital converter 14 and an analog part 15 are arranged at one end are.

In dem Haupt-Datenprozessor 1 ist die Mikrosteuereinheit 4 so geschaltet, daß sie von der Bedienertastatur 5 Justierungen für die Kalibrierung und aus dem Programmspeicher 7 ein Programm erhält und daß sie außerdem aus dem Datenspeicher 8 Daten erhält und an diesen abgibt. Die Mikrosteuereinheit 4 ist außerdem so geschaltet, daß sie dem Anzeigegerät 6 Dickenwerte zuführt.In the main data processor 1 , the microcontroller 4 is switched in such a way that it receives adjustments for the calibration from the operator keyboard 5 and a program from the program memory 7 and that it also receives data from the data memory 8 and delivers it to the latter. The microcontroller 4 is also switched so that it supplies 6 thickness values to the display device.

In der Bausteingruppe 2 ist die Mikrosteuereinheit 11 so ge­ schaltet, daß sie aus dem Programmspeicher 12 ein Programm erhält und von dem Speicher 13 Daten erhält und diesem zuführt, der als Kalibrierspeicher und Speicher für Nachschlagetabellen zur Linearisierung dient. Der Tastkopf 10 erhält von dem Ana­ logteil 15 ein Wechselspannungssignal, das von dem beschichte­ ten Substrat modifiziert wird. Dieses modifizierte Signal wird zu dem Analogteil zurückgeführt, in dem Wandler 14 in ein Gleichspannungssignal umgesetzt und der Mikrosteuereinheit 11 zugeführt. Der Haupt-Datenprozessor 1 und die Bausteingruppe 2 sind miteinander über ihre Mikrosteuereinheiten 4 bzw. 11 mittels einer geeigneten Einrichtung aus Stecker und Steckfas­ sung verbunden. Der Haupt-Datenprozessor 1 stellt die erforder­ liche Leistung und die Datenverbindungen für die Bausteingruppe 2 über diese Steckverbindung zur Verfügung.In the block group 2 , the microcontroller 11 is switched so that it receives a program from the program memory 12 and receives and supplies data from the memory 13 , which serves as a calibration memory and memory for lookup tables for linearization. The probe 10 receives from the log part 15 an AC voltage signal which is modified by the coated substrate. This modified signal is fed back to the analog part, converted into a DC voltage signal in the converter 14 and fed to the microcontroller 11 . The main data processor 1 and the module group 2 are connected to one another via their microcontroller units 4 and 11 by means of a suitable device comprising a plug and a plug-in solution. The main data processor 1 provides the required performance and the data connections for the module group 2 via this connector.

Beim Betrieb des Instruments erzeugt die Mikrosteuereinheit 11 einen Dickenwert, der der Mikrosteuereinheit 4 zugeführt wird. Dieser Wert wird in der Einheit 11 erzeugt, indem unter Steue­ rung des im Speicher 12 befindlichen Programms eine Interpo­ lation zwischen Schritten der Nachschlagetabelle im Speicher 13 durchgeführt wird, wobei die Schritte in Abhängigkeit von dem Signal gewählt sind, das von dem Tastkopf 10 erhalten und in dem Teil 15, dem Wandler 14 und der Einheit 11 aufbereitet wird. Die Mikrosteuereinheit 4 gibt diesen Dickenwert auf dem Anzeigegerät 6 unter Steuerung der Speicher 7 und 8 wieder.When the instrument is operating, the microcontroller 11 generates a thickness value which is fed to the microcontroller 4 . This value is generated in the unit 11 by, under control of the program in the memory 12, an interpolation between steps of the look-up table in the memory 13 is carried out, the steps being selected depending on the signal received by the probe 10 and is prepared in the part 15 , the converter 14 and the unit 11 . The microcontroller 4 reproduces this thickness value on the display device 6 under the control of the memories 7 and 8 .

Wenn das oben beschriebene Instrument hergestellt wird, kann der Linearisierungsspeicher (Nachschlagetabellen) während der Herstellung individuell an den Tastkopf angepaßt werden, die beide Teil einer und derselben Bausteingruppe sind. Da, unter anderem wegen Herstellungstoleranzen, kein Tastkopf dem anderen gleich ist, erhöht diese Möglichkeit die Genauigkeit des In­ struments. Im Vergleich hierzu werden bei Einrichtungen gemäß dem Stand der Technik die Tastköpfe einer Produktionscharge kalibriert, und der Mittelwert dieser Chargenkalibrierung wird in den Nachschlagetabellen gespeichert. Durch Übernahme des Durchschnittswerts wird dadurch ein gewisses Ausmaß an Ungenau­ igkeit mit übernommen, selbst wenn diese für einige der Tast­ köpfe gering sein sollte. Die Unterbringung des Tastkopfes in der gleichen Bausteingruppe zusammen mit seinen eigenen, indi­ viduellen Nachschlagetabellen bedeutet, daß in dem Falle, daß ein Endbenutzer eine verschlissene oder beschädigte Baustein­ gruppe nach der ursprünglichen Herstellung auszutauschen wünscht, der Tastkopf in der Austausch-Bausteingruppe ebenfalls an seine eigene Nachschlagetabelle angepaßt sein kann. Weiter­ hin kann der Endbenutzer, indem er einen Haupt-Datenprozessor und eine Auswahl an Bausteingruppen zur Verfügung hat, über eine beträchtliche Meßkapazität verfügen, und zwar in wesent­ lich wirtschaftlicherer Weise als dies mit einer Anzahl übli­ cher Instrumente möglich wäre. Außerdem braucht der Haupt-Da­ tenprozessor nicht auf die Dickenmessung beschränkt zu sein, sondern könnte auch zusammen mit Bausteingruppen zur Messung von Temperatur, Feuchtigkeit, Ultraschall und dergleichen verwendet werden.If the instrument described above is made, the linearization memory (look up tables) during the Manufacturing can be individually adapted to the probe, the are both part of the same block group. There under other because of manufacturing tolerances, no probe to the other  is the same, this possibility increases the accuracy of the In struments. In comparison to this, facilities according to the probes of a production batch calibrated, and the mean of this batch calibration is stored in the lookup tables. By taking over the This averages a certain amount of inaccuracy ity, even if for some of the key heads should be low. The placement of the probe in the same building block together with its own, indi vidual lookup tables means that in the event that an end user of a worn or damaged building block group after the original production wishes the probe in the replacement module group as well can be adapted to its own lookup table. Next The end user can do this by using a main data processor and has a selection of building block groups available have a considerable measuring capacity, namely essentially Lich more economical than this with a number of usual instruments would be possible. In addition, the main da needs processor is not limited to thickness measurement, but could also be used together with building block groups for measurement of temperature, humidity, ultrasound and the like be used.

