لتلبية مطالب فائقة الدقة لتحديد المواقع والمسح الضوئي ، وقد تم تطوير سلسلة من الآليات لتحديد المواقع بدقة في الآونة الأخيرة على صكوك Queensgate ، الذي يجمع بين Queensgate في كهرضغطية و NanoSensor التقنيات في عدة محاور positioners التي لديها القدرة على موقف مع الفرعي النانومترية الدقة. في هذه الورقة هي عرض فلسفة التصميم وبعض التقنيات المستخدمة في تطوير هذه الآليات وتناقش لشرح كيفية قدرة القياس على نانومتر ، أو حتى شبه نانومتر ويمكن تحقيق مستوى. وترد بعض النتائج الأولية ، التي أظهرت في مراحل مع الخطأ الخطي 0.01 ٪ ، تلاكؤ الفرعية نانومتر ، منخفضة جدا والاقتراحات الطفيلية الزاوي استجابة ديناميكية جيدة ، وما إلى ذلك. مقدمة في السنوات الأخيرة ، نتيجة للتطورات السريعة في مختلف مجالات الهندسة الدقيقة ، وكانت هناك زيادة كبيرة في الحاجة إلى تحديد دقيق وأنظمة المسح قادرة على نانومتر ، أو في بعض الأحيان ، حتى شبه نانومتر القرار والتكرار. ومن المتوقع أن ينمو هذا الاتجاه ، وتتطلب مفاهيم التصميم وتقنيات جديدة لاستكشاف المزيد من أجهزة جديدة لتلبية متطلبات مختلف التطبيقات. على سبيل المثال ، steppers رقاقة تبذل رقائق السيليكون مع بعرض سطر وصولا الى 200 نانومتر ، وتستخدم المجاهر دقق المسح لتحديد الكيفية التي تتم بشكل جيد هذه الرقائق ، وإدخال التكنولوجيا رئيس MR يسمح الأقراص 5 جيجابايت ليصبح هو القاعدة. هذه الآلات ، والآلات التي تجعل من هذه الآلات ، والجمع بين التصميم البصري متقدمة مع الحركة السيطرة على التكنولوجيا المتقدمة ، والتي يمكن وضع عناصر لدقة النانومتر أو أفضل منه. لمواجهة هذا التحدي من هذه التطورات ، Queensgate آلات تعمل على تطوير تكنولوجيا لتحديد المواقع بدقة فائقة والذي يجمع بين Queensgate في كهرضغطية و NanoSensor التكنولوجيا في محور positioners متعددة ، مع القدرة على موقف مع الفرعي nanometeric الدقة. ويتألف هذا النظام من سلسلة من المراحل ، ودعا NanoMechanisms ، بما في ذلك مراحل محور واحد ، ومراحل ومراحل XY إمالة إلخ تركيبات من هذه المراحل يمكن أن توفر ثلاث أو أربع أو خمس أو ست وحدات لتحديد المواقع درجة من الحرية. فلسفة تصميم آليات دقيقة نانومتر (NanoMechanisms) آليات بيزو كهربائي الأجهزة لديها القدرة على التحرك مع مراحل القرار وصلابة المطلوبة لتحديد المواقع بدقة نانومتر. ومع ذلك ، لأن بيزو الأجهزة الكهربائية غير خطية ، والتباطؤ المعرض ، مطلوب جهاز استشعار الخارجية للسيطرة على موقفهم. وهو مثالي للميكرومتر السعة لهذه المهمة ، ويجري صغيرة وبسيطة مع القدرة الذاتية القرار الذي هو لانهائي على نحو فعال. لتحقيق نقية الحركة محور واحد ، يتم استخدام آلية توجيه الثنية ، التي تطبق قيودا على أي محور قبالة الاقتراحات ويجمع المحرك وجهاز استشعار بيزو معا لتشكيل نظام متكامل المرحلة. عادة ما تكون كتلة واحدة في السطوح قطع به في المراحل EDM بالقطع ، والذي يعطي دقة عالية جدا في الأداء. الرقم 1 هو نموذجي تحكم الحلقة المغلقة مخطط كتلة من هذا النوع من النظام. في الرسم التخطيطي ، ويتم تغذية هذا الاقتراح يقاس استشعار العودة إلى وحدة تحكم ، والتي تتحرك على المسرح لتقليل الفارق بين الحركة ومست الأمر. في هذه الحالة ، يتم تحديد دقة تحديد المواقع بشكل رئيسي في حلقة المقاييس من قدرات أجهزة الاستشعار والتحكم.  