Präzisionsfertigung

Fasern und optische Bauelemente in bis zu sechs Freiheitsgraden positionieren

| Redakteur: Franz Graser

Bild 1: Dreiachsiges System F.712.MA für Anwendungen im Bereich der Positionierung, die keine Drehbewegungen erfordern.
Bild 1: Dreiachsiges System F.712.MA für Anwendungen im Bereich der Positionierung, die keine Drehbewegungen erfordern. (Bild: Physik Instrumente)

Bei Fertigung und Test von Bauteilen mit optischer Datenübertragung gilt es, Fasern oder Faser-Arrays für eine optimale Verbindung mit höchstmöglicher Genauigkeit zu justieren. Positionstoleranzen weit unter 50 nm sind üblich und Mehrkanal-Ein- und Ausgänge erfordern die simultane Ausrichtung in mehreren Achsen.

Physik Instrumente (PI) hat zwei hochpräzise Faserpositioniersysteme im Programm, mit denen sich mehrere Fasern in Sekundenschnelle justieren lassen. Beide Systeme basieren auf einem sehr steifen Aufbau, der entweder aus drei gestapelten Linearachsen (F-712.MA), oder – wenn auch Drehbewegungen gefordert sind – aus einem parallelkinematischen Hexapoden (F-721.HA) besteht und jeweils mit einem Nanopositionierer kombiniert ist (Bild 1 und Bild 2).

Die Parallelkinematik und die gestapelten Achsen mit ihren motorischen Antrieben ermöglichen bei der Grobpositionierung längere Stellwege im Bereich von einigen Millimetern, gleichzeitig sorgt der NanoCube-Positionierer für schnelle Scanning-Bewegungen und einen dynamischen Ausgleich von Drifteffekten. Festkörperführungen und vollkeramisch isolierte Piezoaktoren garantieren eine lange Lebensdauer. Positionssensoren an allen Antrieben verhindern Kollisionen, etwa mit einem teuren Silizium-Wafer.

Beide Systeme gibt es wahlweise für einseitige oder beidseitige Positionierungsaufgaben. Zum Lieferumfang gehören jeweils ein leistungsfähiger Digital-Controller (E-712), Firmware-Routinen mit Algorithmen für eine sehr schnelle Positionierung sowie ein umfangreiches Softwarepaket. Beim parallelkinematischen Aufbau wird der passende Hexapod-Controller (C-887) mitgeliefert.

Als Parallelkinematik oder als gestapeltes System

Das gestapelte System für die Positionierung von Fasern oder optischen Komponenten arbeitet bei der Grobpositionierung in allen drei Achsen mit Stellwegen von bis zu 25 mm, bei einer kleinsten Schrittweite von 2 µm und einer maximalen Geschwindigkeit von 20 mm/s.

Beim Hexapoden liegen die Stellwege in X-, Y- und Z-Richtung bei ±6,5; ±16 und ±8,5 mm, für die drei Drehachsen bei ±14,5, ±10 und ±10 Grad. Die kleinste Schrittweite beträgt jeweils 0,1 µm. Dabei arbeitet das System bei einer Geschwindigkeit von maximal 10 mm/s und kann durch den frei im Raum definierbaren Drehpunkt (Pivotpunkt) auch in unterschiedlichen Winkeln feinfühlig positionieren, so etwa bei der Positionierung von Faser-Arrays.

Der NanoCube, der bei beiden Systemen die Feinpositionierung übernimmt, arbeitet mit Stellwegen von 100 µm in allen drei Achsen und einer kleinsten Schrittweite von 2,5 nm. Die Positionierungszeit beim Flächenscan über 100 µm x 100 µm liegt bei einer maximalen Abweichung von der Spitzenintensität von 0,02 dB unter 1 Sekunde.

Weitere Informationen finden Sie unter diesem Link.

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