TU Ilmenau stößt in bislang unerreichte Dimensionen in der Präzisionsmesstechnik vor
Die Technische Universität Ilmenau ist in bislang unerreichte Dimensionen in der Präzisionsmesstechnik vorgedrungen. Im Rahmen eines EU-Projektes entwickelten Wissenschaftler eine Nano-Koordinaten-Messmaschine mit einer 3D-Messunsicherheit von nur 100 Nanometern. Die Forschungsarbeiten ermöglichen es heute, in einem dreidimensionalen Raum Strukturen anzutasten, deren Maße nur ein Tausendstel des Durchmessers eines menschlichen Haars betragen. Dies bedeutet eine fünf Mal so hohe Präzision wie bei den besten derzeit in der Industrie verwendeten Koordinaten-Messmaschinen. Damit wurde nach viereinhalb Jahren das 10-Millionen-Euro-Projekt der Europäischen Union „Umfassende und flexible Koordinatenmetrologie für die Fertigung von Mikro- und Nano-Komponenten“ („Universal and flexible coordinate metrology for Micro and Nano Components Production – NanoCMM“) erfolgreich abgeschlossen.
Ziel der 15 Forschungspartner aus Spanien, den Niederlanden, Dänemark, Tschechien und Deutschland war es, den Durchbruch bei der industriellen Herstellung von Mikrokomponenten zu schaffen. Wichtigste Vorgabe der Industrie dabei: wirkliche 3D-Fähigkeit und 3D-Auflösung von Mikro- und Nano-Koordinaten-Messmaschinen. Das ambitionierte Ziel, Nano-Koordinaten-Messmaschinen und Antastsensoren mit einer Messunsicherheit von nur 100 Nanometern und einer dreidimensionalen Strukturauflösung von ebenfalls nur 100 Nanometern hat die Forschergruppe erreicht.
Das Institut Prozessmess- und Sensortechnik PMS der TU Ilmenau und die Ilmenauer Firma SIOS Meßtechnik GmbH hatten innerhalb des EU-Projektes die zentrale Aufgabe, einen von drei Versuchsständen einer Nano-Koordinaten-Messmaschine zu entwickeln und zu bauen. Auf der Basis ihrer bestehenden Nanopositionier- und Nanomessmaschine der ersten Generation entwickelten die Ilmenauer Wissenschaftler die NMM-2, die im Nanobereich noch präziser arbeitet und erneut weltweit Standards setzt. Die Präzision dieses supergenauen Gerätes entspricht dem Aufspüren eines Gegenstandes mit dem Durchmesser eines Haares im gesamten, 25 Quadratkilometer großen Großraum München bis in eine Höhe von 5000 Metern, also mehr als der Gipfel des höchsten Bergs in den Alpen, des Mont Blancs.
Gemeinsam mit der Göttinger Firma für Fertigungsmesstechnik Mahr entwickelten die Ilmenauer Forscher ein neues UV-Weißlichtmikroskop und integrierten es in die Nanomessmaschine. Die im Vergleich zu herkömmlichen optischen Sensoren deutlich verbesserte Auflösung macht es nun möglich, wesentlich kleinere Mikroobjekte als bisher zu detektieren und zu messen. Ein in Spanien entwickelter Miniaturdreh- und Kipptisch, der in die NMM-2 integriert wurde, ermöglicht Messungen im Mikro- und Nanobereich, die bisher nicht denkbar waren, beispielsweise an extrem steilen Kanten oder Hinterschneidungen, also an Konstruktionselementen, die ungewollt frei hervorstehen. In enger Zusammenarbeit mit der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig konnten in der Nanomessmaschine neue 3D-Mikrotastsysteme erprobt werden. Ebenso wurden so genannte Mikro-3D-Normale bearbeitet, dreidimensionale Mikrostrukturen, die definierte Längen im dreidimensionalen Raum besitzen. Mit diesen Normalen, auch Standards genannt, können Messmaschinen untereinander verglichen werden.
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