電動(dòng)平移臺(tái)步進(jìn)電機(jī)和直線電機(jī)之間的不同之處

步進(jìn)電機(jī)和直線電機(jī)都是電動(dòng)位移臺(tái)和顯微鏡電動(dòng)平臺(tái)的主流技術(shù)，直線電機(jī)又稱(chēng)為直流電機(jī)，具有精度較高、重復(fù)性好，速度較快、運(yùn)行較穩(wěn)定的特點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)也稱(chēng)為步進(jìn)馬達(dá)，一般采用傳統(tǒng)的絲杠驅(qū)動(dòng)，技術(shù)成熟，相對(duì)于直線電機(jī)而言，步進(jìn)電機(jī)*，適用于一些對(duì)精度要求沒(méi)有那么高的應(yīng)用。
adr直線電機(jī)載物臺(tái)提供**的長(zhǎng)期可靠性。它們?cè)谝罂量痰母咄掏铝康某上駪?yīng)用中經(jīng)過(guò)數(shù)百萬(wàn)次循環(huán)的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。非接觸式電機(jī)和編碼器**免維護(hù)，**大交叉滾子軸承可較大限度地延長(zhǎng)使用壽命。
步進(jìn)電機(jī)和直線電機(jī)在參數(shù)性能上的總結(jié)：
zaber 的x-adr-ae直線電機(jī)xy顯微鏡載物臺(tái)與傳統(tǒng)的螺桿驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)相比，性能有了飛躍。該平臺(tái)非常適合對(duì)速度、準(zhǔn)確性和可靠性至關(guān)重要的高通量成像應(yīng)用。
直線電機(jī)的主要好處包括：
- 使用1 nm分辨率的線性編碼器實(shí)現(xiàn)高精度(5 μm)和可重復(fù)性(0.5 μm)，通過(guò)較大限度地減少所需的圖像重疊來(lái)提高吞吐量
- 高可靠性、**免維護(hù)的驅(qū)動(dòng)和反饋系統(tǒng)在數(shù)百萬(wàn)次循環(huán)后像新的一樣運(yùn)行
- 750 mm/s 的較高速度和**光滑的交叉滾子軸承縮短了掃描時(shí)間，以較大限度地減少穩(wěn)定時(shí)間
- 近乎靜音的操作非常適合安靜的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境
- 集成μmanager兼容控制器可節(jié)省工作臺(tái)空間并簡(jiǎn)化布線
x-adr-ae 電動(dòng)xy顯微鏡載物臺(tái)提供130 mm x 100 mm行程、單微孔板或250 mm x 100 mm行程雙微孔板型號(hào)，以減少樣品更換。兩種型號(hào)都與較常見(jiàn)的尼康和奧林巴斯倒置顯微鏡以及光學(xué)面包板兼容。多種載物臺(tái)插件可用于微孔板、培養(yǎng)皿和多達(dá)8個(gè)載玻片。
集成控制器僅需要一根5 mm柔性額定電纜，從而簡(jiǎn)化設(shè)置并節(jié)省寶貴的工作臺(tái)空間。借助對(duì)μmanager顯微鏡軟件和zaber直觀的zaber motion library api的全面支持，可以輕松實(shí)現(xiàn)復(fù)雜掃描任務(wù)的自動(dòng)化。數(shù)字輸入和輸出支持使用外部系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行低延遲事件驅(qū)動(dòng)觸發(fā)。
步進(jìn)電機(jī)和直線電機(jī)的x軸，y軸行程：
xy載物臺(tái)行程通常由被成像樣品的大小決定。對(duì)于單個(gè)載玻片、培養(yǎng)皿或微孔板，120 mm x 100 mm的行程就足夠了。305 mm x 305 mm載物臺(tái)可容納多達(dá)6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)微孔板，以獲得較長(zhǎng)的離開(kāi)時(shí)間。
表1：針對(duì)不同目標(biāo)的推薦xy顯微鏡載物臺(tái)
圖1：x-asr和x-adr系載物臺(tái)與標(biāo)準(zhǔn)微孔板的平臺(tái)的行程比較
步進(jìn)電機(jī)和直線電機(jī)的精度（準(zhǔn)確度）accuracy:
精度（accuracy準(zhǔn)確度）是指位移臺(tái)位置的報(bào)告位置與真實(shí)位置之間可能的較大差異。隨著x-asr步進(jìn)電機(jī)平臺(tái)行程的增加，可能的較大誤差也會(huì)增加。x-adr直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的精度保持不變，無(wú)論其行程如何。高精度有利于圖像拼接應(yīng)用，因?yàn)樗梢詼p少圖像之間的重疊，從而加快掃描時(shí)間。使用低失真光學(xué)器件，如果精度**單個(gè)像素的大小，就不需要圖像拼接算法。
重復(fù)精度repeatability:
重復(fù)精度是衡量一個(gè)平臺(tái)在同一方向的多個(gè)運(yùn)動(dòng)周期中返回同一位置的準(zhǔn)確程度。adr顯微鏡載物臺(tái)的直線馬達(dá)提供了**的重復(fù)精度，使其在重復(fù)任務(wù)中的表現(xiàn)較加穩(wěn)定。
