PI Rest Aktoren

Active Shims mit Nanometer-Auflösung und Langzeitstabilität

Anwendungen

Anwendungen für Active Shims finden sich dann überall dort, wo der Abstand zweier Baugruppen kritisch ist und nachjustiert werden muss aufgrund von Driften oder Toleranzveränderungen. Vor allem dann, wenn die Umgebungsbedingungen und die Zugänglichkeit einen manuellen Eingriff erschweren, bieten sich PI Rest Aktoren an

  • Bei der Qualifikation, Kalibrierung der Maschine
  • Bei der Ersteinrichtung von Maschinen bei Kunden
  • Bei der Nachjustierung aufgrund von Temperaturdriften
  • Bei der Neujustierung aufgrund geänderter Maße z.B. von Bauteilen

 

Aufgrund der hohen Auflösung der Aktoren von wenigen Nanometern schließt das auch Anwendungen nicht nur im klassischen Maschinenbau ein, sondern beispielsweise auch die Justage von optischen Komponenten in der Astronomie, Materialforschung in Synchrotrons oder in der Halbleiterfertigung.


Neuartige Piezotechnologie für die aktive Justage von dauerstabilen Abständen

Wenn sich ein Soll- oder Ist-Maß zwischen zwei Komponenten innerhalb einer Maschine ändert, kann es erforderlich sein, dieses anzupassen.

Klassische, auf genaue Abstände geschliffene Unterlegscheiben haben dabei den Nachteil, dass sie mechanisch eingefügt werden müssen. Die Justierung kann hierbei nicht beliebig fein vorgenommen werden und das festgelegte Maß kann nicht mehr geändert werden.

Anders bei den von PI entwickelten piezobasierten Unterlegscheiben PI Rest, die einmal eingefügt werden und dann den Abstand zwischen zwei Bauteilen aktiv einstellen bzw. nachstellen können.

Herkömmliche piezokeramische Aktoren waren dafür nicht geeignet. Die elektrische Spannung (Offset-Spannung) am Aktor muss aufrecht erhalten werden, so lange man die Auslenkung wünscht – ein deutlicher Nachteil für die Lebensdauer des Aktors und die Ausstattung der Maschine, die hierfür eine zusätzliche stabile Spannungsversorgung benötigt.

PI Rest Technologie basiert zwar auf Piezoaktoren, jedoch halten diese ihre Auslenkung nach der Justierung stabil und nanometer-genau auch ohne Offset Spannung.


Einfache Anwendbarkeit

Bereits in der Konstruktion der Maschine werden die Active Shims vorgesehen. Diese können in nahezu beliebiger Form und Größe hergestellt und integriert werden – als Platten oder Ringe bis hin zu komplexen hybriden Antriebskomponenten, die über die statische Justierung hinaus noch aktive Schwingungskompensationen oder andere nanometer-genaue Bewegungen vornehmen können.

Für die Nachregelung des statischen Abstands ist im Active Shim ein Spannungsanschluss vorgesehen der lediglich beim jeweiligen Justageprozess an eine Spannungsquelle angeschlossen werden muss. PI bietet für diesen Justageprozess eine mobile Spannungsversorgung an, die die Einstellung besonders einfach gestaltet. 

Besonders die Justierung an unzugänglichen Stellen wird so erheblich vereinfacht, da notwendige Kabel bereits beim Design der Maschine berücksichtigt werden können und damit permanent im System verlegt sind.


Die Vorteile von PI Rest auf einen Blick

  • Keine permanente Spannung erforderlich, um die Position zu halten. Spart Kosten bei der Erstinstallation ein und erhöht die Justagefreundlichkeit
  • Flexible Formen und Funktionen. PI Rest Aktoren sind in ihrem Fertigungsprozess weitgehend identisch mit klassischen piezokeramischen Aktoren, die PI zum einen in Massen herstellen und dann andererseits auch kundenspezifisch formen kann
  • Hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Piezoaktoren
  • Auslenkungen bis 35 µm als Standardprodukt

  

  • Nanometer-Auflösung, Mikrometer-Auslenkung. PI Rest besitzen die klassischen Eigenschaften von piezokeramischen Aktoren
  • Langzeitstabilität der Position
  • Einfache Anpassung der Auslenkung z.B. durch ein manuelles Steuergerät
  • Hybride Aktoren mit Justiermöglichkeiten über mehrere Millimeter oder dynamischer Schwingungskompensation
  • Ein- bis 6-achsige Ausführungen möglich. Optionaler Temperatursensor für den Aktor

Langzeitstabilität

Die Stabilität der Auslenkung von PI Rest Aktoren hängt lediglich von der Änderung der Umgebungstemperatur ab. Langzeittests in einer auf 1 K temperaturstabilen Umgebung haben für einen Aktor mit 10 µm Nominalhub Driften von weniger als ±100 nm gezeigt, unabhängig von der Auslenkung.

Nanometer-Auflösung

Das System bestehend aus PI Rest Aktor und dem manuellen Steuergerät kann, unabhängig von der Last, Längenänderungen im Bereich weniger Nanometer erzeugen. 


Produktübersicht

Flexibilität durch verschiedene Ausführungsformen

Durch die Länge des Aktors wird die Auslenkung vorgegeben. Als Standardprodukt sind einachsige, einfache Aktoren mit Auslenkungen bis 35 µm verfügbar. Darüber hinaus können grundsätzlich alle Formfaktoren, die im Produktportfolio für Multilayer-Piezoaktoren der PICMA® Baureihe zur Verfügung stehen, auch in der PI Rest Technologie gefertigt werden.


Flexibilität durch hybride Aktoren

Hybride Aktoren bestehen aus einem klassischen und einem PI Rest Piezoaktor. Während der PI Rest Teil wie beschrieben eine permanente Positionskorrektur vornimmt, können darauf aufbauend dynamische Bewegungen über den klassischen Aktor vorgenommen werden. Dieses kann hilfreich sein für die dynamische Kompensation von Schwingungen im Bereich mehrerer 10 Hz oder das Nachstellen einer Brennebene während eines Mess- oder Scanvorgangs, oder die Steuerung eines Laserstrahls in der Messtechnik oder Materialbearbeitung.

PIRest Shim (blau)

Verstellbereich: 4,6 µm

PICMA® Aktor (gelb)

Verstellbereich: 5 μm

Auflösung: <50 pm


Justage in bis zu sechs Achsen

Die Ausrichtung von Maschinenkomponenten erfolgt nicht notwendigerweise eindimensional hinsichtlich des Abstands. Über eine zweidimensionale, planare Justierung können Komponenten in Deckung gebracht werden, eine sechsdimensionale Ausrichtung bezieht alle Raumwinkel mit ein.

Die PI Rest Technologie erlaubt durch die geschickte Anordnung der einzelnen Aktoren parallelkinematische, mehrachsige Aktoren in einem Design.