Charakterisierung

Charakterisierung

Zur Entwicklung und Optimierung neuer und vorhandener Prozesse steht dem IDD eine umfangreiche Sammlung an Untersuchungs- und Analysemethoden zur Verfügung. Damit ist es möglich, die Prozesse und deren Ergebnisse genau zu spezifizieren und ein tiefes Verständnis der zentralen Mechanismen zu gewinnen.

Für die mechanische Messtechnik kann das IDD auf eine Zug-Druck Prüfmaschine der Firma Zwick zurückgreifen. Sie ist mit den zwei großen Prüfräumen sehr universell einsetzbar und kann mit vielen am IDD modifizierten Testeinrichtungen bestückt werden. Mit diesen können unter anderem Fragestellungen der mechanischen Belastung von Substraten und der Schneidtechnologie genau untersucht werden.

Für jedes Druckverfahren wird eine besondere Druckfarbe oder ein spezifisches Druckfluid benötigt, das bestimmte physikalische Eigenschaften haben muß. Aus diesem Grund hat das IDD ein Fluidcharakterisierungslabor aufgebaut, das hervorragend ausgestattet ist und sich mit rheologischen Eigenschaften, Partikelgrößen und Oberflächenspannungen der Fluide beschäftigt.

Zur optische Charakterisierung von Substraten, Druckergebnissen, Rasterwalzen, Druckklischees oder ähnlichem besitzt das IDD Standardmessgeräte für den Druckprozess und mehrere Mikroskope (bis zu 100x Objektive), darunter ein optisches Profilometer für 3D-Aufnahmen, das konfokale und interferometrische Mikroskopie in einem Gerät vereint.

Für allgemeine Aufgaben der Mess- und Regelungstechnik verfügt das IDD über hard- und softwarebasierte Steuer- und Regelelemente von National Instruments, die sich schnell und unkompliziert in bestehende Systeme und Prozesse integrieren lassen.

Fluidcharakterisierung mechanische Messtechnik optische Charakterisierung Mess- und Regelungstechnik

Mechanische Messtechnik

Die mechanische Messtechnik am IDD ist sehr vielfältig einsetzbar. Mechanische Zugversuche und Messungen können in unserem Klimaraum unter Normbedingungen durchgeführt werden.

Die Materialprüfmaschine ZWICK Z050 wird zur Zug-, Scher-, und Biegeprüfung an verschiedenen Bedruckstoffen und Maschinenkomponenten eingesetzt. Zur Aufnahme der Prüfkörper stehen eine Reihe von unterschiedlichen Einspannvorrichtungen und Kraftmessdosen zur Verfügung:

  • Kraftaufnehmer (50 N, 1 kN)
  • Weg-Messsysteme mit hoher Auflösung (50 nm)

Zusätzlich wurden Vorrichtungen konstruiert, um die Ober- und Unterteile der Probenhalter genaustens aufeinander auszurichten.

Die Probenhalter wurden speziell angepasst, sodass im elastischen Bereich des Werkstoffes Papier reproduzierbare Messungen gemacht werden können. Es stehen folgende Probenhalter, deren Größe an die entsprechenden Normen angelehnt ist, zur Verfügung:

  • Ringstauchversuch: MD, CD
  • Streifenzugversuch: MD, CD
  • Druckversuch: ZD
  • Diverse Druckstempel in verschiedenen Größen mit zugehörigen ebenen Gegendruckplatten
  • Peel-Test

Technische Spezifikationen:

  • Kraft: < 50 kN
  • Positionier-Wiederholgenauigkeit: ± 2 μm
  • Genauigkeit der eingestellten Geschwindigkeit: 0,004 % von Vnenn
  • Wegauflösung Antrieb: 27 nm
  • Wegauflösung externer Wegsensor: 50 nm
  • Geschwindigkeit: 0,0005 – 2000 mm/min
  • Arbeitsraumbreite: 630 mm
  • Arbeitsraumhöhe mit Zusatztraverse: 1735 mm
    (in zwei Arbeitsräume aufgeteilt)

Zur Oberflächenhärtebestimmung von Materialien liegen zwei Shore Messgeräte unterschiedlicher Hersteller vor. Beide sind einsetzbar für Shore A. Eines kommt vom Hersteller Franke und eines vom Hersteller ZwickRoell, welches hier näher beschrieben wird.

