Tiefeneinstellnormale zur Kalibrierung der Höhenmessachse von Topographiemessgeräten werden von einer Reihe Herstellern angeboten und können über diese bezogen werden.

 Verfügbar sind Tiefeneinstellnormale

• als eine einzelne, in Silizium geätzte Rille [1-2] oder,  
• als eine Abfolge verschiederer Rillentiefen, präzisionsgerdreht in nickelbeschichtetem Kupfer.

Die PTB fertigte seit etwa 2004 zwei verschiedene Typen von diamantgedrehten Tiefeneinstellnormalen mit

• Rillentiefen von 1 µm bis 900 µm [3] sowie
• Rillentiefen von 5 µm bis 5000 µm [4] an.

Die Fertigung soll aber auslaufen sobald Industrieunternehmen gefunden sind, die die Fertigung übernehmen. Für die Normale bis 900µm sind bereits Industriepartner gefunden. Diese Normale werden daher von der PTB nicht mehr angeboten.

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 diese Einstellnormale aber nicht verwendet werden.

PTB-Normale

Härte: 500 HV (Nickelschicht)
Rauigkeit: Ra = 1 nm
Ebenheit: 50 nm über 20 mm
 

Tiefeneinstellnormale von 1 bis 900 µm Auf diesen Normalen sind sechs Messrillen mit den nominellen Tiefen 1 / 5 / 20 / 50 / 200 / 600 / 900 µm aufgebracht. Zusätzlich ist vor und hinter dem Rillenpaket noch jeweils eine Referenzrille von 450 µm Tiefe angelegt. Diese Referenzrillen können als Antastpunkt bei Tastschnittgeräten verwendet werden, wenn der Tastarm sowohl in positive wie negative Richtung ausgelenkt werden soll.

Abb. 1 PTB 900 µm Tiefeneinstellnormal

Tiefeneinstellnormale von 5 bis 5000 µm

Das 5 bis 5000 µm Normal weist die Rillentiefen 5 / 50 / 450 / 1000 / 2000 / 5000 µm auf. Auch hier sind vor und hinter den Messrillen noch 450 µm tiefe Referenzrillen vorhanden.

 Abb, 2 PTB 5000 µm Normal

Aufgerraute Rillennormale mit diffus reflektierende Oberflächen

In Zusammenarbeit mit dem Kooperationspartner Halle Präzisions-Kalbriernormale GmbH wurde an 900 µm Normalen ein Aufrauverfahren mittels Sandstrahltechnik entwickelt. Dabei wird Standard Edelkorund Strahlgut verwendet, um auf den Oberflächen eine arithmetische 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 λc = 80 µm und λs = 2 µm) auf.
 
Die Formabweichung der Normale nahm durch die Sandstrahlbehandlung nur unwesentlich zu (s. Abb. 3), so dass die erreichbaren Unsicherheiten der Rillentiefen nur geringfügig über denen der nicht aufgerauten Normale liegen.

Abb. 3 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.

Diese aufgerauten - aber auch glatte - Normale werden von unserem Kooperationspartner gefertigt und vertrieben.

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.