Development of a cantilever calibration device :
Entwicklung einer Cantileverkalibriereinrichtung. - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 87 (2020), 10, S. 622-629
Das Messen kleiner Kräfte ist in vielen wissenschaftlichen Bereichen, wie beispielsweise der Physik oder Biologie, erforderlich. Bei Kräften im Bereich von Nanonewton werden typischerweise AFM-Cantilever als Kraftsensoren genutzt. Die Steifigkeit des Cantilevers muss bekannt sein um von der Durchbiegung auf die Kraft zu schließen. Aufgrund von Fertigungsabweichungen kommt es zu einer großen Streuung der Cantileversteifigkeit. Für eine präzise Kraftmessung muss daher jeder einzelne Cantilever kalibriert werden. Das derzeit genauste Kalibrierverfahren basiert darauf die Kraft-Weg-Kennlinie des Cantilevers statisch zu messen und ihren Anstieg zu bestimmen. In diesem Artikel wird ein neuartiger Prüfstand beschrieben welcher nach diesem Prinzip arbeitet. Ein Interferometer misst die Position und eine neuartige, eingelenkige Wägezelle die Kraft des Cantilevers. Die Wägezelle wurde in zwei unabhängigen Experimenten mit übereinstimmendem Ergebnis kalibriert. Abschließend werden die Messergebnisse einer Cantileverkalibrierung präsentiert.
https://doi.org/10.1515/teme-2020-0064
Towards a table-top Kibble balance for E1 mass standards in a range from 1 mg to 1 kg - Planck-Balance 1 (PB1). - In: 2020 Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM), (2020), insges. 2 S.
https://doi.org/10.1109/CPEM49742.2020.9191883
Operational measurement uncertainty and Bayesian probability distribution. - In: SMSI 2020, (2020), S. 275-276
Richtiger Name des 3. Verfassers: Klaus-Dieter Sommer
Fundamentals of dynamic sensor positioning with nanoscale accuracy by an inverse kinematic concept. - In: SMSI 2020, (2020), S. 307-308
A recent challenge in measurement science is the growing demand for machines allowing nanoscale positioning and measuring in large volumes. The moving stage principle typically used for these applications needs to be altered, considering the mass of the moving stage growing with the measuring volume. This paper proposes an inverted kinematic concept and discusses two approaches to the reconstruction of mirror profiles to compensate for deviations in the mirror topographies.
Structural and local electronic properties of clean and Li-intercalated graphene on SiC(0001). - In: DPG-Frühjahrstagung (DPG Spring Meeting) of the Condensed Matter Section (SKM) together with the DPG Division Environmental Physics and the Working Groups Accelerator Physics; Equal Opportunities; Energy; Industry and Business; Physics, Modern IT and Artificial Intelligence, Young DPG, (2020), O 80.3
SMSI 2020 : Sensor and Measurement Science International : 22-25 June 2020, Nuremberg, Germany. - Wunstorf : AMA Service GmbH, 2020. - 1 CD-ROM (395 Seiten) ISBN 978-3-9819376-2-6
Neuartiges Messverfahren zur 3D-Gewindekalibrierung unter Verwendung einer flächenhaften Messstrategie und eines ganzheitlichen Auswertealogorithmus. - Bremen : Fachverlag NW in der Carl Schünemann Verlag GmbH, 2020. - X, 152 Seiten. - (PTB-Bericht)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020
ISBN 978-3-95606-529-3
Literaturverzeichnis: Seite 119-127
Das Gewinde zählt heutzutage zu den am häufigsten eingesetzten Maschinenelementen. Der Grund dafür ist die universelle Anwendbarkeit als Befestigungs-, Verbindungs-, Bewegungs-, Dichtungs- oder Zentrierelement. Dabei stellt die Funktion häufig höchste Anforderungen an die Genauigkeit der Gewindegeometrie. Demzufolge wächst der Anspruch an die technologischen Lösungen zur Fertigung und Prüfung von geometrischen Merkmalen am Gewinde stetig. Gewinde werden gemäß aktueller Normen und Richtlinien bislang nur stichprobenartig an bestimmten Punkten und in ausgewählten Schnitten gemessen und ausgewertet. Die