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Nano Acionadores baseados em Piezo

A unidade de negócios attoMOTION da attocube foca em soluções em design, engenharia e manufatura de motores piezoelétricos para aplicações com altíssimos requisitos de precisão.

Devido a sua precisão incomparável, as unidades de acionamento compactas realizam as tarefas de posicionamento mais desafiadoras em aplicações de pesquisa de ponta , bem como em campos industriais como usinagem de precisão, onde são usadas para o alinhamento preciso, da ordem nanométrica, de componentes ópticos e mecânicos. Antecipando as necessidades e requisições de mercados diferentes, a attocube estabeleceu três linhas de produtos:

A Linha Premium se dirige a clientes que trabalham em experimentos em pesquisa de ponta, conduzidos sob condições ambientais extremas, como temperaturas criogênicas e fortes campos magnéticos. A série de posicionadores ANP se beneficiam de um design não-magnético de todos os componentes.

A Linha Industrial foca nas necessidades da indústria de nanotecnologia atual, para sistemas de posicionamento robustos e de bom custo-benefício. O portifólio padrão da série de posicionadores ECS inclui drives compactos baseados em rolamentos para movimentos lineares, rotatórios e goniométricos.

A seção Solução Motion inclui várias soluções de nanoposicionadores desenvolvidas por nossos engenheiros altamente capacitados e adaptadas às necessidades do cliente.

Localizador de Produtos

SSP

Todos os posicionadores e scanners de passo da attocube funcionam via piezocerâmica feita de titanato zirconato de chumbo (PZT) para voltagens <150V. O PZT para scanners criogênicos é otimizado para performance máxima sob essas condições.

Scanners

Os scanners da attocube estão disponíveis para movimentos extremamente suaves como parte da Linha Premium. Eles possuem até três eixos lineares.

  • Faixa de translação de até 125 µm
  • Funciona via voltagem DC (unipolar primariamente)
  • Movimento contínuo
  • Movimento quase linear à voltagem (limitado pela histerese do piezo e piezo creep)
  • Movimento do piezo amplificado via flexura do estado sólido

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         ANS

The stepping positioners and scanners of each product line can be combined with one another to fit even the most sophisticated multi-axis applications. See the combining positioners tab

Os scanners e posicionadores de passo de cada linha de produtos podem ser combinados um com o outro para acomodar as aplicações multi-eixo mais sofisticadas. Veja a aba “Combinando posicionadores” para mais informações.

Posicionadores de passo

Os piezosteppers de attocube pode realizar movimentos lineares ou goniométricos, bem como rotações de 360°.

  • Faixa de translação de até 50 mm (linear), 10° (goniométrico) 360° infinito (rotacional)
  • Princípio de barra deslizante (vide próxima página), movido via voltagem dente-de-serra
  • Tamanho mínimo de passo: até 10 nm
  • Acelera até vários mm/s
  • Pode ser usado em modo de posicionamento fino (=scan) aplicando uma voltagem DC para obter resolução abaixo do tamanho do passo (com controles seletos, i.e., ANC350, ANM300, ECC100/Pro)

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ANP ECS
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ANG ECG
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ANR ECR

Opções

Compatibilidade com diferentes faixas de temperatura, pressão e campo magnético

Os posicionadores e scanners da attocube estão disponíveis para toda uma gama de ambientes, alguns dos quais são extremos em termos de temperatura (da ordem de mK) ou pressão (da ordem de vácuo ultra-alto). Dependendo do respectivo modelo, você encontrará as seguintes especificações associadas aos nomes dos produtos.

Faixa de Temperatura

Pressão Mínima

500 mBar

10-8 mBar

Tão pouco quanto 5x10-11mBar

0 .. 100 °C

/RT

/HV

/UHV

1 K .. 300 K

/LT

/LT/HV

/LT/UHV

< 1 K

/ULT

/ULT/HV

/ULT/UHV

 

Descrição de Ambientes de Trabalho para Nossos Posicionadores e Scanners

 

 Temperatura

 

Todos os posicionadores podem ser usados numa faixa de temperaturas de 0°C a 100°C em um ambiente não-condensante. Para temperaturas abaixo dessa faixa, estão disponíveis versões especiais (/LT, /ULT), vide abaixo. Devido à natureza intrínseca dos semicondutores usados em nosso encoder opto-eletrônico, a leitura do sensor /NUM só funcionará até uma temperatura de encoder de 55°C

 

 

 

Temperatura
Ambiente /RT

 

Posicionadores /RT são produzidos para uso em condições ambientes (temperatura ambiente, atmosfera seca). Salvo indicação contrária, as especificações listadas são medidas sob condições ambientes.

