나노포지셔닝 시스템을 위한 고성능 PIOne 센서

긴 모션 범위에서 높은 정밀도를 구현하기 위해 PI 자체 개발

피에조 스테핑 드라이브 또는 마그네틱 드라이브는 긴 모션 범위에서 고정밀 포지셔닝을 가능하게 합니다. 긴 모션 범위에서 고분해능 구현 및 모션 에러를 최소화하기 위해서는 고성능 측정 시스템이 반드시 필요합니다.


변위가 최대 1mm인 피에조 액추에이터를 사용하는 기존 나노포지셔닝의 경우 정전용량 센서는 나노미터 이하의 분해능과 매우 높은 안정성 및 선형성을 구현합니다. 하지만 정전용량 측정 시스템은 변위가 약 1mm가 넘어가면 센서 영역의 크기가 커져 넓은 설치 공간이 필요하고 분해능 및 선형성이 감소하는 등 측정 한계치에 부딪히기 때문에 긴 변위에서는 일반적으로 엔코더를 사용합니다. 그러나 시중의 리니어 인코더는 나노포지셔닝 메커니즘의 요구 사항을 충족하기가 쉽지 않습니다.

PI의 센서 개발 책임자인 Axel Grabowski 박사는 “엔코더 등의 일반적인 센서는 1nm 이상의 분해능 구현이 불가능하거나 있더라도 시스템보다 크거나 상대적으로 높은 전력이 요구됩니다. 따라서, PI는 최대 분해능 및 적정 에너지 소비량을 가진 PIOne 소형 센서를 자체 개발했습니다.” 라고 발표했습니다.

최대 20피코미터 분해능

엔코더의 분해능, 즉 스케일에 대한 측정 헤드의 가장 작은 변위는 센서의 신호주기 길이, 처리 장치의 노이즈 및 신호의 전자 보간 계수에 의해 결정됩니다.

그러나 보간 인자의 레벨은 신호의 노이즈에 의해 제한되며 임의적으로 높게 설정할 수 없습니다. 따라서 가능한 한 짧은 신호 주기가 유리하여, 낮은 보간 인자로도 높은 분해능을 가능하게 합니다.

PIOne 센서는 0.5 μm의 작은 신호 주기와 최적화된 신호 처리 덕분에 분해능이 20피코미터 이상입니다.

또한, 센서 헤드에 Mach-Zehnder 간섭계가 내장되어 있어 온도 및 습도 등의 환경적 영향을 보상하므로 광 경로가 일정합니다.

PIOne 센서는 모든 PI컨트롤러와 호환되기 때문에 다양한 드라이브 기술이 접목된 포지셔닝 시스템에 적용 가능합니다.




저자 정보

Doris Knauer

Global Campaign Manager, Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG

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