Antriebstechnik für höchste Genauigkeit: Positionieren im Nanometerbereich

Zum Lineartechnik-Programm von NSK gehören Positionssysteme und Manipulatoren, die höchste Genauigkeit im Mikrometer- und sogar Nanometerbereich erreichen. Diese Antriebssysteme führen Positioniervorgänge unter dem Sichtfeld eines Mikroskops aus. Ein Beispiel dafür ist der Nanopositionierer von NSK, der die Kompetenz des Unternehmens in der integrierten Mechatronik und in der Antriebstechnik für die Präzisionspositionierung verdeutlicht.

Feinpositioniertische, die die Anforderungen der Anwender erfüllen, sind am Markt bereits verfügbar. Sie bestehen typischerweise aus einer Kugelumlaufspindel, einem Schrittmotor und einem piezoelektrischen Element. Diesen Lösungen mangelt es jedoch in der Regel an Steifigkeit und sie erreichen nicht die ultrahohe Auflösung, die bei hohen Geschwindigkeiten erforderlich ist.

Der Nanopositionierer von NSK meistert diese Herausforderungen. Ausgestattet mit einer eigenen Kugelgewindetrieb-Festlagereinheit mit piezoelektrischem Element, ermöglicht das Gerät eine Feinpositionierung mit Nanometergenauigkeit und hohen Geschwindigkeiten, ohne dass die mechanische Steifigkeit darunter leidet. Die maximale Geschwindigkeit beträgt 72 mm/s. Die Auflösung beträgt 5 nm und die Positioniergenauigkeit ±15 nm.

Zu den wichtigsten Unterscheidungsmerkmalen des Nanopositionierers von anderen Feinpositioniersystemen gehören die Konfiguration und der Systemaufbau. Konventionelle Feinpositioniertische verwenden ein gestapeltes piezoelektrisches Element als piezoelektrischen Aktor. Diese Konstruktion ist aber anfällig für Zug-, Moment- und Radialkräfte. Der Einsatz von Druckfedern kann diesem Effekt entgegenwirken, allerdings fehlt es ihnen an ausreichender Steifigkeit und sie können den Hochgeschwindigkeitsbetrieb beeinträchtigen.

Stattdessen ist beim Nanopositionierer von NSK ein piezoelektrisches Element in einer Kugelgewindetrieb-Lagereinheit integriert. Durch die Montage des piezoelektrischen Elements auf der gleichen Welle wie die vorgespannten Lager treten keine unerwünschten Momente oder Radialkräfte auf. Außerdem werden durch die Bereitstellung der Lagervorspannung als Druckkraft auf das piezoelektrische Element Verspannungen vermieden, während die Steifigkeit kompromisslos hoch bleibt.

Der Nanopositioner erlaubt eine einfache Anwendung in XYZ-Positioniertischen. So ist das Gerät beispielsweise das Herzstück eines bewährten NSK-Mikromanipulationssystems zur Feinpositionierung. Mit der Fähigkeit, Objekte zu manipulieren, die so klein sind wie eine einzelne Zelle, ist das System ideal für eine Vielzahl von Anwendungen in der Medizin und Biotechnologie. In der Nanotechnologie wird das für den Zusammenbau mikroskopisch kleiner Werkzeuge verwendet.

Angetrieben von einem Rotationsmotor erlaubt der Nanopositionierer die erforderliche Feinpositionierung verschiedener Aufbauten und Mikromanipulatoren. Eine einfache Bedienung ist ebenso gewährleistet wie die hochpräzise Bewegung verschiedener Tischaufsätze.
NSK bietet zwei Typen von Nanopositionierern an: die M-Serie mit einem kompakten Ein-Achsen-Tisch und die CD-Serie mit einem Zwei-Achsen-XY-Tisch.

1) Die Grundkonstruktion des Nanopositionierers von NSK ist so aufgebaut, dass im Unter-schied zu ähnlichen Systemen keine Zug-, Moment- und Radialkräfte auf die Achse ein-wirken

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