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INHALTE

Publikationen

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Erstellt: Sun, 22 Jul 2018 06:50:23 +0200 in 0.0267 sec


Kubisch, Jörg
Entwicklung eines EMK-Waagen-Simulators. - Ilmenau. - 47 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2017

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist der Aufbau eines Hardwaresimulators, der das dynamische Verhalten einer elektromagnetisch kraftkompensierten (EMK) Waage nachbildet. Hierfür werden bekannte Analogien zwischen mechanischen Feder-Masse-Dämpfer Systemen und elektrischen Schwingkreisen genutzt um einen elektrischen Schaltkreis aufzubauen, der als Hardwaresimulator fungiert. Dabei sollen möglichst passive Bauelemente verwendet werden, um störende Einflüsse, wie Rauschen, gering zu halten. Zuerst wird ein theoretisches Modell der Waage vorgestellt, um mit dessen Hilfe die Übertragungsfunktion der offenen Strecke abschätzen zu können. Die Parameter der Übertragungsfunktion werden mit Hilfe des Thiele-Small-Modells bestimmt. Für ein besseres Ergebnis wird der Frequenzgang der errechneten Übertragungsfunktion mit Messwerten einer realen EMK-Waage verglichen und die Parameter angepasst. Anschließend werden für die ausgewählte EMK-Waage passende elektrische Bauteile ausgewählt, um einen entsprechenden Hardwaresimulator für diese aufzubauen. In mehreren Messungen wird das Verhalten des Schaltkreises mit dem der EMK-Waage verglichen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/895558742kubis.txt
Walther, Tom
Entwicklung und Untersuchung einer optischen Durchmessermessung von Lehrringen mit Hilfe gekoppelter Weißlichtinterferenzen. - Ilmenau. - 95 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit der Konzeption eines Messaufbaus zur optischen Bestimmung von Lehrringdurchmessern. Der zu prüfende Ring besitzt einen Nenndurchmesser von 98mm. Grundlage der Messanordnung ist ein Tandemaufbau bestehend aus zwei seriell geschalteten Interferometern ähnlich dem Michelson-Interferometer. Die dabei verwendete Lichtquelle ist eine kurzkohärenteWeißlichtdiode mit einer mittlerenWellenlänge von 828nm. Die spektrale Halbwertsbreite der Diode beträgt 83nm. Eine Verwendung von Weißlicht ermöglicht die absolute Durchmesserbestimmung des Lehrrings aufgrund des auftretenden Interferenzmaximums. Zusätzlich wird eine achromatische Polarisationsoptik verwendet, um den Kontrast zu erhöhen und Nebensignaturen zu vermeiden. Zylinderlinsen werden im Aufbau zur Anpassung der Wellenfronten an das zylindrische Profil des Lehrrings genutzt. Nach der Betrachtungen des theoretischen Strahlengangs erfolgt die Bestimmung und Auslegung notwendiger Justierstellen. Diese besitzen zum Teil ein Auflösungsvermögen von 15[my]m bzw. 1'. Anschließend erfolgt die Konstruktion, der Aufbau und die Justage des gesamten Experimentalaufbaus. Durch schrittweises Verändern des Spiegelabstandes im Referenzinterferometer wird die Interferenzsignatur ermittelt. Nach dem erfolgreichen Auffinden und der Kontrasteinstellung durch feinfühlige Justierbewegungen erfolgt die Auswertung des Streifenmusters. Dabei konnte ein Kontrast von 0,15 erzielt werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/895554917walth.txt
Richartz, Ole
Konstruktion und Inbetriebnahme eines kompakten Weißlichtinterferometers für Kavitätslängenmessungen. - Ilmenau. - 99 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Das in dieser Arbeit optimierte Weißlichtinterferometer dient zum Messen von großen Kavitätslängen. Es basiert auf dem Grundprinzip nach Michelson, besitzt aber Polarisationsoptiken, um die Intensitätsanteile in Referenz- und Messarm einzustellen. Die eingesetzte Weißlichtquelle besitzt ein FWHM von 100 nm bei einer mittleren Wellenlänge von 540 nm. Hieraus ergibt sich eine Kohärenzlänge von 3,2 [my]m, die bei einem Arbeitsabstand von ca. 120 mm genutzt werden kann. Der vom Kollimator ausgehende Lichtstrahl wird durch ein Achromatenduplett mit einer Brennweite von 12,7 mm chromatisch korrigiert. Darüber hinaus ist das Interferometer neben einer CMOS-Kamera auch mit einer CMOS-Zeile für die schnelle Erfassung von Weißlichtsignaturen versehen. Die CMOS-Zeile ist mit einer passenden Zylinderlinse der Brennweite von 25 mm ausgestattet. Um das Polarisationsverhältnis weiter zu erhöhen, wurden verschiedene Polarisatoren hinsichtlich ihrer Eignung untersucht. Für die Polarisatoren gibt es nun Aufnahmen, um deren Transmissionsachse in Schritten von 1,2˚ zu rotieren und so die Intensität in beiden Interferometerarmen genauer einzustellen. Die Spiegeljustierung ist neu konstruiert worden, um eine feinfühligere Kippung zu erlauben. Gleichzeitig wurde der Drehpunkt verlegt, um parasitäre Bewegungen der Spiegeloberfläche beim Justieren zu vermeiden. Es wird nun eine Einstellgenauigkeit von 4,41' erreicht. Um Blenden und Ausgleichsglasplatten schnell und ohne Aufwand in den Strahlengang einzubringen, gibt es eine neue Wechselautomatik. Zur Positionierung von Zylinderlinse und CMOS-Zeile sind entsprechende Justierstellen ausgelegt und konstruiert worden. Durch den gewählten, modularen Aufbau lässt sich der Bereich zwischen zwei Interferenzsignaturen auf bis zu ca. 300 mm erweitern.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/895550148richa.txt
Gerlach, Raphael
Konzeptionierung eines Führungssystems für ein miniaturisiertes opto-mechanisches Messsystem. - Ilmenau. - 82 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2017

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine neue mechanische Führung für einen Mikroantrieb entwickelt, simuliert und in die Praxis umgesetzt. Ziel ist die Integration des Antriebs in den Messausleger eines neuartigen Handmessgeräts auf Basis der Weißlichtinterferometrie. Dazu werden zunächst verschiedene Konzepte mechanischer Führungen vorgestellt und auf ihre Einsetzbarkeit hin analysiert. Prinzipiell geeignet scheint ein Konzept mit Blattfedern, welches im Hinblick auf Funktion und Anforderungen untersucht sowie charakterisiert wird. Aus der Blattfederführung wird eine neue Führung abgeleitet und entsprechend den Anforderungen weiter angepasst und verbessert. Bei dem neuen Konzept dienen Federdrähte als Führungselemente, welche im Laufe der Arbeit dimensioniert werden. Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Anordnung der Drähte. Es werden verschiedene Anordnungen simuliert und nach einer Bewertung das Beste weiter verfolgt. Nach der theoretischen Betrachtung und Auslegung des neuen Führungskonzepts erfolgt eine Umsetzung dessen und eine Integration in den Laboraufbau, um anhand praktischer Versuche die Funktionsweise zu verifizieren und die Eigenschaften zu charakterisieren. Es zeigt sich, dass die Federdrahtführung grundsätzlich funktionsfähig ist, allerdings doch ein paar Probleme auftreten, sodass weiter am Konzept mit Blattfedern festgehalten und dieses optimiert wird.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/895396548gerla.txt
Horodyskyi, Ivan
Kalibrierung eines neuen Messaufbaus für die Kraftmessung. - Ilmenau. - 48 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

In der vorliegenden Masterarbeit wurde ein Torsion Messaufbau beschreiben, welcher ein Teil der Lorenzkraft-Anemometrie ist. Die Anwendung dieses Messaufbaus ist die Strömungsgeschwindigkeit niedrig leitfähiger Flüssigkeiten zu Messen. Zuerst wurde die Neigungsempfindlichkeit des Messaufbaues mit Hilfe eines präzisen Kipptisches untersucht, dann wurde die Neigungsempfindlichkeit durch selber konstruierte Gewichte kompensiert. Des Weiteren wurde mit einem Autokollimator der Drehwinkel des Messaufbaus beobachtet, dadurch wurde das Ausgangssignal des Positionssensors als elektrische Spannung in einen Drehwinkel umgewandelt. Die Faktoren sind KDW1= -0.4325 ± 0.0004 mrad/V, KDW2= -0.4288 ± 0.0005 mrad/V. Außerdem wurde der Messaufbau durch eine bekannte Neigungskraft zur Bewegung geführt, dann wurde das Ausgangssignal des Positionssensors auch in eine Kraft umgerechnet. Die Faktoren sind KK1= -40.0243 ± 0.0659 [my]N/V, KK2= -39.6740 ± 0.0681 [my]N/V. Auch die Langzeitstabilität wurde getestet. Die Experimente wurden zweimal durchgeführt, einmal als die Temperatur stabil war und das andere Mal, als sich die Temperatur veränderte. Durch das erste Experiment wurde festgestellt, dass nach ca. 12 Stunden eine Stabile Situation im Messaufbau erreicht wurde und die Eigenfrequenz bei 0.064 Hz liegt. Auch die beiden Standardabweichungen aus dem Originalsignal des ersten Sensor S1 = 0.0537 [my]N und aus dem gefilterte Signal dieses Sensors S1 = 0.0052 [my]N wurden berechnet. Zum Filtern wurde der Durchschnittsfilterwert mit dem Filterkoeffizient 25 verwendet. Aus den gewonnenen Daten des zweiten Experiments kann man sagen, dass die Temperatur beeinflusst die Messung. Für die Datenerfassung der Positionssensoren, des Autokollimator, der Temperaturwiderstände und der Verarbeitung der Messdaten, sowie für die Erstellung von Grafiken, wurden mehrere Codes im Programm MatLab geschrieben.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/895395096horod.txt
Roth, Fabian
Frequenzstabilisierung eines polarisierten 1-Moden He-Ne Lasers. - Ilmenau. - 50 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Frequenzstabilisierung eines Ein-Moden-HeNe-Lasers für messtechnische Anwendungen unter Einbezug der Intensität des Laserlichtes. Dazu sind ein Versuchsaufbau konstruiert und gefertigt sowie ein Regelkreis aufgebaut worden. Anschließend konnte die Möglichkeit einer Frequenzstabilisierung untersucht werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/894819763roth.txt
Bischoff, Jörg ; Mastylo, Rostyslav; Manske, Eberhard
Numerical investigations of the potential for laser focus sensors in micrometrology. - In: Modeling Aspects in Optical Metrology VI / Modeling Aspects in Optical Metrology ; 23 (Munich) : 2017.06.26-28. - Bellingham, Washington, USA : SPIE, ISBN 978-1-5106-1105-4, (2017), 103300N, insges. 9 S.

Laser focus sensors (LFS)^1 attached to a scanning nano-positioning and measuring machine (NPMM) enable near diffraction limit resolution with very large measuring areas up to 200 x 200 mm^1. Further extensions are planned to address wafer sizes of 8 inch and beyond. Thus, they are preferably suited for micro-metrology on large wafers. On the other hand, the minimum lateral features in state-of-the-art semiconductor industry are as small as a few nanometer and therefore far beyond the resolution limits of classical optics. New techniques such as OCD or ODP^3,4 a.k.a. as scatterometry have helped to overcome these constraints considerably. However, scatterometry relies on regular patterns and therefore, the measurements have to be performed on special reference gratings or boxes rather than in-die. Consequently, there is a gap between measurement and the actual structure of interest which becomes more and more an issues with shrinking feature sizes. On the other hand, near-field approaches would also allow to extent the resolution limit greatly^5 but they require very challenging controls to keep the working distance small enough to stay within the near field zone. Therefore, the feasibility and the limits of a LFS scanner system have been investigated theoretically. Based on simulations of laser focus sensor scanning across simple topographies, it was found that there is potential to overcome the diffraction limitations to some extent by means of vicinity interference effects caused by the optical interaction of adjacent topography features. We think that it might be well possible to reconstruct the diffracting profile by means of rigorous diffraction simulation based on a thorough model of the laser focus sensor optics in combination with topography diffraction^6 in a similar way as applied in OCD. The difference lies in the kind of signal itself which has to be modeled. While standard OCD is based on spectra, LFS utilizes height scan signals. Simulation results are presented for different types of topographies (dense vs. sparse, regular vs. single) with lateral features near and beyond the classical resolution limit. Moreover, the influence of topography height on the detectability is investigated. To this end, several sensor principles and polarization setups are considered such as a dual color pin hole sensor and a Foucault knife sensor. It is shown that resolution beyond the Abbe or Rayleigh limit is possible even with "classical" optical setups when combining measurements with sophisticated profile retrieval techniques and some a-priori knowledge. Finally, measurement uncertainties are derived based on perturbation simulations according to the method presented in 7.


