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Fertigungskette von Si-Kugeln und interferometrische Bestimmung des Kugelvolumens

Fertigungsmesstechnik

Abteilung 5

Nachrichten aus Jahresbericht 2011

Grundlagen der Metrologie

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.

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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.

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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...

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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.

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Metrologie für die Wirtschaft

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...

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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.

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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.

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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.

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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.

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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...

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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.[mehr]


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.[mehr]


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. [mehr]


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Internationale Angelegenheiten