Es versteht sich, daß das obige Ausführungsbeispiel lediglich beispielhaft beschrieben ist und daß vielerlei Abwandlungen möglich sind, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.It is understood that the above embodiment is only is described as an example and that many variations are possible without leaving the scope of the invention.

Claims (8)

1. Meßinstrument mit einem Meßkopf und diesem zugeordneten Mitteln zur Erzeugung eines Signals, das für eine stattfin­ dende Messung repräsentativ ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel einen Speicher (13) enthalten, der eine Tabelle mit Werten speichert, die zu einer Reihe von Mes­ sungen in Bezug stehen, die mit dem Meßkopf (10) getätigt wurden.1. Measuring instrument with a measuring head and this associated means for generating a signal which is representative of a measurement taking place, characterized in that these means contain a memory ( 13 ) which stores a table with values belonging to a series of measurements related solutions that were made with the measuring head ( 10 ). 2. Meßinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Haupt-Datenprozessor (1) und eine Bausteingruppe (2) aufweist und daß der Meßkopf (10) und der Speicher (13) in der Bausteingruppe (2) untergebracht sind.2. Measuring instrument according to claim 1, characterized in that it has a main data processor ( 1 ) and a module group ( 2 ) and that the measuring head ( 10 ) and the memory ( 13 ) are housed in the module group ( 2 ). 3. Meßinstrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Haupt-Datenprozessor (1) und die Bausteingruppe (2) dafür eingerichtet sind, mittels einer Steckverbindung miteinander verbunden zu werden.3. Measuring instrument according to claim 2, characterized in that the main data processor ( 1 ) and the block group ( 2 ) are set up to be connected to one another by means of a plug connection. 4. Meßinstrument nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Haupt-Datenprozessor (1) eine Mikrosteuerein­ heit (4), eine Bedienertastatur (5), ein Anzeigegerät (6) einen Programmspeicher (7) und einen Datenspeicher (8) aufweist und daß die Mikrosteuereinheit (4) dazu eingerich­ tet ist, vom Benutzer mittels der Tastatur (5) eine Kali­ brierjustierung und aus dem Programmspeicher (7) ein Pro­ gramm zu erhalten, und daß sie außerdem dazu eingerichtet ist, um vom Datenspeicher (8) Daten zu erhalten und an diesen abzugeben.4. Measuring instrument according to claim 2 or 3, characterized in that the main data processor ( 1 ) a Mikrosteuerein unit ( 4 ), an operator keyboard ( 5 ), a display device ( 6 ), a program memory ( 7 ) and a data memory ( 8 ) has and that the microcontroller ( 4 ) is set up to receive a calibration calibration from the user using the keyboard ( 5 ) and from the program memory ( 7 ) to obtain a program, and that it is also set up to the data memory ( 8 ) To receive and submit data. 5. Meßinstrument nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Haupt-Datenprozessor (1) Energie und Datenverbindungen für die Bausteingruppe (2) zur Verfü­ gung stellt. 5. Measuring instrument according to one of claims 2 to 4, characterized in that the main data processor ( 1 ) provides energy and data connections for the module group ( 2 ). 6. Meßinstrument nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (13) der Nach­ schlagetabelle eine nichtflüchtige Lese/Schreib-Einrichtung ist.6. Measuring instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the memory ( 13 ) of the after-lookup table is a non-volatile read / write device. 7. Meßinstrument nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es als Instrument zum Messen von Schichtdicken ausgebildet ist.7. Measuring instrument according to one of the preceding claims, characterized in that it is used as an instrument for measuring is formed by layer thicknesses. 8. Meßinstrument nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bausteingruppe (2) eine Mikrosteuereinheit (11), einen Programmspeicher (12) und einen Analog/Digital-Wandler (14) aufweist und daß die Mikrosteuereinheit (11) so geschaltet ist, daß sie von dem die Nachschlagetabellen enthaltenden Speicher (13) Daten erhält und diesem zuführt.8. Measuring instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the module group ( 2 ) has a microcontroller ( 11 ), a program memory ( 12 ) and an analog / digital converter ( 14 ) and that the microcontroller ( 11 ) is switched so that it receives and supplies data from the memory ( 13 ) containing the look-up tables.
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