Logo PTB

Taktile Antastverfahren

Arbeitsgruppe 5.11

Profil

Die Arbeitsgruppe ist zuständig für taktile Oberflächenmessungen und die Messung kleiner Kräfte. Sie entwickelt

  • Referenz-Oberflächenmessgeräte mit taktilen Sensoren, insbesondere ein Messgerät für Oberflächenmessungen in Strukturen mit großem Aspektverhältnis (Gas- und Einspritzdüsen)
  • neue Tastsensoren für schnelle, präzise, zerstörungsfreie Oberflächenmessungen
  • Maßverkörperungen, Normale und Messverfahren für die Antastkraft von Tastschnittgeräten, Nanoindentern und Rasterkraftmikroskopen
  • Mess- und Auswerteverfahren für die Bestimmung des Radius und der Form von Tastspitzen, Indentern und Mikroradiennormalen
  • Aufbau und Inbetriebnahme einer Kraftmesseinrichtung zur Kraftmessung im Nano- und Subnanonewtonbereich.

Nach oben

Forschung/Entwicklung

Innovative Tastsensoren

  • Piezoresistive Si-Mikrotaster für schnelle Rauheitsmessungen in Düsen und Bohrungen mit Durchmessern kleiner 100 µm (Profilscanner für Strukturen mit großem Aspektverhältnis) [1]
  • Mikro-Elektro-Mechanische-Systeme (MEMS) mit denen kleine Auslenkungen und Kräfte im Nanobereich gemessen werden können [2]. Anwendungsbereiche: schnelle Oberflächenmessung [3], oberflächennahe Messung von E-Modul und Härte [4] und Kalibrierung der Steifigkeit von AFM-Cantilevern [5]
  • Rrückgeführtes, linear luftgelagertes Tastsystems (Lupo), das Antastkräfte im Bereich von 50 µN bis 700 µN erlaubt (taktiles Referenzmessgerät HRTS [6]).
    Bei weichen Materialien ist für die Bestimmung von geometrischen Größen mittels taktiler Verfahren ein besonderes Augenmerk auf die Tastspitzenform und die Tastkräfte in Verbindung mit den Materialeigenschaften zu richten [7], [8].

 

Referenznormale zur Kalibrierung der Antastkraft, des Spitzenradius und der z-Messachse

  • Si-Mäander-Referenzfedersensoren [9], [10] zur Kalibrierung der Antastkraft von Koordinatenmessgeräten, Nanoindentern und AFM
  • MEMS-Doppelfedersensoren zur Kalibrierung der Antastkraft und Auslenkung von Tastschnittgeräten, Nanoindentern und AFM [11]
  • Tastspitzenprüfnormal für die Kalibrierung des Radius und der 2D-Form von Diamanttastspitzen konventioneller Tastschnittgeräte und von speziellen Silizium-Tastspitzen ( Initiates file downloadFlyer_Tastspitzenprüfnormal_PTB_2017) [12]
  • diamantgedrehte Tiefeneinstellnormale für optische und taktile Oberflächenmessgeräte
  • Tiefeneinstellnormale bis 5 mm Rillentiefe mit optischer Oberflächenqualität
  • aufgerauhte Tiefeneinstellnormale für optische Messgeräte
  • periodische Tiefeneinstellnormale für Sonderanwendungen

 

Nanoindentationstechnik mit MEMS-Sensoren

 

Tastspitzen- und Indenter-Radien- und Formmessung

  • Verfahren zur Ermittlung des Radius und der Form von sphärischen Tastspitzen (konfokale Mikroskopie, Referenzkugeln, Gitterstrukturen, Rechteckrillen, scharfkantige Diamantkanten, Tastspitzen-Prüfnormale, 3D-Elektronenmikroskopie, metrologische AFM, Referenzmaterialien)
  • Messverfahren und Algorithmen zur Bestimmung der Kontaktfläche (Flächenfunktion) von Indentern  
  • Kalibrierverfahren für Mikro-Radiennormale

 
 

Nanokraft

 

  • Aufbau, Inbetriebnahme und Betrieb der Nanokraftnormalmesseinrichtung (NKNM) [13]. Die NKNM ist gleichzeitig Kraftsensor und Kraftaktor mit Rückführung auf das SI-System. Es können Kräfte ≤ 10 µN mit 0,1 pN Auflösung und einer relativen Unsicherheit von 10-3 bei 1 nN gemessen werden [14].
    Angestrebt werden:
    Kraft-Messbereich (Fm): 0,1 pN ≤ Fm < 10 µN
    Angestrebte Unsicherheit: 10-3 bei 1 nN
    Steifigkeitsbereich (k): 10-6 N/m - 10 N/m
    Angestrebte Unsicherheit: 10-3 bei k = 10-3 N/m
    Wichtigster Kraftbereich: 1 pN – 100 nN
  • DFG-Vorhaben „Untersuchung der lichtinduzierten Anziehungskraft zwischen zwei Metallkörpern im Subwellenlängenabstand“ [15], [16]

