← Назад к Категория управления движением

Технология совместимой системы UHV Переопределяет Единицу измерения SI

Недавно Heason Technology завершила проектирование и поставку совместимого с UHV и полностью немагнитного манипулятора 3, заказанного для использования в немецком национальном метрологическом институте Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), который используется для микропозиции очень специального один килограмм кремниевой сферы, который мог бы сыграть значительную роль в переопределении единицы массы для Международной системы единиц (СИ).

За исключением массы, все базовые единицы СИ можно проследить до фундаментальных констант или свойств атомов или молекул. Массовый стандарт, килограмм, в настоящее время определяется как международный прототип килограмма (IPK), который представляет собой 135-летний платино-иридиевый артефакт, который проводится в Международном бюро мер и весов (BIPM) в Севре под Парижем примерно с 80 ' национальные прототипы ", распространяемые по всему миру в метрологические институты.

Периодически реплики сравниваются с исходным IPK для справки с увеличением осознания того, что прототипы медленно, но неумолимо отклоняются друг от друга из-за таких причин, как микрозагрязнение, поверхностная адсорбция и другие сложные факторы, которые чрезвычайно трудно противостоять. Эти незначительные вариации, которые составляют не более чем массу отпечатка пальца в течение нескольких лет, заставили ученых искать другие способы количественной оценки массы, и одна линия исследований привела к созданию международного проекта Avogadro - долгосрочного сотрудничества созданный в 2003 между метрологическими институтами Германии, Италии, Бельгии, Японии, Австралии и США. Целью проекта является пересмотр килограмма в терминах константы на основе атомной массы.

Для достижения своих целей были созданы две чистые сферы кремний-28 с дельтой округлости менее 50 нанометров диаметром 93.6 мм, которые считаются самыми круглыми объектами в мире. Они были тщательно проанализированы на предмет их кристаллического совершенства и измерены для определения диаметра сферы и результирующего объема. Из этих данных можно предсказать определенное количество определенного типа атома, содержащегося в массе 1 кг кремния-28, с определенной степенью определенности. Таким образом, константа Авогадро, NA, может быть установлена ​​и признана в качестве нового определения массы.

Текущий проект дал некоторые очень многообещающие результаты, и многие вехи были достигнуты, но в будущем запланирована более исчерпывающая работа. Поскольку загрязнение поверхности все еще является проблемой и препятствием для получения требуемых уровней достоверности измерений, ПТБ анализирует, среди многих других аспектов, свойства поверхности этих кремниевых шариков высокой чистоты, используя синхротронный луч, чтобы определить его влияние на атомном уровне на диаметр сферы и последующий объем. Оси-манипулятор Heason 3 используется внутри вакуумной камеры для позиционирования сферы относительно пучка синхротронного излучения для проведения поверхностной спектроскопии.

Требовательная спецификация для позиционера охватывает базовые и верхние поворотные оси с перемещением 370º и 110º соответственно с позиционной повторяемостью 0.01º; и с горизонтальной горизонтальной горизонтальной 55-миллиметровой дорожкой с параметрами повторяемости 10 микрон. Чтобы обеспечить оптимальную жесткость при минимальном отклонении по оси Z манипулятора, эти ключевые факторы спецификации потребовали чрезвычайно плотных радиальных и осевых значений биения для ступеней поворота и одинаково ограничивающего шага, рыскания, рулона для линейной стадии. Для каждой оси разрешение обратной связи квадратурного кодировщика должно быть в 10 раз выше, чем разрешение положени, чтобы обеспечить эффективную работу системы управлени движением сервопривода.

Очень ограниченный объем вакуумной камеры означал, что габаритные размеры, доступные для манипулятора, были всего лишь 300 мм в диаметре и 500 мм в высоту. Дальнейшие вызовы потребовали прозрачной диафрагмы 75 мм через каждую ступень позиционирования для подачи измерительной аппаратуры и ограничения перемещения осей с использованием настраиваемых концевых выключателей с проводной проводкой. Уровень вакуума был задан для 10-9 mbar и потребовал, чтобы ступень подвергалась предварительному нагреву до 120ºC для дегазации в дополнение к полностью немагнитной инвентаризации компонентов, которая должна использоваться на всей сборке.

В течение нескольких лет компания Heason Technology разработала собственный собственный дизайн и услугу сборки и имеет большой портфель проверенных успешных приложений для установок системы движения в UHV для синхротронных источников и многих других столь же сложных исследовательских и производственных сред. Специалист по управлению движением на Западном Сассексе работает с партнерами по производству оборудования для управления глобальным движением по выбору для специализированных компонентов для выполнения таких задач.

Выбор пьезокерамических двигателей для всех осей, от дистрибьютора Heason's Nanomotion, обеспечил идеальное решение для привода и управления. Эти очень компактные, полностью немагнитные двигатели расположены по периферии каждой поворотной ступени, создавая вращательное движение, управляя керамическим кольцом. Используя тот же принцип, линейная ступень оснащена керамической полосой. Синхронизировано сочетание трех двигателей X-XUMX-2 для каждой оси вращения, чтобы обеспечить требуемое очень точное разрешение позиционирования. Для линейного этапа используется одиночный 2-элементный двигатель HR-8.

Позиционная обратная связь использовала компактные открытые оптические поворотные и линейные энкодеры от Numeric-Jena со стеклянными дисками и полосами, встроенными в сборку. На всех стадиях установлены керамические шарикоподшипники, а также титановая опорная конструкция и корпуса, которые имеют достаточные воздушные зазоры и промежутки, чтобы обеспечить бесперебойную вакуумную дегазацию, чтобы обеспечить максимальную жесткость. Совместимые с UHV разъемы и кабели, а также другие материалы, совместимые с вакуумом, такие как Peek, были указаны во всех кабелях, расположенных вне корпуса манипулятора, с простой системой крепления. Система позиционирования имеет относительно низкое требование рабочего цикла с медленным позиционированием, за которым следуют более длительные разрывы движения для измерения поверхности, где присущая способность блокировки пьезокерамики обеспечивает полную стабильность.

Сферный манипулятор оси 3 был поставлен немецкой фирме технического консультирования Dr.-Ing. Giora Baum (Precision-Motion), который предоставил систему управления движением. В настоящее время PTB заняты использованием манипулятора Heason, и результаты, которые они получают, со временем будут получены - возможно, с объявлением о дальнейших обнадеживающих результатах для нового определения массы.

Heason Technology Ltd

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для уменьшения количества спама. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.