Nahezu alle hier gezeigten atmosphärischen Standardachsen sind uneloxiert mit UHV-Schmierung für Restdrücke bis 10E-6 mbar und min. Reinraum Klasse ISO 6 - oder noch besser - verfügbar. Weitere Stages für anpruchsvollere Umgebungen bis Reinraumklasse ISO 2, Vakuum bis 10E-11 mbar oder harte Strahlung finden Sie hier:

Übersicht Reinraum & Vakuum XY Stages    Technischen Berater kontaktieren

Materialien für XY-Stages

XY-Stages von Steinmeyer Mechatronik bestehen überwiegend aus Aluminium. Dieses Material bietet ein optimales Verhältnis aus Steifigkeit, Gewicht und thermischem Verhalten – entscheidend für hochpräzise zweiachsige Positioniersysteme.

Aluminium leitet lokale Erwärmungen effizient ab. Dadurch stellt sich das System schnell in einen thermisch stabilen Zustand ein – eine wesentliche Voraussetzung für reproduzierbare Genauigkeit in XY-Anwendungen, insbesondere bei Scan- oder Inspektionsprozessen.

Die geringere Steifigkeit von Aluminium im Vergleich zu Stahl wird konstruktiv kompensiert, beispielsweise durch:

• Optimierte Querschnittsgeometrien der X- und Y-Träger
• Verstärkte Grundplatten bei größeren Verfahrwegen
• Hohlprofilkonstruktionen mit hoher Biegesteifigkeit

Für spezielle Anforderungen – etwa magnetfeldkritische oder vakuumtaugliche Anwendungen – sind alternativ Stahl- oder Titan-Ausführungen möglich.

Funktionale Oberflächen und Beschichtungen für XY-Stages

Je nach Einsatzumgebung stehen neben Standardoberflächen zahlreiche kundenspezifische Beschichtungs- und Oberflächenkonzepte zur Verfügung. Diese ermöglichen Reinraumtauglichkeit bis ISO 1–2 (abhängig von Anwendung und Prozess) sowie optimierte Eigenschaften für optische oder chemisch anspruchsvolle Umgebungen.

Für XY-Stages mit hohen Anforderungen an Verschleiß, Reibung oder Partikelverhalten entwickeln und qualifizieren wir applikationsspezifische Funktionsbeschichtungen, unter anderem:

• Nickel-Beschichtungen
• PTFE- & KEPLA®-Beschichtungen
• Fluorierte Schmierstoffe
• Dicronite® / Dry-Film-Beschichtungen
• Applikationsspezifische Beschichtungskombinationen

Darüber hinaus sind verfügbar:

• Eloxiert (gereinigt)
• Alternative Farb-Eloxale
• Aluminium blank, gereinigt
• Bilatal
• Nickel

Diese Oberflächen eignen sich insbesondere für:

• Hohe Reinheitsanforderungen im Reinraum
• Chemisch aggressive Umgebungen (z. B. Life Science)
• Optische Systeme mit Streulichtanforderungen
• Vakuumanwendungen

Warum Funktionsbeschichtungen bei XY-Stages entscheidend sind (Vorher → Nachher)

• Standardoberfläche → EUV-taugliche Oberfläche
• Reflektierend → Nicht reflektierend, minimiertes Streulicht
• Begrenzte Gleitfähigkeit → Optimierte Reibwerte & reduzierter Verschleiß
• Basisschutz → Erhöhte chemische & korrosive Beständigkeit
• Standardausführung → Applikationsoptimierte Performance

Sonderoberflächen sind häufig erforderlich für UV / DUV / EUV-Anwendungen (Röntgen- oder Gamma-Anwendungen auf Anfrage).

