Physik Instrumente (PI) Positioniersystem mit neuer Funktionsweise

Das neue Positioniersystem auf Basis des magnetischen Schwebens
Das neue Positioniersystem auf Basis des magnetischen Schwebens

Auf der Hannover Messe ist ein neuartiges Positioniersystem zu begutachten, das auf dem Prinzip des magnetischen Schwebens fußt. Entwickelt wurde es von Physik Instrumente (PI) in Kooperation mit dem Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme (IMMS) sowie dem Fachbereich Mechatronik der Uni Ilmenau.

Inspektions- und Fertigungssysteme in der Halbleiterindustrie beruhen heutzutage meist auf Luftlagertechnik und magnetischen Linearmotoren. An ihre Grenzen stoßen solche Systeme in Anwendungen, die Nanometer-Präzision oder das Arbeiten unter Vakuum oder Stickstoffatmosphäre erfordern. Antriebsspezialisten von PI, IMMS und Uni Ilmenau haben sich jetzt dieses Problems angenommen und mit einem neuen elektromagnetischen Positioniersystem bereits vielversprechende Ergebnisse erzielt.

Das System fußt auf dem Prinzip des magnetischen Schwebens (Magnetic Levitation). Der Läufer schwebt auf einem magnetischen Feld, das mittels sechs Spulen erzeugt und aktiv über einen 6D-Sensor geregelt wird. Das magnetische Feld treibt den Läufer an und führt ihn aktiv. Der Antrieb und das hochauflösende Messsystem für die sechs Freiheitsgrade sind so entwickelt, dass der Läufer passiv bleibt, also keine Kabelanschlüsse nötig sind. Ein zweidimensionales optisch-inkrementales Messsystem erfasst dazu gemeinsam mit kapazitiven Sensoren die Position und sorgt für die Regelung des Antriebs in allen Achsen. Objekte lassen sich auf diese Weise mit hoher Führungsgenauigkeit in der Ebene linear bzw. rotativ bewegen.

»Die aktuelle, schon recht fortgeschrittene Entwicklungsstudie 'PIMag 6D‘ positioniert mit einer Auflösung von 10 nm«, erläutert Dr. Rainer Gloess, Leiter Advanced Mechatronics bei PI. »Fährt das System beispielsweise eine Kreisbahn mit 100 nm Durchmesser, liegt die maximale Abweichung von der Ideallinie bei nur wenigen Nanometern.«

Der Prototyp hat aktuell einen Bewegungsbereich von 100 x 100 x 0,15 mm. Bahnbewegungen sind bei einer Beschleunigung von bis zu 2 m/s2 und einer Geschwindigkeit von derzeit bis zu 100 mm/s mit Nanometer-Präzision durchführbar. Der digitale Controller des elektromagnetischen Antriebs, basierend auf einem modularen System von PI, kann schon jetzt verschiedene Geometrie-Files sowie Koordinatentransformationen verarbeiten und bietet damit eine günstige Basis für Skalierungen.

Hannover Messe: Halle 17, Stand D55