Active Shims für Nanometerauflösung und Langzeitstabilität: Justage mit piezobasierten "Unterlegscheiben"

Active Shims mit Nanometerauflösung und Langzeitstabilität: Justage mit piezobasierten "Unterlegscheiben" / Bild: PI (PresseBox) ( Karlsruhe, )
Ändert sich innerhalb von Präzisionsmaschinen z. B. für die Halbleiterfertigung, Metrologie Anwendungen oder Inspektionssysteme ein Soll- oder Ist-Maß zwischen zwei Komponenten, kann es erforderlich sein, dieses nachzujustieren. Das ist z. B. dann der Fall, wenn die Maschine beim Anwender in Betrieb geht und erstmaliges Setzen nach der Installation, Driften oder Toleranzveränderungen auszugleichen sind. Klassische, auf genaue Abstände geschliffene Unterlegscheiben haben hier den Nachteil, dass sie mechanisch eingefügt werden müssen. Außerdem ist diese Justierung nicht beliebig fein möglich und das einmal festgelegte Maß lässt sich nur schwer nachträglich ändern. Abhilfe schaffen nun die von Physik Instrumente (PI) entwickelten piezobasierten „Unterlegscheiben“ PIRest. Einmal in der Maschine eingebaut, lässt sich mit Hilfe dieser Active Shims der Abstand zwischen zwei Bauteilen jederzeit mit Nanometergenauigkeit nachjustieren.

Die piezobasierten Unterlegscheiben werden bereits bei der Konstruktion einer Maschine eingebaut; dabei sind sie – genauso wie andere Piezo-Aktoren des gleichen Herstellers – in nahezu beliebige Formen und Größen erhältlich. Der statische Abstand lässt sich durch Anlegen einer Versorgungsspannung am Aktor einstellen. PI bietet für diesen Justageprozess eine einfach zu verwendende Spannungsversorgung mit der passenden Ansteuerung an. Die gewünschte Position wird nach dem Justieren dann ohne Spannung langzeitstabil gehalten, die Spannungsversorgung kann entfernt werden. Bei Standardprodukten liegt die maximale Auslenkung bei 35 µm; durch geschickte Kombinationen der Active Shims ist die Ausrichtung in bis zu sechs Achsen möglich.

Besonders die Justierung an unzugänglichen Stellen vereinfacht sich so erheblich, zumal die piezobasierten Unterlegscheiben selbst tonnenschwere Lasten halten. Bei Bedarf lassen sich die Active Shims zudem mit klassischen Piezoaktoren kombinieren, z. B. für eine dynamische Schwingungskompensation. Typische Anwendungen dafür sind beispielsweise das Nachstellen der Brennebene während eines Mess- oder Scanvorgangs sowie die Steuerung eines Laserstrahls in der Messtechnik oder Materialbearbeitung.
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