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Die rückführbare Kalibrierung von Drehmomentmessgeräten im Messbereich oberhalb von 1 MN∙m ist bisher weltweit nicht möglich, aber eine Anlage für 5 MN∙m befindet sich im Aufbau. Die neue Technologie der PTB gestattet jedoch durch die Verschachtelung mehrerer Messwertaufnehmer eine gezielte Vervielfachung des zu kalibrierenden Bereichs. Durch dieses Messprinzip können Messwertaufnehmer kombiniert und für größere Belastungen in der Drehmomentmessung ausgelegt werden.

Zur Bestimmung der Maßgenauigkeit von gleichmäßig aufgeteilten kreisförmigen Körpern (beispielsweise Prüflingen wie Zahnräder) wird das sogenannte Rosettenverfahren eingesetzt. Das herkömmliche Rosettenverfahren benötigt in Abhängigkeit von der Teilungszahl N insgesamt N² Antastmessungen. Das führt zu sehr zeitaufwändigen und somit teuren Messungen. Mit dem neuen, verbesserten Konzept der PTB konnte ein verkürztes Verfahren etabliert werden, das durch eine deutliche Verringerung des Messaufwands zu einer erheblichen Zeit- und Kostenreduktion führt. Die Messunsicherheit erhöht sich dabei nur unwesentlich.  

Bei der hochpräzisen Kalibrierung von Massenormalen ist die Bestimmung der Masse von an der Oberfläche angelagerten Stoffen besonders wichtig. Sie kann mithilfe sogenannter Sorptionskörper, die aus mehreren einzelnen Scheiben bestehen, bestimmt und zur Steigerung der Messgenauigkeit in Form einer Korrektur berücksichtigt werden. Ein neues Konzept aus der PTB ermöglicht sowohl eine effiziente Handhabung als auch eine einfache Reinigung der einzelnen Scheiben. Erreicht wurde dies durch eine kipp- und wippstabile Lagerung, mit der sich die einzelnen Elemente reversibel zusammensetzen lassen.

Die PTB entwickelt 3D-Mikrotaster für die Oberflächenmesstechnik von Mikrostrukturen. Dabei wurden bisherige Tastergeometrien entscheidend verändert. Insbesondere erreicht das neue Design des Mikrotasters eine relativ große Steifigkeit. Mit der damit verbundenen hohen Resonanzfrequenz wirken sich Schwingungen, angeregt durch die Bewegungen der Koordinatenmessmaschine, kaum auf den Taster aus. Durch die große Steifigkeit führen kleine Auslenkungen schon zu einem großen Ausgangssignal und damit zu einem guten Signal-Rausch-Verhältnis. Zusätzlich ist die Steifigkeit des Systems isotrop; in allen drei Raumrichtungen ist es auf einen gleichmäßigen Wert von 6000 - 8000 N/m eingestellt. Hierdurch lässt sich die Auflösung entscheidend steigern. Die Mikrotaster können in einer neuartigen Wechseleinrichtung auf den Tastköpfen sehr einfach ausgewechselt werden und bestechen somit durch kurze Rüstzeiten. Die Bauteile sind hoch präzise, aber aufgrund der einfachen Herstellung zu geringen Kosten austauschbar.

Derzeitig verfügbare Magnetkraftmikroskope detektieren die Phasenverschiebung der periodisch angeregten Cantileverspitze. Bei Distanzänderung zur magnetisierten Oberfläche verschiebt sich die Resonanzfrequenz des schwingenden Cantilevers auf Grund der sich ändernden Wechselwirkungen. Wird die Anregungsfrequenz konstant gehalten und die Antasthöhe nachgeregelt, kommt es zu einer Verschiebung der Phasendifferenz zwischen anregender und gemessener Schwingung, die als Messsignal aufgezeichnet wird.

