Dreiachsiger Mikrotaster mit isotropen mechanischen Eigenschaften zum Transfer in die industrielle Mikro-Koordinatenmesstechnik (3-MiTiK)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Andreas Dietzel; Dr.-Ing. Karin Kniel
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Messsysteme ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 275023116

Trotz jahrelanger Forschung auf dem Gebiet der Mikrokoordinatenmesstechnik gibt es zurzeit keine zuverlässigen Lösungen, welche die steigenden Anforderungen der Messtechnik für Industrie und Forschung in Bezug auf Messgenauigkeit, Antastung von dreidimensionalen Strukturen und Robustheit in vollem Umfang erfüllen. Ziel dieses Kenntnistransfer-Forschungsvorhabens ist die gemeinsame Entwicklung, Herstellung und Erprobung eines dreiachsigen Mikrotasters mit isotropen mechanischen Eigenschaften zur Verwendung in einem Koordinatenmessgerät zur vollständigen und hochgenauen Erfassung von 3D-Mikrostrukturen bzw. -Bauteilen. Um die Voraussetzungen für einen erfolgreichen Kenntnistransfer zu schaffen, ist eine Zusammenarbeit mit Transferpartnern auf zwei verschiedenen Ebenen der Wertschöpfungskette, nämlich der Mikrotechnik und der KMG-Systeme, unabdingbar. Anwendungspartner des Projektes ist deswegen einerseits das noch sehr junge Startup-Unternehmen 5microns, dessen Kompetenzen im Bereich der Mikrotechnik liegen, und andererseits die Firma Klingelnberg, die KMGs für Verzahnungsmesstechnik produziert und vertreibt. Die zentralen Forschungshypothesen des Vorhabens lassen sich wie folgt darstellen: 1. Eine von der piezoresistiven Sensorik weitgehend unabhängig gestaltbare mechanische Krafteinleitung ermöglicht neue Mikrotaster-Designs, welche sowohl eine mechanische Isotropie als auch eine gesteigerte Robustheit aufweisen, ohne Kompromisse in Bezug auf die Messempfindlichkeit einzugehen. 2. Durch Weiterentwicklung der Prozesse der Funkenerosion insbesondere in Richtung Electro-Chemical Machining und One Pulse Electrical Discharge können viel kleinere Antastkugeln als bisher, nämlich mit 50 µm Durchmesser und Formabweichungen < 1 µm und einer Rauheit im Bereich einiger 10 nm erzeugt werden. 3. Neue Integrationsansätze mit mechanischer Schnittstelle für den Tastkopf, drahtloser Signalübertragung und einem Mikroenvironment mit einer Aufspannvorrichtung für Mikrobauteile ermöglichen, dass die Mikrotastköpfe in verschiedenen auch kommerziell verfügbaren KMGs eingesetzt und erfolgreich in die industrielle Nutzung transferiert werden können. Mit diesen Verbesserungen wird der Prototyp eines robusteren, genaueren, besser integrierbaren und vielseitigeren Mikrotasters zur Verfügung stehen, der Ausgangspunkt einer kommerziellen Produktentwicklung sein kann. Darüber hinaus sollen gemeinsam mit dem Transferpartner 5microns eine Anwendung dieser neuen taktilen Messtechnik in der Biomechanik und daraus resultierende neue Fragestellungen betrachtet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: 5microns GmbH; Klingelnberg GmbH