Carl Zeiss, Ihr Spezialist in der Nano Technologie Transmissionselektronenmikroskop mit XOR
„Für die Erstellung einer AS-Build-Dokumentation einer Sonderausführung eines Transmissionselektronenmikroskops setzte die Firma Carl Zeiss Microscopy auf die Reverse Engineering Software Rapidform®-XOR™ aus dem Hause INUS Technology. „

Seit mehr als 160 Jahren beschäftigt sich das Unternehmen Carl Zeiss mit der Entwicklung und Produktion von optischen Geräten. Dieser Erfahrungsschatz legte den Grundstein für bahnbrechende Elektronen-und Ionenstrahl-Mikroskope aus Oberkochen. Mit einem einzigartigen Produktportfolio bietet der Unternehmensbereich Nano Technology Systems immer eine maßgeschneiderte Lösung für Routine-Aufgaben in der Messtechnik und Qualitätssicherung sowie für die Grundlagenforschung in Industrie und Wissenschaft. Sowohl in den Biowissenschaften als auch bei der Materialanalyse, ZEISS Partikelstrahlsysteme ermöglichen mit ihrer innovativen Technologie maximalen Einblick in die Probe und erzielen ein Maximum an Informationen.

Carl Zeiss Transmissionselektronenmikroskop

Carl Zeiss Transmissionselektronenmikroskop

Hochgenaue Messdaten für ein Maximum an Informationen
Bei einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) durchstrahlen Elektronen die zu untersuchende Probe, die zu diesem Zweck entsprechend dünn sein muss. Je nach Ordnungszahl der Atome, aus denen das Objekt besteht, der Höhe der Beschleunigungsspannung und der gewünschten Auflösung kann die sinnvolle Objektdicke von wenigen Nanometern bis zu einigen Mikrometern reichen. Der gesamte Strahlengang liegt im Vakuum, damit die Elektronen nicht von Luftmolekülen abgelenkt werden. Dem entsprechend müssen die Proben unter Vakuum in den Strahlengang transferiert werden.

Um den Probenwechsel zu erleichtern spielt der Transfer in den Strahlengang eine wichtige Rolle. Ein neu entwickeltes Schleusensystem mit der Möglichkeit zur Probenaufbewahrung unter Vakuum und Tieftemperatur-Bedingungen ermöglicht eine maximale Flexibilität für die Zuführung der Proben. Somit lassen sich nicht nur die Wechselzeiten, sondern zugleich die Kontamination der mit Stickstoff gekühlten Proben reduzieren.

Zur Erstellung einer kundenspezifischen Lösung ist die optimale Datengrundlage entscheidend. Die geschweißte Aufhängung des Mikroskops weisst Toleranzen im mm-Bereich auf. Aufgrund nachträglicher Kundenwünsche soll ein erweitertes Proben-Transfersystem angebracht werden. Um dieses passgenau am Mikroskop anzubringen ist es nötig, die Lage der Aufhängung relativ zur Säule mit Toleranzen unter 0,1 mm zu kennen. In einzelnen Kundengesprächen wurden die erreichbaren Messergebnisse und die in Verbindung mit Rapidform®-XOR™ zu erwartende Leistungsperformance besprochen. Das erzeugte 3D-Modell soll die aktuelle Geometrie des Transmissionselektronenmikroskops im Bereich der Probenzuführung und Säulenaufhängung enthalten, sowie als Grundlage für die Positionierung des neu entwickelten Schleusensystem mit Probenbehälter verwendet werden.

„Unsere Anforderungen in der Fertigung erforderte ein 3D-Modell auf Basis einer AS-Build-Dokumentation . Mit der angebotenen Lösung unter Einsatz der Software Rapidform® XO Redesign™ ist dieses optimal gelungen.“
- Carl Zeiss Microscopy , Entwicklung, Thilo Mandler -

Die Geometrie des Transmissionselektronenmikroskops(TEM) im Bereich der Probenzuführung und Säulenaufhängung besteht aus drei in einem Dreieck angeordneten vertikalen Säulen. Streben zwischen den Säulen stabilisieren die Lage der Säulen zueinander. Die drei Säulen entkoppeln das Transmissionselektronenmikroskops vom Fundament und ermöglichen so einen erschütterungsfreien Mikroskopievorgang. Im Schwerpunkt des Säulendreiecks befindet sich der vertikale Strahlengangzylinder des Transmissionselektronenmikroskops. Der Bereich der Probenzuführung wird durch ein achtseitiges Prisma beschrieben. Das Säulendreieck des Transmissionselektronenmikroskops hat eine Kantenlänge von ca. 1000 mm und die Säulen haben eine Höhe von ca. 2500 mm. Der Bereich der Probenzuführung liegt in einer Höhe von ca. 2000 mm. Die Messgenauigkeit wird im Ergebnis besser als 0.1mm erwartet. Während der Messung ist ein besonderes Interesse auf die saubere Erfassung des achtseitigen Prismas der Probenzuführung zu legen. Das Messergebnis wird in Regelgeometrieelemente (Ebenen, Kreise, Zylinder) ausgegeben.

