Feinste Tischverstellung

[peter-h]

Hallo liebe Tüftler,

wer gerne stackt wird sich sicher auch schon über die "grobe" Feinverstellung in der Tischhöhe Gedanken gemacht haben. Also eine Z-Achsen-Feineinstellung.
Die Idee ist einfach: Über Piezosteller einen Hub von wenigen µm auf den Objektträger wirken lassen.  Selbstverständlich bezahlbar und nicht ab 10k€ aufwärts. Sonst könnte ich es mir bei der NASA bauen lassen 

Die Frage, hat das schon jemand mit Erfolg betrieben? Ich will das Rad nicht neu erfinden.

Fragende Grüße
P. Höbel

[Werner Jülich]

Ja, solche Versuche haben wir schon angestellt. Wie haben dann aber entschieden, dass Prior dies besser kann und außerdem für die meisten Anwender auch große Hübe interessant sind, also Z-Antrieb modifizieren, wobei auch Auflösungen < 50nm leicht möglich sind.
Werner Jülich

[A. Büschlen]

@ Peter Höbel: "feinste Tischerstellung" bei der Anwendung am Mikroskop oder an Einrichtungen für die Makro-und Lupenfotografie und am Stereomikroskop?

Gruss Arnold Büschlen

[Wolfram Weisshuhn]

Hallo lieber Herr Höbel,

meine Frage, warum "piezo" ? Versuchen sie es doch mal magnetisch. Z.B. mit der Bewegung der Schwingspule eines elektrodynamischen Lautsprechers. Da gibt es doch schon Lautsprecher mit sehr kleinen Abmessungen. Das ist doch elektrisch viel einfacher. Und sie können sogar über die Nullposition die Spule nach oben und unten auslenken, wenn sie umpolen.

mit freundlichen Grüßen

Wolfram Weisshuhn

[Eckhard F. H.]

Hallo Herr Weisshuhn,
das interessiert mich. Legt man zwecks Verstellung an die Spule einfach gestaffelte Gleichspannung oder -strom?
Gruß - E. Nowack

[Frank D.]

Hallo lieber Herr Höbel,
meine Frage, warum "piezo" ? Versuchen sie es doch mal magnetisch. Z.B. mit der Bewegung der Schwingspule eines elektrodynamischen Lautsprechers. Da gibt es doch schon Lautsprecher mit sehr kleinen Abmessungen. Das ist doch elektrisch viel einfacher. Und sie können sogar über die Nullposition die Spule nach oben und unten auslenken, wenn sie umpolen.
mit freundlichen Grüßen
Wolfram Weisshuhn

Hallo Herr Weisshuhn,

wie erklären Sie eine reproduzierbare Positionierung von z.B. 1µm, bei all den Reibeflächen am Spulenkörper bzw. mit der Materialermüdung an Sicke und Membran?
Oder den parallelen Versatz der Spule?
Und wie hoch dürfen die Spannungsdifferenzen von einem Schritt zum nächsten sein. ( grober Überschlag: 10V entsprechen 1cm Auslenkung / 1mV entsprechen 1µm ).

Ich glaube aber, selbst dieser angenommene 1µm-Versatz ist Herrn Höbel zu grob.

Mit freundlichen Grüßen
Frank Donat

[peter-h]

Danke für alle Ratschläge und Ideen.

@ Herr Weisshuhn,
auch die Piezos können durch Umpolung von + nach - bewegt werden. Habe diese Versuche schon bei dem begonnenen Bau meines Raster-Tunnel-Mikroskops probiert. Bau aber jetzt mal auf Eis 
Die Piezos sind noch kleiner als Tauchspulen von Lautsprechern und benötigen praktisch kein bis kaum Strom, nur Spannungen bis max. 40 Volt.

@ Herrn Jülich,
daran hatte ich auch schon gedacht, aber ich kenne noch nicht alle Tücken der Mechanik von meinem Feintrieb. Die Piezomethode wäre also vermutlich exakter und reproduzierbarer. Mal sehen was herauskommt.

Viele Grüße
P. Höbel

[Werner Jülich]

Hallo Herr Höbel,
Sie kennen doch sicher den Piezo-Einsatztisch den man z.B. beim Zeiss Axio-Observer in den Tisch einsetzen kann. Das Ding, ich erwähnte schon den Hersteller, ist nicht trivial und dann stört mich auch der geringe Hub. Mit der Reproduzierbarkeit haben Sie natürlich Recht, auch die Dynamik ist bemerkenswert. Unterschätzen Sie aber nicht den Aufwand für die Steuerung.

Werner Jülich

[peter-h]

Hallo Herr Jülich,

Sie haben natürlich im Punkt maximaler Hub recht. Das werden auch die ersten Versuche sein. Falls das scheitert, so wird es letztlich dann doch eine feinmotorische Schrittmotorsteuerung.

Grüße
P. Höbel

[Horst Wörmann]

Lieber Herr Höbel,

würden für Sie 20 µm Hub ausreichen?

