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Publikationen

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Erstellt: Wed, 20 Jun 2018 23:04:14 +0200 in 0.0308 sec


Heydrich, Marius
Aufbau eines Praktikumsversuches zu Topologie- und Stufenhöhenmessungen an ebenen Proben. - Ilmenau. - 104 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2018

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Entwicklung, Konzipierung und Verwirklichung eines Versuchsaufbaus zur interferentiellen Höhenmessung mittels Helium-Neon-Laser sowie einer zusätzlichen Weißlichtquelle. Als Grundlage dient ein bereits vorhandener Interferenzkomparator der Carl Zeiss Jena GmbH. Da der Aufbau zukünftig für ein studentisches Praktikum eingesetzt werden soll, richtet sich die Arbeit gleichermaßen an Lehrende als auch an Studierende. Zu Beginn wurden die wichtigsten Komponenten benannt, gemäß Bauraum und messtechnischen Anforderungen dimensioniert sowie die Komponenten des bisher im Einsatz befindlichen Interferenzkomparators dahingehend untersucht, ob eine Weiterverwendung möglich ist. Darüber hinaus benötigte Bauteile wurden bei entsprechenden Lieferanten angefragt oder selbst konstruiert und zur Fertigung in Auftrag gegeben. Im praktischen Teil wurden Probemessungen durchgeführt, um die Funktionalität des Messaufbaus zu validieren. In Bezug auf das später daran durchzuführende Praktikum wurden Unterschiedsmessungen an zwei Sätzen Parallelendmaßen, die Ermittlung einer Biegelinie sowie eine Topologiebestimmung an einem Spiegel durchgeführt. Es zeigte sich, dass die Funktionsfähigkeit gänzlich wiederhergestellt ist und die für das Praktikum notwendigen Messungen mit dem Aufbau möglich sind. Weitere Untersuchungen dienten zur Charakterisierung metrologischer Eigenschaften. Um die Bestimmung der Topologie zu erleichtern und vor allem anschaulicher zu gestalten, fanden Untersuchungen statt, ob eine softwaregestützte Vollautomatisierung möglich ist. Dafür wurden entsprechende Programme recherchiert, miteinander verglichen und auf ihre Eignung untersucht. Dabei zeigte sich, dass die angestrebte Automatisierung mit den ausgewählten Programmen nicht möglich ist, weswegen insgesamt davon abgesehen wird. Im letzten Schritt der Arbeit wurden die Praktikumsunterlagen überarbeitet und ein Musterprotokoll mit den Ergebnissen durchgeführter Messungen erstellt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1018690174heydr.txt
Kühnel, Michael ; Krapf, Gunter; Fröhlich, Thomas
Neuartige Anwendungsfelder innovativer Kraftmess- und Wägetechnik : Schlussbericht zum InnoProfile Forschungsprojekt. - [Ilmenau] : [Technische Universität Ilmenau, Fakultät für Maschinenbau, Institut für Prozessmess- und Sensortechnik]. - 1 Online-Ressource (86 Seiten, 2,23 MB)
Förderkennzeichen BMBF 03IPT512Y
https://doi.org/10.2314/GBV:1018364498
Seifert, Christoph
Digitalisierung und dynamische Verarbeitung von Weißlichtsignaturen mit einem Mikrocontroller. - Ilmenau. - 76 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2018