الرسم الرقم بلوك 1. نظام تحكم واحد من محور NanoMechanism. السعة موقف الاستشعار و NanoSensor هو جهاز الاستشعار عالية السعة الخطية مع وجود أخطاء الخطي من <0.02 ٪ خلال مجموعتها التشغيل المحدد (عادة ما بين 100 ميكرومتر 500 ~). تعمل في أكثر من مجموعة من الأخطاء الخطي أدناه انخفاض 0.01 ٪ ممكنة. و NanoSensor لديها مستوى الضوضاء الموضعية في التشغيل العادي من <0.005 nm.Hz -- ½ (RMS) ، ويمكن تصنيعها من مواد مستقرة جدا مثل سوبر Invar أو Zerodur. فمن غير لاصقة وخالية من التباطؤ. كما أن لديها مزايا يجري التعاقد جدا وبسيطة ورخيصة ، ودون تبديد الطاقة في نقطة القياس. وبالتالي هي مناسبة تماما لقياس دقيق للتشريد صغيرة للغاية. تحكم عند تصميم نظام للقرار 0،1 نانومتر و 100 ميكرون نطاق القدرة على الوصول إلى هذا النطاق تحت السيطرة رقميا الكمبيوتر عادة صعبة للغاية ، نظرا لأنه هو مجموعة ديناميكية من 1 جزء في المليون ، أو 20 بت. لمعالجة هذه المشكلة Queensgate قد وضعت معالج الإشارات الرقمية (DSP) على أساس نظام المراقبة الذي لديه القرار لا يتجزأ من أكثر من 21 بت ، وعنونة رقميا. وتجدر الإشارة إلى أن هذا القرار يتجاوز بكثير من معظم A / D و D / A محولات المتاحة حاليا ، وأقل من مستويات الضجيج في معظم التطبيقات. وقد استخدمت خوارزميات متطورة للتحكم PID الرقمية في النظام. ويظهر رسم بياني كتلة من وحدة تحكم الحلقة المغلقة في الشكل 2. يمكن تحسين استجابة النظام من خلال إدخال شروط تتناسب والتفاضلية. ردود فعل يمكن أن السرعة (مصطلح التفاضلية) يساعد كثيرا في الخروج التخميد الرنين الميكانيكية ، والحد من الأوقات تسوية. يمكن التحكم في عرض النطاق الترددي تعمل عن طريق الكمبيوتر ويتم تعريف المعلمات حلقة من قبل المستخدم للحصول على الأداء الأمثل.  الرسم الرقم بلوك 2. السيطرة PID حلقة مغلقة. باستخدام وحدة تحكم مثل هذه من الممكن قياس الخطي وغير لتعويض ذلك. وقد اتسمت حركات الزاوي الطفيلية وعلاوة على ذلك مرة واحدة في مثل هذه الآليات من الممكن تعويض لهم في نظام متعدد المحور المعقدة. يمكن أن تكون الأخطاء الخطي تعويضا كاملا إلى 0.02 ٪ <. أدناه أن تقتصر عادة على القياسات التي الخطي لا يتجزأ من أنظمة المعايرة. استخدام هذه التقنية تعويض مهم جدا لتحقيق القدرة على القياس على مستوى النانومتر. فمن الواضح أنه في حلقة السيطرة على جهاز استشعار ليست خطية على الإطلاق ، بحيث يمكن للنظام الخطي مزيد من تحسن التعويض البرمجيات. من الناحية المثالية ، ينبغي أن يحمل آلية الاقتراحات متعامد النقي -- وهي في هذه الحالة يجب أن يكون الجهاز XY فقط درجات الحرية على طول محاور x و ذ. في الواقع ، توجد غير المنضبط (طفيلية) الاقتراحات الناشئة من الانحراف بسبب القوى الداخلية والقيود التصنيع. تم تصغير هذه الأخطاء من الاقتراحات الطفيلية طريق الاستفادة المثلى من التصميم الميكانيكي ويمكن الحد من المزيد من هذه التقنية التعويض. علما بأنه لا يمكن أن تكون الأخطاء الطفيلية تعويض إذا كانت قابلة للتنبؤ بها ، أي حركات طفيلية يجب أن تكون قابلة للقياس ، ليس فقط ولكن أيضا للتكرار. مفاهيم واعتبارات التصميم تنسيق نظام أولا لا بد من تحديد الإحداثيات المستخدمة في وصف المواقف. نظام واضح لاستخدامها في مراحل لتحديد المواقع هو متعامد الديكارتي الإحداثي النظام. مع هذا واحد يمكن تحديد