Technische Spezifikationen:

  • Gerät Zwick 3114 (Shore A)
  • Eindringkörper Kegelstumpf Öffnungswinkel: 35°
  • Anpresskraft: 12,5 N
  • Federkraft: 8,065 N
  • Anwendungsbereich: Weichgummi, Elastomere, Naturkautschuk, PVC weich

Zur Dickenmessung von Gummitüchern kann auf ein Messgerät der Firma Streb zurückgegriffen werden. Es ermöglicht Messungen nach DIN 16621 / ISO 12636 da die Geometrie des Messtellers und dessen Anpresskraft definiert sind. Es kann aber auch die Dicke von Folien oder Klischees (bei Vollflächen) bestimmt werden.

Technische Spezifikationen:

  • Skalenwert: 0.01mm
  • Meßbereich: 10mm
  • Durchmesser Meßteller: 10mm
  • Meßdruck: ca. 5-6 N/cm²
Das taktile Profilometer DektakXT von Bruker
Das taktile Profilometer DektakXT von Bruker

Das DektakXT des Herstellers Bruker ist ein taktiles Profilometer, das es ermöglicht mittels einer Diamantnadel Schichtdicken und Topographien sowie deren Rauigkeiten mit einer vertikalen Auflösung von 1 Å zu messen und zu charakterisieren. Die zu untersuchenden Proben können dabei mit einem Vakuumtisch verfahren werden, der softwaregesteuert sowohl in x- und y-Richtung bewegt als auch um 360° rotiert werden kann. Die Software ermöglicht es vollautomatisch voreingestellte Messreihen und Auswerteroutinen vorzunehmen.

Technische Spezifikationen:

  • Wiederholbarkeit < 5 Å
  • Diamantnadeln: 12,5 µm und 2,5 µm
  • Nadelkraft: 0,03 mg bis 15 mg (N-lite+ Low Force Setup)
  • Datenpunkte pro Scan: 120.000 (max)
  • vertikaler Scanbereich: 1 mm (max)
  • vertikale Auflösung: 1 Å (@ 6.55 µm Scanbereich)
  • max. Scanlänge: 55 mm (200 mm durch Stitching)
Pr&#252;fstand zur Schneidkraftbestimmung
Prüfstand zur Schneidkraftbestimmung

Im Rahmen der industriellen Druckweiterverarbeitung werden Stapel von Papierbogen in Schnellschneidern (auch Planschneider genannt) zugeschnitten. Die Wirkprinzipien und der grundlegende Aufbau eines Schnellschneiders bestehen seit den 1930er Jahren nahezu unverändert. Die damit verbundenen Veröffentlichungen und Untersuchungen sind entsprechenden Alters, daher nur unzureichend dokumentiert und unterliegen den technischen Einschränkungen ihrer Entstehungszeit.

Um die eingesetzten Wirkprinzipien grundlegend zu verstehen und darauf aufbauend Variationen oder gar Neuentwicklungen für Schnellschneider vornehmen zu können, wurde am Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren ein Prüfstand zur Schneidkraftbestimmung entwickelt. Dieser stellt den industriellen Schneidprozess in einem kleiner skalierten Aufbau mit sehr hoher Steifigkeit nach. Es können reproduzierbar Schneidkräfte in 3-Achsrichtungen, die Presskraft, sowie der Weg des Messers und des Pressbalkens aufgezeichnet werden. Zusätzlich können die Winkel der beiden Messführungen unabhängig voneinander eingestellt werden und dadurch alle vier industriell verbreiteten Schnittarten, nämlich Parallelsenkrechtschnitt, Parallelschrägschnitt, Schwingsenkrechtschnitt und Schwingschrägschnitt mit unterschiedlichen Schnittwinkeln realisiert werden. Der Pressbalken kann nach der Pressung geklemmt werden (Position konstant), während dem Schneiden nachgeführt werden (Presskraft konstant) oder ganz deaktiviert werden um ohne Pressbalken zu schneiden. Für allgemeine Versuche sind Messer mit verschiedenen Schliffwinkeln und eventuellen Vorphasen vorhanden. Die Steuerung des Prüfstands und die Messdatenerfassung erfolgt über ein PXI-System von National Instruments, der Antrieb erfolgt über die Materialprüfmaschine ZWICK Z050.

Mit dem Prüfstand können Grundlagenuntersuchungen zum Verständnis der Vorgänge beim Schneiden und Pressen im Schnellschneider, aber auch Versuche zur Vorhersage und Optimierung der Schnittkraft und Kantenqualität beim Schneiden unterschiedlichster Materialien durchgeführt werden. Es können, bei Bedarf mit Adaptern, verschiedene Messer eingesetzt und zusätzliche Messtechnik und Kameras integriert werden.

Technische Spezifikationen:

  • Typische Schneidgutabmessung: 20 mm hoch, 100 mm breit, 200 mm lang (andere Maße möglich)
  • Maximale Schneidkraft: 40 kN senkrecht zur Ebene und jeweils 20 kN in der Ebene.
  • Maximale Presskraft: 6 kN
  • Messlänge: 100 bis 200 mm

Fluidcharakterisierung

Die Untersuchung der im Druckprozess beteiligten Materialien spielt in der Forschung eine wichtige Rolle. Vor allem die Materialeigenschaften von Fluiden sind von besonderem Interesse, da sie einen großen Einfluss auf den Druckprozess haben. Mit der am IDD vorhandenen Ausstattung können nicht nur die wichtigsten Materialdaten erfasst werden, sondern auch umfangreiche Charakterisierungen mit vielen variablen Parametern durchgeführt werden. Hierbei liegt der Fokus auf der Rheologie, Kontaktwinkelmessung und Tensiometrie.

Das modulare, luftgelagerte Thermo Scientific HAAKE MARS Rheometer ist das ideale Gerät zur Charakterisierung von Farben, Lacken und Feststoffen. Mit Platte-Kegel und Platte-Platte Messsystemen nach ISO 3219 können Messungen im CR (controlled rate)-, CS (controlled stress) -, und CD (controlled deformation) Mode in Rotation und Oszillation durchgeführt werden. Zusätzlich ist eine High-Shear Messeinrichtung vorhanden, mit der Messungen bei Scherraten bis zu 200000 1/s durchgeführt werden können.

Technische Spezifikationen:

  • Temperaturbereich: -40° C bis 180° C
  • Minimales Drehmoment: 0,01 µNm (0,1 nNm Auflösung)
  • Minimale Drehzahl: 10^-7 1/min
  • Genauigkeit der Liftpositionierung: 0,5 µm
  • Probenvolumen: 0,5 – 5 ml

Das Dehnrheometer HAAKE CaBER von der Firma Thermo Fischer Scientific wird zur Charakterisierung von Fluiden eingesetzt. Hiermit können rheologische Untersuchungen durchgeführt werden, die die Messungen mit dem HAAKE MARS ergänzen. Ein kleiner Fluidtropfen wird zwischen zwei Platten auseinander gezogen und der Durchmesser wird beobachtet. Aus der gemessenen Funktion kann, bei Kenntnis der Oberflächenspannung des Fluids, die Dehnviskosität berechnet werden. Die eingebaute Kraftmessoption (Piezo Sensor von Kistler), eine Positionsmessung mittels Linearpotentiometer und die Datenauswertung mit der Software Labview von National Instruments ermöglichen erweiterte Messoptionen.

Technische Spezifikationen:

  • Temperaturbereich: 0° C bis 80° C
  • Auflösung Lasermikrometer: 8 µm
  • Sampling Rate: 0,1 ms
  • Kraftmessung: 0,05 – 10 N
  • Minimale Streckzeit: 20 ms
  • Probenvolumen: ca. 0,2 ml

Das DSA 100 ist ein hochmodernes, computergesteuertes Kontaktwinkelmessgerät. Mit der vorhandenen 5-fach Dosierung können verschiedene Referenzfluide für die Erfassung der Oberflächenenergie von Feststoffen (Substrate, Klischees, Walzen, …) verwendet werden. Zusätzlich kann über eine Messung mit der „pendant drop“ Methode die statische Oberflächenspannung von Fluiden bestimmt werden. Die Datenauswertung wird über eine moderne Software gesteuert. Die Erfassung der Bilder erfolgt mit einer FireWire Kamera mit 60 frames/s. Eine temperierbare Kammer erlaubt die Vermessung von Substraten und Fluiden unter unterschiedlichen Umgebungsbedingungen und unter Lösemittelatmosphären. Die modulare Bauweise des Gerätes ermöglicht die Nutzung weiterer Module und Automatisierungseinrichtungen.

Technische Spezifikationen:

  • Temperaturbereich: -10° C bis +100° C
  • Dosierung: 5-fach automatische + ein Fluid manuell
  • Kamera: 60 frames/sec.
  • Probenpositionierung: manuell beweglicher X-Y-Z Tisch

Die Oberflächenspannung vieler Druckfarben ändert sich mit der Zeit und Temperatur. Diese hat einen entscheidenden Einfluss auf deren Benetzungseigenschaften. Mit dem Blasendrucktensiometer BP 100 von KRÜSS kann die dynamische Oberflächenspannung von Fluiden ab einem Oberflächenalter von 5 ms bis 100 s bei Temperaturen zwischen -10° C und 100° C gemessen werden.

