The paper deals with cantilevers made from monocrystalline silicon by processes of microtechnology. The cantilevers are passive structures and have no transducers. The application as a material measure for the inspection of stylus forces is in the center of investigations. A simple method is the measurement of the deflection of the cantilever at the position of load by the force if the stiffness of the cantilever at this position is known. Measurements of force–deflection characteristics are described and discussed in context with the classical theory of elastic bending. The methods of determining the stiffness are discussed together with results. Finally, other methods based on tactile measurements along the cantilever are described and tested. The paper discusses comprehensively the properties of concrete silicon chips with cantilevers to underpin its applicability in industrial metrology. The progress consists of the estimation of the accuracy of the proposed method of stylus force measurement and the extraction of information from a tactile measured profile along the silicon cantilever. Furthermore, improvements are proposed for approaches to an ideal cantilever.

Zusammenfassung: Für Vergleiche von Flächenrauheiten mit optischen Messinstrumenten wurden verschiedene Silizium-Vergleichsproben mit Rauheiten zwischen 8 nm < Sa < 1000 nm entwickelt. Durch geeignete geätzte Markierungen ist eine Mikrometer-genaue Positionierung des Messfeldes möglich. Mit zwei unterschiedlichen Konfokal-mikroskopen wurden Messungen zur Überprüfung der Eignung als Vergleichsproben für flächenhafte Rauheitskenngrößen durchgeführt. Dabei wurden messgerätbedingte Faktoren, anwenderspezifische Einflüsse, die zeitliche Stabilität der Oberflächen und die Positioniergenauigkeit des Messfeldes geprüft und deren Einfluss auf die resultierenden Kenngrößen untersucht. Wie die Messergebnisse eindrucksvoll zeigen, eignen sich die untersuchten Proben als Maßverkörperungen und gestatten durch die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse eine Verwendung als Vergleichsproben oder Normale für flächenhafte Rauheiten über drei Größenordnungen hinweg. Die Rauheitsparameter Sa und Sq zeigen gute Übereinstimmungen und besitzen bei kleinen Rauheiten Abweichungen von einzelnen Nanometern. Bei Proben mit einem Sa Wert von 1000 nm betragen die Abweichungen bis zu ± 4.5%). Die Amplituden-Kennwerte Sp, Sv und damit Sz weisen stärke Abhängigkeiten von der Messfeld-Position und dadurch auch größere Unterschiede auf. Die Reproduktion der Messfeldposition bei großen Rauheiten und allgemein die Oberflächenstabilität der Probe (zeitliche Veränderungen wie z. B. Verunreinigungen und Beschädigungen) sind hierbei entscheidend. Die Verteilungsparameter Ssk und Sku, sowie die räumlichen Parameter Sal und Str stimmen innerhalb ± 12% überein (bis auf wenige Ausnahmen).

Zusammenfassung: Der vom Hersteller angegebene Nominalwert des Radius einer Tastnadelspitze weicht häufig stark vom tatsächlichen Radius ab. Für dessen Bestimmung eignet sich die Messung des Profils über eine scharfe Schneide (z. B. Rasierklinge). Bei der Auswertung dieses Profils wird der Abschnitt, der zur Radienbestimmung herangezogen wird, meist subjektiv festgelegt. Der Beitrag beschreibt eine Methode, die unter Einbezug der benachbarten geradlinigen Profilabschnitte (Konus der Nadel oder Flanken der Schneide) diesen Abschnitt auf iterativem Wege objektiv ermittelt und den Radius dafür bestimmt (Gauß-Kreis).

ZusammenfassungParallelfedern eignen sich als Führungsmechanik für Tastsysteme der Oberflächen- und Profilmesstechnik. Der Aufbau realisierter Systeme (Gestell-Federn-Koppel) mit Federn aus Stahl oder Kunststoff (PET) wird beschrieben. Anschließend werden relevante Eigenschaften (z. B. Federkonstanten in z-Richtung und in den Querrichtungen y bzw. x, die Querabweichung und die Verkippung der Koppel bei Auslenkung um Δ z\Delta z und die Eigenfrequenz) theoretisch betrachtet und Messergebnisse vorgestellt. Es folgen relevante Betrachtungen für die Anwendung wie die Einstellung der Tastkraft und die Korrektur der Querabweichung, sowie als Beispiele die Messung eines Formprofils und eine Rauheitsmessung. Abschließend werden weitere Anwendungsaspekte vorgestellt.