Positioneringsmechanisme met nauwkeurigheid tot op de micrometer

Als expert in motion control levert NSK klanten vaak manipulatoren en positioners die tot op de micrometer en zelfs nanometer nauwkeurig zijn. In deze applicatie worden fijne positioneertaken uitgevoerd onder een microscopisch gezichtsveld, wat de inzet vereist van vakkundige engineering en grote knowhow. Het positioneringsmechanisme ‘Nanopositioner’ van NSK vormt een perfecte illustratie van de kennis van het bedrijf over geïntegreerde mechatronica en precisiepositionering in aandrijftechnologie. Deze kennis is het resultaat van vele tientallen jaren pionierswerk van NSK in de ontwikkeling van verwante technologieën zoals lagers, lineaire bewegingsproducten en beeldverwerkingsoplossingen.

Groeiende vraag naar positioneringsmechanisme

De marktvraag naar een positioneringsmechanisme met nauwkeurigheid tot op de nanometer blijft groeien, vooral in sectoren zoals de productiemachines voor halfgeleiders, biotechnologie, optische communicatieapparatuur en micro-elektromechanische systemen (MEMS). De systemen voor fijnpositionering die aan deze eisen voldoen zijn al langer verkrijgbaar en bestaan typisch uit een kogelomloopspindel, stappenmotor en een piëzo-elektrisch element. Deze oplossingen zijn echter over het algemeen niet stijf genoeg en voldoen niet aan de ultrahoge resolutie die vereist is bij hoge snelheden.

De Nanopositioner van NSK biedt een oplossing voor deze problemen. Met een zelf ontwikkelde kogelomloopspindel met piëzo-elektrisch element, biedt het toestel nauwkeurige positionering tot op de nanometer aan hoge snelheden, zonder afbreuk te doen aan de mechanische stijfheid. De maximale snelheid is 72 mm/s, terwijl de resolutie 5 nm bedraagt en de positioneringsnauwkeurigheid ±15 nm.

Een van de vele belangrijke voordelen van het ultraprecieze positioneringsmechanisme is de opbouw en systeemstructuur. Conventionele fijnpositioneringstrappen gebruiken een gestapeld piëzo-elektrisch element als een piëzo-elektrische actuator, maar dit ontwerp is kwetsbaar voor spanning, moment en radiale krachten. Het gebruik van drukveren kan dit effect tegengaan, maar zij zijn niet voldoende stijf en kunnen een snelle werking belemmeren.

In de NSK Nanopositioner zit het piëzo-elektrisch element in een vast gelagerde lagerunit. Door het piëzo-elektrisch element op dezelfde as te monteren als de voorgespannen lagers, kunnen geen ongewenste moment- of radiale krachten optreden. Bovendien zorgt het aanbrengen van de voorspanning als drukkracht op het piëzo-elektrisch element voor minder spanning terwijl de stijfheid onaangetast blijft.

De Nanopositioner kan gemakkelijk toegepast worden in XYZ-positioneringssystemen. Zo vormt het toestel het hart van een beproefd micromanipulatiesysteem van NSK voor nauwkeurige positionering. Het systeem is ideaal voor meerdere toepassingen in de medische wetenschap en biotechnologie dankzij de mogelijkheid om voorwerpen zo klein als één enkele cel te manipuleren. Voor nanotechnologen is het systeem dan weer nuttig bij de assemblage van microscopenn.

Het ultraprecieze positioneringsmechanisme is aangedreven door een roterende motor en garandeert de vereiste nauwkeurige positionering van diverse systemen en micromanipulatoren, waardoor een gemakkelijke bediening en een uiterst nauwkeurige beweging van diverse hulpstukken verkregen wordt.

Er zijn twee types NSK Nanopositioner beschikbaar: de M serie met een compacte éénassige opbouw en de CD-serie met een dubbelassige XY-tafel.

Lees ook:

• Machine risicobeoordeling op afstand
• Solar Nederland automatiseert magazijn