Technische Spezifikationen:

  • Temperaturbereich: -10° bis +100° C
  • Oberflächenalter: 0,005 – 100 s

Das Nicomp 380 DLS kann die Partikelgrößenverteilung in einem Fluid bestimmen , wobei Partikelgrößen von 1 nm bis 5 µm erfasst werden können. Die Messung erfolgt mittels dynamischer Lichtstreuung bei einer 90°-Anordnung über 1024 Kanäle. Das zur Messung benötigte Probenvolumen liegt bei 2 ml und kann in Spezialfällen auf einige µl reduziert werden. Die Probe kann während der Messung durch ein Peltierelement im Bereich von 5-65°C temperiert werden.

Technische Spezifikationen:

  • Messverfahren: Dynamische Lichtstreuung
  • Messanordnung: 90° Streuung
  • Auswertung: über 1024 Kanäle
  • Messbereich: 0,001 – 5 µm
  • Temperierung: 5 – 65°C
  • Probenvolumen: 2 ml

Das Pocket-Goniometer misst den Randwinkel eines Flüssigkeitstropfens auf einem festen Substrat. Der Randwinkel ist eine Funktion der Oberflächenspannungen der beiden beteiligten Stoffe. Dieses Gerät ist portabel und besitzt einen flexibleren Einsatzbereich als das Krüss DSA 100, jedoch eine geringere Genauigkeit.

Technische Spezifikationen:

  • Bildgröße: 640 x 480 Pixel
  • Minimale Dosiermenge: 0,5 µl

Optische Messtechnik

Zur berührungsfreien, optischen Vermessung von gedruckten Farb- oder elektrischen Funktionsschichten verfügt das IDD über eine Reihe von Messgeräten, die auch Untersuchungen von Schichten mit einer Dicke von wenigen Nanometern erlauben. Hierzu stehen verschiedene optische Messverfahren (Mikroskopie, Profilometrie, Interferometrie) zur Verfügung, die eine genaue Charakterisierung von Oberflächenstrukturen und Bedruckstoffen ermöglichen. Zusätzlich kann in transparenten Schichten die Schichtdicke mittels Reflektometrie bestimmt werden. Fluoreszenz- und Polarisationsmikroskopie stehen ebenfalls zur Verfügung.

Das Sensofar PLu Neox ist ein optisches Profilometer, dass die simultane Untersuchung von Oberflächen mittels konfokale Mikroskopie, Weißlichtinterferometrie und monochromatische Interferometrie erlaubt. Zusätzlich besteht die Option der Schichtdickenmessung mittels Reflektometrie. Das Gerät ist mit einem elektrisch verfahrbaren Ansaugisch ausgestattet, der Proben bis zu einer Größe von etwa 30 x 30 cm aufnehmen kann.

Technische Spezifikationen:

  • Minimale vertikale Auflösung
    • Konfokale Mikroskopie: 3 nm
    • Weißlichtinterferometrie: 1 nm
    • Phasenverschiebungsinterferometrie: 0,01 nm
    • Spektroskopisches Reflektometer (Schichtdicke): 0,1 nm
  • Objektive
    • interferometrisch: 5x, 10x, 20x, 50x
    • konfokal: 5x, 10x, 20x, 50x

Das Leica DM4000M ist ein teilmotorisiertes Forschungsmikroskop für Auflicht Hell- und Dunkelfeld, Durchlicht- und Polarsationskontrast. Mit Hilfe einer externen UV-Lichtquelle können zusätzlich die Fluoreszenzeigenschaften einer Probe aufgenommen werden. Ein motorisierter Scanntisch ermöglicht automatische Übersichtsaufnahmen, die Auswertesoftware erlaubt zudem hochaufgelöste Multifokusaufnahmen. Die vorhandenen Objektive im Bereich von 2,5x bis 100x erlauben eine sehr breite Anwendbarkeit dieses Mikroskops.

Das Leitz Orthoplan ist ein Großfeldmikroskop für Auflicht- sowie verschiedene Methoden der Durchlichtmikroskopie (Phasenkontrast, Hell- und Dunkelfeld). Der Objektivrevolver ist austauschbar durch den Fluoreszenz-Auflichtilluminator Ploemopak. Somit können auch fluoreszierende Proben betrachtet werden.

Für die digitale Bildaufnahme am Mikroskop stehen eine RGB-Kamera (8 Bit pro Kanal) und eine SW-Kamera (12 Bit) zur Verfügung. Für lichtschwache Aufnahmen kann das Mikroskop abgedunkelt werden.

