Über die Genauigkeit [für das Hobby Mikroskopie unwichtig]

[JüSchTü]

Liebe Forenmitglieder,

jeder weiß doch, was mit "Genauigkeit" gemeint ist. "Genau" halt, präzise, akkurat, exakt, äußerst sorgfältig, penibel.

Stimmt.

Und auch nicht: "Wir treffen uns um genau 15 Uhr genau an der dritten Säule von links am Schloßplatz". So, oder so ähnlich, verabredete man sich früher, in der Vor-Mobiltelefon-Zeit, in Stuttgart.

Das klappte auch, wenn einer um 15.12 Uhr an der fünften Säule von links auftauchte, weil man automatisch Abweichungen akzeptiert. Wenn dabei dann aber einer um 18 Uhr unter der Bahnhofsuhr stand, verfehlte man sich. Irgendwo ist also eine Grenze in "Raum und Zeit" und das Beispiel zeigt, dass Genauigkeit eine relative Größe ist.

In "Mikroskopieren von Anfang an" steht, auf Seite 37 unten, unter "Einfach: Höhenunterschiede im Auflicht messen" etwas von "...mit dem Mikroskoptisch verbundene Messuhr oder ein elektrischer Wegaufnehmer...". Viel einfacher wäre doch die Skala am Knopf, oder?

Warum schreibt CZ in der Anleitung für das Standard 25 ICS: "Die Skala am Grobtrieb (0 bis 400) ermöglicht eine orientierende Messung der Objektdicke: 1 Teilstrichintervall entspricht ca. 5 µm"?

"Messuhr" ? "Orientierend" ?? "Ca." Das sind doch Experten (die Hersteller), die kennen die Übersetzung doch "genau" und könnten doch Ruckzuck, 1/10 oder 1/5 Schätzwert eingerechnet, eine "Genauigkeit" von 0,5 µm oder 1 µm angeben.

Meine Überzeugung ist: Die Tischfokussierung dieser Geräte ist nicht für diese "Genauigkeit" gebaut und unterliegt deshalb in diesem Punkt keiner eigenen Qualitätskontrolle.

Weil: Die Anforderungen an die "Genauigkeit" sind technisch nämlich anders definiert als im üblichen Sprachgebrauch verwendet. Es gibt Genauigkeitsklassen, die jeweils eine ganze Anzahl von Kriterien beinhalten, die von einem Gerät und dessen Einsatzumgebung eingehalten werden müssen, soll es einer Klasse zugeordnet werden. Das "genaueste" Gerät ist u.U. nutzlos, wenn es möglich ist, dass die Sonne darauf scheint und es erwärmt! Bestimmte Geräte müssen "genau" horizontal oder vertikal ausgerichtet werden, oder sie verlieren durch fehlerhafte Montage, durch eine nicht zulässige Umgebungstemperatur oder durch Beschädigungen oder Reparaturen relevanter Teile ihre "Genauigkeit". Und das ist unabhängig von der oben beispielhaft zitierten Getriebeübersetzung.

In welche Genauigkeitsklasse ein Gerät eingeordnet werden kann, wird u.a. durch die für diese Klasse maximal zulässige Anzeigeabweichung (früher nannte man das "Fehler"), die Auflösung, die Wiederholgenauigkeit, die Umkehrspanne etc. festgelegt. Alle Kriterien müssen erfüllt sein und zusätzlich die des Umfelds. Dann kann man sagen, dieses Gerät erfüllt an seinem Einsatzort und der entsprechenden Umgebung die Anforderungen der Genauigkeitsklasse 00, 0,2, 0,5, 1 oder 2.

