Modellbasierte Entwicklung der Betriebselektronik für eine Rasterkraftsonde im Frequenzmodulationsverfahren zum Messen technischer Oberflächen
Felix Ströer
Die vorliegende Arbeit behandelt die Neuentwicklung der Betriebselektronik für eine Rasterkraftsonde die im Frequenzmodulationsverfahren betrieben wird. Rasterkraft-sonden haben das Potenzial zukünftige Messaufgaben der Fertigungsmesstechnik, die durch Tastschnittgeräte und Optische Messgeräte nicht mehr gelöst werden, zu lösen. Als Grundlage für die Entwicklung eines Sensors zum Messen rauer, techni-scher Oberflächen dient die Akiyama-Sonde: bei dieser handelt es sich um eine Ras-terkraftsonde deren Auslenkung sensorlos, ohne zusätzliche Bauteile, detektiert wer-den kann. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zunächst die Eignung der Akiyama-Sonde zum Messen technischer Oberflächen untersucht. Anschließend wurde eine neue Betriebselektronik für die Sonde entwickelt. Die neuentwickelte Elektronik zeichnet sich durch einen sehr einfachen Aufbau aus: in Kern besteht sie nur aus einem FPGA, einem Analog-Digital-Umsetzer und einem Digital-Analog-Umsetzer. Metho-disch wurde bei der Entwicklung ein modellbasiertes Vorgehen gewählt: Zunächst wurde die Akiyama-Sonde in ihrem Arbeitspunkt modelliert. Basierend auf dem Mo-dell erfolgte der virtuelle Entwurf der Betriebselektronik. Ein physikalischer Prototyp wurde somit erst spät im Entwicklungsprozess benötigt. Abschließend wurde anhand von Experimenten die Fähigkeit der neuen Betriebselektronik zum Messen von Aus-lenkungen im Nanometer-Bereich nachgewiesen.