Technische Spezifikationen:

  • Planobjektive: 16x, 32x
  • HDR-Objektive: 10x, 20x
  • Plan-Apochromate: 6,3x, 16x, 25x, 40x
  • Planachromat: 10x

Das Makroskop von WILD HEERBRUGG M420 ermöglicht das Erfassen von Bildern von Druckproben oder anderen Oberflächen. Hierbei können Strukturen von mehreren Millimetern bis zu ca. 100 µm erfasst werden. Der große Arbeitsabstand ermöglicht ein großes Einsatzfeld. Die Beleuchtung erfolgt über eine Leica Kaltlichtquelle, die über eine koaxiale Beleuchtungseinheit eingekoppelt ist. Ein C-Mount-Adapter ermöglicht die Bildaufnahme mittels verschiedener Kameras.

Technische Spezifikationen:

  • Vergrößerung: stufenlos 6,3 – 32x

Die Hochgeschwindigkeitskamera FASTCAM SA4 der Firma Photron ermöglicht die Aufnahme von Prozessen mit einer Bildwiederholfrequenz von 3600 fps bei einer vollen Auflösung von 1024 x 1024 Pixel. Bei reduzierter Auflösung sind Bildwiederholfrequenzen von 500000fps bei einer Auflösung von 128 x 16 Pixel möglich. Die Ansteuerung und Datenübertragung findet über Ethernet mit einer Maximalen Übertragungsrate von 1000 mbit/s statt. Es können Objektiv mit M42-Gewinde oder C-Mount-Objektive angeschlossen werden.

Technische Spezifikationen:

  • 3600 fps bei 1024 x 1024 Pixel Auflösung
  • 500000 fps bei 128 x 16 Pixel Auflösung
  • C-Mount- und M42-Objektivanschluss

Messgeräte für Druckprozesse

Das Plattenmessgerät iCPlate II kann die Tonwerte auf einer Druckplatte berechnen, indem ein Kamerabild auf druckende und nichtdruckende Flächenanteile ausgewertet wird.

Zudem können als weitere Kennwerte der Tonwert, der Punktdurchmesser, die Rasterweite und der Rasterwinkel ermittelt werden.

Technische Spezifikationen:

  • Lichtquelle: LED (R,G,B)
  • Messfläche: 1 mm x 1,3 mm

Das digitale Mikroskop DMS910 ist ein Plattenmessgerät, welches die Tonwerte auf einer Druckplatte berechnen kann, indem ein Kamerabild auf druckende und nichtdruckende Flächenanteile ausgewertet wird.

Zudem können als weitere Kennwerte der Tonwert, die Rasterweite und der Rasterwinkel ermittelt werden.

Technische Spezifikationen:

  • Aufnahme: RGB-Kamera
  • Messfläche: 0,7 mm x 1,0 mm

Das Viptronic Vipdens C9 ist ein Filter-Densitometer. Es ermöglicht die Ermittlung der optischen Dichte von gedruckten Farbschichten. Aus der optischen Dichte lässt sich auf die Farbschichtdicke oder den Tonwert des gemessenen Feldes schließen.

Technische Spezifikationen:

  • Gerätetyp: Filter-Densitometer
  • Messfläche: Ø 2 mm, Ø 3 mm
  • Messsensor: Fotodioden

Das Chameleon ist ein LED-Densitometer. Es ermöglicht die Ermittlung der optischen Dichte von gedruckten Farbschichten. Aus der optischen Dichte lässt sich auf die Farbschichtdicke oder den Tonwert des gemessenen Feldes schließen.

Technische Spezifikationen:

  • Gerätetyp: LED-Densitometer
  • Messfläche: Ø 3 mm

Das Vipflex wird zur Qualitätskontrolle für Flexo- und Offsetdruckplatten sowie Film und Druck eingesetzt. Es besteht aus einer Kamera für Reflexions- und Transmissionsaufnahmen. Mithilfe der Software können Tonwerte oder Punktdurchmesser bestimmt werden.

Technische Spezifikationen:

  • Messmodus: Reflexion, Transmission
  • Lichtquelle: RGB-Lampen
  • Messfläche: 1,1 mm x 1,5 mm

Im ColorPilot FM 19 ist ein Filter-Densitometer integriert. Es ermöglicht die Ermittlung der optischen Dichte von gedruckten Farbschichten. Aus der optischen Dichte lässt sich auf die Farbschichtdicke oder den Tonwert des gemessenen Feldes schließen. Druckkontrollstreifen können automatisch gemessen werden. Dafür wird das Papier angesaugt und der Messkopf fährt über die gesamte Papierbreite.

Mit dem Grapho Metronic ColorPilot FM19 ist auch spektrale Farbmessung möglich.

