|
|
Návrh vhodného etalonu délky pro nano-CT měřicí přístroj
Kožiol, Martin ; Jankových, Róbert (oponent) ; Šrámek, Jan (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá návrhem tří etalonů délky, které poslouží pro zajištění metrologické návaznosti mezi přístroji Rigaku nano3DX, SIOS NMM-1, Zeiss UPMC Carat 850 a dalšími přístroji umístěnými na ÚVSSR VUT a CEITEC Brno. První část je zaměřena na teoretické seznámení se s pojmy úzce souvisejícími s problematikou zajišťování metrologické návaznosti. Kromě toho se tato část zabývá výpočetní tomografií a popisem jednotlivých přístrojů. V druhé části jsou řešeny návrhy, postup výroby a odzkoušení jednotlivých etalonů. Poslední část je věnována popisu zajištění kalibrace nejmenšího etalonu, tzv. Nano etalonu a výpočtu nejistoty měření jeho kalibrované délky. Ke konci práce jsou výstupy těchto činností zhodnoceny.
|
|
|
Stanovení přesnosti měření v nanometrologii
Šrámek, Jan ; Číp, Ondřej (oponent) ; Tykal, Miroslav (oponent) ; Jankových, Róbert (vedoucí práce)
Předkládaná disertační práce se zabývá měřením velmi malých rozměrů v nanometrologii pomocí dotykové nano-sondy, která je součástí třísouřadnicového měřicího stroje. V práci je prezentován nově vypracovaný přístup k problematice hodnocení přesnosti měření v oblasti přesného měření délky. Cílem práce je rozšíření možností měření prováděných na popisovaném přístroji a vytvoření návrhu postupu měření malých součástí včetně stanovení přesnosti měření tohoto přístroje při jeho použití v nanometrologii. Práce prezentuje nově vytvořený postup výpočtu nejistoty měření, který byl základní součástí stanovení přesnosti měření přesného třísouřadnicového měřicího stroje (dále jen nano-CMM). V první části disertační práce je uvedena analýza současného stavu v oblasti vyhodnocování přesnosti měření při realizaci přesných měření délky. Jsou zde definovány a popsány jednotlivé metody používané pro stanovení přesnosti měření nano-CMM. Je zde kladen důraz zejména na aparát stanovení nejistoty měření, kdy je čerpáno z autorových zkušeností z praxe metrologa pracujícího v laboratoři Oddělení Primární nanometrologie a technické délky Českého metrologického institutu v Brně (dále je ČMI Brno). Druhá část disertační práce se zaměřuje na vlastní problematiku stanovení přesnosti délkových měření v nanometrologii s důrazem na provedení souboru měření za dodržení podmínek reprodukovatelnosti a opakovatelnosti. Je zde rovněž popsán a vyzkoušen konkrétní simulační proces, kdy se pomocí metody Monte Carlo provádí simulaci měřicího systému nano-CMM za účelem doplnění nově vytvořeného aparátu pro stanovení nejistoty měření dotykovou nano-sondou na tomto přístroji. Podstatnou součástí této části disertační práce je podrobné vyhodnocení výsledků měření z provedených experimentů za dodržení podmínek opakovatelnosti a reprodukovatelnosti a zejména potřeby stanovení nejistoty měření nano-CMM. Nejistota měření je v disertační práci vyjádřena pro kvantifikaci přesnosti měření tohoto přístroje. Závěr práce shrnuje získané poznatky v oblasti provedeného vědeckého výzkumu včetně jejich vyhodnocení v rámci zvolené metodiky pro stanovení přesnosti měření v nanometrologii. Naznačuje budoucí postup možný v oblasti výzkumu i praktického použití v oblasti metrologické návaznosti a provádění vysoce přesných měření pro zákazníky. Zabývá se i možností využití dalších snímacích systémů použitelných na zkoumaném nano-CMM.
|
|
|
Pokročilé interferometrické metody pro souřadnicové odměřování
Holá, Miroslava ; Klapetek,, Petr (oponent) ; Mrňa, Libor (oponent) ; Lazar, Josef (vedoucí práce)
Disertační práce tematicky spadá do oborů Metrologie délky a Nanometrologie. Nanometrologie se zabývá dimenzionálním měřením mikro a nanostruktur s vysokým prostorovým rozlišením, typicky v řádu nanometrů. Rozvoj tohoto oboru souvisí s rozvojem nanotechnologií, kde se uplatňují měřicí metody kombinující zobrazování pomocí mikroskopických technik s odměřováním s rozlišením a přesností na nanometrové úrovni. K měření rozměrů nanostruktur se zde využívá laserová interferometrie, která je v současné době nejpřesnější měřicí technikou dimenzionálních veličin. Požadavky měření na nanometrové úrovni vedou ke snahám posouvat limity interferometrického rozlišení a přesnosti. Interferometrické odměřování je v přesnosti měření limitováno především vlivem indexu lomu vzduchu. V první části práce je uveden teoretický rozbor jednotlivých části laserového interferometru. Druhá část práce je věnována problematice vlivu indexu lomu vzduchu na interferometrické odměřování a výslednou nejistotu měření. Experimentálně ověřuji koncept kompenzace vlivu indexu lomu vzduchu pomocí stabilizace vlnové délky laserového zdroje na mechanickou referenci. V prvním případě se jedná o interferometr se stojatou vlnou vybuzenou v pasivním rezonátoru s odměřováním polohy pomocí unikátního transparentního fotodetektoru, který je schopen detekovat interferenční maxima a minima podél osy svazku v rezonátoru. Dále demonstruji experimentální měřicí sestavu, jejíž předností je sloučení interferometru a refraktometru do jednoho systému. Toto uspořádání eliminuje zdroje chyb způsobené růzností poloh svazku měřicího index lomu (refraktometr) a svazku měřicího vzdálenost (interferometr). Experimentální sestava je využita ke studiu chování proudění vzduchu (okolního prostředí) v závislosti na změně délky měřicích ramen interferometrů. Toto studium je prováděno s důrazem na potenciální aplikace v souřadnicových měřicích systémech v metrologii délky. Stabilizace vlnové délky na mechanickou referenci představuje snížení příspěvku vlivu indexu lomu vzduchu do celkové nejistoty měření o jeden až dva řády. Na základě získaných výsledků navrhuji nová uspořádání interferometrů pro odměřování polohy, kombinující délkovou interferometrii a tracking refraktometr pro on-line kompenzaci fluktuací indexu lomu vzduchu s blízkými svazky. Ve třetí části práce popisuji realizaci interferometrických systémů pro konkrétní aplikace. Pro průmyslové prostředí je určen koncept interferometrické délkové sondy, která umožňuje nanometrové odměřování pomocí zjednodušené konstrukce interferometru. Pro souřadnicové odměřování polohy vzorku až v šesti stupních volnosti jsem realizovala kompaktní modulární interferometrický systém, který je unikátní optickou částí a stabilizovaným laserovým zdrojem. Pro odměřování polohy vzorku v komoře elektronového litografu jsem navrhla a realizovala diferenční interferometr, který pracuje v blízké infračervené oblasti a využívá novou detekční metodu, která byla vyvinuta pro tento systém. Ve čtvrté části uvádím realizaci vysokorychlostního interferometru v diferenčním uspořádání, který umožňuje vyhodnocení vysokocyklové únavy v materiálovém inženýrství. Tento způsob studia vysokocyklové únavy by měl být přínosem jak pro základní výzkum, tak i inženýrskou praxi.
|
|
|
Návrh vhodného etalonu délky pro nano-CT měřicí přístroj
Kožiol, Martin ; Jankových, Róbert (oponent) ; Šrámek, Jan (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá návrhem tří etalonů délky, které poslouží pro zajištění metrologické návaznosti mezi přístroji Rigaku nano3DX, SIOS NMM-1, Zeiss UPMC Carat 850 a dalšími přístroji umístěnými na ÚVSSR VUT a CEITEC Brno. První část je zaměřena na teoretické seznámení se s pojmy úzce souvisejícími s problematikou zajišťování metrologické návaznosti. Kromě toho se tato část zabývá výpočetní tomografií a popisem jednotlivých přístrojů. V druhé části jsou řešeny návrhy, postup výroby a odzkoušení jednotlivých etalonů. Poslední část je věnována popisu zajištění kalibrace nejmenšího etalonu, tzv. Nano etalonu a výpočtu nejistoty měření jeho kalibrované délky. Ke konci práce jsou výstupy těchto činností zhodnoceny.
