Upang matugunan ang hinihingi ng ultra-katumpakan positioning at pag-scan, ang isang serye ng mga mekanismo katumpakan pagpoposisyon mayroon ay binuo kamakailan lamang sa Queensgate Instrumentong, na kung saan pinagsasama Queensgate ng piezoelectric at NanoSensor teknolohiya sa multi-axis positioners kung saan may ang kakayahan sa posisyon na may sub- nanometric katumpakan. Sa ganitong papel, ang disenyo ng pilosopiya at ang ilan sa mga teknolohiya na ginagamit sa pagbuo ng mga mekanismo ay ipinakilala at tinalakay na ipaliwanag kung paano ang isang metrological kakayahan sa nanometer o kahit sub- nanometer antas ay maaaring nakakamit. Ilang paunang mga resulta ay kasama, kung saan yugto sa 0.01% error linearity, sub-nanometer hysteresis, napakababang anggular parasitiko galaw at mabuting tugon sa dynamic, atbp ay ipinapakita . Panimula Sa nakaraang taon, bilang resulta ng mabilis na mga developments sa iba't-ibang mga larangan ng katumpakan engineering, nagkaroon ng isang malaking pagtaas sa ang kailangan para sa pagpoposisyon sa katumpakan at pag-scan ng system kakayahan ng nanometer o, paminsan-minsan, kahit sub -nanometer resolution at repeatability. Ang trend na ito ay inaasahan na lumago, na nangangailangan ng mga bagong konsepto sa disenyo at pamamaraan para sa paggalugad sa mas maraming aparatong nobelang upang matugunan ang mga pangangailangan ng iba't ibang mga application. Halimbawa, ang mga apa steppers ay nagsasagawa ng mga chips silikon sa lapad ng linya pababa sa 200 nm; Kinikilatis Probe Microscopes ay ginagamit upang magtatag ng kung gaano kahusay tulad chips ay ginawa, at ang pagpapakilala ng MR ulo teknolohiya ay nagbibigay-daan sa 5 disk Gigabyte upang maging ang pamantayan. Mga machine, at ang mga machine na gumawa ng mga mga machine, pagsamahin ang advanced optical disenyo gamit ang advanced na teknolohiya kontrol ng paggalaw, na maaari posisyon ng mga bahagi sa isang kawastuhan ng isang nanometer o mas mahusay. Upang matugunan ang mga hamon ng mga developments, Queensgate Instrumentong ay pagbuo ng isang ultra-pagpoposisyon ng teknolohiya ng katumpakan kung saan pinagsasama Queensgate ng piezoelectric at NanoSensor teknolohiya sa mga multi-axis positioners na may kakayahang sa posisyon na may sub-nanometeric katumpakan. Ang sistemang ito ay binubuo ng isang serye ng mga antas, na tinatawag na NanoMechanisms, kabilang ang mga solong yugto axis, xy mga yugto at Pagkiling yugto atbp Ang mga kumbinasyon ng mga yugto ay maaaring magbigay ng tatlo, apat, lima o anim na antas ng mga yunit ng kalayaan pagpoposisyon. Disenyo Pilosopiya ng mga mekanismo ng katumpakan ng Nanometer (NanoMechanisms) Mekanismo Piezo-electric aparato ay may potensyal na upang ilipat ang mga yugto sa resolution at higpit kinakailangan para sa pagpoposisyon ng katumpakan ng nanometer. Gayunpaman, dahil piezo-electric aparato ay non-linear at eksibisyon hysteresis, isang panlabas na sensor ay kinakailangan upang makontrol ang kanilang mga posisyon . Ang kapasidad mikron ay kainaman akma sa gawain na ito, ang maliit at simpleng sa isang tunay na kakayahan ng resolution na ay epektibo walang katapusan. Upang makamit ang isang purong solong paggalaw ng axis, ang isang nakabaluktot ng giya mekanismo ay ginagamit, na nagpapatupad ng mga hadlang sa anumang off na mga galaw sa axis at pinagsasama ng piezo actuator at sensor magkasama sa form ng isang mahalagang yugto ng sistema. Ang mga flexures ay normal monolithically cut sa yugto na gamit EDM machining, na nagbibigay ng isang mataas na katumpakan sa pagganap. Figure 1 ay isang karaniwang sarado loop control block diagram ng ganitong uri ng system. Sa diagram, ang galaw na sinusukat sa pamamagitan ng sensor ay fed bumalik sa ang controller, na gumagalaw sa entablado upang paliitin ang pagkakaiba sa pagitan ng sensed na paggalaw at ang command. Sa kasong ito, ang katumpakan ng pagpoposisyon sa loop metrolohiya ay pangunahing tinutukoy ng mga kakayahan ng sensor at controller .  Figure 1. Block diagram ng isang sistema ng axis control ng NanoMechanism . Kapasidad Posisyon sensor Ang NanoSensor ay isang mataas linear na kapasidad sensing aparato na may mga error linearity ng <0.02% sa ibabaw nito tinukoy na hanay ng operating (normal sa pagitan ng 100 ~ 500 μm). Operating sa isang pinababang hanay linearity error ng ibaba 0.01% ang posible. Ang NanoSensor ay isang posisyonal antas ng ingay sa normal na operasyon ng <.005 nm.Hz - ½ (RMS) at maaaring gawa-gawa mula sa napaka-matatag na materyales tulad ng Super Invar o Zerodur. Ito ay non-contact at libre mula sa hysteresis . Ito rin ay ang mga pakinabang ng pagiging napaka-compact, simple, murang, at na walang kapangyarihan pagwawaldas sa punto ng pagsukat . Kaya ito rin ay angkop sa tumpak na pagsukat ng mga lubhang maliit displacements . Magsusupil Kapag pagdisenyo ng isang sistema na may 0.1 nm resolution at 100 μm saklaw ang kakayahang ma-access ang digitally na hanay sa ilalim ng computer control ay karaniwang lubhang mahirap, dahil ito ay isang dynamic na hanay ng mga 1 bahagi sa isang milyon, o 20 bits. Upang address ang problema Queensgate na ito ay binuo ng isang Digital Signal processor (DSP) batay control sistema, na may isang tunay na resolution ng mga higit sa 21 bits, at addressable digitally. Ito ay dapat nabanggit na ito malayo lumampas sa resolution ng karamihan sa A / D at D / A converters magagamit kasalukuyang at sa ibaba ng mga antas ng ingay sa sa mga pinaka-application. Advanced digital PID control algorithm ay ginagamit sa sistema. Isang block diagram ng ang sarado loop ng controller ay ipinapakita sa Figure 2 . Ang sistema tugon ay maaaring pinabuting sa pamamagitan ng pagpapasok ng katapat at kaugalian na mga tuntunin. Bilis ng puna (term ng kaugalian) ay maaaring lubos na tulong sa pamamasa ang mga makina resonances, pagbabawas ng pag- aayos ulit. Ang nagtatrabaho bandwidth ay maaaring maging kontrolado ng computer at loop parameter ay tinukoy ng gumagamit para sa pagganap optimization.  Figure 2. Block diagram ng PID sarado loop control. Gamit ang ganitong isang controller ito ay posible upang masukat ang non-linearity at sa pagpunan para sa ito . Bukod dito sabay maninipsip anggular mga galaw sa mga tulad mekanismo ay characterized posible upang magpuno para sa kanila sa isang komplikadong multi-aksis na sistema. Ang mga linearity error ay maaaring ganap na bayad sa <0.02 %. Nasa ibaba na ang sukat ay karaniwang limitado sa pamamagitan ng tunay na linearity ng system pagkakalibrate . Ang paggamit ng pamamaraan compensating na ito ay napakahalaga upang makamit ang isang metrological kakayahan sa antas ng nanometer. Ito ay halata na sa loob ng control loop sensor ay hindi ganap na linear, kaya ng system linearity ay maaaring karagdagang pinahusay ng software kabayaran. Kainaman, mekanismo ay dapat eksibit ng purong orthogonal galaw - iyon ay, isang xy aparato ay dapat lamang magkaroon ng degree ng kalayaan kasama ang mga x at y axes. Sa katotohanan, may umiiral walang pigil (parasitiko) galaw na nagmumula sa pagbaluktot dahil sa panloob na mga pwersa at mga limitasyon ng pagmamanupaktura. Ang mga error mula sa mga parasitiko galaw ay minimize sa pamamagitan ng optimize ang makina na disenyo at maaaring mabawasan sa pamamagitan ng ang pamamaraan ng kabayaran. Tandaan na ang mga parasitiko error ay maaari lamang bayad kung sila predictable, ie ang mga parasitiko galaw upang hindi lamang masusukat ngunit din repeatable. Disenyo ng mga konsepto at pagsasaalang -alang Coordinate System Una ito ay kinakailangan upang tukuyin ang co-ordinates ginagamit upang ilarawan ang mga posisyon. Ang halata system upang gamitin para sa mga yugto ng positioning ay isang orthogonal Kartesyan Co-ordinate sistema. Sa isa na ito ay maaaring tukuyin ang isang posisyon sa ang mga X, Y, Z co-ordinates at isang arbitrary na pag-ikot bilang bahagi ng pag-ikot tungkol sa X, Y at Z axes, tulad ng ipinapakita sa Figure 3. Maraming usefully isa maaaring ilarawan ang isang kilusan bilang isang pagbabago sa X, Y at Z co-ordinates . Rotations ay inilarawan na may paggalang sa X, Y at Z axes sa isang kanang kamay na kahulugan. Ang mga tuntunin itayo, roll at pumaling ay kadalasang ginagamit kapag ang pakikipag-usap tungkol sa ang rotations. Mga tuntunin na ito ay kapaki-pakinabang kapag naglalarawan ng mga parasitiko rotations na dulot ng isang linear motion, ngunit mahusay na pangangalaga ay dapat na kinuha bilang ito ay tinukoy sa direksyon ng paggalaw kaysa sa isang tinukoy na sistema ng axis. Para sa isang eroplano sa flight, ang isang pag-ikot ng tungkol sa isang axis na iginuhit mula sa pakpak tip sa pakpak tip ay sukdulang; Ang isang pag-ikot tungkol sa isang axis na inilabas down ang haba ng katawan ng eruplano ay roll at isang pag-ikot ng tungkol sa isang vertical axis ay pumaling. Sa tinukoy Kartesyan sistema kung ang ang 'eroplano' ay lumilipad kasama ang positibong direksyon ng X q ay itayo, g ay roll at f ay pumaling.  Figure 3. Coordinate sistema. Katumpakan ng Positioning: Ang konsepto ng Trueness Upang ilipat ang isang yugto, isang posisyon na command ay ipinadala sa controller sa pamamagitan ng isang computer. Ang paggalaw ay ginawa ng isang actuator piezo at sinusubaybayan sa pamamagitan ng isang sensor. Paggamit ng feedback signal, ang controller ang gumagalaw sa entablado upang paliitin ang pagkakaiba sa pagitan ng sensed na paggalaw at ang command. Paano maliit na ang pagkakaiba ang maaaring ay higit sa lahat tinukoy sa pamamagitan ng pagkontrol sa kakayahan ng sistema ng at maaaring interpreted bilang kung paano tiyak na yugto ay maaaring nakaposisyon . Ito ay halata na ang pagpoposisyon ng katumpakan ay pangunahing apektado sa pamamagitan ng resolution (antas ng ingay), reproducibility (naaanod at hysteresis) at pagmamapa error (mataas na upang error ng pagmamapa) ng sistema. Bukod pa rito, kung ang galaw ng entablado ay sinusukat sa isang panlabas na aparato pagsukat na kung saan ay ipinapalagay na ang isang perpektong system, doon ay isang pagkakaiba sa pagitan ng commanded na posisyon at ninanais na posisyon: kung paano isara ang mga ito ay ay tinukoy bilang pagpoposisyon trueness. Samakatuwid, ang huling positioning kawastuhan ay dapat matukoy sa pamamagitan ng parehong pagpoposisyon ng katumpakan at ang pagpoposisyon trueness, tulad ng ipinapakita sa Figure 4. Paano ang mga ito ay dealt sa NanoMechanisn disenyo ay tinalakay sa mga sumusunod na mga seksyon .  Figure 4. Pagsukat kawastuhan. Resolution at ingay Ang resolution ng pagsukat o positioning ay direktang kaugnay sa ingay na antas ng sistema ng . Isang rurok sa tuktok na antas ng ingay ay hindi madaling sinusukat o interpreted, dahil sa anumang ingay pamamahagi maaari kang makakuha ng malaking paglihis kung maghintay ka may sapat na katagalan. Samakatuwid ang rms halaga ay karaniwang ginagamit na maaaring sinusukat sa karaniwang kagamitan. Ang pamamahagi malawak ng ingay ay mahalaga kapag naghahanap sa resolution . Karaniwan ang Gaussian ingay dominates at sa kasong ito ang rms ay katumbas sa ang standard na paglihis, palatandaan. 68.3% ng mga sample na kinuha sa loob ng isang palatandaan ng ibig sabihin ng halaga. Ibig sabihin may isang 68.3% na pagkakataon ng paglutas ng dalawang mga tampok na isang distansya ng dalawang palatandaan ng ingay hiwalay, tulad ng ipinapakita sa tayahin 5, (o 99.7% na pagkakataon ng paglutas ng dalawang mga tampok na anim na palatandaan hiwalay).  Figure 5. Paglutas ng dalawang mga posisyon. Ang ingay ng spectrum ng kapangyarihan ay isang pinaka-mahalagang piraso ng impormasyon. Maaaring ipakita ang kalakip na mga mapagkukunan ng ingay - tulad ng mga mains pick up, na kung saan ay naisalokal sa 50 o 60 Hz. Figure 6 ay nagpapakita ng isang sukatan ng lakas ng ingay ng spectrum ng DSP batay NPS3000 controller. Ito ay nagpapakita ng ingay na antas ng <10 pm.Hz - ½. Sa pagsubok, NPS3000 controller ay ginagamit upang makontrol ang isang solong yugto ng axis, (ang NPS-Z-15B), sa sarado-loop na mode sa isang yugto ng bandwidth na nagtatrabaho ng 100 Hz. Ang ingay signal plotted mula sa HV drive ng boltahe na inilalapat sa actuator piezo. 50 Hz mains pick up ay makikita malinaw bagaman sa isang mababang antas.  Figure 6. Spectrum ng ingay ng NPS3000 controller . Ang ingay sa NanoMechanism system ay, sa pangkalahatan, na binubuo ng ingay ng sensor, piezo drive ingay, ingay ng makina at ingay ng tunog. Sensor ingay ay interpreted sa pamamagitan ng control loop bilang isang command at samakatuwid ay nagiging ng aktwal na pag- aalis ingay. Ang feedback signal mula sa sensor ay ginagamit upang bumuo ng isang boltahe ng drive na inilapat sa actuators piezo . Ingay ng boltahe ng Piezo drive ay ipinakilala sa prosesong ito at magbigay ng kontribusyon sa stage ang ingay ng pagpoposisyon. Ang epekto ng ingay na ito ay nakita sa pamamagitan ng sensor at, samakatuwid, hindi bababa sa bahagyang servoed out . Ang kakayahan ng sistema sa magpaandar buhat sa malayo ang ingay drive ay depende sa hanay ng bandwidth: ang mas mataas ang bandwidth ang mas mahusay na kontribusyon sa ay servoed out. Panlabas na mga makina na input tulad ng lupa panginginig ng boses at ingay ng tunog ay ring maging sanhi upang ilipat ang stage ng. Ang mga epekto ng mga input ay maaaring minimize sa pamamagitan ng pagtaas ng higpit ng entablado. Maaari din ito servoed kung ang bandwidth ng sistema ay sapat na mataas . Para sa sistema ng control NPS3000 ang pagsukat bandwidth ay maaaring mai-set up sa 12 kHz at sarado loop bandwidth 2 kHz na kung saan ay karaniwang pinangungunahan ng mga dynamic na mga katangian ng mga mekanismo ng entablado. Linearity at Mapping Sa isang ideal na mundo, entablado ay dapat lubos linear . Ang mundo ay halos ideal na ngunit hindi pa. Sa pagsasanay ang linearity ng ang kapasidad ng sensor ay maaaring maapektuhan sa pamamagitan ng maraming mga kadahilanan tulad ng kapal ng maliit na puwang (o kalat-kalat na kapasidad) at non-paralelismo ng elektrod sa ibabaw, atbp [ 1]. Upang malaman kung ano ang aktwal na paggalaw o posisyon ng yugto at kaya na mag-aplay ang linearity kabayaran, ang sistema ay calibrated laban sa isang panlabas na aparato ng pagsukat na may mataas na kawastuhan. Ang posisyon ng command, x c, na kumakatawan sa posisyon na sinusukat sa pamamagitan ng panloob na sensor at ang aktwal na posisyon, x p, maaari, sa isang tiyak na lawak, may kaugnayan sa isang mapping function na ipinahiwatig bilang x p = f (x c). Ang simpleng form ng pagmamapa ang function na ay isang serye ng kapangyarihan  (1) Kainaman ang isang 0, 2, isang 3, isang 4 ... zero at a1 pagkakaisa; pagkatapos ng sensor kadahilanan scale, a1, ay ang linear kadahilanan na naglalarawan ang relasyon sa pagitan ng aktwal na yugto posisyon ay bilang sinusukat sa pamamagitan ng isang hypothetically perpektong tumpak na posisyon sensor at ang posisyon ng pagsukat fed bumalik sa computer ng gumagamit. Ang pagmamapa trueness ay characterized ng hanay ng mga error sa 'ang isang' sa indibidwal na coefficients . Kapag ang mapping function na ay unang order (isang diretsong linya), ang pagmamapa error ay nagiging kadahilanan ng kawalan ng katiyakan ng scale. Ang mga tira-tirahan pagitan ng aktwal na posisyon at isang pinakamahusay na akma diretsong linya ng pagsukat nagbibigay ng linearity error (normal naming tukuyin ang linearity error bilang ½ pumili upang pumili ng tira-tirahan mula sa linear pinakamahusay na akma ). Bilang halimbawa, ang isang linearity error ng 0.05% sa isang 100 μm mga resulta ng hanay ng aparato sa isang 50 nm absolute posisyon ng kawalan ng katiyakan sa pagitan ng 0 posisyon μm at ang 100 μm ng posisyon kapag ang isang linear aproksimasyon ay ginawa, tulad ng ipinapakita sa Figure 7 (a). Karaniwan para sa mga NanoSensors ang paglihis mula sa linearity ay halos paparabola at sa ilang mga sistema na ito ay madaling sa pagpunan para sa elektronikong walang kinasasangkutan ng DSP. Ang resulta ng compensating isa, bahagyang hindi lubos na pagsisisi, parabola sa isa pang ay karaniwang isang S curve ng magkano ang mas mababang malawak kaya ang pagmamapa ng error ay lubhang mas mababa, tulad ng ipinapakita sa Figure 7 (b) . Ito ay pareho sa gamit ang ang isang 1 at isang 2 tuntunin ng equation 1 . Kung ang isa ay upang gamitin ang mga mas mataas na mga tuntunin upang, ang isang kahit na mas mahusay na resulta ay maaaring nakakamit. Ito ay maaaring ikadali sa microprocessor base sensor system o panlabas sa computer nang manggagamit. Ito ay natagpuan na may maliit na upang makakuha ng sa pagpunta mas mataas kaysa sa ikaapat upang, makita ang Figure 7 ( c).  (A)  (B)  (C) Figure 7. Pagma-map ng error at linearity. Parasitiko mga galaw at mga error Parasitiko galaw sa mga yugto ay maaaring nakilala bilang alinman anggular: pag-ikot tungkol sa x, y at z axes; o guhit: out ng paggalaw ng eroplano, di-orthogonality at crosstalk; at ipakilala ang mga hindi inaasahang error sa pagpoposisyon. Ang parasitiko galaw na sanhi ng distortions ng mga yugto ng katawan ay maaaring minimize sa pamamagitan ng maingat na disenyo at istraktura parameter optimization. Sa nilimitahan axes ang higpit ay dapat na idinisenyo upang maging bilang mataas hangga't maaari, at bilang mababang bilang posible sa axis ng paggalaw . Ito ay nakamit sa NanoMechanisms sa pamamagitan ng maayos-aayos ng nakabaluktot pattern at pagpili ng mga parameter ng nakabaluktot maingat. Gayunman, ang disenyo ng nakabaluktot ay minsan limitado sa pamamagitan ng ang dalas system matunog kung saan, dahil sa mode pagkabit, ay nangangailangan ng higpit sa lahat ng direksyon na mataas. May hangganan element analysis FEA ay maaaring gamitin upang mahulaan ang mga lokal at global na mga distortions at samakatuwid istraktura ay maaaring maayos-optimize sa decouple ang mga pwersa o ang mga hindi maiwasan distortions kanselahin ang bawat isa. Kung ang mga parasitiko mga galaw ay predictable pagkatapos ay sila ay bayad. Tandaan na ang mga galaw na ito ay isang function ng stage ang posisyon, ngunit hindi kinakailangang linear, na humahantong sa kumplikadong topographiya. Anumang hysteresis sa paggalaw ay gumagawa ang hula napakahirap - kung hindi imposible . Para sa kadahilanang ito, ang mga puwersa ng mga pagbabago sa sistema ay dapat na lubos na linear at repeatable. Ang alitan ay palaging isang pinagmulan ng hysteresis, dahil sa pagbabago ng direksyon ng ang lakas . Kapag ang mga specimens ay inimuntar sa isang NanoMechanism, Abbé ang mga error ay upang maisaalang-alang maingat dahil sa ang parasitiko anggular galaw. Maliit anggular error ay maaaring magkaroon ng malaking makakaapekto sa antas ng nanometer: Halimbawa, ang isang ikiling ng 1 μrad lamang sa isang offset ng 1 mm nagbibigay ng isang 1 error nm posisyon. Upang bawasan ang epekto, ang mga specimens ay dapat na nakaposisyon bilang malapit hangga't maaari sa ang pagsukat ng mga axes ng ang sensors. Halimbawa, sa isang xyz tatlong axis NanoMechanism system ang may-ari ng ispesimen ay matatagpuan sa punto kung saan ay kapwa-pangyayari sa sensor pagsukat axes, tulad ng ipinapakita sa Figure 8 . Ang mga epekto ng mga error sa pag-ikot ng entablado xy kaya minimize.  Figure 8. 3D Nanomechanism. Ang linear parasitiko na galaw tulad ng di-orthogonality o crosstalk ay pangunahing apektado sa pamamagitan ng manufacturing tolerances at ang mga distortions ng entablado frame kung ang frame ay ginagamit bilang sensors 'batayan ng sukat. Ang mga axes ng dalawang pares ng mga sensors sa entablado xy upang maging orthogonal sa bawat isa at co-pangyayari sa ang paglipat axes ng platform. Gamit ang modernong manufacturing teknolohiya ang paglihis mula sa orthogonality ng sensor ang axes ay karaniwang kontrolado sa loob ng 0.5 mrd na nagbibigay ng isang orthogonality error ng 0.5 nm / μm (ie 0.05%) sa eroplano xy. Sa pamamagitan ng kinematiko tumataas, ang posisyon reference nagiging traceable at ang mga distortions mula sa thermal Pagpapalawak at puwersang nagtataboy maaaring decoupled. Ito ay mahalaga para sa stage na magkaroon ng metrological kakayahan sa antas ng nanometer. Kahit para sa isang Super Invar yugto ng laki ng 100 mm x 100, ang isang 1 o C temperatura pagbabago ay sanhi ng 30 nm pagbabago sa sukat (  =  / O C). Ang hakbang na frame baluktot dulot ng puwersa sa pagmamaneho ay karaniwang sa hanay ng sampu-sampung sa daan-daang mga nm [2]. Nang hindi kinematiko salalayan ng isang posisyon na kawalan ng katiyakan ng tungkol sa mga parehong magnitudes ay maaaring maging nagpasimula sa sistema. Dynamic na katangian Bukod sa ang metrolohiya at katumpakan ng paggalaw, ang pabago-bagong pagganap ng sistema ay din mahalaga dahil sa katatagan at bilis ay kritikal sa maraming mga application. Kainaman doon ay walang phase pagkaantala sa pagitan ng command at posisyon, at ang mekanismo ay tumugon lubos sa isang input hakbang - walang oras ng bumangon, sa paglipas ng shoot , o tumira ng oras. Para sa isang linear, pangalawang-sunod, pamamasa-free makina sistema, ang malagong dalas ay natutukoy sa pamamagitan ng kawalang-kilos at mass ng sistema. Sa isang mahusay na dinisenyo na mekanismo, ang higpit ay karaniwang pinangungunahan ng higpit ng piezo stack sa pagsasalin axis nito. Para sa isang yugto sa paglaki ng paggalaw, ang epektibong higpit ng actuator piezo ay maaaring mabawasan bilang k e = k p / G 2, kung saan k p ay ang higpit ng piezo at G ay ang paglaki. Pagbabawas sa masa ay maaaring dagdagan ang sistema ng malagong dalas. Gayunpaman, tulad sa masa ng platform nababawasan ang pagganap sa entablado ay nagiging mas sensitibo sa impluwensiya ng mass-load, ie ang malagong dalas ay drop down na mabilis na bilang ang masa ng ispesimen ang pagtaas. Dynamic na mga katangian ng sistema ay maaari ring pinabuting sa pamamagitan ng iba pang mga pamamaraan tulad ng pagpapasok ng isang wastong pamamasa materyal o gamit ang advanced na magpaandar buhat sa malayo diskarte sa control. Sa paggamit ng mga kasangkapan, ang mga pagtutukoy disenyo ay madalas na gamitin ang criterion ng pag-aayos ng oras, na tinukoy bilang ang oras na kinakailangan para sa system upang manirahan sa loob ng isang tiyak na porsyento ng input. Para sa mga NanoMechanisms, tulad ng iba pang mga instrumento, pag-aayos ng oras ay isang mas direktang paglalarawan ng mga dynamic na pagganap kaysa sa malagong dalas. Para sa isang piezo hinimok NanoMechanism, ang pag-aayos oras binubuo ng slewing oras at ang oras na kinuha para sa malagong oscillations sa pagkabulok. Ang dating ay pinangungunahan ng magbaling rate na kung saan ay tinutukoy sa pamamagitan ng kapasidad ng piezo stack at ang kasalukuyang kakayahan sa drive ng drive ang mga electronics. Para sa mga pangalawang system upang ang kinakailangan ay karaniwang tumutukoy ng isang maximum na pagkaantala bago ang output ng umabot sa loob ng 2% ng kanyang huling halaga matapos ang isang pagbabago hakbang input, na kumukuha ng isang tagal ng humigit-kumulang apat na oras constants (4 τ = 4 / ξω n), kung saan τ ay pare-pareho ng oras, ξ pamamasa kadahilanan at ω n malagong dalas [3] . Mula sa ito ay makikita na ang sistema ng tugon ay maaaring pinabuting sa pamamagitan ng pagdaragdag ng parehong malagong dalas at ang pamamasa kadahilanan. Karaniwan, ang yugto ng nakabaluktot bisagra ay lubos na matunog na may napakababang pamamasa kadahilanan. Samakatuwid, ang mga dagdag na pamamasa ay napaka-helpful at maaaring epektibong mabawasan ang oras ng pagkabulok, ngunit lamang kung ito ay ipinakilala walang alitan, dahil ito ay maaaring maging sanhi ng hysteresis. Kung ito ay ginagawa sa loob ng control algorithm, pagkatapos alitan walang ipinakilala. Kagamitan Thermal katangian ng mga materyales sa pagbuo ay madalas na ang pangunahing alalahanin para sa parehong disenyo at paggamit ng mga instrumento ng katumpakan. Sa normal na paggamit, ang lahat ng mga makina na aparato ay nakatagpo ng mga input ng init na dulot ng kapaligiran na pagbabago ng temperatura, kapangyarihan pagwawaldas sa actuators, paghawak ng operator at iba pa. Ang direktang epekto ng thermal gulo thermal paglawak na kung saan ay maging sanhi ng pagbabago sa sukat ng makina bahagi, na nagreresulta sa pagkawala ng katumpakan ng instrumento. Ang dimensional na baguhin ng isang materyal na dahil sa isang pagbabago sa temperatura ay characterized sa pamamagitan ng nito koepisyent ng thermal Pagpapalawak (CTE), na kung saan ay nag-iiba-iba tremendously sa iba't ibang mga materyales. Sa pangkalahatan, upang mabawasan ang thermal epekto, pagbuo materyales na may kaunting thermal Pagpapalawak koepisyent ay dapat gamitin . Subalit sa ilang mga kaso mababa thermal pagpalawak ay hindi bilang kapaki-pakinabang bilang isara pagpalawak ng tugma sa pagitan ng aparato at ng mga patungan nito. Bukod dito, ang mga pagwawasto sa makaya na may thermal Pagpapalawak ay posible sa pamamagitan ng mga pamamaraan control: Ang temperatura ay maaaring sinusukat at ginamit upang magbigay ng isang pagwawasto. Ang problema isa pang thermal gradients . Sila ay sanhi ng istraktura pagbaluktot, kung saan ang kabayaran ay hindi posible. Upang maiwasan ang mga epekto ng mga thermal gradients, ang mga materyales ay maaaring pinili alinman na may mababang mainit kondaktibiti, tulad ng Super Invar at Zerodur, o may mataas na kondaktibiti, tulad ng Aluminium, kung saan ang naabot ng sistema ang thermal balanse nang mabilis. Upang mabawasan ang mga epekto ng kapaligiran maraming mga aparato ng katumpakan ay sadyang dinisenyo upang maging maliit. Din ang mga makina na katangian ng mga materyales ay maingat na isinasaalang- alang. Halimbawa, ang ratio ng lakas at Young ang modulus, / E, naglilimita sa maximum na saklaw na maaaring nakakamit sa pamamagitan ng mekanismo nakabaluktot. Gayunpaman, ang mababang Young ang modulus ay hindi maaaring magbigay ng sapat na higpit para sa NanoMechanism o ang frame nito, na kung saan ay minsan ginagamit bilang batayan ng sukat ang metrological. Dagdag dito, ang lokal na makipag-ugnay sa higpit sa pagitan ng mga mekanismo at ang kanyang mga actuators ay may direktang epekto sa malagong dalas ng isang makina na sistema - ang malagong dalas ay maaaring drop down dahil sa hindi sapat na makipag-ugnay sa higpit. Rin ang mass ng materyal ay maaaring gumawa ng isang malaking pagkakaiba sa pabago - bagong katangian ng NanoMechanisms. Halimbawa ang density ratio ng Super Invar at aluminyo alloys ay tungkol sa 3, sa gayon ang matunog na dalas ng isang sistema ng aluminyo ay maaaring √ 3 beses mas mataas kaysa na ng isang Super Invar ng sistema kung ang higpit ng sistema ay ang parehong. Ang ilang mga halimbawa ng mga Aparato ng NanoMechanism NPS-Z-15A / B Ito ay isang solong-axis guhit galaw yugto na kung saan ay dinisenyo upang makabuo ng isang dalisay na galaw kasama ang z axis. Entablado ay isang sarado loop ng hanay ng mga 15 μm at ng isang karaniwang linearity ng <0.06% (walang suweldo) sa sub-nanometer resolution. Pagkatapos ng kabayaran ang non-linearity karaniwang patak pababa sa <0.02% . Ang isang compact na mekanismo nakabaluktot ay dinisenyo sa entablado upang decouple parasitiko off axis at tip-ikiling galaw mula sa stack piezo. Ang mga Pagkiling error ay sinusukat sa mas mababa sa 1 μrad sa loob ng buong hanay, (nang walang nakabaluktot mekanismo ng Pagkiling error ay karaniwang sa loob ng 15 μrad). Mababang hysteresis ay isa pang mahalagang tampok para sa entablado upang makamit ang nanometer metrological kakayahan. Figure 9 ay isang karaniwang resulta ng pagsukat ng static na pagganap mula sa yugto ng NPS- Z-15B, na nagpapakita ng isang linearity error ng 0.01% at ang isang sub-nanometer hysteresis. Karamihan ng mga pagtutukoy ay calibrated gamit ang isang Zygo ZMI 1000 interferometer. Subalit ang sukatan ng sub-nanometer hysteresis ay magiging mahirap ang paggamit ng interferometer - kaya para sa mga sukat ng isang Queensgate NanoSensor ay ginamit . Ang malagong dalas ng stage ay 2 kHz na kung saan ay nagbibigay ng isang mahusay na dynamic na tugon para sa karamihan ng application kapag ginamit sa NPS3000 controller. Isang hakbang tugon ay ipinapakita sa Figure 10.  Figure 9. Linearity at hysteresis ng NPS-Z-15B.  Figure 10. Hakbang tugon ng NPS-Z-15B. NPS-XY-100A Ito ay isang dalawang-axis guhit galaw yugto na may isang 40 mm diameter siwang sa gitna (maginhawa para sa mga application NSOM). Ito ay isang dynamic na hanay ng mga 100 100 μm sa sub-nanometer resolution. Sa pamamagitan ng maingat na disenyo at pagyari ng katumpakan, ang palitin na error tungkol sa z axis (d g z, d q z) ay kontrolado ng mas mababa sa 10 μrad at iba pang palitin na mga error ay insignif icantly maliit sa ibabaw ng buong range. Hysteresis ay sinusukat bilang mas mababa sa 0.01% ng saklaw. Figure 11 ay nagpapakita ng isang karaniwang resulta ng pagsukat ng static na pagganap mula sa yugto ng NPS -XY-100A. Mahalaga na kinematiko kabitan ng mekanismo ay nakakatulong upang papagbawahin ang mga strains na sapilitan sa pamamagitan ng panloob na mga pwersa ng drive at thermal Pagpapalawak, pagpapabuti ng katatagan ng sistema. Ang kinematiko tumataas mekanismo Tinitiyak na ang batayan ng sukat ng sistema ay sa gitna ng entablado platform na kung saan ang mga ispesimen o ang probe ay karaniwang matatagpuan, kaya na ang mga thermal epekto ay maaaring maging epektibo decoupled. Entablado ay ginawa ng Super Invar at may isang malagong dalas sa 300 Hz. Sa pamamagitan ng pagpapasok ng mga dagdag na pamamasa sa system, ang isang 10 ms manirahan oras para sa mga maliliit na hakbang tugon ay maaaring nakakamit, tulad ng ipinapakita sa Figure 12. Ipinagsama ang NPS-XY-100 at NPS-Z-15 form ng isang 3D na pagpoposisyon at pag-scan ng system, tulad ng ipinapakita sa Figure 8, na kung saan ay mainam para sa mga metrological application SPM.  Figure 11. Linearity at hysteresis ng NPS-XY-100A.  Figure 12. Hakbang tugon ng NPS-XY-100A. Konklusyon Ang ilan sa mga teknolohiya na ginagamit sa Queensgate ng mga mekanismo ng nanometer katumpakan ay ipinakilala at tinalakay na ipaliwanag kung paano ang isang metrological kakayahan sa nanometer o kahit sub-nanometer antas ay maaaring nakakamit sa ang NanoMechanisms. Ang ilang mga metrological konsepto ay clarified sa paraan na sila ay ginagamit upang ilarawan ang mga pamamaraan ng ultra-katumpakan pagpoposisyon. Ang mga disenyo ng pagsasaalang-alang ay tinalakay sa reference sa mga problema ng resolution at ingay, linearity at hysteresis, thermal Pagpapalawak at pagbaluktot ng lakas, at parasitiko galaw tulad ng walang-orthogonality (crosstalk), mga error sa pag-ikot at Abbé atbp mga error, na kung saan kitang ipakilala error positioning at kawalan ng katiyakan sa sistema ng. Ang ilang mga pamamaraan para sa pag-iwas sa o minimizing ang mga error na ito ay binanggit. Ito ay nagsasangkot parehong-optimize na disenyo at advanced na mga pamamaraan ng kabayaran. Mas detalyadong impormasyon ay magagamit mula sa Queensgate [3] . Isang serye ng mga NanoMechanisms, hanggang mula sa iisang axis sa multi yugto axis, ay dinisenyo at binuo. Ang kumbinasyon ng mga antas ay maaaring magbigay ng mga galaw ng hanggang sa anim na grado ng kalayaan sa nanometer katumpakan. Paunang pagsubok ay ipinapakita promising mga resulta, tulad ng mababang antas ng ingay, sub-nanometer hysteresis, masyadong maliit na mga parasitiko galaw, mataas na linearity at magandang hakbang tugon. Ang isang komprehensibong pagtatasa ng mga katangian metrological ay kumplikado at mahaba proyekto term, lalo na para sa mga multi system axis, na kinasasangkutan ng mga mas sopistikadong metrological pamamaraan at mga advanced na mga instrumento. Karagdagang mga resulta ay iniulat sa malapit na hinaharap . Acknowledgements Ang mga may-akda ay nais upang ipahayag salamat sa Graham Jones, Jeremy Russell at Philip Rhead para sa kanilang mga tulong sa pagdisenyo, gusali at pagsubok ng mga NanoMechanisms. Sanggunian 1. Ang Nanopositioning Book, Queensgate Instrumentong Ltd, 1997 2. PD Atherton, Y. Xu at M. McConnell, "Bagong xy na yugto para sa pagpoposisyon at pag-scan", ang pamamaraan ng Taunang Meeting SPIE, Agosto 1996, Denver, USA 3. St Smith at DG Chetwynd, ang mga pundasyon ng mekanismo Disenyo ng Ultraprecision, Gordon at paglabag Science publisher, 1992 |