Technische Spezifikationen:

  • Lichtquelle: Glühbirne
  • Messfläche: 1,0 mm x 2,4 mm

Mess- und Regelungstechnik

Mit der vorhandenen Mess- und Regelungstechnik ist es möglich, komplexe Messaufgaben mit weitgehend automatisierbarer Messwertverarbeitung durchzuführen. Neben Messwertsensoren für elektrische und mechanische Größen können auch optische, Temperatur- und Klimadaten erfasst werden.

National Instruments

Es kann am IDD auf die gesamte Palette der National Instruments Software zugegriffen werden. Dazu gehören LabView sowie DIAdem, beide in der momentan aktuellen Version. Mittels LabView können mit der kompatiblen Hardware von NI Steuer- und Regelanwendungen in Echtzeit programmiert werden. Dazu ist das System auch für die Remote-Steuerung über Web-Browser und FTP-Schnittstelle geeignet. Alle Steuer- und Regelalgorithmen sind benutzerdefiniert einstellbar. DIAdem ermöglicht die schnelle und unkomplizierte Datenauswertung und Berichterstattung. Messwerte verschiedener Dateiformate könne eingelesen und angezeigt werden. Darüber hinaus ermöglichen spezielle Tools eine automatisierte Datenauswertung. Dies reicht von der einfachen Addition der Datenkanäle über das Filtern der Messdaten bis hin zur Durchführung einer FFT. Dies alles kann in einem Bericht ausgegeben werden.

Das vorhandene PXI-System ist mit diversen Messkarten ausgestattet. Für den Einsatz für Steuer und Messaufgaben kann das PXI-System mit Windows oder auch einem NI eigenen Betriebssystem betrieben werden. Programmiert wird dieses System über die Standard LabView Software. Eine Eigenschaft des NI eigenen Betriebssystems ist der kompromisslose Echtzeitbetrieb der Mess- und Steueraufgaben.

Folgende Schnittstellenkarten mit zugehörigen Kabeln und Anschlussboxen sind vorhanden:

  • PXI-8106 RT Embedded Controller als Plattform für die Betriebssysteme
  • PXI-6521 Ausgang für mechanische Relais mit 150 V, Digitaleingänge mit 30 V Belastbarkeit
  • PXI-5900 differenzial Vorverstärker für PXI-5922 Oszilloskop mit einer Bandbreite von 6Mhz
  • PXI-5922 zweikanal Oszilloskop mit einer Auflösung von 24bit bei 500 kS/s und 16bit bei 15 MS/s
  • PXI-6251 hochgeschwindigkeits Multifunktions-Datenerfassungsmodul, A/D-Wandler mit 16 Bit
  • PXI-6281 hochpräzises Multifunktions-Datenerfassungsmodul A/D-Wandler mit 18 Bit

Das CompactRIO bietet eine Echtzeitplattform mit einem rekonfigurierbarem FPGA-Chip und lässt sich komfortabel in der LabView Umgebung programmieren. So lassen sich Daten mit bis zu 40Mhz pro Takt parallel verarbeiten und auswerten. Über eine DMA Schnittstelle können aggregierte Daten in das Echtzeitbetriebssystem übertragen und gespeichert werden. Durch die Netzwerkfähigkeit ist eine Visualisierung und Überwachung der Daten auf einem anderen Computer möglich. Zur Ein- und Ausgabe von Daten stehen folgende Komponenten zur Verfügung:

  • cRIO-9074 Integrierter Echtzeit Controller mit 400 MHz und FPGA mit 2 Mio. Gattern
  • cDAQ-9171 USB Chassis für Module der C-Baureihe
  • 2x USB-9162 USB Chassis für Module der C-Baureihe
  • 3x 9411 Digitaleingangsmodul für 6 Kanäle, 500 ns und ±5 bis 24 V
  • 9215 Analogeingangsmodul mit 4 Kanälen, 100 kS/s pro Kanal, 16 bit; ±10 V
  • 2x 9401 Bidirektionales Hochgeschwindigkeits-Digital-I/O-Modul mit 8 Kanälen, 5 V/TTL
  • 2x 9237 Brückenmodul mit simultaner Abtastung; 4 Kanäle, 24 bit, ±25 mV/V
  • 9219 Universelles Analogeingangsmodul mit 24 bit
  • 9472 Digitalausgangsmodul 8 Kanäle, 24-V-Logik, 100 µs
  • 2x 9263 Analogausgangsmodul mit 4 Kanälen, 100 kS/s, 16 bit, ±10 V
  • 9234 Analogeingangsmodul für Beschleunigungsaufnehmer 4 Kanäle, ±5 V, 51,2 kS/s pro Kanal, 24-bit-IEPE

