Nachrichten aus Jahresbericht 2011
Grundlagen der Metrologie
Neue lichtinduzierte Anziehungskraft zwischen zwei parallelen Metallplatten
Im Rahmen der Untersuchung kleiner Kräfte und dem Aufbau der Nanokraftnormalmesseinrichtung wurde ein Modell über Lichtkräfte zwischen zwei dicht benachbarten (Subwellenlängenabstand) metallischen Platten aufgestellt. Auf der Basis dieses Modells konnte eine neue lichtinduzierte Anziehungskraft hergeleitet werden.
Atomic force microscope cantilevers as encoders for real-time displacement measurements
The high resolution of AFM cantilever has been used in combination with a 1-D grating of known pitch to determine the displacement of a moving stage with high-resolution for forward and backward movements.
Erweiterte Selbstkalibrierung von Winkelenkodern durch Bestimmung des Gitterversatzes
Das in der PTB entwickelte Selbstkalibrierverfahren erlaubt eine schnelle und hochgenaue In-situ-Kalibrierung des Winkelprimärnormals mittels Analyse der Messwerte der Abtastköpfe im Fourierraum. Erstmalig ist nun auch die Bestimmung und Berücksichtigung des Lateralversatzes des Radialgitters während dessen Rotation mit Unsicherheiten auf dem Niveau von nm bis sub-nm möglich.
Ausbau der 600 m Pfeilerstrecke zu einer Referenzstrecke für Kalibrierung und Entwicklung elektronischer Distanzmesser
Die 600 m Pfeilerstrecke der PTB wurde im Jahr 2011 grundlegend überholt, mit einem Netzwerks von Umweltsensoren für Temperatur, Feuchte und Druck versehen und auf die SI-Einheit der Länge rückgeführt. Nun können modernste elektronische Distanzmesser mit einer relativen Genauigkeit von besser als 10-6 kalibriert werden, zudem ist der Einsatz von Lasern bis zur maximalen Schutzklasse 4 möglich.
Erste absolute Längenmessungen bei tiefen Temperaturen
Für einige Anwendungen im Bereich der Industrie und der Forschung ist es wichtig, absolute Längen von Endmaß-ähnlichen, prismatischen Körpern bei, z. B. sehr niedrigen Temperaturen, genau zu kennen. In Bezug auf kryogene Temperaturen ist hierzu in der PTB ein neuartiges Konzept umgesetzt worden, welches auf der Erweiterung des PTB-Ultrapräzisionsinterferometers mit einem externen Vakuum-Messpfad und dessen Temperierung basiert. Hier wurden erste absolute Längenmessungen bei Temperaturen von ca. 80 K durchgeführt.
Konstruktion und Fertigung einer Vakuumkammer
Für die kurzzeitige Vorstabilisierung eines Lasers, der in einer optischen Uhr zum Einsatz kommt, ist eine Vakuumkammer erforderlich, die einen Resonator gegen äußere Einflüsse bestmöglich abschirmt, um die Schwingungen eines Lasers im Resonator messen zu können. Mit dieser optischen Uhr soll die Zeitmessung, im Vergleich zu den Atomuhren, noch präziser realisiert werden.
Konstruktion und Fertigung eines erweiterten Messpfades für das Ultrapräzisionsinterferometer
Das PTB- Ultrapräzisionsinterferometer sollte im Rahmen eines ESA-Projektes mit einem erweiterten Messpfad ausgestattet werden, um Messungen der absoluten Länge von Probekörpern in einem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis hinunter zu 10 K zu ermöglichen. Dieser erweiterte Messpfad wurde im „Wissenschaftlichen Gerätebau“ der PTB konstruiert und gefertigt.
Metrologie für die Wirtschaft
Traceable Profile Scanner with a Piezoresistive Cantilever
The profile scanner enables characterizing high-aspect-ratio surface features of micro components, which is a challenge for micro- and nanometrology. A slender silicon cantilever with an integrated piezoresistive strain gauge is applied for signal read-out. The contact force between cantilever tip and artifact can be down to 1 µN. Three laser interferometers with 1 nm resolution enable metrological traceability of the instrument.
Maskenmessungen an Längenteilungen mit dem Nanometerkomparator
Mit dem Nanometerkomparator wurde für das AMTC Dresden eine qualitativ hochwertige Photomaske kalibriert. Dabei wurde eine Reproduzierbarkeit der Positionsmessungen an der verkörperten Längenteilung von 0,2 nm erreicht.
New developments in 3D-AFM with tapping and torsion AFM mode and vector approach probing strategy
A new 3D-AFM with tapping and torsion AFM mode and vector approach probing strategy for true 3D measurements of nanostructures has been developed. It offers capabilities in measuring critical dimension, sidewall angle and line edge/width roughness of nanostructures for semiconductor industry.
Untersuchung eines hochpräzisen Miniatur-Nullpunktspannsystems für die Mikro-Fertigung
Ein Nullpunktspannsystem für die Mikro-Fertigung wurde mit Hilfe eines Mikro-Koordinatenmessgerätes auf seine Eigenschaften untersucht. Die Wechselgenauigkeit des untersuchten Spannsystems betrug dabei 1 µm, die Wiederholgenauigkeit lag sogar deutlich unter 0,1 µm.
