無摩擦、納米級(jí)精度

　　空氣軸承解決方案和磁性線性電機(jī)目前代表了半導(dǎo)體工業(yè)檢測與制造系統(tǒng)的最高技術(shù)水平。然而，隨著對實(shí)現(xiàn)納米級(jí)精度或者對真空或氮保護(hù)氣氛中應(yīng)用的要求越來越多，此類系統(tǒng)很快就達(dá)到了極限。

　　PIMag? 6-D的特點(diǎn)

　　六軸運(yùn)動(dòng)由一個(gè)6-D傳感器控制。傳感器的參考表面位于磁懸浮平臺(tái)下方的中心位置，該平臺(tái)是一個(gè)無源部件，無需電源或外部連接。

　　PIMag? 6-D是一種電磁定位系統(tǒng)，其中無源平臺(tái)懸浮在磁場之上，并由其主動(dòng)導(dǎo)向。利用這種方式，物體可在平面上以之前未達(dá)到過的導(dǎo)向精度被沿直線或旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。這種理念的主要優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)裝置或?qū)蜓b置中無任何物理接觸，因而不會(huì)產(chǎn)生摩擦，從而沒有磨損污染工作區(qū)域。此外，由于無需空氣或油脂潤滑，基于磁場的系統(tǒng)非常適用于真空或氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛中的應(yīng)用。

　　結(jié)構(gòu)簡單：平臺(tái)懸浮在僅由定子中的六個(gè)平面線圈產(chǎn)生的磁場上。

　　PIMag? 6-D定位系統(tǒng)是PI與微電子和機(jī)電系統(tǒng)研究所以及德國伊爾梅瑙工業(yè)大學(xué)機(jī)電系共同研發(fā)的。由于其設(shè)計(jì)簡單，與常用方法相比，這種系統(tǒng)具有一些獨(dú)特的特征：平臺(tái)懸浮在僅由定子中的六個(gè)平面線圈產(chǎn)生的磁場上，一個(gè)6-D傳感器被用來對此磁場進(jìn)行主動(dòng)控制。由于平臺(tái)自身是無源的，無需任何供電線路，運(yùn)動(dòng)中不存在任何電纜阻礙平臺(tái)在廣泛的表面區(qū)域內(nèi)進(jìn)行快速精確的移動(dòng)，使得運(yùn)動(dòng)的自由度更高。無源平臺(tái)中磁鐵的海爾貝克排列可增大承載能力，使定子中有效線圈所需的支撐平臺(tái)的能量最小化，并減小熱負(fù)荷。

　　磁鐵的海爾貝克排列可使定子中有效線圈所需的支撐平臺(tái)的能量最小化，增大承載能力并減小熱負(fù)荷。

　　海爾貝克陣列由永磁體分塊組成，磁化方向在陣列的縱軸方向上互相傾斜成90°，使一側(cè)的場力線互相靠近，增大磁通密度。另一側(cè)，場力線的密度比未受干擾的磁鐵中要小。結(jié)果，磁場已在短距離上衰減，變得很弱。

　　為了確保工作區(qū)域內(nèi)的熱穩(wěn)定性，定子中的驅(qū)動(dòng)器線圈被一個(gè)扁平的夾層式冷卻系統(tǒng)環(huán)繞，可實(shí)現(xiàn)有效散熱，從而使系統(tǒng)操作時(shí)線圈上端溫度的升高不超過1K。

　　集成到定子中的6-D測量系統(tǒng)

　　六自由度高分辨率測量系統(tǒng)集成在定子中，是定位控制的一個(gè)關(guān)鍵元件。

　　PIMag? 6-D的緊湊型傳感探頭由光學(xué)和電容傳感元件組成，在六個(gè)自由度上獲取平臺(tái)位置。增量光學(xué)2-D傳感器的分辨率為10nm，可檢測繞垂直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，范圍為+/-0.25°。該平臺(tái)的測量系統(tǒng)也無需供電線路。

　　六軸運(yùn)動(dòng)由一個(gè)6-D傳感器控制。傳感器的參考表面位于磁懸浮平臺(tái)下方的中心位置

　　納米精度：規(guī)格

　　若系統(tǒng)在半徑為1μm的環(huán)形軌道上移動(dòng)，與理想線路的最大偏差僅為幾納米。

　　目前，樣品的運(yùn)動(dòng)范圍為100 × 100 × 0,15mm3，可進(jìn)行加速度高達(dá)2m/s2、速度高達(dá)100mm/s的軌跡運(yùn)動(dòng)，精度達(dá)納米級(jí)。定位某一點(diǎn)時(shí)，目前可實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為平移軸上6nm、傾斜軸上<250nrad。當(dāng)前高水平發(fā)展研究的PIMag? 6-D可以10nm的分辨率進(jìn)行定位。例如，若系統(tǒng)在半徑為1μm的環(huán)形軌道上移動(dòng)，與理想線路的最大偏差僅為幾納米。