Patent DE 10 2021 103 220
Positionierungssystem zur dreidimensionalen Positionierung eines Objektes sowie Verfahren zu seinem Betrieb
Die Erfindung betrifft eine Erweiterung der Funktion eines im IMMS entwickelten Nanopositioniersystems mit Planarantrieb, aerostatischer Läuferführung und laserinterferometrischer Weg- und Winkelmessung. Der (Planar-)Läufer ist zusätzlich mit aerostatisch geführten Aktorsystemen ausgestattet, die ein nahezu leistungsloses Anheben des Läufers erlauben. Die horizontale Antriebskraft wird über die gestellfesten Flachspulen und die mitbewegten Magneten erzeugt.
Die Idee der Erfindung ist es, die planaren Antriebsspulen (Flachspulen) der vertikalen Läuferbewegung durch Anheben nachzuführen, um einen nahezu konstanten Abstand zwischen Spulen und Läufer zu halten. Dies erlaubt die Vergrößerung des Bereiches, in dem nanometerpräzise Positionierungen in vertikaler Richtung möglich sind von 10 auf 25 mm.
Der Fokus liegt auf der Vermessung, Kalibrierung bzw. Manipulation/Bearbeitung von Objekten wie
- Stufenhöhennormalen und periodische Standards zur Kalibrierung
- Mikrobauteilen und optischen Filterelementen
- planen optischen Bauelementen, gekrümmten Spiegeln, Linsen, Linsenarrays, Fresnel-Linsen, Sphären und Asphären etc.
- Wafern Die Erfindung ermöglicht die Realisierung von dabei benötigten großen vertikalen Fahrbereichen von beispielsweise x, y, z: 200 x 200 x 25 mm3.
Das Positionierungssystem umfasst einen in einer x-y-Ebene angeordneten Stator, welcher mittelbar elektrische Magnetspulen (01) trägt. Das Positionierungssystem umfasst zudem einen über dem Stator angeordneten Läufer mit Permanentmagneten. Durch eine Bestromung der Magnetspulen (01) sind Kraftwirkungen auf die Permanentmagnete erzeugbar, um den Läufer in einer zu der x-y-Ebene parallelen Ebene zu positionieren. Das Positionierungssystem umfasst weiterhin mindestens einen auf dem Stator sitzenden Positionierungsaktor zum Positionieren des Läufers in einer zu der x-y-Ebene senkrechten z-Richtung und mindestens einen auf dem Stator sitzenden Magnetspulenaktor (11) zum Positionieren der Magnetspulen (01) in der z-Richtung. Die Erfindung betrifft im Weiteren ein Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen Positionierungssystems.
Patent-Nr.:DE 10 2021 103 220
Erfinder:Steffen Hesse. Christoph Schäffel. Michael Katzschmann. Bianca Leistritz. Stephan Gorges. Jorge Amado Gonzalez Whittinham
Anwendung:
nanometerpräzise Vermessung| Kalibrierung bzw. Manipulation/Bearbeitung von ObjektenForschungsfeld:Magnetische 6D-Direktantriebe mit nm-Präzision
offengelegte Patentanmeldung
Anmeldetag:11.02.2021
Tag der Veröffentlichung:11.08.2022
Zugehörige Inhalte
Projekt
K4PNP+Z
Das IMMS hat Aktoren entwickelt, um Objekte in Ebenen bis 200 mm Durchmesser mit 25 mm Vertikalhub nanometergenau zu positionieren.
NPS6D200 – A Long Range Nanopositioning Stage with 6D Closed Loop Control
Steffen Hesse1. Alex Huaman1. Michael Katzschmann1. Bianca Leistritz1. Ludwig Herzog1.Appl. Sci. 2024, 14, 6972. DOI: doi.org/10.3390/app14166972
1IMMS Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme gemeinnützige GmbH, Ehrenbergstraße 27, 98693 Ilmenau, Germany.Vertikale Nanopositionierung mit bis zu 25 mm Verfahrweg – Hubmodule für die hochgenaue Positionierung im Raum
Stephan Gorges1. Steffen Hesse1. Ludwig Herzog1.Konstruktion (2023), 07-08, Sonderteil Antriebstechnik, Seite 28 - 31, VDI Fachmedien, ISSN 0720-5953, e-paper.vdi-fachmedien.de/konstruktion/2023
1IMMS Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme gemeinnützige GmbH, 98693 Ilmenau, Germany.
Kontakt
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Dr.-Ing. Ludwig Herzog
Leiter Mechatronik
ludwig.herzog(at)imms.de+49 (0) 3677 874 93 60
Dr. Ludwig Herzog gibt Ihnen Auskunft zu unserer Forschung an magnetischen 6D-Direktantrieben mit nm-Präzision für die nm-Vermessung und -Strukturierung von Objekten. Er unterstützt Sie mit Dienstleistungen für die Entwicklung mechatronischer Systeme, für Simulation, Design und Test von MEMS sowie für Finite-Elemente-Modellierung und Simulation.
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Forschungsfeld
Magnetische 6D-Direktantriebe mit nm-Präzision
Um die Fertigung makroskopischer High-Tech-Produkte mit mikroskopischer Präzision zu ermöglichen, forschen wir an wissenschaftlichen Grundlagen und technischen Lösungen für Nanopositioniersysteme für große Bewegungsbereiche.
Leitanwendung
nm-Vermessung und -Strukturierung von Objekten
Um beispielsweise die immer höhere Komplexität integrierter Systeme auf immer kleineren Halbleiterflächen fertigen zu können, forschen wir an immer präziseren Antrieben zur Nanometer-Vermessung und -Strukturierung von Objekten.