Aufgeraute Tiefeneinstellnormale bis 900 µm Rillentiefe für optische Messtechnik

Tiefeneinstellnormale zur Kalibrierung der Höhenmessachse von Topographiemessgeräten sind verfügbar als einzelne Rillen in Silizium [1-2], oder als eine Folge von Rillen unterschiedlicher Tiefe. Die PTB fertigt seit etwa 15 Jahren zwei verschiedene Typen von diamantgedrehten Tiefeneinstellnormalen mit Rillentiefen von 1 µm bis 900 µm [3] sowie Rillentiefen von 5 µm bis 5 mm [4]. Die Rauheit der vernickelten Oberfläche dieser Normale liegt im Nanometerbereich. Die Normale werden für die Kalibrierung von Tastschnittgeräten und optischen Oberflächenmessgeräten eingesetzt. Für optische Messgeräte, die nur diffus reflektierende Oberflächen messen können, konnten diese Einstellnormale nicht verwendet werden. In Zusammenarbeit mit dem Kooperationspartner Halle Präzisions-Kalbriernormale GmbH wurde an derartigen Normalen ein Aufrauverfahren mittels Sandstrahltechnik erprobt. Standard Edelkorund Strahlgut wurde verwendet, um auf den Oberflächen einen arithmetischen Mittenrauheit Ra zwischen 50 nm und 150 nm zu erreichen. Die ersten Prototypen wiesen 2D Rauheitsparameter von Ra = 63 nm, Rq = 81 nm und Rz = 661 nm bzw. flächenhafte Rauheits-Parameter von Sa = 63 nm, Sq = 83 nm und Sz = 1,49 µm (Filterwellenlängen λ_c = 80 µm und λ_s = 2 µm) auf. Die Formabweichung der Normale nahm durch die Sandstrahlbehandlung nur unwesentlich zu (s. Abb. 1), so dass die erreichbaren Unsicherheiten der Rillentiefen in etwa vergleichbar zu den der nicht aufgerauten Normale sind.

Die Normale wurden bei einem Kunden erfolgreich getestet und sollen zukünftig vom Kooperationspartner gefertigt und vertrieben werden.

Abb. 1 Gemessenes Tastschnittprofil einer 600 µm Rille eines aufgerauten Tiefeneinstellnormals mit Zoom des Rillengrundes (unteres Teilbild) und der Übergänge in den oberen Bezugsbereich (oberes Teilbild). Rot markiert ist der Bereich für die Auswertung der Rillentiefe in Analogie zu ISO 5436-1.

Literatur

[1] J. Frühauf, S. Krönert, U. Brand, und R. Krüger-Sehm, „Reachable precision of silicon dimensional standards“, in 4th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology (EUSPEN), 2004, S. 217–218.
[2] J. Frühauf, S. Krönert, und U. Brand, „Tiefen- und Längennormale aus Silizium“, Tech. Mess., Bd. 7/8, S. 326–332, 2001.
[3] U. Brand u. a., „Rückführbare Präzisions-Tiefen-Einstellnormale für Me\s sbereiche von 1 μm bis 1 mm Traceable and Precise Depth Setting Standards for Measurement Ranges from 1 μm to 1 mm“, Tm-Tech. Mess., Bd. 66, Nr. 12, S. 496–503, 1999.
[4] U. Brand, H. Schnädelbach, R. Schödel, C. Feist, und G. Hinzmann, „New depth-setting standards with grooves up to 5 mm depth“, Proc Euspen, S. 438–441, 2006.