Todos os posicionadores da attocube são testados em condições ambientes antes da entrega. Dependendo da versão solicitada, testes adicionais a 4 K ou em nossa câmara de vácuo serão feitos antes do da expedição.

 

 

 

Baixa Temperatura /LT

 

Por padrão, todos os posicionadores da linha Premium são manufaturados de materiais não-magnéticos como titânio altamente puro (grau 2) e cerâmica. /LT significa que os materiais usados são adequados para resfriamento repetido e operação em temperaturas criogênicas de menos de 10 mK. Antes de serem expedidos, eles são testados a 4 K sob uma atmosfera de gás de troca He. Eles podem funcionar em um vácuo Gerado por crio-bombeamento. O vácuo antes do resfriamento não deve ser inferior a 1E-4 mBar. Caso contrário, versões combinadas (/LT/HV e /LT/UHV) estão disponíveis.

 

 

 

Temperatura Ultra Baixa /ULT

 

O titânio usado com os posicionadores da linha Premium torna-se supercondutor em torno dos 400 mK. Para medições altamente sofisticadas que vão além dessa temperatura, a attocube oferece a versão /ULT de posicionadores da linha Premium. Estes posicionadores vem com um sensor resistivo especial e são feitos de CuBe em vez de titânio.

 

 

 

Campo Magnético

 

Todos os posicionadores da linha Premium da attocube são feitos de materiais não-magnéticos como titânio e cerâmica. Eles podem, portanto, ser usados em ambientes sensíveis a materiais magnéticos, próximos a feixes de elétrons ou outras partículas carregadas. Eles são especialmente dedicados a uso em campos magnéticos fortes (campo máximo testado atual: 31 T) Posicionadores com encoding de /NUM(+) são específicos para um campo magnético externo de 7 T.

 

 

 

Vácuo Alto /HV

 

Na attocube, a faixa de vácuo alto é especificada em 1E-8 mBar. Os materiais usados são aço inoxidável no caso dos posicionadores da linha Industrial e titânio para os posicionadores da linha Premium. Posicionadores /HV serão testados nessas pressões

 

 

 

Vácuo ultra alto /UHV

 

UHV significa que os materiais usados são compatíveis com especificações UHV. Estas plataformas podem ser aquecidas a temperaturas de até 150°C. Faz-se um teste em um ambiente UHV para garantir funcionamento a até 5E-11 mBar, dependendo do tipo de posicionador.



Encoder
Controle de ciclo fechado em qualquer ambiente

A maior parte de nossos posicionadores estão disponíveis com encoders opcionais para controle de ciclo fechado.  O encoder permite a leitura da posição real, enquanto usa-se um feedback loop integrado aos componentes eletrônicos para minimizar a diferença entre a posição alvo e a posição real.

Setpoints podem tanto ser definidos em uma interface de software (ANC350, ECC100) ou no painel frontal dos componentes eletrônicos do ciclo fechado (ANC350). Os encoders disponíveis estão descritos abaixo.

 

 

 

/RES: Encoder Resistivo

O princípio de funcionamento desse encoder é baseado em um potenciômetro. É o método mais adequado a aplicações em temperaturas criogênicas, vácuo ultra alto e fortíssimos campos magnéticos (campo máximo atual: 31 T). A medição do encoder /RES se refere à posição absoluta da amostra com uma resolução de posição de 200 nm e repetibilidade de 1 μm para a maioria dos steppers lineares. Para temperaturas ultra baixas (T < 1 K), um sensor especial /RES+ está disponível e está incluído em todos nossos modelos /ULT.

 

 

 

 

 

/NUM, /NUM+: Encoder Opto-eletrônico

O uso de uma grade de vidro e a interpretação do padrão moiré gerado caracterizam o princípio de funcionamento do enconder /NUM. A medição se refere à posição relativa da amostra com uma resolução de posição de 1 nm e uma repetibilidade de 5 nm para a maior parte dos posicionadores de passo lineares. A informação da posição absoluta também está disponível via um marco de referência. Este encoder está disponível para condições de temperatura ambiente, incluindo posicionadores /HV e /UHV. A versão + /NUM+ possui dissipação térmica reduzida, com 50 mW, tornando-a especialmente adequada a posicionadores /HV e /UHV. O amplificador necessário foi separado do sensor em si e posto no conector do cabo, fora da câmara de vácuo. Os modelos da linha Premium /NUM(+) também podem ser usados em fortes campos magnéticos de até 7 T.

