Leiter der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Dr. Dr. Jens Simon
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Ein Mikrovolumennormal für die Überprüfung von optischen Messgeräten zur Rasterwalzenmessung wurde von der PTB im Rahmen einer Kooperation mit der Benecke-Kaliko AG entwickelt. Das Normal besteht aus periodischen V-förmigen Rillen und wurde mit Hilfe des Diamantdrehverfahrens im Wissenschaftlichen Gerätebau der PTB hergestellt. Das Herstellungsverfahren entspricht dem der bewährten PTB-Tiefeneinstellnormale [1], d.h. zunächst werden die Rillenstrukturen mittels Diamantdrehens in eine Scheibe aus sauerstofffreiem Kupfer eingebracht. Die Scheibe wurde danach mit einer Verschleißschutzschicht aus Nickel beschichtet und anschließend erneut diamantgedreht, um eine glatte Oberfläche zu erhalten. Mittels Drahterodierens wurde die Scheibe in zwölf gleich große Stücke zerschnitten.
Das neue Normal enthält zwei Bereiche mit unterschiedlicher Rillentiefe von 20 µm bzw. 50 µm, die jeweils 10 mm breit sind (s. Abb. 1). Der Öffnungswinkel der Rillen beträgt 70 °, die Stegbreite 24 µm und das Verhältnis von Steg- zu Rillenbreite 1:29 bzw. 1:9. Die Spezifikationen der beiden Rillenstrukturen sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
Tabelle 1 Spezifikationen des neuen Mikrovolumennormals
Tiefe d | Verhältnis Stegbreite/ Rillenbreite | Steg- breite s | Napf- tiefe d | Rillen- breite *) w | Kanten- breite e | Perioden- länge L | Volumen V/m2 |
µm | µm | µm | µm | µm | µm | cm3/m2 | |
20 | 1:29 | 24 | 20 | 710 | 14 | 762 | 19,0 |
50 | 1:9 | 24 | 50 | 220 | 35 | 314 | 40,6 |
*) untere Breite der Rille
Zur Nutzung der Normale bei der Kalibrierung bzw. Überprüfung von Oberflächen-Messgeräten für die Rasterwalzenmessung wurden mit dem Kooperationspartner gemeinsam Vorschläge für eine Richtlinie erarbeitet, die Grundlage für eine Anwenderrichtlinie sein soll. Zu überprüfende Messgrößen sind die Napftiefe d und das Napfvolumen V pro Fläche. Das Napfvolumen pro Rille auf einer Fläche von einem Quadratmeter berechnet sich mit der Definition der Periodenlänge L = s + w + 2e näherungsweise zu
Die Normale werden zurzeit unter industriellen Bedingungen getestet und sollen zukünftig zur Überprüfung der eingesetzten Messtechnik für Rasterwalzen verwendet werden. Die Kalibrierung sowohl der Napftiefe als auch des Volumens soll mit Hilfe von Tastschnittgeräten erfolgen. Eine wesentliche Voraussetzung dafür ist die genaue Kenntnis des Tastspitzenradius. Künftig soll für diese Messaufgabe das in der PTB entwickelte hochauflösende 3D-Profilometer HRTS mit dem ebenfalls selbst entwickelten Taster LUPO [2] eingesetzt werden. Es wird erwartet, dass damit eine Messunsicherheit für das Volumen von 0,5 % erreicht wird.
Abb. 1 Design des neuen periodischen Mikrovolumennormals zur Überprüfung von Rasterwalzenmessgeräten
Literatur
[1] „Tiefen-Einstellnormale für Messbereiche von 1 µm bis 5 mm“. [Online]. Verfügbar unter: www.ptb.de/cms/ptb/fachabteilungen/abt5/fb-51/ag-511/mikromesstechniknormale/tiefeneinstellnormale0.html. [Zugegriffen: 28-Sep-2016].
[2] P. Thomsen-Schmidt, „Characterization of a traceable profiler instrument for areal roughness measurement“, Meas. Sci. Technol., Bd. 22, Nr. 9, S. 94019, Sep. 2011.
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