Metrologische Qualifizierung von Koordinatenmessgeräten für mikromechanische Bauteile

Die vollautomatisierte Herstellung von Bauteilen mit mechanischen Strukturen mit Größen bis in den Mikrometerbereich ist heute Stand der Technik. Die Qualitätssicherung solcher mikromechanischer Bauteile erfolgt aber aufgrund des Mangels an geeigneten Messmitteln oft ausschließlich durch Funktionsprüfungen. In den letzten Jahren wurden sowohl von der Industrie als auch von Forschungseinrichtungen Anstrengungen unternommen, um effiziente Messsysteme für die Quantifizierung geometrischer Merkmale mikromechanischer Bauteile zu schaffen. Viel versprechend sind Mikro-Koordinatenmessgeräte (Mikro-KMG), die durch Anwendung spezieller Positioniereinheiten und Sensoren die Erfassung von kleinen Geometrien mit Messunsicherheiten bis in den Bereich unter 100 nm ermöglichen. Damit diese geringe Messunsicherheit erreicht werden kann, sind aber Strategien zur Korrektur systematischer Fehler der Geräte notwendig. Außerdem sind Verfahren zur Prüfung der Messgenauigkeit mit kalibrierten Prüfkörpern unabdingbar, um die Einhaltung von Herstellerspezifikationen nachzuweisen und die Stabilität des Gerätes zu überwachen. Die Quantifizierung und Korrektur von systematischen Fehlerkomponenten sowie die Genauigkeitsprüfung sind Gegenstand der metrologischen Qualifizierung des Gerätes. Besondere Eigenschaften von Mikro-KMG schließen aber die vollständige Übertragung von Modellen und Verfahren für konventionelle KMG aus. In der vorliegenden Arbeit wird eine Antwort auf die Frage gesucht, wie Mikro-KMG metrologisch qualifiziert werden können. Anhand eines ausgewähltes Mikro-KMG werden Systematiken zur Korrektur von geometrischen Abweichungen der Positioniereinheit und thermisch bedingten Abweichungen sowie zur Berücksichtigung der Sensoreigenschaften erarbeitet. Ausgehend von der Analyse der Anwendbarkeit aktueller Regelwerke, werden Lösungen für die Genauigkeitsprüfung von Mikro-KMG entwickelt. Diese basieren auf die Anwendung von Prüfkörpern, die auf die besonderen Eigenschaften von Mikro-KMG angepasst sind und mit ausreichend geringer Messunsicherheit kalibriert werden können.