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          【芯明天納米級微運動】之【壓電納米定位臺】
          壓電納米定位臺的命名由它的驅動其功能相結合而來的。“壓電"指的是它的驅動,即利用PZT壓電陶瓷來作為驅動源產生運動;而“納米定位"則是它的功能,它的移動端面可以產生納米級精度的步進運動;“臺"則是它的外形形態,類似一個平臺。


          壓電納米定位臺是將PZT壓電陶瓷與柔性鉸鏈結構、金屬殼體結構相結合,并配備有機械固定安裝接口與負載安裝接口。
          壓電納米定位臺可直接帶動負載進行微位移調節,其運動面有螺紋孔用于安裝固定負載。此外,壓電納米定位臺可集成于各類高精密裝備,為其提供納米級運動控制、光路控制等。


          壓電納米定位臺外觀及運動效果

          中空與非中空型壓電納米定位臺



          根據壓電納米定位臺是否帶有中心通孔,可分為中空式壓電納米定位臺與非中空式壓電納米定位臺。
          圖片


          中空式壓電納米定位臺在其臺面的中心區域具有通孔,這種通孔設計非常適用于透射光應用或特殊結構要求的應用。芯明天中空式壓電納米定位臺的通孔尺寸由φ10mm至φ310mm不等,形狀為圓形、方形等。既可適用于小型設備(如紅外熱成像)的小通孔應用,又可用于大型設備(如大口徑干涉儀)要求的大通孔應用。


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          標準型與低溫真空無磁型


          根據壓電納米定位臺的應用環境,它又分為標準版、低溫真空、無磁版本。標準版壓電納米定位臺是為正常室溫下使用而設計;而低溫、真空、無磁版本是專為特殊環境應用而設計,它采用低溫壓電陶瓷驅動器以及輕型耐低溫、無磁結構材料,內部各部件都是環境兼容型。

          低溫真空無磁型壓電納米定位臺非常適用于半導體加工、檢測等應用。



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          標準版與真空無磁版本

          參數舉例


          型號

          P13A.XYZ80K

          工作溫度

          常溫

          4K

          中空尺寸

          5mm×5mm

          5mm×5mm

          位移

          80μm

          25μm

          運動軸

          X Y Z

          X Y Z

          分辨率

          1nm

          0.3nm





          直驅機構與放大機構


          壓電納米定位臺是通過PZT壓電陶瓷驅動,但內部的驅動結構會分為兩種,分別為直驅式機構與放大式機構。


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          直驅機構與放大機構區別
          類型
          直驅機構
          放大機構
          位移
          1:1輸出
          1:n輸出,位移更大
          出力
          1:1輸出
          出力有一定的減少
          負載能力
          更強
          響應時間
          更快
          分辨率
          更高
          定位精度

          直驅與放大機構的區別是在其他條件一致情況下的對比。放大機構式壓電平臺的位移更大,在同等驅動電壓下,放大機構式平臺的位移是直驅機構式平臺位移的幾倍至幾十倍。而直驅機構式壓電平臺響應速度更快,定位時間更短。兩種驅動方式閉環精度都很高。


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          開環與閉環版本




          壓電納米定位臺的內部可選擇配置傳感器,從而形成閉環控制。根據是否配有傳感器,壓電納米定位臺又分為開環與閉環版本。閉環壓電納米定位臺配有傳感器,且具有多種傳感器類型可選,如電容式、電感式、應變式閉環,此外,也可采用外部傳感器與芯明天壓電控制器間形成閉環控制。閉環傳感器的類型影響著壓電納米定位臺的控制精度、外形尺寸、工作頻率及成本等因素。



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          開環壓電納米定位臺的分辨率是無限高的,只受控制設備的噪聲的限制,但是由于壓電陶瓷的遲滯和蠕變特性,使其重復性和穩定性較低。閉環版本可消除遲滯和蠕變,具有更高的定位精度,可實現定位位置的實時反饋。此外,閉環版本下,驅動控制電壓與壓電納米定位臺產生的位移成線性關系,非常適合納米級精確定位應用。而開環壓電納米定位臺可適合于動態掃描應用。