Ein neues Gerät entspricht den vom Hersteller angegebenen Merkmalen mit einer Fertigungsstreuung, die der Hersteller kennt und als wirtschaftlich sinnvollen Kompromiss zulässt. Durch die Benutzung tritt Verschleiß auf, durch den sich die Qualitätsmerkmale verändern und die maximal vom Hersteller zugelassenen Grenzen überschreiten können. Die Tischfokussierung wird im Schärfebereich der Objektive deutlich stärkere Abnutzung zeigen, als in den Bereichen dazwischen oder außerhalb davon. Dort tritt dann eher Verschmutzung durch angelagerten Staub oder Veränderung des Schmierstoffs auf. Das trifft auf Kugelumlaufspindeln genauso zu, wie auf Zahnstangen, Zahnräder, Lager, Schwalbenschwanz- oder Kreuzrollenführungen. Diese Veränderungen überlagern sich mit den ursprünglichen Herstellungsungenauigkeiten, was man mit entsprechenden Messgeräten prüfen und eine eventuell gewünschte bzw. geforderte Genauigkeitsklasse bestätigen kann oder nicht.

Und dann kommt noch etwas dazu: Bei meinem Standard ist der Abstand zwischen der Drehknopfachse und der optischen Achse ca. 110 mm. Gerne wird die Abbésche Formel, die die Auflösungsgrenze eines Mikroskops beschreibt, zitiert. Das Abbésche Komparatorprinzip ist aber offensichtlich weniger bekannt. Und 110 mm ist salopp gesagt, ein "Haufen Holz", wenn man im µm-Bereich messen will, vor allem, wenn das Stativ und die anderen Teile dazwischen aus "weichen" Werkstoffen wie z.B. Aluminium sind, die zu allem Überfluss auch noch einen großen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen.

Warum schreibe ich das?

Nur, um zu erzählen, dass man mit einem gebrauchten Mikroskopstativ keine hochgenauen Höhen-/Dickenmessungen durchführen kann, indem man an der Grob-/Feintriebskala abliest. Vor allem dann nicht, wenn es vom Hersteller nie dazu bestimmt war und dazu noch ungeprüft ist.

Für das Hobby Mikroskopie ist das allerdings überhaupt nicht wichtig

Herzliche Grüße, Jürgen

[Nomarski]

Hallo Jürgen,

in dem speziellen Fall mit dem Standard 25 ICS und der Skala auf dem Grobtrieb liegt keine 100%ige Übersetzung zwischen dem Feintriebknopf und der Tischführung vor, da diese durch die Anpressung der Kugeln nach  dem Planentengetriebeprinzip etwas schwanken kann.
Selbst bei den besseren Geräten mit den Triebkästen und der separaten Führung für den Feintrieb ist die Übersetzung über die Stecke auch nicht konstant, da sich durch die leichte Veränderung des Hebelarmes auf den Linearantrieb ebenfalls diese geringfügig ändert.
Der innere Aufbau spielt dabei schon einen nicht unwesentliche Rolle.

Viele Grüße
Bernd

[Holger Adelmann]

Lieber Jürgen,

man kann im Mikroskop Objekt-Dicken sehr genau messen, allerdings nicht mechanisch (auf die Unzulänglichkeiten hast Du ja bereits hingewiesen),
sondern optisch, z.B. mit dem Interferometer nach dem Michelson-Prinzip.
Das Messnormal ist hier die Lichtwellenlänge, und die ist z.B. bei bestimmten monochromatischen Linien der Hg-Gasentladungslampen sehr genau definiert und stabil.
Man kann damit durchaus bis in den Nanometerbereich messen, die entsprechenden Mikroskope müssen allerdings sehr stabil aufgebaut sein.

http://www.promicron.de/standard-microscopes/leica-leitz/gebraucht-schnaeppchen/interferenzmikroskop-metalloplan-mit-linnik.html

http://www.uni-giessen.de/~gi38/publica/mikros/kapitel8.html

Herzliche Grüsse
Holger

[JüSchTü]

Lieber Bernd,

vielen Dank für die sehr interessanten konstruktiven Details, die mir so natürlich nicht bekannt waren. Dadurch wird das Ganze aber sofort für jeden anschaulich. Ich habe diesen Beitrag geschrieben, weil in letzter Zeit 2 Threads auf dieses Thema abzielten, nämlich die "Genauigkeit" der Tischverstellung:

http://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=16170.0

und, etwas vom Thema abgedriftet:

http://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=16253.0

Für das Hobby ist das völlig irrelevant, aber es sollte von diesem, in vielen Bereichen hochkarätigen Forum, kein Signal ausgehen, dass mit einfachsten Mitteln, dazu noch gebrauchten und ungeprüften Geräten, eine Positioniergenauigkeit im µm-Bereich realisiert werden kann. In diesem Bereich hab ich ein klitzekleines bisschen Ahnung und möchte dem Forum etwas zurückgeben, was ich in den letzten Wochen "unbemerkt" herausgeholt habe.