 

 

 

 

 

/FPS: Combinação com Interferômetro
Alcança-se precisão excepcional ao combinar os interferômetros inovadores e baseados em fibra da attocube (FPS ou IDS) com plataformas padrão de posicionamento em ciclo aberto. Uma resolução de posição de 25 pm e repetibilidade de 2 nm mesmo em temperaturas criogênicas (/LT, /ULT), as condições UHV fortes campos magnéticos superam as especificações de qualquer outro tipo de encoder. Para alcançar reprodutibilidade máxima, a posição deve ser medida o mais próximo possível do ponto de interesse. Para informações detalhadas a respeito dos interferômetros, por favor refira-se à seção attoSENSORICS

Posicionamento em Ciclo Aberto

Neste modo, simplesmente move-se o posicionador para frente ou para trás, sem um encoder para ler a posição real ou um feedback loop para controlar a posição alvo desejada. Muitas aplicações não exigem qualquer um dos dois nem fornece meios externos próprios de controlar a posição. Ainda assim, pode-se deduzir ao menos uma estimativa grosseira da posição real ao contar o número de passos (se o tamanho do passo puder ser determinado por uma medida externa). O tamanho do passo em si é relativamente uniforme sob condições fixas (temperatura, humidade, pressão, carga etc.) e fica tipicamente dentro de 5% acima da faixa completa, mas depende fortemente na força aplicada ao longo do eixo. A assimetria frente/trás também é tipicamente 5% (não se assume força externa).

Posicionamento em Ciclo Fechado

Posicionadores com um encoder externo ou integrado (/RES, /NUM(+), /FPS) podem ser usados para controle de posição em ciclo fechado. Um feedback loop integrado aos componentes eletrônicos de controle minimiza a diferença entre a posição alvo e a posição real. Podem-se definir setpoints tanto em uma interface de software (ANC350, ECC100) ou no painel frontal dos componentes eletrônicos de ciclo fechado (ANC350). O tempo de assentamento depende da frequência de ressonância da instalação, da velocidade do feedback loop e da largura de banda da medição.

Controles Adequados

ANC300.png

ANC300 (ciclo aberto)

  • modular, até 7 eixos
  • adequado para scanners e posicionadores
  • USB e Ethernet
  • controlável via: LabVIEW | console LUA baseado em texto | touchscreen

ANC350.png

ANC350 (ciclo fechado)

três eixos (/RES, /NUM, /FPS)

USB e (opcionalmente) Ethernet

controlável via:
   LabVIEW | DLL | EPICS
   Software de Windows | Touchscreen

ECC100.png

ECC100 (ciclo aberto e fechado)

três eixos

USB e (opcionalmente) Ethernet

controlável via:
   LabVIEW | DLL | Software de Windows

Soluções

Produtos de Nanoposicionamento Customizados

Passaram-se 15 anos desde que a attocube apresentou seu primeiro posicionador de piezo para ambientes criogênicos, permitindo uma abundância de novos experimentos e ampliando as possibilidades de muitos pesquisadores. A inovação constante levou a sensores de posição integrados, alta confiança, grandes forças e, com a linha Industrial estabelecida há cinco anos, eficiência de custo em condições em ambientes e vácuo.

As customizações desempenham um grande papel neste processo, conforme buscamos oferecer a melhor solução para sua aplicação. A integração de vários eixos de posicionamento com leituras individuais, sejam eles magnéticos, opto-eletrônicos ou mesmo sensores interferométricos leva a uma plataforma de movimento pronta para ser integrada. Sistemas multi-eixos, como o hexaCUBE fornecem uma interface de software programável sofisticada. Etapas customizadas fornecem a maior estabilidade para grandes cargas e etapas de microscopia compacta oferecem movimento multidimensional com altas velocidades graças a nossa tecnologia de acionamento ultrassônico.

Entre em contato conosco com a sua aplicação e encontraremos a solução que melhor se adequa às suas necessidades juntos!

hexaCUBE

Cinemática paralela 6D de precisão Premiu


Com os processos atuais de fabricação e produção exigindo cada vez mais precisão, há uma procura crescente por dispositivos de posicionamento compactos, porém altamente precisos e com vários graus de liberdade. A cinemática 6D piezoelétrica da attocube é projetada exatamente para este desafio e fornecem resolução nanométrica e repetibilidade incomparáveis combinados com a robustez e design compacto. Em comparação a outros produtos no mercado, a attocube oferece maior repetibilidade e melhor faixa de translação por volume de construção do que qualquer outro produto. Clientes OEM podem escolher de:

  • Customização de tamanho (área, altura, faixa de translação)
  • Customização de carga (faixa de translação vs. carga, compensação de mola)
  • Customização do material
  • Versão de altura ultra baixa para ambientes restritos (até 57 mm)

Aplicações típicas

  • Nanoposicionamento em ambientes sensíveis a ruídos, como laboratório ou controle de qualidade
  • Posicionamento de alta velocidade para ajustes e sondagem de tempo crítico