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          面向多樣化應用




          根據壓電納米定位臺的應用環境分類,它又可分為通用型納米定位臺、壓電式移相器、壓電掃描臺、壓電顯微成像臺等等。

          通用型壓電納米定位臺可適用于各類應用,根據應用中位移、承載能力、工作頻率、外形結構選擇即可。

          壓電式移相器是專為光學移相應用而設計,步進分辨率可達0.5nm以下,可正向、倒置、側臥式使用,承載能力強,且預留有各種尺寸的中心通孔,以便于光的通過,是激光干涉儀測量中的移相組件。

          壓電顯微成像臺是為顯微成像應用而設計,它通常具有大型的中孔設計,安裝孔位會與顯微成像儀器的樣品臺相匹配??蛇x擇定制壓電顯微成像臺上的樣品臺結構。

          ......


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          參數舉例


          P17.XY200
          P77.106K
          P79.Z100
          類型
          通用型
          移相器
          顯微成像臺
          中空尺寸
          60mm×60mm
          Φ106mm
          83mm×65mm
          位移
          187.5μm
          17.5μm
          100μm
          運動軸
          X Y
          Z或X
          Z
          分辨率
          1.5nm
          0.2nm
          1nm
          承載能力
          1kg
          15kg
          2kg




          壓電納米定位臺應用




          芯明天壓電納米定位臺因其納米級超高精度、多樣性定制化、可靠的性能,廣泛應用于各類應用,如掃描顯微、光路調整、納米操控技術、生物科技、激光干涉、光通信、CCD圖像處理、顯微成像/操作、納米壓印/光刻、納米定位/測量、共焦顯微、AFM等。



          1)壓電納米定位臺應用于力的閉環控制



          壓電納米定位臺可進行納米量級的步進,在電壓信號的控制下,可產生與電壓信號成基本線性關系的位移。此外,壓電納米定位臺也可產生出力,且出力也與電壓信號成線性關系。

          下圖中,是通過芯明天P83系列宏微復合平臺及XP-63X系列壓電納米定位臺配合探針系統、力傳感器等搭建的一套力閉環系統,從而可進行特殊材料的高精度表面微加工。



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          2)壓電納米定位臺應用于3D微納打印


          微納3D打印就像蓋房子一樣,磚塊是一層一層的,累積起來后,就成一個立體的房子。
          芯明天P11.XYZ三維壓電納米定位臺應用于3D微納打印中,它不僅可精確調整光學元件的位置,為光路徑的傳輸及聚焦焦點提供快速、精準的定位,還可用于調整待加工材料的位置,保證微納加工的高精度及準確性。

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          3)壓電納米定位臺應用于熒光顯微鏡、三維顯微成像

          熒光顯微鏡是一種利用觀察物體的熒光來進行產品研究的顯微鏡設備。它被使用在了許多不同的領域,如生物科學、航天科技、教育機構等。
          芯明天P12.XYZ系列中空式壓電納米定位臺為樣品(或物鏡)的Z向升降聚焦及樣品XY向的范圍調節提供納米級精度的定位。

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          4)壓電納米定位臺應用于光刻

          納米光刻是一種全新的納米圖形復制方法,實質是將傳統的模具復型原理應用到微觀制造領域。首先計算機將BMP圖轉化成灰度圖,然后再通過二維掃描臺,帶動鍍膜鏡片對讀取的圖像信息進行優化。同時控制激光器及掃描臺,完成圖像的納米定位加工。納米光刻技術是制作納米結構的關鍵,具有廣闊的應用前景。
          利用芯明天P12系列XY二維掃描臺,可帶動鍍膜鏡片對讀取的圖像信息進行優化,同時控制激光器及掃描臺,兩者配合完成圖像的納米級精度加工。

