Prior电动显微镜平台的步进马达和直线电机技术

采用直流步进电机或直流伺服电机的电动显微镜载物台占全球用于光子学应用的大部分显微镜电动平台（电动显微镜平台）。在大多数应用中选择哪一种载物台的决定原因，并不是看哪一种类型可以工作而另一种不能工作，而是要确定哪种类型为您的应用带来最大的优势，包括考虑他的速度、准确性、集成工作量或成本方面。下文将通过几个方面对电动显微镜载物台和直线电动显微镜载物台进行评价以及比较。

首先明确一下名词概念，本文的直流步进电机也叫步进马达，采用滚珠螺杆。直线电机也叫直流电机或直流伺服电机，采用普通螺杆，必须配编码器，精度更高，速度更快，可达300mm/s。

步进马达，直流步进电机电动显微镜载物台：

使用直流步进电机，步进马达的电动显微镜载物台，通过一系列电脉冲使电机产生旋转运动从而精确地移动。与直线电动显微镜载物台不同，电动显微镜载物台不会通过施加一个已知的电压而连续运动，而是必须连续"脉冲"，以产生恒定的运动。大多数步进电机分为三类：混合型、永磁型和可变磁阻型，其中混合型步进电机级占工业应用中的大多数级。滚珠螺杆 60mm/s，1mm, 2mm

两者产品的成本对比：

-直流步进电机显微镜载物台比直线电机电动显微镜载物台便宜

-直流步进电机不需要位置反馈的额外配件或仪器，从而保持步进控制成本低。

-直流步进电机显微镜电动平台的驱动程序价格合理。

扭矩对比：

-直流步进电机电动显微镜载物台在低转速下具有高扭矩。

-随着速度的增加，扭矩呈指数下降。

-直流步进电动显微镜载物台在空闲时具有运动阻力（保持扭矩），这在延时成像等多种应用中很有帮助。

性能和限制：

-直流步进电机显微镜载物台具有微米级的重复性，在某些情况下可以是亚微米级。

-通过对每个轴进行编码，可以提高平台精度。

-直流步进电机显微镜载物台的平均精度可以从50纳米到几十微米不等。

-能够在不到100毫秒的时间内实现1毫米以下的点对点移动。

-最大速度一般被限制在100毫米/秒左右。

-直流步进电机显微镜载物台低速时表现出较差的速度波纹（运动的平滑度）。

控制

-直流步进电机显微镜载物台的控制系统很好理解。

-直流步进电机没有调谐问题，但在低速时可能会出现轻微的共振。

-开环操作简化了使用，并最大限度地减少了长期的维护工作。

需要微米到亚微米级可重复性，以及价格优势的用户可以选择直流步进电机显微镜载物台，PriorScientific的OptiScan系列步进电动显微镜载物台是具有经济意识的用户的理想选择，具有用于常规扫描和成像应用的各种微米级精密平台。对于需要更高精度和更高速度的应用，Prior提供ProScan系列步进电机平台。以前的ProScan平台具有亚微米级的可重复性（低至200纳米），并且如果需要闭环控制，可选的线性光学编码器。ProScan载物台的行程超过300毫米，可兼容从载玻片到大型半导体晶片的样品。

步进马达显微镜载物台的常见应用包括：

全玻片成像，PriorScientific的ProScan和OptiScan载物台以25至100毫米/秒的速度提供高速开环开始/停止扫描。Opitscan的代表型号有ES111，ES107

与可选线性标尺配对时，Prior ProScan H117和H101载物台的平均重复性为200纳米的多位置延时成像。薄膜计量和半导体晶圆检测。

直流伺服电机，直线电机电动显微镜载物台：

这种电动显微镜载物台的主要组成部分是直线电机（HLD），直流伺服电机，控制电子元件和用于监测电机位置的位置反馈编码器。 旋转级的电动显微镜载物台在设计上与它们的步进电机表亲非常相似。 每个轴都有旋转或线性编码器，线性编码器直接测量平台轴的行程，因此提供最好的精度。 另一方面，线性电动显微镜载物台利用线性磁铁轨道，并有一个激振器（线圈）沿磁铁轨道移动，提供平稳、高力的平移，而不需要机械传动，如滚珠丝杠、齿轮齿条或皮带传动。根据需要吸收更多电流提供高加速率，并允许电动显微镜载物台在0至100%速度范围内保持额定扭矩。 直流电动显微镜载物台不断监测编码器输出，因此可以调整电机位置，以保持位置，移动到一个新的位置或以已知速度行驶。电动显微镜载物台在Prior的产品中评价虽然不是最高的，但是也属于高评分高性能产品。该产品精度最高，但必须配编码器：普通螺杆，速度快300mm/s，精度更高，速度更快

直流伺服电机显微镜载物台成本：

-平均来说，直流伺服电机电动显微镜载物台比步进电机显微镜载物台高。

-闭环控制是唯一的选择，需要额外的编码器成本。

-自定义电动回路控制会产生额外的开发成本。

直线电机显微镜载物台扭矩：

-从低转速到高转速的性能都很好

-保持扭矩/力比步进电机显微镜载物台低。

直线电机显微镜载物台性能：

-与使用线性电机的平台相比，运动的平滑度很好。

-速度低于100微米/秒时，速度变化小于百分之一。

-点对点精度和分辨率主要受编码器分辨率限制。

直流电机显微镜载物台速度

-在较长的移动中表现出色，但在较短的移动中与步进显微镜载物台相当

-最大速度超过1米/秒

控制 -

-需要使用编码器进行闭环控制。

-负载变化会影响到直流伺服电机显微镜载物台，对多用系统造成潜在的调整问题。

在速度、加速度和速度控制的优势超过增加的成本的应用中，可能需要考虑选择直流伺服电机显微镜载物台。直流伺服电机显微镜载物台特别适用于需要平滑稳定速度控制的应用，因为平台板轴承是系统中唯一的摩擦。Prior Scientific的ProScan直流伺服电机显微镜载物台HLD117载物台具有TTLI/O触发功能，以极佳的运动平滑度提供恒速运动，使图像与成像软件完美同步。

直流伺服电机显微镜载物台的常见应用包括：

-恒速成像，线性电动显微镜平台在此应用中最佳，Prior Scientific的HLD117平台以低至每秒1微米的速度提供平滑扫描。

-用于药物检测，15秒的时间内扫描整个孔板。

-用于制造和检查的高速半导体定位平台。

-高精度激光蚀刻或激光组织去除应用，需要平滑运动以防止意外烧伤区域或不完整切割。

当涉及到价格和操作性时，直流步进显微镜载物台比直流伺服电机载物台有明显的优势。当低速度纹波是您应用的关键性能指标时，直流伺服电机载物台的性能最好。 当选择不明确时，两种技术都能发挥高水平，但用户需要评估步进和伺服平台之间有时的细微差别，如保持扭矩、直流伺服电机载物台的闭环选项以及处理差异很大的样品的能力，以便做出有利于一种技术的选择。