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Zeiss - Taktile Messung von Komponenten der Mikrosystemtechnik

: Zeiss


Einspritzregelung eines Turbodiesels; Höchstgeschwindigkeitsbohrer beim Zahnarzt; Infusionsapparatur für die Intensivstation; Präzisionsgehäuse einer Armbanduhr. Vier total verschiedene Bereiche, aber eine Gemeinsamkeit:

Hier arbeiten Mikrobauteile, deren exakte Maße und Oberflächenbeschaffenheit einwandfreie Funktion gewährleisten müssen. Ihre Zuverlässigkeit geht einher mit ihrer Qualität, die sich über das Messen definiert.

Die Mikrosystemtechnik mit ihren filigranen Teilen ist die Herausforderung für taktiles und optisches Messen schlechthin. Hier existieren extrem kleine Dimensionen, wirken andere Kräfte, gelten andere Gesetzmäßigkeiten. Demzufolge sind auch die Anforderungen an ein Messgerät für die Mikrosystemtechnik ganz andere als die an seine großen „Kollegen“ für den Automobil- oder Werkzeugbau.

Kleine Messkräfte

Um die zu messenden Teile auf dem Messgerät zu positionieren und zu fixieren, sind Fixiervorrichtungen hoher Genauigkeit notwendig. Gleichzeitig müssen die Haltekräfte sehr gering sein, damit ein Mikroteil während des Messens nicht deformiert oder gar beschädigt wird. Das setzt umgekehrt eine Sensorik des Messgerätes voraus, die mit extrem kleinen Messkräften auskommen muss. So ist auch maschinenseitig gewährleistet, dass beim Messen mit taktilen Sensoren das Mikroteil nicht deformiert oder verschoben wird. Beim Koordinatenmessgerät F25 der Carl Zeiss Industriellen Messtechnik GmbH entspricht diese Messkraft etwa einem Vierhundertstel der Antastkraft einer großen Industriemessmaschine.

Software Calypso®

Hinzu kommt: Für mehrdimensionale Messaufgaben an mikrosystem-technischen Bauteilen ist es zwingend, auf eine CAD-basierte Software wie Calypso® zugreifen zu können. Da die Merkmale an den Werkstücken mit dem bloßen Auge praktisch nicht sichtbar sind, werden die Steuerdaten und Messprogramme direkt im CAD-Modul programmiert und vor der Messung maschinenfern auf Störkonturen und Umfahrwege geprüft. Damit kann sichergestellt werden, dass mit dem filigranen Taster alle Merkmale ohne Kollision erreicht werden.
Durch die prüfmerkmalgesteuerte und objektorientierte Software Calypso® können aus dem kompletten Messprogramm – ohne Mehraufwand – beliebige Merkmale angewählt und zur Ausführung gebracht werden. Dies ist ein entscheidender Vorteil für die Handhabung des Messprogramms bei Detailmessungen am Werkstück. Das Koordinatenmessgerät F25 misst tastend und optisch sehr genau winzigste Teile. Der Prototyp für die Qualitätssicherung in der Mikrosystemtechnik ist aber erst am Beginn seiner Möglichkeiten. Mittelfristig soll F25 in die Prozesskette integriert werden, ganz wie ihre großen „Kollegen “.

Taktiles Messen

Das Messvolumen des 3D-Koordinatenmessgerätes F25, ist ein Kubikdezimeter. Die Messunsicherheit in diesem Volumen beträgt 250 Nanometer bei einer Auflösung von 7,5 Nanometern. Diese Auflösung und das optimierte Regelverhalten der Linearantriebe ermöglichen es, mit kleinsten Antastkräften auch in Bohrungen mit Durchmesser unter einem Millimeter taktil zu messen.

Der 3D-Mikrotaster ist ausgelegt für Taststiftdurchmesser von 20 bis 500 Mikrometern und Tastkugeldurchmesser von 50 bis 700 Mikrometern bei einer freien Schaftlänge von bis zu vier Millimetern. Die Antastkräfte sind auf Werte von weniger als 0,5 mN/µm minimiert. Ergänzend zur taktilen Messung dient für die 2D-Messungen ein auf den von der Mikroskopie bekannten ZEISS Objektiven aufgebauter optischer Sensor.

Die Zukunft

„Was diese Messtechnologie für künftige Anwender interessant macht", sagt Karl Seitz, Leiter Neue Technologien bei Carl Zeiss Industrielle Messtechnik, „ist die Tatsache, dass diese Messmaschine das Messen von Maß, Form und Lage an mikrosystemtechnischen Bauteilen gestattet." Möglich ist das dank ihres speziellen taktilen Sensors. Dessen zentrale Komponente ist eine komplexe Silizium-Membranfeder-Technik. Sie ist in Zusammenarbeit mit dem Institut
für Mikrotechnik (IMT), Braunschweig, und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt, Braunschweig, entstanden. Ihre wahren Fähigkeiten, führt Seitz weiter aus, dürfte die F25 jedoch in Zukunft beweisen, wenn diese Messtechnologie für die integrierte Qualitätssicherung in mikrosystem-technischen Fertigungsprozessen weiterentwickelt worden sei: „Dann könnte sie das Herz der Qualitätssicherung jedes Herstellers für mikro-systemtechnische Teile sein.“



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