antriebstechnik 11/2018

LINEARTECHNIK
Zwei dieser optischen Röntgenmodule sind
zusätzlich mit Goniometern und Piezoscannern
ausgestattet, um einen großen
Winkelbewegungsbereich um die Strahlachse
sowie eine Phasenabtastung von z. B. Röntgengittern
im Nanometer-Bereich zu ermöglichen.
Sie lassen sich bei Bedarf auf
jedem der Hexapoden anbringen. Bei einem
Wechsel müssen keine Kabel neu verlegt
werden, da entsprechende Anschlüsse in
jedem der Module integriert sind. Darüber
hinaus erkennt die Maschinensoftware automatisch,
wo die Baugruppen montiert sind.
Kräftige Parallelkinematik
Ein äußerer Regelkreis
kompensiert die Verformungen
der Antriebsbeine
des Hexapoden auf
Basis der von den Messbeinen
gesammelten Daten für
eine Wiederholgenauigkeit
besser als 100 Nm.
Das Detektorportalmodul positioniert die
Kamera mit der Detektoroptik in drei Freiheitsgraden.
Hohe Steifigkeit und Stabilität
garantiert hier ebenfalls ein parallelkinematisches
System. Es stellt zwei laterale
Freiheitsgrade senkrecht zum Strahl und
einen Rotationsfreiheitsgrad um die Strahlachse
bereit. Der Rotationsmittelpunkt
kann auch hier per Software beliebig eingestellt
werden, um ihn an die Detektor­
Dr. Markus Simon
03 Der Schwerlasthexapod
hat sechs
zusätzliche und unbelastete,
mit Absolutwertgebern
ausgestattete
Beine, die ausschließlich
zur Messung der Position
der obersten Plattform
dienen
geometrie anzupassen. Da der vom KIT
verwendete Detektor groß und schwer (ca.
60 kg) ist, wurde das parallelkinematische
Positioniersystem so konstruiert, dass es
hohe Präzision bei gleichzeitig hoher Stabilität
gewährleistet.
Das Herzstück des Systems ist das Probenmodul,
das verschiedene experimentelle
Schemata ermöglicht. Es ist ebenfalls auf
hohe Steifigkeit, Stabilität und Präzision
ausgelegt. Von unten nach oben sind ein
Hexapod, ein Goniometer, eine Rotationsachse
mit Luftlager und ein dreiachsiger
Nexline PiezoWalk-Positionierer übereinander
gestapelt. Der Schwerlasthexapod
erlaubt die Ausrichtung in sechs Freiheitsgraden
mit beliebigem Rotationszentrum.
Bei seiner Konstruktion musste berücksichtigt
werden, dass neben der Probe etwa
250 kg Positionierungsgeräte mitgeführt
werden müssen. Eine
solche Belastung führt
zwangsläufig zu Gelenkverformungen,
die eine
Wiederholbarkeit im Submikrometerbereich
unmöglich
machen. Um
diese Herausforderung
zu meistern, wurden
sechs zusätzliche und
unbelastete, mit Absolutwertgebern
ausgestattete
Beine ausschließlich zur
Messung der Position der
obersten Plattform eingesetzt.
Ein separater äußerer Regelkreis kompensiert
dann die Verformungen der Antriebsbeine
des Hexapoden auf Basis der
von den Messbeinen gesammelten Daten.
Die Wiederholgenauigkeit des Hexapods ist
auf diese Weise besser als 100 Nm.
Das große Goniometer auf dem Hexapod
ermöglicht die Verkippung einer flachen
und ausgedehnten Probe im Strahl und
damit ihre Charakterisierung mit laminographischen
Methoden. Ihr Verfahrbereich
beträgt 0 bis 60° um die Strahlachse. Zur
Erhöhung der Stabilität und Reproduzierbarkeit
ist sie mechanisch mit zusätzlichen
Motoren vorgespannt, die dem eigentlichen
Goniometerantrieb entgegenwirken. Die
Größe der aufgebrachten Kraft hängt vom
Neigungswinkel ab, unter Berücksichtigung
der Massenverteilung der Struktur und der
Position der Baugruppe darüber.
Der tatsächliche Rotationsfreiheitsgrad
für die Tomographie wird mit einem hochpräzisen
Luftlager erreicht. Die gemessene
Abweichung der Probenposition 100 mm
über der Stage beträgt – abhängig vom Neigungswinkel
des Goniometers darunter –
weniger als 85 bis 130 Nm. Dies wird durch
sorgfältige Konstruktion und präzise Abstimmung
der dem Lager zugeführten
Druckluft erreicht.
Auf die Rotationsstufe ist ein dreiachsiges
Positioniersystem montiert, das der Fehlerkompensation
der Rotationsstufe in drei
Freiheitsgraden und zur Probenausrichtung
dient. Treibende Kraft sind hier Nexline
PiezoWalk-Antriebe, die sich durch besonders
hohe Steifigkeit und Vorschubkräfte
von mehreren 100 N auszeichnen. Sie können
Fehler im Bereich weniger Mikrometer
mit Nanometerauflösung dynamisch kompensieren,
sind für Positionier- und Haltekräfte
von bis zu 800 N ausgelegt und arbeiten
bei niedrigen Geschwindigkeiten. In
der Anwendung wurden Nexline-Tische mit
Kreuzrollenlagern eingesetzt, um bei vergleichsweise
großen Verfahrwegen höchste
Steifigkeit und Auflösung zu gewährleisten.
Mit einer Auflösung von weniger als 10 Nm
ist zudem ein Probenscan für STXM (scanning
transmission X-ray microscopy) bzw.
Ptychographie möglich.
Fotos: Physik Instrumente
www.physikinstrumente.de
Das MiQA-System
Ein Video über das MiQA (Microscopy and
Quality Assurance)-System finden Sie
unter diesem Link:
https://youtu.be/VJ2IEXIQ0JA
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