Automatisierung eines modularen Cantilever-Messsystem zur Kontaktresonanz-Profilmetriel : Masterarbeit

Im Zuge der digitalen Transformation des Produktionsprozesses sind die Überwachung der Qualitäten von Werkzeugen und Werkstücke in der Fertigungslinie immer wichtiger gewesen [1]. In den letzten Jahren gab es aus diesem Grund ein großes Interesse an Cantilever-Sensor als Geräte in der Oberflächenmesstechnik, um Materialeigenschaften der Probe zu analysieren. Bei einem Oberflächenscan kann der Cantilever-Sensor die Geschwindigkeit bis zu 15 mm/s erreichen und einen Höhenunterschied von 11 nm  detektieren[24] [21]. Der taktile Sensor findet mit dem Messprinzip der Kontaktresonanzspektroskopie (kurz KRS) in der Oberflächenmesstechnik Anwendung. Durch das Kontaktresonanzmessverfahren können die mechanischen Eigenschaften einer Probe quantitativ analysiert werden.

In [6] wurde der Sensor durch ein manuelles Messsystem untersucht, das aus der Stellschraube in drei Raumrichtungen bei einer Auflösung von 10 μm besteht. Die manuelle Messung mit diesem Messsystem ist wegen der Positionierung mit der Stellschraube ineffizient, weshalb ein automatisches Messsystem erforderlich ist. In vorherigen Arbeiten wurde bereits ein automatisches Messsystem aufgebaut. Die aktuellen Messaufbauten ist durch seinen Messbereich (100 μm x 100 μm in x x z ) die Anwendung des Sensors nur eingeschränkt möglich [25].
Deshalb wird in dieser Arbeit ein neues automatisiertes Messsystem entwickelt, in dem das Messvolumen erweitert und mehrere Messmodi ermöglicht werden. Zunächst werden einige wichtige Grundlagen eingeführt, die bei der Erstellung des automatischen Messsystems und späer bei der Messung selbst verwendet werden. Dies schließt das Messprinzip des Sensors
und das Prinzip des Reglers ein. Der Regler ist beim Oberflächenscan relevant, um der Wechselwirkungskraft zwischen Sensor und Probe konstant zu bleiben. Anschließend wird das automatische Messsystem unter den zwei Gesichtspunkten Hardware und Software vorgestellt. Auf Hardwareseite werden die wichtigen Geräte und Parameter des automatischen Messsystems präsentiert und die Struktur des gesamten Programms auf Softwareseite wird
beschrieben. Dann wird eine Messung an einer Probe unter Verwendung des implementierten automatischen Messsystems durchgeführt. Abschließend wird die Arbeit zusammengefasst und ein Ausblick auf die Weiterentwicklung des automatisierten Messsystems gegeben.