Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Eindruckhärteprüfgerät mit einem Eindringkörper, welches zusätzlich zu Mikroskopbildern auch ein Übersichtsbild erzeugt und ein Verfahren zum

Aufnehmen eines Übersichtsbildes und mehrerer Mikroskopbilder im Bereich des

Übersichtsbildes zum übersichtlichen und genauen Positionieren der Härteprüfstellen auf der Probenoberfläche.

Hintergrund der Erfindung

Eindruckhärteprüfgeräte, häufig einfach auch als Härteprüfer bezeichnet, sind Geräte, mit denen Vergleichstests zur Bestimmung der Härte an einer Probenoberfläche durchgeführt werden. Die Verfahren nach Shore, Vickers, Brinell oder Rockwell werden dabei typischerweise am häufigsten verwendet. Ein Eindruckhärteprüfgerät weist einen sogenannten Eindringkörper (Indenter) auf, mit welchem die Probe an ihrer Oberfläche mit einer definierten Kraft über einen vorgegebenen Zeitraum belastet wird. Der Eindringkörper hat hierzu eine definierte Probenspitze, welche je nach Härteprüfverfahren zum Beispiel pyramidenförmig, kegelförmig oder sphärisch ausgebildet sein kann. Der Eindringkörper hinterlässt dabei einen Eindruck oder Abdruck in der Probenoberfläche, dessen Tiefe und laterale Ausdehnung in der x-y-Ebene ein Maß für die Härte der Probe an der Prüfstelle ist. Beim Vickers-Härteprüfverfahren hat der Eindringkörper zum Beispiel eine pyramidenförmige Spitze, welche einen pyramidenförmigen Eindruck hinterlässt, wobei die Größe der idealerweise quadratischen Umrandung des Eindrucks an der

Probenoberfläche ein Maß für die Härte der Probe an der Prüfstelle ist.

Inzwischen sind Eindruckhärteprüfgeräte am Markt verfügbar, welche mit einem

Mikroskop und einem Computersystem ausgestattet sind, um die Prüfstellen mikroskopgestützt auf der Probenoberfläche zu positionieren und den Härteprüfvorgang gegebenenfalls teil- oder vollautomatisch durchführen zu können. Ein Beispiel für ein solches computergesteuertes Eindruckhärteprüfgerät ist der Carat 930 der Anmelderin, vgl. www.atm-m.de. Derartige Eindruckhärteprüfgeräte besitzen typischerweise eine Mikroskopeinrichtung mit einem Objektivrevolver, an welchem mehrere Mikroskopobjektive mit unterschiedlichen

Vergrößerungsfaktoren angeordnet sind, um die Probenoberfläche mit unterschiedlicher Vergrößerung betrachten zu können. Typische Mikroskopeinrichtungen für

Eindruckhärteprüfgeräte weisen Mikroskopobjektive mit Vergrößerungsfaktoren von 2,5x bis 10Ox auf. Die zu untersuchende Probe wird auf einem Probentisch platziert, um sie mit der

Mikroskopeinrichtung optisch zu untersuchen und die Härteprüfung durchzuführen. Der

Eindringkörper kann dabei an einem Prüfkopf z.B. in dem Objektivrevolver integriert oder im Zentrum des Objektivrevolvers des Gerätegestells angebracht sein und wird typischerweise vertikal (in z-Richtung) mit einer vordefinierten Kraft von oben auf und in die Probenoberfläche gefahren, wobei eine Kraftmesszelle die Eindruckkraft misst. Der Probentisch ist typischerweise als x-y-Koordinatentisch ausgebildet, d.h. ist in der x-y-Ebene senkrecht zur Bewegung des Eindringkörpers (z-Richtung) zweidimensional verfahrbar, um die Probenoberfläche an jeder gewünschten Stelle untersuchen und prüfen zu können.

Die mit der Mikroskopeinrichtung aufgenommenen Mikroskopbilder decken

typischerweise, selbst bei den kleinsten verfügbaren Vergrößerungsfaktoren der

Mikroskopobjektive von zum Beispiel 5x oder 2,5x, einen relativ kleinen Ausschnitt der

Probenoberfläche ab. So entspricht die Größe des Ausschnitts der Probenoberfläche die mit der Mikroskopeinrichtung mit einem 5x-Mikroskopobjektiv aufgenommen werden kann,

typischerweise einer Größenordnung von etwa 2 mm x 2 mm. In solch kleinen Ausschnitten kann es für den Benutzer ggf. schwierig sein, sich zu orientieren. Zur Positionierung der Prüfstellen für die Härteprüfung kann es deshalb vorteilhaft sein, ein größerflächiges Übersichtsbild zu haben. Hierzu weisen einige Eindruckhärteprüfgeräte eine Übersichtskamera auf, welche achsparallel versetzt vor den Mikroskopobjektiven angeordnet ist. Dies hat den Nachteil, dass der Probentisch mit der Probe zur Aufnahme des Übersichtsbildes aus der Position in der die Mikroskopbilder aufgenommen werden weg nach vorne unter die von der Mikroskopbildaufnahmeposition in der x-y-Ebene entfernte Übersichtskamera verfahren werden muss, um dort das Übersichtsbild aufzunehmen und anschließend wieder zurück in die Mikroskopbildaufnahmeposition verfahren werden muss. Hieraus ergeben sich unter anderem Nachteile in Bezug auf die Präzision in der positioneilen Zuordnung zwischen dem Übersichtsbild und den Mikroskopbildern. Darüber hinaus verlangsamt diese Vorgehensweise den Prüfablauf. Ferner wird ein Teil des Tischhubes für das Anfahren der Betrachtungsposition mit der Übersichtskamera„verbraucht", mit anderen Worten entsteht ein Verlust von effektivem Tischhub.

Bei anderen Eindruckhärteprüfsystemen wird die Probe zunächst mit einem der

Mikroskopobjektive mit relativ geringem Vergrößerungsfaktor stückweise abgescannt, um eine Vielzahl von Mikroskopbildern entlang der interessierenden Bereiche der Probenoberfläche aufzunehmen. Anschließend wird die Vielzahl der mit dem Mikroskop aufgenommenen

Mikroskopbilder aufwändig zu einem Kompositbild zusammengesetzt. Ein solches Verfahren ist in der EP 1 559 059 B1 beschrieben.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist die erhebliche Zeitdauer, die für die Erzeugung des Kompositbildes, zusammengesetzt aus der Vielzahl von Mikroskopbildern, benötigt wird. Dieser

Prozess zur Erzeugung des Kompositbildes kann bis zu mehreren Minuten dauern, da ggf. hunderte Mikroskopbilder aufgenommen werden müssen, um ein ausreichendes Kompositbild zu erzeugen. Ferner ist das Abscannen der Probenoberfläche, insbesondere sofern es manuell durchgeführt wird, mühsam. Darüber hinaus erfordert das Kompositbild eine hohe

Speicherkapazität und Prozessorleistung zur Verarbeitung. Ein weiteres Problem liegt darin begründet, dass an den Bildübergängen der Mikroskopbilder, d.h. an den Kanten an denen die

Mikroskopbilder zu dem Kompositbild zusammengesetzt werden, Positionsfehler entstehen können, was der Qualität des Kompositbildes abträglich sein kann.

Alles in Allem sind die vorstehend beschriebenen Systeme in verschiedener Hinsicht verbesserungswürdig.

Allgemeine Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Härteprüfgerät bereit zu stellen, welches ein schnelles, komfortables und übersichtliches, aber dennoch präzises Positionieren der Härteprüfstellen auf der Probenoberfläche und damit des gesamten Prüfprozesses ermöglicht.

Eine weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, ein Härteprüfgerät bereit zu stellen, welches einfach und schnell ein hochwertiges Übersichtsbild der Probenoberfläche erzeugt, in welches ggf. eine präzise Bild-in-Bild-Einblendung des Live-Mikroskopbildes vorgenommen werden kann. Eine weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, ein Härteprüfgerät bereit zu stellen, welches einfach und schnell ein hochwertiges Übersichtsbild der Probenoberfläche erzeugt, und den Probentischhub in der x-y-Ebene je nach Positionierung des Eindringkörpers effektiv ausnutzt.

