Im Bereich der Präzisionstechnik und mechatronischen Systeme gestalten neuartige Innovationen die Zukunft von Technologien wie der Nanofabrikation und hochpräzisen Geräten.

Exzellenz würdigen: Das IMMS-Patent

Das IMMS-Patent mit dem Titel „Positionierungssystem mit einem Regler und Verfahren zu dessen Konfiguration“ wurde kürzlich bei der Thüringer Preisverleihung des PATON | Landespatentzentrum Thüringen an der Technischen Universität Ilmenau mit einer Silbermedaille im Wettbewerb der Erfindermesse iENA gewürdigt. Ende Oktober hatte PATON die Arbeit im Auftrag des Erfinders Alex Huaman für den iENA-Wettbewerb in Nürnberg eingereicht.

Warum ist eine präzisere Arbeit als im Nanometerbereich erforderlich?

Technische Produkte wie Smartphones und medizinische Geräte werden heutzutage immer weiter miniaturisiert. In vielen Industriezweigen werden hochpräzise Maschinen gesucht, da der Bedarf steigt, kleinste Strukturen und Objekte mit höchster Genauigkeit zu messen und zu bearbeiten. Diese Maschinen erfüllen eine doppelte Funktion: Sie positionieren Objekte im Nanometerbereich innerhalb kürzester Zeit mit weitaus höherer Präzision. Gleichzeitig arbeiten sie auch in großen Arbeitsbereichen von mehreren hundert Millimetern. Übertragen auf andere Dimensionen könnte man sich in eine Rakete in Peru setzen, die Zielkoordinaten des Parkplatzes beim IMMS eingeben, starten und schnell und sicher den gewünschten Parkplatz treffen – vorausgesetzt, dieser ist nur 60 cm breiter als die Rakete.

Das neuartige Regelungskonzept wurde für hochdynamische Mehrkoordinaten-Direktantriebssysteme für hochpräzise Positionierung mit großem Bewegungsbereich entwickelt und an dem im Video gezeigten 6D-Nanometer-Planar-Positioniersystem validiert. Quelle: IMMS.

Neues Regelungskonzept für hochdynamische Mehrkoordinaten-Direktantriebssysteme

Hochdynamische Mehrkoordinaten-Direktantriebssysteme, wie sie am IMMS entwickelt wurden, ermöglichen solch präzises Arbeiten. Diese Systeme arbeiten in einem geschlossenen Regelkreis. Dabei berechnet ein komplexer Regelalgorithmus neue Sollwerte für die Antriebe basierend auf Messdaten zum aktuellen Zustand des Positionierschlittens.

Das neu entwickelte Regelungskonzept mit erweitertem dynamischem Beobachter ermöglicht eine effektive Kompensation von Störungen. Dadurch wird die Antriebspräzision im dynamischen Betrieb erheblich verbessert.

Dank der Tiefe dieses neuen Ansatzes müssen störende Kräfte nicht präzise gemessen werden, um kompensiert zu werden. Zudem passt sich das Regelungssystem langfristigen Veränderungen der Störungen an.

Ein neuer Störungsschätzer ermöglicht die Kompensation von Störungen

Im Hinblick auf die Genauigkeit wurde das innovative Regelungskonzept für ein nanometergenaues Antriebssystem mit drei Antriebs- und Führungselementen entwickelt. Diese Elemente, die einem Stativ ähneln, erzeugen vertikale Bewegungen und Neigungen um die horizontalen Raumachsen. Zusätzlich zur aerostatischen Führung enthält jedes dieser drei Elemente zwei parallel bewegliche Aktuatoren, die eine vertikale Kraft auf den beweglichen Teil erzeugen und übertragen. Um die Systemkomplexität zu reduzieren, werden diese gekoppelten Einzelachsen jeweils mit Einzelachsenreglern mit den oben genannten Eigenschaften umgesetzt.

Die neueste Ergänzung des Regelungskonzepts ist der Störungsschätzer. Er schätzt die Kräfte und Momente, die das System in Echtzeit stören, und fördert so ein proaktives Verhalten. Mit diesen berechneten Störungen kann der Regler die tatsächlichen Störkräfte kompensieren. Dies ermöglicht es, das Übersprechen zwischen den Achsen, Systemfehler sowie Störungen aus der Umgebung und aus dem internen System zu kompensieren.

Präzisionstechnik als Priorität

Das IMMS-Positionierungssystem für subnanometergenaues Arbeiten ist ein Beweis dafür, was möglich ist, wenn modernste Technologie auf visionäre Ingenieurskunst trifft. Mit seiner Auszeichnung auf der iENA und seinem Potenzial, Industrien zu revolutionieren, symbolisiert dieses System die Zukunft der Präzisionstechnik. Ob in der Nanofabrikationstechnologie, medizinischen Fortschritten oder der präzisen Optik – dieser Durchbruch zeigt, dass kleinste Bewegungen die größten Auswirkungen haben können.

Kontakt
Dr.-Ing. Ludwig Herzog
Leiter Mechatronik
E-Mail: ludwig.herzog(at)imms.de
Telefonnummer: +49 (0) 3677 874 93 60

Originalpublikation
Artikeltitel: Tip and Laser-Based 3D Nanofabrication in Extended Macroscopic Workspaces

Medienkontakt
Beate Hövelmans
Leiterin Unternehmenskommunikation
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