|
|
|
Stanovení přesnosti měření v nanometrologii
Šrámek, Jan ; Číp, Ondřej (oponent) ; Tykal, Miroslav (oponent) ; Jankových, Róbert (vedoucí práce)
Předkládaná disertační práce se zabývá měřením velmi malých rozměrů v nanometrologii pomocí dotykové nano-sondy, která je součástí třísouřadnicového měřicího stroje. V práci je prezentován nově vypracovaný přístup k problematice hodnocení přesnosti měření v oblasti přesného měření délky. Cílem práce je rozšíření možností měření prováděných na popisovaném přístroji a vytvoření návrhu postupu měření malých součástí včetně stanovení přesnosti měření tohoto přístroje při jeho použití v nanometrologii. Práce prezentuje nově vytvořený postup výpočtu nejistoty měření, který byl základní součástí stanovení přesnosti měření přesného třísouřadnicového měřicího stroje (dále jen nano-CMM). V první části disertační práce je uvedena analýza současného stavu v oblasti vyhodnocování přesnosti měření při realizaci přesných měření délky. Jsou zde definovány a popsány jednotlivé metody používané pro stanovení přesnosti měření nano-CMM. Je zde kladen důraz zejména na aparát stanovení nejistoty měření, kdy je čerpáno z autorových zkušeností z praxe metrologa pracujícího v laboratoři Oddělení Primární nanometrologie a technické délky Českého metrologického institutu v Brně (dále je ČMI Brno). Druhá část disertační práce se zaměřuje na vlastní problematiku stanovení přesnosti délkových měření v nanometrologii s důrazem na provedení souboru měření za dodržení podmínek reprodukovatelnosti a opakovatelnosti. Je zde rovněž popsán a vyzkoušen konkrétní simulační proces, kdy se pomocí metody Monte Carlo provádí simulaci měřicího systému nano-CMM za účelem doplnění nově vytvořeného aparátu pro stanovení nejistoty měření dotykovou nano-sondou na tomto přístroji. Podstatnou součástí této části disertační práce je podrobné vyhodnocení výsledků měření z provedených experimentů za dodržení podmínek opakovatelnosti a reprodukovatelnosti a zejména potřeby stanovení nejistoty měření nano-CMM. Nejistota měření je v disertační práci vyjádřena pro kvantifikaci přesnosti měření tohoto přístroje. Závěr práce shrnuje získané poznatky v oblasti provedeného vědeckého výzkumu včetně jejich vyhodnocení v rámci zvolené metodiky pro stanovení přesnosti měření v nanometrologii. Naznačuje budoucí postup možný v oblasti výzkumu i praktického použití v oblasti metrologické návaznosti a provádění vysoce přesných měření pro zákazníky. Zabývá se i možností využití dalších snímacích systémů použitelných na zkoumaném nano-CMM.
