3D-Charakterisierung von Mikrokugeln mit Nanometerpräzision

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eberhard Manske
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405975441

Zur rückführbaren und präzisen Messung komplexer Mikrobauteile wurden nano- und mikro-Koordinatenmessgeräte (KMGs) in Kombination mit Mikrotastern entwickelt. Ein wesentlicher Unsicherheitsbeitrag bei derartigen Messgeräten wird durch die Form der Antastkugel verursacht. Weil es nach dem derzeitigen Stand kein geeignetes Verfahren zur Messung dieser Kugeln gibt, besteht das Ziel des Projektes in der Entwicklung und dem messtechnischen Vergleich von Methoden zur Charakterisierung von Mikrokugeln. Als besondere Herausforderung ist die Größe der Antastkugel (Durchmesser kleiner 300 µm) und erforderliche Unsicherheit des Messprozesses (10 nm) anzusehen.Zur Reduktion der Komplexität wurden die Untersuchungen in einer ersten Projektphase zunächst auf die Messung eines Großkreises beschränkt. Auf Basis der Untersuchungen wurde ein neuartiges Verfahren entwickelt, welches die hochauflösende Charakterisierung solcher Kugeln ermöglicht. Es basiert auf einem Satz von Oberflächenscans mittels Atomkraftmikroskop, welche durch einen Stitching-Algorithmus ausgewertet werden.Derzeit ist mit diesem Verfahren die Charakterisierung eines Großkreises möglich. In Versuchen wurden Kugeln mit 120 µm und 300 µm Durchmessern mit einer Wiederholbarkeit von bis zu 4 nm vermessen. Dieses Verfahren soll im Rahmen desweiteren Projektverlaufs auf die Charakterisierung der gesamten Antastkugel erweitert werden. Weiterhin ist das Verfahren zur Minimierung der erreichbaren Messunsicherheit hinsichtlich einzelner Einflüsse zu Optimierung. Den Abschluss der Untersuchungen bilden Vergleichsmessungen zur Verifizierung der Ergebnisse und der Fortsetzung bereits begonnener Vergleiche mit ausgewählten Verfahren unterschiedlicher physikalischer Messprinzipe.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen