Influences on amplitude estimation using three-parameter sine fitting algorithm in the velocity mode of the Planck-Balance. - In: Acta IMEKO, ISSN 2221-870X, Bd. 9 (2020), 3, S. 40-46
The Planck-Balance is a table-top version of a Kibble balance. In contrast to many other Kibble balances, the coil is moved sinusoidally and an ac rather than a dc signal is generated in the velocity mode. The three-parameter sine fitting algorithm is applied to estimate the amplitudes of the induced voltage and the coil motion, which are used to determine the force factor Bl of the voice coil of the electromagnetic force compensation balance. However, the three-parameter sine fitting algorithm is not robust against some perturbations, e.g. additive Gaussian white noise, quantization error, harmonic distortion, frequency error and time jitter. These effects have influences on the accuracy of the amplitude estimation. Based on numerical simulations and correlation analyses, the effects of these perturbations are determined. By optimizing measurement and data processing approach, the bias and standard deviation of the estimated amplitude can be effectively reduced, and thus the accuracy of the force factor Bl in the velocity mode can be improved.
https://doi.org/10.21014/acta_imeko.v9i3.781
Investigations on nonlinear deformation phenomena in a force calibration system. - In: Acta IMEKO, ISSN 2221-870X, Bd. 9 (2020), 5, S. 150-155
Previous investigations show, in force calibration and measurement systems that are based on electromagnetic force compensation (EMFC), deformations of the flexure hinges can cause significant contributions to the uncertainty of the system. A Simulink model of the Planck-Balance 2 (PB2) is established in MATLAB according to the CAD model. The results are compared to simplified analytical models and the results obtained from measurement.
https://doi.org/10.21014/acta_imeko.v9i5.958
Planck-Balance 1 (PB1) - a table-top Kibble balance for masses from 1 mg to 1 kg - current status. - In: Acta IMEKO, ISSN 2221-870X, Bd. 9 (2020), 5, S. 47-52
The Planck-Balance 1 (PB1) has been developed in a collaboration between the Physikalisch- Technische Bundesanstalt and the Technische Universität Ilmenau. It is a small-size Kibble balance aimed to calibrate E1 mass standards for a mass range from 1 mg to 1 kg. This paper presents its principle and some preliminary investigations.
https://doi.org/10.21014/acta_imeko.v9i5.937
Alternative tip- and laser- based nanofabrication up to 100 mm on flat and non-flat surfaces with subnanometre precision. - In: IWAPS 2020, (2020), insges. 4 S.
https://doi.org/10.1109/IWAPS51164.2020.9286793
Holistic calibration of screw threads based on a three-dimensional approach :
Ganzheitliche Kalibrierung von Gewinden auf Basis eines dreidimensionalen Ansatzes. - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 87 (2020), S. S16-S21
Gewinde sind Maschinenelemente mit vielseitiger Funktionalität. Sie werden zum Befestigen, Verbinden, Abdichten oder Zentrieren verwendet und in großen Stückzahlen hergestellt. Dabei steigen die Anforderungen an die Fertigung und Qualitätssicherung stetig an. Nach aktuellen Normen und Richtlinien erfolgt die Prüfung der Bestimmungsgrößen an Gewinden stichprobenartig in wenigen festgelegten Axialschnitten und Prüfebenen. Die komplex geformten und stark gekrümmten Werkstückoberflächen von Gewindeflanken werden deshalb hinsichtlich ihrer Funktionalität unzureichend bewertet. Das neuartige Messverfahren basiert auf einem dreidimensionalen mathematischen Modell zur Beschreibung der Gewindegeometrie. Die Aufnahme der Messpunkte als Ist-Punktewolke erfolgt durch eine flächenhafte Messstrategie auf konventionellen Koordinatenmessgeräten. Der anschließende ganzheitliche Auswertealgorithmus ermöglicht erstmals die Bestimmung aller relevanten Bestimmungsgrößen am Gewinde auf Basis eines einzigen Datensatzes. Des Weiteren liefert der neue Auswertealgorithmus erstmals ein Ergebnis für die lokalen Bestimmungsgrößen, welche zur Berechnung des Paarungsflankendurchmessers benötigt werden.
