초정밀 위치와 검색의 요구를 충족시키기 위해, 정밀 위치 결정 메커니즘의 일련에서 최근에 개발되었습니다 Queensgate 악기 결합되는, Queensgate의 압전 및 NanoSensor 하위 nanometric 정확도 위치로 능력을 가지고 다중 축 positioners으로 기술합니다. 본 논문에서는 설계 철학 및 이러한 메커니즘의 개발에 사용된 기술의 일부는 도입도 metrological 나노미터의 기능 또는 하위 나노미터 수준이 얻을 수있는 방법을 설명하기 위해 논의하고 있습니다. 일부 초기 결과는 0.01 %의 선형성 오류, 하위 나노미터 히스테리 시스, 매우 낮은 각도 기생 동작 좋은 역동적인 반응 등의 단계가 증명하는, 포함되어 있습니다. 소개 최근에는 정밀 공학의 다양한 분야에서 급속한 발전의 결과로, 심지어 때로는 정밀 위치와 검색 시스템을 나노미터 수있는 또는 필요에 큰 증가, 서브 나노미터 해상도와 repeatability가 발생했습니다. 이러한 경향은 다양한 어플 리케이션의 요구 사항을 충족하기 위해 더 많은 새로운 장치 탐사를위한 새로운 설계 개념과 기술을 필요로하는 성장 것으로 예상된다. 예를 들어, 웨이퍼 steppers 내려 200 NM에 라인 넓이와 함께 실리콘 칩을하는, 스캐닝 프로브 현미경은 이러한 칩을 만들어진 얼마나 잘 구축하는 데 사용됩니다, 그리고 MR 헤드 기술의 도입은 5 기가 바이트 디스크의 표준이 될 수 있습니다. 이러한 기계, 그리고이 기계를 만드는 기계, 나노미터 또는 그 이상의 정확도로 구성 요소를 배치할 수 있습니다 고급 모션 제어 기술, 첨단 광학 설계를 결합하여. 이러한 발전의 과제를 충족시키기 위해, Queensgate 악기 결합한 초정밀 위치 결정 기술을 개발하고 있습니다 Queensgate의 압전 및 NanoSensor 하위 nanometeric 정확도 위치로 능력을 가진 다중 축 positioners으로 기술합니다. 이 제도라는 단계의 시리즈로 구성되어 있습니다 NanoMechanisms 단일 축 스테이지, XY 스테이지 및 이러한 단계 등의 조합이 자유 위치 유닛 셋, 넷, 다섯이나 여섯 학위를 제공할 수 있습니다 기울이기 단계를 포함. 나노미터 정밀 메커니즘 설계 철학 (NanoMechanisms) 메커니즘 압전 장치는 나노미터 정밀도 위치 결정에 필요한 해상도 및 강성과 단계를 이동할 가능성이있다. 압전 장치 비선형 및 전시 히스테리 시스 때문에 그러나, 외부 센서들은 위치를 제어하는 데 필요합니다. 커패시턴스 마이크로 미터 이상적으로 효과적으로 무한 내장 해상도 기능이있는 작은 간단하고,이 작업에 적합합니다. 순수한 단일 축 움직임을 달성하기 위해 굴곡 유도 메커니즘은 어떤 해제 축 움직임에 제약을 구현하고 필수적인 무대 시스템을 형성하기 위해 함께 압전 액추에이터와 센서를 결합하는 사용됩니다. flexures는 일반적으로 monolithically 성능이 매우 높은 정밀도를 제공 EDM 가공을 사용하여 단계로 절단됩니다. 그림 1은 시스템에 이런 종류의 전형적인 폐쇄 루프 제어 블록 다이어그램입니다. 다이어그램에서 센서에 의해 측정된 움직임이 감지 동작과 명령의 차이를 최소화하기 위해 단계를 이동 컨트롤러로 공급됩니다. 이 경우에는 계측 루프의 위치 정밀도는 주로 센서와 컨트롤러의 기능에 의해 결정됩니다.  NanoMechanism의 단일 축 제어 시스템 그림 1. 블록 다이어그램. 커패시턴스 위치 센서 NanoSensor은 의 선형성 오류 높은 선형 용량 감지 장치입니다 <이 지정된 작동 범위 이상 0.02 % (보통 100 ~ 500 μm의 사이). 아래에서 0.01 %의 감소 범위 선형성 오류를 통해 운영하는 것은 가능합니다. NanoSensor은 <0.005의 정상 작동에 위치 소음이 nm.Hz - ½ (RMS) 및 슈퍼 인바 또는 Zerodur 같이 매우 안정적인 소재로 조작하실 수 있습니다. 그것은 비 연락하여 히스테리 시스에서 무료로 제공됩니다. 그것은 또한 매우 소형, 단순, 저렴한되는 장점을 가지고 있으며, 측정 지점에서 동력 손실과 함께. 그러므로 이곳은 매우 작은 변위의 정확한 측정에 적합합니다. 컨트롤러 그것이 만 1 일부, 또는 20 비트의 동적 범위이기 때문에 0.1 나노미터 해상도 및 100 μm의 범위 디지털 컴퓨터 제어하에 그 범위를 액세스할 수있는 능력을 가진 시스템을 설계할 때, 일반적으로 매우 어렵습니다. 이 문제를 해결하기 위해 Queensgate를 이상의 21 비트의 고유 해상도를 가지고 있으며, 디지털 번지는 디지털 신호 프로세서 (DSP) 기반의 제어 시스템을 개발했습니다. 그것은 이것이 현재까지 A / D 및 D / 사용할 수있는 변환기 대부분의 해상도를 초과하여 아래 대부분의 응용 프로그램에서 소음 수준임을 주목하여야한다. 고급 디지털 PID 제어 알고리즘은 시스템에 사용되었습니다. 폐쇄 루프 컨트롤러의 블록 다이어그램은 그림 2에 표시됩니다. 시스템 응답이 비례하여 차등 조항을 도입하여 개선하실 수 있습니다. 속도 피드백 (차동 용어는) 크게 정착 시간을 줄이고, 기계 resonances을 감쇠에 도움이 될 수 있습니다. 작업 대역폭은 매개 변수가 성능 최적화를 위해 사용자가 정의한 컴퓨터와 루프에 의해 제어하실 수 있습니다.  PID 폐루프 제어 그림 2. 블록 다이어그램. 이러한 컨트롤러를 사용하면 비 선형을 측정하고 보상하는 것이 가능합니다. 이러한 메커니즘에 또 한번 기생 각도 움직임은 그것이 복잡한 다축 시스템에 그들을 위해 보상이 가능합니다 특징되었습니다. 선형성 오류는 완전히 <0.02 %까지 보상을 수 있습니다. 성능은 일반적으로 교정 시스템의 본질적인 선형에 의해 제한됩니다 아래. 이 보상 기법의 사용은 나노미터 수준에서 metrological 기능을 달성하기 위해 매우 중요합니다. 그것은 제어 루프 내에 센서가 절대적으로 선형이 아니라고 분명, 시스템 선형성가 추가로 소프트웨어를 보상으로 향상시킬 수 있도록. 이상적으로, 메커니즘은 순수한 직교 움직임을 전시한다 - XY 장치는 x와 y의 축 따라 자유도가 있어야입니다. 실제로, 내부 세력 및 제조 한계로 인한 왜곡 발생 억제 (기생) 동작이 존재. 이러한 기생 동작에서 오류는 기계 설계를 최적화하여 최소화되었으며 보상 기술에 의해 더욱 줄일 수 있습니다. 기생 오류가 단지 그들이 예측하는 경우, 기생 움직임이 측정뿐만 아니라 반복해야 즉 보상 수 있습니다. 디자인 개념 및 고려 사항 좌표계 첫째는 위치를 설명하는 데 사용되는 좌표를 정의하기 위해 필요합니다. 위치 단계에 사용할 수있는 확실한 시스템은 직교 직교 공동 종좌표 시스템입니다. 이것은 그림 3과 같이 자사의 X, Y, Z 좌표와 X, Y 및 Z 축에 대한 회전의 구성 요소와 같은 임의의 회전,와 위치를 정의할 수 있습니다로. 더 유용 하나는 X, Y 및 Z 좌표의 변화로 운동을 설명하실 수 있습니다. 돌리기는 X, Y와 오른손잡이 의미에서 Z의 축에 대하여 설명되어 있습니다. 회전 얘기를 할 때 용어 피치, 롤 및 편주가 자주 사용됩니다. 이 약관은 직선 운동에 의한 기생 회전을 설명하는 경우 유용하지만, 그들은 운동의 방향보다는 정의된 축 시스템에 추천 있으므로 아주 조심스럽게 이동합니다. 비행 항공기 들어, 날개 끝에 날개 끝에서 그려진 축에 대한 회전 피치이며 동체의 길이 아래로 그려 축에 대한 회전이 수직축에 대한 롤과 회전 것은 흔들며 나가게됩니다. '비행기'그라운드입니다 Q 긍정적인 X 방향을 따라 비행하는 경우 정의된 직교 시스템에서 G는 롤이고 F는 흔들며 나가게됩니다.  그림 3. 체제를 조정. 위치 정확도 : Trueness의 개념 무대를 이동하려면, 위치 명령은 컴퓨터에 의해 컨트롤러로 전송됩니다. 운동은 압전 액추에이터에 의해 생산 및 센서에 의해 모니터링됩니다. 피드백 신호를 사용하여 컨트롤러는 모션 감지하고 명령의 차이를 최소화하기 위해 단계를 이동합니다. 그 차이는 얼마나 작은 주로 시스템의 제어 능력에 의해 결정됩니다 수 있으며 무대가 위치하는 방법을 정확하게로 해석될 수있다. 그것은 위치 정밀도는 주로 해상도 (소음), 재현성 (드리프트 및 히스테리 시스)과 시스템의 매핑 오류 (매핑의 높은 순서 오류)에 의해 영향을받을 것이라고 분명합니다. 무대 운동이 완벽한 시스템으로 간주됩니다 외부 측정 장치와 측정하는 경우 또한, 명하신 위치 및 원하는 위치 사이에 차이가있을 것입니다 : 그들은 위치 trueness로 정의되는 방법을 닫습니다. 그림 4와 같이 따라서 최종 위치 정확도는 위치 정밀도와 위치 trueness 모두에 의해 결정되어야합니다. 이들이에서 처리하는 방법 NanoMechanisn의 디자인은 다음 섹션에서 논의됩니다.  그림 4. 측정 정확도. 해상도 및 소음 측정 또는 위치의 해상도 직접 시스템의 소음 레벨에 관련되어 있습니다. 당신은 충분히 기다린다면 당신은 큰 편차를 얻을 수있는 노이즈 분포와 이후 최대 소음 레벨 정상은 쉽게 측정 또는 해석되지 않습니다. 따라서 RMS 값은 일반적으로 표준 장비로 측정할 수있는 데 사용됩니다. 해상도 보는 때 잡음 진폭 분포 중요합니다. 보통 가우시안 노이즈가 지배하고이 경우 RMS는 표준 편차, 시그마와 동일합니다. 촬영 샘플 68.3 %가 평균 값 중 하나에 시그마 것입니다. 그것은 그림 5와 같이 떨어져 소음의 두 시그마의 거리 두 기능 (또는 떨어져 6 시그마 두 기능을 해결 99.7 %의 기회를) 해결의 68.3 %의 기회가있다는 것을 의미합니다.  그림 5. 두 가지 자세를 해결. 노이즈 파워 스펙트럼은 정보의 가장 중요한 조각이다. 그것은 소음의 기본 소스를 표시할 수 있습니다 - 전원은 픽업과 같은 50 또는 60 Hz에서에서 현지이기도합니다. 그림 6은 DSP 기반의 NPS3000 컨트롤러의 노이즈 파워 스펙트럼의 측정을 보여줍니다. ½ - 이것은 <10 pm.Hz의 소음 수준을 보여줍니다. 테스트에서 NPS3000 컨트롤러 100 Hz의 무대 작업 대역폭을 가진 폐루프 모드에서 단일 축 스테이지 (NPS - Z - 15B)를 제어하는 데 사용됩니다. 잡음 신호는 압전 액추에이터에 적용 HV 드라이브 전압에서 온 꾸몄다. 픽업 50 Hz에서 전원은 매우 낮은 수준에서 분명하지만 볼 수 있습니다.  그림 6. NPS3000 컨트롤러의 소음 스펙트럼을. 의 소음 NanoMechanism의 시스템은 일반적으로 센서 노이즈, 압전 드라이브 소음, 기계 소음과 음향 소음이 구성되어 있습니다. 센서 노이즈는 명령으로 제어 루프로 해석하기 때문에 실제 변위 소음되는 것입니다. 센서의 피드백 신호는 압전 액츄에이터의 적용이 될 수있는 드라이브 전압을 생성하는 데 사용됩니다. 압전 구동 전압 잡음이 과정에서 도입 무대 위치 소음에 기여하는 것입니다. 이 소음의 효과는 센서에 의해 감지하고, 따라서, 적어도 부분적으로 밖으로 servoed 수 있습니다. 드라이브 소음 밖으로 서보에 대한 시스템의 기능은 대역폭 설정에 따라 다릅니다 높은 대역폭 더 기여는 밖 servoed됩니다. 이러한 지상 진동 및 음향 소음과 같은 외부 기계 입력은 또한 무대가 이동하게됩니다. 이러한 입력의 효과는 무대의 강성을 높임으로써 최소화하실 수 있습니다. 시스템 대역폭이 충분히 높은 경우 또한 밖 servoed 수 있습니다. 제어 시스템 NPS3000 측정 대역폭은 12 kHz에서와 정상적으로 무대 메커니즘의 동적 특성에 의해 지배됩니다 폐쇄 루프 대역폭이 kHz에서 최대 설정할 수 있습니다. 선형성 및 매핑 이상적인 세계에서 무대 완벽하게 선형해야합니다. 세계는 거의 이상적 아니지만 꽤있다. 연습에서는 커패시턴스 센서의 선형이 같은 전극 표면의 공칭 간격 (또는 길잃은 용량) 및 비 병렬의 두께와 같은 여러 요인에 의해 영향을받을 수 등 [1]. 무대의 실제 움직임이나 위치가 무엇인지 알고 있으므로 선형성 보상을 적용하기 위해서, 시스템은 높은 정밀도와 외부 측정 장치에 대해 보정되어야한다. 내부 센서와 실제 위치, X P에 의해 측정된 위치를 나타내는 명령 위치, X C는,,, 어느 정도로 표현 매핑 기능과 관련이있을 수있는 X P = F (X C). 매핑 함수의 간단한 형태는 전원 시리즈입니다  (1) 이상적으로 0, 2, 3, 4 ... 제로와 A1 통일 것입니다, 다음 센서 스케일 팩터, A1은 실제 사이의 관계를 설명하는 선형 요소이다 무대 위치는 가정하에 완벽하게 정확한 위치에 의해 측정 센서와 위치 측정은 사용자의 컴퓨터로 다시 먹이. 매핑 trueness은 개인 'A'계수에 대한 오류의 집합이 특징입니다. 매핑 함수는 첫 번째 명령 (직선) 때, 매핑 오류 스케일 팩터 불확실성됩니다. 실제 위치와 측정을위한 가장 적합한 직선 사이의 잔류는 선형성 오류 (보통 우리가로 선형성 오류를 정의 ½ 선형에 맞게 최고의 잔여 고르는 선택) 제공합니다. 예를 들어, 그림 7에 표시된 0 μm의 위치 및 선형 근사화가 만든 100 μm의 위치 사이의 50 nm의 절대 위치 불확실성, (A)에서 100 μm의 범위 장치 결과에서 0.05 %의 선형성 오류가 발생했습니다. 보통에 대한 NanoSensors 선형의 편차가 거의 포물선이며 일부 시스템에서 이것은 DSP를 포함하지 않고 전자 보상하기 쉽습니다. 매핑 오류, 그림 7 (B)에 나와 훨씬 낮습니다 그래서 보상 하나, 서로 약간 불완전하고, 포물선의 결과는 일반적으로 더 낮은 진폭의 S 곡선입니다. 이것은 1과 방정식 1 2 학기를 사용하는 것과 같습니다. 하나가 높은 순서 조건을 사용할 수있다면, 더 좋은 결과 달성 수 있습니다. 이것은 사용자의 컴퓨터에서 쉽게 마이크로 프로세서 기반의 센서 시스템이나 외부 할 수 있습니다. 그것은 네번째 순서보다 높은 것으로 얻을 약간있다는 것을 발견되었습니다, 그림 7 (C)을 참조하십시오.  (A)  (B)  (C) 그림 7. 매핑 오류와 선형성. 기생 동작 및 오류 단계에 기생 동작은 각도 중으로 확인할 수 있습니다 : X, Y 및 Z 축에 대한 회전, 또는 선형이 : 아웃 비행기의 움직임이 아닌 orthogonality 및 누화의, 그리고하면 예기치 않은 위치 오류를 소개합니다. 무대 본문의 왜곡으로 인한 기생 동작은 신중 디자인 및 구조 매개 변수 최적화에 의해 최소화하실 수 있습니다. 제약 축의에서는 강성은 운동의 축에서 가능한 한 높이, 그리고 가능한 한 낮은 수 있도록 설계되어야합니다. 이것은에서 이루어집니다 NanoMechanisms 제대로 굴곡 패턴을 정리하고 조심스럽게 굴곡 매개 변수를 선택하여. 그러나 굴곡 디자인은 종종 있기 때문에 모드 커플링의 모든 방향에 강성이 높은 수 있어야합니다, 시스템 공진 주파수에 의해 제한됩니다. 유한 요소 분석법 유한 요소 분석은 지역 및 글로벌 왜곡을 예측하는 데 사용될 수 있으며 따라서 구조가 제대로 힘을 decouple 또는 피할 수없는 왜곡이 서로를 취소하기 위해 최적화할 수 있습니다. 이러한 기생 동작은 예측할 수있다면 그때 그들은 보상하실 수 있습니다. 이러한 움직임은 무대 위치의 기능이지만 복잡한 지형에 이르는, 반드시 선형되지 않습니다. 운동의 모든 히스테리 시스는 매우 어려운 예언을하게 - 불가능하지 않을 경우. 이런 이유로 들어, 시스템에서 강제로 변경 높은 선형 및 반복해야합니다. 마찰은 항상 무력의 변화 방향에 의한 히스테리 시스의 원천입니다. 표본이에 장착하는 경우 NanoMechanism , 아베 오류 때문에 기생 각도 움직임에 신중하게 생각해야합니다. 작은 각도 오류가 나노미터 수준에서 큰 영향을 미칠 수 있습니다 : 예를 들면, 단 1 μrad의 틸트 1 NM 위치 오류를 제공 1mm의 오프셋. 이 효과를 줄이기 위해, 표본은 가까운 가능한 센서의 측정 축에로 위치해야합니다. 예를 들어, XYZ 3 차원의 NanoMechanism의 시스템 표본 홀더는 그림 8과 같이 축을 측정 센서와 함께 공동 사고있는 지점에 위치하고 있습니다. XY 스테이지의 회전 오류의 효과는 따라서 최소화하실 수 있습니다.  그림 8. 3D Nanomechanism. 프레임 센서 '기준으로 사용하는 경우와 같은 비 - orthogonality 또는 누화로 선형 기생 동작은 주로 제조 공차 무대 프레임의 왜곡에 의해 영향을받습니다. XY 단계에 센서 이쌍 축 플랫폼의 이동 축의 매우 서로 직교 및 공동 사건해야합니다. 센서 축 orthogonality에서 현대 제조 기술에게 편차를 사용하여 일반적으로 XY 평면에서 0.5 nm의 / μm의의 orthogonality 오류 (예 : 0.05 %)를 제공 0.5 mrd 내에서 제어할 수 있습니다. 운동학 장착하여, 위치 참조 추적되고 열팽창과 추진력의 왜곡은 decoupled 수 있습니다. 이것은 나노미터 수준에서 metrological 능력을 가지고 무대 중요합니다. 심지어 100 X 100mm의 크기의 슈퍼 인바 무대를 위해, 1 O C의 온도 변화는 차원에서 30 나노미터 변경 (발생합니다  =  / O C). 무대 프레임은 추진력에 의한 굽힘하면 NM [2] 수백 수만의 범위에서 일반적이다. 운동학에 대해 그 같은 magnitudes의 위치 불확실성을 마운트하지 않고 시스템에 도입 수 있습니다. 동적 특성 안정성과 속도는 많은 응용 프로그램에 중요하기 때문에 이외에도 운동의 계측 및 정확도에서 시스템의 동적 성능도 중요합니다. 이상적으로 명령 및 위치 사이에 위상 지연은 없을 것이며, 메커니즘 스텝 입력에 완벽하게 응답하지거야 - 촬영을 통해, 더 상승 시간, 또는 시간을 정착. 선형, 두 번째 명령, 감쇠없는 기계 시스템의 공진 주파수가 시스템의 강성과 질량에 의해 결정됩니다. 최적 설계된 메커니즘에서는 강성은 대개의 번역 축의 압전 스택의 강성에 의해 지배됩니다. 모션 증폭과 함께 무대 들어, 압전 액추에이터의 효과적인 강성은 감소됩니다 K E K P는 압전의 강성이며 G가 증폭됩니다 = K P / G 2. 질량을 감소하면 시스템 공진 주파수를 높일 수 있습니다. 그러나, 플랫폼의 질량이 무대 성능 부하 질량의 영향에 더 민감한되고 감소로, 공진 주파수가 표본 증가 대량으로 빠르게 드롭 다운됩니다 즉. 시스템의 동적 특성은 또한 적당한 댐핑 소재를 도입 또는 고급 서보 제어 기술을 사용하여 다른 접근을 통해 향상시킬 수 있습니다. 계측에서 설계 사양은 종종 입력 일정 비율 이내에 정착하기 위해 시스템에 필요한 시간으로 정의 정착 시간의 기준을 사용합니다. 에 대한 NanoMechanisms , 다른 악기와 같이 시간을 정착하는 것은 공진 주파수보다 역동적인 성능을 좀 더 직접적인 설명입니다. 압전 구동을위한 NanoMechanism , 정착 시간은 slewing 시간과 부패에 대한 공진 oscillations을 위해 촬영 시간으로 구성되어 있습니다. 전은 압전 스택 및 드라이브 전자의 전류 드라이브 능력의 커패시턴스에 의해 결정됩니다 슬루 속도에 의해 지배됩니다. 출력이 약 4 시간 상수 (4 τ = 4 / ξω N)의 기간이 소요 단계 입력 변경 후 최종 가치의 2 % 이내에 도달하기 전에 두번째 주문 시스템에 대한 요구는 일반적으로 최대 지연 시간을 지정 어디 τ 시간 상수, 감쇠 계수 및 ξ ω N 공진 주파수 [3]입니다. 이것에서 그것은 시스템 응답이 공진 주파수와 감쇠 계수를 모두 증가하여 향상시킬 수 있다고 볼 수 있습니다. 일반적으로 굴곡 힌지 단계가 매우 낮은 댐핑 요소와 높은 공진 있습니다. 따라서, 별도의 감쇠는 매우 도움이 될 것이며, 효과적으로 부패 시간을 줄일 수 있지만,이 히스테리 시스를 일으킬 수 있기 때문에 그것은 마찰없이 도입 수있는 경우에만. 이것은 제어 알고리즘 이내에 완료되면 아무런 마찰도 소개되지 않습니다. 자료 건축 재료의 열 특성은 종종 정밀 장비의 설계 및 사용 모두에 대한 주요 관심사입니다. 정상적인 사용에서는 모든 기계 장치 등등 환경 온도 변화, 액츄에이터의 전력 손실, 교환 처리과에 의한 열 입력을 발생합니다. 열 교란의 직접적인 효과는 악기 정확도의 손실 발생, 기계 부품의 치수 변화를 일으킬 것입니다 열 팽창이다. 인해 온도 변화 소재의 차원 변경 사항이 다른 재료와 함께 엄청난 차이가 열팽창 자사의 계수 (CTE)이 특징입니다. 일반적으로, 최소한의 열팽창 계수와 열 효과, 건설 자재를 줄이기 위해 사용해야합니다. However 경우에 낮은 열 expansivity은 장치와 마운트 간의 긴밀한 expansivity 일치만큼 유용하지 않습니다. 또한, 열팽창에 대처하기 위해 수정이 제어 방법을 통해 가능합니다 : 온도 측정 및 정정을 제공하는 데 사용할 수 있습니다. 또 다른 문제는 온도 기울기이다. 그들은 보상이 불가능합니다되는, 구조 왜곡의 원인이됩니다. 열 그라디언트의 영향을 피하기 위해, 자료는 이러한 시스템을 신속하게 열 평형에 도달 알루미늄, 등, 등 슈퍼 인바 및 Zerodur로, 낮은 열전도와 중 선택하거나, 높은 전도성과 함께하실 수 있습니다. 환경 많은 정밀 기기의 영향을 줄이기 위해서 일부러 작은 수 있도록 설계되었습니다. 또한 재료의 기계적 성질은 신중하게 고려해야합니다. 예를 들어, 강도와 영의 계수의 비율은 / E, 굴곡 메커니즘에 의해 얻을 수있는 최대 범위를 제한합니다. 그러나, 낮은 영의 계수가에 대한 충분한 강성을 제공하지 못할 수 있습니다 NanoMechanism 때로는 metrological 기준으로 사용됩니다 또는 프레임. 또한, 장치와 액츄에이터 간의 현지 연락처 강성은 기계 시스템의 공진 주파수에 직접적인 영향을 미치지 - 공진 주파수 때문에 부족 연락처 강성의 드롭 다운하실 수 있습니다. 또한 재료의 질량의 동적 속성에 큰 차이 만들 수 NanoMechanisms을 . 예를 들면 슈퍼 인바 및 알루미늄 합금의 밀도 비율은 시스템의 강성이 같은 경우에는 약 3 때문에 알루미늄 시스템의 공진 주파수가 슈퍼 인바 시스템의보다 √ 3 배 높은 수 있습니다. NanoMechanism 장치의 몇 가지 예입니다 NPS - Z - 15A / B 이것은 Z 축 따라 순수한 운동을 생산하도록 설계된 단일 축 직선 운동 스테이지입니다. 무대는 15 μm의의 폐쇄 루프 범위와 하위 나노미터 해상도 <0.06 %의 전형적인 선형을 (보상없이)있다. 보상 후 비 선형은 일반적으로 <0.02 % 아래로 방울. 소형 굴곡 메커니즘은 기생 오프 축 및 압전 스택에서 팁 - 틸트 움직임을 decouple 수있는 무대로 설계되었습니다. 틸팅 오류는 전체 범위 이하 1 μrad (굴곡 메커니즘없이 기울이기 오류가 15 μrad 이상 정상적으로됩니다)로 측정됩니다. 낮은 히스테리 시스는 나노미터 metrological 기능을 달성하기 위해 무대에 대한 또 다른 중요한 기능입니다. 그림 9 단계에서 정적 성능의 일반적인 측정 결과입니다 NPS - Z - 15B 0.01 %의 선형성 오류와 서브 나노미터 히스테리 시스를 보여줍니다. 사양의 대부분은 Zygo ZMI 1000 간섭계를 사용하여 보정되었다. 그러나 서브 나노미터 히스테리 시스의 측정 간섭계를 사용 어려워진다 - 그래서 그 측정 Queensgate의 NanoSensor가 사용되었습니다. 무대의 공진 주파수를 사용할 때 대부분의 애플 리케이션을위한 좋은 동적 응답을 제공 2 kHz에서 수 있습니다 NPS3000 컨트롤러 . 스텝 응답은 그림 10에 표시됩니다.  그림 9. NPS - Z - 15B의 선형성 및 히스테리 시스.  그림 10. NPS - Z - 15B 단계 반응. NPS - XY - 100A 이것은 중앙에 40mm 직경의 구멍 (NSOM의 응용 프로그램에 대한 편리한)의 두 축 직선 운동 스테이지입니다. 그것은 서브 나노미터 해상도 100 100 μm의의 다이나믹 레인지가 있습니다. 주의 설계와 정밀 제작으로, Z 축 (D g Z, D Q Z)에 대한 회전 오류 이하 10 μrad 및 기타 회전 오류가 전체 범위 icantly 작은 insignif 아르 제어됩니다. 히스테리 시스는 범위 미만 0.01 %로 측정되었다. 그림 11는 무대에서 정적 성능의 일반적인 측정 결과를 선물 NPS - XY - 100A를 . 통합 운동학 장착 메커니즘은 시스템의 안정성을 개선, 내부 드라이브 세력과 열팽창에 의해 유도된 긴장을 완화하는 데 도움이됩니다. 운동학 장착 메커니즘은 시스템 기준은 열 효과가 효과적으로 decoupled 수 있도록, 표본 또는 프로브가 정상적으로 위치하고있는 단계 플랫폼의 중심임을 보장합니다. 무대는 슈퍼 인바 만든 300 Hz에서 이상 공진 주파수를 가지고있다. 그림 12에 표시된대로 시스템에 여분의 댐핑을 도입하여, 10 MS 작은 단계 응답 시간을 정착이 형성될 수 있습니다. NPS - XY - 100을 결합하고 NPS - Z - 15 양식과 같은 metrological SPM 응용 프로그램에 이상적입니다 그림 8에 표시된 3 차원 위치와 검색 시스템.  그림 11. NPS - XY - 100A의 선형성 및 히스테리 시스.  그림 12. NPS - XY - 100A 단계 반응. 결론 에 사용되는 기술의 일부 Queensgate 의 나노미터 정밀 메커니즘이 도입 metrological 나노미터에서 기능 또는 하위 나노미터 수준과 함께 얻을 수있는 방법을 설명하기 위해 논의되었습니다 NanoMechanisms . 일부 metrological 개념들은 초정밀 위치 결정 기술을 설명하는 데 사용되는 방법으로 명확히하고 있습니다. 디자인 고려 사항은 해상도와 노이즈, 선형성 및 히스테리 시스, 열팽창과 힘을 왜곡, 비 orthogonality 같은 기생 동작 (누화), 회전 오류 및 위치 오류를 소개하고 아베 오류 등의 문제에 대한 참조와 함께 논의되었습니다 시스템에 불확실성. 이러한 오류를 피하거나 최소화하기위한 몇 가지 방법을 언급했다. 이것은 최적화된 디자인과 고급 보정 기술을 모두 포함합니다. 더 자세한 정보는에서 구할 수 있습니다 Queensgate [3]. 일련의 NanoMechanisms 단일 축에서 다중 축 단계에 이르기까지가, 설계 및 구축되었습니다. 이 단계의 조합은 나노미터 정밀도와 자유 여섯 정도까지 동작을 제공할 수 있습니다. 초기 테스트는 낮은 소음 레벨, 서브 나노미터 히스테리 시스, 아주 작은 기생 동작, 높은 선형성 좋은 단계 반응으로 유망 결과를 보였다. metrological 특성의 종합 평가는보다 정교한 metrological 기술과 고급 악기를 포함한 특히 다중 축 시스템을위한 복잡하고 장기적인 프로젝트입니다. 자세한 결과는 가까운 미래에보고됩니다. 감사 인사 저자는 설계, 구축 및 이러한 NanoMechanisms 테스트에서 도움 그레이엄 존스, 제레미 러셀과 필립 Rhead에게 감사의 마음을 표합니다. 참고 1. Nanopositioning 도서, Queensgate 인 스트 루먼트 (주), 1997 2. PD 대보초 크루즈, Y. 쑤와 M. 맥코넬, "위치와 검색을위한 새로운 XY 스테이지"의 논문집 SPIE의 연례 회의 8 월 1996, 덴버, 미국 3. ST 스미스와 DG Chetwynd, Ultraprecision 메커니즘 디자인 재단, 고든과 위반 과학 출판사, 1992 |