Une précision au micron
Le microscope est un instrument quotidiennement indispensable pour la recherche et la médecine. Depuis l’origine, on déplace le porte-objet sur la table de microscope sous l’objectif pour pouvoir observer les zones d’intérêt de l’éprouvette, mais le déplacement manuel ne correspond plus à l’état de l’Art. Aujourd’hui, les micromoteurs sont un choix pour cette opération, mais ils ne se ressemblent pas tous. Afin de garantir l’absence totale du jeu et un déplacement à la fois rapide et très précis, une nouvelle méthode consiste à faire appel à de petits servomoteurs linéaires à courant continu. Ils permettent de parcourir des courses de l’ordre du décimètre avec une précision fidèle de quelques microns.
Plus on se concentre sur un certain point, plus le champ de vision se rétrécit. Ceci est d’autant plus vrai avec les forts grossissements que permettent les microscopes modernes. Pour pouvoir analyser non plus un point mais la surface d’une éprouvette, il faut donc déplacer cette dernière sous l’objectif. Pour cette raison, la société Objective Imaging Ltd de Cambridge a mis au point la nouvelle table de balayage Oasis Glide en réponse aux besoins de la microscopie moderne. La technologie d’entraînement pour la table mobile sortit de la maison FAULHABER, spécialiste de la micromotorisation, installée à Schönaich, près de Stuttgart. Le moteur linéaire à entraînement direct utilisé définit de nouvelles normes de référence en termes de dynamique et de précision pour cette application.
Élargissement du champ de vision.
L’Oasis Glide S1 travaille avec une « fenêtre de déplacement » de 75 x 52 mm. Les nouveaux moteurs linéaires apportent ici des niveaux encore inégalés en termes de précision, de vitesse et de régularité absolue des mouvements, ce dernier point ayant joué un rôle essentiel dans le choix de ce système d’entraînement. Le jeu mécanique qu’on constate typiquement sur les entraînements par vis est ici éliminé. En dépit de sa technique perfectionnée, la table de balayage comporte des dispositifs standards éprouvés, comme la configuration en col de cygne et la fixation par vis qui sont adaptables à la plupart des microscopes. La nouvelle interface de saisie à écran tactile et le joystick à trois axes facilitent considérablement les réglages de positionnement. Par rapport aux systèmes antérieurs, la nouvelle table de balayage présente de meilleures caractéristiques mécaniques tout en étant plus compacte et plus légère. L’entraînement ramène le jeu mécanique pratiquement à zéro. Il en va de même pour le bruit de fonctionnement. La grande stabilité verticale et l’absence de vibrations contribuent à améliorer la résolution en déplacement rapide. L’ensemble du système ne nécessite absolument aucun entretien et il est facile d’en équiper les microscopes existants. Au cœur de la table mobile collaborent deux moteurs linéaires de course respective ±30 mm et ±80 mm. Outre une résolution mécanique nettement améliorée, cette solution d’entraînement présente un excellent rapport coût/efficacité par rapport aux solutions classiques dans ce domaine.
Une technologie linéaire compacte.
TL’entraînement linéaire associe la rapidité et la facilité d’asservissement des systèmes électriques à la simplicité constructive des vérins pneumatiques. Au lieu du principe habituel de « l’induit surfacique » à berceau et guidage, le micromoteur fait appel à un induit à symétrie de rotation d’une nouvelle conception. L’inducteur, de forme rectangulaire et facilement montable par bride, présente ainsi une géométrie presque universelle qui permet de l’intégrer facilement à la table. Cette configuration est également avantageuse du point de vue de l’encombrement de montage : l’inducteur (le moteur) ne mesure que 12,5 x 19,9 x 49,4 mm (lxhxl), connecteur compris. La barre d’induit de 6,3 mm de diamètre existe actuellement dans les longueurs 82, 109, 127, 154, 172 et 190 mm. On dispose ainsi de longueurs de course de ±10, 20, 30, 40, 50 et même 60 mm ou, en d’autres termes, de barres d’induit utilisables pour des applications de 20 à 120 mm, avec des poids de moteur qui se situent dans la plage des 57 à 82 g. Du point de vue de l’utilisateur, l’entraînement est composé de trois pièces seulement : l’inducteur (le moteur), le connecteur et la barre d’induit. Un boîtier en acier non magnétique abrite la bobine à courant continu autoportante et les paliers tubulaires de l’induit réalisés à partir d’un matériau spécial pour paliers lisses. Sous le capotage supérieur se trouvent également une platine qui supporte un circuit imprimé pour trois capteurs de positionnement à effet Hall, ainsi que le connecteur. Le coulisseau métallique de précision, c’est-à-dire la barre d’induit, est équipé d’aimants permanents à très haute puissance.
Les caractéristiques mécaniques du servomoteur c.c. linéaire sont dignes d’intérêt : la force développée par la barre d’induit est égale à 3,6 N en régime permanent et peut atteindre 10,7 N en régime de pointe ou instantané. Selon la charge, l’accélération de la version en 20 mm atteint 198 m/s², soit 19 fois celle de la pesanteur, tandis que celle de la version en 120 mm atteint encore 82,9 m/s². Les robustes paliers lisses de la barre d’induit permettent d’atteindre des vitesses jusqu’à 3,2 m/s sans problème. La plage de température admissible de l’entraînement, de -20 à +125°C, couvre tous les domaines d’application courants. Ces valeurs de performance n’empêchent pas un réglage fin du moteur linéaire par l’intermédiaire d’un contrôleur de mouvement. La répétabilité (écart maximum sur plusieurs mouvements identiques) est de l’ordre de 40 µm. Les trois capteurs à effet Hall en liaison avec le contrôleur de mouvement limitent l’erreur de position maximale − c’est à dire la différence entre la position de consigne et la position de mesure du système − à 120 µm pour la version en 200 mm et à 220 µm pour la version en 120 mm. La détermination de toutes les valeurs étant strictement électrique, les tolérances mécaniques, l’usure et la dilatation thermique des composants ne jouent aucun rôle.