موقف له مع X ، Y ، Z تنسق التعاون والتناوب التعسفي بوصفها عناصر من الدوران حول X ، Y و Z محاور ، كما هو مبين في الشكل 3. أكثر فائدة يمكن للمرء أن يصف الحركة بأنها تغير في X ، Y و Z تنسق. موصوفة التناوب فيما يتعلق X ، Y و Z محاور بمعنى اليد اليمنى. وغالبا ما تستخدم في الملعب حيث ، ولفة وياو عند الحديث عن التناوب. هذه الشروط هي مفيدة عندما تصف التناوب الطفيلية الناجمة عن الحركة الخطية ، ولكن الحذر يجب أن يؤخذ كما يتم احالتهم الى اتجاه الحركة بدلا من نظام محور محدد. للطائرة في الجو ، والدوران حول محور استخلاصها من طرف الجناح إلى طرف الجناح الملعب ؛ دوران حول محور المسحوب على طول جسم الطائرة ولفة ودوران حول محور عمودي هو ياو. في النظام الديكارتي يعرف إذا كان «الطائرة تطير على طول اتجاه إيجابي ف X هو الملعب ، ولفة وز و هو ياو.  الشكل 3. تنسيق النظام. دقة تحديد المواقع : مفهوم الصدق للانتقال الى مرحلة ، يتم إرسال الأمر إلى وحدة تحكم الموقف من قبل جهاز الكمبيوتر. وينتج هذا الاقتراح من قبل المحرك بيزو ومراقبتها من قبل جهاز استشعار. باستخدام إشارة ردود الفعل ، وحدة تحكم التحركات المرحلة لتقليل الفارق بين الحركة ومست الأمر. كيف يمكن أن يكون الفرق الصغيرة يتحدد أساسا من قدرة السيطرة على النظام ويمكن أن تفسر على أنها على وجه الدقة كيف يمكن وضعه على المسرح. فمن الواضح أنه سيكون من الدقة لتحديد المواقع المتضررة أساسا بموجب القرار (مستوى الضوضاء) ، استنساخ (الانجراف والمغناطيسية) ، ورسم خرائط الخطأ (خطأ عالية من أجل رسم الخرائط) من النظام. علاوة على ذلك ، إذا تم قياس حركة المسرح مع جهاز قياس الخارجية التي يفترض أن تكون نظاما مثاليا ، سيكون هناك فرقا بين موقف وموقف قيادة المطلوب : كيف يتم إغلاق يعرف أنها صدق تحديد المواقع. ولذلك ، ينبغي تحديد دقة تحديد المواقع النهائي من قبل كل من الدقة في تحديد المواقع وتحديد المواقع الصدق ، كما هو مبين في الشكل 4. كيف يتم التعامل مع هذه في NanoMechanisn ستناقش التصميم في المقاطع التالية.  الشكل 4. دقة القياس. قرار والضوضاء وهناك علاقة مباشرة في حل أو تحديد المواقع لقياس مستوى الضجيج من هذا النظام. ليس الذروة إلى الذروة قياس مستوى الضجيج أو تفسيرها بسهولة ، مع أي منذ توزيع الضجيج يمكنك الحصول على انحراف كبير إذا انتظرت فترة كافية. ولذلك عادة ما تستخدم قيمة RMS التي يمكن قياسها مع المعدات القياسية. توزيع السعة الضوضاء المهم عند النظر في القرار. وعادة ما يهيمن على التمويه والضوضاء في هذه الحالة التربيعي ما يعادل قيمة الانحراف المعياري ، سيغما. سوف 68.3 ٪ من عينات اخذت يكون ضمن سيغما من قيمة يعني. وهذا يعني أن هناك فرصة 68.3 ٪ حل ميزتين وهي مسافة اثنين سيغما بعيدا من الضوضاء ، كما هو مبين في الشكل 5 ، (أو 99.7 ٪ فرصة لحسم ميزتين التي هي ستة سيجما بعيدا).  الشكل 5. حل موقعين. الطيف السلطة الضجيج هو أهم قطعة من المعلومات. يمكن أن تظهر في المصادر الأساسية للضوضاء -- مثل أنابيب التقاط ، وهو مترجم في 50 أو 60 هرتز. الشكل 6 يوضح قياس الضوضاء طيف الطاقة لوحدة تحكم DSP NPS3000 القائمة. وهذا يدل على مستوى ضجيج <10 pm.Hz -- ½. في الاختبار ، يتم استخدام وحدة تحكم NPS3000 للتحكم في المرحلة محور واحد ، (وNPS - Z - 15B) ، في حلقة مغلقة الوضع مع عرض النطاق الترددي لمرحلة العمل من 100 هرتز. رسم إشارات الضوضاء من الجهد محرك عالي تطبيقها على المحرك بيزو. ويمكن رؤية 50 هرتز التيار الكهربائي على الرغم من أن تلتقط بوضوح عند مستوى منخفض جدا.  