Eine weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Betrieb eines Härteprüfgeräts bereit zu stellen, mittels welchem einfach, schnell und komfortabel ein hochwertiges

Übersichtsbild der Probenoberfläche erzeugt und ggf. eine präzise Bild-in-Bild-Einblendung des Live-Mikroskopbildes vorgenommen werden kann, und wobei der Probentischhub in der x-y-Ebene je nach Positionierung des Eindringkörpers effektiv ausgenutzt werden kann. Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Erfindungsgemäß wird ein Eindruckhärteprüfgerät zur Härteprüfung bereit gestellt, mittels welchem die Oberflächenhärte von Proben, z.B. gemäß Vickers, Knoop, Brinell und/oder Rockwell gemessen werden kann. Das Eindruckhärteprüfgerät umfasst ein Gerätegestell, z.B. im Großen und Ganzen in C-Form und weist insbesondere einen Prüfkopf am oberen Teil des Gerätegestells auf. Das Eindruckhärteprüfgerät weist ferner einen Probentisch zum Platzieren oder Halten einer zu prüfenden Probe unter dem Prüfkopf auf. Der Prüfkopf kann, muss aber nicht, in z-Richtung (vertikal) beweglich sein, um einen Eindringkörper in die Probenoberfläche einzudrücken und/oder um die optischen Systeme auf die Probenoberfläche zu fokussieren. Alternativ kann auch der Probentisch vertikal bewegt werden, um diese Funktionen zu erfüllen.

Der Eindringkörper wird mit einer definierten Eindruckkraft in die Probenoberfläche der auf dem Probentisch platzierten Probe eingedrückt, um anhand des Eindrucks in die

Probenoberfläche, insbesondere anhand seiner Ausdehnung in der x-y-Ebene, punktuell die Härte der Probenoberfläche zu bestimmen.

Das Eindruckhärteprüfgerät weist ferner eine Mikroskopeinrichtung mit einem oder mehreren Mikroskopobjektiven, insbesondere mit unterschiedlichen Vergrößerungsfaktoren und mit einer Mikroskopkamera zur Aufnahme von Mikroskopbildern der Probenoberfläche durch das oder die Mikroskopobjektive mit Vergrößerungsfaktor auf. Wenn verschiedene

Mikroskopobjektive vorhanden sind, können Aufnahmen mit unterschiedlichen

Vergrößerungsfaktoren aufgenommen werden. Insbesondere hat das bzw. haben die

Mikroskopobjektive einen Vergrößerungsfaktor größer als 1x, insbesondere größer oder gleich 2,5x. Daher sind die mit den Mikroskopobjektiven aufgenommenen Bildausschnitte bei üblicher Größe einer eingebetteten Probe, z.B. in der Größenordnung von etwa 40 mm x 40 mm, allesamt erheblich kleiner als die gesamte Probenoberfläche. Ein 2,5x-vergrößerndes Mikroskopobjektiv bildet lediglich einen Bildausschnitt in der Größenordnung von etwa 3,4 mm x 2,7 mm und ein 50x-vergrößerndes Mikroskopobjektiv einen Bildausschnitt in der Größenordnung von etwa 170 m x 140 μιη ab. Die Mikroskopeinrichtung hat vorzugsweise mehrere Mikroskopobjektive mit Vergrößerungsfaktoren von 2,5x, 5x, 10x, 20x, 50x und/oder 100x.

Das erfindungsgemäße Eindruckhärteprüfgerät weist zusätzlich zu der

Mikroskopeinrichtung noch ein separates optisches Übersichtsabbildungssystem mit einem von dem oder den Mikroskopobjektiven unabhängigen Übersichtsobjektiv zur Aufnahme eines

Übersichtsbildes der Probenoberfläche durch das Übersichtsobjektiv auf. Das Übersichtsobjektiv ist insbesondere ein Makroobjektiv, welches nicht vergrößert, sondern verkleinert, also einen „Vergrößerungsfaktor" von kleiner als 1 x aufweist. Der Abbildungsmaßstab der

Mikroskopobjektive beträgt allesamt größer als 1 x, insbesondere größer oder gleich als 2,5x, wohingegen der Abbildungsmaßstab des Übersichts- oder Makroobjektivs kleiner als 1 x, vorzugsweise kleiner als 0,5x, vorzugsweise kleiner als 0,25x, z.B. im Bereich von 0,13x +/- 0,1 beträgt. Demnach bildet das Übersichtsbild einen erheblich größeren Teil der Probenoberfläche ab als das Mikroskopobjektiv mit der geringsten Vergrößerung. Das Übersichtsobjektiv bildet ggf., z.B. bei eingebetteten Proben, aber nicht zwingend, sogar die gesamte Probenoberfläche ab. Vorzugsweise bildet das Übersichtsbild einen Bereich der Probenoberfläche ab, welcher größer ist als 10 mm x 10 mm, vorzugsweise größer als 20 mm x 20 mm, vorzugsweise größer als 30 mm x 30 mm, z.B. einen Bereich der Probenoberfläche der Größe 42 mm x 42 mm.

Ferner weist das Eindruckhärteprüfgerät eine mechanische Objektiv-Wechseleinrichtung mit zumindest einem ersten und zweiten Objektiveinbauplatz auf, wobei das Mikroskopobjektiv an dem ersten Objektiveinbauplatz und zumindest Teile des Übersichtsobjektivs an dem zweiten Objektiveinbauplatz an- oder eingebaut sind. Die Objektiv-Wechseleinrichtung kann z.B. als Objektivrevolver ausgebildet sein und das Übersichts- oder Makroobjektiv ist vorzugsweise in den Objektivrevolver integriert.

Die Objektiv-Wechseleinrichtung definiert in der x-y-Ebene relativ zu dem Gerätegestell eine definierte, nicht veränderliche Objektivposition zur Bildaufnahme senkrecht über der Probe, welche auch als aktive Objektivposition bezeichnet werden kann, und eine oder mehrere inaktive Objektivpositionen, in welcher momentan nicht benutzte Objektive aus dem Weg gebracht und sozusagen geparkt werden können. Im Falle eines Objektivrevolvers weist dieser insbesondere einen Kreisumfang mit einer bestimmten Anzahl an Objektiveinbauplätzen, z.B. zwischen 4 und 10 Objektiveinbauplätzen auf, welche alle auf dem Kreisumfang angeordnet sind, so dass durch Drehung des Objektivrevolvers, das jeweils gewünschte Objektiv in die, in der x-y-Ebene relativ zu dem Gerätegestell nicht veränderliche Objektivposition zur Bildaufnahme über der Probe geschwenkt werden kann.

Demnach definiert die Objektiv-Wechseleinrichtung also zumindest eine erste und zweite Stellung, bzw. zumindest soviele Stellungen wie Objektiveinbauplätze, so dass je Stellung der Objektiv-Wechseleinrichtung eines der Objektive, oder zumindest optische Komponenten davon, in der in Bezug auf das Gerätegestell raumfesten Objektivposition zur Bildaufnahme über der Probe positioniert ist. Bezogen auf zumindest ein Mikroskopobjektiv und ein Übersichts- oder Makroobjektiv sind demnach in der ersten Stellung optische Komponenten des

Übersichtsobjektivs in der Objektivposition zur Bildaufnahme positioniert und das

Mikroskopobjektiv ist in einer inaktiven Objektivposition positioniert und in der zweiten Stellung ist das Mikroskopobjektiv in der, d.h. in derselben Objektivposition zur Bildaufnahme positioniert und die optischen Komponenten des Übersichtsobjektiv sind in einer inaktiven Objektivposition positioniert. Somit können mittels einer Bewegung der Objektiv-Wechseleinrichtung wahlweise die optischen Komponenten des Übersichtsobjektivs oder das bzw. eines der Mikroskopobjektive aus der inaktiven Objektivposition in die Objektivposition zur Bildaufnahme bewegt werden, um je nach Stellung der Objektiv- Wechseleinrichtung, entweder die optischen Komponenten des

Übersichtsobjektivs oder das bzw. eines der Mikroskopobjektive an derselben Position in der x-y- Ebene relativ zu dem Gerätegestell zu positionieren und an derselben Position in der x-y-Ebene relativ zu dem Gerätegestell sowohl mit dem Mikroskopobjektiv ein Mikroskopbild als auch ein Übersichtsbild mit dem Übersichtsobjektiv aufnehmen zu können, insbesondere ohne den Probentisch in der x-y-Ebene zu verfahren.

In vorteilhafter Weise kann somit mit dem Übersichtsabbildungssystem ein Übersichtsbild erzeugt werden, ohne die Probe unter der Objektivposition zur Bildaufnahme wegfahren zu müssen. Dadurch kann eine hohe Präzision der positioneilen Zuordnung des oder der

Mikroskopbilder innerhalb des Übersichtbildes gewährleistet werden. Ferner lässt sich die Verstellung der Objektiv-Wechseleinrichtung, z.B. die Drehung des Objektivrevolvers im

Vergleich zu einer extensiven Verfahrung des x-y-Tisches relativ schnell vollziehen, was der Kürze der Messzeit zugutekommt. Insbesondere kann also vermieden werden, dass die Probe von der Position unter dem Mikroskopobjektiv zu einer in der x-y-Ebene entfernte Kameraposition weggefahren werden muss, um das Übersichtsbild aufzunehmen.

