Введение этапа пьезо-нанопозиционирования
Возьмем в качестве примера этап пьезонанопозиционирования серии CoreMorrow P60, чтобы представить, что серия P60 имеет несколько версий модели, и внешний вид некоторых моделей показан на рисунке ниже.
Принять высокопроизводительный пьезопривод
Ступень пьезонанопозиционирования CoreMorrow серии P60 приводится в действие высоконадежным пьезоприводом. Он имеет полностью изолированную конструкцию, поэтому его производительность и срок службы намного выше, чем у традиционного привода. Изолирующий слой может эффективно предотвратить намокание и выход из строя пьезопривода. Таким образом, стабильность пьезопривода может быть гарантирована даже в экстремальных условиях.
Принять гибкий механизм без трения
P60 использует гибкий шарнирный механизм, преимущества которого заключаются в отсутствии трения и высокой точности позиционирования. Гибкая шарнирная конструкция представляет собой элемент, на который не влияет статическое и динамическое трение, основанный на упругой деформации твердых тел (например, стали) и не имеющий частей качения и скольжения, гибкий узел обладает высокой жесткостью и несущей способностью. По сравнению с обычными приводными механизмами здесь нет вращающихся частей и трения, не требуется техническое обслуживание и нет износа.
Стадия пьезонанопозиционирования может использоваться в микроскопии, оптическом обнаружении, нанопозиционировании, наноманипулировании и других областях и имеет очень хорошие перспективы развития.
Вакуумные немагнитные и сценарии применения
С развитием вакуумных технологий применение вакуума распространяется на все аспекты промышленности и научных исследований.
Вакуумные приложения относятся к использованию физической среды разреженных газов для выполнения определенных задач. Некоторые используют эту среду для производства продуктов или устройств, таких как лампочки, электронные лампы и ускорители. Эти продукты поддерживают вакуум на протяжении всего времени их использования; другие рассматривают вакуум только как этап производства, а конечный продукт используется в атмосферных условиях, таких как вакуумное покрытие, вакуумная сушка и вакуумная пропитка.
Требования к применению вакуумной немагнитной среды заставляют технологию пьезодвижения предъявлять новые технические требования и высоты к материалам и процессам пьезосцены, которые не только соответствуют совместимости с вакуумом, но также требуют использования немагнитного процесса. В ответ на прикладные потребности этой среды CoreMorrow организовала техническую команду для преодоления трудностей, вложила много времени и персонала, добилась технологических прорывов и технического прогресса, а также разработала вакуумную немагнитную версию пьезо-нанопозиционирующего столика.
Вакуумная немагнитная версия столика пьезонанопозиционирования использует новую внутреннюю структуру и материал, которые могут соответствовать степени вакуума 1 × 10^(-5) мбар и немагнитным требованиям.
Дизайн вакуумного пьезо-нанопозиционера
Оболочка вакуумной версии пьезопозиции обычно изготавливается из алюминия, титана и других металлических материалов, и ее общая стоимость намного выше, чем у обычной несовместимой с вакуумом версии пьезопозиции. Даже если будет использован тот же конструктивный вариант безвакуумного варианта, стоимость также значительно возрастет.
Процесс проектирования всей вакуумной версии пьезоэлемента можно условно разделить на следующие четыре аспекта.
1) В процессе выбора материалов для вакуумных и немагнитных изделий строго требуется замена стандартных материалов материалами, подходящими для вакуумных и немагнитных сред. В вакууме следует использовать специальное вакуумное смазочное масло, вакуумные кабели и другие расходные материалы.
2) При конструктивном проектировании вакуумных и немагнитных продуктов в соответствии с размерами продукта, нагрузкой на продукт, смещением продукта и параметрами производительности и т. д. выберите структуру, которая может удовлетворить требования для уточнения, анализа и оптимизации, и, наконец, определите разумная структура для удовлетворения требований клиентов. Форма продукта должна быть оптимизирована, чтобы соответствовать функции и сделать продукт как можно меньше.
3) В процессе обработки и производства деталей вакуумных и немагнитных изделий контролируйте процесс обработки деталей, строго выполняйте удаление примесей, масла и других загрязняющих веществ снаружи деталей, а обработка поверхности должна подходить для вакуума. уровень. Для того, чтобы удовлетворить требования к общим параметрам продукта.
4) В процессе контроля качества процесса сборки вакуумных и немагнитных изделий вакуумная платформа должна быть установлена в чистом помещении. Все детали необходимо очистить в ультразвуковом очистителе, чтобы удалить загрязнения снаружи деталей. Сведите к минимуму использование клея при сборке. После сборки упаковывается в вакуумный пакет для предотвращения попадания пыли, воздуха и влаги.
Измеренные характеристики вакуумного пьезо-нанопозиционера
Примерные параметры и кривые фактического испытания стадии пьезонанопозиционирования вакуумной версии CoreMorrow следующие.