wendelförmige Geometrie lässt sich hinsichtlich ihrer Funktionalität daher nur unzureichend bewerten. Der Einsatz einer flächenhaften Messstrategie und einer ganzheitlichen Auswertemethode revolutioniert die konventionellen Vorgehensweisen und ermöglicht zudem erstmals eine funktionsorientierte Prüfung von Gewinden. Die Gewindemetrologie steht deshalb in ihrer fast hundertjährigen Entwicklungsgeschichte im Zuge der vierten industriellen Revolution vor einem Paradigmenwechsel. Um diesem Rechnung zu tragen, beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Entwicklung eines fortschrittlichen messtechnischen Verfahrens zur Rückführung von Bestimmungsgrößen am Gewinde mit den höchsten Anforderungen an die Messunsicherheit im Umfeld eines nationalen Metrologie Instituts, der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB). Das Messverfahren zielt auf den Einsatz von flächenhaften Messstrategien und ganzheitlichen Auswertemethoden im Sinne der im Jahre 2015 aktualisierten Technologie-Roadmap Fertigungsmesstechnik 2020 ab. Die messtechnische Erfassung der Werkstückgestalt eines Gewindes erfolgt auf einem Koordinatenmessgerät, welches in den letzten Jahrzehnten Einzug in viele Messlaboratorien gefunden hat. Die ganzheitliche Auswertung basiert auf dem erfassten dreidimensionalen Messdatensatz und einem geometrisch-idealen Modell eines Gewindes. Die bestmögliche Einpassung des Modells in den Messdatensatz erfolgt mit einem im Rahmen dieser Arbeit implementierten Approximationsalgorithmus. Das Messergebnis liefert eine umfassende Angabe der Abweichungen in Maß-, Form- und Lage der Istgeometrie bezüglich der Nenngeometrie. Im praktischen Teil der Arbeit erfolgt anhand werkstückähnlicher Normale von Gewinden der PTB die Verifikation der metrologischen Lösungsansätze.
Grundlegende Entwicklungen und Untersuchungen zur Mikro- und Nanostrukturierung durch Direct Laser Writing in Nanopositionier- und Nanomessmaschinen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (II, 116 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020
In dieser Arbeit werden Entwicklungen und Untersuchungen zum Direct Laser Writing, einem maskenlosen lithografischen Bearbeitungsprozess, vorgestellt. Diese hochauflösende lasergestützte Strukturierungstechnik wird mit einer am Institut für Prozessmess- und Sensortechnik entwickelten Nanopositionier- und Nanomessmaschine kombiniert, die sich durch eine extrem hohe Ortsauflösung über einen sehr großen Arbeitsbereich auszeichnet. Durch die synergetische Verbindung des lithografischen Verfahrens mit der hochpräzisen Nano-Koordinatenmessmaschine, wird deren Anwendungsbereich vom präzisen Positionieren und Messen um das Strukturieren zunächst auf planaren und später auch auf gekrümmten Oberflächen, erweitert. Dabei steht das Erreichen geringster lithografisch erzeugter Strukturbreiten in der Größe beugungsbegrenzender Limitationen im Vordergrund der Arbeit. Für die Einkopplung des Lithografielasers wird der Aufbau eines optischen Nanosensors verwendet. Die Sensorik dient der Antastung der Strukturierungsfläche und richtet die Probe auf wenige Nanometer genau zum Bearbeitungslaser aus. Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass der bisher verwendete Fokussensor für diese Zwecke nicht gut geeignet ist. Aus diesem Grund widmet sich die Arbeit zusätzlich der Entwicklung eines neuen, differentiellen, chromatisch konfokalen und fasergekoppelten Abstandssensors, von der Konzeptfindung bis hin zur Inbetriebnahme. Die messtechnischen Untersuchungen des neuen Sensors zeigen, dass eine laterale Auflösung von < 2 [my]m und eine axiale Auflösung von < 1 nm erreicht werden kann. Die Standardabweichung beträgt dabei weniger als 5 nm. Das Basiskonzept des Messsystems wird im Verlauf der Arbeit dahingehend entwickelt, eine hochpräzise lithografische Applikation zu ermöglichen. Durch