主动压电垫片提高机器精度
由于压电元件的高分辨率可达纳米范围，主动垫片覆盖了经典机械精密工程中的应用，以及天文学、半导体制造中光学元件的对齐，以及使用光束线仪器的材料研究。
精密机床、激光加工设备和光学设备通常是不同部件类型的复杂组合。这些组件的对齐对于这些系统的整体精度和功能至关重要。如果两个组件之间的目标尺寸发生变化，重新调整可能是不可避免的。当机器交付后投入运行，由于初始设置过程，公差超出规格时，可能会出现这种情况。
此外，长期的蠕变或温度变化也会产生同样的效果。光学测量设备、天文设备、晶圆加工机、芯片支架或用于重精密工业应用的定位系统经常受到这些问题的影响。几微米量级或更小的差异可能会超出限制。
图1:当要求亚微米或纳米精度和稳定性时，对由于应力、蠕变或沉降过程而变得不对准的部件进行对准是主动垫片的一种应用。礼貌:π
固定这种差异的经典解决方案是使用垫片精确地研磨到所需的公差。事实上，它们必须安装在难以到达的位置，这可能是一个耗时和昂贵的缺点。这种类型的调整不是无限可能的，一旦尺寸已经固定，之后就很难再改变它。
工程师们可能经常希望能够远程改变这种垫片的厚度，使系统恢复到完美的对齐状态。随着新技术的出现，这不再是一厢情愿的想法。在这种情况下，基于压电的有源垫片或垫片是调整过程的实用解决方案。一旦安装在机器中，主动垫片可以随时以纳米级精度重新调整两个组件之间的间隙(见图1)。
主动垫片，如来自Physik Instrumente (PI)的PIRest压电垫片，是一种新颖的替代方案，极大地简化和加快了调整过程。由于压电元件的高分辨率，可达纳米范围，它涵盖了经典机械精密工程中的应用，以及天文学中光学元件的对齐，半导体制造，以及材料研究(如用光束线仪器进行)。
图2:压电垫片。礼貌:π
高负载能力
压电基垫片安装在机器的施工过程中。它们几乎有任何形状和大小，如板、环和圆柱体，并且可以设计成承受几吨重的负载(参见图2和2a)。
图2a:在建造过程中内置到机器中，可编程垫片可以制造任何几何形状和尺寸。
压电垫片的电陶瓷核心采用专利的PICMA多层压电驱动器工艺制造，该工艺在许多地球应用中得到了验证，并在火星探测器上成功工作了数年，在NASA的测试项目中通过了1000亿次循环，无一失败。压电陶瓷有源元件是一个整体块，其有源层由薄陶瓷薄膜组成，由全陶瓷绝缘层保护，以防止环境影响和湿度。这种多层压电陶瓷技术的耐久性在工业、生命科学、显微镜、医疗技术和研究中得到了定期的证明(见图3和3a)。
图3:PICMA多层压电陶瓷元件的全陶瓷绝缘保护它们免受环境影响。礼貌:π
图3a: PICMA多层压电陶瓷元件有各种各样的标准形状和尺寸。礼貌:π
压电陶瓷致动器的概念很好理解:位移取决于电荷，通过改变驱动电压，致动器实时膨胀或收缩(见图4)。在稳态运行时，致动器的功率可以忽略不计，当电源被移除时，致动器会慢慢后退到“零”位置。
图4:传统压电作动器:典型的开环(无位置反馈)压电作动器位移曲线(左)和基本设计(右)。位移大致与电场成正比，当驱动电压被移除时，一旦元件完全放电，位移将退为零。礼貌:π
高分辨率，稳定的主动垫片
PIRest的位移由特定的控制工具编程，在切断电源后仍然保持，与自锁螺杆式驱动器相当，但精度更高，而且没有蠕变(见图5)。
图5:该图显示了PIRest有源垫片的设置和遗忘行为。由初始沉降过程(在机器安装期间)、温度变化或长期蠕变效应引起的错位可能使机器组件超过一定的公差阈值时需要重新调整。基于压电的有源垫片可以轻松地远程补偿校准误差，而不需要永久电源和控制电压。每次出现不对中，垫片就按所需的量重新编程。礼貌:π
所述有源垫片上设有用于编程的电压连接器;它只需要连接到每个相应的调整。必要的电缆可以在机器设计时考虑，并成为系统的永久组成部分。调整后，所需位置在没有电源的情况下保持稳定，可以断开电源。位移稳定性只取决于环境温度的变化。在±1k温度变化的环境中，使用标称调节范围为10微米的驱动器进行长期测试，表明无论位移如何，位置漂移小于±100nm。作为一种选择，主动垫片也可以配备一个温度传感器。主动垫片的巧妙组合使其可以在多达六个自由度中进行调整。
图6:用于高动态运动的传统压电堆叠驱动器(底部橙色)和可编程垫片(顶部蓝色)的混合组合。礼貌:π
如果需要，主动垫片也可以与经典的压电驱动器相结合(见图6)。这些类型的混合系统的典型应用包括动态振动补偿，在光学测量或扫描过程中重新调整焦平面，以及在计量系统或材料加工中控制激光束。
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