1) Кривая зависимости напряжения от смещения
Взяв в качестве примера пьезопозиционный столик P60.X250, он может достигать смещения 0–250 мкм при нормальном управляющем напряжении 0–150 В.
2)Время отклика на шаг
Возьмем в качестве примера пьезопозиционный столик P60.Z500, при нагрузке 1,5 кг время шага, необходимое для шага хода 30 мкм, составляет около 300 мс.
3) Измеренные технические параметры вакуумной версии
P60.X250 — пьезопозиционный столик для нанопозиционирования с перемещением в направлении X и ходом до 250 мкм. Соответствующая физическая карта вакуумной пластины и технические параметры показаны на следующем рисунке.
Модель: P60.X250S
Активная ось: X
Диапазон перемещения (0~120 В): 200 мкм
Диапазон перемещения (0~150 В): 250 мкм
Датчик: СГС
Разрешение замкнутого/открытого контура: 7 нм
Резонансная частота разгрузки: 260 Гц
Грузоподъемность: 1 кг
Емкость: 21,6 мкФ
Материал: алюминий, титан
Вес (без провода): 0,4 кг
Степень вакуума: 1×10^(-5) мбар
(или настроить другие значения параметров)
Вакуумная версия P60 Piezo Stage с поддержкой пьезоконтроллера
Высокопроизводительный столик пьезонанопозиционирования должен быть оснащен высокопроизводительным пьезоконтроллером. Обычно пьезоконтроллер размещают вне вакуумной камеры из-за ограничений по объему и для того, чтобы не создавать дополнительных электромагнитных воздействий на вакуумную камеру. Поэтому выбор пьезоконтроллеров более обширен. Для приложений, где пространство не ограничено, можно использовать многофункциональный пьезоконтроллер CoreMorrow серии E00/E01, а для приложений с ограниченным пространством можно выбрать пьезоконтроллер серии E53.
E53 — это одноканальный пьезоконтроллер, совместимый с аналоговыми и цифровыми методами управления, разработанный и спроектированный CoreMorrow для требований приложений небольшого объема.
E53 Частота пьезоконтроллера в зависимости от кривой нагрузки
Технические параметры пьезоконтроллера E53
Модель: E53
Количество каналов: 1 канал
Номинальный диапазон аналогового входа: 0~10 В
Диапазон номинального выходного напряжения: 0 ~ 120 В (опционально 0 ~ 150 В)
Пиковый ток: 1А
Средний ток: 60 мА
Полоса пропускания усилителя: 10 кГц
Характеристики сервопривода: аналоговый P-I + ограничитель полосы + фильтр нижних частот
Интерфейс связи: USB, RS-422, RS-232
Процессор: 32 бит 168 МГц
Напряжение источника питания: 24 В (20 ~ 30 В) постоянного тока 1,5 А (36 Вт)
Соединение вакуумного пьезо-нанопозиционирующего столика и пьезо-контроллера
In vacuum non-magnetic applications, the piezo nanopositioning stage will be placed inside the vacuum chamber, while the piezo controller is placed outside the vacuum chamber. To ensure the vacuum environment of the vacuum chamber, and to ensure that no additional electromagnetic interference is generated, the connection between piezo nanopositioning stage and the piezo controller becomes one of the key factors. In order to solve the electrical connection between the vacuum chamber, vacuum flanges or vacuum electrode connectors are usually used.
Вакуумный фланец - это небольшое устройство, используемое в вакуумной системе, большинство из которых выглядят как диск, но также имеют другие формы, такие как квадраты, окружность которых больше, чем фактическая соединительная труба, а край фланца имеет небольшие отверстия, которые стянуты болтами. Болты заполняют отверстия, соединяющие фланец и трубу.
Соединитель вакуумного электрода представляет собой уплотнительное устройство, которое может проходить через стенку вакуумной камеры и передавать различные электрические сигналы со стороны атмосферы внутрь вакуумной камеры. Пользователи могут приобрести соответствующие модели продуктов в соответствии с конкретными экспериментальными потребностями и подключить их к разъемам, которые соответствуют продуктам Core Tomorrow. На приведенном ниже рисунке показаны распространенные разъемы пьезоэлементов CoreMorrow.
Перспективы применения вакуумного пьезо-нанопозиционера
Вакуумная версия столика пьезонанопозиционирования широко используется в областях биотехнологии, материалов, испытаний, полупроводников, микроскопии и визуализации в вакуумной среде, и достигла очень хороших эффектов позиционирования и сканирования. Например, в области микроскопии, сканирующей электронной микроскопии, исследования кристаллов и т. д. с постоянным улучшением требований к разрешению точность позиционирования образца также становится все выше и выше. Столик пьезо-нанопозиционирования с микронным ходом и пьезоэлектрический двигатель с миллиметровым ходом обладают характеристиками совместимости с вакуумом, которые могут быть интегрированы в микроскопические приложения с высокой наноразмерной точностью, обеспечивая высокоточное позиционирование и сканирование образца для систем микроскопии.