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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag April 7, 2017

Multi-component force measurement in micromachining

Mehrkomponenten-Kraftmessung in der Mikrobearbeitung
Rafael R. Marangoni

PhD student at the Institute of Process Measurement and Sensor Technology, Technische Universität Ilmenau.

Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering, Institute of Process Measurement and Sensor Technology, PF 100 565, 98684 Ilmenau, Germany, Tel.: +49 3677 69 3188; Fax: +49 3677 69 1412

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, Jan Schleichert

Research scientist at the Institute of Process Measurement and Sensor Technology, Technische Universität Ilmenau.

Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering, Institute of Process Measurement and Sensor Technology, PF 100 565, 98684 Ilmenau, Germany, Tel.: +49 3677 69 3953; Fax: +49 3677 69 1412

, Ilko Rahneberg

Research scientist at the Institute of Process Measurement and Sensor Technology, Technische Universität Ilmenau.

Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering, Institute of Process Measurement and Sensor Technology, PF 100 565, 98684 Ilmenau, Germany, Tel.: +49 3677 69 3952; Fax: +49 3677 69 1412

, Rostyslav Mastylo

Research scientist at the Institute of Process Measurement and Sensor Technology, Technische Universität Ilmenau.

Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering, Institute of Process Measurement and Sensor Technology, PF 100 565, 98684 Ilmenau, Germany, Tel.: +49 3677 69 3442; Fax: +49 3677 69 1412

, Eberhard Manske

Chair of the Department of Production and Precision Metrology, Technische Universität Ilmenau

Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering; Institute of Process Measurement and Sensor Technology; PF 100 565, 98684 Ilmenau, Germany, Tel.: +49 3677 69 1250; Fax: +49 3677 69 1412

and Thomas Fröhlich

Director of the Institute of Process Measurement and Sensor Technology and Chair of the Department Process Measurement Technology, Technische Universität Ilmenau.

Technische Universität Ilmenaum, Faculty of Mechanical Engineering; Institute of Process Measurement and Sensor Technology; PF 100 565, 98684 Ilmenau, Germany, Tel.: +49 3677 69 1398; Fax: +49 3677 69 1412

From the journal tm - Technisches Messen

Abstract

An experimental setup for performing micro-scratching tasks and measuring the forces involved in the process is presented in this paper. The main component of the system is a multi-component force and torque sensor based on the principle of electromagnetic force compensation (EMFC). With this device it is possible to perform the micromachining process itself while simultaneously measuring the interaction forces between the tool tip and the test specimen. Experiments were performed with specimens of polished steel, silicon and glass. Planar micro-structures could be produced and tool point interaction forces in the order of some millinewtons were measured during the process.

Zusammenfassung

In diesem Beitrag wird ein Versuchsaufbau für die Ausführung von Mikrobearbeitungsaufgaben bei gleichzeitiger Messung der Prozesskräfte präsentiert. Der Hauptbestandteil des Systems ist ein Mehrkomponenten-Kraft- und Drehmomentsensor, der auf dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation (EMK) basiert. Mit diesem Gerät ist es möglich, die Mikrobearbeitung durchzuführen und gleichzeitig die Iterationskräfte zwischen der Werkzeugspitze und dem Probekörper zu messen. Untersuchungen mit Probekörpern aus poliertem Stahl, Silizium und Glas wurden durchgeführt. Planare Mikrostrukturen konnten gefertigt werden, und die Iterationskräfte der Werkzeugspitze in der Größenordnung einiger Millinewton wurden während des Prozesses gemessen.

About the authors

Rafael R. Marangoni

PhD student at the Institute of Process Measurement and Sensor Technology, Technische Universität Ilmenau.

Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering, Institute of Process Measurement and Sensor Technology, PF 100 565, 98684 Ilmenau, Germany, Tel.: +49 3677 69 3188; Fax: +49 3677 69 1412

Jan Schleichert

Research scientist at the Institute of Process Measurement and Sensor Technology, Technische Universität Ilmenau.

Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering, Institute of Process Measurement and Sensor Technology, PF 100 565, 98684 Ilmenau, Germany, Tel.: +49 3677 69 3953; Fax: +49 3677 69 1412

Ilko Rahneberg

Research scientist at the Institute of Process Measurement and Sensor Technology, Technische Universität Ilmenau.

Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering, Institute of Process Measurement and Sensor Technology, PF 100 565, 98684 Ilmenau, Germany, Tel.: +49 3677 69 3952; Fax: +49 3677 69 1412

Rostyslav Mastylo

Research scientist at the Institute of Process Measurement and Sensor Technology, Technische Universität Ilmenau.

Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering, Institute of Process Measurement and Sensor Technology, PF 100 565, 98684 Ilmenau, Germany, Tel.: +49 3677 69 3442; Fax: +49 3677 69 1412

Eberhard Manske

Chair of the Department of Production and Precision Metrology, Technische Universität Ilmenau

Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering; Institute of Process Measurement and Sensor Technology; PF 100 565, 98684 Ilmenau, Germany, Tel.: +49 3677 69 1250; Fax: +49 3677 69 1412

Thomas Fröhlich

Director of the Institute of Process Measurement and Sensor Technology and Chair of the Department Process Measurement Technology, Technische Universität Ilmenau.

Technische Universität Ilmenaum, Faculty of Mechanical Engineering; Institute of Process Measurement and Sensor Technology; PF 100 565, 98684 Ilmenau, Germany, Tel.: +49 3677 69 1398; Fax: +49 3677 69 1412

Acknowledgement

The authors gratefully acknowledge the support by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) in the framework of Research Training Group Lorentz force velocimetry and Lorentz force eddy current testing (GRK 1567) at the Technische Universiät Ilmenau, Germany.

Received: 2017-1-17
Accepted: 2017-2-11
Published Online: 2017-4-7
Published in Print: 2017-9-26

©2017 Walter de Gruyter Berlin/Boston

Downloaded on 8.12.2022 from https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/teme-2016-0066/html
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