Per soddisfare le esigenze di ultra-precisione di posizionamento e la scansione, una serie di meccanismi di posizionamento di precisione sono stati sviluppati di recente al Instruments Queensgate , che combina Queensgate del piezoelettrico e nanosensori tecnologie in multi-asse posizionatori che hanno la possibilità di posizionare con sub-nanometrica precisione. In questo lavoro la filosofia del design e alcune delle tecnologie utilizzate per lo sviluppo di questi meccanismi sono stati introdotti e discussi per spiegare come una capacità metrologica al nanometri o addirittura sub-nanometrica livello può essere raggiunto. Alcuni primi risultati sono inclusi, in quali fasi, con errore di linearità 0,01%, sub-nanometrica isteresi, i movimenti angolari molto basse parassitaria e buona risposta dinamica, ecc dimostrata. Introduzione Negli ultimi anni, come risultato di rapidi sviluppi in vari campi della meccanica di precisione, c'è stato un forte aumento della necessità di posizionamento di precisione e sistemi di scansione in grado di nanometri o, talvolta, anche sub-nanometrica risoluzione e ripetibilità. Questo trend è destinato a crescere, che richiede nuovi concetti di design e tecniche per l'esplorazione di nuovi dispositivi di più per soddisfare le richieste di varie applicazioni. Per esempio, fotoripetitori stanno facendo i chip di silicio con larghezza delle linee fino a 200 nm; microscopi a scansione di sonda sono usati per stabilire quanto bene tali chip sono realizzati, e l'introduzione della tecnologia della testina di MR consente di 5 dischi Gigabyte a diventare la norma. Queste macchine, e le macchine che rendono queste macchine, si combinano avanzato design ottico con tecnologia avanzata di controllo del movimento, in grado di posizionare i componenti con una precisione di un nanometro o migliore. Per raccogliere la sfida di questi sviluppi, Queensgate Instruments sta sviluppando una tecnologia di alta precisione di posizionamento che combina Queensgate è piezoelettrica e nanosensori in tecnologia multi-asse posizionatori con la possibilità di posizionare con precisione sub-nanometeric. Questo sistema è composto da una serie di fasi, chiamato NanoMechanisms , comprese le fasi singolo asse, le fasi xy e le fasi di ribaltamento, ecc Le combinazioni di queste fasi può fornire grado tre, quattro, cinque o sei unità di posizionamento libertà. La filosofia di progettazione di meccanismi precisione nanometrica (NanoMechanisms) Meccanismi Piezo-elettrico dei dispositivi hanno il potenziale per spostare fasi con la risoluzione e la rigidità necessaria per il posizionamento di precisione nanometrica. Tuttavia, poiché piezo-elettrici sono dispositivi non lineari e isteresi mostra, un sensore esterno è tenuto a controllare la loro posizione. Il micrometro capacità è ideale per questo compito, essendo piccolo e semplice con una capacità di risoluzione intrinseca che è effettivamente infinito. Per ottenere un movimento puro singolo asse, un meccanismo di flessione guida è usato, che implementa i vincoli di qualsiasi movimento fuori asse e combina attuatori e sensori piezo per formare un sistema integrale palco. Le flessioni sono normalmente monoliticamente tagliate a fasi di lavorazione mediante elettroerosione, che offre una precisione molto elevata in termini di prestazioni. La figura 1 è un tipico schema di controllo ad anello chiuso blocco di questo tipo di sistema. Nel diagramma, il movimento misurato dal sensore è alimentato al controller, che si muove sul palco per minimizzare la differenza tra il movimento percepito e il comando. In questo caso, la precisione di posizionamento nel ciclo metrologia è determinata principalmente dalle capacità del sensore e controllore.  