Ferner kann mit dem erfindungsgemäßen Übersichtsabbildungssystem gegenüber einem Zusammensetzen einer Vielzahl von Mikroskopbildern zu einem Kompositbild, wie dies in der EP 1 559 059 B1 beschrieben wird, erhebliche Zeit eingespart werden. Darüber hinaus kann eine vollständige, zumindest weitgehende Abdeckung der gesamten Probenoberfläche erreicht werden, ohne dass„tote" Bereiche in dem Übersichtsbild vorhanden sind.

Trotzdem kann auf eine weitläufige Verschiebung des Probentisches, z.B. um einige Zentimeter, unter eine in der x-y-Ebene an anderer Stelle als die Mikroskopobjektive angebaute, also achsparallel zu den Mikroskopobjektiven versetzte Übersichtskamera verzichtet werden, um das Übersichtsbild aufzunehmen.

Mit anderen Worten können mit der Erfindung ein Übersichtsbild durch das

Übersichtsobjektiv und zumindest ein hierzu zentriertes Mikroskopbild durch das

Mikroskopobjektiv ohne, zumindest ohne wesentliche Verschiebung der Probe in der x-y-Ebene, d.h. ohne, zumindest ohne wesentliche Verschiebung des Probentisches in der x-y-Ebene aufgenommen werden. Dies soll selbstverständlich nicht ausschließen, dass der Probentisch im mikroskopischen Maßstab verschoben wird, um eine Mehrzahl an Live-Mikroskopbildern an verschiedenen Stellen der Probenoberfläche innerhalb des Übersichtbildes aufzunehmen. In jeden Fall kann der Hub des Probentisches für die Mikroskopaufnahmen und die Härteprüfung besser ausgenutzt werden und es wird nicht ein großer Teil des Probentischhubs für das Anfahren einer achsparallel versetzten Übersichtskamera„verschwendet".

Vorzugsweise weist das Übersichtsobjektiv eine optische Achse auf, welche eine quer oder senkrecht zur x-y-Ebene verlaufende optische Referenzachse definiert, wenn die optischen Komponenten des Übersichtsobjektivs in der Objektivposition zur Bildaufnahme positioniert sind. Die optische Achse des oder der Mikroskopobjektive wiederum fallen vorzugsweise identisch oder koaxial mit der optischen Referenzachse zusammen, wenn statt der optischen

Komponenten des Übersichtsobjektivs nun eines der Mikroskopobjektive in der Objektivposition zur Bildaufnahme positioniert ist. Mit anderen Worten fallen die optischen Achsen des oder der Mikroskopobjektive mit der optischen Achse des Übersichtsobjektivs an der Probe koaxial zusammen, bezogen auf die jeweilige Stellung der Objektiv- Wechseleinrichtung in der das jeweilige Objektiv gerade in der einzigen und somit in derselben Objektivposition zur

Bildaufnahme positioniert ist. Dadurch kann eine hohe Präzision gewährleistet werden. Vorzugsweise sind das optische System der Mikroskopeinrichtung und/oder des Übersichtsabbildungssystems senkrecht zur Probenoberfläche ausgerichtet, wenn das jeweils zugehörige Objektiv in der Objektivposition zur Bildaufnahme positioniert ist und die Probe auf dem Probentisch platziert ist, was der Präzision der Abbildung und der positioneilen Zuordnung zuträglich ist.

Demgemäß fallen vorzugsweise zumindest ein Teil des Strahlengangs der

Mikroskopeinrichtung, wenn das Mikroskopobjektiv in der Objektivposition zur Bildaufnahme positioniert ist, und zumindest ein Teil des Strahlengangs des Übersichtsabbildungssystems, wenn die optischen Komponenten des Übersichtsobjektivs in der Objektivposition zur

Bildaufnahme positioniert sind, koaxial zusammen, was zur Präzision der Abbildung beiträgt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Übersichtsabbildungssystem eine von der Mikroskopkamera separate Übersichtskamera, mittels welcher das Übersichtsbild der Probenoberfläche durch das Übersichtsobjektiv aufgenommen wird, wenn die optischen Komponenten des Übersichtsobjektivs in der Objektivposition zur Bildaufnahme positioniert sind. Dabei bildet das Übersichtsobjektiv zumindest einen Teil des Linsensystems für die

Übersichtskamera und der Strahlengang für die Übersichtskamera, wenn die optischen

Komponenten des Übersichtsobjektivs in der Objektivposition zur Bildaufnahme positioniert sind, fällt insbesondere mit dem Strahlengang der Mikroskopeinrichtung, wenn das Mikroskopobjektiv in der Objektivposition zur Bildaufnahme positioniert ist, teilweise koaxial zusammen.

Falls dies gewünscht ist, kann die Übersichtskamera eine höhere Auflösung aufweisen als die Mikroskopkamera, was einerseits eine hohe Bildqualität des Übersichtbildes und andererseits eine schnelle Bildverarbeitung der Mikroskopbilder in Einklang bringt. Z.B. kann die Mikroskopkamera einen ¹ / ₂ -Zoll-Chip (z.B. CMOS) mit einer Auflösung von 1 ,3 oder 5 Megapixeln verwenden, während die Übersichtkamera eine 2/3-Zoll-Chip (z.B. CMOS) mit 5 Megapixeln, 10 Megapixeln oder sogar 18 Megapixeln verwendet. Trotzdem hält sich der Speicherbedarf für das Übersichtsbild ohne weitere Bildverarbeitung in praktikablen Grenzen.

Wie bereits vorstehend ausgeführt wurde, kann gemäß einer bevorzugten

Ausführungsform die Objektiv- Wechseleinrichtung als Objektivrevolver ausgebildet sein, welcher den ersten und zweiten und ggf. weitere Einbauplätze für die Objektive bereit stellt. Das Mikroskopobjektiv ist demnach an dem ersten Objektiveinbauplatz des Objektivrevolvers angebracht und die optischen Komponenten des Übersichtsobjektivs, also das Übersichtsobjektiv zumindest teilweise, an dem zweiten Objektiveinbauplatz des Objektivrevolvers auf demselben Kreisumfang, also im selben radialen Abstand zur Rotationsachse des Objektivrevolvers wie das Mikroskopobjektiv an- oder eingebaut. Ggf. weitere Mikroskopobjektive sind an weiteren Objektiveinbauplätzen auf demselben Kreisumfang, also im selben radialen Abstand zur Rotationsachse des Objektivrevolvers wie das Übersichts- oder Makroobjektiv angeordnet. Durch Drehung des Objektivrevolvers kann dann wechselweise entweder eines der Mikroskopobjektive oder das Übersichts- oder Makroobjektiv in die Objektivposition zur Bildaufnahme über der Probe eingeschwenkt werden und die jeweils anderen Objektive sind in inaktiven Objektivpositionen des Objektivrevolvers ausgeschwenkt. Die Integration des Übersichts- oder Makroobjektivs in den Objektivrevolver, insbesondere auf demselben Kreisumfang, also im selben radialen Abstand zur Rotationsachse des Objektivrevolvers wie das oder die Mikroskopobjektive hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, um mit dem oder den Mikroskopobjektiven und dem Übersichtsoder Makroobjektiv an derselben x-y-Position relativ zu dem Gerätegestell des jeweils in die Objektivposition zur Bildaufnahme eingeschwenkten Objektivs die Probenoberfläche abzubilden.

Vorzugsweise umfasst die Mikroskopeinrichtung eine Mikroskop- Beleuchtungseinrichtung, welche die Probenoberfläche beleuchtet, wenn das Mikroskopobjektiv in der Objektivposition zur Bildaufnahme über der Probe positioniert ist. Das

Übersichtsabbildungssystem umfasst vorzugsweise eine zweite separate Übersichts- Beleuchtungseinrichtung, welche die Probenoberfläche beleuchtet, wenn die optischen

Komponenten des Übersichtsobjektivs in der Objektivposition zur Bildaufnahme über der Probe positioniert sind. In vorteilhafter Weise können separate Beleuchtungseinrichtungen separat an die unterschiedlichen Beleuchtungserfordernisse im Mikroskop- und Makrobereich angepasst werden.

