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Production sequence of Si-spheres and interferometrical determination of the sphere volume

Konstruktion und Fertigung eines Neigungssensors zur Stabilisierung des Tisches für das neue Nanokraft-Primärnormal

01.12.2010

 

(siehe hierzu auch den Bericht „Kalibrierung der Nanokraftmesseinrichtung mit Kräften kleiner 1 nN mittels Neigung“ in:
Nachrichten aus Jahresbericht 2009, Grundlagen der Metrologie )

Für die Nanokraftmesseinrichtung wurde ein Neigungssensor entwickelt und gefertigt, der auf kapazitivem Weg die Neigung eines optischen Tisches in 2 Achsen mit einer Auflösung von einigen Pikorad misst. Dieser Neigungssensor ist einer der zentralen Bestandteile des neuen Nanokraft-Primärnormals, kann aber auch für andere Aufgaben eingesetzt werden..

Das Messprinzip wird durch einen an einem Draht hängenden Zylinder, der sich in einem Rohr befindet, realisiert. Der Zylinder aus Aluminium ist innen hohl, um das Gewicht so weit wie möglich zu reduzieren. Der Außendurchmesser beträgt 70 mm, die Höhe 90 mm. Die durch Rundschleifen hergestellten Bauteile besitzen eine Formtoleranz von 2 µm. Durch den Integrationseffekt wird erwartet, dass der Einfluss auf die Empfindlichkeit im nicht messbaren Bereich liegt. Der Einfluss auf die Linearität wird bei der Kalibrierung mit präzisen Neigungsmessern festgestellt.

Erste Messungen dazu sind in Vorbereitung.

Die Innenwand eines beschichteten Zerodur-Rohres wurde in 4 leitfähige Segmente mit identischen Flächen aufgeteilt. Diese bilden 4 zum Zylinderpendel korrespondierende Kondensatorflächen. Der Luftspalt zwischen dem Pendel und den 4 Flächen beträgt ca. 50 µm.

 

Abb. 1: Schematische Draufsicht auf den Neigungssensor

 

Zur Justage der Mittellage kann das hängende Pendel mittels eines x-y-Tisches, welcher im Deckel des Aufbaus überkopf befestigt ist, um ±5 mm verfahren werden.

 

Abb. 2: Schnitt durch den Neigungssensor

 

Als fertigungstechnisch besonders anspruchsvoll zeigt sich die Gestaltung des Zylinders als segmentierter Kondensator mit umlaufender Kontaktierung zur Außenfläche. Hierzu musste die PVD-Anlage derart umgerüstet werden, dass eine Innen- und Außenbeschichtung mit Gold in einem Prozess ohne Belüftung der Anlage möglich wurde. In die Beschichtungsanlage musste hierzu eine Rotationsvorrichtung integriert werden. Weiterhin wurden die 4-Achs Robotik und Strahlführung einer Anlage zur Laserstrukturierung derart modifiziert, dass mit dem jetzt um 90° umgelenkten UV-Laserstrahl die Zylinderinnenfläche über die gesamte Höhe und den gesamten Umfang strukturiert werden kann.

 

Abb. 3: CAD Modell des Gesamtaufbaus für die Laserbearbeitung

 

 
Abb. 4: Blick auf den beschichteten Zylinder in der Laser-Bearbeitungsanlage

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