الشكل 6. طيف من الضوضاء NPS3000 تحكم. الضوضاء في NanoMechanism النظام ، بصفة عامة ، تتألف من الضوضاء الاستشعار ، بيزو ضجيج محرك ، والضوضاء والضجيج الميكانيكي. سيتم تفسير الضجيج الاستشعار من حلقة السيطرة كأمر وهكذا يصبح الضجيج الفعلي التشرد. يستخدم إشارة التغذية المرتدة من أجهزة الاستشعار لإنشاء محرك الجهد لتطبيقها على المحركات بيزو. وسيتم عرض بيزو ضجيج محرك الجهد في هذه العملية والمساهمة في مرحلة الضجيج تحديد المواقع. ويمكن الكشف عن تأثير هذا الضجيج من قبل أجهزة الاستشعار ، وبالتالي ، على الأقل جزئيا servoed بها. قدرة النظام على أجهزة الضوضاء محرك يعتمد على مجموعة النطاق الترددي : هو servoed أعلى عرض النطاق الترددي وأفضل مساهمة بها. والمدخلات الخارجية مثل الميكانيكية الاهتزازات الأرضية والضجيج يسبب أيضا في مرحلة الانتقال. يمكن التقليل من آثار هذه المدخلات عن طريق زيادة صلابة من المرحلة. ويمكن أيضا أن يكون servoed ما إذا كان النظام هو عرض النطاق الترددي عالية بما فيه الكفاية. لنظام مراقبة NPS3000 يمكن تعيين عرض النطاق الترددي لقياس ما يصل إلى 12 كيلو هرتز وحلقة مغلقة عرض النطاق الترددي 2 كيلو هرتز الذي يهيمن عادة على الخصائص الديناميكية للآليات المرحلة. الخطي ورسم الخرائط في عالم مثالي ، يجب أن تكون المرحلة الخطية تماما. العالم المثالي تقريبا ولكن ليس تماما. في الواقع لا يمكن أن تتأثر الخطي للاستشعار السعة بفعل عوامل عديدة مثل سمك الفجوة الاسمية (أو السعة طائشة) وعدم التوازي ، من السطوح الكهربائي ، الخ [1]. لكي نعرف ما هي الحركة الفعلية أو موقف المرحلة ، وبالتالي لتطبيق التعويض الخطي ، والنظام يجب أن تكون مدروسة ضد جهاز قياس الخارجية مع دقة عالية. يمكن ، إلى حد معين ، فإن موقف القيادة ، س ج ، الذي يمثل موقف يقاس استشعار الداخلية والموقف الفعلي ، س ع ، تكون مرتبطة مع وظيفة رسم الخرائط كما أعرب س ع = و (س ج). نموذج بسيط من وظيفة رسم الخرائط هو عبارة عن سلسلة الطاقة  (1) من الناحية المثالية فإن 0 ، أ 2 ، أ 3 ، وتكون وحدة وطنية... 4 صفر و A1 ، ثم عامل مقياس الاستشعار ، A1 ، هو العامل الخطية التي تصف العلاقة بين الفعلية موقف مرحلة مقاسا موقف دقيق افتراضا مثاليا وموقف الاستشعار القياس يتم تغذيته إلى جهاز الكمبيوتر الخاص بالمستخدم. يتميز صدق رسم الخرائط من قبل مجموعة من الأخطاء على معاملات الفرد 'ا'. عندما يتم تعيين وظيفة من الدرجة الأولى (خط مستقيم) ، الخطأ تعيين يصبح عامل عدم اليقين واسع. المتبقي بين الموقف الفعلي وتناسب أفضل خط مستقيم لقياس يعطي الخطأ الخطي (عادة نحدد الخطأ الخطي في اختيار لاختيار نصف المتبقية من أفضل تناسب الخطية). كمثال على ذلك ، وهو خطأ الخطي من 0.05 ٪ في 100 ميكرون نتائج الجهاز في نطاق عدم اليقين المطلق موقف 50 نانومتر بين الموقف ميكرون 0 و 100 ميكرومتر الموقف عندما يتم تقريب الخطي ، كما هو مبين في الشكل 7 (أ). عادة ل NanoSensors الانحراف عن الخطي هو مكافئ تقريبا في بعض النظم وهذا سهل للتعويض عن إلكترونيا دون إشراك DSP. نتيجة للتعويض واحد ، ناقصة بعض الشيء ، مع القطع المكافئ آخر عادة ما يكون منحنى S من السعة أقل من ذلك بكثير لذلك الخطأ خرائط أقل من ذلك بكثير ، كما هو مبين في الشكل 7 (ب). وهذا يعادل 1 (أ) استخدام المصطلحات و2 من المعادلة 1. إذا كان للمرء أن استخدام المصطلحات مرتبة أعلى ، يمكن تحقيق نتيجة أفضل. يمكن القيام بذلك بسهولة في نظم الاستشعار المعالجات القائمة أو خارجيا في جهاز الكمبيوتر الخاص بالمستخدم. وقد وجد أن هناك القليل للحصول على أعلى مما يحدث في الدرجة الرابعة ، انظر الشكل رقم 7 (ج).  (أ)  (ب)  (ج) الشكل 7. الخطأ رسم الخرائط والخطي. الطفيلية الاقتراحات والأخطاء يمكن التعرف على الاقتراحات الطفيلي في مراحل إما الزاوي : دوران حول خ ، ذ ض والفؤوس ، أو الخطية : من الحركة الطائرة ، غير التعامدية والحديث المتبادل ، وسيعرض المواقع أخطاء غير متوقعة. يمكن التقليل من الطلبات الطفيلية التي تسببها تشوهات في الجسم مرحلة من مراحل التصميم الدقيق والهيكل الأمثل المعلمة. وينبغي في المحاور مقيدة تكون مصممة لتكون صلابة أعلى مستوى ممكن ، وانخفاض ممكن في محور الحركة. ويتحقق هذا في NanoMechanisms بترتيب صحيح نمط الثنية واختيار المعلمات الثنية بعناية. ومع ذلك ، يقتصر في بعض الأحيان تصميم الثنية من وتيرة النظام الرنانة التي ، بسبب اقتران واسطة ، ويتطلب صلابة في كل الاتجاهات لتكون عالية. ويمكن استخدام تحليل العناصر المحدودة الهيئة الإتحادية للتنبؤ التشوهات المحلية والعالمية ، وبالتالي يمكن أن يكون الهيكل الأمثل بشكل صحيح لفصل القوات ، أو جعل تشوهات حتمية إلغاء بعضها البعض. إذا كانت هذه الاقتراحات قابلة للتنبؤ بها الطفيلية ثم يمكن تعويضهم. علما بأن هذه الاقتراحات هي وظيفة من موقف المرحلة ، ولكنها ليست بالضرورة الخطي ، مما أدى إلى تضاريس معقدة. أي التباطؤ في الحركة يجعل من الصعب جدا التنبؤ -- إن لم يكن مستحيلا. لهذا السبب ، يجب على القوة تغييرات في النظام الخطي للغاية ويمكن تكرارها. الاحتكاك هو دائما مصدر التباطؤ ، ويرجع ذلك إلى تغيير اتجاه القوة. عندما يتم تحميلها على عينات ل NanoMechanism ، أخطاء آبي يتعين النظر بعناية نظرا لحركات الزاوي الطفيلية. يمكن أن الأخطاء الصغيرة الزاوي أن يكون لها تأثير كبير على مستوى النانومتر : على سبيل المثال ، الميل للμrad 1 فقط مع إزاحة من 1 ملم يعطي موقف 1 نانومتر الخطأ. للحد من هذا التأثير ، ينبغي وضع العينات في أقرب وقت ممكن إلى محاور قياس أجهزة الاستشعار. على سبيل المثال ، في شراء ثلاث XYZ محور NanoMechanism نظام يقع صاحب العينة عند النقطة التي شاركت في الحادث مع استشعار قياس محاور ، كما هو مبين في الشكل 8. ويمكن بالتالي آثار الأخطاء تناوب المرحلة XY يكون مصغرا.  الشكل 8. Nanomechanism 3D. تتأثر أساسا الاقتراحات الخطية الطفيلية مثل التعامدية أو عدم التحمل المتبادل من خلال تصنيع والتشوهات في إطار المرحلة إذا تم استخدام أجهزة الاستشعار الإطار ومسند. محاور اثنين من أزواج من أجهزة الاستشعار في المرحلة س ص يجب أن تكون متعامدة جدا من بعضها البعض وشارك في الحادث إلى محاور التحرك للمنصة. ويمكن استخدام التكنولوجيا الحديثة في تصنيع الانحراف عن التعامدية من محاور استشعار رقابة عموما ضمن 0.5 MRD الذي يعطي خطأ التعامدية 0.5 نانومتر / ميكرون (أي 0.05 ٪) في طائرة س ص. قبل تصاعد الحركية ، المرجع يصبح موقف يمكن عزوها ، ويمكن أن يكون منفصلا التشوهات من التمدد الحراري وقوة دافعة. هذا مهم للمرحلة لديها القدرة على القياس على مستوى النانومتر. حتى بالنسبة للمرحلة سوبر Invar من حجم 100 ملم × 100 ، فإن درجة الحرارة 1 درجة مئوية تغيير يسبب تغيير 30 نانومتر في البعد (  =  / درجة مئوية). الإطار مرحلة الانحناء التي تسببها القوة الدافعة عادة في مجموعة من عشرات ومئات نانومتر [2]. ربما دون الحركية المتصاعدة من عدم التيقن موقف تلك المقادير حول نفس إدخالها في النظام. الخصائص الحيوية وبصرف النظر عن المقاييس ودقة الحركة والأداء الديناميكي للنظام مهم أيضا لأن الاستقرار والسرعة هي حاسمة لكثير من التطبيقات. مثالي لن يكون هناك أي تأخير المرحلة بين القيادة والموقف ، وآلية سترد تماما لإدخال الخطوة -- أي وقت الارتفاع ، خلال تبادل لاطلاق النار ، أو تسوية الوقت. عن الخطية ، والثاني النظام نظام التخميد خالية ، الميكانيكية ، ويتم تحديد تواتر الرنانة التي صلابة النظام والشامل. في آلية مصممة على النحو الأمثل ، ويهيمن عادة صلابة من تصلب مداخن بيزو في محور ترجمتها. لمرحلة التضخيم مع الاقتراح ، سيتم تخفيض صلابة المحرك الفعال للبيزو كما ك ه = ك ع / ز 2 ، حيث ع ك هو تصلب بيزو و G هو التضخيم. ويمكن الحد من زيادة وتيرة الشامل نظام الرنانة. لكن ، وكما كتلة المنبر يقلل من أداء المرحلة يصبح أكثر حساسية لتأثير كتلة الحمولة ، أي تردد الرنين سوف المنسدلة بأسرع كتلة من الزيادات العينة. ويمكن أيضا الخصائص الديناميكية للنظام يمكن تحسينها من خلال المناهج الأخرى مثل إدخال المواد المناسبة التخميد أو باستخدام تقنيات متقدمة على أجهزة التحكم. في أجهزة القياس ، ومواصفات التصميم وغالبا ما تستخدم معيار الوقت تسوية ، على النحو المحدد في الوقت المطلوب لنظام لتسوية ضمن نسبة معينة من المدخلات. ل NanoMechanisms ، مثل غيرها من الصكوك ، وتسوية الساعة وصفا أكثر مباشرة لأداء ديناميكية من تردد الرنين. لبيزو مدفوعة NanoMechanism ، وهي المرة تسوية تتكون من الوقت slewing والوقت الذي يستغرقه لتقلبات مدوية للتسوس. ويهيمن السابق من قبل عدد كبير معدل والتي يتم تحديدها من قبل السعة من مداخن بيزو وقدرة محرك الأقراص الحالي من محرك الالكترونيات. لأنظمة الدرجة الثانية شرط يحدد عادة التأخير الأقصى قبل الانتاج تصل في حدود 2 ٪ من قيمته النهائية بعد خطوة تغيير الإدخال ، والتي تستغرق مدة الثوابت الوقت ما يقرب من أربعة (4 τ = 4 / ξω ن) ، حيث τ الوقت هو ثابت ، ξ عامل التخميد وتواتر الرنانة ω ن [3]. ويمكن من هذا يتبين أنه يمكن تحسين استجابة النظام على حد سواء من خلال زيادة وتيرة الرنانة وعامل التثبيط. عادة ، ومراحل يتوقف الثنية ومدوية للغاية مع عوامل التثبيط منخفضة جدا. ولذلك ، فإن التخميد اضافية تكون مفيدة جدا ويمكن أن تقلل بشكل فعال في الوقت الاضمحلال ، ولكن فقط إذا يمكن عرضه من دون الاحتكاك ، لأن هذا يمكن أن تسبب التباطؤ. إذا تم ذلك ضمن خوارزمية التحكم ، ثم سيتم عرض أي احتكاك. المواد الخصائص الحرارية لمواد البناء وغالبا ما تكون مصدر القلق الرئيسي بالنسبة للتصميم واستخدام أدوات دقيقة. في الاستعمال العادي ، وجميع الأجهزة الميكانيكية لقاء المدخلات الحرارة الناجمة عن تغير درجة حرارة البيئة ، وتبديد الطاقة في المحركات ، ومعالجة بالتشغيل ، وهلم جرا. التأثير المباشر للاضطرابات الحرارية هو التمدد الحراري والتي سوف تتسبب في تغير البعد من المكونات الميكانيكية ، مما أدى إلى فقدان الدقة الصك. ويتميز هذا التغيير الأبعاد للمادة نتيجة لتغير في درجة الحرارة التي لها معامل التمدد الحراري (CTE) ، والتي تختلف بشكل كبير مع المواد المختلفة. بصفة عامة ، ينبغي أن تستخدم للحد من تأثير حراري ، مواد البناء ، مع الحد الأدنى من معامل التمدد الحراري. ولكن في بعض الحالات expansivity الحرارية المنخفضة ليست مفيدة مثل مباراة expansivity الوثيق بين الجهاز وتركيب والخمسين. وعلاوة على ذلك ، التصحيحات لمواجهة التمدد الحراري ممكنة من خلال أساليب التحكم : ويمكن قياس درجة الحرارة واستخدامها لتوفير التصحيح. مشكلة أخرى هي التدرجات الحرارية. أنها تسبب تشويه هيكل ، الذي التعويض غير ممكن. لتجنب آثار التدرجات الحرارية ، ويمكن اختيار المواد إما مع الموصلية الحرارية المنخفضة ، مثل Invar السوبر وZerodur ، أو مع الموصلية عالية ، مثل الألمنيوم ، حيث تصل إلى نظام التوازن الحراري بسرعة. للحد من الآثار المترتبة على البيئة الأجهزة الدقيقة العديد مصممة عمدا لتكون صغيرة. أيضا الخواص الميكانيكية للمواد يتعين النظر بعناية. على سبيل المثال ، فإن نسبة قوة ومعامل يونغ ، / E ، ويحد من المدى الأقصى الذي يمكن تحقيقه من خلال آليات الثنية. ومع ذلك ، قد معامل يونغ منخفض لن يكون قادرا على توفير ما يكفي من الصلابة ل NanoMechanism أو إطاره ، والذي يستخدم أحيانا باسم مسند القياس. مزيد المحلية وصلابة الاتصال بين الآلية والمشغلات لها تأثير مباشر على تردد الرنين للنظام ميكانيكي -- تردد الرنين يمكن المنسدلة بسبب صلابة الاتصال غير كافية. أيضا يمكن أن كتلة المادة فرقا كبيرا على خصائص ديناميكية NanoMechanisms . على سبيل المثال نسبة كثافة Invar السوبر وسبائك الألومنيوم حوالي 3 ، وبالتالي فإن تردد الرنين نظام الألومنيوم يمكن √ 3 مرات أعلى من نظام السوبر Invar إذا صلابة النظم هي نفسها. بعض الأمثلة على الأجهزة NanoMechanism NPS - Z - 15A / B هذا هو المحور المفرد مرحلة الحركة الخطية الذي صمم لإنتاج الحركة النقية على طول المحور z. المرحلة يبلغ مداه حلقة مغلقة من 15 ميكرومتر والخطي نموذجية من 0.06 ٪ <(بدون التعويض) مع شبه نانومتر القرار. بعد التعويض غير الخطي قطرات عادة أسفل إلى 0.02 ٪ <. تم تصميم آلية الثنية المضغوط في مرحلة لفصل محور قبالة الطرف الطفيلية والميل الاقتراحات من مداخن بيزو. تقاس الأخطاء تميل إلى أن تكون أقل من 1 μrad على مجموعة كاملة (من دون آلية الثنية الأخطاء يميل عادة ما تكون أكثر من 15 μrad). التباطؤ المنخفضة هي ميزة أخرى مهمة لمرحلة لتحقيق القدرة على القياس نانومتر. الرقم 9 هو نتيجة لقياس الأداء النموذجي للثابت من مرحلة NPS - Z - 15B ، مما يدل على خطأ الخطي من 0.01 ٪ والتباطؤ الفرعية نانومتر. وتمت معايرة معظم المواصفات باستخدام تداخل الزيجوت ؛ اللاقحة ZMI 1000. إلا أن قياس شبه نانومتر تلاكؤ يصبح من الصعب استخدام تداخل -- حتى بالنسبة لأولئك القياسات a Queensgate NanoSensor استخدمت. تردد الرنين المرحلة هو 2 كيلو هرتز التي تعطي استجابة جيدة لمعظم التطبيقات الحيوية عند استخدامها مع وحدة تحكم NPS3000 . ويرد ردا خطوة في الشكل 10.  الرقم 9. الخطية والتباطؤ من NPS - Z - 15B.  الرقم 10. استجابة خطوة من NPS - Z - 15B. NPS - XY - 100A هذا هو محور المرحلة تستغرق الحركة الخطية مع فتحة قطرها 40 مم في الوسط (مريحة للتطبيقات NSOM). أن لديها مجموعة ديناميكية من 100 100 ميكرون مع شبه نانومتر القرار. حسب التصميم الدقيق وتصنيع الدقة ، ويتم التحكم في أخطاء الدوران حول المحور z (د ز ي ، د ف ض) أقل من 10 μrad التناوب والأخطاء الأخرى insignif icantly الصغيرة على نطاق كامل. تم قياس المغناطيسية على أنها أقل من 0.01 ٪ من النطاق. الرقم 11 يمثل نتيجة قياس الأداء النموذجي للثابت من مرحلة NPS - XY - 100A . يتجزأ الحركية المتصاعدة آلية تساعد على تخفيف الضغوط الناجمة عن اخراج القوات الداخلية والتمدد الحراري ، وتحسين استقرار النظام. الآلية الحركية المتصاعدة يضمن أن النظام هو مسند في وسط منصة المسرح الذي يقع عادة عينة أو التحقيق ، وبحيث يمكن التأثير الحراري المنفصلة بفعالية. يرصد مرحلة Invar سوبر وتردد الرنين أكثر من 300 هرتز. لا يمكن أن يتحقق عن طريق إدخال التخميد اضافية في النظام ، وتسوية 10 مللي الوقت للاستجابة لخطوة صغيرة ، كما هو مبين في الشكل 12. الجمع بين NPS - XY - 100 وNPS - Z - 15 يشكل تحديد المواقع ونظام المسح 3D ، كما هو مبين في الشكل 8 ، الذي يعتبر مثاليا لتطبيقات الأرصاد الجوية SPM.  الرقم 11. الخطية والتباطؤ من NPS - XY - 100A.  الرقم 12. الخطوة استجابة لNPS - XY - 100A. الاستنتاجات بعض التقنيات المستخدمة في Queensgate أدخلت آليات ل دقة نانومتر وناقشت لشرح كيف يمكن تحقيق القدرة على القياس أو على مستوى النانومتر حتى شبه نانومتر مع NanoMechanisms . وقد تم توضيح بعض المفاهيم المترولوجية في الطريقة التي يتم استخدامها لوصف تقنيات تحديد المواقع فائقة الدقة. وقد نوقشت الاعتبارات التصميم مع الإشارة إلى مشاكل التوسع ، القرار ، والضوضاء ، والتباطؤ الحراري الخطي والتشويه القوة ، والاقتراحات الطفيلية مثل عدم التعامدية (المتبادل) ، وأخطاء التناوب وآبي الأخطاء وغيرها ، مما يعرض الأخطاء وتحديد المواقع عدم اليقين إلى النظام. وذكرت بعض النهج لتجنب أو تقليل هذه الأخطاء. وهذا ينطوي على حد سواء التصميم الأمثل وتقنيات متقدمة التعويض. مزيد من المعلومات التفصيلية متاحة من Queensgate [3]. سلسلة من NanoMechanisms تم تصميمها ، بدءا من محور واحد على مراحل متعددة المحور ، وبنى. يمكن الجمع بين هذه المراحل تقديم الطلبات لمدة تصل إلى ست درجات من الحرية بدقة نانومتر. وقد أظهرت التجارب الأولية نتائج واعدة ، مثل مستوى الضجيج المنخفض ، تلاكؤ الفرعية نانومتر ، والطلبات الطفيلية الصغيرة جدا ، والخطي جيدة وعالية الاستجابة الخطوة. تقييم شامل لخصائص القياس هو مشروع معقد وطويل الأجل ، وخاصة بالنسبة للمحور نظم متعددة ، تشمل تقنيات القياس وأدوات أكثر تطورا المتقدمة. وسيتم إبلاغ مزيد من النتائج في المستقبل القريب. شكر وتقدير فإن الكتاب أود أن أعرب عن شكري لجونز غراهام ، روسل وجيريمي Rhead فيليب لمساعدتهم في تصميم وبناء واختبار هذه NanoMechanisms. مرجع 1. كتاب Nanopositioning ، Queensgate صكوك المحدودة ، 1997 2. PD أثرتون ، Y. شو وماكونيل M. ، "مرحلة جديدة XY لتحديد المواقع والمسح الضوئي" ، وقائع سبي للاجتماع السنوي اغسطس 1996 ، دنفر ، الولايات المتحدة الأمريكية 3. ST Chetwynd سميث والمدير العام ، أسس تصميم آلية Ultraprecision ، غوردون وخرق علوم ناشرون ، 1992 |