Zusammenfassung
In den vergangenen Jahren wurden an der TU-Ilmenau zahlreiche Entwicklungen im Bereich der Nanopositionier- und Nanomesstechnik realisiert. Insbesondere die NMM-1 [Gerd Jäger, Eberhard Manske, Tino Hausotte, Jans-Joachim Büchner, Nanomessmaschine zur abbefehlerfreien Koordinatenmessung, tm – Technisches Messen, 67(7–8), 2000] sowie die NPMM-200 [Eberhard Manske, Gerd Jäger, Tino Hausotte, Felix Balzer, Nanopositioning and Nanomeasuring Machine NPMM-200 – sub-nanometre resolu-tion and highest accuracy in extended macroscopic working areas, euspen’s 17th International Conference, 2017] stellen ein Novum auf dem Gebiet der Koordinatenmesstechnik mit Nanometerpräzision unter Einhaltung des Abbe-Komparatorprinzips [Ernst Abbe, Messaparate für Physiker, Zeitschrift für Instrumentenkunde, 10:446–448, 1890] dar. Ausgehend von diesen Errungenschaften besteht ein nächster Schritt im Messen und Fabrizieren auf stark gekrümmten, asphärischen, oder freigeformten Oberflächen. Vor jenem Hintergrund wird im folgenden Artikel ein Konzept für ein zweiachsiges Rotationsmodul vorgestellt. Dieses dient als Erweiterung für die NMM-1 und ermöglicht über das kartesische Messvolumen von
Abstract
In recent years, numerous developments in the field of nanopositioning and nanometrology have been realized at the TU-Ilmenau. In particular, the NMM-1 [Gerd Jäger, Eberhard Manske, Tino Hausotte, Jans-Joachim Büchner, Nanomessmaschine zur abbefehlerfreien Koordinatenmessung, tm – Technisches Messen, 67(7–8), 2000] as well as the NPMM-200 [Eberhard Manske, Gerd Jäger, Tino Hausotte, Felix Balzer, Nanopositioning and Nanomeasuring Machine NPMM-200 – sub-nanometre resolu-tion and highest accuracy in extended macroscopic working areas, euspen’s 17th International Conference, 2017] represent a novelty in the field of coordinate measuring technology with nanometer precision in compliance with the Abbe comparator principle [Ernst Abbe, Messaparate für Physiker, Zeitschrift für Instrumentenkunde, 10:446–448, 1890]. Based on these achievements, a further step is to measure and fabricate on highly curved, aspherical, or freeform surfaces. Against that background, the following article presents a concept for a two-axis rotary module. This serves as an extension for the NMM-1 and, in addition to the Cartesian measuring volume of
Funding source: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Award Identifier / Grant number: GRK 2182
Funding statement: Die Autoren danken der deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Die vorgestellten Arbeiten wurden von der DFG im Rahmen des Graduiertenkollegs „Spitzen- und laserbasierte 3D Nanofabrikation in ausgedehnten, makroskopischen Arbeitsbereichen“ (GRK 2182) an der Technischen Universität Ilmenau gefördert.
Über die Autoren
Johannes Leineweber erlangte 2015 den B. Sc. Fahrzeugtechnik und 2019 den M. Sc. Maschinenbau an der Technischen Universität Ilmenau. Seit 2020 ist er Mitglied des DFG Graduiertenkollegs „NanoFab“ (2182) (Spitzen- und laserbasierte 3D Nanofanrikation in ausgedehnten, makroskopischen Arbeitsbereichen). Sein Forschungsfeld besteht in der Entwicklung einer Nanomess-, Nonopositioniner- und Nanofabrikationsmaschine mit erhöhtem Freiheitsgrad.
Christoph Meyer erlangte 2018 den B. Sc. im Studiengang Optronik an der Technischen Universität Ilmenau. Von 2017 bis 2020 arbeitete er im Bereich Qualitätssicherung Messtechnik der Dr. Ing. h. c. F. Porsche AG. Seit 2020 studiert er im Master Optische Systemtechnik an der Technischen Universität Ilmenau und ist wissenschaftlicher Assistent im Graduiertenkolleg „NanoFab“.
