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#White Papers
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Vergleich von Mikropositionierungs- und Nanopositionierungsschritten
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Von einem Millionstel Meter bis zu einem Milliardstel Meter.
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Lineartische können von Portalen mit langem Hub und hoher Last bis hin zu Mikropositionier- und Nanopositioniertischen mit leichten Nutzlasten reichen. Obwohl alle Lineartische so konstruiert sind, dass sie eine hohe Positioniergenauigkeit und Wiederholbarkeit bieten und Winkel- und Planaritätsfehler minimieren, erfordern Tische für Mikropositionier- und Nanopositionieranwendungen zusätzliche Überlegungen bei der Auswahl und Konstruktion von Komponenten, um diese sehr kleinen, präzisen Bewegungen zu erreichen.
Mikropositionierung bezieht sich auf Anwendungen, bei denen die Bewegungen so klein wie ein Mikron oder Mikrometer sind. (Ein Mikrometer ist ein Millionstel eines Meters oder 1,0 x 10-6 m.)
Nanopositionierung bezieht sich auf Anwendungen, bei denen die Bewegungen so klein wie ein Nanometer sind. (Ein Nanometer ist ein Milliardstel eines Meters oder 1 x 10-9 m.)
Um eine Positionierung im Mikrometer- oder Nanometerbereich zu erreichen, besteht eines der wichtigsten Konstruktionsprinzipien darin, so viel Reibung wie möglich zu vermeiden. Aus diesem Grund verwenden Nanopositioniertische ausschließlich berührungslose Antriebs- und Führungstechnologien. So wird die Antriebskraft für einen Nanopositionierer in der Regel von einem Linearmotor, einem Piezoaktor oder einem Schwingspulenmotor bereitgestellt. Andererseits kann die Mikropositionierung oft mit traditionelleren mechanischen Antrieben wie Kugelumlaufspindeln und Gewindespindeln erreicht werden, obwohl manchmal auch Linearmotoren für Mikropositionierungsanwendungen verwendet werden.
Zu den für die Nanopositionierung verwendeten reibungsfreien Führungstechnologien gehören Luftlager, magnetische Führungen und Flexures. Da diese Technologien keinen rollenden oder gleitenden Kontakt haben, vermeiden sie auch das Spiel und die Nachgiebigkeit, die die Positioniergenauigkeit bei herkömmlichen mechanischen Übertragungen beeinträchtigen. Für Mikropositioniertische sind nicht umlaufende Linearführungen in der Regel die beste Wahl, da sie keine Pulsationen und schwankenden Reibungswerte durch in die Lastzone ein- und auslaufende Kugeln aufweisen. Einige hochpräzise Linearführungen mit Kugelumlauf wurden jedoch optimiert, um diese Pulsationen und Reibungsschwankungen zu reduzieren, so dass sie sich für Mikropositionieranwendungen eignen - insbesondere für solche mit längeren Gesamthublängen.
Neben Reibung und Spiel können auch andere Effekte wie Hysterese und Kriechen die Fähigkeit des Systems beeinträchtigen, auf Mikrometer- oder Nanometerebene zu positionieren. Um diesen Effekten entgegenzuwirken, werden Mikro- und Nanopositioniersysteme in der Regel in einem geschlossenen Regelkreis betrieben, der ein Positionsrückmeldesystem verwendet, das eine viel höhere Auflösung als die erforderliche Positioniergenauigkeit aufweist. Dies bedeutet oft eine Auflösung von einem Mikrometer (oder besser) für Mikropositionieranwendungen und eine Auflösung von einem Nanometer für Nanopositionieranforderungen.
Zu den Technologien, die diese extrem hohen Auflösungen liefern können, gehören optische Glasmaßstabsgeber, kapazitive Sensoren und interferometerbasierte Encoder. Da es sich bei Nanopositionierungstischen jedoch in der Regel um sehr kleine Geräte handelt, sind kapazitive Encoder, die auf sehr kleinem Raum konstruiert werden können, in der Regel die beste Option. Für Mikropositioniertische werden manchmal auch hochauflösende magnetische Encoder verwendet, insbesondere wenn die Umgebung schwankende Temperaturen oder hohe Luftfeuchtigkeit aufweist.
Trotz ihres speziellen Designs und Aufbaus lassen sich Mikropositionier- und Nanopositioniertische relativ leicht anpassen - vor allem in Bezug auf Materialien, Oberflächen und spezielle Präparationen - und in einzigartigen Anwendungen einsetzen. Ein typisches Beispiel: Tische, die aus reibungsfreien Komponenten bestehen, sind in der Regel für Reinraum- und Vakuumanwendungen geeignet, da sie keine Partikel durch Roll- oder Gleitreibung erzeugen und keine Schmierung benötigen. Und wenn eine nicht-magnetische Version benötigt wird, können Standard-Stahlkomponenten einfach durch nicht-magnetische Alternativen ersetzt werden, ohne dass eine geringere Tragfähigkeit zu befürchten ist. Bei vielen Anwendungen, bei denen Mikro- und Nanopositioniertische zum Einsatz kommen, umfasst die Maschinenkonstruktion Merkmale wie Dämpfungsmechanismen, die selbst kleinste Vibrationen ausgleichen können, und fortschrittliche Steuerungsalgorithmen, um Störungen zu kompensieren.