https://doi.org/10.1515/teme-2020-0035
Investigations on long-range AFM scans using a nanofabrication machine (NFM-100). - In: Proceedings, ISSN 2504-3900, Volume 56 (2020), issue 1, 34, Seite 1-3
The focus of this work lies on investigations on a new Nano Fabrication Machine (NFM-100) with a mounted atomic force microscope (AFM). This installed tip-based measuring system uses self-sensing and self-actuated microcantilevers, which can be used especially for field-emission scanning probe lithography (FESPL). The NFM-100 has a positioning range of Ø 100 mm, which offers, in combination with the tip-based measuring system, the possibility to analyse structures over long ranges. Using different gratings, the accuracy and the reproducibility of the NFM-100 and the AFM-system will be shown.
https://doi.org/10.3390/proceedings2020056034
Entwicklung eines Prüfstandes zur rückführbaren Kalibrierung von Cantilevern. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (ii, 109 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020
Zur rückführbaren Messung von Kräften im Bereich von Nanonewton werden typischerweise AFM Cantilever verwendet, deren Durchbiegung in guter Näherung proportional zur eingeleiteten Kraft ist. Die Proportionalitätskonstante zwischen den Größen wird durch die Steifigkeit des Cantilevers beschrieben. In dieser Arbeit wird die Konzeption, Entwickelung und Analyse eines Prüfstandes zur Vermessung der Steifigkeiten von Cantilevern beschrieben. Dazu wird der Cantilever an einem Halter befestigt und durch einen Piezoantrieb auf die Oberfläche eines Diamanttasters gedrückt. Die Auslenkung des Cantilevers wird durch ein Differenzinterferometer und die dafür notwendige Kraft mit einer neu entwickelten EMK-Wägezelle gemessen. Der Mechanismus der monolithischen Wägezelle ist durch die Verwendung eines einzelnen Drehgelenks sehr weich und ermöglicht dadurch eine hohe Kraftauflösung. Die Position des Wägebalkens wird durch ein weiteres Differenzinterferometer gemessen und mit einem PID-Regler zu Null geregelt. In zwei unabhängigen Verfahren wurde in guter Übereinstimmung die effektive Kraftkonstante der Wägezelle auf Bl = 25,9 mN/A bestimmt. Der Prüfstand wurde hinsichtlich seiner Eigenschaften untersucht und die Einflussgrößen auf die Messunsicherheit der Cantileversteifigkeit identifiziert. Die Kalibrierung eines weichen Cantilever ergab eine relative Messunsicherheit von 1,5 % (k = 2) bei einer Kalibrierkraft < 100 nN. Bei der anschließenden Untersuchung der Spitze waren keine Schäden festzustellen. Die Messung eines zweiten Cantilevers ergab eine gute Wiederholbarkeit der Kalibrierergebnisse. Außerdem wurden die durch diesen Prüfstand erzielten Ergebnisse mit den Resultaten eines an deren Prüfstandes verglichen und zeigten gute Übereinstimmung.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000578
Phase-modulated standing wave interferometer. - In: Proceedings, ISSN 2504-3900, Volume 56 (2020), issue 1, 12, Seite 1-3
Standing wave interferometers (SWIs) show enormous potential for miniaturization because of their simple linear optical set-up, consisting only of a laser source, a measuring mirror and two standing wave sensors for obtaining quadrature signals. To reduce optical influences on the standing wave and avoid the need for an exact and long-term stable sensor-to-sensor distance, a single-sensor set-up was developed with a phase modulation by forced oscillation of the measuring mirror. When the correct modulation stroke is applied, the harmonics in the sensor signal can be used for obtaining quadrature signals for phase demodulation and direction discrimination.
https://doi.org/10.3390/proceedings2020056012
Modulation-based long-range interferometry as basis for an optical two-color temperature sensor. - In: Proceedings of the 20th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2020), S. 299-300
Corner loading and its influence on the tilt sensitivity of precision weighing cells. - In: Proceedings of the 20th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2020), S. 95-98