Предметные столики с шаговыми двигателями
В предметных столиках с шаговыми двигателями используются шаговые двигатели постоянного тока, которые движутся точными шагами перемещения с помощью серии электрических импульсов, подаваемых двигателям, которые создают вращательное движение. В отличие от серводвигателей, шаговые двигатели не могут двигаться непрерывно путем подачи известного напряжения, а должны постоянно «пульсировать», чтобы создавать постоянное движение. Большинство шаговых двигателей делятся на три категории: гибридные, с постоянным магнитом и переменным сопротивлением. К слову, столики с гибридными шаговыми двигателями составляют большинство предметных столиков, используемых в промышленности.
Предметный столик с шаговым двигателем модели H101F от компании Prior Scientific
Критерии оценки:
1) Стоимость - Шаговые двигатели дешевле аналогичных серводвигателей. - Элементы шагового двигателя не требуют обратной связи по положению, что снижает их стоимость. - Драйверы шагового двигателя в виде плат доступны по цене. 2) Крутящий момент - Шаговые ступени двигателей имеют высокий крутящий момент при низких оборотах. - Крутящий момент уменьшается экспоненциально с увеличением скорости. - Шаговые двигатели обладают сопротивлением движению на холостом ходу (удерживающим моментом), что полезно в некоторых случаях, например, при замедленной съемке. |
3) Производительность и ограничения
- Столики на базе шаговых двигателей имеют воспроизводимость микронного и, в некоторых случаях, субмикронного уровня.
- Точность перемещения можно повысить, используя энкодер на каждой оси.
- Средняя точность перемещения шагового двигателя может составлять от 50 нанометров до десятков микрон.
- Возможность перемещения от точки к точке менее, чем на 1 мм менее чем за 100 миллисекунд.
- Максимальные скорости обычно ограничиваются примерно 100 мм/с.
- Шаговые ступени характеризуются слабой пульсацией скорости (плавностью движения) на низких скоростях.
4) Управление
-Управление шаговым двигателем хорошо изучено, имеется множество опций в продаже.
- Столики с шаговым двигателем не имеют проблем с настройкой, но могут иметь небольшой резонанс на более низких скоростях.
- Работа с разомкнутым контуром обратной связи упрощает использование и сводит к минимуму обслуживание в долгосрочной перспективе.
Предметные столики с шаговым двигателем являются хорошим вариантом в случаях, когда требуется воспроизводимость от микронного до субмикронного уровня при перемещении от точки к точке по доступной цене.
Предметные столики с шаговым двигателем серии OptiScan от компании Prior Scientific с ассортиментом прецизионных столиков микронного уровня являются экономически выгодным вложением в условиях регулярного сканирования объектов и обработки изображений. В применениях, требующих более высокой точности и более высоких скоростей перемещения, компания Prior Scientific предлагает столики c шаговым двигателем серии ProScan. Предыдущие модели ProScan имели субмикронную повторяемость (около 200 нанометров) и опциональные линейные оптические энкодеры, если требовалось управление с обратной связью. Благодаря диапазону перемещения, превышающему 300 мм, столики ProScan применимы для образцов, размеры которых варьируются от размеров предметных стекол до больших полупроводниковых пластин.
Предметные столики с серводвигателями
Основными составляющими серводвигателей постоянного тока являются вращательные или линейные двигатели постоянного тока, управляющая электроника и энкодеры с обратной связью для контроля положения двигателя.
