Konzeption, Herstellung, Erprobung und Spezifikation eines streifigkeitsangepassten Mikrotasters aus Kunststoff zur Verwendung in einem dreidimensionale Koordinatenmessgerät. (Kurzname: Mikropolymertaster)

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Zunehmende Miniaturisierung für die Mikro- und Nanotechnik stellt immer höhere Anforderungen an die dimensionelle Messtechnik. Koordinatenmessgeräte (KMG) sind wesentlicher Bestandteil der Qualitätssicherung der Fertigungsprozesse, z. B. im Automobilbau, Maschinenbau oder in der Luft- und Raumfahrttechnik. Häufig handelt es sich bei KMGs um taktil arbeitende Messgeräte. Die zum Einsatz kommenden Taster ermöglichen eine kraft- oder auslenkungsgeregelte Positionserfassung. Die Taster zur Erfassung von Mikrostrukturen werden Mikrotaster genannt. Sie ermöglichen die taktile Messung von Mikrostrukturen oder Oberflächen. Ein Mikrotaster besteht aus einem Kraftsensor und einem meist vertikal ausgerichteten Taststift (Abbildung 1). Am IMT wurde ein so genannter „Bosstaster“ – ein monolithischer dreidimensionaler Mikrotaster auf der Basis der Silizium-Technologie – entwickelt und gefertigt. Als Kraftsensor dient eine Silizium-Bossmembran mit eindiffundierten Piezowiderständen, die die Verformungen der Membran detektieren. Zur Einleitung der Kraft wird ein Taststift auf dem Boss der Membran aufgebracht. An dem Taststift werden die Tastkugeln befestigt. Gebräuchlich sind Tastkugeln mit einem Minimaldurchmesser von 300 μm. Der verwendete Taststift aus Hartmetall ist durch die angewandten Fertigungstechnologien kostspielig und auf einfache Geometrien begrenzt. Relativ komplexe Taststiftgeometrien können durch die Mikrospritzgieß-Technologie wirtschaftlich hergestellt werden. Funktionsbeeinflussende Parameter wie Steifigkeit, Dämpfung oder Dichte können durch die Auswahl des Kunststoffes sowie des Füllmaterials eingestellt werden. Das Ziel dieses Projektes ist es, einen Polymermikrotaster mit mindestens zwei Taststiften aus Kunststoff zu entwickeln, der auf Basis des Bosstasters das volle Potential des Kraftsensors ausschöpft. Das Mikrospritzgießen gewährleistet eine hohe Verfügbarkeit der Messtaster für unterschiedliche Messaufgaben bei komplexen Geometrien.