|
|
|
Interferometrický kalibrátor pro měření vlnových délek
Jedlička, Petr ; Mikel, Břetislav ; Řeřucha, Šimon ; Matěj, Z. ; Herman, O. ; Holá, Miroslava ; Jelínek, Michal ; Pavelka, Jan ; Číp, Ondřej ; Lazar, Josef
Systém je navržen pro kalibraci měřicího rámu, kterým se kontrolují rozměry reaktorové nádoby. Rám je při měření spouštěn do reaktoru a výsuvnými koncovými snímači měří jeho rozměry. Měřené hodnoty jsou až\n3300 mm. Před měřením je třeba měřicí rám jako celek kalibrovat.\n
|
|
|
Pokročilé interferometrické metody pro souřadnicové odměřování
Holá, Miroslava ; Klapetek,, Petr (oponent) ; Mrňa, Libor (oponent) ; Lazar, Josef (vedoucí práce)
Disertační práce tematicky spadá do oborů Metrologie délky a Nanometrologie. Nanometrologie se zabývá dimenzionálním měřením mikro a nanostruktur s vysokým prostorovým rozlišením, typicky v řádu nanometrů. Rozvoj tohoto oboru souvisí s rozvojem nanotechnologií, kde se uplatňují měřicí metody kombinující zobrazování pomocí mikroskopických technik s odměřováním s rozlišením a přesností na nanometrové úrovni. K měření rozměrů nanostruktur se zde využívá laserová interferometrie, která je v současné době nejpřesnější měřicí technikou dimenzionálních veličin. Požadavky měření na nanometrové úrovni vedou ke snahám posouvat limity interferometrického rozlišení a přesnosti. Interferometrické odměřování je v přesnosti měření limitováno především vlivem indexu lomu vzduchu. V první části práce je uveden teoretický rozbor jednotlivých části laserového interferometru. Druhá část práce je věnována problematice vlivu indexu lomu vzduchu na interferometrické odměřování a výslednou nejistotu měření. Experimentálně ověřuji koncept kompenzace vlivu indexu lomu vzduchu pomocí stabilizace vlnové délky laserového zdroje na mechanickou referenci. V prvním případě se jedná o interferometr se stojatou vlnou vybuzenou v pasivním rezonátoru s odměřováním polohy pomocí unikátního transparentního fotodetektoru, který je schopen detekovat interferenční maxima a minima podél osy svazku v rezonátoru. Dále demonstruji experimentální měřicí sestavu, jejíž předností je sloučení interferometru a refraktometru do jednoho systému. Toto uspořádání eliminuje zdroje chyb způsobené růzností poloh svazku měřicího index lomu (refraktometr) a svazku měřicího vzdálenost (interferometr). Experimentální sestava je využita ke studiu chování proudění vzduchu (okolního prostředí) v závislosti na změně délky měřicích ramen interferometrů. Toto studium je prováděno s důrazem na potenciální aplikace v souřadnicových měřicích systémech v metrologii délky. Stabilizace vlnové délky na mechanickou referenci představuje snížení příspěvku vlivu indexu lomu vzduchu do celkové nejistoty měření o jeden až dva řády. Na základě získaných výsledků navrhuji nová uspořádání interferometrů pro odměřování polohy, kombinující délkovou interferometrii a tracking refraktometr pro on-line kompenzaci fluktuací indexu lomu vzduchu s blízkými svazky. Ve třetí části práce popisuji realizaci interferometrických systémů pro konkrétní aplikace. Pro průmyslové prostředí je určen koncept interferometrické délkové sondy, která umožňuje nanometrové odměřování pomocí zjednodušené konstrukce interferometru. Pro souřadnicové odměřování polohy vzorku až v šesti stupních volnosti jsem realizovala kompaktní modulární interferometrický systém, který je unikátní optickou částí a stabilizovaným laserovým zdrojem. Pro odměřování polohy vzorku v komoře elektronového litografu jsem navrhla a realizovala diferenční interferometr, který pracuje v blízké infračervené oblasti a využívá novou detekční metodu, která byla vyvinuta pro tento systém. Ve čtvrté části uvádím realizaci vysokorychlostního interferometru v diferenčním uspořádání, který umožňuje vyhodnocení vysokocyklové únavy v materiálovém inženýrství. Tento způsob studia vysokocyklové únavy by měl být přínosem jak pro základní výzkum, tak i inženýrskou praxi.
|
|
|
Nanopositioning with detection of a standing wave
Holá, M. ; Hrabina, J. ; Číp, O. ; Fejfar, Antonín ; Stuchlík, Jiří ; Kočka, Jan ; Oulehla, J. ; Lazar, J.
