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Fertigungskette von Si-Kugeln und interferometrische Bestimmung des Kugelvolumens

Fertigungsmesstechnik

Abteilung 5

Nachrichten aus Jahresbericht 2016

Grundlagen der Metrologie

Mikroskopiebild einer präparierten Siliziumoberfläche mit erkennbaren kreisförmigen Strukturen

Die PTB stellt die denkbar glattesten Oberflächen und die denkbar kleinsten Stufen her. Dazu werden Oberflächen präpariert, die auf einer Fläche von 100 µm² und mehr auf atomarer Skala entweder komplett stufenfrei sind oder periodisch auftretende monoatomare Stufen mit Terrassenbreiten von einigen Mikrometern zeigen. Dies geschieht unter Ausnutzung der Selbstorganisation von Atomen an der...

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Für die Aufrüstung eines UHV-Rastertunnelmikroskops (UHV-STM) mit einem komplexen interferometrischen Messsystem wurde ein virtuellen 3D-Modell des bestehenden Aufbaus erstellt. Für das Upgrade zum metrologischen UHV-STM wurden modernste Methoden der 3D Erfassung, Virtualisierung und computerbasierten Simulation von komplexen optomechanischen Komponenten angewendet.

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Metrologie für die Wirtschaft

Die Rückführung auf die SI Definition des Meters basiert in der Geodäsie meist auf Messungen an Pfeilerstrecken. An der PTB wurde im europäischen Metrologieforschungsprojekt „Metrology for long distance surveying“ mit dem TeleYAG System ein optisches Primärnormal zur Rückführung dieser Basisstrecken mit geringer Unsicherheit entwickelt und verifiziert. Ein „Good Practice Guide“ fasst im Projekt...

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Ein Kalibrieraufbau für die quantitative Charakterisierung der quasi-statischen Eigenschaften von Mikro- und Nanopositioniertischen wurde entwickelt. Wesentlicher Bestandteil des Kalibrieraufbaus ist ein vierstrahliges Planspiegel-Differenzinterferometer (Jamin-Interferometer (NPL)). Durch das spezielle optische und mechanische Design des Kalibrieraufbaus wurde eine Auflösung von 14 pm und ein...

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Im Rahmen des europäischen EMRP Forschungsprojekts „Large Volume Metrology in Industry“ wurde ein intrinsisch refraktions-kompensierendes selbstnachführendes Interferometersystem, das 3D Lasermeter entwickelt. Es benötigt außer einem Feuchtesensor keine weiteren äußeren Sensoren, um auch unter rauen Bedingungen, wie sie z.B. in großen Werkhallen im Flugzeugbau typisch sind, Genauigkeiten im...

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In Kooperation mit einem Industriepartner hat die PTB neuartige Raunormale für hochauflösende Oberflächenmesstechniken entwickelt und erprobt. Hierbei kann die gewünschte Rauheit flexibel vorgegeben und skalierbar übertragen werden. Die Strukturen werden mittels fokussierten Ionenstrahlen (Focussed Ion Beam, FIB) auf ein geeignetes Substrat geschrieben. Dabei können auch die aus der...

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In der PTB wurde die Messapparatur für das Härteprüfverfahren nach Rockwell erweitert, um ein neues Verfahren für den Messablauf zu implementieren. Das Verfahren ermöglicht eine bedienerunabhängige Umsetzung und beschleunigt den gesamten Messablauf. Bei dem Verfahren wird der voraussichtliche Härtewert einer Härtevergleichsplatte bereits während der Messung abgeschätzt und, ohne weitere...

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In der Oberflächenmesstechnik werden zunehmend optische Verfahren eingesetzt. Zur Kalibrierung der Höhenmessachse von Geräten, die nur diffus reflektierende Oberflächen messen können, gab es bisher keine geeigneten Tiefeneinstellnormale. In Kooperation mit einem Industriepartner wurde daher ein Verfahren zum Aufrauen von diamantgedrehten Tiefeneinstellnormalen entwickelt. Das Verfahren beruht auf...

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Im Zuge des Aufbaus eines Kompetenzzentrums für Windenergieanlagen (CCW) erhält die PTB ein Groß-Koordinatenmessgerät mit einem Messvolumen von 5 m x 4 m x 2 m. Hiermit wird erstmals die zuverlässige Rückführung von dimensionellen Messungen großer Getriebebauteile (Zahnräder, Lagerringe, Wellen und Bremsen), wie sie z. B. in Windenergieanlagen zum Einsatz kommen, ermöglicht.

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In der Industrie und in der PTB bestehen jahrzehntelange Erfahrungen in der Kalibrierung von Zylindernormalen, wie etwa Einstellringen, mit Durchmessern bis etwa 300 mm. Im Rahmen des durch das European Metrology Research Programme (EMRP) geförderten Projektes DriveTrain wurde nun ein neuartiges Großringnormal entwickelt, erprobt und kalibriert, das einen Innendurchmesser von 600 mm aufweist. 

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Für Messungen an Zahnrädern werden Normale mit Konturen in Form von Evolventen benötigt. Bei der vorliegenden Konstruktions- und Fertigungsaufgabe war ein Normal mit einer Kombination von Innen- und Außenevolvente mit überlagerten kleinen Störungen gefordert. Die Form der geschliffenen zylindrischen Bezugsflächen der Normale mit einem Durchmesser von ca. 300 mm weicht nur wenige Mikrometer von der...

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Optisch flächenhaft antastende Mikromesssysteme werden zunehmend zur 3D Messung von Mikrobauteilen eingesetzt. In der PTB wurde die Leistungsfähigkeit derartiger Systeme untersucht. Ziel der Untersuchungen war es, die Anwendbarkeit der neuen Norm DIN EN ISO 10360-8 (2014) zur Prüfung von Koordinatenmessgeräten mit optischen Abstandssensoren auf optisch flächenhaft antastende Mikromesssysteme zu...

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Bauteile mit Geometrien im Submillimeterbereich bis hin zu einigen Millimetern (Mikroteile) spielen für viele Industriesektoren, wie den Fahrzeugbau, die Medizintechnik oder in der Telekommunikation, eine bedeutende Rolle. Oft muss deren Außen- sowie Innengeometrie mit Messunsicherheiten kleiner 1 µm geprüft werden. Im Projekt MICROPARTS, gefördert im European Metrology Research Programme (EMRP),...

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Erosive Partikel der Größenordnung 100 µm, wie Sand oder Flugasche, können zu erheblichen Schäden an Turbinen in Kraftwerken und Flugzeugen führen. Diese haben Ausfälle, bzw. Leistungseinbußen der Turbinen zur Folge, was enorme finanzielle Folgen für die Wirtschaft nach sich ziehen. Um Turbinen besser vor Erosion zu schützen, müssen neue Materialien entwickelt werden. Dazu bedarf es jedoch...

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Ein wesentlicher Anteil an geometrischen Werkstückfehlern wird durch Temperatureinflüsse auf Werkstück und Werkzeugmaschine verursacht. Im Rahmen eines europäischen Projekts wurde eine mobile Klimasimulationskammer konzipiert, um die Umgebungstemperaturen zwischen + 15 °C und + 45 °C variieren zu können. Der Einfluss unterschiedlicher Umgebungstemperaturen auf die Maschinengeometrie und die...

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Metrologie für die Gesellschaft

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Internationale Angelegenheiten

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