Student work

Im Fachbereich 5.1 der PTB werden Silizium basierte piezoresistive Mikrotaster zur Topographiemessung unterschiedlicher Oberflächen eingesetzt. Der im FB 5.1 entwickelte Profilscanner [1] ist dank seiner hohen Empfindlichkeit, guten Signallinearität über den vertikalen Messbereich von 100 µm und der verwendeten Mikrotaster mit Spitzen­radien bis herunter zu 50 nm in der Lage, die metrologische Lücke zwischen Tastschnittgeräten und AFMs zu schließen. Die eingesetzten Mikrotaster sind im Industriebereich für die Integration in Werkzeugmaschinen interessant, wobei hier hohe Verfahrgeschwindigkeiten zur Reduktion der Messzeit vorteilhaft sind. Um die Messgeschwindigkeit des Profilscanners weiter zu erhöhen, müssen die dynamischen Eigenschaften der Mikrotaster quantitativ untersucht und modelliert werden.

Ziel der Arbeit ist es, das dynamischen Verhalten von piezoresistiven Mikrotastern hinsichtlich der Oberflächenmessung bei Verfahrgeschwindigkeiten von bis zu 100 mm/s und einer Antastkraft von bis zu 500 µN zu charakterisieren und zu modellieren.

Ihre Tätigkeiten konzentrieren sich auf folgende Aspekte:

• Erstellung eines Versuchsaufbaus zur dynamischen Charakterisierung von Mikrotastern mittels eines Piezoaktuators und eines Faserinterferometers mit einer Bandbreite bis 200 kHz
• Durchführung von Topographiemessungen mit Mikrotastern am Hochgeschwindigkeits-Rauheitsmessaufbau mit unterschiedlichen Verfahrgeschwindigkeiten und Antastkräften
• Datenanalyse und Modellierung des dynamischen Verhaltens von Mikrotastern
• Analytische Modalanalyse von Mikrotastern für die Hochgeschwindigkeits-Oberflächenabtastung mit Siliziumspitzen sowie mit geklebten Diamantspitzen
• Dokumentation und Berichterstellung

Literatur

[1] U. Brand, M. Xu, L. Doering, et al, "Long Slender Piezo-Resistive Silicon Microprobes for Fast Measurements of Roughness and Mechanical Properties inside Micro-Holes with Diameters below 100 µm", Sensors 2019, 19, 1410; doi:10.3390/s19061410

• Ingenieurwissenschaft, Physik oder Informatik, möglichst mit Bachelorabschluss
• Programmiererfahrung (vorzugsweise LabView oder Matlab / Octave)
• Kenntnisse oder Vertiefungsvorlesungen bzgl. dynamischer Systeme sind von Vorteil
• Befähigung zum selbstständigen, zielgerichteten Arbeiten
• Ausgeprägte Team- und Kommunikationsfähigkeit

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Dr. Zhi Li
PTB Fachbereich 5.1 "Oberflächenmesstechnik"
Tel.: 0531/592-5190
Email: zhi.li(at)ptb.de