SMARGON

Höchste Präzision, Robustheit und Zuverlässigkeit stehen bei der Auswahl von Positioniergeräten für den Einsatz in Wissenschaft und Industrie an erster Stelle. SmarAct hat ein Roboter-Positionierungssystem mit sechs Freiheitsgraden entwickelt, das für verschiedene Positionierungsaufgaben in Experimenten oder Mikromontageaufbauten verwendet werden kann. Sein kompaktes Design bietet eine schlanke Silhouette und ermöglicht große Drehwinkel auch bei beengten Platzverhältnissen. Mit einer smarten automatisierten Kalibrierroutine erreicht er eine Sphere of Confusion (SOC) im einstelligen Mikrometerbereich für alle Drehachsen.
Das
SMARGON ist ein Positioniersystem mit sechs Freiheitsgraden, das auf einer Kombination von serieller und paralleler Kinematik basiert, die auf einer Hochleistungsdrehstufe montiert ist und die ω-Achse des Geräts definiert. Diese Rotationsplattform kann entweder eine Direct-Drive- oder eine Piezo-getriebene Stufe sein. Der ausgeklügelte hybridkinematische Ansatz ermöglicht es, den Endeffektor, der auch ein Bauteil oder eine andere Nutzlast bis zu 50 Gramm sein kann, in X-, Y- und Z-Richtung zu positionieren und in χ-, φ- und ω-Richtung zu drehen.
Das SMARGON-Steuerungssystem berechnet die teilweise parallele kinematische Transformation, die eine direkte Positionierung des Endeffektors ermöglicht, was das Unterrichten von Posen zu einer einfachen Aufgabe macht. Die Kompatibilität mit dem MCS2 Modular Control System garantiert eine einfache Integration in bestehende Steuerungsumgebungen und eine intuitive Steuerung des Positioniersystems.

Design

Der SMARGON besteht aus einer Kombination von Positioniersystemen mit fünf Freiheitsgraden, die auf einer Hochleistungs-Rotationsachse montiert sind. Für die ω-Rotation des Positioniersystems kann ein piezogetriebener Rotationspositionierer oder ein hochpräzises Luftlager verwendet werden. Das 5D-System ermöglichst es, um die Achsen χ und φ zu drehen.

Das SMARGON-Steuerungssystem berechnet die teilweise parallele kinematische Transformation, die eine direkte Positionierung und Ausrichtung im Strahl ermöglicht. In seiner Standardkonfiguration ist ein magnetischer Probenhalter am Frontend montiert, der eine schnelle und bequeme Möglichkeit bietet, verschiedene Proben zu be- und entladen.
Dieses hochpräzise Goniometer wurde speziell für den Einsatz in Röntgenbeugungsexperimenten entwickelt. Daher widmete SmarAct den sechs Freiheitsgraden des SMARGON-Positioniersystems besondere Aufmerksamkeit.
Die Gesamtkompaktheit der Goniometer und ihre geringe Stellfläche tragen dazu bei, Selbstbeschattungseffekte zu minimieren. Dadurch kann der Röntgendetektor auch viel näher an der Probe platziert werden, wodurch ein größerer Teil des Beugungskegels detektiert werden kann. SmarAct ist auch in der Lage, den SMARGON in einer vakuumkompatiblen Version oder vollständig aus nichtmagnetischen Materialien anzubieten.
Die SOC des gesamten Aufbaus definiert die Systemperformance und hängt stark von der Präzision jedes einzelnen Positionierers ab. Daher ist jede Achse genau ausgerichtet, um Synergien im kombinierten multiaxialen System zu gewährleisten. Darüber hinaus bildet eine ausgeklügelte Kalibrierung über das verfügbare Calibration Kit die Grundlage für eine aktive Kompensationsroutine, die im Motion Controller des Systems implementiert ist. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die Systemspezifikationen, die während des Vor-Ort-Betriebs nach erfolgreicher Kalibrierung ermittelt wurden.

 
ω
χ
φ
X
Y
Z
Reisebereich unbegrenzt 0° ... 90° unbegrenzt ± 2 mm ± 2 mm ± 2 mm
Sphäre der Verwirrung [μm] < 1 < 7 < 7 -- -- --
Entschließung des Antrags < 100 µ° < 20 µ° < 20 µ° < 5 nm < 5 nm < 5 nm
Geschwindigkeit 180 ° / s 10 ° / s 80 ° / s ~ 10 mm/s ~ 10 mm/s ~ 10 mm/s

Kalibriersatz

Das Kalibrierkit besteht aus einem Hardware- und einem Softwareteil, die beide entwickelt wurden, um Abweichungen von einer idealen Rotation automatisch zu messen und Kompensationsparameter zu berechnen, die im PMAC gespeichert werden. Der Hardware-Teil enthält eine Kalibrierprobe, die mit einer Keramikkugel als Prüfobjekt ausgestattet ist. Ein dreidimensionales Positioniersystem mit Kraftsensoren wird verwendet, um die laterale Verschiebung der Keramikkugel zu messen, während die Kalibrierprobe vom SMARGON gedreht wird. Eine ausgeklügelte Routine sorgt für die Kalibrierung des Goniometers innerhalb von Minuten.

Anwendungen

Mit einem SmarAct-Greifsystem als Endeffektor kann der SMARGON zu einem vielseitigen Roboter-Handling-System umgebaut werden. Der Roboter kann dann auf einem langen linearen Tischschienensystem der SLL-Serie platziert werden, um die perfekte Lösung für präzise Material- und Probenhandhabungsaufgaben zu schaffen.
Ein zusätzlicher Synergieeffekt würde sich daraus ergeben, dass es nicht nur für den Probentransport von Probenlagern zu Analysesystemen oder Mikroskopen verwendet werden könnte, sondern auch als Primärprobenstufe für Labore dienen könnte, die einen hohen Probendurchsatz erfordern.

Die Wurzeln des SMARGON liegen in Synchrotron XRD-Anwendungen. Betrachtet man jedoch die Grundlage des Designs, findet man ein universelles Gerät, das als Hybrid aus einem parallelen und einem seriellen kinematischen Positioniersystem beschrieben werden kann.
Mit einer Kinematik, die es dem SMARGON ermöglicht, in drei Dimensionen zu übersetzen und sich kompuzentrisch um einen definierbaren Punkt in seinem Arbeitsraum zu drehen, ist er nicht nur ein wissenschaftliches Werkzeug, sondern auch ein sehr vielseitiges Roboter-Handling-System für andere Anwendungsbereiche.
Wird zusätzlich eine Buchse, die REM-Stubs aufnimmt, als Endeffektor montiert, verwandelt sich der SMARGON in einen hochpräzisen REM-Probentisch mit sechs Freiheitsgraden und sehr schmaler Silhouette.
Aufgrund der Verfügbarkeit von Hoch- und Ultrahochvakuum-kompatiblen Versionen kann es auch als Probenmanipulator für die Auger- oder Photo-Elektronenspektroskopie oder andere Analysetechniken verwendet werden, die Vakuumbedingungen erfordern.

Die Kombination von hochpräziser Positionierung mit großen Verfahrwegen eröffnet neue Anwendungsfelder.
Lassen Sie sich inspirieren und beginnen Sie mit unseren Anwendungswissenschaftlern eine Diskussion über Hochpräzisionsrobotik.

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