Die neuartige Software PhDiffA wertet die Rohdaten des Systems aus und analysiert die Phasendifferenzen sehr genau über eine exakte Berechnung der Zeitmarken im Vergleich zu dem als Referenz dienenden Cantilever-Anregungssignal.

Die Zero-Crossing-Methode betrachtet hierbei Nulldurchgänge und die Peak-Detection-Methode die Extremwerte der Phasensignale. Zusätzlich ist in PhDiffA mit der Digital-Lock-in-Methode eine frequenzselektive Auswertung integriert.

Ein neues Konzept aus der PTB für die additive Fertigung (auch 3D-Druck genannt) beschreibt eine zeitsparende, präzise Erzeugung von Bauteilen, die gezielt mit magnetischen Nanopartikeln als Zusatzstoffen angereichert sind. Das Verfahren ermöglicht die schichtweise Erzeugung einer gewünschten magnetischen Anisotropie, die im späteren Produkt latent erhalten bleibt. Der nichtmagnetische Formköper erhält eine für die Praxis vorteilhafte magnetische Signatur z.B. eine Vorzugsrichtung, -achse oder -ebene der Magnetisierbarkeit.

Die rückführbare Vermessung von Asphären mit Unsicherheiten im Bereich einiger zehn Nanometer stellt eine große Herausforderung dar. Mit an der PTB entwickelten Asphärennormalen können Asphären- und Freiformflächenmessgeräte deutlich besser kalibriert werden und Vergleichsmessungen von taktilen und optischen Messverfahren an asphärischen Oberflächen durchgeführt werden.

Ulbricht-Kugeln (integrating spheres) werden oft zur Lichtstrom-Messung eingesetzt, so auch bei der Transmissionsmessung von Mikroskopobjektiven. Diese Transmissionsmessungen können jetzt mit einem neuen Zusatzelement mit verbesserter Genauigkeit durchgeführt werden. PTB-Mitarbeiter entwickelten einen speziellen Einsatz, der die Einlassöffnung der Ulbricht-Kugel dem Objektiv optimal anpasst.  Dadurch kann bei vorhandenen Kugeln eine bessere Messgenauigkeit erzielt werden.

Die zusammen mit der TU Ilmenau entwickelte hochpräzise, stufenlos messende Planck-Waage funktioniert nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation. Dabei wird der zu messende Strom durch mehrere hintereinander geschaltete Spulen und mehrere umschaltbare Widerstände auf das jeweilige Gewicht angepasst. Somit wird ein großer Messbereich von einem Milligramm bis zu einem Kilogramm erreicht, bei gleichzeitiger kompakter Bauform für den variablen Laboreinsatz. Ihre Vorteile sind der große Messbereich, kompakte Bauform und variable Einsatz.

In der Rauheitsmesstechnik wird die Oberfläche mit einem Tastschnittgerät abgetastet. Dabei werden Abweichungen in Form eines Oberflächenprofils erfasst, Kenngrößen berechnet und Profile aufgezeichnet. Die Tastspitze muss hierfür auf Basis von Normalen mit tiefen Gräben und senkrechten Wänden charakterisiert werden (relevante Norm ISO 3274).
Hierfür ist es notwendig, senkrechte Flanken mit geringer Rauheit und sehr guter Ebenheit zu erzeugen. Für andere metrologische Untersuchungen ist eine extrem scharfe Kante wichtig. Im neu entdeckten  Verfahren wird das Ätzstoppverfahren angewandt, um einen ebenen Boden in diesen Gräben zu erlangen.

Die Erfindung betrifft ein Geometriennormal, das eine erste Platte, die eine Erstplatten-Ausnehmung aufweist, die von einem Erstplatten-Rand begrenzt ist, und zumindest eine zweiten Platte, die mit der ersten Platte verbunden ist umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Platte und die zweite Platte Einkristalle sind, der Erstplatten-Rand entlang einer Kristallebene der ersten Platte verläuft und die zumindest eine zweite Platte eine Zweitplatten-Ausnehmung aufweist, die von einem Zweitplatten-Rand begrenzt wird, der entlang einer Kristallebene der zweiten Platte verläuft, so dass sich die Erstplatten-Ausnehmung und die Zweitplatten-Ausnehmung zu einer gemeinsamen Ausnehmung ergänzen.

