Dynamische und hochgenaue Sensor- und Toolpositionierung in großen Messvolumina mittels inversem Messkonzept - Erkenntnistransfer

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Roland Füßl; Professor Dr.-Ing. Eberhard Manske
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504463968

Immer größer werdende Messobjekte und gleichzeitig steigende Anforderungen an die Auflösung und Präzision stellen in der Nanomesstechnik eine aktuelle Herausforderung dar. Unverkennbar ist der weltweite Trend zu steigender Präzision im Nanometerbereich, größerer Komplexität zu messenden Strukturen in immer größeren Mess- und Bearbeitungsbereichen von mehreren hundert Millimetern. Haupttreiber ist sicher die Nanolithographie mit einem fast unvorstellbaren Marktpotenzial. Das Konzept für eine Nanomessmaschine die diesen technologischen Entwicklungen gerecht wird, konnte im Rahmen des DFG-Normalverfahrens „Dynamische und hochgenaue Sensorpositionierung in großen Messvolumina mittels inversem Messkonzept“ ausgearbeitet werden. Weiterhin sind die wissenschaftlichen Grundlagen für den Aufbau einer solchen großvolumigen Nanopositionier- und Nanomesssystemen geschaffen worden. Die großen und schweren Massen von Messobjekt und Referenzflächenspiegel sind bei Messmaschinen nach dem inversen Konzept fest angeordnet und ein beweglicher, lichtwellenleitergekoppelter, kompakter, interferometrischer Sensorkopf realisiert die 3-dimensionale Präzisionsmessung. Somit wird die bewegliche Masse minimal und eine hohe Messdynamik ermöglicht. Der inverse Ansatz für die Umsetzung von Nanomessmaschinen ist grundlegend neu und eröffnet zum einen das Vordringen in höhere Genauigkeitsbereiche, zum anderen die Realisierung von Maschinen mit sehr großen Bewegungsbereichen. Durch die interferometrische Messung von sechs Freiheitsgraden wird ein minimaler Abbe-Fehler erreicht. Durch weitere sechs Interferometerachsen kann die Oberflächentopographie der Referenzspiegel quasi-permanent, nanometergenau in der Maschine selbst ermittelt werden. Der große Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass jegliche Topographieänderungen der Spiegel zeitnah detektiert und damit die Korrekturmatrizen ständig aktualisiert werden können. Auf Basis der im Normalverfahren gewonnen Erkenntnisse und bereits entwickelten Lösungen soll nun im Rahmen des Transferprojekts gemeinsam mit dem Anwendungspartner SIOS Meßtechnik GmbH ein Prototyp einer Messmaschine nach dem inversen Konzept entwickelt und aufgebaut werden. Um trotz großer Messobjekte und Bewegungsbereiche Messzeiten in einem akzeptablen Rahmen zu realisieren, steht neben der erreichbaren Präzision auch eine hohe Dynamik der Positionierung im Fokus der Entwicklung. Weiterhin soll der Nachweis erbracht werden, dass das inverse Konzept insgesamt deutlich kompakter, langzeitstabiler realisiert werden kann, eine bessere Messunsicherheit liefert und trotz der großen Zahl von 12 Laserachsen (und zwei He-Ne-Laser in Master-Slave-Konfiguration) deutlich ökonomischer herstellbar ist als Messmaschinen nach dem klassischen Moving-Stage-Prinzip. Den Abschluss bildet die metrologische Qualifizierung der Messmaschine, deren Kern der Nachweis der erreichbaren Präzision der Positionierung darstellt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: SIOS Meßtechnik GmbH