Nanopositioning είναι μια βασική τεχνολογία που επιτρέπει στους σημαντικούς τομείς της νανο-αποτύπωση, μικροσκόπιο σάρωσης, μικρολιθογραφία και αυτοματοποιημένη ευθυγράμμιση. Δεδομένου ότι η νανοτεχνολογία έγινε ένα τσιτάτο, πολλοί micropositioning συσκευές έχουν ξαφνικά έχουν αναβαθμιστεί σε nanopositioning συστήματα με πολύ απλά, της παρεμβολής. Ωστόσο, αυτό που λειτουργεί στον μικρόκοσμο πολύ συχνά δεν ισχύει για το nanoworld. Αυτό Technote εκθέσεις σχετικά με τις πρόσφατες εξελίξεις στην nanopositioning τεχνολογία g, όπως παράλληλη κινηματική, ελέγχου των ενεργών τροχιά, νέοι αλγόριθμοι ελέγχου για την καταστολή των κραδασμών και την παρακολούθηση εξάλειψη των σφαλμάτων και τα οφέλη τους για τον χρήστη. Επιπλέον, το έγγραφο παρέχει μηχανικοί σχεδιασμό με μια ποικιλία από βασικές ερωτήσεις για να ζητήσουν από τους προμηθευτές του συστήματος κίνησης κατά την αγορά για ένα υψηλής απόδοσης nanopositioning σύστημα . Ανάλυση: υπολογιστεί ή να μετρηθεί; Το ψήφισμα μπορεί να σημαίνει διαφορετικά πράγματα σε διαφορετικούς ανθρώπους. Όταν ο όρος nanopositioning επινοήθηκε, μια σειρά από έξυπνες εταιρίες διαφημίζονται ανοικτός βρόχος, stepper μηχανοκίνητες συσκευές leadscrew ως " nanopositioners . " Η δικαιολογία ήταν τόσο απλό όσο ένα, δύο τρία: πάρτε γήπεδο leadscrew των 0,4 mm, διαιρέστε κατά 20.000 ανάλυση κινητήρα microsteps και αναλογία κιβώτιο ταχυτήτων 60 και έρχεται από μια συσκευή «ικανό» ύψους 0,3 ανάλυση nm. Σήμερα, οι περισσότεροι μηχανικοί σχεδιασμού δεν εμπίπτουν για αυτήν την απλή εξίσωση πια. Ενώ έχουν stepper χθεσινή μοτέρ αντικαταστάθηκε από κλειστά συστήματα, μερικές φορές με απευθείας κινητήρες, ισχυρισμούς των κατασκευαστών «συχνά παραμένουν απατηλά, τώρα υποστηρίζεται από" nanomath "απλούστερη από ό, τι πριν: ανάλυση = γήπεδο κωδικοποιητή διαιρείται με συντελεστή παρεμβολή. Ωστόσο, ένα nanopositioning σύστημα αποτελείται από πολλά περισσότερα από έναν κωδικοποιητή και κύκλωμα παρεισάγων, και εφ 'όσον τριβή εμπλέκεται (και όλα τα έδρανα ολίσθησης ή κύλισης παράγουν τριβή), επαναλαμβανόμενη κίνηση εύρος νανομέτρων δεν μπορούν να επιτευχθούν σε πραγματικές συνθήκες (βλ. σχήμα. 1 για κίνηση χωρίς τριβές στερεάς κατάστασης). Επιπλέον, καθοδηγεί τα λάθη του προαναφερθέντος ρουλεμάν συχνά ισοδυναμεί με 1000 φορές την απόσταση από ένα νανόμετρο-αποδεκτό στο μικρόκοσμο, αλλά όχι σε in nanoworld. Αληθινή nanopositioning συσκευές παρέχουν χωρίς τριβή κίνηση, σχεδόν στιγμιαία ανταπόκριση, υψηλή γραμμικότητα και την ακαμψία, και τον έλεγχο της πορεία στο χώρο νανομέτρων, όλα πάνω του ψηφίσματος υπο-νανομέτρων. Ενώ τα συμβατικά ελέγχου κίνησης τεχνολογίες δεν είναι σε θέση να ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις αυτές, παράλληλα εξελίξεις στους τομείς των στερεών ενεργοποιητές κράτους, κάμψη σχεδιασμό, πολυ-άξονα χαμηλής αδράνειας κινηματική παράλληλα, ελέγχου των ενεργών τροχιά και υψηλού εύρους ζώνης μηχανικών ελέγχων παρέχουν μηχανικούς στον τομέα της νανοτεχνολογίας με τα εργαλεία για να λύσει την τοποθέτηση, τη μετρολογία, τη σάρωση ή την ευθυγράμμιση των προβλημάτων τους.  Σχήμα 1. Απόκριση s τριβές στερεάς κατάστασης (open-loop) πιεζοηλεκτρικό ενεργοποιητή σε ένα τριγωνικό σήμα το αυτοκίνητο. Μόνο στερεά κατάσταση ενεργοποιητές ικανοποιητικό βαθμό είναι ικανοί να παράγουν ομαλή κίνηση νανομέτρων εύρος όπως αυτή, με άμεση απόκριση και χωρίς ανάδραση. Σημειώστε ότι το πλάτος είναι μόλις ± 6 νανόμετρα. Σε ένα φύλλο προδιαγραφών, πολλά συστήματα μοιάζουν μεταξύ τους. Πώς μπορεί κανείς να πει ένα state-of-the-art nanopositioning σύστημα και μια micropositioning συσκευές χώρια; Ακριβείς κίνησης χρειάζεται καθοδήγηση, όχι τριβής Ο πρώτος κανόνας του σχεδιασμού σε nanopositioning λέει τριβής πρέπει να εξαλειφθεί. Αυτό αποκλείει όλες τις συσκευές με την μπάλα, ρολό ή συρόμενη έδρανα, αφήνοντας ρουλεμάν αέρα και καμπτικές επιφάνειες. Η κάμψη είναι μια χωρίς τριβές, stictionless μεντεσέ-όπως συσκευή που εξαρτάται από την ελαστική παραμόρφωση (κάμψη) του ένα στερεό υλικό που να επιτρέπει την κίνηση. Air ρουλεμάν είναι ιδανικές για μεγάλες αποστάσεις ταξιδιού, αλλά είναι συνήθως ογκώδης, υψηλή αδράνεια και ακριβά στη λειτουργία τους (παροχή καθαρού αέρα). Έχουν ένα άλλο σημαντικό μειονέκτημα: δεν λειτουργούν στο κενό, όπως απαιτείται από έναν συνεχώς αυξανόμενο αριθμό των nanopositioning εφαρμογές. Πτυχών,, από την άλλη πλευρά να λειτουργήσει μόνο σε μικρές σειρές ταξίδια, μόλις ένα μειονέκτημα σε nanopositioning ! Πτυχών, (Εικ. 2), αν σχεδιαστεί σωστά, είναι πολύ σκληρό, παρέχει έλεγχο τροχιά με εξαιρετική ευθύτητα και την επιπεδότητα, παρουσιάζουν καμία φθορά και μπορούν να σχεδιαστούν με πολυ-άξονα ρυθμίσεις. Είναι, επίσης, συντήρηση ελεύθερη και δεν έχουν κανένα κόστος λειτουργίας. Αυτά τα χαρακτηριστικά καθιστούν πτυχών, η κατευθυντήρια μηχανισμό της επιλογής στην nanopositioning .  Σχήμα 2. Μονοαξονικοί nanopositioning στάδιο με αντι-τοξοειδούς κίνηση σχεδιασμό κάμψης. Τα καλύτερα σχέδια κάμψη παρέχουν καθοδήγηση ακρίβεια στο χαμηλό εύρος νανομέτρων. Active Control τροχιάς μπορεί να βελτιώσει περαιτέρω την καθοδήγηση ακρίβειας. Τι γίνεται με Δίσκοι; Και πάλι, οποιαδήποτε μονάδα παραγωγής τριβής δεν είναι αποδεκτή. Leadscrews, ballscrews, ακόμη και με υπερήχους γραμμική πιεζοηλεκτρική δίσκους κινητήρα (τριβή με βάση) δεν μπορεί να ξεπεράσει ακρίβεια υπομικρομετρικές. Ηλεκτρομαγνητική γραμμικό μοτέρ, οδηγεί πηνίο φωνής και στερεά κατάσταση ενεργοποιητές piezo είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη τριβές δίσκους. Τα δύο πρώτα είναι ωραία για μεγαλύτερες αποστάσεις, αλλά έχουν τα μειονεκτήματα των μαγνητικών πεδίων (δεν είναι ανεκτή από eBeam λιθογραφία και πολλές άλλες εφαρμογές), την παραγωγή θερμότητας και μόνο μέτρια ακαμψία και την επιτάχυνση, με αποτέλεσμα μια χαμηλού εύρους ζώνης. Οι Πιεζοηλεκτρικά (Εικ. 3) που συχνά αποκαλείται PZTs, περιορίζεται σε μικρές αποστάσεις, αλλά είναι εξαιρετικά άκαμπτο και επιτυγχάνουν πολύ υψηλές επιταχύνσεις (έως και 10.000 g), αποτελεί προϋπόθεση για χιλιοστό του δευτερολέπτου ή υπο-χιλιοστό του δευτερολέπτου βήμα και-εγκατασταθούν και τα υψηλά ποσοστά σάρωσης (σήμερα, το καλύτερο piezo με γνώμονα την κάμψη που κατευθύνονται με τα στάδια έχουν συχνότητες συντονισμού των 10 kHz).  Σχήμα 3. State-of-the-art ενεργοποιητές ικανοποιητικό βαθμό τα κεραμικά μόνωση και όχι πολυμερές μονωμένη. Προσφέρουν παρατεταμένη διάρκεια ζωής, ακόμα και υπό ακραίες συνθήκες και δεν παρουσιάζουν κανένα outgassing σε εφαρμογές κενό. PZTs παράγουν ούτε μαγνητικά πεδία, ούτε επηρεάζεται από αυτές. Μια πρόσφατη σημαντική ανακάλυψη στην τεχνολογία παραγωγής εξαλείφει πλέον την ανάγκη για τη μόνωση πολυμερές, ώστε τα οφέλη από το μηδέν outgassing σε εφαρμογές κενό, αναισθησία στην υγρασία και την αυξημένη διάρκεια ζωής ακόμα και κάτω από ακραίες συνθήκες (Εικ. 4).  Σχήμα 4. PICMA Ενεργοποιητές με κεραμικά μόνωση (καμπύλες κάτω) σε σύγκριση με τα συμβατικά πολυστρωματικές ενεργοποιητές με μόνωση πολυμερές. PICMA Ενεργοποιητές δεν επηρεάζονται από τις συνθήκες υψηλής υγρασίας δοκιμή. Συμβατική Ενεργοποιητές παρουσιάζουν αυξημένο ρεύμα διαρροής μετά από λίγες μόνο ώρες. Διαρροή ρεύματος είναι μια ένδειξη της ποιότητας μόνωση και την αναμενόμενη διάρκεια ζωής. Συνθήκες δοκιμής: U = 100 V DC, T = 25 ° C, rel. = υγρασία 70% Αισθητήρες: άμεση ή έμμεση Μετρολογίας κίνησης; Έμμεση μετρολογίας κίνηση είναι φθηνή, αλλά δεν πληροί τις προϋποθέσεις για state-of-the-art nanopositioning . Και φυσικά, κάθε αισθητήρας βασίζεται στην τριβή δεν πληροί τις προϋποθέσεις ούτε. Παραδείγματα έμμεσων μετρολογίας κινητήρα τοποθετημένο περιστροφικούς κωδικοποιητές και πιεζοηλεκτρικούς αισθητήρες στέλεχος τοποθετημένα σε ενεργοποιητές ή πτυχών, (οι οποίες μετρούν την πίεση του πτυχών,-προκαλώντας τριβή και τα λάθη-αντί για την πρόταση). Υψηλή απόδοση nanopositioning συστήματα χρησιμοποιούν μη άμεση επαφή μετρολογίας, τοποθετούνται για τη μέτρηση της κίνησης όπου είναι πραγματικά σημαντικό για την εφαρμογή. Παραδείγματα άμεσης μετρολογίας αισθητήρες πυκνωτή, συμβολόμετρα λέιζερ και μη-οπτικές, Αυξητικοί κωδικοποιητές. Ανάλυση ή Γραμμικότητα; Αυξητικοί κωδικοποιητές είναι άριστες για υπεραστικές μετρήσεις. Οι περισσότεροι βασίζονται σε ένα γήπεδο τρίψιμο των 20, 10 ή, πιο πρόσφατα, 2 μm. Για να πάρετε από εκεί με τα δημοσιευμένα 10 ή 5 Ψήφισμα nm, παρεμβολή (με όλους τους περιορισμούς του) είναι απαραίτητη. Ενώ πολλοί κωδικοποιητές είναι πολύ γραμμική σε πολλαπλάσια του στον αγωνιστικό χώρο, γραμμικότητα στην κλίμακα του νανομέτρου μπορεί να είναι τόσο κακή και το 20% (Εικ. 5) Επιπλέον, εάν δεν τοποθετηθεί ομο-αξονικά με το δίσκο, οποιαδήποτε κλίση στις κατευθυντήριες συστήματος, που προκαλούνται από αναστροφή κίνησης θα αυξηθεί περαιτέρω το σφάλμα. Αυτό που συχνά παραβλέπεται είναι οι μικρές δυνάμεις που προκαλούνται από την κίνηση καλώδιο του κωδικοποιητή για ανάγνωση κεφαλή, η οποία μπορεί να προκαλέσει τριβή και την υστέρηση της τάξης των δεκάδων νανομέτρων. Για αληθινή nanopositioning διαδικασίες, που απαιτεί επαναλαμβανόμενες νανομετρική κλίμακα πλάτη βήμα, υπάρχουν καλύτερες λύσεις.  Σχήμα 5. Γραμμικότητα της υψηλής ανάλυσης σταδιακή γραμμική κωδικοποιητές είναι άριστη σε μεγάλες σειρές, αλλά συχνά δεν είναι αυτό που θα περίμενε κανείς σε ένα νανόμετρο κλίμακα. Το παραπάνω παράδειγμα δείχνει τα λάθη των 100 nm και πιο πάνω από τις μικρές αποστάσεις (1 με 2 μικρά). Συμβολόμετρα λέιζερ είναι το αποδεκτό πρότυπο στη μέτρηση θέση. Ωστόσο, λόγω της αρχής λειτουργίας του, το σήμα εξόδου ενός συμβολομέτρου ετερόδυνες δεν είναι απολύτως γραμμική. Αυτή η μη γραμμικότητα προκαλείται κυρίως από ΕΛΛΕΙΠΤΙΚΟΤΗΤΑ πόλωση ή nonorthogonality των ακτίνες λέιζερ, και ατέλειες στην οπτική μπορεί να συμβάλει περαιτέρω στη μη γραμμικότητα. Το καλύτερο εμπορικά διαθέσιμο συμβολόμετρα παρέχουν γραμμικότητα από 2 έως 5 νανόμετρα, δεν είναι αρκετά καλό σε μερικές high-end nanopositioning εφαρμογές (Εικ. 6). Η βαθιά γνώση της συμβολομετρίας και ειδικός εξοπλισμός που απαιτείται για να πάρει την καλύτερη απόδοση από ένα συμβολόμετρο, είτε υπό μορφή ανάδρασης ή συσκευή βαθμονόμησης.  Σχήμα 6. Γραμμικότητα της PI P-517 nanopositioning στάδιο, ανάδραση θέση που παρέχονται από συμβολομέτρου ετερόδυνες. Η υψηλότερη απόδοση επιτυγχάνεται με απόλυτη μέτρηση, δύο-πλάκα αισθητήρες πυκνωτή (μονό ηλεκτρόδιο αισθητήρες πυκνωτή δεν είναι κατάλληλοι για nanopositioning ). Εργασία καλύτερα πάνω από τις μικρές σειρές, είναι το τέλειο ταίρι για δίσκους κάμψη καθοδηγείται ικανοποιητικό βαθμό. Χωρητικοί αισθητήρες είναι πολύ συμπαγής, κενό συμβατή, μηδενικής ευαισθησίας σε EMI και, αν σχεδιαστεί σωστά, να παρέχουν εξαιρετικά υψηλή γραμμικότητα (Εικ. 7) με διακριτική ικανότητα 0,1 nm και κάτω. Λόγω της απόλυτης αρχής μέτρησης, δεν παλιννόστησης διαδικασία αυτή είναι απαραίτητη και δεν υπάρχει οριοθέτηση εύρους παρεισάγων ή αντιμετώπιση κύκλωμα επιρρεπείς σε "χάνει" κίνησης σε εφαρμογές υψηλής ταχύτητας, ή θα πρέπει να κουδούνισμα συμβαίνουν στο τέλος του ένα γρήγορο βήμα. High-end nanopositioning στάδια επίτευξη αμφίδρομης επαναληψιμότητα του 1 νανόμετρο, ένα εκπληκτικό σχήμα-, απλά να βάλει σε ένα φύλλο spec, αλλά πολύ δύσκολο να επιτευχθεί και να αποδείξει (Εικ. 7β) στον πραγματικό κόσμο.  Σχήμα 7α. Ίδια nanopositioning στάδιο, όπως στο σχήμα. 6, αλλά ελεγχόμενη με ανατροφοδότηση των δύο πλακών πυκνωτή.  Σχήμα 7β. Αμφίδρομη επαναληψιμότητα ενός state-of-the-art κλειστό κύκλωμα piezo nanopositioning στάδιο με απευθείας κίνηση μετρολογίας πυκνωτή ανάδρασης, που μετράται με συμβολόμετρο state-of-the-art. Ακρίβεια και ταχύτητα; Σε βιομηχανικές διεργασίες παραγωγής και τη δοκιμή του σήμερα, το θέμα απόδοσης και την ώρα, περισσότερο από ποτέ άλλοτε. Στο κεφάλι / media εφαρμογές δοκιμή για παράδειγμα, τα βήματα subnanometer πρέπει να εκτελούνται και μια νέα θέση πρέπει να επιτευχθεί και πραγματοποίησε σταθερή ως προς ανοχές νανόμετρο σε χιλιοστά του δευτερολέπτου ή λιγότερο. Κάθε χιλιοστό του δευτερολέπτου ξυρισμένο από το βήμα-και-εγκατασταθούν διαδικασία αξίζει ένα μεγάλο χρηματικό ποσό. Ικανοποιητικό βαθμό δίσκοι μπορούν να παρέχουν επιταχύνσεις έως και 10.000 g και να ανταποκρίνεται στις εντολές σε λιγότερο από 0,1 msec, συχνά περισσότερο από το ωφέλιμο φορτίο ή το υποστηρικτικές δομές έχουν σχεδιαστεί για. Η ultrafast ώρα βήμα του nanopositioning στάδιο μπορεί να διεγείρουν ταλαντώσεις εντός του φορτίου του ή των γειτονικών στοιχείων. Για την εφαρμογή, δεν έχει σημασία πόσο γρήγορα το στάδιο εντοπισμού μπορεί να σταματήσει, αλλά πόσο γρήγορα το φορτίο φτάσει μια σταθερή θέση σε ένα γεγονός που συχνά παραβλέπεται. Συμβατική σοφία δείχνει ότι εκτός από απόσβεσης ή να περιμένει, δεν υπάρχουν πολλά που μπορεί να γίνει για τέτοιες δονήσεις που συμβαίνουν έξω από την τοποθέτηση συστήματος σερβο-βρόχου. Σήμερα, υπάρχει ένα νέο εργαλείο για την εξάλειψη των διαρθρωτικών αντηχήσεις. Μια κατοχυρωμένη με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας, σε πραγματικό χρόνο ζωοτροφών προς τα εμπρός τεχνολογία που ονομάζεται InputShaping ® (Εικ. 8α, β) αναπτύχθηκε με βάση την έρευνα στο Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης Tech τεχνολογία και στο εμπόριο από Convolve, Inc, InputShaping ® εξαλείφει κίνηση με γνώμονα την διέγερση των συντονισμών σε όλο το σύστημα, συμπεριλαμβανομένων όλων των fixturing και βοηθητικές componentry. Τώρα είναι μια ολοκληρωμένη λύση για τις τελευταίες Physik INSTRUMENTE ψηφιακή piezo nanopositioning ελεγκτές.  Σχήμα 8α. Piezo συσκευές είναι σε θέση να χιλιοστού του δευτερολέπτου κλίμακας βήμα-andsettle. Ωστόσο, τα στοιχεία έξω από το δαχτυλίδι σερβο-βρόχος μπορεί (φορτίο, γειτονικά εξαρτήματα, ...). Εξωτερικές συντονισμούς απεικονίζονται εδώ με vibrometer λέιζερ Polytec θέση μέτρησης έναντι του χρόνου.  Σχήμα 8β. Εισόδου Διαμόρφωση ® εξαλείφει κίνηση με γνώμονα ήχους των συστατικών εκτός του σερβο-βρόχου. Επίλυση μετά χρόνος ανόδου ολοκληρώνει με t ~ F res -1. InputShaping ® δεν απαιτεί ανατροφοδότηση και εργάζεται με εκ των προτέρων γνώση των πολλαπλών απήχηση σε όλο το σύστημα. Με InputShaping ®, η ώρα για ένα σύστημα καταλήξουν σε σταθερή θέση είναι ίση με 1/f0 όπου F0 είναι η χαμηλότερη συχνότητα συντονισμού που συμβάλλουν στην αστάθεια της μηχανικής εγκατάστασης. Στατικό ή δυναμικό Ακρίβεια; Ανάλυση, γραμμικότητα και η ακρίβεια είναι γνωστό ότι πληρούν τις προϋποθέσεις των στατικών απόδοση ενός συστήματος κίνησης. Ωστόσο, σε δυναμικές εφαρμογές, όπως η σάρωση ή εντοπισμού, στατική μελέτη είναι χωρίς νόημα. Ένας συνήθης τρόπος για τη μέτρηση της δυναμικής συμπεριφοράς είναι το εύρος ζώνης. Bandwidth καθορίζει το εύρος απόκρισης του συστήματος στο πεδίο της συχνότητας. Αλλά στατική ακρίβεια και το εύρος ζώνης σε συνδυασμό ακόμα δεν παρέχει καμία ένδειξη της δυναμικής π.χ. ακρίβεια ενός συστήματος είναι πώς ευθείες γραμμές σε μια εφαρμογής σάρωσης θα είναι ή πόσο μακριά από τις αναμενόμενες θέσεις που βρίσκονται. Για να είναι επιλέξιμο ένα σύστημα σε αυτές τις εφαρμογές, δεδομένα στόχων και των πραγματικών δεδομένων θέσης σε μια δεδομένη κυματομορφή πρέπει να καταγράφονται και να αξιολογούνται. Η διαφορά αυτή καλείται παρακάτω σφάλμα ή σφάλμα παρακολούθησης. Σε ικανοποιητικό βαθμό τα συμβατικά συστήματα nanopositioning με PID σερβο-έλεγχο σχέδια, το σφάλμα παρακολούθησης μπορεί να φτάσει διψήφια ποσοστιαίες τιμές ακόμη και σε τιμές κάτω από τη σάρωση 10Hz, και αυξάνει με την συχνότητα. Είναι σημαντικό να γίνει κατανοητό, ότι στην δυναμική nanopositioning εφαρμογές του εντοπισμού σφαλμάτων είναι μια βασική παράμετρος. Οι πρόσφατες εξελίξεις στην ψηφιακή σχεδιασμό των ελεγκτών σε PI έχουν οδηγήσει σε προηγμένο Adaptive ψηφιακές μεθόδους γραμμικοποίηση, τη μείωση των δυναμικών σφαλμάτων σε επαναλαμβανόμενες κυματομορφές από τη σφαίρα micron σε δυσδιάκριτα επίπεδα, ακόμη και με υψηλής συχνότητας δυναμικής ενεργοποίησης κάτω από το φορτίο (Σχήμα 9α και 9β).  Σχήμα 9α. Συμβατική ελεγκτή PID, ικανοποιητικό βαθμό nanopositioning σύστημα, απάντηση σε ένα τριγωνικό σήμα σάρωσης. Μπλε: θέση του στόχου? Κόκκινο: την πραγματική θέση? Πράσινο: σφάλμα παρακολούθησης (10X για καλύτερη ορατότητα).  Σχήμα 9β. Ίδια nanopositioning σύστημα, προσαρμοζόμενο ψηφιακό γραμμικοποίηση. Μπλε: θέση του στόχου και την πραγματική θέση (σχεδόν το ίδιο). Κόκκινο: σφάλμα παρακολούθησης (100X για καλύτερη ορατότητα) μειώνεται κατά αρκετές τάξεις μεγέθους. Σειριακή ή παράλληλη Κινηματική; Σε υψηλής ταχύτητας nanopositioning εφαρμογές, όπως μικροσκόπιο σάρωσης, μικρές περιοχές πρέπει να σαρωθεί σε δύο διαστάσεις, με ένα 3ο άξονα που θα ελέγχεται από μια εξωτερική είσοδο (π.χ. η δύναμη στην ΕΠΑ ή ρεύμα στο ΑΤΜ). Subnanometer διάστιχο και σάρωσης ποσοστά εκατοντάδες Hz είναι επιθυμητό σε αυτές τις εφαρμογές. Ο μόνος εφικτός τρόπος για να επιτευχθεί αυτό είναι με παράλληλη κινηματική, πολυ-άξονα κλειστού βρόχου piezo με γνώμονα stages κάμψη. Αντί να στοίβαγμα μονού άξονα υποσυγκροτημάτων, παράλληλα-κινηματική στάδια είναι μονολιθική, με κινητήρες που λειτουργούν σε κεντρικό, κινούμενη πλατφόρμα παράλληλα (Σχήμα 10α). Όχι μόνο αυτό μειώνει σημαντικά την αδράνεια, αλλά οι αποδόσεις ίδιες συχνότητες συντονισμού και η δυναμική συμπεριφορά τόσο στο X και Y κατευθύνσεις. Εναλλακτικά, στοιβάζονται συνελεύσεις πάντα να οδηγήσει σε διαφορετικές X εναντίον συμπεριφορά Y (αν και τις δημοσιευμένες προδιαγραφές μερικές φορές αποτυγχάνουν να αντικατοπτρίζουν αυτή τη στοιχειώδη φυσική πραγματικότητα). Η συνεπής Χ εναντίον Υ δυναμική συμπεριφορά είναι επιθυμητή για την ακρίβεια και απόκριση τη σάρωση και την παρακολούθηση. Η χρήση του πυκνωτή αισθητήρες για τη μέτρηση των μονολιθικών κινούμενη πλατφόρμα σημαίνει ότι η ορθογώνιους άξονες αυτόματα την αντιστάθμιση εκκεντρότητα του άλλου και να στιχομυθία (ενεργό έλεγχο τροχιά, ή πολυ-άξονα άμεση μετρολογία), ενώ με αύξοντα κινηματική, συσσωρεύονται εκκεντρότητα λάθη των επιμέρους αξόνων. Για παράδειγμα, τα σφάλματα κλίση μόνο ± 10 μrad που προκαλείται από το κάτω μέρος της πλατφόρμας μια υποθετική-4 ιντσών πολλαπλών άξονα στοίβα των σταδίων έχει ως αποτέλεσμα ένα 2 γραμμική μm λάθους στην κορυφή πλατφόρμα. Άλλες ανεπάρκειες της σειράς κινηματικής στην nanopositioning είναι υψηλής αδράνειας, υψηλότερο κέντρο βάρους, και έως 5 κινούμενα καλώδια προκαλώντας τριβή και υστέρησης (Σχήμα 8β).  Σχήμα 10α. Στοιβάζονται σειριακό-κινηματική δύο αξόνων nanopositioning στάδια έχουν σημαντικά υψηλότερο αδράνεια, υψηλότερο κέντρο βάρους και δεν μπορεί να διορθώσει για την εκτός άξονα λάθη. Μετακίνηση καλώδια από τα κορυφαία πλατφόρμα προκαλέσει τριβές και υστέρηση αιτία.  Σχήμα 10β. Βασική σχεδίαση ενός μονολιθικού 3 DOF (Χ, Υ, Theta-Z) παράλληλη κινηματική nanopositioning στάδιο με ικανοποιητικό βαθμό δίσκους και σύρμα-EDM-cut πτυχών,. Χωρητικοί αισθητήρες θέσης (δεν φαίνεται) απευθείας μέτρηση της κεντρικής κίνηση αντιστάθμισης πλατφόρμα για την παραμικρή κίνηση εκτός άξονα σε πραγματικό χρόνο (ενεργό έλεγχο τροχιά). Αυτό δεν είναι δυνατόν με αύξοντα σχέδια κινηματική, όπως φαίνεται στο σχήμα. 10α. State-of-the-art νανομέτρων σάρωσης συστήματα που βασίζονται στην παράλληλη κινηματική τον έλεγχο όλων των 6 βαθμών ελευθερίας αυτόματα την αντιστάθμιση για τα ανεπιθύμητα κίνηση out-of-αεροπλάνο, καθώς και τα ανεπιθύμητα περιστροφής λάθη. Αυτό απαιτεί την παράλληλη κίνηση της μετρολογίας και μονάδα ψηφιακού ελέγχου ικανή να συντονίζει μετασχηματισμού (Σχήμα 11α). Το αποτέλεσμα, μια 100 x 100 μm σάρωση με επιπεδότητα / ευθύτητα του 1 nm φαίνεται στο σχήμα. 11β.  Σχήμα 11α. State-of-the-art 6 αξόνων ψηφιακό ελεγκτή και προσαρμοσμένα Σούπερ invar 6D πιεζοηλεκτρικών σάρωσης στάδιο (παράλληλη κινηματική-μηχανική και παράλληλη κίνηση μετρολογία).  Σχήμα 11β. 6 DOF ικανοποιητικό βαθμό κάμψης nanopositioning σκηνή με πολλαπλά άξονα παράλληλο άμεση μετρολογίας κίνηση παρέχει άμεση πληροφόρηση για κάθε παρασιτική στο ψηφιακό ελεγκτή για την σε πραγματικό χρόνο αποζημίωση. Τα άριστα αποτελέσματα, 1 επιπεδότητα nm και ευθύτητα, epicted σε αυτό το x 100 100 σάρωση μm. Καλύτερες προδιαγραφές ή καλύτερη απόδοση; Η παραπάνω συζήτηση δείχνει ότι η ποσοτική εκτίμηση της απόδοσης μιας nanopositioning σύστημα μπορεί να είναι πολύ περίπλοκο. Για να βρείτε τις υψηλότερες επιδόσεις nanopositioning σύστημα για μια εφαρμογή (όχι αυτό με τις καλύτερες προδιαγραφές σε χαρτί), ο χρήστης πρέπει να συμμετάσχουν σε ένα διάλογο με τον κατασκευαστή και να ζητήσει από τις ερωτήσεις που σχετίζονται με την αίτησή του. Όταν οι απαντήσεις που ακούγεται πολύ καλό για να είναι αληθινό, είναι συνήθως. Εκτός θέτουν οι σχετικές ερωτήσεις, είναι πάντα αξίζει τον κόπο να μάθετε πόσο καιρό ο κατασκευαστής έχει εμπλακεί σε nanopositioning , τι ποιότητας σύστημα ελέγχου είναι στη θέση του, πώς προδιαγραφές έχουν μετρηθεί, και ό, τι ήταν ο εξοπλισμός που χρησιμοποιείται. Τι μπορεί να μάθει από το Crash Telecom Στον απόηχο της συντριβής τηλεπικοινωνιών, αναλυτές και επενδυτές ψάχνουν για νέες πολλά υποσχόμενες αγορές, και η νανοτεχνολογία φαίνεται να είναι ένας από αυτούς. Γι 'αυτό θα δούμε νέες εταιρείες προσπαθούν να κάνουν μια περιουσία σε αυτόν τον τομέα. Start-ups, που ισχυρίζονται ότι έχουν επαναστατική nanopositioning λύσεις , θα προσελκύσει τους επενδυτές σε παρέχοντάς τους τα εκατομμύρια των δολαρίων. Ας μην ξεχνάμε ότι στον τομέα των Τηλεπικοινωνιών πάνω από το 99% των επαναστατικών ιδεών και των ιδεών σύντομα αποδείχθηκε άχρηστη. Η πραγματική πρόκληση δεν έγκειται στην έννοια, αλλά στην ποιότητα της παραγωγής, την απόδοση και συνεπή, όπου παραδίδονται μονάδα μετά παραδοθεί μονάδα εκτελεί καθώς και η ήπια συναρμολογούνται πρωτότυπο, τελειοποιηθεί από τον πρώτο μηχανικό. Επειδή nanopositioning δεν είναι τόσο απλό όσο ένα, δύο τρία, μόνο οι εταιρείες με έμπειρους, καλά εξοπλισμένο σχεδιασμού και των ομάδων παραγωγής, καθώς και αποδεδειγμένη συστήματα ελέγχου της ποιότητας θα είναι σε θέση να ικανοποιήσει τις συνεχώς αυξανόμενες απαιτήσεις της αγοράς. Προδιαγραφές των προϊόντων τους μπορεί να μην φαίνονται πάντα επαναστατική, αλλά θα κρατήσει ψηλά στο περιβάλλον της εφαρμογής. |