Gehäuse

Das Gehäuse des STM dient dazu die Probe und Spitze im richtigen Abstand zueinander zu halten. In dieser Realisierung wird ein Linsenhalter zum Gehäuse umgebaut. Diese Bauteile sind von Haus aus darauf ausgerichtet zwei Ebenen zueinander einstellbar auf Abstand zuhalten und bietet sich deshalb für diesen Zweck an. Die Probe wird dabei auf einer Ebene durch einen Probenhalter und die Spitze samt Feinsteuerung (Piezoelement) auf der darüberliegenden Ebene gehalten.
Es gibt zwei verschiedene Versionen des Aufbaus, die beide aus einem Linsenhalter von ThorLabs entstehen, allerdings sich in der Anzahl in der Ebenen unterscheiden. Die Vorteile und Nachteile der einzelnen Aufbauten sind unten weiteraufgeführt.

Grundlegender Aufbau

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  Aufbau mit drei Ebenen

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  Aufbau mit zwei Ebenen

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  Übersichtsfotos des Aufbaus mit zwei Ebenen

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  Piezo des Aufbaus mit zwei Ebenen

Hier wird eine Übersicht über die unterschiedlichen bis jetzt realisierten Aufbauten gegeben. Die Fotos in der Galerie bieten eine guten Überblick, um eine Vorstellung zu erlangen, wie das Gehäuse später aussehen soll. Bis dato (Stand November 2019) existieren 2 Versionen, die beide aus einem Linsenhalter von ThorLabs entstehen, allerdings unterscheiden sich die beiden Aufbauten in der Anzahl ihrer Ebenen. Der eine Aufbau wurde um eine weitere Ebene ergänzt. Um Verwechselungen in den Beschreibungen auszuschließen, werden im Folgendem die Ebenen von oben nach unten durchnummeriert.

Aufbau mit 2 Ebenen: Einerseits kann die Probe auf einer Bodenebene und die Spitze auf einer mit Millimeterschrauben auf Abstand gehaltener zweiten Ebene fixiert sein. Durch den kompakten Aufbau ergeben sich gleichzeitig Vorteile und Nachteile. Da dieser Aufbau einen kurzen mechanischen Loop hat, also eine kurze Strecke hat, mit der Spitze und Probe miteinander mechanisch verbunden sind, ist somit der Abstand zwischen Spitze und Probe stabil gegenüber äußerer Erschütterungen und Störungen. Allerdings leidet unter dieser kompakten Bauweise gleichzeitig die Einsicht in den Zwischenraum und der Wechsel von Spitzen und Einbau von Proben wird somit verkompliziert, denn für diese muss das Gehäuse auseinander genommen und wieder zusammengesetzt werden. Gleichzeitig ist mit dem Auge nur schwer kontrollierbar, ob Einbau selbiger funktioniert hat oder nicht.

Aufbau mit 3 Ebenen: Andererseits kann die Probe wiederum auf einer Bodenebene befestigt sein die starr mit einer darüber liegenden Ebene verbunden ist. An dieser wiederum hängt mit Federn zusammen- und mit Millimeterschrauben auf abstandgehalten eine dritte Ebene, an der die Scan-Einheit fixiert ist. Zwar ergibt sich mit diesem Aufbau ein deutlich längerer mechanischer Loop, und somit eine größere Unsicherheit gegenüber äußerer Störungen, doch bietet dieser deutlich mehr Zwischenraum. Durch den größeren Zwischenraum ergibt sich eine bessere Einsicht mit dem bloßen Auge, wodurch Kontrollen und Fehlersuche deutlich vereinfacht werden. Gleichzeitig ist bei diesem Aufbau genug Platz geboten, um Spitzen und Proben direkt einbauen zu können, ohne zuvor das Gehäuse auseinander zu nehmen.

Zur Verdeutlichung siehe die Bilder in der Galerie.

Der momentane Aufbau von Alex Meier besteht aus zwei Ebenen. Um zu überprüfen, ob der mechanische Loop ausschlaggebend ist, soll ein weiteres vollständiges Mikroskop mit drei Ebenen gebaut werden.

Umbau des Linsenhalters

Der Umbau des Linsenhalters unterscheidet sich abhängig davon, ob man den Aufbau mit zwei oder mit drei Ebenen wählt. Beide werden unten aufgeführt

Version mit 3 Ebenen

Umbau

Vor dem Zusammenbau müssen in die zweite Ebene, also der kleineren Ebene von KC1-T/M 88, vier Gewinde/ Löcher gebohrt werden, damit später der Piezoelement an dem Linsenhalter befestigt werden kann. Zwischen zwei verschiedenen Möglichkeiten kann variiert werden:

