Steifigkeitskalibrierung von Cantilevern : rückführbares Messen der Kraft-Weg-Kennline. - In: Messunsicherheit praxisgerecht bestimmen - Prüfprozesse in der industriellen Praxis 2021, (2021), S. 189-196
https://doi.org/10.51202/9783181023907-189
Nach der Neudefinition des Kilogramms: Darstellung kleiner Kräfte. - In: Messunsicherheit praxisgerecht bestimmen - Prüfprozesse in der industriellen Praxis 2021, (2021), S. 147-157
https://doi.org/10.51202/9783181023907-147
Unsicherheitsbetrachtungen zur Charakterisierung von Mikrokugeln auf Basis von AFM-Oberflächenscans. - In: Messunsicherheit praxisgerecht bestimmen - Prüfprozesse in der industriellen Praxis 2021, (2021), S. 121-132
https://doi.org/10.51202/9783181023907-121
Fortschritte in der Entwicklung einer Planck-Waage (Planck-Balance 2 - PB2): eine Tabletop-Kibble-Waage zur Kalibrierung von Gewichten der Klasse E2 :
The progress in development of the Planck-Balance 2 (PB2): a tabletop Kibble balance for the mass calibration of E2 class weights. - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 88 (2021), 12, S. 731-756
In this paper we present the progress in development of a table-top version of the Kibble balance under the name Planck-Balance 2 (PB2). The PB2 is developed as a collaboration effort between the Technische Universität Ilmenau (TU Ilmenau) and Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) aiming for automatized mass calibration of the set of weights in the range from 1 mg to 100 g within the required uncertainties as stated by OIML recommendation R111 for weights of E2 class. We describe the design and the operational performance of the PB2 system in detail, the results of rigorous investigations of the error sources and subsequent improvements made since the beginning of the project in early 2017, the measurement data with the corresponding relative uncertainties and the preliminarily obtained uncertainty budget.
https://doi.org/10.1515/teme-2021-0101
Fibre-optical calibration of position sensors for Planck-Balances :
Faseroptische Kalibrierung von Positionssensoren für Planck-Waagen. - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 88 (2021), 12, S. 757-763
Zur Kibble-Kalibrierung von EMK-Systemen (sogenannte Planck-Waagen) muss die induzierte Spulenspannung, sowie die Geschwindigkeit der Aktorspule während der Bewegung relativ zum Magnetfeld erfasst werden. Die Bestimmung der Geschwindigkeit erfolgt anhand der, über die Zeit, gemessenen Position. Als Alternative zur interferometrischen Messung wird in diesem Artikel ein Verfahren zur faseroptischen Kalibrierung der, bei EMK-Systemen weit verbreiteten, optischen Positionssensoren vorgestellt. Der eigens entwickelte faseroptische Sensor, sowie die theoretisch beschriebene Kalibrierung wurden an einer Planck-Waage messtechnisch validiert. Im direkten Vergleich mit einem kommerziellen Interferometer wurden Kennlinienabweichungen von unter 60 nm über einem Bewegungsbereich von ± 12 [my]m erzielt.
https://doi.org/10.1515/teme-2021-0106
Quantum-based sensors for detection and discretization of currents in EMFC weighing systems :
Quantenbasierte Sensorik zur Erfassung und Diskretisierung von Strömen für EMK-Wägesysteme. - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 88 (2021), 12, S. 764-772
Hochpräzise Wägesysteme nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation (EMK), wie Massekomparatoren, finden trotz Neudefinition der Einheit Kilogramm weiterhin Anwendung bei der Realisierung sowie Weitergabe einer praktischen Masseskale, indem sie metrologische Massevergleiche anhand des elektrischen Stromes als Zwischengröße ermöglichen. Gleichzeitig haben Quanteninterferometer auf Basis einer supraleitenden Hochgeschwindigkeitselektronik das Potential, kleinste Änderungen des magnetischen Flusses im Femtotesla-Bereich aufzulösen und eröffnen somit einen alternativen Ansatz zum Erfassen kleinster Stromdifferenzen. Die Kombination dieser bislang größtenteils nur für Fundamentalexperimente in der elektrischen Metrologie ausgenutzten quantenelektrischen Effekte mit Systemen der Präzisionskraftmessung ist eine neuartige Ausgangsbasis zur Verbesserung der Messgenauigkeit dieser Referenzsysteme. Insbesondere bietet die Anwendung eines quantenbasierten Analog-zu-Digital-Wandlers ein deutliches Potential zum Erschließen bisher unerreichter Genauigkeiten. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse erster experimenteller Arbeiten zum Nachweis des grundlegenden Funktionsprinzips präsentiert. Darüber hinaus erfolgt eine Abschätzung der Leistungsfähigkeit sowie des Entwicklungspotentials des vorgestellten quantenbasierten Stromsensors für hochpräzise EMK-Wägesysteme.