die systematische Verbesserung der lithografischen Prozessparameter ist es in Kombination mit dem neuen Messsystem möglich, Strukturbreiten von 600 nm und darunter zu erzeugen. In Zukunft soll der neue Sensor auch zur Strukturierung von Linsen, Freiformen und Asphären genutzt werden. Erste Untersuchungen dazu zeigen eine Neigungsabhängigkeit optischer Sensoren, die zu systematischen Messabweichungen und erhöhten lithografischen Strukturbreiten führen. Um die Grundlage lithografischer Anwendungen auf geneigten Oberflächen zu schaffen, werden verschiedene Ansätze zur Kompensation vorgestellt. Basierend auf den grundlegenden Untersuchungen und Erkenntnissen wird eine Reihe von Vorschlägen entwickelt, die in weiterführenden Arbeiten das Messsystem, den Direct Laser Writing-Prozess sowie die Anwendbarkeit dieser Technik auf gekrümmten Oberflächen verbessert.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000188
Kombination von zweiphotonenbasiertem direktem Laserschreiben mit großflächiger und hochpräziser Nanopositionierung. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2020. - 1 Online-Ressource (xii, 121 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020
Die Mikro- und Nanofabrikation verspricht für die nächsten Jahre ein enormes Wachstumspotenzial, insbesondere auch im Bereich der laserbasierten Fertigung. Die hochauflösende Technik des Laserschreibens mittels Zwei-Photonen-Absorption (2PA) kann zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen mit minimalen Strukturbreiten von sub-100 nm verwendet werden. Mit der optischen Präzision gehen auch Forderungen an die Präzision der Mess- und Positioniersysteme einher, um den technischen Stand von zweiphotonenbasiertem Laserschreiben weiter voranzutreiben. Die an der TU Ilmenau entwickelten Nanopositionier- und Nanomessmaschinen (NPM-Maschinen) ermöglichen eine hochgenaue und metrologisch rückführbare Positionierung mit Positionierauflösungen von 0,1 nm und einer Wiederholbarkeit von unter von 1 nm. Dabei eröffnet der Positionierbereich von 25 mm × 25 mm × 5mm bzw. von 200 mm × 200 mm × 25 mm der NPM-Maschinen ganz neue Dimensionen der skalenübergreifenden Fabrikation, sodass mikro- und sub-mikrometergenaue Artefakte bei Bauteilen mit Millimeterabmessungen erzielt werden können. In der vorliegenden Arbeit wird die Erweiterung von NPM-Maschinen zu Fabrikationsmaschinen durch die Kombination mit 2PA-Laserschreiben thematisiert. Dazu wird zunächst ein Konzept zur Integration der Zwei-Photonen-Technologie in eine NPM-Maschine entwickelt und umgesetzt. Anschließend erfolgen eine Charakterisierung des Systems sowie gezielte Untersuchungen, um den Nachweis für die Synergie der beiden Techniken zu erbringen. Es konnten diverse erfolgreiche Experimente durchgeführt werden, sodass nach Untersuchungen zur Belichtungsdosis die Herstellung von großflächigen Justiermarken gezeigt wurde. Das Potential der genauen Positionierung wird durch bahnbrechende Ergebnisse zur Abstandsreduzierung zwischen zwei geschriebenen Linien, welche die Beugungsbegrenzung unterschreiten, demonstriert. Zudem zeigten erste Versuche zur dreidimensionalen Strukturierung von Hybridpolymeren das enorme Potential für zukünftige komplexe 3D-Anwendungen in einer bisher nicht möglichen Präzision. Im Fokus stand außerdem die Entwicklung und Untersuchung eines neuen Ansatzes zur Mikro- und Nanofabrikation mit hohem Durchsatz, der auf einer Verbindung von zweiphotonenbasiertem Laserschreiben mit Feldemissionslithographie zur Herstellung von Mastern für anschließende Nanoprägelithographie basiert.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000164
Direct polymer microcantilever fabrication from free-standing dry film photoresists. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 30 (2020), 9, 095012, S. 1-13
https://doi.org/10.1088/1361-6439/ab9e4c