In dieser Arbeit werden die Möglichkeiten einer CMOS-Zeile zur schnellen Auffindung des Messbereichs eines Weißlichtinterferometers in Verbindung mit einem Mikrocontroller zur Ansteuerung und Auswertung untersucht. Dazu wird ein TMS320F28027 Controller der C2000 Familie innerhalb eines LaunchPad Boards von Texas Instruments eingesetzt. Mit diesem werden die erforderlichen Signale zum Betrieb der CMOS--Zeile generiert und das Videosignal eingelesen und ausgewertet. Die eingesetzte CMOS--Zeile mit der Bezeichnung S9227 series von Hamamatsu kann mit der maximal zulässigen Geschwindigkeit von 5MHz Taktrate bei einer Bildrate von 9,4kHz betrieben werden. Zur Signalauswertung werden zwei Pixel je Zeilenbild durch den 12-Bit tiefen AD--Wandler des Mikrocontrollers eingelesen und in beinahe Echtzeit ausgewertet. Im Einsatz am bestehenden Weißlichtinterferometer können durch eine hohe notwendige Belichtungszeit 377 Zeilenbilder pro Sekunde erzeugt werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1015776701seife.txt
Osten, Wolfgang ; Haist, Tobias; Manske, Eberhard
How to drive an optical measurement system to outstanding performance?. - In: Proceedings of SPIE. - Bellingham, Wash : SPIE, Bd. 10557Bd. 10557 (2018), 105570Q, insges. 15 S.

In the context of measurement technology, optical methods have a number of unique features. These features include in particular the non-contact and high speed interaction with the object under test, the largely free scalability of the dimension of the probing tool, the high resolution of the data, the diversity of information channels in the light field, and the flexible adaptability of the comparative standard - the wavelength. On the other hand the user is confronted with a number of serious challenges. Two of the biggest challenges that currently attract high attention in both the technical as well as life sciences, relate to exceeding the physical limits of resolution and to improve the precision of the measurement. Therefore optical measurement methods are subject to constant improvement. The characteristics that give rise to improve the performance of the systems are obviously dependent on the purpose of the measurement and the object under test. But there are also general features that can be used to assess the performance of a measurement system. Here we refer to the spatial and temporal resolution, the area related resolution, the precision and trueness of the results, the robustness, the degree of automation, the process capability and the ability to work as close as possible to the process. In this contribution we describe the current challenges for measurement systems. Based on this we discuss general and application dependent features for the assessment of modern optical measurement systems. Afterwards, we describe measures to assess and to improve their performance. Finally, we show an advanced optical measurement system where several of these features were considered with regard to ensuring a high performance.


https://doi.org/10.1117/12.2300856
Weidenfeller, Laura ; Schienbein, Ralf; Kirchner, Johannes; Reinhardt, Carsten; Manske, Eberhard
Development of laser positioning system of high accuracy in the nanometer range. - In: Proceedings of SPIE. - Bellingham, Wash : SPIE, Bd. 10544Bd. 10544 (2018), 105440E, insges. 7 S.

Direct Laser Writing techniques like two-photon-polymerization or UV-lithography have become common tools for the micro- and nanofabrication of precise devices like photonic crystals. A decrease in the size of structures of special devices requires a significant better resolution of the laser beam system that can be determined by using different photoinitiators or a second depletion laser for STED-lithography. However, besides the optical limits for the resolution of the laser system due to diffraction effects, the positioning systems for the laser beam or the sample stage lead to further imprecisenesses. To benefit from the high resolution techniques for the structuring process, the need for highly accurate positioning systems has dramatically grown during the last years. A combination of lithographic techniques with a nanopositioning and nanomeasuring machine NMM-1, developed at the TU Ilmenau, enables high precision structuring capability in an extended range. The large positioning volume of 25mm x 25mm x 5mm with a resolution in the sub-nanometer range is a good condition for ultra precision manufacturing with large area 3D-Laser-Lithography. Advantages and disadvantages as well as further developments of the NMM-1 system will be discussed related to current developments in the laser beam and nanopositioning system optimization. Part of the further development is an analysis of the implementability of additional ultra precise rotational systems in the NMM-1 for the unlimited addressability perpendicular to the surface of a hemisphere as key strategy for multiaxial nanopositioning and nanofabrication systems.


https://doi.org/10.1117/12.2312704
Xu, Haifeng
Hochpräzise Bestimmung der Form- und Orthogonalitätsabweichungen einer Spiegelecke und Untersuchung des Verhaltens unter veränderlichen Umweltbedingungen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau. - XVI, 179 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation, 2017

