Kompakter Nullpunkt-Winkelsensor auf Basis eines Kösters-Prismas. - In: DGaO-Proceedings, ISSN 1614-8436, Bd. 118 (2017), P27, insges. 2 S.
Die Laser- und Weißlichtinterferometrie kommt in der Mikro- und Nanomesstechnik zumeist bei der Erfassung von Topologien, Längen- oder Höhenmaßen zur Anwendung. Zur Reduzierung der Messunsicherheiten müssen jedoch auch kleinste Winkelabweichungen erfasst werden, die bei einer Messung als systematischer Fehler in das Messergebnis eingehen. In der Praxis wird für die Erfassung oder Ausregelung der Winkellagen von bewegten Objekten zumeist das Autokollimationsprinzip verwendet, da es kontaktlos arbeitet. Eine Alternative dazu stellt die Kombination aus Kösters-Interferometer und divergent abstrahlender Weißlichtquelle dar. Eine Verkippung des für Referenz- und Messstrahl gemeinsamen Spiegels führt zu einer Drehung der Weißlicht-Interferenzstreifen, deren Drehwinkel mit einer Kamera erfasst und über eine Bildverarbeitung ausgewertet wird. Am Institut für Prozessmess- und Sensortechnik der TU Ilmenau wurde der optische Effekt der Streifendrehung und seine abhängigen Parameter mit Hinblick auf die praktische Anwendung in der 3D-Mikro- und Nanomesstechnik untersucht und charakterisiert.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:0287-2017-P027-7
Mehrkomponenten-Kraftmessung in der Mikrobearbeitung :
Multi-component force measurement in micromachining. - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 84 (2017), 9, S. 587-592
https://doi.org/10.1515/teme-2016-0066
Der Paarungsflankendurchmesser - Untersuchung des begrifflichen Umfeldes, der Einflussgrößen und der Bedeutung für die Funktion, Spezifikation, Fertigung und Prüfung von Gewinden. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (142 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017
Mit der vorliegenden Arbeit wurde eine umfassende Untersuchung der Bestimmungsgröße Paarungsflankendurchmesser durchgeführt. Dabei wurden für den Flankendurchmesser, den Flankendurchmesserzylinder, den Flankendurchmesserkegel, den einfachen Flankendurchmesser, den Paarungsflankendurchmesser und weitere wichtige Bestimmungsgrößen neue Definitionen erarbeitet. Diese Definitionen ermöglichen erstmals die eindeutige geometrische Beschreibung und Erfassung wirklicher Gewinde im Bereich der Gewindeflanken. Alle Einflussgrößen auf den Paarungsflankendurchmesser wurden systematisch und umfassend beschrieben und analysiert. In die Betrachtungen wurden dabei nahezu alle Gewinde eingeschlossen, die auf einem Ausgangsdreieck des Gewindeprofils beruhen. Neben der ausführlichen Vermittlung der komplexen Zusammenhänge ermöglichen die aufgestellten Gleichungen die näherungsweise Berechnung des Paarungsflankendurchmessers. Die grundsätzliche Eignung dieser Betrachtungen zur hinreichend genauen Analyse und Beurteilung wirklicher Gewinde wurde anhand von Versuchen zur Bestimmung von Paarungsausgleichsbeträgen untersucht und bestätigt. Die Bestimmungsgröße Paarungsflankendurchmesser berücksichtigt die Einflüsse aller geometrischen Merkmale im Bereich der Gewindeflanken eines wirklichen Gewindes auf dessen Paarungsfähigkeit. Der Paarungsflankendurchmesser und der Paarungsausgleichsbetrag beeinflussen ein Gewinde jedoch auch hinsichtlich dessen weiterer Funktionen wie Befestigen, Bewegen, Zentrieren oder Dichten. Beide Bestimmungsgrößen sind somit bereits bei der Spezifikation, der anschließenden Fertigung und letztlich auch bei der Prüfung des Gewindes zu berücksichtigen. Die in der vorliegenden Arbeit enthaltenen Betrachtungen bilden eine entscheidende Grundlage für die sinnvolle und funktionsgerechte Tolerierung aller betreffenden Bestimmungsgrößen des Gewindes unter Berücksichtigung des Paarungsausgleichsbetrages und des Paarungsflankendurchmessers. Bei der Fertigung von Gewinden ermöglichen sie außerdem die zielgerichtete messtechnische Überwachung der Einflussgrößen auf den Paarungsflankendurchmesser und damit die entsprechende Gestaltung und Steuerung des Fertigungsprozesses. Ferner bilden die in der vorliegenden Arbeit enthaltenen Betrachtungen eine entscheidende Grundlage für die weitere Entwicklung bestehender oder neuer Verfahren zur Messung von Gewinden. Dies betrifft insbesondere die Verfahren, die eine ganzheitliche Erfassung des Gewindes als dreidimensionales Objekt gewährleisten. Unter der Voraussetzung einer entsprechend vollständigen messtechnischen Erfassung des Gewindes ist dabei auch die direkte Bestimmung des Paarungsflankendurchmessers, also dessen Messung möglich.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000345
Numerical investigations of the potential for laser focus sensors in micrometrology. - In: Modeling Aspects in Optical Metrology VI, ISBN 978-1-5106-1105-4, (2017), 103300N, insges. 9 S.