Posicionadores de Piezo Customizados

Adaptados a necessidades individuais



Para muitas aplicações de nanoposicionamento, a estabilidade é – além da maior precisão – o fator chave para manter a posição alvo durante grandes períodos ou mesmo processos de transporte. O rotador de piezo EOR6060 é projetado para ter máxima rigidez. Ele é a solução perfeita para aplicações em que precisa-se mover cargas pesadas. Independentemente da orientação da gravidade, ele carrega uma carga máxima de até 1 kg com quase nenhuma inclinação da mesa. Clientes podem escolher dentre uma ampla gama de parâmetros:

  • Número de graus de liberdade
  • Atuação linear, goniométrica ou rotacional
  • Dimensões físicas personalizadas
  • Faixa e velocidade de translação individuais
  • Carga útil customizada
  • Resolução sensorial de µm até inferior ao nm
  • Componentes eletrônicos OEM

Aplicações típicas

  • Posicionamento de componentes ópticos
  • Nanomanipulação de objetos
  • Teste em controle de qualidade

Scanners de Flexura

Movimento suave com pulsos individuais


Uma gama crescente de aplicações – como estabilização ou interpolação de sensores de imagem – exigem posicionamento de amostras de porte pequeno ou médio a uma alta frequência/largura de banda. Devido a nosso vasto conhecimento de engenharia, somos capazes de satisfazer muitos desses requisitos baseados em nossa tecnologia de flexura de piezo: Damos foco especial a design miniaturas com rigidez superior, que desenvolvemos por prototipagem rápida usando nosso equipamento de método de elemento finito (FEM) e eletro-erosão (EDM). Nossos clientes tipicamente escolhem dentre:

  • Um a três graus de liberdade
  • Atuação linear goniométrica ou rotacional
  • Dimensões físicas, pulsoe carga útil sob medida
  • Sensores e eletrônicos avançados
  • Performance dinâmica simulada e verificada

Aplicações Típicas

  • Interpolação de imagem altamente dinâmica para sensores de imagem (tipicamente próximo ao meio-infravermelho)
  • Estabilização de imagem, amplamente aplicado na faixa espectral VIS a IR

Plataformas de Microscopia

Plataformas de piezo xy ultrassônicas


Uma abundância de aplicações atuais exige posicionamento de amostra muito rápido, porém muito preciso. Isso é verdade em particular para movimento de alvo em imageamento óptico como a microscopia de super resolução (STED, PALM) ou em pesquisas em matriz de células. Sendo a solução perfeita para estas tarefas, as plataformas de piezo xy ultrassônicas oferecem movimento de altíssima precisão da ordem de nanômetros sobre uma faixa de translação de vários centímetros. Além disso, estas plataformas ultrassônicas movidas a piezo oferecem alta velocidade de acionamento (até 50 mm/s) combinada com a inigualada repetibilidade bidirecional de mais de 50 nm. Operando em frequências muito acima da faixa audível, as plataformas se movem silenciosamente, e, portanto, são a escolha perfeita para aplicações sensíveis a ruído. A attocube oferece plataformas de posicionamento piezoelétricos customizadas na seguinte faixa de parâmetros:

  • Área de 50x50 mm até 300x300 mm
  • Faixa de translação 25x35 mm² até 200x200 mm²
  • Velocidade máxima de acionamento de 50 mm/s (à repetibilidade de 50 nm)
  • Força dinâmica de até 5 N
  • Condições ambientes

Aplicações típicas

  • Posicionamento de amostra em microscopia óptica de super resolução
  • Posicionamento de componentes ópticos
  • Investigação/Manipulação de matriz de células

Posicionadores de Piezo Ultrassônicos

Plataformas lineares ultrassônicas de alta velocidade


Com a introdução da Tecnologia de Acionamento Ultrassônico (UDT) da attocube, estamos levando o nanoposicionamento piezoelétrico um passo adiante, adicionando nano-plataformas ultrassônicas a nosso portifólio diverso de posicionamento de piezo. A tecnologia avançada permite movimentos inaudíveis combinados com alta velocidade e precisão nanométrica. Estas características tornam os nano acionadores ultrassônicos da attocube particularmente adequados para aplicações sensíveis a ruído no campo da óptica, fotônica e microscopia a condições ambientes. Clientes OEM podem escolher dentre:

  • Área de 60x50 mm até 60x120mm
  • Faixa de translação de 25 mm até 80 mm
  • Velocidade máxima de acionamento de 50 mm/s (à repetibilidade de 50 nm)
  • Tipicamente força dinâmica de 1 N
  • Carga de até 5 kg

Aplicações típicas

  • Nanoposicionamento em ambientes sensíveis ao ruído como laboratório ou controle de qualidade
  • Posicionamento de alta velocidade para ajustes e sondagens de tempo crítico

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