1.) Falls die Möglichkeit besteht ein Gewindebohrung durchzuführen, könnten vier entsprechende Gewinde (M5?) von oben in die Ebene gebohrt werden. Dazu ist folgendermaßen vorzugehen. Entscheidend ist, dass die Gewinde an der richtigen Position gebohrt werden. Diese ist abhängig von den Metallplatten, mit denen das Piezoelement später fixiert werden soll. Sobald die Positionen bestimmt worden, kann das Gewinde gebohrt werden.
Zuerst muss ein Loch mit richtigem Durchmesser (für M5; 4,2 mm) vorgebohrt werden. Danach sollte man es mit einem Kegelsenker leicht senken, dadurch erhalten die Gewindebohrer und später auch die Schrauben eine Führung und zentrieren sich besser.
Den Gewindebohrer setzt man in das Windeisen und dreht ihn mit etwas Druck im Uhrzeigerrichtung in das Bohrloch ein. Nach jeder Umdrehung solltest du eine Vierteldrehung zurück machen, um den Span zu brechen. Man sollte den Bohrer ganz durchdrehen, bis man ihn wieder herausdreht.
Um das Ganze etwas zu erleichtern, kann man Schneidöl oder Schmieröl verwenden.

2.) Die Bohrung lässt sich auch mit einem Tischbohrer durchführen. Dazu lässt sich die mittlere Ebene aus dem Gehäuse herausnehmen, indem die Federn zwischen erster und zweiter Ebene mit einem Imbusschlüssel aus der zu bohrenden Ebene geschraubt werden. Vorsicht: Weil die Federn auf Spannung sind, können sie leicht wegspringen und verloren gehen.
Die richtige Position der Bohrlöcher ist von entscheidender Bedeutung. Sie sollten möglichst eng an den Metallplatten (in der Beilochscheibenvariante Beiloschscheiben) anliegen, müssen aber ausreichend Platz für diese lassen. In der Beilochscheibenvariante bietet es sich an, eine Beilochscheibe (Durchmesser innen: ?? cm, außen: ??cm) so auf die Ebene zu legen, dass sie alle vier bereits vorgebohrten großen Löcher gleichermaßen berührt. Dann kann ein Kreis um die Beilochscheibe herum nachgezeichnet werden. Mit einem Messschieber können dann die Bohrlöcher im richtigen Abstand zum Kreis (ein halber Schraubendurchmesser) angetragen werden. Es ist darauf zu achten, dass die Bohrlöcher nicht zu nah an den bereits vorgebohrten Löchern in der Ebene liegen.
Für das Bohren empfiehlt es sich, mit einem M5-Bohrer zunächst alle Löcher anzubohren. Nach einer Überprüfung der richtigen Position der Bohrlöcher können sie ganz gebohrt werden. Dabei ist es wichtig, langsam und vorsichtig vorzugehen und den Bohrer immer wieder zu heben um ihn dann erneut zu senken. Am Schluss sollten alle Löcher noch mit einem größeren Bohrer (M6) gesenkt, also angebohrt werden, damit die Kanten abgeglättet werden und die Schrauben später eine bessere Führung haben.
Zuletzt muss sie fertig vorbereitete Ebene wieder am Gehäuse angebracht werden. Hierfür müssen zunächst die Federn in die Ebene geschraubt werden. Danach werden sie mit einem Haken, der dünn und stabil genug sein muss (z. B. aus sehr festem Draht), durch die erste Ebene gezogen, sodass die Metallstäbchen zur Befestigung durch die Öse geführt werden können. Das funktioniert am besten zu zweit.

Liste der Bauteile

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  Info KC1-T/M 88

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  Info ER2-P4

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  Info SP05/M

Art.-Nr.: KC1-T/M 88
Preis: ca. 90€
Beschreibung: KC1-T/M - Kinematic, SM1-Threaded, 30 mm-Cage-Compatible Mount for Ø1" Optic, Metric

Art.-Nr.: ER2-P4
Preis: ca. 21€
Beschreibung: ER2-P4 - Cage Assembly Rod, 2" Long, Ø6 mm, 4 Pack

Art.-Nr.: SP05/M
Preis: ca. 30€
Beschreibung: SP05/M - 30 mm to 16 mm Cage Adapter Plate, Metric

Tisch- oder Gewindebohrer

Haken

Version mit 2 Ebenen

Umbau

Der Umbau des Linsenhalters verläuft nahezu analog zu dem Umbau des Aufbaus mit drei Ebenen, allerdings wird bei diesem nicht die 2. Ebene bearbeitet, sondern die oberste. Die Arbeitsschritte unterscheiden sich sonst allerdings nicht.

Liste der Bauteile

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  Info KC1-T/M 88

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  Info ER2-P4

Art.-Nr.: KC1-T/M 88
Preis: ca. 90€
Beschreibung: KC1-T/M - Kinematic, SM1-Threaded, 30 mm-Cage-Compatible Mount for Ø1" Optic, Metric

Art.-Nr.: ER2-P4
Preis: ca. 21€
Beschreibung: ER2-P4 - Cage Assembly Rod, 2" Long, Ø6 mm, 4 Pack