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【芯明天纳米级微运动】之【压电纳米定位台】
压电纳米定位台的命名由它的驱动其功能相结合而来的。“压电"指的是它的驱动,即利用PZT压电陶瓷来作为驱动源产生运动;而“纳米定位"则是它的功能它的移动端面可以产生纳米级精度的步进运动;“台"则是它的外形形态,类似一个平台


压电纳米定位台是将PZT压电陶瓷与柔性铰链结构、金属壳体结构相结合,并配备有机械固定安装接口与负载安装接口。
压电纳米定位台可直接带动负载进行微位移调节,其运动面有螺纹孔用于安装固定负载。此外,压电纳米定位台可集成于各类高精密装备,为其提供纳米级运动控制、光路控制等。


压电纳米定位台外观及运动效果

中空与非中空型压电纳米定位台



根据压电纳米定位台是否带有中心通孔,可分为中空式压电纳米定位台与非中空式压电纳米定位台。
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中空式压电纳米定位台在其台面的中心区域具有通孔,这种通孔设计非常适用于透射光应用或特殊结构要求的应用。芯明天中空式压电纳米定位台的通孔尺寸由φ10mm至φ310mm不等,形状为圆形、方形等。既可适用于小型设备(如红外热成像)的小通孔应用,又可用于大型设备(如大口径干涉仪)要求的大通孔应用。


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标准型与低温真空无磁型


根据压电纳米定位台的应用环境,它又分为标准版、低温真空、无磁版本。标准版压电纳米定位台是为正常室温下使用而设计;而低温、真空、无磁版本是专为特殊环境应用而设计,它采用低温压电陶瓷驱动器以及轻型耐低温、无磁结构材料,内部各部件都是环境兼容型。

低温真空无磁型压电纳米定位台非常适用于半导体加工、检测等应用。



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标准版与真空无磁版本

参数举例


型号

P13A.XYZ80K

工作温度

常温

4K

中空尺寸

5mm×5mm

5mm×5mm

位移

80μm

25μm

运动轴

X Y Z

X Y Z

分辨率

1nm

0.3nm





直驱机构与放大机构


压电纳米定位台是通过PZT压电陶瓷驱动,但内部的驱动结构会分为两种,分别为直驱式机构与放大式机构。


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直驱机构与放大机构区别
类型
直驱机构
放大机构
位移
1:1输出
1:n输出,位移更大
出力
1:1输出
出力有一定的减少
负载能力
更强
响应时间
更快
分辨率
更高
定位精度

直驱与放大机构的区别是在其他条件一致情况下的对比。放大机构式压电平台的位移更大,在同等驱动电压下,放大机构式平台的位移是直驱机构式平台位移的几倍至几十倍。而直驱机构式压电平台响应速度更快,定位时间更短。两种驱动方式闭环精度都很高。


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开环与闭环版本




压电纳米定位台的内部可选择配置传感器,从而形成闭环控制。根据是否配有传感器,压电纳米定位台又分为开环与闭环版本。闭环压电纳米定位台配有传感器,且具有多种传感器类型可选,如电容式、电感式、应变式闭环,此外,也可采用外部传感器与芯明天压电控制器间形成闭环控制。闭环传感器的类型影响着压电纳米定位台的控制精度、外形尺寸、工作频率及成本等因素。



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开环压电纳米定位台的分辨率是无限高的,只受控制设备的噪声的限制,但是由于压电陶瓷的迟滞和蠕变特性,使其重复性和稳定性较低。闭环版本可消除迟滞和蠕变,具有更高的定位精度,可实现定位位置的实时反馈。此外,闭环版本下,驱动控制电压与压电纳米定位台产生的位移成线性关系,非常适合纳米级精确定位应用。而开环压电纳米定位台可适合于动态扫描应用。


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面向多样化应用




根据压电纳米定位台的应用环境分类,它又可分为通用型纳米定位台、压电式移相器、压电扫描台、压电显微成像台等等。

通用型压电纳米定位台可适用于各类应用,根据应用中位移、承载能力、工作频率、外形结构选择即可。

压电式移相器是专为光学移相应用而设计,步进分辨率可达0.5nm以下,可正向、倒置、侧卧式使用,承载能力强,且预留有各种尺寸的中心通孔,以便于光的通过,是激光干涉仪测量中的移相组件。

压电显微成像台是为显微成像应用而设计,它通常具有大型的中孔设计,安装孔位会与显微成像仪器的样品台相匹配。可选择定制压电显微成像台上的样品台结构。

......


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参数举例


P17.XY200
P77.106K
P79.Z100
类型
通用型
移相器
显微成像台
中空尺寸
60mm×60mm
Φ106mm
83mm×65mm
位移
187.5μm
17.5μm
100μm
运动轴
X Y
Z或X
Z
分辨率
1.5nm
0.2nm
1nm
承载能力
1kg
15kg
2kg




压电纳米定位台应用




芯明天压电纳米定位台因其纳米级超高精度、多样性定制化、可靠的性能,广泛应用于各类应用,如扫描显微、光路调整、纳米操控技术、生物科技、激光干涉、光通信、CCD图像处理、显微成像/操作、纳米压印/光刻、纳米定位/测量、共焦显微、AFM等。



