Carrière Press Inkoop
Carrière Press Inkoop
DC-Motoren voor linear positioners

Extreem kleinschalige bewegingscontrole voor de productie van pure kristallen of voor scherpstellen, scannen, aanpassen, inspecteren en meten op μm-schaal en kleiner, vraagt om extreem nauwkeurige, herhaalbare bewegingen. De conventionele benadering hiervoor is om het object in een rechte lijn langs een meetsonde of actuator te bewegen. Piëzo-aandrijvingen kunnen extreem kleine stapgroottes leveren, maar helaas bieden ze niet de benodigde dynamiek om de lading naar het werkgebied te transporteren. Bij de traditionele oplossing worden deze bijzonder lage snelheden bereikt met een lage resolutie, op basis van reductie met een spelingsvrije tandwielset met grote trappen. Dat betekende dat het minuten kon duren om de meetpositie te bereiken. Zo'n lange insteltijd wordt al snel kostbaar. Feinmess Dresden GmbH is een specialist op het gebied van precisiebewegingen en heeft nu een gepatenteerde oplossing gevonden voor dit probleem. Het snelle, minder nauwkeurige deel van het transport wordt aangedreven door een DC-aandrijving, waarna een extreem nauwkeurige piëzomotor het overneemt voor de fijnafstemming. In samenwerking met FAULHABER zijn de beide aandrijvingen geoptimaliseerd om deze combinatie van taken in harmonie uit te voeren.

Tijd is geld

Voor bewegingen op extreem kleine schaal gelden andere principes dan voor normale positioneersystemen. Omdat de apparatuur maar kleine afstanden overbrugt, is de doorslaggevende factor voor de benodigde positioneringstijd niet de maximumsnelheid van de aandrijving, maar de tijd voor het versnellen en afremmen, en de tijd die nodig is voor de mechanische verplaatsing van de gehele configuratie. Om de dynamiek van het positioneringsproces te verbeteren hebben deze drie factoren dus bijzondere aandacht nodig. De specialisten voor precisiemeting vonden een oplossing door de taak op te splitsen, met een specifieke aandrijving voor elk soort beweging. De beste oplossing om twee aandrijvingen op een lineair positioneersysteem aan te brengen, is een kogelomloopspindel. Aan beide uiteinden hiervan wordt een aandrijving bevestigd. Dit levert een positioneringssysteem op dat ook kan worden uitgerust met extra componenten om de efficiëntie in allerlei toepassingen te verhogen. En er is nog een voordeel: theoretisch gezien is er geen grens aan de aanvoerlengte, want de spindel kan zo lang worden uitgevoerd als nodig is. Zo wordt het ook mogelijk om in één keer grotere meetobjecten met meerdere meetpunten te verwerken, zonder dat hiervoor meerdere bevestigingsprocessen nodig zijn. Ter vergelijking: conventionele (gestapelde) piëzo-aandrijvingen ondersteunen een positioneringsbereik van slechts enkele millimeters.

DC-Motoren voor linear positioners

Gebruik maken van natuurlijke eigenschappen

Een goede oplossing combineert maximale voordelen met minimale kosten. Zelfs een hightech oplossing kan worden geïmplementeerd met relatief eenvoudige componenten, maar dit vraagt wel om knowhow. Voor snelle positionering in high-speed modus is een conventionele borstelmotor met een roterende encoder met balgkoppeling naar de as bijvoorbeeld een adequate aandrijving. De motor draait relatief kort, dus de warmteafgifte is verwaarloosbaar. Afhankelijk van de spindelhoek is een snelheidsbereik van 0,5 mm/s tot 100 mm/s praktisch haalbaar. In veel standaardtoepassingen is dat geschikt voor de eerste ruwe positionering. Als de nieuwe oplossing wisselt naar de extreem nauwkeurige modus, wordt zijn speciale eigenschap duidelijk. In de positioneermodus schakelt het systeem via een permanente magneetkoppeling zonder vermogen – en dus zonder warmteafgifte – over op de aandrijving met een roterende piëzomotor met een snelheid van 0,5 mm/s. In rust werkt de aandrijving vervolgens als passieve spindelrem die oscillaties dempt en ongewenste bewegingen van het positioneersysteem voorkomt. Een lineair meetsysteem met hoge resolutie registreert de beweging continu en draagt de gegevens over aan de motorbesturing. Zo beweegt de aandrijving het lineaire positioneersysteem in de precisiemodus met een snelheid van 0,00002 mm/s tot 0,15 mm/s, dus tot 20 nanometer per seconde! De snelheidsconstante in het onderste gedeelte van het bereik is alleen afhankelijk van de resolutie van de lineaire schaal die wordt gebruikt. De herhaalnauwkeurigheid is minder dan 100 nm. Door de benadering met een splitsing van taken kan het snelheidsbereik van het positioneringssysteem een ratio bereiken van meer dan 1.000.000:1 tussen minimum en maximum.

Optimale beweging

Extreme precisie hoeft niet extreem veel te kosten. Conventionele precisiemotoren met grafietcommutatie zijn geschikt voor gebruik in lineaire positioneersystemen met twee snelheden. FAULHABER heeft standaardmotoren aangepast voor de toepassing om zo tijd en geld te sparen bij de ontwikkeling. Afhankelijk van het vereiste koppel worden verschillende motoren gebruikt. De motoren met een diameter van 23 mm bereiken bijvoorbeeld een toerental van 7000 t.p.m. en een koppel tot 16 mNm. Ze zijn specifiek ontworpen voor gebruik in combinatie met magnetische encoders. Deze tweekanaals incrementele encoders zijn beschikbaar met 64, 128, 256 of 512 pulsen per omwenteling. Plug-in-tandwielsets zijn beschikbaar voor de motor van 22 mm om de benodigde snelheidsreductie en -verhoging te leveren. Ze zijn verkrijgbaar met vele verschillende reductieverhoudingen. PiezoMotor AB in Zweden, onderdeel van de FAULHABER GROUP, levert de roterende piëzomotor voor de precisie-aandrijving. Ook deze aandrijvingen zijn extreem compact met een lengte van 32 mm en een diepte van 23 bij een gewicht van slechts 70 gram. Ze werken met stuurspanningen in een bereik van 0 tot 3000 Hz en behalen 13,5 t.p.m. bij 2100 Hz. Het draaikoppel is 80 mNm en het houdkoppel 90 mNm. De maximale incrementele stapbreedte is 0,35 mrad. Een as van 3 mm dik en 6,5 mm lang levert de mechanische verbinding tussen de permanente magnetische koppeling of andere toepassingen. Met het juiste idee kunnen systemen voor extreem precieze positionering in het nanometerbereik significant worden verbeterd. Met langere slagen, hogere nauwkeurigheid en snellere positionering dan conventionele modellen besparen gebruikers waardevolle productietijd. Ondanks deze voordelen werkt het nieuwe systeem met relatief eenvoudige aandrijfcomponenten. Bewezen miniatuuraandrijvingen, geoptimaliseerd voor de specifieke toepassing, zijn meestal een betrouwbare keus voor zelfs de meest veeleisende taken.

Producten

DC-motoren
Geen restkoppel
Nauwkeurige positie- en koppelregeling
Zeer efficiënt
Laag geluidsniveau
Hoog koppel
Laag gewicht
Minimale massatraagheid van de rotor
Unieke dynamiek bij start-stopbedrijf
Details
Meer informatie

Aanbevolen inhoud

Hier vindt u externe materialen van YouTube bij dit artikel. Klik om ze te bekijken.

Ik ga ermee akkoord om externe inhoud te zien. Ik ben me ervan bewust dat mijn persoonlijke gegevens kunnen worden gedeeld met externe platformen. Raadpleeg voor meer informatie ons privacybeleid.