Die Erfindung betrifft ein Messgerät, insbesondere Längen- und Winkelmessgerät, zum Messen zumindest einer Positionsänderung und/oder zumindest einer Winkeländerung, mit einem Homodyn-Interferometer, das einen Strahlteiler zum Erzeugen eines Referenz-Lichtstrahls und eines Mess-Lichtstrahls aus einem primären Lichtstrahl, einen Referenz-Reflektor zum Reflektieren des Referenz-Lichtstrahls, einen beweglich geführten Mess-Reflektor zum Reflektieren des Mess-Lichtstrahls und einen Detektor umfasst, die so angeordnet sind, dass der Referenz-Lichtstrahl und der Mess-Lichtstrahl interferieren und bei Bewegung des Mess-Reflektors ein sich veränderndes Interferenzmuster entsteht, dessen Veränderung vom Detektor erfassbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Detektor zumindest eine Detektorzeile zum zeilenförmigen Erfassen des Interferenzmusters aufweist und das Homodyn-Interferometer eine Transformationsvorrichtung umfasst, die mit dem Detektor zum Einlesen von Detektor-Messwerten verbunden und eingerichtet ist zum Transformieren der Detektor-Messwerte in einen Frequenzraum.

Bisher erfolgte die Kalibrierung stets bei definierten konstanten Durchflüssen. Diese müssen gegenwärtig über komplexe Regelmechanismen voreingestellt werden. Das neue Verfahren schlägt die Verwendung von Kavitationsdüsen vor, die dadurch gekennzeichnet sind, dass bei der Überschreitung einer Druckdifferenz zwischen Eintritts- und Austrittspunkt der Düse durch den Effekt der Kavitation der Durchfluss auf einen konstanten Wert beschränkt wird. Es handelt sich also um ein selbstregelndes System, das mit deutlich weniger apparativem Aufwand und verbesserten Parametern die Kalibrierung von Durchflussmessgeräten gestattet.

Die Erfindung betrifft ein Laser-Längenmesssystem mit einer Laserlichtquelle für erstes Laser-Licht einer ersten Wellenlänge, einem zumindest abschnittsweise konvex sphärischen Reflektor, der einen Krümmungskreis-Mittelpunkt und einen Krümmungskreis-Radius hat, einer Fokussiervorrichtung zum Fokussieren des ersten Laser-Lichts auf den Reflektor, so dass ein erster Mess-Laserstrahl entsteht, einem Retroreflektor zum Reflektieren des ersten Mess-Laserstrahls, so dass ein erster reflektierter Laserstrahl entsteht, einer Laserstrahl-Nachführvorrichtung, die zumindest auch um den Krümmungskreis-Mittelpunkt schwenkbar ist und ausgebildet ist, um den Mess-Laserstrahl dem Retroreflektor nachzuführen. und einem Interferometer zum interferometrischen Messen einer Abstandsänderung des Retroreflektors vom Krümmungskreis-Mittelpunkt anhand des ersten reflektierten Laserstrahls. Erfindungsgemäß