Kreuztische bzw. XY-Stages, sind grundlegend hochpräzise Positioniersysteme, die verwendet werden, um Objekte in zwei Dimensionen (X- und Y-Achse) zu bewegen. Sie finden Anwendung in verschiedenen Bereichen, wie z.B. der Mikroskopie, der Fertigung und der Automatisierungstechnik. Die Architektur unserer motorisierten XY-Systeme kann in vier Grundkonzepte unterteilt werden:

• Plattenstapel („Ritter-Sport-Architektur“)
• Gekreuzte Linearachsen („Kreuzarchitektur“)
• Inverse Pyramide („Zuckertüte“)
• Pyramide („Pyramidenarchitektur“)

Die meisten XY-Tische sind nach dem Prinzip des Plattenstapels, manchmal auch „Ritter-Sport-Architektur“ genannt, aufgebaut. Sie verfügen über eine besonders kompakte, quadratische Konstruktionsweise und erfüllen die Erwartungen an einen Kreuztisch.

Allerdings fahren sie im Betrieb auseinander und nehmen dann um den Verfahrweg in zwei Dimensionen mehr Platz in Anspruch. Das Überhängen der massiven Platten führt zu einer Verbiegung, wodurch sich die Genauigkeit reduziert. Da im Sinne der Konstruktionsregeln die Führungen länger sein müssen als im seitlichen Abstand, befindet sich an den Seiten der einzelnen Verfahrrichtungen ungenutztes Material. Dieses macht den Tisch vergleichsweise schwer, bringt jedoch keinen Nutzen und sorgt lediglich dafür, dass sich der Kreuztisch beim Verfahren zusätzlich verbiegt. Hierdurch ergibt sich eine starke Positionsabhängigkeit der Verbiegung und damit der Präzision.

Die Kreuzarchitektur lässt sich einfach realisieren und ergibt sich durch ein gekreuztes Übereinanderschrauben von Lineartischen. Die Fahrt erfolgt in eine Richtung über den mittleren Footprint. In dieser Richtung muss entsprechend Platz vorgehalten werden. Der Vorteil sind die weniger massiven Platten, womit sich Überhängen und somit Verbiegungen und Einflüsse auf die Präzision reduzieren. Da bei gekreuzten Einzeltischen seitlich füllendes Material fehlt, fällt die Verbiegung geringer aus. Der gewonnene Platz lässt sich für die Kabelführung der oberen Achse nutzen. Dies führt zu einer geringeren Positionsabhängigkeit der Verbiegung und somit zu einer höheren Präzision.

Mikroskoptische sind in der Regel als inverse Pyramide, in ihrer Form einer „Zuckertüte“ ähnelnd, aufgebaut. Gegenüber anderen Architekturen ist diese besonders kompakt, flach und leicht. Die Antriebe lassen sich einfach unter den überhängenden Platten verstecken, was gerade für mobile Geräte vorteilhaft ist. Für Anwendungen, bei denen die Lasteinleitung grundsätzlich mittig stattfindet, beispielsweise bei Härteprüftischen, ist diese Architektur ausreichend. Wie bei der Plattenstapelarchitektur fahren hierbei jedoch die Platten auseinander und nehmen dann um den Verfahrweg in zwei Dimensionen zusätzlichen Platz in Anspruch. Somit ergeben sich bei der inversen Pyramide vergleichbare Nachteile wie bei der Plattenstapel-Architektur.

Die vierte Architektur ist der strikte Pyramidenaufbau, der besonders durch sein großes Erscheinungsbild gekennzeichnet ist und somit nicht den üblichen Erwartungen an einen Kreuztisch entspricht. Der Vorteil dieser Lösung ist, dass die Platten im Betrieb nicht auseinanderfahren, sodass der Tisch immer denselben Platz in Anspruch nimmt. Das flächige Abstützen der unteren Platte an der Grundstruktur bildet eine sehr steife Basis für das Gesamtsystem. Zudem befindet sich an den Seiten kein ungenutztes oder überhängendes Material. Die Führungswagen laufen grundsätzlich vollständig auf mit Metall unterstützter Schiene und das Führungsverhältnis wird immer eingehalten. Auf diese Weise zeichnet sich die Pyramidenarchitektur mit hervorragenden Genauigkeitswerten und extrem geringen Abweichungen beim Verfahren und bei unterschiedlicher Last aus.