Die Beleuchtungseinrichtung der Mikroskopeinrichtung ist vorzugsweise als

Koaxialbeleuchtung zur Hellfeldbeleuchtung ausgebildet, womit eine ausreichende Helligkeit auch bei hohe Vergrößerungsfaktoren erzielt werden kann. Hierzu kann z.B. eine Köhlersche LED-Beleuchtung eingesetzt werden. Die Beleuchtungseinrichtung des

Übersichtsabbildungssystems leuchtet beispielsweise als Nicht-Koaxialbeleuchtung schräg auf die Probenoberfläche, um eine Dunkelfeldbeleuchtung zu bewirken. Dies ist einfach und vermeidet Reflexionen z.B. von polierten Metall-Probenoberflächen. Alternativ kann aber auch eine Hellfeldbeleuchtung verwendet werden.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das

Übersichtsabbildungssystem dazu eingerichtet, das Übersichtbild nur in einem Lichtwellenlängenintervall aufzunehmen, welches kleiner ist als die Breite des sichtbaren Spektrums. Dadurch können chromatische Fehler in der Übersichtsoptik reduziert werden. Das Übersichtsbild wird auf einem Monitor in Schwarz-Weiß-Darstellung abgebildet. Vorzugsweise ist die Breite des Wellenlängenintervalls kleiner als 200 nm, vorzugsweise kleiner als 100 nm, z.B. wird das Übersichtbild mit Licht einer Wellenlänge von 630 nm +/- 30 nm aufgenommen.

Vorzugsweise beträgt die numerische Apertur im Objekt des

Übersichtsabbildungssystems kleiner als 0,055, vorzugsweise kleiner als 0,04, bevorzugt kleiner als 0,025, besonders bevorzugt kleiner als 0,02, z.B. 0,016. Insbesondere ist die numerische Apertur des Übersichtsabbildungssystems kleiner als die numerische Apertur aller

Mikroskopobjektive bzw. kleiner als die numerische Apertur des Mikroskopobjektivs mit dem kleinsten Vergrößerungsfaktor bzw. kleiner als die numerische Apertur der abbildenden Optik der Mikroskopeinrichtung.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Optik des

Übersichtsabbildungssystems eine für ein Makroobjektiv geringe Tiefenschärfe aufweist. Durch die geringe Tiefenschärfe kann trotz senkrechter Betrachtung von metallisch spiegelnden Probenoberflächen mit dem Übersichts- oder Makroobjektiv ein hoher Kontrast des

Übersichtsbildes gewährleistet werden.

Eine geringe Vergrößerung geht typischerweise allerdings mit einer geringen numerischen Apertur einher, d.h. je kleiner der Vergrößerungsfaktor ist, desto kleiner ist typischerweise die numerische Apertur. Eine geringe numerische Apertur bewirkt allerdings typischerweise eine große Tiefenschärfe. Das Übersichtsobjektiv weist daher bei einem Faktor von 0,13x trotz dieses Verkleinerungsfaktors eine verhältnismäßig geringe Tiefenschärfe aufgrund der numerischen Apertur von 0,016 auf. Vorzugsweise beträgt für das

Übersichtsobjektiv das Verhältnis aus Abbildungsmaßstab geteilt durch die numerische Apertur kleiner oder gleich 30, bevorzugt kleiner oder gleich 20, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 10.

Insbesondere wird ein Übersichtsobjektiv mit einer Brennweite verwendet, die kleiner ist als die Brennweite eines Mikroskopobjektivs mit einem Vergrößerungsfaktor von 1x. Das Übersichtsobjektiv weist vorzugsweise einen Vergrößerungsfaktor von kleiner als 1x und eine Brennweite von kleiner als 160 mm, bevorzugt kleiner oder gleich 100 mm, bevorzugt kleiner oder gleich 50 mm, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 25 mm, z.B. etwa 14 mm +/- 10 mm. Die Baulänge (der Abstand der Unterkante des entsprechenden Objektivs von dem zugehörigen Kamerachip) des Übersichtsabbildungssystems ist vorzugsweise kleiner als die Baulänge des optischen Systems der Mikroskopeinrichtung. Die Baulänge des

Übersichtsabbildungssystems ist vorzugsweise kleiner oder gleich 300 mm, bevorzugt kleiner oder gleich 200 mm, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 150 mm. Die Baulänge des optischen Systems der Mikroskopeinrichtung ist vorzugsweise größer als 300 mm.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die

Mikroskopeinrichtung einen ersten Strahlteiler, welcher im Strahlengang der

Mikroskopeinrichtung angeordnet ist und über welchen gleichzeitig das eingestrahlte Licht der Mikroskop-Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung der Probenoberfläche durch das

Mikroskopobjektiv in den Mikroskop-Strahlengang eingekoppelt und über welchen das von dem Mikroskopobjektiv gesammelte abbildende Licht von der Probenoberfläche in die

Mikroskopkamera ausgekoppelt wird, wenn das Mikroskopobjektiv in der Objektivposition zur Bildaufnahme über der Probe positioniert ist, um ein Mikroskopbild aufzunehmen. Dadurch kann das Licht der Mikroskop-Beleuchtungseinrichtung durch das jeweils eingeschwenkte

Mikroskopobjektiv hindurch auf den jeweils abgebildeten Ausschnitt eingestrahlt werden und unabhängig vom Vergrößerungsfaktor des jeweils eingeschwenkten Mikroskopobjektivs in der Hellfeldbeleuchtung eine hohe Lichtstärke gewährleistet werden.

Sofern das Übersichtsabbildungssystem eine von der Mikroskopkamera separate Übersichtskamera umfasst, mittels welcher das Übersichtsbild der Probenoberfläche durch das Übersichtsobjektiv aufgenommen wird, wenn die optischen Komponenten des

Übersichtsobjektivs in der Objektivposition zur Bildaufnahme positioniert sind, ist es vorteilhaft, wenn das Übersichtsabbildungssystem einen zweiten Strahlteiler umfasst, welcher im

Strahlengang des Übersichtsabbildungssystems angeordnet ist. Über diesen zweiten Strahlteiler wird das durch das Übersichtsobjektiv gesammelte abbildende Licht von der Probenoberfläche in die Übersichtskamera ausgekoppelt, wenn die optischen Komponenten des Übersichtsobjektivs in der Objektivposition zur Bildaufnahme über der Probe positioniert sind, um das Übersichtsbild aufzunehmen. Mit anderen Worten fallen die Strahlengänge des oder der Mikroskopobjektive und des Übersichts- oder Makroobjektivs von der Probenoberfläche bis zu dem zweiten Strahlteiler, also teilweise, koaxial zusammen, wenn das jeweilige Objektiv in der Objektivposition zur Bildaufnahme eingeschwenkt ist und der zweite Strahlteiler teilt die Strahlengänge in einem stationären Teil der Optik über dem Objektivrevolver auf, um das Bild der Probenoberfläche je nach eingeschwenktem Objektiv auf die Mikroskopkamera oder auf die Übersichtskamera abzubilden. Anders ausgedrückt, trennt der zweite Strahlteiler den Strahlengang der

Mikroskopeinrichtung und den Strahlengang des Übersichtsabbildungssystems.

Vorzugsweise umfasst das Eindruckhärteprüfgerät eine Hubmechanik mittels welcher eine vertikale Relativverschiebung zwischen dem am Prüfkopf befestigten Eindringkörper und dem Probentisch durchgeführt wird, um

i) das mit der Mikroskopeinrichtung aufgenommene Mikroskopbild bezüglich der Probenoberfläche zu fokussieren, wenn das Mikroskopobjektiv in der Objektivposition zur Bildaufnahme über der Probe positioniert ist und/oder

ii) das mit dem Übersichtsabbildungssystem aufgenommene Übersichtsbild bezüglich der Probenoberfläche zu fokussieren, wenn die optischen Komponenten des

Übersichtsobjektivs in der Objektivposition zur Bildaufnahme über der Probe positioniert bzw. eingeschwenkt sind und/oder

iii) den Eindringkörper mit der definierten Eindruckkraft in die Probenoberfläche einzudrücken.

Hierzu kann entweder der Prüfkopf oder der Probentisch vertikal verschoben werden, was auch als„movable head" bzw.„movable stage" bezeichnet wird.

Insbesondere umfasst das Eindruckhärteprüfgerät einen in einer x-y-Ebene

zweidimensional, vorzugsweise computergesteuert und/oder manuell verfahrbaren Probentisch, an welchem insbesondere eine Probenhalterung befestigbar oder befestigt ist, um die Probe computergesteuert und/oder manuell zweidimensional in der x-y-Ebene unter dem

Mikroskopobjektiv zu bewegen, um den jeweils interessierenden Bildausschnitt auf die

Mikroskopkamera abzubilden, wenn das Mikroskopobjektiv in der Objektivposition zur

Bildaufnahme über der Probe positioniert bzw. eingeschwenkt ist.

