Nachrichten aus Jahresbericht 2009
Grundlagen der Metrologie
Bestimmung der Federkonstanten von AFM-Cantilevern mit einem MEMS-Nanokraftaktor
Ein mikroelektromechanischer Nanokraftaktor wurde für die Kalibrierung der Biegesteifigkeit von AFM-Cantilevern entwickelt. Dieser wurde an zwei unterschiedlich steifen kommerziellen Cantilevern erfolgreich erprobt.
Siliziumätztechnik zur Herstellung der Pendel für die Nanokraftmesseinrichtung
Die Herausforderung an das Fertigungsverfahren bestand darin, definierte Löcher in der Pendelscheibe aus Si-Wafermaterial zu erzeugen, die zum einen genau in der Mitte des Pendels platziert sind und zum anderen ein selbst zentrierendes Widerlager für die kugelförmigen Aufhängungen der Pendel an 10 µm dünnen Drähten bilden.
Kalibrierung der Nanokraftmesseinrichtung mit Kräften kleiner 1 nN mittels Neigung
Eine Methode zur Kalibrierung der Nanokraftmesseinrichtung der PTB im Sub-Nanonewton-Bereich wurde erfolgreich erprobt, die auf einer Neigung der kompletten Messeinrichtung sowie elektrostatischer Kompensation der Neigung in einem der beiden Messkanäle der Messeinrichtung beruht.
Untersuchung der Unsicherheitseinflüsse der Geradheitsmessung am Nanometerkomparator mittels Simulation
Der Nanometerkomparator wird um eine Geradheitsmessoption an Strichteilungen erweitert, die sich auf das TMS-Verfahren abstützt. Simulationen haben ergeben, dass sich hiermit Messunsicherheiten im Sub-Nanometerbereich erzielen lassen
Neubestimmung des Unsicherheitsbeitrages der Probenlagerung bei der Messung von Strichmaßstäben
Strichmaßstäbe spielen bei der Weitergabe der Längeneinheit eine wichtige Rolle. Der begrenzende Einfluss der Maßstabslagerung auf die erzielbare Unsicherheit der Längenmaß-Weitergabe mittels Präzisions-Strichmaßstäben wurde untersucht.
Bestimmung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten für hoch angereichertes 28Si
Für Messungen im Rahmen des Avogadro-Experiments an Verkörperungen aus hoch angereichertem Silizium ist die genaue Kenntnis des Temperaturausdehnungskoeffizienten (coefficient of thermal expansion (CTE)) notwendig. Messungen an 28Si-Kugeln wurden mit dem Kugelinterferometer der PTB bei Temperaturen zwischen 17 °C und 30 °C durchgeführt. Der experimentell bestimmte CTE konnte mit theoretischen Vorhersagen in Relation gebracht werden, die eine Differenz zum CTE von natürlichen Silizium vorhersagten.
Interferometrische Bestimmung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten an Probekörpern mit optisch nicht kooperativen Oberflächen
Für die Charakterisierung von Probekörpern im Rahmen des MICROSCOPE Projektes war es u.a. notwendig, deren thermischen Ausdehnungskoeffizienten genau zu messen. Aufgrund der gegebenen, optisch nicht-kooperativen Oberflächen wurde eine Methode entwickelt, die die Probekörper in einen optischen Aufbau einbezieht.
Fertigung des neuen Kugelinterferometers abgeschlossen
Für die genaue Messung des Volumens von Silicium-Einkristallkugeln im Rahmen des Avogadro-Projekts bei angestrebten Messunsicherheiten von 1x10-8 war zur Integration verbesserter Objektive sowie zur Reduzierung thermischer Einflüsse der Neubau eines Kugelinterferometers notwendig.
Selbstkalibrierung von Teilkreisen auf Basis eines Primfaktor-Algorithmus
Bei der Selbstkalibrierung von Winkel-Teilkreisen lässt sich im Falle speziell gewählter Anordnungen von Abtastköpfen zur Auslesung des Teilkreis-Phasengitters ein analytisch vorteilhafter Primfaktor-Algorithmus zur Anwendung bringen. Er ist auch für die Kreuzkalibrierung zweier Teilkreise an-wendbar und erlaubt hierbei eine erhebliche Verringerung des Kalibrieraufwandes.