Figura 1. Schema a blocchi di un unico sistema di controllo assi di NanoMechanism. Capacità del sensore di posizione Il nanosensori è un dispositivo altamente lineare capacità di rilevamento degli errori di linearità <0,02% rispetto al suo campo di funzionamento specificato (normalmente tra i 100 ~ 500 micron). Operativo nel corso di un riduzione degli errori di linearità gamma di inferiore a 0,01% sono possibili. Il nanosensori ha un livello di rumore in posizione normale funzionamento <0,005 nm.Hz - ½ (RMS) e può essere fabbricato con materiali molto stabile come Super Invar o Zerodur. E 'senza contatto e senza isteresi. Ha anche il vantaggio di essere molto compatta, semplice, economico, e senza dissipazione di potenza nel punto di misura. Quindi è adatto per la misurazione precisa degli spostamenti molto piccoli. Controllore Quando si progetta un sistema con una risoluzione di 0,1 nm e 100 micron vasta la possibilità di accedere digitale che vanno sotto il controllo del computer è di solito estremamente difficile, poiché si tratta di una gamma dinamica di 1 parte su un milione, o 20 bit. Per risolvere questo problema Queensgate hanno sviluppato un processore di segnale digitale (DSP), sistema di controllo basato, che ha una risoluzione intrinseca di più di 21 bit, ed è indirizzabile digitalmente. Va notato che questo supera di gran lunga la risoluzione della maggior parte degli A / D e D / A converter attualmente disponibili ed è sotto i livelli di rumore nella maggior parte delle applicazioni. Digitali avanzati algoritmi di controllo PID sono stati utilizzati nel sistema. Un diagramma a blocchi del controllore in anello chiuso è illustrato nella figura 2. La risposta del sistema può essere migliorato introducendo i termini proporzionali e differenziale. Un feedback di velocità (termine differenziale) può essere di grande aiuto nella smorzamento fuori risonanze meccaniche, riducendo i tempi di assestamento. La larghezza di banda di lavoro può essere controllato dal computer e loop di parametri definiti dall'utente per l'ottimizzazione delle prestazioni.  Figura 2. Schema a blocchi del controllo PID chiuso. Utilizzando questo tipo di controller, è possibile misurare la non linearità e di compensarlo. Movimenti angolari Inoltre una volta parassita in tali meccanismi sono stati caratterizzati, è possibile compensare in un complesso sistema multiasse. Gli errori di linearità può essere completamente compensato a <0,02%. Qui di seguito che le misurazioni sono normalmente limitato dalla linearità intrinseca dei sistemi di calibrazione. L'utilizzo di questa tecnica di compensazione è molto importante per raggiungere una capacità metrologica a livello nanometrico. E 'ovvio che all'interno del ciclo di controllo del sensore non è assolutamente lineare, per cui la linearità del sistema può essere ulteriormente migliorata con compensazione software. Idealmente, il meccanismo dovrebbe presentare puro movimenti ortogonali - che è, un dispositivo xy deve avere solo grado di libertà lungo gli assi x e y. In realtà, esistono incontrollata (parassita) movimenti derivanti da una distorsione a causa di forze interne e limitazioni di produzione. Gli errori da questi movimenti parassiti sono stati minimizzati attraverso l'ottimizzazione della progettazione meccanica e può essere ulteriormente ridotto con la tecnica della compensazione. Si noti che gli errori parassita può essere compensata solo se sono prevedibili, cioè i movimenti parassiti devono essere non solo misurabile, ma anche ripetibili. Concetti di progettazione e considerazioni Sistema di coordinate Per prima cosa è necessario definire le coordinate usato per descrivere posizioni. Il sistema ovvia da utilizzare per le fasi di posizionamento è un cartesiano ortogonale sistema di coordinate. Con questo si può definire una posizione con la sua X, Y, Z coordina e una rotazione arbitraria come componenti di rotazione attorno all'asse X, Y e Z, come mostrato nella Figura 3. Più utilmente si può descrivere un movimento come un cambiamento di X, Y e Z coordinate. Le rotazioni sono descritti con riguardo al X, Y e Z in senso destrorso. Il passo termini, rollio e di imbardata sono spesso utilizzati quando si parla le rotazioni. Questi termini sono utili quando si descrivono le rotazioni parassitaria causata da un movimento lineare, ma grande cura deve essere presa in quanto si riferiscono alla direzione di movimento piuttosto che un sistema di assi definiti. Per un aereo in volo, una rotazione intorno ad un asse tratte da ala a punta ala è a passo, una rotazione intorno ad un asse disegnato per tutta la lunghezza della fusoliera è roll e una rotazione intorno ad un asse verticale è imbardata. Nel sistema cartesiano definito se il 'piano' è in volo lungo la direzione X positiva q è pitch, roll e g è f è imbardata.  Figura 3. Sistema di coordinate. Precisione di posizionamento: Il concetto di esattezza Per spostare un palcoscenico, un comando di posizione viene inviato al controller da un computer. Il movimento è prodotto da un attuatore piezoelettrico e monitorato da un sensore. Utilizzando il segnale di retroazione, il controllore si muove sul palco per minimizzare la differenza tra il movimento percepito e il comando. Come la piccola differenza può essere è principalmente determinato dalla capacità di controllo del sistema e può essere interpretato come il modo proprio il palcoscenico può essere posizionato. E 'ovvio che la precisione di posizionamento sarà influenzato soprattutto dalla risoluzione (livello di rumore), la riproducibilità (deriva e isteresi) e l'errore mappatura (errore di ordine elevato di mappatura) del sistema. Inoltre, se il movimento stadio viene misurata con un dispositivo di misurazione esterno che si presume essere un sistema perfetto, ci sarà una differenza tra la posizione comandata e posizione desiderata: quanto vicino si è definito come esattezza di posizionamento. Pertanto, la precisione di posizionamento finale dovrebbe essere determinata sia la precisione di posizionamento e l'accuratezza di posizionamento, come mostrato nella Figura 4. Come queste sono trattate in NanoMechanisn progettazione saranno discussi nelle sezioni seguenti.  Figura 4. Accuratezza di misura. Risoluzione e rumore La risoluzione di misura o di posizionamento è direttamente correlato al livello di rumore del sistema. Un picco a livello rumore di picco non è facilmente misurabile o interpretato, dal momento che con qualsiasi distribuzione rumore si può ottenere una deviazione di grandi dimensioni se si aspetta abbastanza a lungo. Pertanto il valore efficace è usato normalmente, che può essere misurata con equipaggiamento di serie. La distribuzione di ampiezza del rumore è importante quando si guarda la risoluzione. Di solito rumore gaussiano domina e in questo caso il valore efficace è equivalente alla deviazione standard, sigma. 68,3% dei campioni prelevati saranno entro un sigma del valore medio. Ciò significa che c'è una probabilità del 68,3% di risolvere due caratteristiche che sono una distanza di due sigma del rumore a parte, come mostrato in figura 5, (o 99,7% di possibilità di risolvere le due caratteristiche che sono sei sigma a parte).  Figura 5. Risoluzione due posizioni. Lo spettro di potenza del rumore è un pezzo più importante di informazioni. Può mostrare le fonti di rumore di fondo - come la rete pick up, che è localizzato a 50 o 60 Hz. Figura 6 dimostra una misura dello spettro di potenza del rumore DSP basato NPS3000 controller. Questo mostra un livello di rumorosità <10 pm.Hz - ½. Nel test, il NPS3000 controller viene utilizzato per controllare un singolo stadio asse, (NPS-Z-15B), in anello chiuso con una larghezza di banda fase di lavoro di 100 Hz.. I segnali di disturbo sono rappresentati dalla tensione HV applicata al disco l'attuatore piezoelettrico. 50 Hz di rete pick up si può vedere chiaramente anche se ad un livello molto basso.  Figura 6. Spettro del rumore di NPS3000 controller. Il rumore del NanoMechanism sistema è, in generale, composta da rumore del sensore, rumore piezo, il rumore meccanico e il rumore acustico. Rumore del sensore sarà interpretato dal ciclo di controllo come un comando e diventa così il rumore spostamento reale. Il segnale di feedback dal sensore viene utilizzato per generare una tensione di pilotaggio da applicare agli attuatori piezo. Rumore di un sistema piezoelettrico di tensione sarà introdotto in questo processo e contribuire al rumore posizionamento palco. L'effetto di questo rumore possono essere rilevati dal sensore e, di conseguenza, almeno in parte servoed fuori. La capacità del sistema di servo il rumore di unità dipende dalla larghezza di banda impostata: maggiore è la larghezza di banda, meglio il contributo è servoed fuori. Ingressi esterni meccanici come vibrazione del terreno e il rumore acustico causerà anche la fase di muoversi. Gli effetti di questi ingressi possono essere minimizzati aumentando la rigidità del palco. Può anche essere servoed se la larghezza di banda del sistema è sufficientemente elevato. Per il sistema di controllo NPS3000 la larghezza di banda di misura può essere impostata fino a 12 kHz e ampiezza di banda ad anello chiuso 2 kHz che è normalmente dominata dalla caratteristiche dinamiche dei meccanismi di scena. Linearità e mapping In un mondo ideale, uno stadio dovrebbe essere perfettamente lineare. Il mondo è quasi ideale, ma non del tutto. In pratica la linearità del sensore capacitivo può essere influenzata da molti fattori come lo spessore del gap nominale (o capacità parassite) e non parallelismo della superficie dell'elettrodo, ecc [1]. Per sapere qual è il movimento reale o la posizione del palco è e quindi di applicare la compensazione linearità, il sistema deve essere tarato in funzione un dispositivo di misurazione esterno con elevata precisione. La posizione di comando, x c, che rappresenta la posizione misurata dal sensore interno e la posizione attuale, x p, può, in una certa misura, essere correlato con una funzione di mappatura espressa come x p = f (x c). La forma semplice della funzione di mappatura è una serie di potenze  (1) Idealmente a 0, a 2, un 3, un 4 ... sarebbe l'unità zero e a1, poi il fattore di scala del sensore, a1, è il fattore lineare che descrive il rapporto tra l'attuale posizione di fase come misurato da una posizione precisa ipoteticamente perfetto misurazione del sensore e la posizione reimmessa sul computer dell'utente. La veridicità mappatura si caratterizza per l'insieme di errori sul singolo 'a' coefficienti. Quando la funzione di mappatura è di primo ordine (una linea retta), l'errore mappatura diventa l'incertezza fattore di scala. Il residuo tra la posizione reale e una retta più idonea per la misura dà errore di linearità (normalmente si definisce l'errore di linearità come mezzo di selezione per scegliere residua dalla forma migliore lineare). Per fare un esempio, un errore di linearità dello 0,05% in una gamma di 100 risultati dispositivo micron con un'incertezza 50 nm posizione assoluta tra la posizione 0 micron e la posizione 100 micron quando una approssimazione lineare è fatto, come mostrato nella Figura 7 (a). Di solito per nanosensori la deviazione dalla linearità è più o meno parabolica e in alcuni sistemi questo è facile da compensare elettronicamente senza coinvolgere il DSP. Il risultato di compensare uno, un po 'imperfetto, parabola con un altro di solito è una curva a S di ampiezza molto inferiore quindi l'errore di mappatura è molto più basso, come mostrato in figura 7 (b). Ciò equivale a utilizzare l'A 1 e A 2 termini dell'equazione 1. Se si dovesse usare i termini di ordine superiore, un risultato ancora migliore potrebbe essere raggiunto. Questo può essere fatto facilmente in sistemi di sensori basati su microprocessore o esternamente nel computer dell'utente. E 'stato riscontrato che c'è poco da guadagnare nel passare superiore quarto ordine, vedi Figura 7 (c).  (A)  (B)  (C) Figura 7. Errore di mappatura e linearità. Motions parassitarie ed errori Mozioni parassita negli stadi può essere identificato come uno angolare: rotazione intorno X, Y e Z, o lineare: dal movimento aereo, non-ortogonalità e diafonia, e introdurrà gli errori di posizionamento inaspettati. I movimenti parassitaria causata da distorsioni del corpo fase può essere minimizzato da una attenta progettazione e l'ottimizzazione dei parametri della struttura. Negli assi limitato la rigidità dovrebbe essere progettato per essere il più alto possibile, e più in basso possibile lungo l'asse di movimento. Questo risultato è ottenuto nel NanoMechanisms con la corretta organizzazione del modello flessione e scegliendo con attenzione i parametri di flessione. Tuttavia, il disegno flessione a volte è limitata dalla frequenza di risonanza del sistema che, a causa della modalità di accoppiamento, richiede la rigidità in tutte le direzioni ad essere elevato. Analisi a elementi finiti FEA può essere usato per predire le distorsioni locali e globali e, quindi, la struttura può essere adeguatamente ottimizzato per disaccoppiare le forze o fare le distorsioni inevitabilmente si annullano a vicenda. Se questi movimenti parassiti sono prevedibili allora possono essere compensati. Si noti che questi movimenti sono in funzione della posizione del palco, ma non sono necessariamente lineare, portando a topografia complessa. Di isteresi in movimento rende la previsione molto difficile - se non impossibile. Per questo motivo, i cambiamenti forza nel sistema deve essere estremamente lineare e ripetibile. L'attrito è sempre fonte di isteresi, a causa del cambiamento di direzione della forza. Quando i campioni sono montati su un NanoMechanism , gli errori Abbe devono essere considerati con attenzione per i movimenti parassiti angolare. Piccoli errori angolari possono avere un effetto di grandi dimensioni a livello nanometrico: per esempio, una inclinazione di solo 1 microradianti con un offset di 1 mm dà un errore di posizione 1 nm. Per ridurre questo effetto, i campioni devono essere posizionati il più vicino possibile agli assi di misura dei sensori. Per esempio, in un tre assi XYZ NanoMechanism sistema portacampioni si trova nel punto in cui è co-incidente con il sensore di misura degli assi, come mostrato nella Figura 8. Gli effetti di errori di rotazione della fase xy può così essere ridotte al minimo.  Figura 8. Nanomechanism 3D. I movimenti lineari parassiti come la non-ortogonalità o diafonia sono principalmente colpite da tolleranze di fabbricazione e le distorsioni della struttura fase se il frame viene utilizzato come dato sensori '. Gli assi di due coppie di sensori nella fase xy devono essere molto ortogonali tra loro e co-incidente agli assi in movimento della piattaforma. Utilizzando la tecnologia di produzione moderna la deviazione dalla ortogonalità degli assi del sensore può essere generalmente controllato entro 0,5 mrd che dà un errore ortogonalità di 0,5 nm / micron (ovvero 0,05%) nel piano xy. Montando cinematica, il riferimento di posizione diventa tracciabile e le distorsioni di espansione termica e forza motrice può essere disaccoppiato. Questo è importante per la fase ad avere competenza metrologica a livello nanometrico. Anche per una tappa del Super Invar le dimensioni di 100 x 100 mm, una variazione di temperatura o 1 C provoca 30 nm a cambiare dimensione (  =  / ° C). Il telaio in fase di flessione causata dalla forza motrice è tipicamente nel range di decine o centinaia di nm [2]. Senza cinematica montaggio di una posizione di incertezza circa le grandezze stesse potrebbero essere introdotte nel sistema. Caratteristiche dinamiche Oltre alla metrologia e la precisione del movimento, le prestazioni dinamiche del sistema è importante anche perché la stabilità e la velocità sono fondamentali per molte applicazioni. In teoria non ci sarebbe alcun ritardo di fase tra il comando e la posizione, e il meccanismo risponderebbe perfettamente a un ingresso a gradino - nessun tempo di salita, più di sparare, o risolvere il tempo. Per un lineare, di secondo ordine, smorzamento senza sistema meccanico, la frequenza di risonanza è determinata dalla rigidità del sistema e di massa. In un meccanismo progettato in modo ottimale, la rigidità è di solito dominata dalla rigidità degli stack piezo nel suo asse traduzione. Per un palco con amplificazione del movimento, la rigidità effettiva del attuatore piezoelettrico, sarà ridotta come e k = k p / G 2, dove k p è la rigidità del piezo e G è l'amplificazione. La riduzione della massa può aumentare la frequenza di risonanza del sistema. Tuttavia, come la massa della piattaforma riduce la performance sul palco diventa più sensibile l'influenza della massa del carico, cioè la frequenza di risonanza scenderà rapidamente la massa del campione aumenta. Proprietà dinamiche del sistema può essere migliorata anche attraverso altre vie, come l'introduzione di un adeguato materiale di smorzamento o utilizzando avanzate tecniche di controllo del servo. Nella strumentazione, le specifiche di progetto spesso usano il criterio del tempo di assestamento, definito come il tempo necessario per il sistema di stabilirsi all'interno di una certa percentuale di ingresso. Per NanoMechanisms , come altri strumenti, stabilendosi il tempo è una descrizione più diretta del comportamento dinamico di frequenza di risonanza. Per un piezo guidato NanoMechanism , il tempo di assestamento consiste nel tempo di rotazione e il tempo necessario per le oscillazioni di risonanza a decadere. La prima è dominata dalla slew rate che è determinata dalla capacità delle pile piezo e la capacità di corrente di elettronica del disco. Per i sistemi di secondo ordine l'esigenza specifica tipicamente un ritardo massimo prima che raggiunga l'uscita entro il 2% del suo valore finale dopo un cambiamento di step input, che ha una durata di circa quattro costanti di tempo (4 τ = 4 / ξω n), dove τ è la costante di tempo, fattore di smorzamento ξ e la frequenza di risonanza ω n [3]. Da ciò si può vedere che la risposta del sistema può essere migliorato sia aumentando la frequenza di risonanza e il fattore di smorzamento. Normalmente, le fasi cardine flessione sono altamente risonanti con fattori di smorzamento molto basso. Pertanto, lo smorzamento supplementare sarà molto utile e può ridurre efficacemente il tempo di decadimento, ma solo se può essere introdotta senza attrito, in quanto ciò può causare isteresi. Se ciò avviene entro l'algoritmo di controllo, quindi nessun attrito sarà introdotto. Materiale Proprietà termiche dei materiali da costruzione sono spesso la principale preoccupazione sia per la progettazione e l'utilizzo di strumenti di precisione. In un uso normale, tutti i dispositivi meccanici incontro apporto termico causato dal cambiamento di temperatura ambientale, dissipazione di potenza in attuatori, gestione dell'operatore e così via. L'effetto diretto del disturbo termico è dilatazione termica che causerà variazioni di dimensione dei componenti meccanici, con conseguente perdita di precisione dello strumento. Il cambiamento dimensionale di un materiale a causa di una variazione di temperatura è caratterizzato da coefficiente di espansione termica (CTE), che varia enormemente con materiali diversi. In generale, per ridurre l'effetto termico, materiali da costruzione con il minimo coefficiente di espansione termica dovrebbe essere usato. Tuttavia, in alcuni casi a bassa espansione termica non è così utile come la partita espansività stretta tra il dispositivo e il suo montaggio. Inoltre, le correzioni per far fronte dilatazione termica sono possibili attraverso metodi di controllo: la temperatura può essere misurata e usata per fornire una correzione. Un altro problema è gradienti termici. Essi causano distorsione struttura, per i quali la compensazione non è possibile. Per evitare gli effetti di gradienti termici, i materiali possono essere scelti sia con bassa conducibilità termica, come ad esempio Super Invar e Zerodur, o ad alta conducibilità, come alluminio, in cui il sistema raggiunge l'equilibrio termico in fretta. Per ridurre gli effetti della molti dispositivi di precisione ambiente sono volutamente progettato per essere piccolo. Anche le proprietà meccaniche dei materiali devono essere attentamente considerate. Per esempio, il rapporto tra resistenza e il modulo di Young, / E, limita la portata massima che può essere raggiunto da meccanismi flessione. Tuttavia, a basso modulo di Young non può essere in grado di fornire una sufficiente rigidità per la NanoMechanism o la sua cornice, che a volte è utilizzato come riferimento metrologico. Inoltre, la rigidità contatto locale tra il meccanismo e la sua attuatori ha un effetto diretto sulla frequenza di risonanza di un sistema meccanico - la frequenza di risonanza può scendere giù a causa di rigidità contatto insufficiente. Anche la massa di materiale può fare una grande differenza per le proprietà dinamiche di NanoMechanisms . Per esempio il rapporto tra densità di Super Invar e leghe di alluminio è di circa 3, quindi la frequenza di risonanza di un sistema di alluminio può essere √ 3 volte superiore a quello di un sistema Super Invar se la rigidità dei sistemi sono le stesse. Alcuni esempi di dispositivi NanoMechanism NPS-Z-15A / B Si tratta di un asse singolo stadio di movimento lineare che è stato progettato per produrre un movimento puro lungo l'asse z.. Lo stadio ha una gamma a ciclo chiuso di 15 micron e una linearità tipica di <0,06% (senza compenso) con risoluzione sub-nanometrica. Dopo la compensazione della non linearità di solito scende fino a <0,02%. Un meccanismo di flessione compatto è stato progettato nella fase di disaccoppiare l'asse parassita off e punta-tilt mozioni dalle pile piezo. Gli errori ribaltamento sono misurati da meno di 1 microradianti su intera gamma, (senza meccanismo di flessione gli errori ribaltamento sono normalmente più di 15 microradianti). Bassa isteresi è un'altra caratteristica importante per lo stadio per raggiungere la capacità metrologica nanometri. Figura 9 è il risultato di misura tipica di prestazioni statiche dal palco NPS-Z-15B , il che dimostra un errore di linearità del 0,01% e un sub-nanometrica isteresi. La maggior parte delle specifiche sono stati calibrati utilizzando un interferometro Zygo ZMI 1000. Tuttavia la misura della sub-nanometrica isteresi diventa difficile con l'interferometro - quindi per tali misurazioni uno Queensgate nanosensori è stato utilizzato. La frequenza di risonanza del palcoscenico è di 2 kHz che dà una buona risposta dinamica per la maggior parte delle applicazioni quando viene utilizzato con NPS3000 regolatore . Una risposta al gradino è mostrata in Figura 10. Figura 11. Linearità ed isteresi di NPS-XY-100A.  Figura 12. Risposta al gradino di NPS-XY-100A. Conclusioni Alcune delle tecnologie utilizzate in Queensgate meccanismi nanometro 's precisione sono stati introdotti e discussi per spiegare come una capacità metrologica in nanometri o addirittura sub-nanometrica livello può essere raggiunto con la NanoMechanisms . Alcuni concetti metrologici sono state chiarite nel modo in cui vengono utilizzati per descrivere ultra-precisione di posizionamento. Le considerazioni di progettazione sono stati discussi con riferimento ai problemi di risoluzione e rumore, linearità e isteresi, dilatazione termica e la distorsione forza, ed i movimenti parassiti come non-ortogonalità (diafonia), gli errori di rotazione e Abbe ecc errori, che introducono errori di posizionamento e incertezza al sistema. Alcuni approcci per evitare o minimizzare questi errori sono stati citati. Questo comporta sia la progettazione ottimizzato e le tecniche avanzate di compensazione. Informazioni più dettagliate sono disponibili presso Queensgate [3]. Una serie di NanoMechanisms , che vanno dal singolo asse per asse a più stadi, sono state progettate e costruite. La combinazione di queste fasi può fornire movimenti fino a sei gradi di libertà con precisione nanometrica. I test iniziali hanno dimostrato risultati promettenti, come ad esempio basso livello di rumorosità, sub-nanometrica isteresi, movimenti parassiti molto piccoli, linearità e risposta di buon passo. Una valutazione completa delle caratteristiche metrologiche è un progetto a lunga e complicata, soprattutto per sistemi multiasse, coinvolgendo più sofisticate tecniche di metrologia e strumenti avanzati. Ulteriori risultati saranno riportati in un prossimo futuro. Ringraziamenti Gli autori desiderano esprimere un ringraziamento a Graham Jones, Russell e Jeremy Philip Rhead per il loro aiuto nella progettazione, costruzione e collaudo di questi NanoMechanisms. Riferimento 1. Il libro nanopositioning, Queensgate Instruments Ltd, 1997 2. PD Atherton, Y. Xu e M. McConnell, "Nuovo stadio xy per il posizionamento e la scansione", Atti del Riunione annuale SPIE, il agosto 1996, Denver, Stati Uniti 3. ST Smith e DG Chetwynd, Fondamenti di Design Ultraprecision meccanismo, Gordon e violazione Science Publishers, 1992 |