ISBN 3863601718 = 978-3-86360-171-3
Dissertation erschienen unter dem Titel: Hochpräzise interferometrische Bestimmung der Formabweichungen einer Spiegelecke und Untersuchung des Verhaltens unter veränderlichen Umweltbedingungen

Die rasanten Entwicklungen der letzten Jahre insbesondere in der Halbleitertechnik und in verschiedenen Präzisionstechnologien erfordern immer präzisere Fertigungsprozesse, die bis an die physikalischen Grenzen vordringen. Deshalb wurde am Institut für Prozessmess- und Sensortechnik der Technischen Universität Ilmenau eine neue Nanopositionier- und Nanomessmaschine (NPM-Maschine) NPMM-200 mit einem Messvolumen von 200 mm x 200 mm x 25 mm und einer gesicherten Messauflösung von 80 pm entwickelt. Das Koordinatensystem der NPM-Maschinen wird durch das verwendete Interferometer-Raumspiegelsystem gebildet. Die Herstellung hochpräziser Spiegelflächen einer Raumspiegelecke mit höchsten Anforderungen an die Ebenheit ist nicht nur technisch schwierig, sondern auch sehr kostspielig. Die Fertigungstoleranzen limitieren die Ebenheit der Spiegelflächen der Raumspiegelecke und deren Winkellage zueinander. Daher ist es notwendig, vorhandene systematische Abweichungen der Spiegelflächen zu ermitteln und zu korrigieren. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die hochpräzise Bestimmung der Topographien der Spiegelflächen der Raumspiegelecke mit einem Fizeau-Interferometer und der Stitching-Technologie. Das Subapertur-Stitching-Interferometer für sehr große Messbereiche bis 350 mm x 350 mm besteht aus einem hochpräzisen XY-Verschiebetisch, einem handelsüblichen Fizeau-Phasenschiebe-Interferometer mit einer 6 Zoll Apertur und einer Raumspiegeleckebaugruppe mit integrierter Justiereinrichtung. Eine speziell entwickelte Software "SmartStitching" wird verwendet, um die aufgenommenen Messdaten der Subaperturen zu einer gesamten Topographie zu rekonstruieren. Der Stitching-Algorithmus kompensiert nicht nur Positionierfehler, die durch Führungsfehler des Lineartisches während der Verschiebung verursacht werden, sondern auch systematische Fehler wie z.B. Abbildungsfehler. Die absolute Topographie des Referenzspiegels wurde im Vorfeld durch den Multi-Rotations-Drei-Platten-Test kalibriert. Bei bekannter Formabweichung des Referenzspiegels kann der vorhandene systematische Fehler des Phasenschiebe-Interferometers korrigiert werden. Die Topographie des Referenzspiegels wurde dann im Datenverarbeitungssystem gespeichert, damit sie zur Korrektur systematischer Fehler verwendet werden kann. Weiterhin werden in dieser Arbeit andere Einflussfaktoren untersucht, z.B. Messfehler, die durch das Subaperture-Stiching-Interferometer verursacht werden, und dem akkumulierten Fehler, der durch den Stitching-Algorithmus verursacht wird. Ein weiterer Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit ist die hochpräzise Bestimmung der Abweichung der Orthogonalität zwischen den Messspiegeln (xy-, xz- und yz-Messspiegel) einer Raumspiegelecke. Zwei Messverfahren wurden für die Bestimmung der Winkelfehler eingesetzt. Die Winkel zwischen den x- und y-Spiegeln werden mit Hilfe von zwei Pentaprismen, einem kalibrierten rechtwinkligen Prisma und einem hochauflösenden elektronischen Autokollimator bestimmt. Diese Kalibriermethode verwendet zwei horizontal ausgerichtete Pentaprismen und ein hochpräzises rechtwinkliges Prisma als 90˚-Winkelnormal, um Winkelfehler zwischen der x- und y-Spiegelfläche einer Raumspiegelecke zu bestimmen. Das hochpräzise rechtwinklige Prisma wurde im Vorfeld kalibriert. Die Winkel zwischen den x- und z-Spiegeln werden mit Hilfe von zwei gegeneinander ausgerichteten Pentaprismen und einem Autokollimator kalibriert. Der Autokollimator ist über ein Pentaprisma entlang der Normalen des z-Spiegels ausgerichtet. Dieses Pentaprisma bewegt sich nur entlang der x-Richtung, bis er das zweite Pentaprisma trifft und richtet nun auch das zweite Pentaprisma so, dass der Winkel der x-Spiegelfläche mit dem AKF gemessen werden kann. Die Winkelabweichung zwischen den x- und z-Spiegeln der Raumspiegelecke ist der Differenzwert vom Messwert des Autokollimators und dem Winkelfehler beider Pentaprismen. Die Rechtwinkligkeitsabweichung zwischen den y-und z-Spiegeln wird in gleicher Weise kalibriert. Um systematische Fehler zu minimieren, ist es erforderlich, ein Kalibrierverfahren für Pentaprismen in vertikaler Ausrichtung mittels eines Fizeau-Interferometers umzusetzen. Der Drei-Pentaprismen-Test wird verwendet, um die absolute Winkelfehler der Pentaprismen in vertikaler Lage zu bestimmen. Die Genauigkeit für diese Methode wird auf 0,1" geschätzt und wird durch die Kalibrierungsunsicherheit der Pentaprismen bestimmt. Alle gemessenen Orthogonalitätsabweichungen werden abschließend quantifiziert und mit den Topographiedaten der Raumspiegelecke für Korrektur kombiniert.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/toc/1014630592.PDF
Wu, Mingqiang
Entwicklung und Konstruktion eines Waagschalenlifts für UltraMicro-Waagen. - Ilmenau. - 46 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2018

Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit konstruktiven Möglichkeiten zu Reduktion parasitärer Kräfte auf das Wägesystem bei der Aufbringung des Wägegutes auf die Lastschale von Ultramikrowaagen. Setzt man das Wägegut mit einer zu großen Beschleunigung auf die Lastschale, so entstehen parasitäre Krafte durch den Aufsetzvorgang. Diese Kräfte können das Wägeergebniss negativ beeinflussen. Zur Reduktion dieser Kräfte wurde von der Firma Sartorius eine Vorrichtung entwickelt und durch ein Patent geschützt. Bei dieser Vorrichtung wird die Lastschale der Waage beim Öffnen des Windschutzes von dem Wägesystem durch eine spezielle Hubvorrichtung entkoppelt, so das die Aufsetzkraft nicht in das Wägesystem, sonden in den Rahmen der Waage eingeleitet wird. Bei Schliessen des Windschutzes wird die Lastschale vorsichtig auf das Wägesystem abgesetzt. Somit ist die Absetztkraft gering und sehr reproduzierbar. Die Anwendung dieses Prizipes führt zu einer besseren Reproduzierbarkeit der Wägewerte. In der vorliegenden Bachelorarbeit wurde, basierend auf einem erarbeiteten, günstigen technischen Prinzip, eine konkrete konstruktive Umsetzung des Prinzipes für eine kommerziell verfügbare Waage der Firma Sartorius mit einem Wägebereich von 10 g und einer Auflösung von 10 [my]g umgesetzt. Hierbei wird ausgehend vom technischen Prinzip, die Funktionsweise, Optimierung, Konstruktion und die Montage der notwendigen Bauteile dargelegt. Im Ergebnis der Arbeit liegt ein vollständiger Zeichnungssatz zur praktischen Realisierung der Aufgabe vor. Ein entsprechender Demonstrator zur Verifizierung der Funktionsweise ist derzeit in Fertigung.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1014562104wu.txt
Hernández, Daniel ; Marangoni, Rafael; Schleichert, Jan; Karcher, Christian; Fröhlich, Thomas; Wondrak, Thomas
Numerical and experimental study on vorticity measurement in liquid metal using local Lorentz force velocimetry. - In: Measurement science and technology : devoted to the theory, practice and application of measurement in physics, chemistry, engineering and the environmental and life sciences from inception to commercial exploitation. - Bristol : IOP Publ, ISSN 13616501, Bd. 29 (2018), 3, S. 035301, insges. 13 S.