Herzliche Grüße, Jürgen

[JüSchTü]

Lieber Holger,

vielen Dank für Deine Ergänzung. Mit dem Michelson-Interferometer misst man die Bewegung des Tisches und das ist der Punkt, den ich hier hervorheben wollte. Das Interferometer ist das genaueste, was man verwenden kann, hat aber nicht jeder gleich zur Hand

Als Zusatzinfo: Die PTB vermisst damit Parallelendmaße, die dann als Referenzmaß in den Kalibrierlaboren verwendet werden und ich "durfte" mir das in meiner aktiven Zeit schon ansehen.

In meiner vorigen Antwort habe ich die zwei Links, auf die ich mich mit meinem Beitrag bezog.

Vielen Dank und herzliche Grüße, Jürgen

[Nomarski]

Lieber Jürgen,

da du noch relativ neu hier im Forum bist, wirst du wahrscheinlich die Diskussion über die Revolverzentrierung (noch) nicht mitbekommen haben. Parallelendmaß ist übrigens das richtige Stichwort, um die Parallelität zwischen Tischoberfläche und Revolver-Ringauflage zu kontrollieren. Oftmals wird davon ein regelrechter Budenzauber gemacht und daher Justagen nach dem Mond durchgeführt.

Viele Grüße
Bernd

[JüSchTü]

Lieber Bernd,

...wirst du wahrscheinlich die Diskussion über die Revolverzentrierung (noch) nicht mitbekommen haben...

stimmt. Ich hab aber auch keine Profilneurose und muss überall mitmischen Oder doch ? Eigentlich nicht Hm. Wenn's mi pfupfert Man wird sehen...

Herzliche Grüße, Jürgen

[Nomarski]

Lieber Jürgen,

Ich hab aber auch keine Profilneurose und muss überall mitmischen  Oder doch ? Eigentlich nicht  Hm. Wenn's mi pfupfert  Man wird sehen...

ob man es lieber hätte sein lassen sollen, merkt man leider erst immer hinterher.

Viele Grüße
Bernd

[Rawfoto]

Guten Morgen Jürgen & andere Interessierte

Ich finde die Diskussion gut und das Thema wird immer wieder falsch wiedergegeben ==> daher danke für die Beiträge ...

Ich würde aber gerne de Brücke zum Anwendungsfall, der dann wiederum diese spannende Diskussion ausgelöst hat zurückkommen ==> wie genau kann ich mit einem Feintrieb die Stackingschritte steuern. Meine Erfahrung ist ==> ausreichend, selbst in den Bereich von ca. 0,002 mm (die SW hat da ja zum Glück eine Toleranz)

Wo wir aber das Problem haben ist bei der "Wiederholungsgenauigkeit, wir bestimmen ja den Anfangs- und den Endpunkt und diese zwei Eckpfeiler gilt es wieder zu erreichen. Genau da kommt es immer wieder zu Problemen, ob Schrittmotor oder manuell. Man kann sich aber helfen in dem man auf beiden Seiten mehr Schichten anfertigt (also von Unscharf zu Unscharf geht und am Bildschirm dann den Überhang ausmistet ...) ...

Liebe Grüße

Gerhard

PS: Zusatzkommentar zu den sehr genauen Messgeräten, diese müssen in sehr kurzen Zeitabständen (max. ein Jahr) zum Kalibrieren geschickt werden und bekommen ein Zertifikat oder einen Aufkleber das sie noch entsprechen ...

[JüSchTü]

Guten Morgen Gerhard & die Interessierten

nach Deiner Beschreibung sehe ich jetzt den Anwendungsfall. Ich bin in den nächsten 3 Tagen verreist, danach meld ich mich wieder.