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          5)壓電納米定位臺應用于干涉


          干涉測量技術是以光波干涉原理為基礎進行測量的一門技術,在現代精密測量領域中,許多測量工作都是靠干涉實現的。
          芯明天P77系列壓電移相器是專為光學檢測移相應用而設計,行程范圍可達100µm,負載能力可高達25kg,適于各種鏡片、鏡頭的光學檢測設備??梢罁蛻舻脑O備應用要求量身定制。

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          壓電納米定位臺安裝操作說明



          1)安全指南



          壓電納米定位臺采用先進的技術和安全標準設計而成,為了您的自身安全及產品的正確使用,使用時請注意以下幾點。
          溫度改變和壓力都會給壓電納米定位臺充電,與控制器斷開連接的一段時間壓電納米定位臺也會保持帶電狀態,所以操作者在使用時要注意:
          ·不要擅自拆卸壓電納米定位臺;
          ·在安裝以前給壓電納米定位臺進行放電,這個可以通過和控制器連接實現;
          ·在操作過程中不要拔出控制器;
          ·使用前首先檢查本產品的連接線是否完好,產品及控制器是否進行了有效的接地保護,操作過程中應嚴格規范操作,上電后不要用手觸碰產品(最高可達150V以上電壓),以防發生危險。 
          為了防止不當操作對產品造成損壞,使用時應注意以下幾點:
          ·壓電納米定位臺盡量在無塵、無油、無潤滑劑的環境中使用; 
          ·建議負載不要超過本產品的承載能力,裝載時注意扭力不要過大,不要撬或扭轉負載面,以免損傷結構; 
          ·當出現異常情況應該立即關閉相關部分;
          ·壓電納米定位臺長期使用建議使用電壓為0~120V;
          ·請勿對產品進行拆解,以免造成產品損壞; 
          ·避免拉伸和彎曲電纜接口,防止對電纜造成損壞; 
          ·使用我公司提供的專用電纜連接壓電納米定位臺和控制器; 
          ·不能隨便使用電纜延長線,如需要更長電纜請聯系我司銷售人員。


          2)安裝與注意事項



          安裝前首先要進行安全檢查,如連接線有無破損、斷線,驅動電源有無接地保護等。
          壓電納米定位臺安裝步驟如下:
          1、確保安裝平面較平;
          2、用螺釘固定平臺,擰緊;
          3、連接接地保護,如圖所示;
          圖片
          4、安裝負載,適當擰緊以確保定位精度;
          5、將產品連接線按連接器頭處標識與控制器對應接口連接起來;
          6、如有不清楚的地方請咨詢芯明天公司。


          3)加載



          安裝負載時確保負載質量小于壓電納米定位臺最大承載,盡量將負載安裝在運動面中心位置。負載的正確放置方式如下圖所示:
          圖片
          負載加在工作臺的臺面中心

          對于產品的保護我們不建議負載過高,如必須采用較高的負載請適當減小負載重心位置,錯誤放置方式如下圖所示:
          圖片
          盡量不要讓負載重心遠遠超過運動平臺

          禁止將負載加載在運動臺的一側,這會對產品造成嚴重的破壞,如下圖所示:
          圖片禁止加載較長負載且加在運動臺的一側
          緊固和連接過程選用的螺釘過長會導致安裝不上或者螺栓有部分漏出,露出會刮傷產品,影響產品的運動精度,過短的螺栓,會導致連接不夠緊湊,容易發生松動,操作時松動會破壞產品內部結構。
          圖片
          注意事項:
          · 安裝負載時緩慢擰緊負載,扭矩不要太大,以免損傷機構;
          · 避免拉伸電纜和彎曲電纜;
          · 使用我公司提供的專用電纜連接壓電納米定位臺和控制器;
          · 不要擅自延長電纜,如需更長電纜請聯系我們客服。



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