1)压电纳米定位台应用于力的闭环控制



压电纳米定位台可进行纳米量级的步进,在电压信号的控制下,可产生与电压信号成基本线性关系的位移。此外,压电纳米定位台也可产生出力,且出力也与电压信号成线性关系。

下图中,是通过芯明天P83系列宏微复合平台及XP-63X系列压电纳米定位台配合探针系统、力传感器等搭建的一套力闭环系统,从而可进行特殊材料的高精度表面微加工。



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2)压电纳米定位台应用于3D微纳打印


微纳3D打印就像盖房子一样,砖块是一层一层的,累积起来后,就成一个立体的房子。
芯明天P11.XYZ三维压电纳米定位台应用于3D微纳打印中,它不仅可精确调整光学元件的位置,为光路径的传输及聚焦焦点提供快速、精准的定位,还可用于调整待加工材料的位置,保证微纳加工的高精度及准确性。

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3)压电纳米定位台应用于荧光显微镜、三维显微成像

荧光显微镜是一种利用观察物体的荧光来进行产品研究的显微镜设备。它被使用在了许多不同的领域,如生物科学、航天科技、教育机构等。
芯明天P12.XYZ系列中空式压电纳米定位台为样品(或物镜)的Z向升降聚焦及样品XY向的范围调节提供纳米级精度的定位。

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4)压电纳米定位台应用于光刻

纳米光刻是一种全新的纳米图形复制方法,实质是将传统的模具复型原理应用到微观制造领域。首先计算机将BMP图转化成灰度图,然后再通过二维扫描台,带动镀膜镜片对读取的图像信息进行优化。同时控制激光器及扫描台,完成图像的纳米定位加工。纳米光刻技术是制作纳米结构的关键,具有广阔的应用前景。
利用芯明天P12系列XY二维扫描台,可带动镀膜镜片对读取的图像信息进行优化,同时控制激光器及扫描台,两者配合完成图像的纳米级精度加工。

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5)压电纳米定位台应用于干涉


干涉测量技术是以光波干涉原理为基础进行测量的一门技术,在现代精密测量领域中,许多测量工作都是靠干涉实现的。
芯明天P77系列压电移相器是专为光学检测移相应用而设计,行程范围可达100µm,负载能力可高达25kg,适于各种镜片、镜头的光学检测设备。可依据客户的设备应用要求量身定制。

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压电纳米定位台安装操作说明



1)安全指南



压电纳米定位台采用先进的技术和安全标准设计而成,为了您的自身安全及产品的正确使用,使用时请注意以下几点。
温度改变和压力都会给压电纳米定位台充电,与控制器断开连接的一段时间压电纳米定位台也会保持带电状态,所以操作者在使用时要注意:
·不要擅自拆卸压电纳米定位台;
·在安装以前给压电纳米定位台进行放电,这个可以通过和控制器连接实现;
·在操作过程中不要拔出控制器;
·使用前首先检查本产品的连接线是否完好,产品及控制器是否进行了有效的接地保护,操作过程中应严格规范操作,上电后不要用手触碰产品(最高可达150V以上电压),以防发生危险。 
为了防止不当操作对产品造成损坏,使用时应注意以下几点:
·压电纳米定位台尽量在无尘、无油、无润滑剂的环境中使用; 
·建议负载不要超过本产品的承载能力,装载时注意扭力不要过大,不要撬或扭转负载面,以免损伤结构; 
·当出现异常情况应该立即关闭相关部分;
·压电纳米定位台长期使用建议使用电压为0~120V;
·请勿对产品进行拆解,以免造成产品损坏; 
·避免拉伸和弯曲电缆接口,防止对电缆造成损坏; 
·使用我公司提供的专用电缆连接压电纳米定位台和控制器; 
·不能随便使用电缆延长线,如需要更长电缆请联系我司销售人员。


2)安装与注意事项



安装前首先要进行安全检查,如连接线有无破损、断线,驱动电源有无接地保护等。
压电纳米定位台安装步骤如下:
1、确保安装平面较平;
2、用螺钉固定平台,拧紧;
3、连接接地保护,如图所示;
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4、安装负载,适当拧紧以确保定位精度;
5、将产品连接线按连接器头处标识与控制器对应接口连接起来;
6、如有不清楚的地方请咨询芯明天公司。


3)加载



安装负载时确保负载质量小于压电纳米定位台最大承载,尽量将负载安装在运动面中心位置。负载的正确放置方式如下图所示:
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负载加在工作台的台面中心

对于产品的保护我们不建议负载过高,如必须采用较高的负载请适当减小负载重心位置,错误放置方式如下图所示:
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尽量不要让负载重心远远超过运动平台

禁止将负载加载在运动台的一侧,这会对产品造成严重的破坏,如下图所示:
图片禁止加载较长负载且加在运动台的一侧
紧固和连接过程选用的螺钉过长会导致安装不上或者螺栓有部分漏出,露出会刮伤产品,影响产品的运动精度,过短的螺栓,会导致连接不够紧凑,容易发生松动,操作时松动会破坏产品内部结构。
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注意事项:
· 安装负载时缓慢拧紧负载,扭矩不要太大,以免损伤机构;
· 避免拉伸电缆和弯曲电缆;
· 使用我公司提供的专用电缆连接压电纳米定位台和控制器;
· 不要擅自延长电缆,如需更长电缆请联系我们客服。



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