Roland Füßl erhielt 1981 das Diplom im Fachgebiet Technische Kybernetik und Automatisierungstechnik an der Technischen Hochschule Ilmenau. Er promovierte 1986 und habilitierte 2008 auf dem Gebiet der Prozessmesstechnik. Von 2008 bis 2014 arbeitete er als Privatdozent an der Technischen Universität Ilmenau. Im Jahr 2014 erfolgte die Ernennung zum außerplanmäßigen Professor an der Technischen Universität Ilmenau. Von 2003 bis 2013 war er Teilprojektleiter im Sonderforschungsbereich „Nanopositionier- und Nanomessmaschinen“ und seit 2017 ist er Projektleiter im Graduiertenkolleg „Spitzen- und laserbasierte 3D-Nanofabrikation in erweiterten makroskopischen Arbeitsbereichen“. Sein Forschungsschwerpunkt liegt auf dem Gebiet der Metrologie in den Nanopositionier-, Nonomess-, und Nanofabrikationstechnologien.
René Theska erhielt 1983 das Diplom in Feinwerktechnik an der Technischen Hochschule Ilmenau und promovierte dort 1989. Von 1990 bis 2001 arbeitete er in der Industrie als Konstruktions- und als Entwicklungsleiter für Hexagon Metrology in Wetzlar. Im Jahr 2001 wurde er zum Professor für Feinwerktechnik an der TU Ilmenau ernannt. Seit 2017 ist er Projektleiter im Graduiertenkolleg „Spitzen- und laserbasierte 3D-Nanofabrikation in erweiterten makroskopischen Arbeitsbereichen“. Seine Forschungsschwerpunkte sind Ultrapräzisionsgeräte zur Messung von Länge, Kraft und Drehmoment.
Eberhard Manske erhielt 1982 das Diplom in Elektrotechnik an der Technischen Hochschule Ilmenau. Er promovierte 1986 und habilitierte 2006 auf dem Gebiet der Präzisionsmesstechnik. Seit 2008 hat er eine Professur „Fertigungs- und Präzisionsmesstechnik“ an der Technischen Universität Ilmenau inne. Von 2008 bis 2013 war er Sprecher des Sonderforschungsbereichs „Nanopositionier- und Nanomessmaschinen“ (SFB 622) und leitete von 2017 bis 2021 das Graduiertenkolleg „Spitzen- und laserbasierte 3D-Nanofabrikation in erweiterten makroskopischen Arbeitsbereichen“, beides gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft. Seine Forschungsaktivitäten liegen insbesondere in der Entwicklung von Nanopositionier- und Nanomessmaschinen mit den Schwerpunkten hochpräzise Laserinterferometrie, Laserstabilisierung, Frequenzkammtechnik, optische und taktile Nanosensoren sowie Rastersondenverfahren.
Literatur
1. Gerd Jäger, Eberhard Manske, Tino Hausotte, Jans-Joachim Büchner, Nanomessmaschine zur abbefehlerfreien Koordinatenmessung, tm – Technisches Messen, 67(7–8), 2000.10.1524/teme.2000.67.7-8.319Search in Google Scholar
2. Eberhard Manske, Gerd Jäger, Tino Hausotte, Felix Balzer, Nanopositioning and Nanomeasuring Machine NPMM-200 – sub-nanometre resolu-tion and highest accuracy in extended macroscopic working areas, euspen’s 17th International Conference, 2017.Search in Google Scholar
3. Ernst Abbe, Messaparate für Physiker, Zeitschrift für Instrumentenkunde, 10:446–448, 1890.Search in Google Scholar
4. Michael Kühnl, Thomas Fröhlich, Roland Füßl, Martin Hoffmann, Eberhard Manske, Ivo W. Rangelow, Johann Reger, Christoph Schäffel, Stefan Sinzinger, Jens-Peter Zöllner, Towards alternative 3D nanofabrication in macroscopic working volumes, Measurement Science and Technology, 2018.10.1088/1361-6501/aadb57Search in Google Scholar
5. Rostyslav Mastylo, Optische und taktile Nanosensoren auf der Grundlage des Fokusverfahrens für die Anwendung in Nanopositionier- und Nanomessmaschinen, Ph. D. thesis, Technische Universität Ilmenau, 2011.Search in Google Scholar
6. E. Garbusi, G. Baer und W. Osten, Advanced studies on the measurement of aspheres and freeform surfaces with the tilted-wave interferometer, Optical Measurement Systems for Industrial Inspection VII, SPIE Proceedings, 2011, 80821F.10.1117/12.895006Search in Google Scholar