Viele Grüße,
Horst Wörmann

[peter-h]

Hallo Herr Wörmann,

sicher reichen 20µm für Diatomeen aus. Radiolarien erfordern aber bis 200µm. Es wird also auf ein Antrieb der Tischverstellung hinauslaufen. Schrittmotor mit Getriebe und kleiner Ansteuerung.
Zum Stacken kann ich für die Kamera eine bestimmte Zahl von Bilder pro Sekunde einstellen, ebenso dann den Takt für die Höhenverstellung. Es sollten dann perfekte Stapel herauskommen.

Ich hatte gehofft, dass schon Erfahrungen über gut oder schlecht vorliegen.

Grüße
P. Höbel

[Eckhard F. H.]

Hallo Feinsteller,
in diesem Zusammenhang ist auch ganz interessant:
http://www.openpr.de/news/239483/Piezo-Nanopositionierer-nanoMIPOS-400-CAP-fuer-Mikroobjektive-in-digitaler-Ausfuehrung.html

[Horst Wörmann]

Hallo Herr Höbel,

für hohe Vergrößerungen habe ich eine Feinverstellung gebaut, die nach dem Lautsprecherprinzip funktioniert. Der Hub ist leider auf die genannten 20 µm begrenzt, dafür aber in 256 Schritten (2hoch8), also rund 0,08 µm pro Schritt. Funktioniert hervorragend. Über die Software sind natürlich alle möglichen Spielereien möglich, Zahl der Ebenen, Anfahren beliebiger Ebenen, automatisches Auslösen der Kamera usw. Da setzt die Phantasie keine Grenzen, wohl aber die Hardware. Viel mehr als 20 µm geht mit kleinen Lautsprechern oder Piezos nicht.

Also grundsätzlich machbar, auch mit brauchbarer Präzision, bei erträglichen Kosten. Wenn's interessiert, kann ich ja mal über die Möglichkeiten und Grenzen berichten.

Für 200 µm haben Sie Recht: Motörchen anbauen (oder bei Prior kaufen - gibt natürlich auch noch andere teure Hersteller: Physik-Instrumente, Mad City Labs ....).

Viele Grüße aus Bonn,
H. Wörmann

[Jens Jö]

Hallo zusammen,

dieses Thema ist irgendwie eingeschlafen, aber wie ich glaube zu Unrecht. Herr Weisshuhn hatte mit seiner Lautsprecheridee völlig Recht.
Ich habe gerade einen alten tragbaren Fernseher entsorgt und vorher den Lautsprecher ausgebaut. Einfach mal um zu sehen, was man damit machen kann. Es ist ein Feld-, Wald- und Wiesenlautsprecher, Durchmesser 100mm, Bauhöhe 45mm, Impedanz 16 Ohm, Leistung 1,5W.
Und siehe da: mit dem zulässigen Maximalstrom von +- 300mA erreicht man einen Hub von +- 2mm (das sind 4000 µm !!!). Was wollt Ihr denn noch mehr ? Und dabei ist dieser Lautsprecher noch denkbar ungeeignet. Es gibt Langhuber (Minibass mit Gummisicke), die problemlos +- 10mm liefern.

Nach den ersten Experimenten glaube ich, daß es für Stackaufnahmen unter dem Stemi nichts Besseres gibt als einen Lautsprecher.

Zu den "Killerargumenten" in diesem thread:

Der Hub ist leider auf die genannten 20 µm begrenzt

nein, ist er nicht !

reproduzierbare Positionierung

wozu soll das gut sein ?

bei all den Reibeflächen am Spulenkörper

wenn da was reibt, ist der Lautsprecher kaputt !

wie hoch dürfen die Spannungsdifferenzen sein

der Hub ist proportional zum Strom, nicht zur Spannung !

Also: Lautsprecher kaufen, Styroporkegel ausschneiden und einkleben, per aufgelegtem Spiegel, Laserwasserwaage und Stromsteuerung eine Kompensationstabelle für die Linearität erstellen, Stromquelle mit PC-Schnittstelle bauen, PC-Programm schreiben, Wespe mikroskopieren.

Mit freundlichem Hub
Alfred

[Werner Jülich]

Horst Wörmann, Peter Höbel und ich sprachen ursprünglich sicher nicht vom Stereomikroskop.
Die Lösung von Wörmann kann bei minimaler Bauhöhe in einen ganz normalen Tisch eingelassen werden, dies gilt selbstverständlich auch für die Lösungen von Märzhäuser oder Prior.
Reproduzierbarkeit ist nicht schlecht, besonders dann nicht, wenn man zusätzlich zu Z noch in XY verfahren will und ein Mosaik benötigt.

Ich habe deshalb den Eindruck, dass Ihre Lösung wegen der Bauhöhe hier nicht geeignet ist.
Wenn es um große Hübe geht, würde ich immer den Antrieb der Z-Achse favorisieren, denn dann hat man die ganze Infrastruktur Tischträger-Tisch-Kondensorhalter-Beleuchtungsstrahlengang usw. zur Verfügung. Hier gibt es diverse Lösungen von Märzhäuser, Prior usw.
Wie es im Auflicht geht, hat Jan Peter Frahm mit seinen Makroaufnahmen gezeigt. Er setzt unsere Lösung (Bonntec) ein.

Werner Jülich