Referenzwand zur Prüfung von Lasertrackern
In der PTB ist eine Referenzwand zur Prüfung von Lasertrackern eingerichtet worden, die es Anwendern weltweit erstmalig ermöglicht, die messtechnische Leistungsfähigkeit ihrer Tracker unabhängig vom Hersteller nach standardisierten Verfahren (VDI/VDE 2617 Blatt 10) zu prüfen.
Koordinatenmessgerät höchster Genauigkeit
In der PTB konnte durch die Aufrüstung eines Koordinatenmessgerätes die Messgenauigkeit von 3D-Messungen um ca. 60% gesteigert werden. Die Gerätespezifikation liegt nun bei MPEE = 0,3 µm + L/1000. Die deutlich verbesserte Scanningtechnologie ermöglicht zudem das ganzheitliche Erfassen von 2D bis 3D-Oberflächen komplexer Bauteile.
Industrieller Computertomograph einsatzbereit
Seit Ende 2010 steht in der PTB im Fachbereich Koordinatenmesstechnik ein industrieller Computertomograph (CT) mit maximalen Beschleunigungsspannungen von 225 kV zur Verfügung. In ersten Untersuchungen wurde ein Silizium-Testkörper gemessen. Die dabei erreichten Messabweichungen betrugen nur wenige Mikrometer.
Online-Softwarevalidierung via Internet
Im Rahmen des europäischen Forschungsprojektes „Metrology for New Industrial Measurement Technologies (NIMTech), an dem vier weitere europäische Metrologieinstitute beteiligt waren, ist ein neues Verfahren entwickelt worden, um via Internet online die Genauigkeit von rechenintensiven Auswertealgorithmen im Bereich der Koordinatenmesstechnik zu validieren.
Rückführbare hochgenaue Distanzmessungen über mehrere hundert Meter durchgeführt
Im Rahmen des europäischen Forschungsprojekts „Absolute long distance measurement in air“ wurde an der PTB ein hochgenauer Entfernungsmesser entwickelt und auf mehreren Referenzstrecken mit Entwicklungen von europäischen Partnerinstituten sowie dem präzisesten etablierten Verfahren verglichen. Die Vergleiche zeigen, dass mit dem entwickelten System bei Messstrecken um 800 m Länge die Abweichungen zu Referenzsystemen unterhalb von +/- 0,75 mm liegen.
Metrologie für die Gesellschaft
Vorrichtung zur mechanischen Stimulation des Wachstums von Knorpelgewebe
Eine im Rahmen einer Kooperation der PTB mit der Charité in Berlin entwickelte Vorrichtung ermöglicht die mechanische Stimulation von Knorpelgewebe bei gleichzeitiger in situ Messung der Steifigkeit des Gewebes schon während des Kultivierungsprozesses. In ersten Tests konnte ein positiver Einfluss auf das Wachstum nachgewiesen werden.
Herstellung von Messblenden mittels Heißprägen und Laserbearbeitung
Für die AG „Durchflusszytometrie und Mikroskopie“ werden Messblenden zur Zellzählung hergestellt. Der verarbeitungstechnisch anspruchsvolle Werkstoff Cyclo-Olefin-Copolymer (COC) sowie die besondere Geometrie schließen spanende Bearbeitungsverfahren weitestgehend aus. Eine geeignete Fertigungskette mit den Schritten Heißprägen und Laserbearbeitung ist entwickelt und erfolgreich erprobt worden.
Konstruktion und Fertigung eines zylindrischen Wasserkalorimeters
Zur Bestimmung der Wasser-Energiedosis an klinischen Beschleunigern wurde ein neuartiges Wasserkalorimeter entwickelt, welches Messungen unter praxisnahen Bestrahlungsbedingungen, z.B. überlagerte Strahlungsfelder aus unterschiedlichen Winkeln, ermöglicht. In der Folge ermöglicht dies nun die direkte Kalibrierung klinischer Dosimeter unter „planspezifischen“ Bedingungen.
Internationale Angelegenheiten
Abteilung Fertigungsmesstechnik aktiv bei Organisation internationaler Fachkonferenzen
Mitarbeiter der Abteilung Fertigungsmesstechnik engagieren sich bei der Organisation von sowie mit Fachbeiträgen zu den internationalen Konferenzen „Nanoscale 2010“, „Laser Metrology 2011“ sowie „Macroscale 2011“.
EURAMET Project 1105 - Bilaterale Vergleichsmessung an Normalen für Mikro-KMG
In den Jahren 2009 und 2010 führten das METAS und die PTB bilaterale Vergleichsmessungen an Normalen für Mikro-Koordinatenmessgeräte durch. Dabei wurden eine spezielle Halbkugelplatte sowie eine Kugel und ein Ring mit je 1 mm Durchmesser gemessen. Die Messergebnisse stimmten sehr gut im Bereich der angegebenen Messunsicherheiten überein.
© Physikalisch-Technische Bundesanstalt, letzte Änderung: 2012-12-12,
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