Hohe Präzision mit Piezomotoren
Die Nachfrage nach höherer Genauigkeit in der Fertigung treibt die Entwicklung von Präzisionsmaschinen und Messgeräten voran. Analyseinstrumente und Manipulatoren im Medizinsegment entwickeln sich weiter und liefern immer genauere Ergebnisse. Die Halbleiterindustrie arbeitet rund um die Uhr mit Präzisionsinstrumenten, um die Bauelemente auf dem Siliziumwafer zu verkleinern. Wo stets höchste Präzision gefordert wird, besteht in der Regel Bedarf an einem Piezo LEGS® Motor.
Wann immer Sie Mikrometer-, Nanometer- oder sogar Subnanometer-Präzision benötigen und der herkömmliche Elektromotor nicht ausreicht, haben wir die passende Lösung. Unsere Motoren sind präzise bis in den Nanometerbereich, haben eine sofortige Reaktionszeit und sind spielfrei. Dank des Direktantriebs werden keine Getriebe oder Gewindespindeln benötigt, um hochpräzise Bewegungen zu erzielen. Weitere Vorteile sind die geringe Größe und die hohe Kraftleistung.
Unsere patentierte und bewährte Piezo LEGS® Technologie eröffnet unseren Kunden völlig neue Möglichkeiten.
Anmerkungen zur Genauigkeit
Der Vergleich von Spezifikationen zwischen verschiedenen Antriebssystemen kann eine mühsame Aufgabe sein, da verschiedene Hersteller unterschiedliche Begriffe für dieselbe Spezifikation verwenden. Was meinen sie wirklich? Im Folgenden versuchen wir, Klarheit zu schaffen und uns an der Terminologie von ISO 5725-1 zu orientieren.
Auflösung
Bei einem mechanischen Antriebssystem ist die Auflösung die kleinste Positionsänderung, die an einer Achse ausgegeben werden kann. Bei einem Encoder ist die Auflösung der kleinste Schritt, den der Encoder erfassen kann.
Genauigkeit
Nach ISO 5725 werden zwei Begriffe, Richtigkeit und Präzision, zur Beschreibung der Genauigkeit verwendet. Wie dies zu verstehen ist, wird in der nachfolgenden Abbildung verdeutlicht.
Richtigkeit
Ist der Grad der Übereinstimmung zwischen dem Durchschnitt einer unendlichen Anzahl von wiederholten Messungen und einem Referenzwert (einem wahren Wert oder einem akzeptierten Referenzwert). Die Richtigkeit hängt von systematischen Fehlern ab, die bei wiederholten Messungen konstant bleiben oder auf vorhersehbare Weise variieren. Das Maß für die Richtigkeit wird häufig in Form von Abweichung ausgedrückt. Die Abweichung ist die Differenz zwischen dem erwarteten Testergebnis und dem akzeptierten Referenzwert.
Präzision
Ist der Grad der Übereinstimmung zwischen wiederholten Messungen. Die Messung der Präzision erfolgt immer unter konstanten Bedingungen während einer kurzen Zeitspanne. Mit anderen Worten: Die Präzision gibt an, wie stark ein Messergebnis unter konstanten Bedingungen variiert. Präzision hängt ausschließlich von der Verteilung zufälliger Abweichungen ab und bezieht sich nicht auf den wahren oder den vorgegebenen Wert. Das Präzisionsmaß wird üblicherweise damit ausgedrückt, „wie unpräzise etwas ist“. Errechnet wird es als Standardabweichung der Testergebnisse. Geringere Präzision spiegelt sich wider in einer größeren Standardabweichung.
Wiederholpräzision Ist die Präzision unter Wiederholbedingungen. Das bedeutet, dass unabhängige Prüfergebnisse bei konstanten Messbedingungen erzielt werden, d. h. innerhalb kurzer Zeit mit der gleichen Methode am identischen Testobjekt durch denselben Bearbeiter und unter Verwendung des gleichen Prüfaufbaus.
Die Genauigkeit kann anhand der nachfolgenden Abbildung erklärt werden. Dargestellt werden die Kombination aus Richtigkeit und Präzision und deren Auswirkung auf die Genauigkeit. Für ein Bewegungssystem ist die ideale Position in der oberen rechten Ecke, da in diesem Fall eine hohe Genauigkeit vorliegt. Unten rechts kann die Genauigkeit durch Kalibrierung verbessert werden. Wichtig ist eine hohe Wiederholpräzision.
Wechselwirkung zwischen Richtigkeit und Präzision und deren Auswirkung auf die Genauigkeit.
Die Genauigkeit eines Antriebssystems hängt von verschiedenen Faktoren wie Spiel, Reibung, Verschleiß, Hysterese, Drift, Nichtlinearität des Antriebs oder des Messsystems usw. ab. Einige dieser Faktoren lassen sich durch Messungen direkt am Ort des Interesses beheben. So kann ein Lineartisch etwa mit einem eingebauten Encoder ausgerüstet sein, der direkt auf dem beweglichen Teil des Tisches misst. Eine andere Methode ist die Messung direkt auf dem zu bewegenden Objekt mit einem Laser-Interferometer.
Erwähnt werden sollten einige Vorteile in Bezug auf die Genauigkeit, die sich bei der Verwendung eines PiezoLEGS Motors ergeben. Der Motor basiert auf dem Reibungskontakt zwischen einem Piezomaterial und einer beweglichen Stange, die an dem zu bewegenden Objekt befestigt ist. Der PiezoLEGS Motor hat einen echten Direktantrieb, da das Piezomaterial immer direkt mit der Antriebsstange in Kontakt steht. Dadurch wird die Anzahl der Bewegungskomponenten auf ein Minimum reduziert, und zwar auf den Motor selbst, ohne dass weitere mechanische Komponenten erforderlich sind. Die inhärente Steifigkeit des Piezomaterials kann somit in vollem Umfang genutzt werden, um ein steifes Bewegungssystem ohne Spiel, mit geringer Reibung, geringem Verschleiß usw. zu schaffen. Darüber hinaus ist der Verschleiß des Piezomotorsystems äußerst gering und die Leistung ist über die Zeit stabil und präzise wiederholbar. Die Abstimmung eines solchen Systems ist oft einfacher, da das Gesamtsystem stabil und vorhersehbar ist. Da die Auflösung von PiezoLEGS Motoren im Subnanometerbereich liegt, ist die begrenzende Komponente in einem von Piezo LEGS angetriebenen System oft der Encoder. PiezoLEGS Motoren bieten somit die Möglichkeit, eine hohe Genauigkeit in Bewegungssystemen zu erzielen.