7. P. Murphy u. a., Subaperture stitching interferometry for testing mild aspheres, Interferometry XIII: Applications, SPIE Proceedings, 2006, 62930J.10.1117/12.680473Search in Google Scholar
8. R. Henselmans u. a., Nanometer level freeform surface measurements with the NANOMEFOS non-contact measurement machine, Optical Manufacturing and Testing VIII, SPIE Proceedings, 2009, 742606.10.1117/12.826067Search in Google Scholar
9. Taylor Hobson Ltd., LUPHOScan 50 SL Ultra fast non-contact 3D form measurement, Produktbroschüre, 2019.Search in Google Scholar
10. Florian Fern, Metrologie in fünfachsigen Nanomess- und Nanopositioniermaschinen, Ph. D. thesis, Technische Universität Ilmenau, 2020.Search in Google Scholar
11. Ralf Schienbein, Grundlegende Untersuchungen zum konstruktiven Aufbau von Fünfachs-Nanopositionier- und Nanomessmaschinen, Ph. D. thesis, Technische Universität Ilmenau, 2020.Search in Google Scholar
12. Ingo Ortlepp, Florian Fern, Ralf Schienbein, Shraddha Supreeti, Roland Füßl, René Theska, Stefan Sinzinger, Eberhard Manske, Traceable 5D-nanofabrication with nano positioning and nano measuring machines, 21st International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, S. 333–336, 2021.Search in Google Scholar
13. Ralf Schienbein, Florian Fern, René Theska, Shraddha Supreeti, Roland Füßl, Eberhard Manske, Fundamental investigations in the design of five-axis nanopositioning machines for measurement and fabrication purposes, Nanomanufacturing and metrology, 4:156–164, 2021.10.1007/s41871-021-00102-wSearch in Google Scholar
14. Enrico Langlotz, Denis Dontsov, Walter Schott, 3D-Messtechnik mit Nanometergenauigkeit, Micromesstechnik, 2013.Search in Google Scholar
15. Carl Alexander Schuler, Erweiterung der Einsatzgrenzen von Sensoren für die Mikro- und Nanomesstechnik durch dynamische Sensornachführung unter Anwendung nanometeraufgelöster elektrischer Nahfeldwechselwirkung, Ph. D. thesis, Universität Erlangen-Nürnberg, 2012.Search in Google Scholar
16. attocube systems AG, Displacement Measuring Interferometer IDS 3010, technical specification, 2017.Search in Google Scholar
17. attocube systems AG, SensorsWorking Ranges and Angle Tolerances of Two IDS Focused Sensor Heads, technical note TN18, 2018.Search in Google Scholar
18. Physik Instrumente GmbH & Co. KG, Präzisionsrotationstisch L-611, Produktdatenblatt, 2021.Search in Google Scholar
19. Physik Instrumente GmbH & Co. KG, Motorisiertes Präzisionsgoniometer WT-90, Produktdatenblatt, 2022.Search in Google Scholar
20. Physik Instrumente GmbH & Co. KG, Präzisionsrotationstisch PRS-200, Produktdatenblatt, 2020.Search in Google Scholar
21. Florian Fern, Roland Füßl, Eberhard Manske, Ralf Schienbein, René Theska, Ingo Ortlepp, Johannes Leineweber, Messunsicherheitsbetrachtungen an einem fünfachsigen Nano-Koordinatenmessgerät NMM-5D nach einem vektroriellen Ansatz, tm – Technisches Messen, 88(2):61–77, 2021.10.1515/teme-2020-0092Search in Google Scholar
22. Felix Buka, Sphärische Kurbelgetriebe, Ph. D. thesis, Georg-August-Universität zu Göttingen, 1876.Search in Google Scholar
23. Johannes Leineweber, Sphärisches Kurbelgetriebe, Deutsches Patent- und Markenamt, Patentanmeldung 10 2021 131 533.6, 2021.Search in Google Scholar
24. Marc Vermeulen, High-Precision 3D-Coordinate Measuring Machine – Design and Prototype-Development, Ph. D. thesis, Technische Universität Eindhoven, 1999.10.1016/S0007-8506(07)62871-6Search in Google Scholar
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