ist zumindest eine Quelle für zweites Laser-Licht zumindest einer von der ersten Wellenlänge verschiedenen zweiten Wellenlänge und eine Einrichtung zum Fokussieren des Laser-Lichts der zweiten Wellenlänge auf den Reflektor vorgesehen, wobei die Laserstrahl-Nachführvorrichtung ausgebildet ist zum Richten eines vom Reflektor reflektierten zweiten Mess-Laserstrahls in Richtung des Retroreflektors.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Längenmessvorrichtung, insbesondere zur absoluten Längenmessung. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Absolut-Längenmessvorrichtung mit (a) einer Lichtquelle zum Erzeugen eines ersten Strahls und zumindest eines zweiten Strahls (b) einer Frequenzversatz-Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines von null verschiedenen Frequenzversatzes zwischen den beiden Strahlen, (c) einer ersten Messstrecke, in der beim Betrieb der Absolut-Längenmessvorrichtung zumindest ein Teil zumindest eines der Strahlen läuft und (d) zumindest einem Detektor, der so angeordnet ist, dass auf ihm der erste und der zweite Strahl interferieren, so dass mindestens ein Schwebungssignal entsteht, anhand dessen eine absolute Länge der Messstrecke ermittelbar ist.

Die verlässliche, quantitative Messung von Ausgasraten von Vakuumkomponenten hat in den letzten Jahren erheblich an Bedeutung gewonnen. Mit der neuen Referenzausgasungsprobe der PTB lassen sich solche Ausgasratenmesssysteme kalibrieren und auf ein nationales Normal rückführen. Durch die kompakte Bauweise findet die Referenzausgasungsprobe in vielfältigen Einsatzszenarien Verwendung.

Die Erfindung betrifft eine Durchführung einer Leitung durch eine Durchgangsöffnung einer Wandung, wobei die Durchführung wenigstens einen Verschlusspfropfen aufweist, der eine Durchgangsbohrung aufweist, in der die Leitung geführt ist, und der derart in die Durchgangsöffnung eingesetzt ist, dass ein gasdichter Kontakt zwischen der Wandung und dem Verschlusspfropfen hergestellt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an der Leitung zumindest im Bereich des Verschlusspfropfens eine Hülse gasdicht festgelegt ist, die die Leitung umgibt und derart in die Durchgangsbohrung eingeführt ist, dass ein gasdichter Kontakt zwischen der Hülse und dem Verschlusspfropfen hergestellt ist und die Hülse entlang einer Längsstreckung relativ zu dem Verschlusspfropfen verschiebbar und um die Längsrichtung drehbar ist.

Ultrapräzise Kugeln, die lediglich Formfehler und eine Rauheit im Nanometer-Bereich aufweisen, sowie Kristalloberflächen die gleichzeitig frei von metallischen Kontaminationen sind und keine Schädigungen in der Tiefe des Werkstoffs haben, stellen höchste Anforderungen an den Fertigungsprozess. Durch das in der PTB neu entwickelte Ultrapräzisions-Fertigungsverfahren ist es möglich, Kugeln mit den aufgeführten Spezifikationen reproduzierbar herzustellen.

Für Volumenstrommessungen mithilfe der Laser-Doppler-Anemometrie (LDA) muss das Geschwindigkeitsprofil innerhalb der Rohrleitung bestimmt werden. Dazu werden die Fluidgeschwindigkeiten an mehreren Messpositionen innerhalb des Rohres vermessen. Die Geschwindigkeitsinformation ist auf eine Kalibrierung des Interferenzstreifenabstandes an einem Geschwindigkeitsnormal rück-führbar. Durch die neue PTB-Erfindung wird die Messunsicherheit der Positionsbestimmung deutlich verringert, da nun auch Informationen über die Geometrie und die Brechungsindizes des optischen Zugangs messtechnisch direkt vor Ort erfasst werden.

Zur Messung der Kraft werden im Bereich von mittleren (10 kN) bis sehr großen Kräften (größer als 10 MN) mehrere kalibrierte Kraftaufnehmer zu einem Build-up- Messsystem zusammengeschaltet. Durch steigende Anforderungen, insbesondere bei der Realisierung von großen Kraftaufnehmern bis zu 50 MN, gewinnt die Reduzierung der Messunsicherheit dieser Systeme zukünftig immer mehr an Bedeutung. Durch die spezielle Geometrie der biegeneutralen Druckverteilerplatte kommt die neue PTB-Technologie ohne aufwändige Kompensationsmechanismen aus. Trotz Verformung an den relevanten Kontaktstellen zum Kraftmessgerät tritt kein Biegewinkel auf.