Предметные столики с серводвигателем очень похожи по конструкции на столики с шаговым двигателем. Классический столик с серводвигателем с шариково-винтовой передачей соединяет вращающийся серводвигатель с шарико-винтовым ходом, обеспечивающий движение для каждой оси. Каждая ось имеет угловые или линейные энкодеры. С линейными энкодерами, которые непосредственно измеряют перемещение оси столика, обеспечивается более высокая точность перемещения. Так же в предметных столиках с линейным серводвигателем используется линейная магнитная дорожка с силовым механизмом (катушкой) для перемещения по магнитной дорожке, обеспечивающая плавное перемещение с такой силой, исключающей необходимость в механических передачах, таких как шарико-винтовые, реечные или ременные передачи. Возможность потреблять больше тока по мере необходимости обеспечивает большие значения ускорения и позволяет получить номинальный вращающий момент от 0 до 100% скорости. Предметные столики с серводвигателем постоянного тока по умолчанию контролируют выходной сигнал энкодера, так что положение двигателя можно регулировать для сохранения положения в статике, перемещения в новое положение или задать перемещение с известной скоростью. Столики с серводвигателем получают более высокие баллы по нескольким критериям оценки.
Столик с линейным серводвигателем модели HLD117 от компании Prior Scientific
Критерии оценки:
1) Стоимость - В среднем более высокая стоимость, чем у предметного столика с шаговым двигателем. - Управление с обратной связью - единственный вариант, требующий дополнительных затрат на энкодер. - Определение элементов управления контура сервопривода требует дополнительных затрат на разработку. 2) Крутящий момент - Превосходно работает при малой и высокой частоте оборотов. - Удерживающий момент/момент силы ниже, чем у столиков с шаговым двигателем. |
3) Управление
- Хорошие показатели скорости пульсации, работающие в паре с технологией линейного двигателя.
- Изменения скорости менее чем на один процент при скоростях ниже 100 мкм/с являются обычным явлением.
- Точность и разрешение ограничиваются разрешающей способностью энкодера.
- Отлично подходит для перемещения на длинные расстояния, короткие расстояния сопоставимы с шагом столика.
- Максимальная скорость превышает 1 метр/с.
- Требуется управление с обратной связью с использованием энкодеров.
- Изменение нагрузки может повлиять на усиление сервопривода, вызывая потенциальные проблемы настройки для многоцелевых систем.
Выбор предметных столиков с сервоприводом обоснован в тех случаях, когда требуются высокие показатели скорости, ускорения и управления и данные требования перевешивают финансовый аспект. Линейные двигатели постоянного тока отлично подходят для применений, когда требуется плавное и постоянное управление скоростью, так как подшипники пластины столика являются единственным источником трения в системе.
Столик с линейным серводвигателем ProScan HLD117 от компании Prior Scientific с триггером TTL на входе/выходе обеспечивает движение с постоянной скоростью с низкой пульсацией скорости для идеальной синхронизации изображения с программным обеспечением для обработки изображений.
Применения предметных столиков с сервоприводами:
- Визуализация изображения с постоянной скоростью (линейный серводвигатель постоянного тока лучше всего подходит для этого применения), например, предметный столик Prior Scientific HLD117 обеспечивает плавное сканирование со скоростью всего 1 микрон в секунду.
- Независимо от того зафиксированы ли клетки или в растворе, моторизованные столики с линейными двигателями позволяют легко получать изображения с нескольких положений. Получение изображений из нескольких точек, расположенных на широкой области перемещения, происходит быстрее, чем считалось ранее возможным. Например, сканирование 96-луночного планшета осуществляется всего за 15 секунд.
- В сочетании с полупроводниковыми светодиодными источниками света можно получить разрешение, автоматизацию и скорость, необходимые для получения высоких результатов высокоинформативного скрининга с множеством параметров.
- Применения при высокоточном лазерном травлении или лазерном удалении тканей, которые требуют плавного движения для предотвращения непреднамеренных ожогов или неполной резки.
Когда дело касается стоимости и простоты, предметные столики с шаговым двигателем имеют явные преимущества перед столиками с серводвигателем. Когда низкая пульсация скорости является ключевой характеристикой, в таком случае линейный сервопривод постоянного тока работает лучше всего. Когда выбор не ясен, обе технологии могут работать на высоких уровнях, но пользователю необходимо будет оценить тонкие различия между моторизованными столиками с шаговым двигателем и сервоприводом: удерживающий момент, варианты замкнутого контура для ступеней шагового двигателя и возможность управления.