Системы пьезоэлектрического нанопозиционирования компании CoreMorrow
В высокотехнологичных областях, таких как аэрокосмическая техника, высокоточная спектральная съёмка, прецизионная обработка, оптическая микроскопия, полупроводниковые технологии и микроэлектроника возникают потребности к точности позиционирования образцов или приборов. Для достижения качества на наивысшем уровне стандартные моторизованные системы теряют свою конкурентоспособность из-за невозможности достичь точности на наномасштабном уровне. В таких случаях передовой технологией в настоящее время является использование в конструкции пьезоэлектрических элементов. Подобные устройства обладают высоким разрешением, быстрым откликом, высокой помехоустойчивостью, отсутствием износа, совместимостью с низкотемпературными условиями и другими преимуществами по сравнению с ручными и моторизированными устройствами. Более подробно о пьезоэлектрических системах можно прочитать в нашей статье.
Компания CoreMorrow Ltd. специализируется на полном цикле создания высокоточного оборудования для нанопозиционирования. Многолетний опыт работы и высокие компетенции сотрудников позволили компании развиться до мирового уровня и объединить в своей продукции технологии на основе пьезоэффекта с современным оборудованием, закрывая потребности в высокой точности для областей науки и промышленности. В данной статье перечислены основные разновидности систем пьезопозициорования, представленные CoreMorrow.
Одноосевые системы позиционирования
Простейшим примером пьезосистем является позиционирование по одной оси. Пьезоэлектрическая нано-позиционирующая платформа P66.X5K построена на технологии прямого привода с использованием пьезокерамики и обеспечивает перемещение вдоль одной оси (X). Диапазон её хода составляет 4,7 мкм, а разрешение в режиме Open-loop достигает 0,2 нм, что позволяет фиксировать смещения вплоть до атомного уровня. Для P66.X5K возможна установка в различных плоскостях под потребности конкретной задачи. Устройство способно выдерживать нагрузку до 2 кг при горизонтальной установке и при этом сохраняет надёжную и стабильную работу даже при вертикальном монтаже, сочетая высокую точность микроперемещений с устойчивостью к значительным нагрузкам. Благодаря компактным габаритам 85×70×15,5 мм, платформа хорошо подходит для применения в условиях ограниченного пространства.
Трёхосевые системы позиционирования
Для определённых задач требуется позиционирование в наномасштабе сразу в нескольких плоскостях. Пьезоэлектрический нанопозиционирующий столик CoreMorrow P11.XYZ100 специально разработан для высокоточных и сверхчувствительных применений, ориентированных на повышение точности и стабильности современных технологий обнаружения. В зависимости от внешних условий работы он может быть изготовлен как в стандартном исполнении, так и для работы в вакууме.
Как устройство для регулировки наноперемещения, столик выполняет две основные функции:
- Стабильная компенсация: используя технологию управления с обратной связью, он активно компенсирует смещение положения образца и может стабилизировать точку измерения в субмикронном или даже нанометровом диапазоне.
- Точное позиционирование: Пьезоэлектрический нанопозиционирующий столик P11 перемещает образцы с разрешением и точностью на нанометровом уровне, обеспечивая высокоплотное и высокоточное позиционирование, гарантируя точность и воспроизводимость результатов.
Демонстрация работы системы
Пример высокоточного перемещения
Пьезоэлектрические позиционеры с угловым перемещением
Пьезоэлектрические системы позиционирования также способны выполнять угловое перемещение, обеспечивая наклон или вращение объектов. Как и в случае линейного перемещения, такие системы обладают небольшим ходом по осям, но обеспечивают высокую точность, сохраняя общие преимущества пьезопозиционирующих систем.
S54.T1S/K-C – это высокоточный пьезоэлектрический наклонный столик, обеспечивающий угловое перемещение по осям θx и θy. Конструкция системы обеспечивает перемещение без трения, что обеспечивает высокую скорость отклика и точность позиционирования. Благодаря датчику обратной связи в режиме Closed-loop возможно достичь повторяемости 0,011 % от полного диапазона, что позволяет использовать его в широком спектре высокоточных применений, таких как калибровка датчиков, выравнивание и фокусировка образцов, регулировка положения маски и чипа, комбинирование лазеров. Устройство имеет центральное отверстие: размер составляет 110×80 мм, что делает его пригодным для применений на проходящем свете.
S21.R3S – это пьезоэлектрический поворотный столик с одной степенью свободы (θz) c максимальным ходом вращения 3 мрад и разрешением 0,3 мкрад. Он имеет компактную конструкцию и очень прост в интеграции. Высокие значения точности позиционирования и скорости отклика обеспечиваются благодаря датчикам обратной связи в режиме Closed-loop. Эти преимущества позволяют применять S21.R3S в системах сканирования оптического пути, интерференционных и измерительных схемах, а также для калибровки датчиков ускорения и угловой скорости.
Пьезоэлектрические позиционеры объективов
Пьезоэлектрические позиционеры объективов специально разработаны для фокусировки в микроскопии. Они оснащёны безвозвратным параллельным механизмом гибких шарниров, отличаются малой компенсацией и высокой стабильностью фокусировки. Например, модель P72.Z100 обеспечивает диапазон фокусировки 100 мкм с разрешением 2,5 нм, что применимо для автоматической визуализации клеток в микроскопии.
В сочетании с микроскопическими системами наблюдения и измерения пьезопозиционеры управляют фокусировкой объектива по оси Z. Они могут использоваться с различными микроскопами высокого разрешения для повышения точности фокусировки объектива до нанометрового уровня. В зависимости от задач также возможно многоосевое исполнение для перемещения по осям XYZ и эксплуатация в условиях вакуума.
Пьезоэлектрические позиционеры объективов отличаются сверхвысокой точностью перемещений и исключительно быстрым откликом, что делает их незаменимыми в высокоточных оптических системах. Их разрешающая способность достигает ≤ 1 нм (1 нм = 10⁻⁹ м), позволяя фиксировать минимальные смещения, вплоть до наномасштаба. При этом время отклика от подачи управляющего сигнала до достижения заданного положения составляет менее 1 мс.
Съёмные резьбовые адаптеры обеспечивают совместимость с различными типами микроскопов, благодаря чему такие устройства широко применяются в задачах микроскопической визуализации, включая двухфотонную микроскопию. Позиционеры соединяются с объективами через адаптеры, что позволяет быстро и точно фиксировать их в требуемом положении, обеспечивая удобство эксплуатации и высокую стабильность работы.
Демонстрация быстрого отклика пьезопозиционера объектива
Шестиосевые системы позиционирования – гексаподы
В связи с непрерывным развитием науки и технологий в научных исследованиях и промышленности растёт потребность в гибких и высокоточных системах позиционирования, способных выполнять не только линейное перемещение, но и угловое. Пьезоэлектрические гексаподы CoreMorrow обеспечивают позиционирование по 6 осям с высокой скоростью и точностью, что позволяет широко применять их в таких микро- и нанооперационных областях, как полупроводниковая промышленность, оптика, медицина, аэрокосмическая отрасль, биотехнологии, и другие ответственные применения.
Демонстрация работы пьезоэлектрического гексапода CoreMorrow
Его конструкция с параллельной кинематикой основана на использовании шести пьезоэлектрических актуаторов, каждый из которых соединён с рабочей платформой через шарнир. Движение всей системы обеспечивается за счёт согласованного расширения и сжатия каждого из актуаторов, которые приводятся в действие современной системой управления, что позволяет реализовать сложные пространственные перемещения с координацией по всем шести степеням свободы. По сравнению с традиционными многослойными (стековыми) платформами такая конструкция обладает более высокой жёсткостью и грузоподъёмностью. Кроме того, она имеет более сложную структуру, но обеспечивает равномерное распределение погрешностей и отличается высокой скоростью отклика. Управление такой системой значительно сложнее, чем у платформ с линейным или одноосевым угловым перемещением и предъявляет повышенные требования к системе управления. Несмотря на это, компания CoreMorrow предлагает собственные драйверы к системам позиционирования любой сложности.
Компания CoreMorrow предлагает широкую линейку среди систем пьезоэлектрических систем пьезопозиционирования, соответствующих высоким требованиям по точности с минимальным временем отклика. Помимо стандартных решений производитель может разработать новую систему или настроить основные параметры, такие как ход перемещения, разрешение, форму интерфейса, под конкретную задачу клиента.
Авторы статьи: Антон Сеннов, инженер группы «Оптика и оптомеханика»
Анонсы статей, мероприятий и еще больше научно-познавательного контента по ссылке в нашем Telegram-канале.