Besonders vorteilhaft für die Bedienung durch den Benutzer ist es, wenn eine

Computersoftware das mit dem Übersichtsabbildungssystem aufgenommene Übersichtsbild speichert und das gespeicherte Übersichtsbild auf einem Monitor darstellt und das momentan mit der Mikroskopeinrichtung aufgenommene Live-Mikroskopbild als Bild-in-Bild-Einblendung in das gespeicherte Übersichtsbild live einblendet. Der Benutzer kann dann aus dem - nicht aus Mikroskopbildern zusammengesetzten - Übersichtsbild in das momentane durch das momentan eingeschwenkte Mikroskopobjektiv aufgenommene Live-Bild hineinzoomen, um die genauen Stellen für die Härteprüfung zu markieren, die dann ggf. vollautomatisch angefahren werden. Wenn nun ein anderes Mikroskopobjektiv mit einem anderen Vergrößerungsfaktor eingeschwenkt wird, wechselt die Größe des Rahmens der Live-Einblendung in dem gespeicherten

Übersichtsbild und es kann wiederum in das neue Live-Bild hineingezoomt werden.

Selbstverständlich kann auch der Probentisch in der x-y-Ebene verfahren werden, was zu einer Verschiebung des Rahmens mit der Live-Einblendung in dem Übersichtsbild führt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird also ein

Eindruckhärteprüfgerät zur Härteprüfung an Probenoberflächen bereit gestellt, welches umfasst:

ein Gerätegestell mit einem Prüfkopf,

einen Probentisch, auf welchem die zu prüfende Probe, z.B. mittels einer Probenhalterung, platzierbar ist,

einen Eindringkörper zum Eindrücken in die Probenoberfläche der auf dem Probentisch platzierten Probe mit einer definierten Eindruckkraft, um anhand des Eindrucks oder Abdrucks in der Probenoberfläche die Härte der Probenoberfläche zu bestimmen,

eine Mikroskopeinrichtung mit einer Mikroskop-Beleuchtungseinrichtung, mit einem oder mehreren Mikroskopobjektiven und einer Mikroskopkamera zur Aufnahme von Mikroskopbildern der Probenoberfläche durch jeweils eines der Mikroskopobjektive mit einem Vergrößerungsfaktor größer als eins,

ein optisches Übersichtsabbildungssystem mit einem Übersichtsobjektiv und einer Übersichtskamera zur Aufnahme eines verkleinerten Übersichtsbildes der

Probenoberfläche durch das Übersichtsobjektiv, um einen wesentlich größeren Bereich der Probenoberfläche zu erfassen als mit dem oder den Mikroskopobjektiven,

einen Objektivrevolver mit zwei oder mehr Objektiveinbauplätzen, wobei das Mikroskopobjektiv an einem ersten der Objektiveinbauplätze und zumindest Teile des

Übersichtsobjektivs an einem zweiten der Objektiveinbauplätze an- oder eingebaut sind,

wobei der Probentisch und der Prüfkopf in einer x-y-Ebene relativ zueinander verschiebbar sind, um jede Stelle auf der Probenoberfläche zur Betrachtung und Härteprüfung anfahren zu können,

wobei der Probentisch und der Prüfkopf in z-Richtung relativ zueinander verschiebbar sind, um das oder die Mikroskopobjektive und/oder das Übersichtsobjektiv auf die Probenoberfläche zu fokussieren,

wobei der Objektivrevolver relativ zu dem Gerätegestell eine vordefinierte Objektivposition zur Bildaufnahme senkrecht über der Probe und eine oder mehrere inaktive Objektivpositionen, in welchen die jeweiligen Objektive außer Betrieb weggeschwenkt sind, definiert, und wobei das Makroobjektiv auf demselben Umfang wie das oder die

Mikroskopobjektive in den Objektivrevolver integriert ist, so dass mittels Drehung des

Objektivrevolvers wechselweise eines der Mikroskopobjektive oder das Makroobjektiv aus einer der inaktiven Objektivpositionen in die Objektivposition zur Bildaufnahme senkrecht über der Probe eingeschwenkt wird, um in derselben Objektivposition an derselben Stelle in der x-y-Ebene relativ zu dem Gerätegehäuse und mit derselben objektivseitigen Strahlachse senkrecht zur x-y- Ebene mit dem jeweils eingeschwenkten Mikroskopobjektiv oder Makroobjektiv das

Übersichtsbild und die Mikroskopbilder von der Probenoberfläche aufzunehmen,

wobei zumindest ein Strahlteiler umfasst ist, welcher die Strahlengänge der Mikroskopeinrichtung und des Übersichtsabbildungssystems ausgehend von einer objektivseitig zusammenfallenden Strahlachse zu der Mikroskopkamera einerseits und zu der

Übersichtskamera andererseits aufteilt.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Aufnehmen eines Übersichtsbildes und mehrerer Mikroskopbilder im Bereich des Übersichtsbildes an Probenoberflächen, mit folgenden Schritten:

Bereitstellen eines Härteprüfgeräts mit einem Gerätegestell, einem Probentisch, einem Eindringkörper, einer Mikroskopeinrichtung mit zumindest einem Mikroskopobjektiv, einem optischen Übersichtsabbildungssystem mit einem Übersichtsobjektiv, ggf. einer Probenhalterung und einer Objektiv- Wechseleinrichtung, insbesondere wie vorstehend beschrieben,

Betätigen der Objektiv-Wechseleinrichtung und damit Positionieren von optischen Komponenten des Übersichtsobjektivs in der Objektivposition zur Bildaufnahme senkrecht über der Probe,

Aufnehmen eines Übersichtsbildes mit dem Übersichtsabbildungssystem,

Speichern des Übersichtsbildes,

Betätigen der Objektiv-Wechseleinrichtung und dadurch Positionieren des Mikroskopobjektivs in der Objektivposition zur Bildaufnahme über der Probe und Positionieren der optischen Komponenten des Übersichtsobjektivs in einer inaktiven Objektivposition,

Aufnehmen eines oder mehrerer Mikroskopbilder mit der Mikroskopeinrichtung, wobei sich der jeweils vergrößert abgebildete Ausschnitt der Probe in der x-y-Ebene an derselben Objektivposition zur Bildaufnahme relativ zu dem Gerätegestell befindet, an welcher die optischen Komponenten des Übersichtsobjektivs bei der Aufnahme des Übersichtsbildes positioniert waren.

Mittels der Software kann das momentan mit der Mikroskopeinrichtung aufgenommene Live-Bild in das zuvor aufgenommene und gespeicherte Übersichtsbild eingeblendet werden und zwar anhand der Probentischkoordinaten an der richtigen Stelle in dem Übersichtsbild.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen

Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.

Kurzbeschreibun der Figuren

Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise transparente perspektivische Darstellung eines Eindruckhärteprüfgeräts gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 eine vereinfachte schematische Frontansicht eines Eindruckhärteprüfgeräts gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 3 eine vereinfachte schematische Seitenansicht des Eindruckhärteprüfgeräts aus Fig. 2, Fig. 4 eine Ausschnittsvergrößerung aus Fig. 3,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung des Objektivrevolvers,

Fig. 6 eine schematische Schnittdarstellung durch den Prüfkopf entlang der Schnittlinie A-A in

Fig. 2 mit dem Übersichtsobjektiv in der Objektivposition zur Bildaufnahme,

Fig. 7 wie Fig. 6, wobei jedoch anstatt des Übersichtsobjektivs eines der Mikroskopobjektive in die Objektivposition zur Bildaufnahme eingeschwenkt ist,

Fig. 8 eine schematische Schnittdarstellung durch den Objektivrevolver entlang der

Schnittlinie B-B in Fig. 3 mit dem Übersichtobjektiv in der Objektivposition zur

Bildaufnahme,

Fig. 9 wie Fig. 8, wobei jedoch wie in Fig. 7 anstatt des Übersichtsobjektivs eines der

Mikroskopobjektive in die Objektivposition zur Bildaufnahme eingeschwenkt ist,

Fig. 10 ein Übersichtsbild, aufgenommen mit dem Übersichtsobjektiv in der in Fig. 6 und 8 dargestellten Stellung des Objektivrevolvers, mit live eingeblendetem Mikroskopbild, aufgenommen mit einem der Mikroskopobjektive in der in Fig. 7 und 9 dargestellten Stellung des Objektivrevolvers,

Fig. 11 eine Darstellung des hineingezoomten Live-Mikroskopbildes aus Fig. 10.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Bezugnehmend auf Fig. 1 weist das Eindruckhärteprüfsystem 1 ein im Großen und Ganzen C-förmiges Gerätegestell 12 (sog.„Frame") auf, welches einen vertikalen Abschnitt 14 und zwei Schenkel 16, 18 aufweist, wobei der obere Schenkel 18, an welchem der Prüfkopf 28 mit dem Objektivrevolver 30 vertikal verschieblich befestigt ist, in Fig. 1 von dem Objektivrevolver 30 verdeckt wird. Ein Gerätegehäuse 10 beherbergt das Gerätegestell 12, einige

Steuerungselemente sowie Teile des Prüfkopfes 28. An dem unteren Schenkel 16 ist ein in der x-y-Ebene zwei-dimensional verfahrbarer Probentisch 20, auch als x-y-Koordinatentisch bezeichnet, gelagert. Alle Achsen können über das Steuermodul des Computersystems 26, d.h. mittels der Software gesteuert werden. Die auch manuell über Stellräder 22, 24 oder über einen Joystick 25 steuerbaren x- und y-Achsen passen ihre Geschwindigkeit an das jeweilige Objektiv an. Ein Scrollrad ermöglicht eine besonders feine dynamische Ansteuerung der z-Achse. Der Probentisch 20 weist in diesem Beispiel einen Verfahrweg in x-Richtung von 250 mm und in y-Richtung von 100 mm auf. Der tatsächliche physikalische Tischhub steht hierbei fast vollständig zur Probenpositionierung bei der Probenbetrachtung und dem Setzen der Prüfpunkte zur Verfügung. Mit anderen Worten ist der effektive Tischhub zumindest fast so groß wie der tatsächliche physikalische Tischhub. Auf dem Probentisch 20 können z.B. individuell bis zu acht eingebettete Proben auf entsprechenden acht Probenplätzen eingerichtet werden.

An dem oberen Schenkel 18 des Gerätegestells 12 ist der Prüfkopf 28 befestigt, welcher einen Objektivrevolver 30 mit mehreren Mikroskopobjektiven 32a-32f mit unterschiedlichen Vergrößerungsfaktoren trägt (32e,f sind in Fig. 1 nicht zu sehen). Durch Rotation des in diesem Beispiel unter 45° geneigt gelagerten Objektivrevolvers 30 kann jedes der Mikroskopobjektive 32a bis 32f in die Objektivposition zur Bildaufnahme geschwenkt werden. In der Darstellung der Fig. 1 befindet sich das Mikroskopobjektiv 32c in der Objektivposition zur Bildaufnahme 34, welche die zentrale vorderste und in diesem Beispiel aufgrund des geneigt gelagerten

Objektivrevolvers 30 auch die unterste Position am Objektivrevolver 30 ist. Demnach kann in der dargestellten Dreh-Stellung des Objektivrevolvers 30 mit dem Mikroskopobjektiv 32c die Oberfläche 42 einer Probe 40 (vgl. Fig. 7 und 9), welche auf dem Probentisch 20 platziert wird, untersucht werden. Die Fokussierung des eingeschwenkten Mikroskopobjektivs erfolgt bei dem dargestellten Eindrückhärteprüfgerät 1 durch vertikales Verschieben des Prüfkopfes 28 entlang einer vertikalen Linearführung 44 (sog.„movable head"). Alternativ kann die Relativverschiebung zwischen dem Prüfkopf 28 und dem Probentisch 20 aber auch durch eine Verschiebbarkeit des Probentisches 20 in z-Richtung vorgesehen sein (sog.„movable stage").

Bezugnehmend auf die Fig. 5-9 weist das Eindrückhärteprüfgerät ein Übersichtsobjektiv 50 in Form eines Makroobjektivs auf, welches an einem Einbauplatz 33g in den Objektivrevolver 30 integriert ist. Das Mikroskopobjektiv 32c befindet sich in der schematischen Darstellung der Fig. 6 in einer oberen inaktiven Objektivposition 35 während das Übersichtsobjektiv 50 in die vordere Objektivposition zur Bildaufnahme 34 eingeschwenkt ist, in welcher die optische Achse A50 des Übersichtsobjektivs 50 senkrecht auf der Probenoberfläche 42 bzw. auf der

Platzierungsoberfläche 21 des Probentisches 20 steht, um die Probe 40 senkrecht von oben in der Übersicht betrachten zu können. In dem in Fig. 6 dargestellten Zustand, in welchem sich der Objektivrevolver 30 in der Übersichtsstellung S50 befindet, kann mit dem Übersichtsobjektiv 50 also das Übersichtsbild der Probenoberfläche 42 aufgenommen werden. Hierzu wird die Probenoberfläche 42 schräg von vorne mit einer Übersichtsbeleuchtung 48 beleuchtet, welche an einer Gehäusehaube 54, die den Prüfkopf 28 beherbergt, in dem vorliegenden Beispiel an einer vorderen Gehäuseschräge 52 der Gehäusehaube 54, angebracht ist. Die Übersichtsbeleuchtung 48 strahlt demnach nicht koaxial zu der optischen Achse A50 des Übersichtsobjektivs 50 auf die Probenoberfläche 42, sondern schräg von der Seite, was die Anordnung vereinfacht. Ferner kann eine gleichmäßige Ausleuchtung der gesamten Probenoberfläche 42 zur Erzeugung des Übersichtsbildes erreicht werden. Mit dem in diesem Ausführungsbeispiel gezeigten

Übersichtsabbildungssystem 4 kann mit der Übersichtskamera 80 ein Bereich von

42 mm x 42 mm der Probenoberfläche 42 abgebildet werden.

Bezugnehmend auf Fig. 7 ist der Objektivrevolver 30 um seine geneigt verlaufende Drehachse A30 relativ zur Fig. 6 gedreht, so dass in der Mikroskopobjektivstellung S32c des Objektivrevolvers 30 das Mikroskopobjektiv 32c in der unteren Objektivposition zur Bildaufnahme 34 eingeschwenkt ist. Das Mikroskopobjektiv 32c ist an einem Einbauplatz 33c des

Objektivrevolvers 30 angebaut. Das in dem Einbauplatz 33g des Objektivrevolvers 30 eingebaute Übersichtsobjektiv 50 ist in der in Fig. 7 dargestellten Mikroskopobjektivstellung S32c des Objektivrevolvers 30 in die inaktive Objektivrevolverposition 35 herausgeschwenkt. Demnach steht die optische Achse A32c des Mikroskopobjektivs 32c in der Objektivposition zur

Bildaufnahme 34 senkrecht auf der Probe 40 bzw. dem Probentisch 20, um mit dem

Mikroskopobjektiv 32c und der Mikroskopkamera 60 Mikroskopbilder von der Probenoberfläche 42 durch das Mikroskopobjektiv 32c aufzunehmen.

Die optische Achse A50 des Übersichtsobjektivs 50 und die optische Achse A32c des

Mikroskopobjektivs 32c verlaufen koaxial, bzw. fallen identisch zusammen, wenn das jeweilige Objektiv 50 oder 32c in der Objektivposition zur Bildaufnahme 34 eingeschwenkt ist, also wenn sich das jeweilige Objektiv 50, 32c in dem vorliegenden Beispiel in der unteren

Objektivrevolverposition befindet, wie dies in Fig. 6 einerseits und in Fig. 7 andererseits dargestellt ist. Mit anderen Worten lassen sich das Übersichtsobjektiv 50 und das

Mikroskopobjektiv 32c - wie auch die übrigen Mikroskopobjektive 32a,b,d,e,f - in dieselbe Bildaufnahmeposition in der x-y-Ebene relativ zu dem Gerätegestell 12 - hierin als

„Objektivposition zur Bildaufnahme" 34 bezeichnet - positionieren. Wenn das Mikroskopobjektiv 32c in der Objektivposition zur Bildaufnahme 34 positioniert ist, definiert die optische Achse A32c des Mikroskopobjektivs in Bezug auf das Gerätegestell eine Referenzachse AR und die optische Achse A50 des Übersichtsobjektivs 50 fällt koaxial oder identisch mit der Referenzachse AR zusammen, wenn das Übersichtsobjektiv 50 in der Objektivposition zur Bildaufnahme 34 positioniert ist.

