V ČR bylo v roce 2003 480 SMS, nyní přes 1000
Nové směry ve vývoji velmi přesných souřadnicových měřicích strojů
Z toho 60 % dotykových
• Metrologie měřidel délek, • Seminář, Brno, 10. 9. 08
Jednotka délky
Zdroje celkové nejistoty
Metr je vzdálenost, kterou urazí světlo ve vakuu za 1/299792458 s. chyby způsobené fluktuací teploty
• • •
Realizace metru podle této definice se děje dvěma způsoby: První je z doby letu světla podle vzorce pro rovnoměrný přímočarý pohyb s = c . t Druhým způsobem, interferometricky na základě superpozice referenční a měrné větve, přičemž se využívá vlnové podstaty světla. V obou případech je třeba koherentního zdroje záření. Nejčastěji jím bývá laserový paprsek o určité vlnové délce (ve viditelné oblasti záření např. 633 nm červený, 612 nm oranžový, 543 nm zelený a další), přičemž jeden ze základních požadavků je vysoká stabilita frekvence. U státních etalonů délky se dosahuje frekvenční stability v řádu 1.E –11 až v řádu 1.E –13
chyba kalibrační procedury 21 geometrických chyb 3D stroje
ANIMACE
Výpočet EXCEL
Chyba dotyku
diagram znázorňující superpozici dílčích chyb
Zdroje celkové nejistoty
chyby způsobené fluktuací teploty chyba kalibrační procedury
Schéma návaznosti
21 geometrických chyb 3D stroje
Chyba dotyku
diagram znázorňující superpozici dílčích chyb
1
Zdroje celkové nejistoty
chyby způsobené fluktuací teploty chyba kalibrační procedury 21 geometrických chyb 3D stroje
Chyba dotyku
diagram znázorňující superpozici dílčích chyb
Kalibrace dotyku • Measurement of 1 mm calibration sphere
Calibration sphere roundness after error separation: 40 nm
21 geometrických chyb
Optické měřicí stroje
WERTH video check HA 800x400x200 mm v odd. technické délky ČMI
2
Bitmapová grafika
Odchylka tvaru
• Ke zobrazení využívá mřížku bodů (PIXEL – obrazový bod). • Kvalita závisí na počtu bodů • Využívá se pro: monitory, CCD senzory, fotografie
Odchylka tvaru
•
Odchylky tvaru ve Virtuálním měřicím stroji
•
Obrázek: tvary.png
•
Obrázek je možné objednat na adrese http://www.iigdt.com/id34.htm
Základna
UKÁZAT
VYZKOUŠET
Obrázk z1.jpg a z22.gif
Odchylka tvaru - normy
Rovnoběžnost
Přímost (ISO 12780), Kruhovitost (ISO 12181), Rovinnost (ISO 12781), Válcovitost (ISO 12180).
3
Rovnoběžnost
Design : separate metrology frame
probe
Metrology frame
xyz-stage mirror table granite base
suspension frame
3D Nanometre metrology
Zeiss F25
• Mitutoyo Legex 574 – Range X,Y,Z : 510, 710, 460 – E1 = 0,35 + L/1000 µm
• Multi-sensor machine
• 3D Mikrotaster
• Zeiss Carat UPMC 850 – Range X,Y,Z : 850, 1150, 600 – E1 = 0,7 + L/600 µm
3D Abbe
IBS PE : Isara Sios : NMM Panasonic : UA3P
Stationary probe, moving table
Mitutoyo NanoCord
• Resolution 1 nm • Range 300 x 200 x 100 mm • Machine uncertainty – E1 = 0,2 + L/1000 µm
Table position measured in 3D Abbe using plane mirror interferometers
4
Sios : NMM-1
• Range 25 x 25 x 5 mm • Resolution 0,1 nm
• No Probe • No CMM software
3D Nanometre metrology
• Werth VideoCheck V HA – Range X,Y,Z : 400, 250, 150 – E1 = 0,25 + L/900 µm
• Mahr OMS 400 – Range X,Y,Z : 450, 400, 300 – E1 = 0,9 + L/600 µm
IBS Precision Engineering : Isara
• Range 100 x 100 x 40 mm • Measuring uncertainty : U1 = 15 nm (X & Y) U1 = 25 nm (Z) U3 = 30 nm (3D)
NIST
• Molecular Measuring Machine M3
• 3D Abbe • Workpiece weight : max. 6 kg • Temperature : 20°C ± 0,5°C
Analogue nanometre probes
• • • •
Capacitive measurement system Parallel kinematics Probe radius 150 µm Stiffness : 10 N/m Isotropic • Moving mass 370 mg • Resolution 1 nm
UNIVERSAL AND FLEXIBLE 3D COORDINATE METROLOGY FOR MICRO AND NANO COMPONENTS PRODUCTION
CALL FP6-2004-NMP-NI-4 INTEGRATED PROJECT (IP) - 026717-2
Applied on Isara
5
Nano CMM Project in Figures
Project Challenges
• 4½ Project (2006-2011). Design Criteria - Optical Probes
optical point and area probes alone effective tip diameter: 300 nm aperture half-width: 45º working distance: >5 mm (3 mm) z-measuring range: 1 µm - 10 µm Z uncertainty: 10 nm - 50 nm XY (lateral) uncertainty: 200 nm (300 nm) true 3D uncertainty: 200 nm (300 nm)
• 15 Partners. • Budget ≈ 10.000.000 • 6 Countries. • Nano-Metrology Market estimates: $US 200 billion. • Microsystems Technologies market grow: 20% rate per annum.