x-adr系列顯微鏡載物臺(tái)使用直接編碼器來(lái)測(cè)量它們的位置，使它們能夠微調(diào)它們的定位以補(bǔ)償外力。x-adr編碼器的1納米分辨率使其能夠檢測(cè)到載物臺(tái)的振動(dòng)，這可能會(huì)使在高倍率下捕獲的圖像變得模糊。當(dāng)振動(dòng)穩(wěn)定在目標(biāo)閾值以下時(shí)，位移臺(tái)可以輸出一個(gè)io觸發(fā)信號(hào)，與等待任意的穩(wěn)定時(shí)間相比，提高了吞吐量。
x-asr系列平移臺(tái)使用電機(jī)編碼器來(lái)檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)因外力或**過(guò)推力極限而出現(xiàn)的打滑或失速。檢測(cè)滑移或失速導(dǎo)致預(yù)定和實(shí)際顯微鏡載物臺(tái)位置之間的差異，可以采取糾正措施，并防止由于樣品定位不準(zhǔn)確而產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。
圖2：精度是以預(yù)期和實(shí)際目標(biāo)位置的較大可能差異來(lái)衡量的。這顯示為a點(diǎn)和b點(diǎn)之間的距離。x-asr系列顯微鏡載物臺(tái)比直線馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的x-adr顯微鏡載物臺(tái)顯示較大的定位誤差。
速度speed:
直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的x-adr平臺(tái)能夠以高達(dá)750 mm/s的速度移動(dòng)，而步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的x-asr平臺(tái)的較大速度為85 mm/s。
對(duì)于載物臺(tái)必須完全穩(wěn)定以捕捉清晰圖像的高倍率成像，x-adr載物臺(tái)支持閉環(huán)伺服控制，相對(duì)于x-asr系列而言，穩(wěn)定時(shí)間和循環(huán)時(shí)間較短。x-adr平移臺(tái)可以檢測(cè)它們何時(shí)穩(wěn)定在目標(biāo)閾值以下并自動(dòng)觸發(fā)圖像采集，從而消除了任意穩(wěn)定延遲的需要，進(jìn)一步縮短了周期時(shí)間并提高了吞吐量。
xy載物臺(tái)型號(hào) 驅(qū)動(dòng) 96孔掃描時(shí)間 384孔掃描時(shí)間
x-adr linear motor < 12 seconds < 46 seconds
x-asr stepper motor < 19 seconds < 58 seconds
表2：較短的掃描時(shí)間是指用100倍的物鏡穿越標(biāo)準(zhǔn)微孔板的時(shí)間，在每個(gè)孔上停留并捕獲25微秒的曝光。掃描時(shí)間將因相機(jī)、熒光體、成像參數(shù)、照明波長(zhǎng)和物鏡選擇的不同而逐一變化。xy載物臺(tái)的使用壽命將取決于xy載物臺(tái)的負(fù)載、速度和加速度。高速度下的高負(fù)荷將導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)平臺(tái)部件的磨損增加。
連續(xù)的高吞吐量操作continuous high-throughput operation
在高速平板掃描過(guò)程中，反復(fù)的短距離高加速度運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致x-asrxy載物臺(tái)的導(dǎo)螺桿和導(dǎo)螺母的機(jī)械磨損加劇。較高的負(fù)載和較大的加速度會(huì)使預(yù)期壽命從0.3n時(shí)的9500萬(wàn)次減少到1.3n時(shí)的1500萬(wàn)次。x-adr系列xy位移臺(tái)由于是直接驅(qū)動(dòng)xy位移臺(tái)（沒(méi)有導(dǎo)螺桿或?qū)菽福?，所以推薦用于需要在較大速度和推力下長(zhǎng)時(shí)間操作的應(yīng)用。此外，其較高的較大速度使循環(huán)時(shí)間較快，而其直接驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)大大延長(zhǎng)了使用壽命。
其他因素other considerations
直線電機(jī)x-adr級(jí)與x-adr步進(jìn)電機(jī)級(jí)相比，具有明顯的壽命質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)。它們幾乎是無(wú)聲的，這使它們成為實(shí)驗(yàn)室的理想選擇，因?yàn)樗鼈儗⒃谂c人共享的空間中長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。在沒(méi)有電源的情況下，直線馬達(dá)xy位移臺(tái)可以自由移動(dòng)，用于快速粗略定位或?yàn)榻胧轿镧R涂油。步進(jìn)電機(jī)x-asr載物臺(tái)在無(wú)電源時(shí)不允許自由運(yùn)動(dòng)。
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