Wie Bernd am konkreten Beispiel beschrieben hat, ist zwischen der Grob-/Feintriebverstellung kein linearer Zusammenhang zur Tischbewegung gegeben. Und das ist auch noch abhängig von der Position des Tisches. Deshalb hilft nur eines --> direkte Messung der Tischbewegung. Problematisch ist allerdings die gewünschte Auflösung im µm-Bereich. Und nur so nebenbei: Schrittmotoren helfen dabei gar nicht (außer, es handelt sich um einen Direktantrieb). Der Knackpunkt liegt darin, ob etwas gesteuert, also ohne Kontrolle des Ausgangswertes, oder geregelt, mit closed-loop Rückkopplung, bewegt wird.

Vielleicht hat jemand noch eine andere Idee, aber zunächst würde ich zu einem (neuen) Feinzeiger oder Fühlhebelmessgerät (Messbereich 0,01mm bis 0,2mm, Auflösung 0,001mm oder 0,002mm) greifen und mit dem eine Stelle möglichst nahe am Verstelltrieb des Tischs antasten, damit dieser nicht durch die Federkraft verformt wird. Das ist m.E. auch privat erschwinglich. Freilich gibt's für den Profibereich die guten Sachen von z.B. Heidenhain, TESA etc., aber die Euronen... Problematisch ist eventuell die Befestigung am Mikroskopstativ, da der Messbereich der Feinzeiger sehr klein ist und deshalb, je nach Gegebenheit, in der Höhe verstellt werden muß (aber nicht während eines Durchgangs, sonst gibt's eine Stufe). Freilich liefert Heidenhain gewichtsbelastete Taster mit 60mm Messweg und 0,1µm Auflösung (natürlich kalibriert, rückgeführt sogar als transportables Gerät), aber... s.o.

Nur, damit das nicht falsch verstanden wird: es ist hier nicht unbedingt wichtig, dass man möglichst "genau" einen absoluten Weg misst, sondern, dass man möglichst genau reproduzierbare Positionen des Verstelltischs erhält.

Liebe Grüße, Jürgen

PS zum PS: Die "sehr genauen" Geräte kenne ich sehr genau, weil ich damit 6 Jahre lang gearbeitet und Bepper (Pickerl ) verteilt habe.
PPS: Der Bepper gilt nur in Verbindung mit dem Zeugnis, nicht "oder"

[mikromeister]

Ich habe eine chinesische Digital-Messuhr mit 12mm Weg und 1µ Auflösung an mein HM-Lux geschraubt.
Preisklasse ca. 130 EUR
Das funktioniert ziemlich gut um Dicken zu messen.
Bei mir typischerweise 10-50 µ
Zur absoluten Genauigkeit kann ich natürlich nichts sagen, aber die Wiederholgenauigkeit ist bei 1µ

[JüSchTü]

Liebe µm-Interessierte,

ich will den Faden etwas weiter spinnen. Ich habe mich ein bisschen umgeschaut und festgestellt, dass bei den günstigen Geräten, Messuhren, Feinzeiger, Messschrauben etc., meistens keine Angaben über irgendeine Art von "Genauigkeit" gemacht werden. Deshalb darf man sich von der Angabe der Auflösung nicht täuschen lassen und diese vor allem nicht mit der Genauigkeit gleichsetzen. Leider verwenden die Hersteller auch häufig nicht die in den entsprechenden Normen verwendeten Begriffe, was das Ganze schwer vergleichbar macht.

Desweiteren ist ein digitales Messgerät nicht automatisch "besser" als ein analoges. Oft dient der Ausdruck "digital" nur dazu, ein gewisses Maß an Genauigkeit zu suggerieren. Diese hängt aber vom Gesamtaufbau eines Geräts ab und nicht von der Art der Anzeige.

Beispiel Messuhr:

Noname, 5 mm Messweg, Skalenteilung 0,001 mm, 105 €. Mit Stoßschutz kostet das gleiche Gerät 120 € (keine weiteren Angaben).

Markengerät, wie oben, inkl. Stoßschutz, 1,5 N Messkraft, Fehlergrenze 0,01 mm, 139 € (es sind schon deutlich mehr Angaben über das Gerät).