Dadurch kann durch lediglich einfaches Drehen des Objektivrevolvers 30 - ohne Verfahrung des Probentisches 20 - die Probenoberfläche 42 einerseits mit dem

Übersichtsobjektiv 50 und andererseits mit dem Mikroskopobjektiv 32c an derselben Stelle betrachtet werden. Genauer können das Mikroskopbild und das Übersichtsbild um dieselbe Stelle zentriert sein, d.h. das Zentrum des Mikroskopbildes und das Zentrum des Übersichtsbildes können ohne Verfahrung des Objektivtisches 20 in der x-y-Ebene zusammenfallen.

Selbstverständlich können die übrigen Mikroskopobjektive 32a,b,d,e,f in gleicher Weise mittels Drehung des Objektivrevolvers 30 in dieselbe Objektivposition zur Bildaufnahme 34 eingeschwenkt werden, wobei auch deren optische Achsen dann koaxial mit den optischen Achsen A32c und A50 jeweils bezogen auf die Objektivposition zur Bildaufnahme 34, bzw. mit der Referenzachse AR koaxial zusammenfallen. Dadurch kann zunächst das Übersichtsbild mit dem Übersichtsobjektiv 50 in der Objektivposition zur Bildaufnahme 34 aufgenommen werden und dann eines oder sukzessive mehrere verschiedene Mikroskopobjektive 32a bis 32f in die Objektivposition zur Bildaufnahme 34 eingeschwenkt werden und es ist bei allen Mikroskopobjektiven 32a bis 32f gewährleistet, dass diese bei steigender Vergrößerung sukzessive mehr und mehr vergrößerte Ausschnitte der Probenoberfläche 32, aber mit demselben Zentrum, d.h. an derselben Stelle betrachtet werden, ohne dass der Probentisch 20 aus der Betrachtungsposition der Mikroskopeinrichtung 2 heraus bewegt werden muss. Dies soll selbstverständlich nicht ausschließen, dass der Probentisch 20 bewegt wird, um ein

Mikroskopbild aufzunehmen, welches nicht im Zentrum des Übersichtsbildes liegt; aber jedenfalls muss der Probentisch nicht weiträumig verfahren werden, um die Probe unter eine achsparallele Übersichtskamera zu fahren, da vorliegend das Übersichtsobjektiv 50 in dem Objektivrevolver 30, und zwar auf demselben Kreis-Umfang U (vgl. Fig. 5), wie die Mikroskopobjektive 32a bis 32f integriert ist, so dass es in exakt dieselbe Objektivposition zur Bildaufnahme 34 in der x-y-Ebene eingeschwenkt werden kann, wie die Mikroskopobjektive 32a bis 32f. Mit anderen Worten ist der radiale Abstand der optischen Achsen A32a bis A32f der Mikroskopobjektive 32a bis 32f und der optischen Achse A50 des Übersichtsobjektivs 50 von der Drehachse A30 gleich.

Bezugnehmend auf die Fig. 8 und 9 können die Strahlengänge der verschiedenen Objektive 50 und 32c genauer erläutert werden.

In der in Fig. 8 dargestellten Übersichtsstellung S50 des Objektivrevolvers 30 befindet sich das Übersichtobjektiv 50 in der Objektivposition zur Bildaufnahme 34 senkrecht über der Probe 40 und die Mikroskopkamera 60 ist inaktiv. Der Strahlengang 56 bei der Betrachtung der Probenoberfläche 42 mit dem Übersichtobjektiv 50 verläuft zunächst objektivseitig senkrecht zur Probe 40 bzw. zum Probentisch 20. Der Strahlengang 56 verläuft weiterhin durch das

Übersichtsobjektiv 50 senkrecht nach oben in ein optisches Verteilergehäuse 70, welches einen Innenraum 72 definiert, in welchem weitere optische Komponenten zur Strahlführung eingebaut sind und welches nicht mit dem Objektivrevolver 30 mitrotiert, also fest an dem Prüfkopf befestigt ist. Das von der Probenoberfläche 42 abgestrahlte und von dem Übersichtsobjektiv 50 gesammelte Licht fällt entlang der optischen Achse A50 des Übersichtsobjektivs 50 in eine gemeinsame Eintrittsöffnung 74 des optischen Verteilergehäuses 70 ein und trifft auf einen Strahlteiler 76 in Form eines teildurchlässigen Spiegels, welcher in dem Innenraum 72 positioniert ist. Der Strahlteiler 76 reflektiert das Licht für das Übersichtsbild um 90° zur Seite. Das Licht wird durch eine Vorschaltoptik 78 vor der Übersichtskamera 80 auf den CMOS-Chip 81 der

Übersichtskamera 80 abgebildet. Das optische Verteilergehäuse 70 besitzt demnach einen Übersichtskameraausgang 82 für das Licht zur Aufnahme des Übersichtsbildes, welcher vorzugsweise senkrecht zum gemeinsamen Eingang 74 verläuft. In dem dargestellten Beispiel sind optische Komponenten des Übersichts- oder

Makroobjektivs 50, die unmittelbar in dem Objektivrevolver 30 integriert sind, optische Linsen. Es ist aber auch möglich, z.B. einen Umlenkspiegel (nicht dargestellt) als erste optische

Komponente des Übersichts- oder Makroobjektivs 50 bzw. des Übersichtsabbildungssystems 4 an dem Einbauplatz 33g in den Objektivrevolver 30 zu integrieren, um den Strahlengang 56 des Übersichtsabbildungssystems 4 unmittelbar über der Probe 40 umzulenken und erst

anschließend mit Linsen zu sammeln und auf die Übersichtskamera 80 abzubilden.

In der in Fig. 9 dargestellten Mikroskopobjektivstellung S32c befindet sich das

Mikroskopobjektiv 32c in der Objektivposition zur Bildaufnahme 34, also in der vorderen oder untersten Position des Objektivrevolvers 30 und die optische Achse A32c des Mikroskopobjektivs 32c steht senkrecht auf der Probe 40 bzw. dem Probentisch 20. Die Übersichtskamera 80 ist inaktiv. Der Strahlengang 58 bei Betrachtung durch das Mikroskopobjektiv 32c verläuft von der Probenoberfläche 42 entlang der optischen Achse A32c zunächst senkrecht nach oben durch das Mikroskopobjektiv 32c und tritt durch den gemeinsamen Eingang 74 in den Innenraum 72 des optischen Verteilergehäuses 70 ein. Dort durchquert das Licht geradlinig den Strahlteiler 76, welcher für die Übersichtskamera 80 vorgesehen ist. Das Licht zur Aufnahme des

Mikroskopbildes verläuft weiter geradlinig senkrecht nach oben und durchquert einen weiteren Strahlteiler 84 in Form eines weiteren halbdurchlässigen Spiegels, um am

Mikroskopkameraausgang 86 des Verteilergehäuses 70 durch eine Tubusoptik 87, welche der Mikroskopkamera 60 vorgeschaltet ist, auf den CMOS-Chip 61 der Mikroskopkamera 60 fokussiert zu werden. Der Strahlengang 58 der Mikroskopeinrichtung 2 ist demnach

vorzugsweise vollständig geradlinig senkrecht zur Probe 40 bzw. zum Probentisch 20. Eine Mikroskop-Beleuchtungseinrichtung 88 beleuchtet gleichzeitig durch ein Linsensystem 90 und das gerade eingeschwenkte Mikroskopobjektiv 32c die Probenoberfläche 42, indem das eingestrahlte Licht von der Mikroskop-Beleuchtungseinrichtung 88 durch das Linsensystem 90 von der Seite auf den Strahlteiler 84 trifft und von diesem koaxial in den Strahlengang 58 zur Aufnahme des Mikroskopbildes eingekoppelt wird. Die Mikroskop-Beleuchtungseinrichtung 88 ist als Kohlersche Beleuchtung ausgebildet, wodurch die Probenoberfläche 42 bei der Aufnahme der Mikroskopbilder effektiv ausgeleuchtet werden kann. Das Licht der Mikroskop- Beleuchtungseinrichtung 88 wird demnach durch das jeweils aktive in die Objektivposition zur Bildaufnahme 34 eingeschwenkte Mikroskopobjektiv hindurchgestrahlt. Dadurch wird eine Hellbeleuchtung für die Mikroskopaufnahmen erreicht. Die Übersichtsaufnahmen werden in Dunkelfeldbeleuchtung mit dem schräg eingestrahlten Licht der

Übersichtsbeleuchtungseinrichtung 48 (vgl. Fig. 6) aufgenommen.

Der Objektivrevolver 30 rotiert relativ zu der Probe 40 und relativ zu dem optischen Verteilergehäuse 70, sowie in diesem Beispiel relativ zu den Ein- und Ausgängen 74, 82, 86 des optischen Verteilergehäuses 70, und der jeweils ortsfest am Prüfkopf 28 angebrachten

Mikroskopkamera 60 und Übersichtskamera 80.