Xie, Weichang ; Hagemeier, Sebastian; Bischoff, Jörg; Mastylo, Rostyslav; Manske, Eberhard; Lehmann, Peter
Transfer characteristics of optical profilers with respect to rectangular edge and step height measurement. - In: Optical Measurement Systems for Industrial Inspection X / Optical Measurement Systems for Industrial Inspection ; 10 (Munich) : 2017.06.26-29. - Bellingham, Washington, USA : SPIE, (2017), 1032916, insges. 16 S.

Optical profilers are mature instruments used in research and industry to study surface topography features. Although the corresponding standards are based on simple step height measurements, in practical applications these instruments are often used to study the fidelity of surface topography. In this context it is well-known that in certain situations a surface profile obtained by an optical profiler will differ from the real profile. With respect to practical applications such deviations often occur in the vicinity of steep walls and in cases of high aspect ratio. In this contribution we compare the transfer characteristics of different 3D optical profiler principles, namely white-light interferometry, focus sensing, and confocal microscopy. Experimental results demonstrate that the transfer characteristics do not only depend on the parameters of the optical measurement system (e. g. wavelength and coherence of light, numerical aperture, evaluated signal feature, polarization) but also on the properties of the measuring object such as step height, aspect ratio, material properties and homogeneity, rounding and steepness of the edges, surface roughness. As a result, typical artefacts such as batwings occur for certain parameter combinations, particularly at certain height-to-wavelength ratio (HWR) values. Understanding of the mechanisms behind these phenomena enables to reduce them by an appropriate parameter adaption. However, it is not only the edge artefacts, but also the position of an edge that may be changed due to the properties of the measuring object. In order to investigate the relevant effects theoretically, several models are introduced. These are based on either an extension of Richards-Wolf modeling or rigorous coupled wave analysis (RCWA). Although these models explain the experimental effects quite well they suffer from different limitations, so that a quantitative correspondence of theoretical modeling and experimental results is hard to achieve. Nevertheless, these models are used to study the characteristics of the measured signals occurring at edges of different step height compared to signals occurring at plateaus. Moreover, a special calibration sample with continuous step height variation was developed to reduce the impact of unknown sample properties. We analyzed the signals in both, the spatial and the spatial frequency domain, and found systematic signal changes that will be discussed. As a consequence, these simulations will help to interpret measurement results appropriately and to improve them by proper parameter settings and calibration and finally to increase the edge detection accuracy.


Darnieder, Maximilian ; Marangoni, Rafael R.; Theska, René; Fröhlich, Thomas; Rahneberg, Ilko
Contribution to the mechanical enhancement of load cells in precision weighing technology by means of advanced adjustment strategies. - In: Proceedings of the 17th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology / International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology ; 17 (Hannover) : 2017.05.29-06.02. - Bedford : euspen, ISBN 978-0-9957751-0-7, (2017), S. 411-412

The accuracy of force measurement systems is predominantly influenced by its stiffness towards deflection. Monolithic mechanical systems in precision weighing technology rely on ultrathin flexure hinges. Further stiffness reduction by a decrease of the minimum hinge thickness is unfavourable. Consequently, the present concept relies on compensation rather than a reduction of the stiffness. Based on precise adjustments, the system state is altered towards an astatic state. Hereby, the overall stiffness and the tilt sensitivity is reduced. These properties have been determined as major contributions to the measurement error. The results of the theoretical investigations form a basis for future experiments and a further improvement of load cells.


Ortlepp, Ingo ; Mastylo, Rostyslav; Albrecht, Arne; Manske, Eberhard
Pico litre volume measurement with a laser focus sensor on the nano measuring machine NMM-1. - In: Proceedings of the 17th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology / International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology ; 17 (Hannover) : 2017.05.29-06.02. - Bedford : euspen, ISBN 978-0-9957751-0-7, (2017), S. 399-400

A novel approach of measuring small volumes is made in our project. The goal is to utilise the Nano Measuring Machine NMM 1 in combination with a laser focus sensor to determine the volume of small water droplets. The droplet surface is scanned by the focus sensor with picometre resolution. Based on the shape of the scan lines, the actual volume of the droplet can be calculated. However, due to the small distance between the water surface and the glass carrier, the laser focus sensor signal was distorted by undesired reflections from the glass carrier the droplets are deposited on. To reduce these undesired reflections, the BK7 carrier was anti-reflection coated. When a SiO2 layer of appropriate thickness is deposited on the carrier, the reflectance at the water-glass interface can be considerably lowered. This drastically improves the sensor signal, thus enables the correct measurement of the droplets' shapes and hence the calculation of their volume.