 

 

Opens internal link in current windowLiteraturverweise [1] - [16]

Nach oben

Dienstleistungen

Die Arbeitsgruppe kalibriert:

•    Radiennormale mit R ≤ 20 µm
•    Antastkraftnormale für Tastschnittgeräte
•    Kraft-Weg-Normale für Martenshärtemessgeräte
•    Cantilever und Referenz-Cantilever für Rasterkraftmikroskope
•    Tiefen-Einstellnormale für Messbereiche von 10 µm bis 5 mm
•    Mikro- und Nanokraftsensoren
•    Eindringkörper für Härtemessungen

Nach oben

Informationen


Geräte und Aufbauten

Referenz-Tastschnittgerät (HRTS)

 

 

 

Kurzbezeichnung

 

Prinzip

 

 

 

 

 

Erweiterte Mess­unsicherheit (k = 2)

 

Messbereich

HRTS

 

luftgeführter Taster mit variabler Antastkraft (100 µN – 700 µN) und inter­fero­metrischer Auslenkungs­messung

 

6 nm (2D)

33 nm (3D)

105 nm (Radius)

50 x 50 mm² x
240 µm

Profilscanner

 

Kurzbezeichnung

 

Prinzip

 

 

 

 

 

Erweiterte Mess­unsicherheit
(k = 2)

 

Messbereich

Profilscanner

 

Piezoresisitiver Si-Mikrotaster mit geregelter Antastkraft (Fmin = 1 µN) und interferometrischer Positionsmessung

 

10 nm (3D)

 

 

800 x 800 x 250 µm³

Mikrokraftmesseinrichtung



Kurzbezeichnung

 

Prinzip

 

 

 

Erweiterte Mess­unsicherheit
(k = 2)

Messbereich

MKME

 

Steifigkeitsmesseinrichtung mit Kompensationswaage und Nanopositionierer

 

4 % (Steifigkeit)

3,5 % (Auslenkung)

3 % (Kraft)

Maximum: 500 mN, 90 µm

Minimum: 50 nN, 50 nm

Cantilever-Steifigkeitsmesseinrichtung

Kurzbezeichnung

 

Prinzip

 

Erweiterte Mess­unsicherheit
(k = 2)

 

Messbereich

kMEMS

 

MEMS-Referenzfeder-Aktor

 

5 % (Steifigkeit)

 

 

0,01 N/m < Steifigkeiten< 300 N/m

Interferometeraufbau für die Charakterisierung von Verschiebetischen


Kurzbezeichnung

 

Prinzip

 

Erweiterte Mess­unsicherheit
(k = 2)

 

Auflösung

 

Messbereich

Downs-Interferometer

 

Jamin-Interferometer

 

 

 

 

 

12,5 pm

 

10 µm

Tastschnittgerät Tencor P17


 

Kurzbezeichnung

 

Prinzip

 

 

 

 

Erweiterte Mess­unsicherheit
(k = 2)

 

Messbereich

Tencor P17

 

Tastschnittgerät mit variabler Antastkraft (5-500 µN) und kapazitiver Auslenkungsmessung

(22 + d in mm ) nm (z)

 

 

 

 

100 x 100 x 1 mm³

Oberflächenmessgerät Mahr LD120

 

Kurzbezeichnung

Prinzip

 

 

 

 

Erweiterte Mess­unsicherheit
(k = 2)

Messbereich

Mahr LD120

Tastschnittgerät mit variabler Antastkraft (0,5 – 5 mN) und interferenz-optischer Auslenkungsmessung

(22 + d in mm) nm (z)

 

 

120 x 50 x 12 mm3

Nanoindenter Hysitron TI950


Kurzbezeichnung

 

Prinzip

 

 

Erweiterte Mess­unsicherheit
(k = 2)

 

Messbereich

TI950

 

Instrumentierte Eindringprüfung

 
 

 

 

 

2 % (Kraft)

2 % (Eindringtiefe)

2 % (Steifigkeit)

F: 1 µN…10 mN

Weißlichtinterferometer TMS 300

 

 

 


Kurzbezeichnung

 

Prinzip

 

Erweiterte Mess­unsicherheit
(k = 2)

 

Messbereich

TMS 300

 

Weißlichtinterferometer

 

10 nm

 

 

 

13000 x 10000 x 500 µm³

Nach oben