The article presents a redesigned sensor holder for an atomic force microscope (AFM) with an adjustable probe direction, which is integrated into a nano measuring machine (NMM-1). The AFM, consisting of a commercial piezoresistive cantilever operated in closed-loop intermitted contact-mode, is based on two rotational axes, which enable the adjustment of the probe direction to cover a complete hemisphere. The axes greatly enlarge the metrology frame of the measuring system by materials with a comparatively high coefficient of thermal expansion. The AFM is therefore operated within a thermostating housing with a long-term temperature stability of 17 mK. The sensor holder, connecting the rotational axes and the cantilever, inserted one adhesive bond, a soldered connection and a geometrically undefined clamping into the metrology circle, which might also be a source of measurement error. It has therefore been redesigned to a clamped senor holder, which is presented, evaluated and compared to the previous glued sensor holder within this paper. As will be shown, there are no significant differences between the two sensor holders. This leads to the conclusion, that the three aforementioned connections do not deteriorate the measurement precision, significantly. As only a minor portion of the positioning range of the piezoelectric actuator is needed to stimulate the cantilever near its resonance frequency, a high-speed closed-loop control that keeps the cantilever within its operating range using this piezoelectric actuator further on as actuator was implemented and is presented within this article.

本文介绍了一种用于原子力显微镜 (AFM) 的重新设计的传感器支架，其探针方向可调节，可集成到纳米测量机 (NMM-1) 中。AFM 由在闭环间歇接触模式下运行的商用压阻式悬臂梁组成，基于两个旋转轴，可以调整探头方向以覆盖整个半球。轴通过具有较高热膨胀系数的材料极大地扩大了测量系统的计量框架。因此，AFM 在具有 17 mK 长期温度稳定性的恒温外壳内运行。连接旋转轴和悬臂的传感器支架将一个粘合剂、一个焊接连接和一个几何未定义的夹具插入到计量圆中，这也可能是测量误差的来源。因此，它被重新设计为夹紧式传感器支架，在本文中对其进行了介绍、评估并与之前的胶合传感器支架进行了比较。如下所示，两个传感器支架之间没有显着差异。这导致结论，上述三个连接不会显着降低测量精度。由于仅需要压电致动器定位范围的一小部分来刺激悬臂梁接近其共振频率，因此实施了高速闭环控制，使用该压电致动器进一步将悬臂梁保持在其工作范围内作为致动器并在本文中介绍。因此，它被重新设计为夹紧式传感器支架，在本文中对其进行了介绍、评估并与之前的胶合传感器支架进行了比较。如下所示，两个传感器支架之间没有显着差异。这导致结论，上述三个连接不会显着降低测量精度。由于仅需要压电致动器定位范围的一小部分来刺激悬臂梁接近其共振频率，因此实施了高速闭环控制，使用该压电致动器进一步将悬臂梁保持在其工作范围内作为致动器并在本文中介绍。因此，它被重新设计为夹紧式传感器支架，在本文中对其进行了介绍、评估并与之前的胶合传感器支架进行了比较。如下所示，两个传感器支架之间没有显着差异。这导致结论，上述三个连接不会显着降低测量精度。由于仅需要压电致动器定位范围的一小部分来刺激悬臂梁接近其共振频率，因此实施了高速闭环控制，使用该压电致动器进一步将悬臂梁保持在其工作范围内作为致动器并在本文中介绍。两个传感器支架之间没有显着差异。这得出结论，上述三个连接不会显着降低测量精度。由于仅需要压电致动器定位范围的一小部分来刺激悬臂梁接近其共振频率，因此实施了高速闭环控制，使用该压电致动器进一步将悬臂梁保持在其工作范围内作为致动器并在本文中介绍。两个传感器支架之间没有显着差异。这导致结论，上述三个连接不会显着降低测量精度。由于只需要压电致动器定位范围的一小部分来刺激悬臂梁接近其共振频率，因此实施了高速闭环控制，使用该压电致动器进一步将悬臂梁保持在其工作范围内作为致动器并在本文中介绍。