Wieder bezugnehmend auf die Fig. 8 kann dadurch, dass der Strahlengang 56 des Übersichtsabbildungssystems 4 objektivseitig koaxial mit dem Strahlengang 58 der

Mikroskopeinrichtung verläuft eine hohe Präzision in der relativen Zuordnung der x-y-Positionen der mit der Mikroskopkamera 60 aufgenommenen Mikroskopbilder und der mit der

Übersichtskamera 80 aufgenommenen Übersichtsbilder erreicht werden.

Da die optischen Systeme des Eindruckhärteprüfgeräts 1 häufig für die Darstellung für polierte Metallproben verwendet wird, können bei senkrechter Betrachtung der spiegelnden Probenoberfläche 42 Spiegelungen entstehen. Es wird daher ein Übersichtsabbildungssystem 4 mit geringer Tiefenschärfe verwendet. Durch die geringe Tiefenschärfe des

Übersichtsabbildungssystems 4 ergibt sich der Vorteil, dass das Spiegelbild des optischen Systems, gespiegelt von der Probenoberfläche 42, möglichst unscharf dargestellt wird. Die Tiefenschärfe kann zum Beispiel mittels der numerischen Apertur des Übersichtsobjektivs 50 beschrieben werden. Vorzugsweise beträgt die numerische Apertur (im Objekt) des Makro- beziehungsweise Übersichtsobjektivs 50 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 0,016. Die numerische Apertur bei einem Mikroskopobjektiv mit sehr geringer Vergrößerung (2,5x) beträgt üblicherweise 0,07. Allgemein ausgedrückt ist also die numerische Apertur des

Übersichtsobjektivs 50 kleiner ist als die numerische Apertur aller Mikroskopobjektive 32a - 32f, insbesondere kleiner als die numerische Apertur des Mikroskopobjektivs mit der geringsten Vergrößerung. Die numerische Apertur des Übersichtsobjektivs im Objekt beträgt vorzugsweise kleiner als 0,055, vorzugsweise kleiner als 0,04, bevorzugt kleiner als 0,025, besonders bevorzugt kleiner als 0,02.

Hierzu trägt auch die Trennung der Strahlengänge 58, 56 der Mikroskopkamera 60 und der Übersichtskamera 80 bei, da die hiermit erreichbare Positionierung der Übersichtskamera 80 für ein optisches System mit geringer Tiefenschärfe vorteilhaft ist. Insbesondere ist es hierdurch möglich, den Strahlengang 56 für die Übersichtkamera 80 relativ kurz zu halten. Wie bereits ausgeführt wurde, ist es ein Vorteil der geringen Tiefenschärfe in dem Übersichtsabbildungssystem 4, dass bei Proben mit polierter Metalloberfläche Spiegelungen an der Metalloberfläche, die Aufnahme des Übersichtsbildes nicht inakzeptabel beeinträchtigen. Das Übersichtsobjektiv 50 liefert so mit seinem als Makroobjektiv ausgebildeten Übersichtsobjektiv 50 eine quasi entspiegelte Übersichtsaufnahme, die als Ausgangspunkt für eine schnelle und einfache Planung der Härteverläufe genutzt werden kann.

Im vorliegenden Beispiel erzeugt das Übersichtsabbildungssystem 4 mit seiner Makrooptik eine Verkleinerung der Probenoberfläche in der Abbildung etwa um einen Faktor 3 bis 5.

Die Baulänge du des Übersichtsabbildungssystems 4, also die Länge des Strahlengangs 56 von der Unterkante 51 des Übersichts- bzw. Makroobjektivs 50 bis zum Kamera-Chip 81 , beträgt in diesem Beispiel 110 mm, wohingegen die Baulänge dM des optischen Systems der Mikroskopeinrichtung 2 für alle Mikroskopobjektive 32a-f erheblich größer ist. Z.B. beträgt die Baulänge des optischen Systems der Mikroskopeinrichtung 2 mit dem 2,5x-Mikroskopobjektiv, also die Länge des Strahlengangs 58 von der Unterkante des 2,5x-Mikroskopobjektivs bis zum Kamera-Chip 61 , in diesem Beispiel dM = 335 mm (in den Figuren 6-9 nicht maßstabsgerecht dargestellt).

Die Brennweite des Übersichtsobjektivs 50 beträgt in dem vorliegenden Beispiel 14,1 mm bei einem„Vergrößerungsfaktor" von 0,13x.

Das Übersichts- oder Makroobjektiv 50 ist im Wesentlichen paarfokal oder abgeglichen zu den Mikroskopobjektiven 32a-f ausgebildet, wobei die vertikale Anpassung zwischen dem Übersichts- oder Makroobjektiv 50 und den Mikroskopobjektiven 32a-f nicht größer als 50 mm sein sollte.

Bezug nehmend auf Fig. 10 ist ein Übersichtsbild 100 in Dunkelfeldbeleuchtung dargestellt, welches von der Übersichtskamera 80 aufgenommen und von dem Computersystem 26 gespeichert wurde. Anschließend wird der Objektivrevolver 30 gedreht, um eines der Mikroskopobjektive, zum Beispiel das Mikroskopobjektiv 32c in die Objektivposition zur

Bildaufnahme 34 einzuschwenken, um mit dem Mikroskopobjektiv 32c ein Mikroskop-Livebild zu erzeugen. Dieses Mikroskop-Livebild 102 eines kleinen Ausschnitts der Probe 34 wird mit einem Bildrahmen 104 von dem Computersystem 26 in das abgespeicherte Übersichtsbild 100 live eingeblendet.

Bezug nehmend auf Fig. 11 kann der Benutzer nun in das eingeblendete Mikroskop- Livebild 102 hineinzoomen und auch wieder herauszoomen (Fig. 10). Bezugnehmend auf die Fig. 4 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Eindringkörper 92 im Zentrum des Objektivrevolvers 30 angeordnet, um die zuvor in den Mikroskopbildern definierten Prüfstellen abzufahren, indem der Probentisch 20 entsprechend gesteuert wird. Mit anderen Worten befindet sich bei diesem Ausführungsbeispiel die Achse A92 des Eindringkörpers 92 leicht achsparallel nach hinten versetzt relativ zu den optischen Strahlachsen A50 und A32c, wenn das jeweilige Objektiv 50, 32c in der Objektivposition zur Bildaufnahme 34 positioniert ist. D.h. dass die Probe 40 zwar zum Anfahren der Prüfpunkte mit dem Eindringkörper 92 etwas nach hinten verfahren werden muss, aber es wird zumindest während der optischen Untersuchung ein dritter Anfahrpunkt des Probentisches 20 vermieden, da das Übersichtsbild mit dem Übersichtsobjektiv 50 und die Mikroskopbilder mit den

Mikroskopaufnahmen koaxial an derselben Position 34 relativ zu dem Gerätegestell 12 aufgenommen werden. Es soll nicht ausgeschlossen sein, das auch der Eindringkörper 92 an einem Einbauplatz auf dem Kreisumfang U in den Objektivrevolver 30 integriert ist und ebenfalls an dieselbe Position 34 relativ zu dem Gerätegestell wie zur Bildaufnahme mittels aller Objektive 50, 32a bis 32f eingeschwenkt bzw. positioniert werden kann.

Zusammenfassend vereint das hier vorgestellte Eindruckhärteprüfgerät 1 verschiedene Vorzüge, nämlich einfache und schnelle Aufnahmen eines Übersichtsbildes 100 bei gleichzeitig hoher Präzision in der positioneilen Zuordnung zwischen live eingeblendeten Mikroskopbildern 102 in das Übersichtsbild 100 bei vollständiger oder fast vollständiger Ausnutzung des

Tischhubes für die eigentliche Messung und einer kurzen Zeitdauer für die Erstellung des Übersichtsbildes 100 und damit einer schnellen Einrichtung der Härteprüfabläufe.

Das dynamische Livebild 102 bietet durch eine Objektiv-unabhängige Bild-in-Bild- Funktion in dem Übersichtsbild 100 ein übersichtliches und flexibles Probenabbild. Eine automatische Helligkeitssteuerung und ein Autofokus für die Mikroskopobjektive 32a bis 32f sowie für das Übersichtsobjektiv 50 unterstützen ein schnelles Bildergebnis, das durch die automatische Ebenenerkennung mit automatischer Schnellfokussierung noch beschleunigt werden kann.

Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen

Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der

Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind.