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Ausgabe 08/2017, 18.08.2017

Objektive positionieren im Nanobereich

Der Motion-Control-Spezialist Aerotech hat mit dem «QFocus QF-50» einen hochgenauen Piezo-Nanopositioniertisch für Mikroskop-Objektive und optische Instrumente entwickelt.

Die Nanopositioniertische der Serie «QFocus QF-50» bieten Stellwege von 400 μm in der Closed-Loop-Ausführung beziehungsweise 450 μm in der Open-Loop-Ausführung bei gleichzeitig hoher Positioniergeschwindigkeit. Die Linearitätsabweichung beträgt dabei nur 0,01 Prozent. Hinzu kommen eine Schrittweite im Sub­nanometerbereich und eine bidirektionale Wiederholbarkeit von 4 nm. Das Gerät kann in Verbindung mit optischen Instrumenten und für die Lasermikrobearbeitung eingesetzt werden.

Aufgrund seiner hohen strukturellen Steifigkeit können mit dem QF-50 auch Objekte mit hoher numerischer Apertur positioniert werden. Dies ist laut Hersteller ein deutlicher Vorteil gegenüber den Nanopositioniertischen des Wettbewerbs. Ein Einsatz des QF-50 bietet sich vor allem dann an, wenn optische Instrumente mit hoher Präzision, hohem Durchsatz und langen Stellwegen positioniert werden müssen.

Der Tisch wird durch spielfreie und hochgenaue Führungen positioniert, die mittels FE-Analyse berechnet und optimiert wurden. Dies garantiert hohe Steifigkeit und hohen Prozessdurchsatz sowie kurze Closed-Loop-Ansprechzeiten. Besonderes Augenmerk wurde bei der Konstruktion des QF-50 auf die Festkörpergelenke gelegt. Sie sollen eine einzigartige geometrische Performance und Geradheitsfehler von maximal 40 nm über den gesamten Stellweg gewährleisten.

Direktes Feedback

Für den Closed-Loop-Betrieb können die Positioniertische wahlweise mit kapazitiven Sensoren ausgestattet werden. Im Gegensatz zu DMS-Sensoren oder piezoresistiven Sensoren sollen sie eine direkte Positionsmessung ermöglichen und so hohe Genauigkeit und Wiederholbarkeit garantieren.

In Verbindung mit den Steuerungen und Antrieben aus der Q-Serie bieten die QF-50-Tische eine Positionsauflösung im Subnanometerbereich und beste Positionsstabilität mit hoher Positionierbandbreite, sagt der Hersteller. Seine Software-Pakete «Dynamic Controls Toolbox» und «Motion Designer» enthalten zahlreiche Tools, zum Beispiel eine iterativ lernende Regelung (ILR), «Harmonic Cancellation» sowie das «Command Shaping». Damit sollen Tracking-Fehler reduziert und schnellere Schritt- und Einschwingzeiten gewährleistet werden.

Flexible Montage

Erhältlich ist der QF-50 mit diversen Gewindeadaptern, so könne er in den meisten Mikroskopen und Objektiven eingesetzt werden, heisst es. Der Objekthalter des Mikroskops kann einfach positioniert und ausgerichtet werden. Über die Gewindebohrungen im Tischkörper können in Maschinen oder optischen Instrumenten zusätzlich benutzerdefinierte Schnittstellen montiert werden. Der QF-50 ist standardmässig mit einer freien Apertur von 29 mm erhältlich, kann aber auch mit kundenspezifischen Tischausführungen, Stellwegen und Gewindeadaptern geliefert werden. (msc)

Aerotech Germany
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Der Nanopositioniertisch «QFocus QF-50» von ­Aerotech bietet eine Schrittweite im Subnanometerbereich und eine bidirektionale Wiederholbarkeit von 4 nm. (Bild: Aerotech)