KEM Konstruktion 11.2018

Bild: PI
Die Positioniermechanik des Probenmoduls: Der
Hexapod mit sechs aktiven Streben und sechs redundanten
Streben zur Positionsrückmeldung sitzt
darunter sichtbar
Bild: PI
Bild: PI
Hexapoden richten die Röntgenoptiken in bis zu
sechs Achsen aus. Zusätzliche Goniometer
ermöglichen eine Rotation um den Strahlengang
tische 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-Piezo-Walk-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
dadurch besser als 100 nm.
Der Rotationsfreiheitsgrad für die Tomographie wird mit einem präzisen
Luftlager erreicht. Die gemessene Abweichung der Probenposition
100 mm über der Stage beträgt weniger als 85 nm bis 130
nm, abhängig vom Neigungswinkel des Goniometers darunter. 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-Piezo-Walk-Antriebe,
die sich durch hohe Steifigkeit und Vorschubkräfte
von mehreren 100 N auszeichnen. Sie können Fehler im
Bereich weniger μm mit Nanometerauflösung dynamisch kompensieren,
sind für Positionier- und Haltekräfte von bis zu 800 N ausgelegt
und arbeiten bei niedrigen Geschwindigkeiten.
jg
www.pi.de
Details zum PI-System für Mikroskopie, Tomographie,
Laminographie:
hier.pro/A3cUa
Messe SPS IPC Drives: Halle 4, Stand 460
Der Schwerlasthexapod
hat sechs zusätzliche
und unbelastete, mit
Absolutwertgebern
ausgestattete Beine,
die ausschließlich zur
Messung der Position
der obersten Plattform
dienen
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K|E|M Konstruktion 11 2018 77