Zur Messung von kleinen Winkeln werden Autokollimatoren verwendet. Der Detektor, oft ein flächenhafter CCD-Sensor, hat durch die Pixelgröße eine begrenzte Auflösung. Das neue Verfahren der PTB minimiert dabei auftretende Inter-polationsabweichungen im Subpixelbereich und ermöglicht eine bessere Auflösung der Position des Messmarkenbilds und damit des Winkels ohne zusätzliche Bauteile.

Zur genauen Bearbeitung von Silizium-Wafern muss deren Orientierung der Kristallrichtung erkannt werden. Die neue PTB-Erfindung verbessert das Bestimmungsverfahren für <110>-Wafer durch eine zusätzliche Lichtdetektion spezieller Teststrukturen auf der Oberfläche und ermöglicht erstmals einen automatisierbaren Bestimmungsprozess. Damit wird die Kristallrichtung mit sehr hoher Genauigkeit bestimmbar und die Wafer können so präziser für Bearbeitungsmaschinen ausgerichtet werden. Das Verfahren ist zudem einfach in bestehende Anlagen integrierbar.

Die anvisierten Strukturverkleinerungen in der next-generation-Lithographie (NGL) stellen die klassischen metrologischen Messmethoden vor immense Herausforderungen. Die vielversprechende Röntgenkleinwinkelstreuung erzeugt für die Charakterisierung kleinster Waferstrukturen  noch einen zu großen Beleuchtungsfleck und störende Überlagerungen typischer Streureflexe. Die PTB-Forscher umgehen diese Probleme durch ein trickreiches Neu-Design des Messfeldes, welches mit verbessertem Rausch-Signal-Verhältnis überzeugt und Messungen für 13,5nm-Belichtungsanlagen ermöglicht.

Herkömmliche Mischvorgänge aerosoler oder fluider Medien z. B. in der Abgasmesstechnik werden derzeit durch eine seitlich zur Strömungsstrecke eingespeisten Einströmung erreicht. Dabei wird eine homogene Vermischung erst durch lange Wegstrecken im Strömungskanal erreicht. Durch den neuen PTB-Einbau (s. Bild) reduziert sich diese Vermischungsstrecke, wodurch Materialkosten und Platz gespart werden können. Außerdem kann jetzt eine vollständige Durchmischung zweier Ströme ohne Bildung von Grenzschichten ermöglicht werden.

Die Vermessung von optisch schlecht reflektierenden Flächen mit geringer Messunsicherheit ist eine Herausforderung bei der Herstellung von fokussierenden Radioantennen. Eine konkrete Anwendung ist die Herstellung von astronomischen Großteleskopen für Mikrowellenstrahlung. Eine gut geeignete Methode dafür ist die optische-taktile Verwendung von Lasertracern mit Retroreflektoren. Die exakte Position der als Retroreflektor wirkenden Glaskugel wird mittels der PTB-Erfindung durch zwei multispektrale Abstandssensoren mit hoher Genauigkeit bestimmt.

Derzeit werden Ebenheitsmessungen hauptsächlich mit teuren Autokollimatoren oder Interferometern realisiert. Die PTB-Erfindung „Tiltmeter-EADS“ (Exact Autocollimation Deflectrometric Scanning) ermöglicht die Vermessung der Oberflächentopografie großer Flächen ohne solche komplexen optischen Systeme. Der vereinfachte Aufbau der PTB-Technologie verwendet einen Autokollimator lediglich als Nullinstrument, während die eigentliche Messung bzw. die Neigungsbestimmung des Probentisches über ein Tiltmeter ausgeführt wird. Damit greifen die Forscher auf einfachere Komponenten zurück, um schnellere und präzisere Messergebnisse zu erhalten. Der neue Aufbau ermöglicht zudem eine Kostenreduktion gegenüber herkömmlichen Systemen.

