Alle Mikroskoptische, egal von welchem Hersteller, weisen einige mechanische Fehler auf. Da sie Bewegungen im Submikrometerbereich wiederholen, beeinträchtigen selbst winzige Fehler die Genauigkeit, vor allem bei längeren Verfahrwegen. Es ist die Korrektur dieser Fehler, zusammen mit der präzisen internen Bearbeitung und dem Fachwissen in der Tischmontage, die den Ruf von Prior als weltweit führendes Unternehmen in der Herstellung von XY-Tischen untermauert.   

In diesem Artikel befassen wir uns mit den Hauptursachen für mechanische Fehler in Mikroskoptischen und wie diese gemildert werden, um die genauen, wiederholbaren Bewegungen zu gewährleisten, die für Mikroskopieanwendungen wie das Scannen von Halbleitern oder High-Content-Screening unerlässlich sind.   

Konstruktion von Mikroskoptischen: warum mechanische Fehler unvermeidlich sind  

Die meisten motorisierten Mikroskoptische haben ein ähnliches Format: Die Probe wird in der Mitte des Tisches positioniert, und die Bewegungen von links nach rechts (X) und von vorne nach hinten (Y) werden von Aktuatoren an den Rändern ausgeführt. Das bedeutet, dass zwischen den Motoren und dem zu untersuchenden Bereich ein gewisser Abstand besteht: Jeder inhärente Unterschied in der Genauigkeit der Kugelumlaufspindeln wird durch diesen Abstand verstärkt. Selbst die mechanisch genauesten Kugelumlaufspindeln weisen leichte Unterschiede auf, die die Wiederholgenauigkeit im Submikrometerbereich beeinträchtigen.   

XY-Tische verwenden zwei Motoren, die auf unterschiedlichen Ebenen arbeiten, was zu einer Schrägstellung führt. Bei langen Verfahrwegen - z. B. 300 mm - wirkt sich ein kleiner Fehler inkrementell aus. Anstatt sich in einer völlig geraden Linie zu bewegen, bewegt sich der Tisch in einem leichten Winkel, wodurch ein Radius entsteht.  

Diese Winkelfehler werden als Abbe-Fehler bezeichnet. 

Wenn wir uns beispielsweise am Rand des Tisches, an dem die Kugelumlaufspindel angebracht ist, 100 mm bewegen, bedeutet die Schrägstellung, dass die tatsächliche Entfernung, die das Objekt in der Mitte des Tisches zurücklegt, 100,003 mm beträgt. Glücklicherweise kann dieser Fehler von 3 µm korrigiert werden, so dass der Tisch eine Genauigkeit bietet, die mit mechanischen Mitteln allein nicht zu erreichen wäre.  

Für den Benutzer des Tisches funktioniert die Fehlerkorrektur nahtlos, und er kann sich darauf verlassen, dass der Tisch genau die gewünschte Strecke zurücklegt.  

Fachmännische, präzise Fertigung  

Obwohl mechanische Fehler unvermeidlich sind, bedeutet Prior's Erfahrung in der Konstruktion und Herstellung von Stufen, dass lokale Fehler während der mechanischen Montage behoben werden können, so dass nur Fehler, die die gesamte Länge des Verfahrbereichs betreffen, korrigiert werden müssen. Zusätzliche Korrekturen würden den Herstellungsprozess verlängern, ohne dass ein erkennbarer Vorteil über diese Verfahrwege entsteht.  

Da unsere Tische in unserem Werk in Großbritannien gefertigt werden, behalten wir die vollständige Kontrolle über die Qualität und Präzision des gesamten Fertigungsprozesses.   

Korrekturen für Fehler: Das Fachwissen von Prior Scientific  

Im obigen Abschnitt haben wir die Genauigkeits- und Wiederholbarkeitsfehler umrissen, die alle standardmäßigen motorisierten Mikroskoptische aller Hersteller betreffen. In diesem Abschnitt beschreiben wir die Schritte, die Prior Scientific unternimmt, um diese Fehler zu korrigieren und eine genaue, stabile und zuverlässige Bewegung zu gewährleisten. Die Fehlerkorrektur ist eine Standardmethode, die von Controllern und Software verwendet wird, um die Fehler zu erkennen und zu korrigieren, so dass sie die Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Experimente nicht beeinträchtigen.   