Laser focus sensors (LFS)^1 attached to a scanning nano-positioning and measuring machine (NPMM) enable near diffraction limit resolution with very large measuring areas up to 200 x 200 mm^1. Further extensions are planned to address wafer sizes of 8 inch and beyond. Thus, they are preferably suited for micro-metrology on large wafers. On the other hand, the minimum lateral features in state-of-the-art semiconductor industry are as small as a few nanometer and therefore far beyond the resolution limits of classical optics. New techniques such as OCD or ODP^3,4 a.k.a. as scatterometry have helped to overcome these constraints considerably. However, scatterometry relies on regular patterns and therefore, the measurements have to be performed on special reference gratings or boxes rather than in-die. Consequently, there is a gap between measurement and the actual structure of interest which becomes more and more an issues with shrinking feature sizes. On the other hand, near-field approaches would also allow to extent the resolution limit greatly^5 but they require very challenging controls to keep the working distance small enough to stay within the near field zone. Therefore, the feasibility and the limits of a LFS scanner system have been investigated theoretically. Based on simulations of laser focus sensor scanning across simple topographies, it was found that there is potential to overcome the diffraction limitations to some extent by means of vicinity interference effects caused by the optical interaction of adjacent topography features. We think that it might be well possible to reconstruct the diffracting profile by means of rigorous diffraction simulation based on a thorough model of the laser focus sensor optics in combination with topography diffraction^6 in a similar way as applied in OCD. The difference lies in the kind of signal itself which has to be modeled. While standard OCD is based on spectra, LFS utilizes height scan signals. Simulation results are presented for different types of topographies (dense vs. sparse, regular vs. single) with lateral features near and beyond the classical resolution limit. Moreover, the influence of topography height on the detectability is investigated. To this end, several sensor principles and polarization setups are considered such as a dual color pin hole sensor and a Foucault knife sensor. It is shown that resolution beyond the Abbe or Rayleigh limit is possible even with "classical" optical setups when combining measurements with sophisticated profile retrieval techniques and some a-priori knowledge. Finally, measurement uncertainties are derived based on perturbation simulations according to the method presented in 7.
Contribution to the mechanical enhancement of load cells in precision weighing technology by means of advanced adjustment strategies. - In: Proceedings of the 17th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2017), S. 411-412
The accuracy of force measurement systems is predominantly influenced by its stiffness towards deflection. Monolithic mechanical systems in precision weighing technology rely on ultrathin flexure hinges. Further stiffness reduction by a decrease of the minimum hinge thickness is unfavourable. Consequently, the present concept relies on compensation rather than a reduction of the stiffness. Based on precise adjustments, the system state is altered towards an astatic state. Hereby, the overall stiffness and the tilt sensitivity is reduced. These properties have been determined as major contributions to the measurement error. The results of the theoretical investigations form a basis for future experiments and a further improvement of load cells.
Pico litre volume measurement with a laser focus sensor on the nano measuring machine NMM-1. - In: Proceedings of the 17th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2017), S. 399-400
A novel approach of measuring small volumes is made in our project. The goal is to utilise the Nano Measuring Machine NMM 1 in combination with a laser focus sensor to determine the volume of small water droplets. The droplet surface is scanned by the focus sensor with picometre resolution. Based on the shape of the scan lines, the actual volume of the droplet can be calculated. However, due to the small distance between the water surface and the glass carrier, the laser focus sensor signal was distorted by undesired reflections from the glass carrier the droplets are deposited on. To reduce these undesired reflections, the BK7 carrier was anti-reflection coated. When a SiO2 layer of appropriate thickness is deposited on the carrier, the reflectance at the water-glass interface can be considerably lowered. This drastically improves the sensor signal, thus enables the correct measurement of the droplets' shapes and hence the calculation of their volume.
