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Fertigungskette von Si-Kugeln und interferometrische Bestimmung des Kugelvolumens

Neue multifunktionale Mikrotaster erfolgreich auf Messmaschinen getestet

15.01.2023

Für die Herstellung von Materialien und Beschichtungen, die in moderner Technologie eingesetzt werden, ist die Überwachung der Oberflächenqualität von entscheidender Bedeutung. Eine hochwertige Fertigung erfordert eine genaue Messung von Eigenschaften wie Rauheit, Elastizität und Verschmutzung.

Im dem zum Jahresende 2021 abgeschlossenen EMPIR-Projekt 17IND05 MicroProbes (Multifunktionale ultraschnelle Mikrotaster für Messungen auf der Maschine) wurden schnelle taktile Mikrotaster für Topografiemessungen und die Messung mechanischer Eigenschaften von Oberflächen [1] in der Industrie entwickelt. Neben einer Dämpfung [2] wurden Diamanttastspitzen für eine verbesserte Verschleißfestigkeit und Verfahren zur Bestimmung der Spitzengeometrie [3] entwickelt. Durch die Integration solcher Mikrotaster in den Fertigungsprozess kann die Inline-Produktinspektion von Werkstücken im Vergleich zu Offline-Methoden 30-mal schneller erfolgen [4].

Zu den Projekterfolgen gehören:

Oberhalb eines quaderförmigen Spiegels ist ein Mikrotaster mit 5 mm langem Biegebalken zu sehen. Der Mikrotaster hängt über dem Messobjekt an einer Halterung, die unter einem Scantisch montiert ist. Auf dem Scantisch sind darüber hinaus drei kleine Spiegel montiert.
Abb. 1: Schneller Silizium-Mikrotaster am Profilscanner der PTB während einer taktilen Topografiemessung eines Planspiegels


Literatur

  1. Fahrbach, M.; Friedrich, S.; Cappella, B.; Peiner, E. Calibrating a High-Speed Contact-Resonance Profilometer. Journal of Sensors and Sensor Systems 2020, 9, 179–187, doi:10.5194/jsss-9-179-2020.
  2. Fahrbach, M.; Xu, M.; Nyang’au, W.O.; Domanov, O.; Schwalb, C.H.; Li, Z.; Kuhlmann, C.; Brand, U.; Peiner, E. Damped Cantilever Microprobes for High-Speed Contact Metrology with 3D Surface Topography. Sensors 2023, 23, 2003, doi:10.3390/s23042003.
  3. Xu, M.; Zhou, Z.; Ahbe, T.; Peiner, E.; Brand, U. Using a Tip Characterizer to Investigate Microprobe Silicon Tip Geometry Variation in Roughness Measurements. Sensors 2022, 22, 1298, doi:10.3390/s22031298.
  4. Xu, M.; Li, Z.; Fahrbach, M.; Peiner, E.; Brand, U. Investigating the Trackability of Silicon Microprobes in High-Speed Surface Measurements. Sensors 2021, 21, 1557, doi:10.3390/s21051557.
  5. Fahrbach, M.; Friedrich, S.; Behle, H.; Xu, M.; Cappella, B.; Brand, U.; Peiner, E. Customized Piezoresistive Microprobes for Combined Imaging of Topography and Mechanical Properties. Measurement: Sensors 2021, 15, 100042, doi:10.1016/j.measen.2021.100042.
  6. Friedrich, S.; Cappella, B. Application of Contact-Resonance AFM Methods to Polymer Samples. Beilstein J. Nanotechnol. 2020, 11, 1714–1727, doi:10.3762/bjnano.11.154.
  7. Fahrbach, M.; Peiner, E.; Xu, M.; Brand, U. A5.4 Self-Excited Contact Resonance Operation of a Tactile Piezoresistive Cantilever Microprobe with Diamond Tip. SMSI 2021 - Sensors and Instrumentation 2021, 73–74, doi:10.5162/SMSI2021/A5.4.
  8. Brand, U.; Xu, M.; Doering, L.; Langfahl-Klabes, J.; Behle, H.; Bütefisch, S.; Ahbe, T.; Peiner, E.; Völlmeke, S.; Frank, T.; et al. Long Slender Piezo-Resistive Silicon Microprobes for Fast Measurements of Roughness and Mechanical Properties inside Micro-Holes with Diameters below 100 Μm. Sensors 2019, 19, 1410, doi:10.3390/s19061410.
  9. Teir, L.; Lindstedt, T.; Widmaier, T.; Hemming, B.; Brand, U.; Fahrbach, M.; Peiner, E.; Lassila, A. In-Line Measurement of the Surface Texture of Rolls Using Long Slender Piezoresistive Microprobes. Sensors 2021, 21, 5955, doi:10.3390/s21175955.

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