Von taktil erfassten Punkten zu einer parametrischen CAD-Datei
Das Transmissionselektronenmikroskop wird mit einem FARO Messarm vermessen. Das Messsystem ist ein portabler 7 Achs Messarm. Für die Erfassung der Probenzuführung wird der Messarm in ca. 3000 mm Höhe mit einem Magnetfuß auf eine Säule fixiert. Somit besteht eine feste Verbindung mit dem freischwingenden Säulendreieck. Mit dem Messarm werden taktil die geometriebeschreibenden Elemente (Ebene, Kreis, Zylinder) der aktuellen Geometrie im Bereich der Probenzuführung und Säulenaufhängung des Transmissionselektronenmikroskops erfasst. Diese erzeugten Regelgeometrien sind die Grundlage für den folgenden Reverse Engineering Prozess. Hierzu werden die Regelgeometrien zunächst als Flächen in XOR™ behandelt. Auf Basis dieser Flächen wird ein Solid konstruiert. Mit XOR™ werden diese Konstruktionsschritte zusammenhängend in einer CAD-Anwendung bearbeitet. Das Transmissionselektronenmikroskop wird vollständig über die taktil erfassten Messdaten modelliert.

Erkennen Sie sofort die Vorzüge der AS-Build-Dokumentation
Für den parametrischen Aufbau des CAD-Modells werden für jedes Bauteil die entsprechenden Regelgeometrien in XOR™ eingeblendet. Eine wesentliche Konstruktionshilfe ist die Ausrichtung des Transmissionselektronenmikroskops über die Außenflächen des Achtseitigen Prismas der Probenzuführung. Das so definierte Koordinatensystem vereinfacht den Konstruktionsprozess. In einem ersten Schritt wird der Grundkörper konstruiert. Hierzu werden taktile Messdaten der Säulen und Teller in der Mitte als Flächen bearbeitet.

taktile Messdaten Säulen und Teller mitte

taktile Messdaten Säulen und Teller mitte

Mit der Funktion Extend Surface™ werden die Flächen vergrößert, so dass sich einen Solid erzeugen lässt. Die so entstandene Flächenverband lässt sich mit der Funktion Trim&Merge™ in ein Solid überführen.

Trim&Merge Säulen und Teller mitte

Trim&Merge Säulen und Teller mitte

Als nächstes werden die taktilen Messdaten des Achtseitigen Prismas bearbeitet.

taktile Messdaten Achtseitiges Prisma Zylinder mitte

taktile Messdaten Achtseitiges Prisma Zylinder mitte

Nach der Vergrößerung der Surfaces werden die Außenflächen mit der Funktion Trim™ in die richtige Form beschnitten.

Trim Surface Achtseitiges Prisma

Trim Surface Achtseitiges Prisma

Über die gleiche Vorgehensweise werden die mittleren Zylinder vorbereitet. Hierbei werden die offenen Zylinderenden mit der Funktion Fill Face™ in einen Solid überführt.

Fill Face mittlere Zylinder

Fill Face mittlere Zylinder

Mit der Funktion Trim&Merge™ wird der getastete Bereich der Prismakanten in ein Solid überführt.

Trim&Merge Achtseitiges Prisma

Trim&Merge Achtseitiges Prisma

Über die Funktion Boolean™ wird der Grundkörper in ein Solid verschmolzen.

Boolean Strahlenröhre mit Achtseitigem Prisma

Boolean Strahlenröhre mit Achtseitigem Prisma

Im nächsten Schritt werden die taktilen Messdaten der Probenschleusen und die Achse der Schleuse bearbeitet.

Extrude Schleusen

Extrude Schleusen

Hierzu werden die Geometrieelemente Kreis bis zum Prisma ausgetragen. Im letzten Schritt werden die Verstärkungsstreben konstruiert.

„Rapidform®-XOR™ bietet die Möglichkeit über die Flächenfunktionen Extend Surface™, Trim™, Fill Face™, Trim&Merge™ sehr schnell taktil gemessene Regelgeometrien als Flächen zu bearbeiten und in ein Solid zu überführen.“
Solid Transmissionselektronenmikroskops im Bereich der Probenzuführung und Säulenaufhängung

Solid Transmissionselektronenmikroskops im Bereich der Probenzuführung und Säulenaufhängung

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