Metrologie für die Wirtschaft
Struktur der neuen Referenzsoftware für die Rauheitsmesstechnik
Ein neues IT-Konzept für die Referenzsoftware zur Berechnung von Rauheitskenngrößen wurde auf der Basis der anwendungsorientierten Middleware CORBA realisiert, die es ermöglicht, eine Erweiterung der Software auch um externe Module einfach durchzuführen. Damit ist ein tragfähiges, flexibles und zukunftsfähiges Programmgerüst geschaffen worden.
Hochgenaue Kalibrierung von Kugelplatten für Mikro-Koordinatenmessgeräte
Ein neues Normal für die Prüfung von taktilen Mikro-Koordinatenmessgeräten wird in der PTB mit Messunsicherheiten im Bereich von 100 nm kalibriert. Die Halbkugelplatte aus Zerodur hat neun angeschobene Halbkugeln aus Siliziumnitrid, die insgesamt 36 Abstände von 13 mm bis 100 mm verkörpern.
Mikroverzahnungsmesstechnik - Bedarf und Möglichkeiten
Innerhalb einer von der PTB durchgeführten Studie wurde eine Bedarfsabfrage für den Bereich der Mikroverzahnungsmesstechnik in der Industrie durchgeführt sowie die messtechnischen Möglichkeiten aufgezeigt. Die Studie gibt Empfehlungen für weitere Forschungsaktivitäten auf diesem Gebiet. Innerhalb eines Folgevorhabens soll nun die Rückführung von Mikroverzahnungsmessungen realisiert werden.
Absolutinterferometer mit 20 m Reichweite
In einem mit zwei stabilisierten Diodenlasern betriebenen, weiterentwickelten Hybridaufbau wurde auf Distanzen bis zu 20 m eine relative Messunsicherheit von kleiner 10-6 erreicht.
Femtosekundenlaser basiertes Längenmesssystem
Bei der Detektion von Femtosekundenlaserpulsen mit einer Photodiode entsteht ein Frequenzkamm im Mikrowellenbereich, der hochgenaue Abstandsmessungen über längere Distanzen ermöglicht. Ein auf diesem Prinzip basierendes System wurde für Längenmessungen bis zu 100 m erfolgreich getestet.
Bestimmung des effektiven Kontaktradius rauer Mikrokugeln
Ein neues Verfahren zur experimentellen Bestimmung des effektiven Kontaktradius rauer Mikrokugeln ist entwickelt worden. Die im Experiment an Rubinkugeln mit einem Durchmesser von 200 µm gewonnenen Ergebnisse zeigen ab einer Normalkraft von ca. 300 mN gute Übereinstimmung mit den theoretischen Ergebnissen der Hertzschen Gleichungen und statistisch basierten Modellen für raue Oberflächen.
Metrologie für die Gesellschaft
Konstruktion und Fertigung einer Leuchten-Positioniervorrichtung
Zur Beschleunigung und Erleichterung der Arbeitsabläufe bei Eigensicherheitsprüfungen wurde in Zusammenarbeit mit dem Fachbereich „System- und Eigensicherheit” eine neue Anlage zur Positionierung von z. B. Langfeldleuchten und diverser Industrie-Leuchten konstruiert und gefertigt.
Konstruktion und Fertigung einer Referenzzelle für die Messung der Leitfähigkeit von Reinstwasser
Für die Kalibrierung von Leitfähigkeits-Messzellen, die in verschiedenen Reinstwasseranwendungen eingesetzt werden, wird in der Arbeitsgruppe „Elektrochemie“ ein Referenz-Messplatz im Leitfähigkeits-Bereich von 5,5 µS/m aufgebaut. Hierfür wurde eine spezielle Referenzzelle konstruiert und realisiert.
Internationale Angelegenheiten
Internationaler Ringvergleich von 1D-Gittern (300 nm, 700 nm) und Stufenhöhennormalen (7 nm – 2 µm)
Die Messergebnisse von drei europäischen und einem asiatischen Metrologieinstitut zeigten eine sehr gute Übereinstimmung. Die mittels Rastersondenmikroskopen bestimmten Messwerte wiesen Abweichungen vom Referenzwert auf, die größtenteils im Sub-Nanometerbereich lagen.
© Physikalisch-Technische Bundesanstalt, letzte Änderung: 2011-11-17,
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