Logo PTB

Härte und taktile Antastverfahren

Arbeitsgruppe 5.11

Entwicklung von Tastschnittverfahren

In der Arbeitsgruppe wird durch den Aufbau einer Gerätestudie die Tastschnittgerätetechnik weiter entwickelt:

  • Verbesserte Auflösung und vergrößerter vertikaler Messbereich
  • Messunsicherheit vertikal 1 nm entsprechend der Unsicherheitsberechnung in Richtlinie Opens external link in new windowDKD 4-2 Teil 1
  • Verringerung der Antastkraft mit einem luftlagergeführten Taster
  • Flächenhafte Abtastung der Oberfläche durch Bewegen der Probe mit einem luftgelagerten Tisch
  • Einsatz unterschiedlicher Antasttechniken (optisch, mechanisch)

Spezifikationen:
- Vertikaler Messbereich 100 µm
- Rauschen vertikal < 1nm
- Vertikale Auflösung 0,01 nm
- Horizontaler Verstellbereich 70 mm x 70 mm
- Antastkraft 5 µN bis 700 µN

Luftlagergeführter Taster (LUPO)

Der luftlagergeführte Taster wurde in der PTB entwickelt, um folgende Eigenschaften zu realisieren:


  • Lineare Bewegung, um direkte Kalibrierung mit Verschiebeinterferometer zu ermöglichgen
  • Einstellbare Antastkraft durch magnetisch erzeugte Gewichtskompensation
  • Konstante Antastkraft unabhängig von der Auslenkung (bis ca ± 40 µm)
  • Austauschbare Tastspitze
  • Hohe seitliche Steifheit verbunden mit Reibungsfreiheit in Bewegungsrichtung
  • Geringe thermische Belastung
  • Messung mit induktivem Messsystem
  • Messung mit Verschiebeinterferometer
  • Bewegungsbereich 1mm zur Vermeidung von Überlastproblemen
  • Messbereich 100 µm

Eine ausführliche Beschreibung ist in dem Beitrag zur Oberflächentagung in Chemnitz 2004 vorgestellt. (Link entfernt da nicht erreichbar)

Entwicklung eines höchpräzisen xy-Tisches für Flächen abtastende Tastschnittverfahren

Wenn statt eines einzelnen Profilschnittes die Oberfläche eines Körpers abgetastet werden soll, müssen sehr viele Profilschnitte parallel zueinander durchgeführt werden. Der Taster muss jetzt nicht mehr in konstanter Höhe auf einer geraden Linie sondern in konstanter Höhe auf einer Fläche geführt werden. Diese Anforderung wurde zusammen mit anderen extremen Anforderungen (wie z.B. Rauscharmut, Geschwindigkeitskonstanz, Geradheit der Profilschnitte) an einer Studie mit einem hochpräzisen xy-Tisch verwirklicht, mit dem ein Prüfkörper unter einem Antastsystem, z.B. dem LUPO rasterförmig abgescannt werden kann.

Der xy-Tisch, der die Probe trägt, ist auf einem mit Vakuum vorgespannten Luftlager auf einer hochgenau ebenen Granitfläche gelagert. Für die x-Bewegung wird er seitlich am x-Lineal mit einem ebensolchen mit Vakuum vorgespannten Luftlager geführt. Für die y-Bewegung wird das x-Lineal wiederum mit einem ebensolchen mit Vakuum vorgespannten Luftlager längs des y-Lineals geführt. Im Gegensatz zur "Huckepack"-Konstruktion kommen hier die geringen Ebenheitsabweichungen der Basis voll der ebenen Bewegung des Tische zugute. Diese Tischlagerung zusammen mit besonders störungsarmen x- und y- Antrieben führte zu z-Rauschwerten bei der Tischbewegung, die als Rz einer Oberfläche ausgedrückt, kleiner als 3 nm sind. Damit erreicht diese Studie inzwischen die gleichen Rauschwerte, die die besten kommerziellen Profilometer z.Zt. aufweisen.