Abhängig von der Art des Tisches und der Anwendung bietet Prior zwei Arten der Fehlerkorrektur an:   

4-Zahlen-Korrektur  

Es überrascht nicht, dass diese Methode vier generierte Zahlen verwendet, um die Bewegung des Tisches zu korrigieren. Die vier Zahlen sind der X-Fehler, der Y-Fehler und zwei Schrägfehler. Diese Werte werden während der Prüfung und Kalibrierung für jeden Versteller einzeln generiert. Jeder Versteller weist eindeutige mechanische Fehler auf, und diese vier Korrekturnummern werden zusammen mit dem Versteller zum Zeitpunkt der Herstellung elektronisch gespeichert.   

Die 4er-Korrektur liefert eine Best-Fit-Gerade durch X und eine Best-Fit-Gerade durch Y. Dies ist ein angemessenes Korrekturniveau für die meisten Anwendungen in Tischen mit Bereichen bis zu denen des H101A-Tisches von Prior (114 x 75 mm).   

Für Tische mit größeren Verfahrbereichen - wie die H116 oder H112 von Prior - ist jedoch eine andere Korrekturmethode erforderlich:   

Vollständige Stufenabbildung   

Wie oben beschrieben, wendet die 4-Zahlen-Korrektur eine durchschnittliche beste Anpassung über eine Verfahrlinie an. Bei längeren Verfahrwegen bietet das Full-Stage-Mapping eine höhere Genauigkeit. Diese Methode liefert immer noch Korrekturwerte, aber diese werden für Punkte über den gesamten Verfahrbereich des Verstellers in regelmäßigen Abständen angewendet, die als kartierte Positionen bezeichnet werden.  Ein durchschnittlicher Korrekturwert für Positionen zwischen diesen Punkten wird ebenfalls angewandt, und der Abstand zwischen den abgebildeten Positionen wird auf einen ausreichend kleinen Abstand eingestellt, damit diese Mittelwertbildung die Leistung des Verstellers nicht beeinträchtigt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Positionskorrektur mit der Auflösung des Verstellers vorgenommen wird, ohne dass jede einzelne mögliche Position abgebildet werden muss.   

Bei der vollständigen Verstellerabbildung werden die Versteller während der Prüfung und Kalibrierung mithilfe eines speziell angefertigten Rasters, der so genannten Strichplatte, abgebildet. Das Raster wird in feinere Schnittpunkte unterteilt, von denen jeder als bekannte Position abgebildet und der Fehler aufgezeichnet wird. Dies ist die Grundlage für die Definition der kartierten Orte und die Festlegung des Abstands zwischen ihnen für die Mittelwertbildung.   

Diese Methode ist bei längeren Verfahrwegen präziser, da die Korrekturfaktoren nicht auf einen Durchschnitt über eine Verfahrlinie, sondern auf einen genauen Punkt angewendet werden. Bei längeren Verfahrwegen ist es wahrscheinlicher, dass es zu lokalen Positionsschwankungen kommt, so dass die vollständige Abbildung sicherstellt, dass Abbe-Fehler für den Endbenutzer nicht erkennbar sind. Bei der Abtastung von Halbleiterwafern, die bei hohen Vergrößerungen über Entfernungen von 300 mm oder mehr verfahren werden, ist diese höhere Korrekturstufe unerlässlich. 

Plug and Play   

In einem Prior III ProScan-Tisch sind alle Korrekturdaten auf dem Tisch in einem EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) gespeichert. Beim Anschluss an einen ProScan III-Controller wird das EEPROM gelesen und der Controller wendet die Korrekturfaktoren automatisch an. Das bedeutet, dass bei einer Aufrüstung eines Systems mit einer Prior-Stufe die bei der Herstellung ermittelten Korrekturfaktoren erhalten bleiben, wenn z. B. der Controller ausgetauscht werden muss. Prior-Versteller haben eine extrem lange Lebensdauer, einschließlich einer 5-Jahres-Garantie, und die Speicherung der Korrekturfaktoren zusammen mit dem Versteller stellt sicher, dass Prior-Systeme mit den Kundenanforderungen mitwachsen können, ohne dass eine Neukalibrierung erforderlich ist. 

Präzise, zuverlässige Bewegungen - was auch immer Ihre Anwendung ist 

Die motorisierten XY-Tische von Prior sind mit den meisten auf dem Markt erhältlichen Mikroskopen kompatibel und bieten eine Auswahl an Bewegungsbereichen und Lastkapazitäten für die meisten biowissenschaftlichen und industriellen Anwendungen. Kontaktieren Sie uns, um Ihre Anwendung zu besprechen.