Taktiler Mikrotaster für Mikrokoordinatenmessgeräte

Mikrokoordinatenmessgeräte (µKMG) können heute kleinste Zahnräder, Einspritzdüsen oder Mikrokanäle für die Biochemie mit Messunsicherheiten von deutlich unter 0,5 µm vermessen. Einen Schwachpunkt bisheriger kommerzieller Systeme stellen die Antastelemente der Mikrokoordinatenmessgeräte dar. Sie sind relativ teuer in der Herstellung und reagieren zudem recht stark auf Schwingungen, die durch die Bewegung des Koordinatenmessgerätes entstehen. Die PTB hat jetzt einen 3D-Mikrotaster für die dimensionelle Vermessung von Mikrostrukturen entwickelt, der bei Kosten und Präzision eine große Verbesserung darstellt.

Der neue Mikrotaster wird in Hybrid-Silizium-Technik – also unter Verwendung von lithografischen und mikromechanischen Techniken – hergestellt. Somit kann eine große Anzahl von Tastern gleichzeitig hergestellt werden, was die Kosten bei Herstellung und auch beim Austausch senkt. Weil die Mikrotaster in einer neuartigen Wechseleinrichtung auf den Tastköpfen sehr einfach ausgewechselt werden können, bestechen sie außerdem durch kurze Rüstzeiten.

Zusätzlich ist der neue Mikrotaster präziser als bisherige Systeme. Um das zu erreichen, wurden bisherige Tastergeometrien entscheidend verändert. So wurde vor allem eine deutlich höhere Stei­figkeit erreicht. Das hat gleich mehrere Vorteile: Wegen der damit verbundenen hohen Resonanz­frequenz wirken sich Schwingungen nun kaum noch auf den Taster aus. Die große Steifigkeit ermöglicht es, dass kleine Auslenkungen schon zu einem großen Ausgangssignal führen, sodass ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis erreicht wird. Darüber hinaus ist die Steifigkeit des Systems isotrop. Daher konnte es in allen drei Raumrichtungen auf einen gleichmäßigen Wert von 6000 N/m - 8000 N/m eingestellt werden, was die Auflösung entscheidend steigerte.

Die neuen 3D-Mikrotaster arbeiten also hochpräzise und sind dennoch aufgrund der einfachen Herstellung zu geringen Kosten austauschbar. Dazu passende, ebenfalls in Hybrid-Silizium-Bauweise hergestellte Mikroprüfkörper mit Rauheiten im nm-Bereich sind patentiert und können ebenfalls bemustert werden.

Sowohl Antastelemente als auch Prüfkörper stehen in geringer Stückzahl für Kooperationspartner zur Verfügung. Die Technologie kann aber auch insgesamt lizenziert werden.