Dieses Markengerät hat also eine Skalenteilung von 1 µm aber eine Fehlergrenze von 10 µm! Wenn ich also 1,000 mm ablese, kann das in Wahrheit 0,990 mm oder auch 1,010 mm sein und das Gerät ist immer noch innerhalb der Spezifikation des Herstellers. Das Gleiche gilt natürlich auch bei der Ablesung von 0,1 mm. Es kann also 0,090 mm oder 0,110 mm sein! Jede Ablesung darf also um 10 µm "daneben" liegen. Nach Murphy liegt die Maximalabweichung natürlich genau dort, wo man sie am wenigsten brauchen kann

Beim Noname-Gerät fehlt diese Angabe völlig. Da könnten es dann auch 20 µm oder 50 µm sein.

Einen Feinzeiger bekommt man für ca. 180 € mit den Daten: 0,1 mm Messweg, Skalenteilung 0,001 mm, Fehlergrenze 0,0012 mm, Wiederholgenauigkeit 0,0005 mm, Umkehrspanne 0,0005 mm. Hier passen Skalenteilung und Fehlergrenze deutlich besser zusammen und es werden noch mehr Angaben über die Eigenschaften gemacht.

Eine elektronische Messuhr mit 12,5 mm Messweg habe ich für 260 € gesehen. Ziffernschritt 0,001 mm, Fehlergrenze 0,008 mm, Wiederholgrenze 0,003 mm.

Es macht also Sinn, beim Kauf eines derartigen Geräts darauf zu achten, dass der Hersteller eine Angabe zur Genauigkeit macht und nicht nur zur Auflösung. Gebrauchte Messuhren oder Feinzeiger würde ich für kritische Messungen nur dann verwenden, wenn ich mir über die Qualität der Geräte ein Bild machen könnte.

Ich lass das jetzt mal so stehen. Vielleicht ist das Interesse am Thema ja auch schon verflogen.

Liebe Grüße, Jürgen

[JüSchTü]

Lieber Gerhard,

was ich versucht habe zu erläutern ist, dass sich unter dem Begriff "Genauigkeit" ein ganzes Bündel von Eigenschaften verbirgt. Es nutzt mir eben wenig, wenn ich etwas einmal ganz genau machen kann, aber nicht ein zweites Mal. Es macht keinen Sinn, einem Gerät eine Genauigkeit zuzuschreiben, wenn diese nur einmal erreicht wird. Wiederholgenauigkeit ist deshalb eine ganz wichtige Eigenschaft, die man nicht geschenkt bekommt.

Wenn die Tischverstellung nicht für Präzisionspositionierung gebaut ist, hilft nur eines: Messen. Man tastet mit einem Messgerät mit ausreichender Genauigkeit den Tisch an und misst dessen Bewegung. Die Antaststelle muss eine gute Oberflächenqualität besitzen (hart, plan, poliert und senkrecht zur Bewegungsrichtung des Tischs) und sie muss so gewählt sein, dass durch die Messkraft nur eine geringe Verformung des Tischs entsteht. Das Messgerät muss genau parallel zur Verfahrrichtung des Tischs ausgerichtet sein und sollte eine konstante Anpresskraft über den Messbereich ausüben. Dann kann man die Strichskala des Feintriebs mit der Messgeräteanzeige vergleichen. Das klingt teilweise etwas unpräzise, die Details hängen aber tatsächlich von der erforderlichen Genauigkeit ab.

Zusätzlich gibt's aber noch ein paar Tricks, die man kennen sollte, und bevor ich hier lauter uninteressante Sachen einstelle, frag ich einfach mal, ob das noch jemanden interessiert, oder ob jeder für sich schon seine eigene Lösung gefunden hat und wir den thread einfach schließen können?

Liebe Grüße, Jürgen

PS: Obwohl ich bisher (noch) nicht fotografiere, wären für mich ein paar Eckdaten aus der Praxis ganz interessant. Dass die Schärfentiefe beim 40er Objektiv mit nA=0,65 nur ca. 1µm beträgt, hab ich schon rausgefunden. Welche Toleranzen lässt denn die Software zu und welche Distanz darf maximal zwischen den Schärfeebenen liegen? Werden die Stufen manuell oder motorisch angefahren? Mit analogem Servomotor oder mit Stepper?