Die heutige Rasterkraftmikroskopie beziehungsweise atomic force microscopy, kurz AFM, steht vor der Herausforderung dreidimensionale Strukturen zuverlässig zu messen. Bisher funktioniert das nicht ganz fehlerfrei: handelsübliche Kantilever, das ist die Messnadel eines AFM, reagieren unausgeglichen, wenn sie Kräften der drei Raumdimensionen ausgesetzt sind. Forscher der PTB lösen dieses Problem mit neuen Kantilevern: diese reagieren dank ihrer neuen Struktur sensitiver bei dreidimensionalen Einflüssen und rutschen nicht beim Rastern von Schrägen unterschiedlicher Steigungen.

In modernen Tieftemperatursystemen werden zunehmend „trockene“ Kryostate verwendet, die im Vakuum, allein durch direkten thermischen Kontakt, kühlen. Kabel und elektrische Leitungen können dabei den Kühlprozess behindern. PTB-Forscher entwickelten deshalb eine neue Konstruktion zur thermischen Kontaktierung von Flachbandkabeln. Wärmeflüsse, die über die Zuleitungen zu einem Sensor gelangen, können mit der neuen Technologie minimiert werden. Das ist besonders hilfreich bei einer Temperatur unter 4 Kelvin. Durch die einfache Idee der PTB-Forscher wird eine gute thermische Kontaktierung erreicht. So kann der Wärmefluss abgeleitet werden, bevor er einen Sensor erreicht. Die Klemmung besteht aus zwei identischen Andruckplatten, die durch Verschiebung in ihrer Kanalhöhe angepasst werden können.Das System entledigt sich jeglicher Zwischenräume und garantiert dadurch eine geringe thermische Impedanz. Es ist kompakt gebaut und kann sicher im Vakuum betrieben werden. Außerdem ist es leicht über Schrauben zu lösen und kann mehrfach wiederverwendet werden.

Zur Messung der Maßhaltigkeit von gewalzten Produkten (Folien, Blechen usw.) werden im Produktionsprozess zur Erfassung von Stärken im Bereich von 5-30 μm verschiedene Verfahren benutzt. Die derzeitig besten optischen Verfahren kommen dabei auf eine Messunssicherheit > 1 μm. Für Spezialfolien und weitere Anwendungen werden jedoch wesentlich geringere Messunsicherheiten vom Markt gefordert. Das Verfahren integriert Mehrwellenlängeninterferometrie in bestehende Lasertriangulationsbasierte Sensoriken, um durch einen Korrekturpfad und über zusätzliche Phaseninformationen die Messunsicherheit auf 0,1 μm zu senken.

Zur Kalibrierung von vektoriellen Netzwerkanalysatoren werden häufig stützenlose koaxiale Luftleitungen eingesetzt. Die PTB hat für diese Anwendung mit der Firma Rosenberger das Prinzip eines koaxialen Kupplers mit einer verschiebbarer Außenleiterführung derart umgesetzt, dass eine visuelle Überprüfung der Innenleiter während der Verbindung möglich ist. Dadurch ist eine einfache und sichere Handhabung in bestehenden Messroutinen gegeben.

Die Durchflussmesstechnik benötigt für Prüf- und Kalibrierstände exakte Fluidantriebe, die kontinuierlich konstante Volumenströme erzeugen können. Die neue PTB-Technologie besteht aus zwei geschickt synchronisierten Kolbensystemen, die einen pulsationsfreien und konstanten Fluidstrom bilden können. Der Durchfluss ist außerdem problemlos und schnell variierbar. Durch optische Positionsbestimmung ist die Fördermenge zu jeder Zeit exakt bekannt und der benötigte Betriebsdruck kann ohne Regelventile erreicht werden. Das erlaubt eine Reduzierung des Bauraums, führt zu geringeren Kosten und spart Platz.