Nanopositionier- und Nanomessmaschine
Final Report Abstract
Die Nanomess- und Nanopositioniermaschine NMM-1 wurde und wird in vielfältigen Forschungsprojekten sowie der Ausbildung und Nachwuchsförderung eingesetzt. Die Verfügbarkeit dieses Gerätes am Institut Prozessmess- und Sensortechnik der Technischen Universität Ilmenau ist eine Besonderheit, die für die Etablierung nationaler und internationaler Kooperationsprojekte sehr förderlich ist. Neben den geförderten Forschungsvorhaben kommt die NMM-1 im Rahmen der wissenschaftlichen Zusammenarbeit mit weiteren Instituten innerhalb und außerhalb der Technischen Universität Ilmenau zum Einsatz. Zu den wichtigsten, in den drei Jahren seit Inbetriebnahme durchgeführten Forschungsarbeiten gehören: Entwicklung und Erprobung eines neuartigen Tastschnittsensors: Zur Erweiterung der verfügbaren messtechnischen Möglichkeiten der NMM-1 wurde ein neuartiger Tastschnittsensor entworfen und mit Hilfe der NMM-1 untersucht. Der kompakte Sensor gliedert sich in ein Multisensorkonzept mit automatischer Sensorwechselvorrichtung ein. Die Tastspitze wird durch ein System aus zwei Membranfedern geführt wird und die Auslenkung mittels eines Fokussensors mit einer Auflösung unter einem Nanometer gemessen. Nach der Fertigstellung der ersten Version des Tastschnittsensors wurde dieser in die NMM-1 integriert und mit Hilfe des Gerätes die messtechnischen Eigenschaften untersucht, insbesondere auch im Hinblick auf die Charakterisierung stark geneigter Oberflächen. Unter Berücksichtigung der so gewonnenen Erkenntnisse wurde eine zweite, verbesserte Version entwickelt, in die NMM-1 integriert und getestet. An den experimentellen Arbeiten mit der NMM-1 wurden Studenten aktiv beteiligt und zwei Masterarbeiten bearbeitet. Einbindung und Analyse eines Weißlicht-Fasersensors: Zum Ausbau der Möglichkeiten der optischen Vermessung von Oberflächen wurde ein Weißlicht- Fasersensor der Firma Fionec in die NMM integriert und die messtechnischen Eigenschaften an verschiedenen Oberflächennormalen intensiv untersucht. Die Arbeiten wurden in Zusammenarbeit mit zwei ausländischen Gaststudenten durchgeführt. Untersuchungen an 3D-Mikrotastern: 3D-Mikrotaster spielen eine wichtige Rolle bei der Lösung von Messaufgaben bei denen eine flächenhafte Vermessung, wie sie z.B. mit einem Weißlichtinterferometer oder Fokussensor geschieht, nicht ausreichend ist. In Zusammenarbeit mit verschiedenen Firmen und Forschungseinrichtungen wurden verschiedene Mikrotaster (Taster der TU Braunschweig, der PTB sowie einer Firma) in die NMM integriert und umfassend untersucht. Eigenentwicklungen der TU Ilmenau umfassen ein innerhalb des SFB 622 entwickelter, vibrierender Mikrotaster, sowie ein Rahmen des geförderten Projektes „SITAW“ entworfenes Tastsystem. Beide Systeme wurden zur messtechnischen Analyse in die NMM-1 integriert. In diese Arbeiten wurden auch Studenten integriert und eine Masterarbeit abgeschlossen. Messung großflächiger 2D-Normale: In Zusammenarbeit mit dem Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien der TU Ilmenau wurden großflächige 2D-Normale entworfen, gefertigt und untersucht. Ziel dieser Untersuchungen ist es, eine Charakterisierung und Vergleich von Nanomessmaschinen über ihren gesamten Messbereich. Entwicklung einer I++ DME Softwareschnittstelle: Die Anbindung etablierter, kommerzieller Softwaresysteme wie z.B. Quindos (Hexagon Metrology) oder Calypso (Zeiss) an Nanomessmaschinen bedeutet eine große Erleichterung für Messaufgaben mit 3D-Mikrotastern und eine signifikante Erweiterung deren Möglichkeiten. Hierzu wurde eine entsprechende Software entwickelt und an der NMM-1 getestet. Diese Entwicklung war auch Gegenstand einer Promotionsarbeit.
