Beschreibung

Das von Nanos-Instruments entwickelte Ansteuerungsmodul Motion-Commander-Piezoerlaubt die direkte Steuerung der Piezo LEGs Antriebsschenkel. Benutzerdefinierte Steuerprogramme können über die CAN oder RS232 / RS485 Schnittstelle in den Motion-Commander-Piezo geladen werden. Mit einem sehr komfortablen Programmiereditor lassen sich die Programme erstellen. Ein Assembler prüft Syntax und Wertebereich und eine Onlinehilfe unterstütz bei der Programmierung eigener Bewegungen. Über eine Grafikanzeige können Positionen und Statusanzeigen dargestellt werden. Umfangreiche Softwaremodule und eine DLL bieten dem Anwender eine Fülle von äußerst nützlichen Funktionen die besonders im Labor gefragt und hilfreich sind. Mit der Steuerung können zum einen  Piezomotoren nach dem Trägheitsprinzip insbesondere aber die Motoren der Firma PiezoMotor angesteuert werden. Der Motion-Commander-Piezo ist speziell für diese Motoren entwickelt worden. Es können Auflösungen von unter 1nm und unter einem µrad erreicht werden. Die Steuerung ermöglicht es die Motoren optimal auszunutzen und in einem sehr weitem Bereich zu betreiben.

Piezo-Technologie - Das Prinzip

Piezokeramiken vereinen Festigkeit, Geschwindigkeit, Kraft und Genauigkeit in einem Material. Das Funktionsprinzip eines Piezomotors, beruht auf dem sogenannten Piezoeffekt. Beim Piezoelektrischen Effekt entsteht bei Ausübung von Druck auf einen besonderen Kristall eine elektrische Spannung. Die umgekehrte Erscheinung, eine Verformung bei Anlegen einer elektrischen Spannung, wird als inverser piezoelektrischer Effekt bezeichnet. Die durch das Anlegen einer elektrischen Spannung entstehende Kraft, zwingt ein mehrlagiges Piezomaterial schon bei geringer Spannung sich ausreichend zu verformen. Die Piezokeramiken dehnen sich um rund 0,1 Prozent aus und ziehen sich beim Entladen wieder zusammen.

Die einzige Einschränkung beim Gebrauch von Piezoantrieben war bislang die limitierte Reichweite der Bewegung, welche in direktem Zusammenhang mit der Länge der Piezoelemente steht. PiezoMotor hat sich dieses Problems angenommen und mit dem PiezoLEGS einen völlig neuartigen elektrischen Motor entwickelt. Der PiezoLEGS Motor wird in einem Stück gefertigt und hat eine Sandwichstruktur aus dünnen keramischen Ebenen und leitenden Materialien. Einer dieser Motoren kann aus mehr als hundert Ebenen bestehen, die wie Beine einer Ameise angeordnet sind. Ein Keramikelement misst in der kleinsten Ausführung nur 5 x 1 x 2 mm (l x b x h). Durch den Piezoeffekt entsteht ein Dehnen und Zusammenziehen, Heben und Senken, welches eine dem "Gehen" ähnliche Bewegung entstehen läßt. Die an die keramischen "Muskeln" angelegte Spannung kontrolliert die synchronisierte Bewegung der Beinpaare, wodurch Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen möglich sind. Der Standardmotor misst lediglich 10,8 x 18 x 22 mm und ist einfach in Ihre Anwendung zu integrieren. Durch diese einzigartige Bauweise läßt sich der Motor  präzise linear "beliebig" weit bewegen, mit Schrittlängen von weniger als ein paar Mikrometern. Eine Auflösung von unter 1 Nanometer oder von unter 1µrad ist möglich. Mit einer Schrittzahl von bis zu 3.000 Schritten pro Sekunde kann der Linearmotor eine Geschwindigkeit von mehreren Millimetern pro Sekunde erreichen. So kann bei hohen Frequenzen  die Bewegung des Standartmotors 12mm/s erreichen.

Dadurch das es sich um keinen Ultraschallmotor handelt hat man eine besonders hohe Kontrolle im Nanometerbereich. So hat der Motor keine Slip-Stick Effekte oder gar eine Lose. Sie haben mit unserem System das Nanometer, im wahrsten Sinne des Wortes, fest im Griff.

Der Antrieb

Der Motor besteht aus zwei Antriebsschenkelpaaren. Jedes Paar wird von analogen Signalen gesteuert, die eine Spannungsamplitude von 46V haben. Durch das Anpassen der Layerschichtdicke ist es möglich die Betriebsspannung kundenspezifisch einzustellen. Das verwendete Antriebssystem des Motors ist ein nichtdynamisches Prinzip, d.h. die Position der Antriebschenkel ist zu jedem Zeitpunkt bekannt.
Es sind zwei Phasen erforderlich um eine Bewegung zu erzeugen und zwei weitere Phasen für die zwei voneinander unabhängigen Antriebsschenkelpaare im Motor. Die Phasenverschiebung ist auf 90° eingestellt und die Phasenverschiebung der beiden Antriebschenkel auf 180°. Zu beachten ist, das es sich um ein reibungsbasierendes Prinzip handelt. Um eine Position absolut zu erreichen wird ein Feedbacksystem benötigt (siehe unter Produkte-> Encoder).

  Piezo LEGS Demo Motor Specification (PDF)
  Piezo LEGS Linear Motor Specification (PDF)
  Piezo LEGS R Specification (PDF)
  Piezo LEGS Schematics (PDF)
  Piezo PDA 3.1 Driver Specification (PDF)
  Piezo LEGS manuel  (PDF)

  Beschreibung Stage (PDF)