https://doi.org/10.1515/teme-2021-0089
Naučnye issledovanija na osnove modelirovanija s celьju raspoznavanija sily putem monitoringa a deformacionnogo sostojanija gibkogo mechanizma :
Model-based investigations of force detection by monitoring the deformation state of a compliant mechanism. - In: Problems of mechanics, ISSN 1512-0740, (2021), No. 3(84), Seite 51-62
A strong, long-lasting pressure on the human skin whose effect is increased by shear forces can lead to the development of a pressure ulcer (decubitus). In order to minimize the risk of pressure ulcers developing, critical forces acting between the body and a sitting or lying surface should be detected and eliminated in time. One possibility for detecting critical forces is the actuation of tactile switches. In this article, miniature tactile switches are integrated into a compliant mechanism using the example of a MATF1 mattress spring made by Hartmann Kunststofftechnik GmbH & Co. KG. For this purpose, the deformation behavior of the spring is analyzed by means of non-linear analytical and finite elements method (FEM) calculations and the required tactile switches parameters as well as suitable locations for their placement are determined. A functional model is then built and examined.
Implementation options of control systems for a cantilever calibration device. - In: Proceedings of 2021 IV International Conference on Control in Technical Systems (CTS), (2021), S. 3-6
The article describes global approaches to control of the cantilever calibration device. The idea of the device consists in electromagnetic compensation of the influence of cantilever forces. The development of regulators is based on the simulation of mechanical processes when the cantilever is applied to the load cell with the principle of electromagnetic compensation; the identification of the processes is performed. In addition, in the course of the study, a comparison was made of PID controllers implemented on various actuator systems: an analog circuit, a current source, a dSPACE real-time system, a microcontroller. The purpose of developing and comparing regulators was to improve characteristics of the system: regulation time, overshoot, noise amplitude.
https://doi.org/10.1109/CTS53513.2021.9562880
Traceable 5D-nanofabrication with nano positioning and nano measuring machines. - In: Proceedings of the 21st International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2021), S. 333-336
Today, besides the ongoing progress in the reduction of feature sizes, the measuring and fabrication of freeform surfaces with nanometre uncertainty, e.g. for aspheric lenses or structures with high aspect ratios, are a challenging task. Usually, dealing with such objects is limited by the local tilt angle between the object surface and the tool axis. There are different approaches to perform such measurements. In this paper, an extension of the Nano Measuring Machine NMM-1 with two rotational axes is described. With the proposed setup, it is possible to orientate the tool-axis perpendicular to the sample in every position, allowing larger angles to be measured / structured and minimising the uncertainty of the process e.g. due to the tilt dependency of the tool. Various machine designs are investigated and finally a solution with one rotary and one goniometer stage is integrated, preserving the existing machine infrastructure and allowing the addressability of a full hemisphere without limiting the measuring volume. As the tool centre point maintains its position during tool rotation, the Abbe principle is still fulfilled in every angular orientation. Emphasis was put on the metrological traceability of the whole system, including linear and rotary axes as well the tool itself. This was achieved by using a reference hemisphere, compensating the trajectory errors of the rotational axes. For the developed arrangement, the measurement uncertainty was investigated and several strategies for an in-situ-calibration of the additional axes are described. Finally, nanofabrication on large slopes is demonstrated.
On the development of five-axes nanopositioning machines for measurement and fabrication purposes based on Cartesian systems. - In: Proceedings of the 21st International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2021), S. 213-216