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02.07.2013

Nanokraftsensor

Kraft und Weg gleichzeitig messen

Nanokraftsensor

Die Phyikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig, präsentiert einen Nanokraftsensor zur Messung kleinster Kräfte. Durch die Anordnung verschiedener Bauelemente ist er gleichzeitig Aktor und darin integrierter Sensor. So kann er laut Hersteller kleinste Kräfte bis in den Nanonewton-Bereich hinein messen und parallel dazu Auslenkungen bis in den Nanometer-Bereich erfassen. Kleine Kräfte müssen beispielsweise zur Qualitätskontrolle der zunehmend in der Industrie eingesetzten Kunststoff-Mikroteile gemessen werden. Alle diese Oberflächen müssen durch taktile Verfahren dimensionell vermessen werden. Um das Messergebnis nicht zu verfälschen, sollten dabei die Antastkräfte möglichst klein sein. Der Sensor soll überall dort besondere Vorteile bieten, wo es erforderlich ist, Kräfte und Wege gleichzeitig zu messen, etwa wenn parallel zur Eindringkraft auch die Eindringtiefe gemessen werden muss. Die Entwicklung basiert auf einem mikroelektromechanischen System (MEMS), das aufgrund des lithografischen Herstellungsverfahrens einfach in großer Stückzahl hergestellt werden kann. Die zu messende Kraft wird über einen Schaft, an dem die Messspitze befestigt ist, auf ein kapazitives Messsystem übertragen. Mäanderförmige Federn, die am Substrat befestigt sind, halten diesen Schaft. Durch ihre spezielle Form wird eine kleine Federkonstante erreicht, sodass bei einer gegebenen zu messenden Kraft ein großer Weg zurückgelegt wird. Dadurch sollen kleine Kräfte bis zu 1 Nanonewton in einer linearen Dynamik bis zu 500  µN gemessen werden können. Mit einem integrierten Faser­interferometer wird eine Inline-Kalibrierung der Schaftauslenkung ermöglicht.

PTB – Physikalisch-Technische
Bundesanstalt
www.ptb.de

Unternehmensinformation

Physikalisch-Technische Bundesanstalt - PTB

Bundesallee 100
DE 38116 Braunschweig
Tel.: 0531 592-3005
Fax: 0531 592-3008

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