Zusätzlich zum PXI-System sind folgende NI-Komponenten vorhanden:

  • Diverse Compact FieldPoint Devices (z.B.: cFP-2020, cFP-2010, cFP1808 + Datenerfassungsmodule)
  • PCI und PCMCIA Multifunktions-Datenerfassungsmodule (PCI-6221, DAQCard-6024E + Anschlussboxen)

Klimasensoren für Luftfeuchte und Lufttemperatur

DKRF 400 mit Auswerte- und Speicherelektronik. Fest installiert im Klimalabor und im Drucklabor im Keller. Mobile Einheit zum Klimaloggen, wo immer sie gerade benötigt wird. Die Sensoren geben ein 0 – 10 V Signal aus, welches mit NI-Komponenten ausgelesen wird.

Technische Spezifikationen:

Temperatur

  • Einsatzbereich: -40 bis +80° C
  • Genauigkeit: ±0,3° C bei 25° C.

Feuchte

  • Einsatzbereich: 0 – 100% rF
  • Genauigkeit: ±1,8% rF bei 20 – 80% rF.

Rotronik Hygroflex HTS 11 mit Hygroclip IW ist ein fest installiertes System zur Bestimmung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Mittels eines angeschlossenen systemkompatiblen Sensors stellt es wiederum, hochpräzise zu seiner digitalen Anzeige, die Messdaten an einer 0 – 10 V Schnittstelle zur Verfügung. Ni-Komponenten zeichnen die Daten auf.

Technische Spezifikationen:

  • Schutzart: IP65

Temperatur:

  • Einsatzbereich: -50 bis +85 °C
  • Genauigkeit: ±0,2 K
  • Reproduzierbarkeit: < 0,1 K

Feuchte:

  • Einsatzbereich: 0 – 100% rF
  • Genauigkeit: ±0,6% rF
  • Reproduzierbarkeit: < 0,5% rF
  • Langzeitstabilität: < 1% rF/Jahr

Sonstiges

Das FischerScope MMS PC ist ein Messsystem, in dem verschiedene Messsonden mit unterschiedlichen Messmethoden zum Einsatz kommen können.

Die vorhandene Wirbelstrommesssonde FTA2.4-MC ermöglicht eine Dickenmessung von nichtleitende Schichten auf leitendem, aber nichtmagnetisierbarem Grundmaterial, und für Nichteisenmetall auf Isolierstoffen. Dabei können durch die schmale Bauform der Sonde und der sicheren Führung in einem Stativ auch konkave Proben vermessen werden.

Technische Spezifikationen:

  • Modul: PERMASCOPE
  • Sonde: FTA2.4-MC
  • Schichtdickenbereich: 2 – 1200 µm
  • Kalibrierfolien: 12 µm, 24,3 µm, 295 µm

Der Messplatz besteht aus einer Probe Station von Intertek und zwei Source-Meter-Units des Typs 2400 von Keithley. Zum Charakterisieren von Transistoren sind verschiedene Messvorschriften definiert, die aber nach Bedarf angepasst werden können. So sind Vorschriften zum Bestimmen der Ausgangs- und Transferkennline von organischen Transistoren mit p- und n-Halbleitern vorhanden. Die Mobilität des Halbleiters kann anschließend bestimmt werden. Zusätzlich kann nach dem Verfahren von Van-der-Pauw der spezifische Widerstand einer geschlossenen, nahezu beliebig großen und geformten Schicht bestimmt werden, wenn die Dicke dieser Schicht zuvor extern bestimmt wurde.

Technische Spezifikationen:

  • 4 Carl Suss Nadelhalter
  • Vakuumplatte
  • Verschließbar zum Messen unter Ausschluss von Lichteinflüssen
  • Leica Stereo Mikroskop
  • 5µV bis 210V, 50pA bis 1,05A, 100µOhm bis 211MOhm; bei maximal 22W Leistung

Das SRM-14T von Nagy Instruments ist ein Messgerät zur berührungslosen Messung des Schichtwiderstandes. Damit können Metallschichten auf isolierenden Substraten und innerhalb isolierender Schichten charakterisiert werden. Es stehen zwei Messköpfe mit einem Messbereich von 0,5 bis 20 Ohm/sq und 0,5 bis 20 Ohm/sq zur Verfügung.

