Neue Steuerungstechnologien für dynamische Mess- und Positioniersysteme

Hybrid-Trigger für jitterfreie Bilder bei komplexen mehrachsigen Verfahrprofilen: ITK erweitert Steuerungssysteme für hochdynamische Anwendungen. Jetzt verfügbar für alle hauseigenen Positioniersysteme.

Die ITK Precisioning GmbH präsentiert zwei neue Entwicklungen zur deutlichen Steigerung der Präzision und Leistungsfähigkeit ihrer Positioniersysteme: den speziell für Mehrachssysteme ausgelegten Hybrid-Trigger und den integrierten Realtime Pico C Interpreter. Beide Technologien sind in die hauseigenen Steuerungen integriert und eröffnen neue Möglichkeiten für hochgenaue, dynamische Bewegungen in Anwendungen der Messtechnik, Mikroskopie, Halbleiterfertigung und Biowissenschaften. Verfügbar sind die neuen Optionen ab sofort in den Produkten der SensePrecisioner und TargetPrecisioner.

Echtzeitsignalauslösung: Präzision durch den ITK Hardware-Trigger

Ein zentrales Element moderner Positioniersysteme ist die zeitlich exakte Signalauslösung, beispielsweise für Bildaufnahmen, Messungen oder Synchronisationsaufgaben. ITK hat dafür einen hardwaregestützten Echtzeit-Trigger entwickelt, der von allen Steuerungen unterstützt wird und die zeitliche Präzision von Signalen auf ein neues Niveau hebt. Ein Triggersignal ist ein gesteuerter Impuls, der eine Aktion – etwa eine Aufnahme oder Messung – auslöst. Während bei klassischen Systemen Trigger oft softwareseitig generiert werden, bietet diese Hardware-Variante eine drastisch reduzierte Latenz- und Jitter-Zeit. Bei dynamischen Anwendungen, etwa in der Mikroskopie, muss eine Aufnahme während der Bewegung exakt an einem bestimmten Ort erfolgen. Wird der Trigger rein softwarebasiert ausgelöst, entsteht eine Verzögerung durch die begrenzte Zyklusfrequenz der Steuerung. Ein Beispiel verdeutlicht das Problem: Arbeitet die Steuerung mit 4 kHz Zyklusfrequenz bei einer Verfahrgeschwindigkeit von 1,5 m/s, ergibt sich ein Jitter von bis zu 0,375 mm – eine erhebliche Abweichung, wenn mit Pixelgrößen von nur 10 µm² gearbeitet wird. Der von ITK entwickelte Hardware-Trigger eliminiert diese Ungenauigkeiten weitgehend. Die Signalerzeugung erfolgt nicht durch Software, sondern direkt im FPGA (Field Programmable Gate Array). Durch Taktraten im Bereich von 1 MHz und den Einsatz schneller Datenwandler wird der Jitter auf etwa 1,5 µm reduziert. Damit kann das System auch bei hohen Geschwindigkeiten punktgenaue Aufnahmen ermöglichen.

Vorteile der Hardware-basierten Triggerarchitektur

Die hardwareseitige Signalverarbeitung bietet nicht nur höhere Geschwindigkeit, sondern auch eine deutlich verbesserte Synchronisation zwischen Position und Triggersignal. Die Verarbeitung erfolgt in Echtzeit, wodurch Positionsdaten und Aufnahmesignale exakt korrelieren. Das Ergebnis ist eine signifikant höhere Bildqualität bei bildgebenden Verfahren sowie eine präzisere Zuordnung von Messpunkten und Sensordaten. In der Praxis bedeutet das: Selbst bei 1,5 m/s Verfahrgeschwindigkeit können feinste Strukturen zuverlässig erfasst und im Nachgang softwareseitig zusammengesetzt werden – etwa durch „Stitching“-Methoden in der Bildverarbeitung.

Darüber hinaus setzt ITK auf Hybridlösungen, die Hardware-Trigger über mehrere Achsen mit softwarebasierten Korrekturverfahren kombinieren. Dabei werden hochpräzise Positionskorrekturtabellen berücksichtigt, die beispielsweise durch Lasermesssysteme erstellt wurden. Diese Kombination erlaubt es, selbst kleinste mechanische Abweichungen auszugleichen – sowohl beim Positionieren als auch bei der Generierung von Triggerpulsen.

Echtzeitfähige Kreisbahnfahrt: Dynamische Bewegungen präzise gesteuert

Mit der Integration des Realtime Pico C Interpreters in die Steuerungen hat ITK einen weiteren wichtigen Schritt in Richtung dynamischer Bewegungssteuerung gemacht. Damit können auch komplexe Bewegungsprofile, wie Kreisbahnen, in Echtzeit berechnet und gefahren werden.

Das Abfahren von Bahnkurven ist technisch in vielen Bereichen Standard. In den meisten Fällen werden Geschwindigkeitsregler eingesetzt und zeitgesteuert „getriggert“. Über den RealtimePico C Interpreter kann die bewährte Positioniersteuerung mit positionsgesteuerten Trigger jetzt auch für komplexe Strukturen mit Bahnprofil eingesetzt werden. Dabei bleiben die Vorteile des Positionstriggers erhalten und auch bei Kreisbahn oder S-Profilen einer Positionieraufgabe kann „on the fly“ gearbeitet werden. Konkret wird die Bildgebung durch den Trigger ausgelöst und später softwareseitig zusammengebaut. Je nach Sensor und Anwendung ist dabei ein Überlappen von in der Regel ca. 10 Prozent der Bilder erlaubt, was den maximal zulässigen Jitter vorgibt. Diese Präzision ist insbesondere dann erforderlich, wenn Sensoren im sogenannten „Schneckenlauf“-Scanverfahren eingesetzt werden. Dabei bewegt sich der Sensor spiralförmig zum Mittelpunkt des Kreises, um Strukturen spurweise – ähnlich wie eine Schallplatte – abzutasten. Durch die exakte Synchronisation von Bewegung und Triggersignal lassen sich strukturierte Oberflächen, Konturen und Bauteilränder hochauflösend erfassen und analysieren.

Anwendungsbereiche

Die Kombination aus Hardware-Trigger und Echtzeit-Kreisbahnsteuerung eröffnet zahlreiche neue Einsatzmöglichkeiten:

• Halbleiterindustrie: hochpräzise Inspektionssysteme für Wafer und Mikrostrukturen
• Life Sciences: Lebendzellverfolgung
• Optische Messtechnik: Vermessung und Analyse komplexer Linsen- und Oberflächenprofile

Fazit

Mit der Einführung des Hybrid-Triggers und der Integration des Realtime Pico C Interpreters erweitert ITK seine Steuerungssysteme um entscheidende Funktionen für die Präzisions- und Messtechnik. Die Systeme ermöglichen eine synchrone Verarbeitung von Bewegungs- und Sensordaten in Echtzeit, reduzieren Messfehler drastisch und schaffen die Grundlage für hochdynamische Anwendungen mit mikrometergenauer Genauigkeit. Damit unterstreicht ITK einmal mehr seine führende Rolle in der Entwicklung mechatronischer Präzisionssysteme. Ob in der Halbleiterfertigung, der optischen Messtechnik oder der biowissenschaftlichen Analyse – die neuen Lösungen von ITK schaffen die technische Basis für die nächste Generation präziser, intelligenter und schneller Messsysteme.

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