note: stitching of optical point and area probes in XYZ Cartesian system with stitching point clouds taken in diffetrue 3D uncertainty: 200 nm (300 nm) rent orientations (with anistrotropic uncertainty) imoptical point and area probes in XYZ AB coordinate system proves (averages) resolution true 5-axis uncertainty: 100 nm (200 nm)
• Intensive High-tech SME involvement
Nano CMM Team Project Challenges Participant Role
Participant Nº
Participant Name
Country
CO
1
UNIMETRIK
ES
CR
2
MAHR
DE
CR
3
IBS PE
NL
CR
4
SIOS
DE
CR
5
TRIMEK
ES
CR
6
DATAPIXEL
ES
CR
7
NASCATEK
DE
CR
8
NOLIAC
DK
CR
9
PHILIPS DAP
NL
CR
10
PTB
DE
CR
11
TEKNIKER
ES
CR
12
INNOVALIA
ES
CR
13
CMI
CZ
CR
14
DTU
DK
CR
15
ILLMENAU IPM
DE
Project Challenges Design Criteria - Tactile Probes
Design Criteria - Probe Charger Probe Tip Changer & Rotary Stage
XYZ positioning alone (corner cube object carrier, laser interferometers, pitch/yaw/roll compensation) 1D static: 10 nm 3D static within 20mm x 20mm x 10mm: 25 nm vibration in slow scanning motion: 25 nm RMS vibration in stand still: 10 nm RMS
engage/ disengage probe
probe changer and probe tip changer repeatability: 20 µm dual axis rotary stage
fiducial marks
object
rotary axes alone 3D uncertainty static within 20mm x 20mm x 10mm: Drift, thermal stability of entire system within 10 min: of each component within 10 min:
stylus changer on probe head nano tubes
20 µm 50 nm 25 nm
stylus in use
Conclusions • Nano-CMM will provide the micro-manufacturing industry with similar facilities as known from traditional industries • Nano-CMM will allow Europe to maintain worldwide leadership in metrology at the nano and micro level. • Nano-CMM provide an excellent business opportunity for high-tech SME.
6
Nano CMM
Měření skleněným optickým vláknem
Normy vztahující se k souřadnicovým měřicím strojům:
Optické měřicí stroje
• ISO 10360-1:2000 – Geometric Product Specifications (GPS) – Acceptence and reverification tests for CMM, Part 1: Vocabulary, • ISO 10360-2:2000 – Geometric Product Specifications (GPS) – Acceptence and reverification tests for CMM, Part 2: CMMs used for measuring size, • ISO 10360-3:2000 – Geometric Product Specifications (GPS) – Acceptence and reverification tests for CMM, Part 3: CMMs with the axis of a rotary table as the fourth axis, • ISO 10360-4:2000 – Geometric Product Specifications (GPS) – Acceptence and reverification tests for CMM, Part 4: CMMs used in scanning measuring mode, • ISO 10360-5:2000 – Geometric Product Specifications (GPS) – Acceptence and reverification tests for CMM, Part 5: CMMs using multiple-styus probing systems, WERTH video check HA 800x400x200 mm v odd. technické délky ČMI
• ISO 10360-6:2000 – Geometric Product Specifications (GPS) – Acceptence and reverification tests for CMM, Part 6: Estimation of errors in computing Gaussian associated features.
Multisenzorový souřadnicový měřicí stroj WERTH
• • • • • •
WERTH video check HA 800 x 400 x 200 mm s parametry měření: Nejlepší měřicí schopnost (MPE) Při oboustranném měření (bidirectional) E1:(0.50 + L/900) µm Tento stroj získal k využívání Český metrologický institut a iniciuje tím zahájení výzkumu v oblasti submikronové dimensionální metrologie, ale i pokrytí potřeb průmyslu ČR.
4. seminář Českého metrologického institutu •
22.října 2008 v Praze
•
Novotného lávka 5, v Praze 1,
•
Doba trvání 9.30 – 16.00
• •
Název semináře” Úvod do měření dílů mikro a nano technologií s použitím souřadnicových měřicích strojů dotykových, optických a multisenzorových včetně Nano cmm – stroje pro měření dílů mikro a nano technologií
•
•
7
