Nebenwirkungsarme Feinstellsysteme für Ultrapräzisionsgeräte in hermetisch abgeschlossenen Räumen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. René Theska
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 495227621

Die Weiterentwicklung von Schlüsseltechnologien wie z.B. die Nanotechnologie und Metrologie stellt stetig steigende Anforderungen an die Präzision von Geräten, Einrichtungen und Maschinen. Das erfordert zunehmend sowohl höchste Empfindlichkeit für funktionsrelevante Größen als auch höchste Unempfindlichkeit gegenüber Störungen. Um den Einfluss äußerer Störwirkungen zu mindern und eine weitere Steigerung der Leistungsfähigkeit zu erreichen, befinden sich Ultrapräzisionsgeräte oft in hermetisch geschlossenen Kammern unter stark kontrollierten Bedingungen bis hin zum Vakuum. Beispiele hierfür sind Nanopositionier- und Nanomessmaschinen sowie Präzisionswaagen und Massekomparatoren. Die in der geschlossenen Kammer befindlichen Teilsysteme eines Präzisionsgeräts üben Störwirkungen aufeinander aus, die eine Korrektur geometrischer Größen erfordern. Hierfür kommen Feinstellsysteme zum Einsatz. Feinstellungen sind an besonders sensitiven Stellen bzw. Einheiten in-situ vorzunehmen, um die erreichbare Präzision des Geräts weiter zu steigern, wenn alle anderen Möglichkeiten ausgeschöpft sind. Die vorhandenen Nebenwirkungen der Feinstellsysteme wirken auf die Güte der Feinstellung und dadurch auf die erreichbare Präzision des Geräts begrenzend oder verhindernd. Diese können nicht mehr als vernachlässigbare Nebenwirkungen, sondern müssen als die Funktion direkt mitbestimmende parasitäre Wirkungen gesehen werden. Eine angemessen wissenschaftlich übergreifende Betrachtung zu Feinstellsystemen und deren gewollten und ungewollten Wirkungen wurde bisher nicht vorgenommen. Feinstellsysteme werden nach dem Stand der Technik überwiegend anwendungsspezifisch und bottom-up entwickelt. Der Schwerpunkt liegt primär auf der Sicherstellung der Präzision der Bewegung. Hauptziel des Projekts ist daher die komplexen Wechselwirkungen von Feinstellsystemen zu untersuchen, sowie die Nebenwirkungen schon in frühen Phasen des Entwicklungsprozesses gezielt zu vermeiden oder zumindest stark zu reduzieren. Damit werden notwendige Voraussetzungen für die Entwicklung neuer domänenübergreifender Syntheseansätze sowie darauf basierend, von neuartigen Feinstellsystemen geschaffen, die eine signifikante Steigerung der Leistungsfähigkeit von Ultrapräzisionsgeräten ermöglichen. Anhand der Untersuchung der Eigenschaften der aus der Forschungsarbeit entstehenden neuartigen Feinstellsysteme erfolgt die Validierung der Ansätze und die Ableitung von übergreifenden Konstruktionsrichtlinien. Im Ergebnis werden die Konstruktionsrichtlinien der Feinwerktechnik erweitert, um die top-down Entwicklung nebenwirkungsarmer Feinstellsysteme für den Einsatz in Ultrapräzisionsgeräten zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen