有大旅行的雜種 Nanopositioning 致動器和非常高分辨率由 PI 美國

包括的事宜

背景
序列堆積了與分隔的傳感器設計的混合系統
序列堆積了與一個共用位置傳感器的混合系統
管理員結構
評定結果
結論

背景

前個十年半導體行業主要驅動確定技術的超精確度。 在 20 世紀 90 年代光電子電信景氣是根本新技術的起點例如非常緊湊多軸的系統有能力在毫微米級別解決方法和自動化的校正工具上。 納米技術誕生來對確定超出常規半導體部門的需求範圍的工具的精確度的新類型的需要。 因為薄酥餅範圍繼續上升,而且半導體行業的模式要求小說 nanopositioning 的系統有能力在更加高分辨率的超出更大的旅行範圍上。

傳統馬達驅動器可以為大移動使用,但是這個解決方法是遠離納米技術的需求。 本文描述新的混合系統設計例如壓電和動力化的系統的組合與一次長的旅行範圍和非常高分辨率,受控由一個傳感器和一個伺服系統。

序列堆積了與分隔的傳感器設計的混合系統

納米技術誕生來對確定超出常規半導體部門的需求範圍的工具的精確度的新類型的需要。 納諾設備功能構造在毫微米甚至微微米範圍。 整個設備的維數在許多情況下更大。 因此,有二個新的機械需求: 大旅行範圍 (一英寸或更多) 和 - 同時 - 非常準確確定與毫微米或子毫微米解決方法。  此外,軸的高數量經常是必要的。

特殊地被設計的壓力定位系統符合上述要求。 與電容傳感器配對,他們允許受控子 nm 行動。

序列的圖 1. 示例堆積了以一高速粗糙確定在一個大範圍為特色的混合系統: 25 在 x 和 y (a) 的 x 25 mm 和壓力階段罰款確定的: 6 個軸 (顯示的 2 個軸階段這裡),下來對子 nm 解決方法 (b)。

壓電和動力化的行動系統 1.Comparison

壓力階段

動力化的階段

致動器解決方法

0.00001 [µm]

0.1 [µm]

範圍

10 到 1000 [µm]

5 个到 1000 个 *103 [µm]

傳感器 (typ。)

電容傳感器

遞增光學傳感器

功率耗散

大約零靜止姿勢的

被動傳感器探測 & 目標

小的馬達功率

傳感器功率

序列與一個共用位置傳感器的被堆積的混合系統

混合系統在兩個的組合包括:

对最大绝對確定的準確性,這個管理員只應該依靠粗糙和細致的確定的範圍的一臺位置檢測器。 下列草圖顯示與傳感器的各種各樣的雜種設計,該評定完全旅行範圍。

圖 2. (a) 以高分辨率光學遞增傳感器提供 2 毫微米解決方法和一個電動機驅動的階段為特色的 Mechatronic 混合系統結合與彎曲引導 100mm 旅行範圍的壓力致動器。 (b) 與壓力精密調整的雜種 leadscrew (軸心)/螺母系統。

雜種致動器的有為的解決方法是組合:

  • Leadscrew/螺母或者超音波壓力驅動器 & PZT 線性執行機構在高視闊步
  • Leadscrew/螺母 & PZT 線性執行機構在螺母 (棧或管)
  • 壓力超音波驅動器在另外的模式模式下
  • PiezoWalk® 驅動器

電動機驅動的部件可以被描述作為一個共振系統和馬達零件的組合。 電動機驅動的部分和壓力致動器有共振屬性。 对快速回應應該由陷波濾波器取消這些共振術語。

管理員結構

圖 3 顯示混合系統的控制結構。

雜種管理員的圖 3.Structure

控制結構包括二個路徑: 控制馬達位置的一使用遞增光學傳感器; PID 和陷波濾波器; 并且提供功率的 PWM 驅動器給馬達。

壓力路徑包括光學傳感器和參考一樣并且使用 PI 補白和陷波濾波器。

一些級別限額是必要穩定控制功能和防止在 D/A 或 D/PWM 零件的溢出錯。

另外的 I - 術語在馬達路徑被添加了,被設計下降壓力電壓,當系統方法靶位。 由於馬達和壓力致動器起作用同一個位置目標,竭盡全力壓力電壓是可能的,當這個階段到達靶位時。 電壓比這個壓力部分可以被此另外的 I- 術語減少以一個更低的時間常數。

控制裝置輸出電壓範圍 +/- 對壓力在靜態模式下,在步驟以後的一些毫秒的 10V。

評定結果

管理員共用/已分解在壓力致動器和動力化的階段之間的回應。 壓力致動器比動力化的致動器被驅動在更高的帶寬。 否則兩個致動器將設法補嘗他們的各自行動。

這個管理員在二個硬件同步的印製電路插件基礎上。 一卡讀并且緩衝個人計算機存取的編碼器脈衝,人一個運作作為輸出的 D/PWM 并且驅動放大器。 與 4µm 間距和 1000 次插值法模塊的一臺遞增光學編碼器用於達到 4nm 的解決方法在旅行範圍的 100mm。 管理員概念向顯示這個實際位置是穩定的對一編碼器計數 4nm。 

與子毫微米解決方法的新的編碼器現在是可用的,并且可以使用與這個系統。

結論

納米技術系統的研究 & 發展非常要求有與一個大旅行範圍結合的高分辨率的新的確定的工具。 新的管理員和致動器設計向顯示與電磁式和壓電致動器的一個雜種途徑與高分辨率遞增編碼器和電容傳感器一起提供最靈活的技術。

來源: PI 美國
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Date Added: May 25, 2006 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 06:22

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