A measuring technique is intended for displacement and position sensing over a limited range with detection of standing-wave pattern inside of a passive Fabry-Perot cavity. In this concept we consider locking of the laser optical frequency and the length of the Fabry-Perot cavity in resonance. Fixing the length of the cavity to e.g. a highly stable mechanical reference allows stabilizing wavelength of the laser in air and thus to eliminate especially the faster fluctuations of refractive index of air due to air flow and inhomogeneity. Detection of the interference maxima and minima within the Fabry-Perot cavity along the beam axis has been tested and proven with a low loss transparent photodetector with very low reflectivity. The transparent photodetector is based on a thin polycrystalline silicon layer. Reduction of losses was achieved thanks to a design as an optimized set of interference layers acting as an antireflection coating. The principle is demonstrated on an experimental setup.
|
|
|
Interferometrický odměřovací systém pro elektronový litograf
Řeřucha, Šimon ; Šarbort, Martin ; Lazar, Josef ; Číp, Ondřej
Spolehlivost zápisu rozsáhlých struktur pomocí elektronového litografu je do velké míry závislá na přesném řízení polohy posuvného stolku se substrátem. Typicky je pro tuto úlohu využíváno optického odměřování pomocí laserových interferometrů, které poskytuje požadovanou úroveň přesnosti. Této přesnosti dosahuje za cenu využití složité optické sestavy, která díky nárokům na přesnost a robustnost v důsledku představuje netriviální navýšení ceny elektronového litografu jako výsledného produktu. V rámci spolupráce jsme se zaměřili na návrh a ověření optimalizovaného měřicího systému, který poskytne srovnatelnou přesnost a zároveň bude robustnější a cenově efektivnější. Jádrem optimalizace je v zásadě přesun zpracování interferenčního signálu z optické oblasti do oblasti výpočetní. V našem případě se jedná zejména o využití alternativní interferometrické detekční techniky, která využívá kontinuálně frekvenčně modulovaný laserový zdroj v kombinaci se zjednodušeným optickým systém. Výstupem optické soustavy je v obou případech dvojice fázových signálů, které v kvadraturní formě reprezentují hodnotu interferenční fáze. Požadavky na odměřovací systém jsou následující: nejistota měření menší než 2,5 nm, rozsah měření 100 mm, odezva systému 10 kHz. Navíc je vyžadováno využití jiné než viditelné vlnové délky z důvodů interference se scintilátory litografu. Pro účely ověření metody je použita optická sestava. Jako zdroj je využit kompaktní laserový modul RIO Orion (Rio Redfern Integrated Optics Inc.), založený na stabilizované DFB diodě, frekvenčně modulovaný změnou čerpacího proudu. Výstup z interferometrické sestavy je snímán dvěma detekčními systémy: jedním je standardní homodynní detekce, druhým je nová testovaná metoda. Toto uspořádání umožňuje srovnat vyhodnocení různými detekčními technikami a přitom, díky sdílené optické trase, eliminovat vnější vlivy, které mohou mít na přesné vyhodnocení výrazný vliv.
|
|
|
Studium chování proudění vzduchu přes délkový šum při interferometrickém měření
Holá, Miroslava
Měřit s nanometrovou přesností je v posledních deseti letech klíčová výzva, které se objevila v oblasti metrologie délky. Mezinárodní projekt s názvem „NANOTRACE“, který sdružuju renomované laboratoře EU, se snažil prolomit limity rozlišení v laserové interferometrii. Metody, které byly zkoumané, prokázaly, že lze dosáhnout významného zlepšení v rozlišení laserové interferometrie. Navrhované nanometrologické systémy si kladou za cíl zvýšit rozlišení a najít cesty, jak potlačit zdroje nejistot v měření a to do subnanometrové oblasti. Za předpokladu měření v atmosféře patří fluktuace indexu lomu vzduchu mezi největší zdroje nejistot při interferometrickém měření. Měření polohy v omezeném rozsahu je typické pro souřadnicové měřící systémy. V nanometrologii je takovým standardem mikroskop skenující sondou s přesným odměřováním polohy. Proto jsme se rozhodli rozšířit koncept kompenzace fluktuací indexu lomu vzduchu přes sledování optické délky uvnitř měřícího rozsahu interferometru měřícího vzdálenost. Námi navržený systém je kombinací refraktometru spolu s interferometrem kde v prvním případě vyhodnocujeme úroveň nejistoty délkového šumu dvou měřících svazků, který představuje fluktuace indexu lomu vzduchu. A v druhém případě jsme se zabývali změnami indexu lomu (délkového šumu) v závislosti na změně měřícího ramene.
|
host ::
RSS.