Diseño y resultados experimentales de un posicionador nanométrico

En este trabajo se presenta el diseno e implementacion de un dispositivo para posicionamientos de precision con un rango de desplazamiento de 18 micrones y resolucion nanometrica. Para la etapa de diseno se impuso que el ancho de banda de lazo cerrado sea relativamente alto, en el orden de 100 Hz. El sistema de guiado es del tipo “flexure stage” y es accionado por un piezoelectrico. El ancho de banda especificado requiere de una rigidez del sistema tal que el primer modo de vibracion del conjunto sea al menos 10 veces superior. Por otro lado, las exigencias de alineacion del piezoelectrico, para evitar esfuerzos de tension destructivas, conducen a la utilizacion de acoples del tipo esfera-superficie plana. El trabajo presenta el proceso de diseno del sistema de posicionamiento y el efecto que introduce el metodo de montaje. Tanto la rigidez del flexure como la del acople provocan una disminucion del recorrido util del actuador. Ademas el sistema de montaje introduce una disminucion en la frecuencia de resonancia del conjunto en la direccion de actuacion y modos normales laterales adicionales. Para el diseno se utilizaron herramientas de calculo y simulacion por elementos finitos. Se presenta el analisis del contacto bolilla-superficie plana, cuyos resultados se comparan con las ecuaciones de Hertz. Finalmente se presentan resultados experimentales para condiciones de posicionamientos a lazo abierto de tipo estaticos y se comparan con los obtenidos por simulacion.