Messunsicherheit. - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 84 (2017), 2, S. 71-72
Editorial
https://doi.org/10.1515/teme-2016-0078
Entwicklung der Auswertung von Messungen. - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 84 (2017), 5, S. 293-295
Editorial
https://doi.org/10.1515/teme-2017-0022
Analysis of weighing cells based on the principle of electromagnetic force compensation. - In: Measurement science and technology, ISSN 1361-6501, Bd. 28 (2017), 7, S. 075101, insges. 7 S.
https://doi.org/10.1088/1361-6501/aa6bcd
Fasergekoppelte In-situ-Laserhygrometer auf Basis der direkten Absorptions- und Wellenlängenmodulations-Spektroskopie für minimale Messstrecken. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (IX, 124 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017
In der angewandten- und der Grundlagenforschung hat die Absorptionsspektroskopie mit abstimmbaren Diodenlasern (TDLAS) vielfachen Einsatz gefunden. Die hervorragenden spektralen Eigenschaften der Diodenlaser sowie die mögliche schnelle Abstimmung der Wellenlänge erlauben eine zuverlässige In-situ-Bestimmung absoluter Gasspezieskonzentrationen und -temperaturen mit hoher Sensitivität, Selektivität und Skalierbarkeit. Ein Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung und Validierung eines Absorptionsspektrometers zur Kombination der beiden meist genutzten TDLAS-Techniken - der direkten Absorptions- und der Wellenlängenmodulations-Spektroskopie. Ein schnelles Zeitmultiplex-Verfahren ermöglicht beide Methoden in einem einzigen Aufbau simultan zu verwenden. Die hierfür aufgebauten Spektrometer nutzen die direkte online Kalibrierung des WMS-Signals durch die mit dTDLAS gleichzeitig ermittelte absolute Spezieskonzentration. Hierdurch konnte die Nachweisgrenze und die Präzision um das Fünffache von 150 nmol/mol*m*Hz1/2 auf 34 nmol/mol*m*Hz1/2 verbessert werden. Dies ermöglicht Messungen absoluter Gaskonzentrationen ohne vorherige Kalibrierung gegen einen bekannten Gasstandard. Die ausgezeichneten Eigenschaften der TDLAS für die innermotorische Gasanalyse wurden in dieser Arbeit genutzt für die Entwicklung und Validierung eines Laserhygrometers für eine kalibrierungsfreie In-situ H2O-Bestimmung mit fasergekoppelten Sensorkopf für den minimal-invasiven Einsatz mit nur einem 12 mm kleinen Zugang zur Brennkammer des Verbrennungsmotors, um damit prinzipiell eine zyklusaufgelöste Analyse der Abgasrückführung zur Emissionsreduktion in modernen PKWs zu ermöglichen. Für die Entwicklung des Spektrometers wurde zunächst eine passende Absorptionslinie selektiert und die spektralen Molekülparameter metrologisch charakterisiert, was die Unsicherheit des Spektrometers massiv verringerte. Speziell die Linienstärke der gewählten Absorptionslinie bei 2,551 [my]m konnte mit einer sehr kleinen Unsicherheit von ± 1,15 % vermessen werden. Der Sensor erreichte eine Zeitauflösung von 0,9˚ Kurbelwinkel bei 1500 U/min des Motors (100 [my]s). Durch die stabile und kompakte Optik des Sensorkopfes war die optische Auflösung in der betrachteten Kompressionsphase über 130 Motorzyklen stabil bei 3,7*10-3. Dies führte zu einem SNR von 34 bei 15000 [my]mol/mol bei 1500 U/min des geschleppten Motors. Die H2O-Konzentration für den AGR-Rate relevanten Bereich, konnte absolut und kalibrierungsfrei mit ± 570[my]mol/mol bestimmt werden. Die Mittelung der Konzentration über den Kompressionsbereich von mehr als achtzig aufeinanderfolgenden Motorzyklen, ergab eine H2O-Konzentration von 13340 [my]mol/mol mit einer nur geringen Schwankung von 170 [my]mol/mol. Dieses Ergebnis bestätigt die ausgezeichnete Stabilität des Spektrometers und die damit verbundene Möglichkeit die H2O-Konzentration für eine AGR-Analyse innerhalb des Motors zyklusaufgelöst zu bestimmen.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000177