Publications
- “Tactile 3D microprobe system with exchangeable styli”. Measurement science and technology. -Bristol : IOP Publ, ISSN 13616501, Bd. 22 (2011), 9, S. 094018, insges. 7 S.
Balzer, Felix G.; Hausotte, Tino; Dorozhovets, Nataliya; Manske, Eberhard; Jäger, Gerd
- „A framework for optical sensors utilizing I++DME on nano positioning and nano measuring machines.” Innovation in mechanical engineering - shaping the future / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering ; 56 (Ilmenau) : 2011.09.12-16. -Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, ISBN 978-38636000-1-3
Sparrer, Erik; Machleidt, Torsten; Hausotte, Tino; Manske, Eberhard; Franke, Karl-Heinz
- „Integration of CMM software standards for nanopositioning and nanomeasuring machines.” Micro- and Nanotechnology Sensors, Systems, and Applications Conference ; (Orlando, Fla.) : 2011.04.25-29. - Bellingham, Wash. : SPIE (2011)
Sparrer, Erik; Machleidt, Torsten; Hausotte, Tino; Manske, Eberhard; Franke, Karl-Heinz
- „Recent advances in 3-D tactile micro- and nanometrology." International conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology ; 11 (Como) : 2011.05.23-26. - Bedford : Euspen (2011), S. 141-144
Balzer, Felix Gerhard; Hofmann, Norbert; Percle, Brandon; Hausotte, Tino; Manske, Eberhard; Jäger, Gerd
- “A multi-sensor approach for complex and large-area applications in micro and nanometrology”. Measure. - Boulder, Colo. : NCSL International, ISSN 19315775, Bd. 7 (2012), 2, S. 44-50
Manske, Eberhard; Jäger, Gerd; Hausotte, Tino
- „A framework for using optical sensors in nanomeasuring machines over I++/DME”. Measurement science and technology. -Bristol : IOP Publ, ISSN 13616501 (2012), 7, S.074013
Sparrer, Erik; Machleidt, Torsten; Hausotte, Tino; Franke, Karl-Heinz; Manske, Eberhard
- „Nanomess- und Nanopositioniergeräte für die nanometergenaue Positionierung, Messung und Bearbeitung von Oberflächen und Strukturen“. Sensoren und Messsysteme 2012 / GMA/ITG-Fachtagung ; 16 (Nürnberg) : 2012.05.22-23. -Wunstorf : AMA Service GmbH (2012), S. 490-498
Manske, Eberhard; Jäger, Gerd; Füßl, Roland; Balzer, Felix; Machleidt, Torsten
- „Surface and coordinate measurements with nanomeasuring machines”. International journal of nanomanufacturing. -Olney : Indersience Enterprise Ltd., ISSN 17469392, Bd. 8 (2012), 5/6, S. 467-483
Hausotte, Tino; Balzer, Felix-Gerhard; Vorbringer-Dorozhovets, Nataliya; Manske, Eberhard
- “Modular family of sensors for a nanopositioning and nanomeasuring machine.” International journal of optomechatronics. -London [u.a.] : Taylor and Francis, ISSN 15599620, Bd. 7 (2013), 2, S. 122-135
Manske, Eberhard
- „Measurement, visualization and analysis of extremely large data sets with a nanopositioning and nanomeasuring machine.” Conference Optical Measurement Systems for Industrial Inspection ; (Munich) : 2013.05.13-16. - Bellingham, Wash. : SPIE (2013), insges. 7 S.
Birli, Oliver; Franke, Karl-Heinz; Linß, Gerhard; Machleidt, Torsten; Manske, Eberhard; Schale, Florian; Schwannecke, Hans-Christian; Sparrer, Erik; Weiß, Mathias