Am IDD steht ein hochwertiger Transistormessplatz bestehend aus einem Agilent B1500A Halbleiterbauteilanalysator zusammen mit einer Kontaktierstation EPS150 von Cascade Microtech zur Verfügung. Die Kontaktierstation bietet vier fein einstellbare Nadelhalter und ein aufgesetztes Mikroskop mit USB-Kamera zum genauen Kontaktieren der Bauteile. Der Agilent B1500A ist damit verbunden und kann Kennlinien von Transistoren, Kondensatoren und anderen elektrischen Bauteilen aufnehmen und Kenngrößen wie die Mobilität und Schwellspannung daraus ableiten. Ebenso sind komplexere Messungen von Speicherbauteilen und Langzeitmessungen für die Lebensdaueruntersuchung wie Stresstests von Transistoren möglich.

Technische Spezifikationen:

  • Maximale Probengröße: 150 mm Durchmesser
  • 4 Nadelhalter
  • Messbereich Spannung von 0,5 µV bis 200 V
  • Messbereich Strom von 0,1 fA bis 1 A
  • 3 Messeinheiten (SMU)

Dieses Gerät ermöglicht die Erfassung von zeitlich schnell veränderlichen, periodischen oder transitorischen elektrischen Signalen, mit einer hohen Abtastrate , vielen bedienerfreundlichen Zusatzfunktionen wie z. B. der Front-USB-Anschluss zur Speicherung und Übertragung von Messdaten, automatische Skalierung, mehrsprachige Benutzeroberfläche, FFT serienmäßig, optionaler Akkubetrieb.

Technische Spezifikationen:

  • Grenzfrequenz: bis 500 MHz
  • Erfassungskanäle: max. 4
  • Abtastrate: bis 5 GS/s
  • Schnittstellen: USB, RJ45, GPIB, seriell
  • Standardaufzeichnungslänge von 10.000 Punkten auf allen Kanälen

Das Rasterkraftmikroskop (AFM) Nanite B ist ein Messsystem, das die Messungen der Topografie einer Probe mit einer Auflösung im Nanometer-Bereich ermöglicht. Die Messungen und deren Visualisierung sowie deren Evaluierung erfolgen über die Software SPM S des Messgerätes. Das Gerät ermöglicht die Aufnahme einer Messfläche bis 72 x 72 µm bei einer maximalen Auflösung von 1024p. Das Messsystem Nanite B wurde so konstruiert, dass es in das am IDD vorhandene Profilometer Sensofar PLu Neox, welches durch einen motorisierten Lineartisch eine einfache Handhabung ermöglicht, integriert werden kann.

Es stehen piezobasierte Beschleunigungsaufnehmer mit verschiedenen Messbereichen, sowie eine Kraftmesszelle und ein Impulshammer von Kistler zur Verfügung. Angeschlossen und ausgewertet werden die Aufnehmer mit dem Modul NI-9234, welches dem CompactRIO System von National Instruments zugeordnet ist. Vorhandene Komponenten sind:

  • Beschleunigungsaufnehmer mit +- 100g Messbereich Typ 8702B
  • Beschleunigungsaufnehmer mit +-50g Messbereich Typ 8702B
  • Beschleunigungsaufnehmer mit +- 25g Messbereich Typ 8702B
  • Kraftmesszelle mit 250lbf Messbereich Typ 9712B
  • Magnetische Befestigung Typ 8452
  • Befestigungsblock 8502
  • Impulshammer mit Frequenzbereich 6900 Hz (-10 dB) Typ 9724A5000

Mittels der Kraftmessplattform der Firma Kistler lassen sich dynamische und quasistatische Messungen der 3 orthogonalen Komponenten einer beliebig an der Deckplatte angreifenden Kraft (Fx,Fy und Fz) durchführen. Desweiten können auch die an der Deckplatte angreifenden Momente Mx, My und Mz ausgewertet werden.

Der Messaufbau besteht aus dem Kistler Quarzkristall-3-Komponenten Dynamometer Typ 9255B, dem nötigen 8-Kanal Ladungsverstärker Kistler Typ 5070A11100 und dem passenden Verbindungskabel. Die vom Ladungsverstärker ausgegebene Spannung -10 V bis +10 V kann wiederum mit NI-Komponenten ausgewertet werden.

Technische Spezifikationen:

  • Länge: 260 mm
  • Breite: 260 mm
  • Höhe: 95 mm
  • Gewicht: 5,2 kg
  • Ausführung: IP 67
  • Messbereich x- und y-Richtung: -20 bis +20 kN
  • Empfindlichkeit x- und y-Richtung: ≈ -8 pC/N
  • Messbereich in z-Richtung: -10 bis 40 kN
  • Empfindlichkeit in z-Richtung: ≈ -3,7 pC/N