Local Lorentz force velocimetry (local LFV) is a contactless velocity measurement technique for liquid metals. Due to the relative movement between an electrically conductive fluid and a static applied magnetic field, eddy currents and a flow-braking Lorentz force are generated inside the metal melt. This force is proportional to the flow rate or to the local velocity, depending on the volume subset of the flow spanned by the magnetic field. By using small-size magnets, a localized magnetic field distribution is achieved allowing a local velocity assessment in the region adjacent to the wall. In the present study, we describe a numerical model of our experiments at a continuous caster model where the working fluid is GaInSn in eutectic composition. Our main goal is to demonstrate that this electromagnetic technique can be applied to measure vorticity distributions, i.e. to resolve velocity gradients as well. Our results show that by using a cross-shaped magnet system, the magnitude of the torque perpendicular to the surface of the mold significantly increases improving its measurement in a liquid metal flow. According to our numerical model, this torque correlates with the vorticity of the velocity in this direction. Before validating our numerical predictions, an electromagnetic dry calibration of the measurement system composed of a multicomponent force and torque sensor and a cross-shaped magnet was done using a rotating disk made of aluminum. The sensor is able to measure simultaneously all three components of force and torque, respectively. This calibration step cannot be avoided and it is used for an accurate definition of the center of the magnet with respect to the sensor's coordinate system for torque measurements. Finally, we present the results of the experiments at the mini-LIMMCAST facility showing a good agreement with the numerical model.


https://doi.org/10.1088/1361-6501/aa9f85
Uber, Carsten ; Shekhar, Rajiv; Essmann, Stefan; Gerlach, Udo; Augustin, Silke; Fröhlich, Thomas
Methoden der Temperaturbestimmung von elektrischen Entladungen bei Öffnungs-Kontaktvorgängen in zündfähigen Gasen. - In: Technisches Messen : tm : Sensoren, Geräte, Systeme : Organ des AMA Fachverbands für Sensorik e.V. und der NAMUR, Normenarbeitsgemeinschaft für Mess- und Regelungstechnik der Chemischen Industrie. - Berlin : De Gruyter, ISSN 21967113, Bd. 85 (2018), 1, S. 56-64

Für elektrische Entladungen, die bei niedrigen Spannungen von 20-40V und Strömen von 40-100mA nach der Öffnung eines elektrischen Kontaktes in explosiven Atmosphären auftreten, wurden erste spektroskopische Untersuchungen hinsichtlich der dabei entstehenden Temperatur durchgeführt. Diese Metalldampf-Entladungen, die ähnlich dem "kurzen Bogen" (short arc) sind, werden im international standardisierten Funkenprüfgerät gemäß IEC 60079-11 erzeugt, um die Eignung elektrischer Komponenten in explosionsgeschützten Bereichen zu beurteilen. - Die Temperatur ist bei diesen komplexen Zündvorgängen, die im Funkenprüfgerät auftreten, ein Schlüsselparameter. Einerseits ist die Temperatur der Kontaktmaterialien für die Beurteilung der zwingend erforderlichen Vorprozesse vor der Hauptentladung relevant, andererseits kann die Wirkung der Entladung durch die Elektronen-, Ionen und Gastemperatur charakterisiert werden. Dieser Artikel beschreibt den aktuellen Stand zur Temperaturmessung dieser elektrischen Entladungen, einschließlich der Herausforderungen, die dem genaueren Verständnis dieser Entladungsvorgänge und des thermochemischen Zündprozesses dienen sollen. Für Entladungen mit 30V und 100mA unter den genannten Rahmenbedingungen wurden Anregungstemperaturen im Bereich von 3500-5000K gemessen und berechnet.


https://doi.org/10.1515/teme-2017-0082