Grundlegende Untersuchungen zum konstruktiven Aufbau von Fünfachs-Nanopositionier- und Nanomessmaschinen
Dissertation, Technische Universität Ilmenau, 2020
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| Format: | UnknownFormat |
| Sprache: | ger |
| Veröffentlicht: |
Ilmenau
Universitätsverlag Ilmenau
2020
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| Schriftenreihe: | Berichte aus dem Institut für Maschinen- und Gerätekonstruktion (IMGK)
Band 37 |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | Inhaltsverzeichnis Abstract Inhaltstext |
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Tag hinzufügen | Zusammenfassung: | Dissertation, Technische Universität Ilmenau, 2020 Die vorliegende Arbeit beinhaltet Realisierungsmöglichkeiten des konstruktiven Aufbaus von Fünfachs-Nanopositionier-und Nanomessmaschinen für die Messung und Fabrikation makroskopischer Objekte mit Nanometerpräzision. Mit zusätzlichen rotatorischen Freiheiten wird die Limitierung etablierter, überwiegend kartesisch operierender Nanopositionier-und Nanomessmaschinen (NPMM) hinsichtlich der Adressierbarkeit stark gekrümmter Objektgeometrien überwunden. Es werden modular variierte Maschinenkonzepte im Hinblick auf die Realisierung mehrachsiger Bewegungen und unter der Voraussetzung der Erweiterbarkeit kartesischer NPMMs systematisch entwickelt und auf der Grundlage eines Klassifizierungssystems evaluiert. Ein hohes Potential zeigen Varianten mit drei unabhängigen linearen Bewegungen des Objektes in Kombination mit zwei unabhängigen Rotationen des Tools um einen gemeinsamen Momentanpol, der dauerhaft mit dem Arbeitspunkt des Tools (TCP) und dem Abbepunkt der kartesischen NPMM übereinstimmt. Insbesondere die Rotation des Tools um die Hochachse der NPMM mittels Drehtisch in Kombination mit einer Rotation in der horizontalen xy-Ebene unter Verwendung eines Goniometers zeigen einen hohen Erfüllungsgrad. Im Rahmen experimenteller Untersuchungen wird ein derartiger Aufbau innerhalb einer NPMM erprobt, der die Rotationen eines Tools mit einer Masse < 2 kg gewährleistet. Eine asymmetrische Anordnung des Goniometers entlang dessen Hauptdrehachse erlaubt den Einsatz von Tools, deren Gestalt das Arbeitsvolumen des Goniometers überschreitet. Es sind Rotationsbereiche des Tools von 360° um die Hochachse der NPMM und Neigungen zur Hochachse von 90° möglich. Die Integration ultrapräziser Rotationseinheiten in die NPMM erfolgt unter Zuhilfenahme finite Elemente gestützter Modellbildung und daraus abgeleiteter Strukturoptimierung der Koppelstellen. Unter Anwendung von Laserinterferometern in Kombination mit einem geeigneten Retroreflektor im TCP werden Einflüsse der zusätzlichen rotatorischen Positioniersysteme, wie Verformungen und Positionierwiederholbarkeiten, in der NPMM in situ gemessen. Wie beispielhaft mit der Anwendung eines entwickelten Nanoimprinttools gezeigt, erlauben die erreichten Positioniereigenschaften eine Adressierung und Bearbeitung dreidimensionaler Körper mit stark gekrümmter Oberfläche. Ein entwickelter neuartiger Aufbau der Gesamtstruktur, bei dem für die kombinierte Messung der Positionierabweichungen Fabry-Pérot-Interferometer zur Anwendung kommen, gewährleistet den Einbezug der Rotationen in den geschlossenen Regelkreis, wodurch die Mess-und Bearbeitungsgenauigkeit erhöht und die Prozesszeit verkürzt werden. Die Interferometer erfassen die Positionierabweichungen gegenüber einem halbkugelförmigen Konkavspiegel, der mit dem metrologischen Rahmen der NPMM direkt verbunden ist. Abschließend werden Konstruktionsrichtlinien für die Entwicklung von Fünfachs-Nanopositionier-und Nanomessmaschinen zusammengefasst. |
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| Beschreibung: | XXIV, 176 Seiten Diagramme, Illustrationen 21 cm x 14.8 cm, 409 g |
| ISBN: | 9783863602291 978-3-86360-229-1 |