Die Auslegung von XY-Stages basiert primär auf Kraftbedarf in X- und Y-Richtung, Dynamik (Beschleunigung / Geschwindigkeit) sowie der erforderlichen Positioniergenauigkeit. Zusätzlich relevant sind Bauraum, bewegte Masse, thermische Stabilität und Integrationsaufwand. Je nach Anforderung kommen unterschiedliche Antriebskonzepte zum Einsatz, erkennbar als Kürzel in der jeweiligen Namensbezeichnung:

• Geschliffene Kugelgewindetriebe oder Gleitgewindetriebe mit SM-Motor (Schrittmotor), DC-Motor (Gleichstrommotor) oder AC-Servo (Wechselstrom-Servomotor)
• Elektrodynamische Linearmotoren (eisenlos oder eisenbehaftet) für hochdynamische XY-Scanbewegungen
• Piezomotoren wie Piezo-Legs^® oder Nanomotion^® für Feinkorrektur- oder Nanopositionierung

Systematische Entscheidungsstruktur für XY-Stages

1. Schrittmotor in XY-Stages

Typische Anwendung

Kompakte XY-Positioniersysteme mit moderaten Geschwindigkeiten und Kräften, beispielsweise in Labor- oder Justageaufgaben.

Vorteile

• Kosteneffizient
• Einfache Integration
• Gute Haltekraft im Stillstand

Nachteile

• Mögliche Schrittverluste bei Überlast
• Begrenzte Dynamik bei schnellen Scanbewegungen

Empfohlen für

• Kompakte XY-Tische
• Justage- und Einstellaufgaben
• Laborautomatisierung
• Vakuumkompatible Anwendungen mit moderater Dynamik

2. DC-Servo oder BLDC-Motor in XY-Stages

Typische Anwendung

XY-Systeme mit geschlossener Regelung für reproduzierbare Positionierung und höhere Dynamik.

Vorteile

• Sehr gleichmäßiger Lauf in beiden Achsen
• Hohe Beschleunigungen bei moderater Baugröße
• Präzise Positions- und Geschwindigkeitsregelung

Nachteile

• Höhere Systemkosten
• Erfordert Servoregler und Parametrierung

Empfohlen für

• Schnelle XY-Scan-Tische
• Automatisierte Inspektionssysteme
• Synchronisierte Mehrachssysteme

3. Linearmotor in XY-Stages

Typische Anwendung

Direktantrieb für hochdynamische XY-Positioniersysteme ohne mechanische Übertragung.

Vorteile

• Kein Umkehrspiel
• Sehr hohe Beschleunigungen in X und Y
• Ideal für kontinuierliche Scanprozesse

Nachteile

• Erhöhter Energiebedarf
• Thermisches Management erforderlich
• Höhere Investitionskosten

Empfohlen für

• Hochdynamische XY-Scan-Systeme
• Halbleiter-Inspektion und Metrologie
• Präzisionsmontage mit hohen Taktzahlen

4. Piezo-, Nanomotion oder Ultrasonic-Antriebe in XY-Stages

Typische Anwendung

Nanometer-Feinpositionierung innerhalb eines XY-Systems oder als Korrekturachse.

Vorteile

• Extrem feine Schrittweiten
• Keine magnetischen Felder
• Hohe Haltekraft ohne Energiezufuhr

Nachteile

• Begrenzte Verfahrwege
• Niedrige Geschwindigkeit
• Nicht für hohe Dauerlast ausgelegt

Empfohlen für

• Nanopositionierung innerhalb von XY-Systemen
• Optische Feinjustage
• Active-Alignment-Anwendungen
• Magnetfeldkritische oder vakuumtaugliche Umgebungen

Als Feedback-System werden in den meisten Fällen inkrementelle Maßstäbe aus Stahl oder Zerodur^® bzw. Zeromet^® eingesetzt. Während dies für eine Genauigkeit im einstelligen Mikrometerbereich ausreichend ist, ist es bei Genauigkeitsforderungen unter einem Mikrometer sinnvoll, interferometrisches Positionsfeedback zu verwenden. Bei Systemen mit „open loop“, also ohne Messsystem, lässt sich nur eine Präzision im zweistelligen Mikrometerbereich erzielen; aufgrund des einfacheren Controllers und des fehlenden Messsystems ist dies aber die kostengünstigere Lösung.