DE4315628A1 - Inkrementelles Positionier- und Meßsystem - Google Patents

Inkrementelles Positionier- und Meßsystem

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Description

Die Erfindung betrifft ein inkrementelles Positionier- und Meßsystem, welches sowohl zur Positionierung als auch als Wegmeßsystem in der Mikrosystemtechnik eingesetzt werden kann.
Als hochauflösende Positioniersysteme sind Stellglieder bekannt, deren Wirkungen auf elastische Deformationen mechanischer Elemente infolge piezoelektrischer, piezoresistiver oder magnetstriktiver Effekte beruhen (VDI/VDE-Reihe "Technologiestudien und Marktprognosen zur Mikrosystemtechnik", Band 1 und 3, 1991, VDI/VDE Technologiezentrum Informationstechnik GmbH; DE-OS 36 10 540). Wesentliche Merkmale derartiger Systeme sind ihre hohe Auflösung (pm) und ihre hohe Dynamik bei großen Stellkräften. Nachteilig sind jedoch ihre Hysterese (20%) sowie ihre Drift (10%), so daß diese Systeme zur Ermittlung des Stellweges an dem anliegenden Spannungssignal ungeeignet sind. Weitere Nachteile werden darin gesehen, daß bei relativ großen Abmessungen der Stellglieder lediglich kleine Stellbereiche (µm) möglich sind.
Für zugleich genaue Stellbewegungen und Positionsbestimmungen sind derartige Stellglieder wegen ihrer Hysterese und Drift mit hochauflösenden kostspieligen Wegmeßsystemen ausgerüstet, die wegen der dann erforderlichen geschlossenen Regelkreise die Dynamik der Positioniersysteme erheblich verschlechtern.
Desweiteren sind Mikroaktoren bekannt (P. Cheung, R. Horowitz and R. Howe: "Design and Modeling of a linear Microactuator" in P. Seyfried, H. Kunzmann, P. Mc Keown, M. Weck "Progress in Precision Engineering", Springer Verlag 1991), bei denen überwiegend elektrostatische Kräfte zu elastischen Deformationen von Stegen, Lamellen und Membranen, vorwiegend aus Silizium, führen.
Vorteil dieser Mikroaktoren ist ihre mikroskopische Kleinheit. Jedoch besitzen sie eine schlechte Dynamik (kHz), geringe Steifigkeiten (N/cm) und ermöglichen nur kleine Stellbewegungen (µm) bei Stellkräften in µN-Bereich (V. P. Jaecklin et al.: "Novel Polysiticon Comb Actuators for xy-Stages"; Micro Electro Mechanical Systems '92, Travemünde (Germany), February 4-7, 1992; V. P. Jaecklin et al.: "Micromechanical Comb Actuators with Low Driving Voltage", Proc. Actuator 92, 3rd Intern. Conf. on New Actuators, 24-26 June, 1992, Bremen, Germany). Diese Nachteile schränken den Einsatzbereich der bekannten Systeme stark ein, da insbesondere in der Rastersondenmikroskopie, wie Tunnel- und Kraftmikroskopie, sowie in der Mikromechanik Positioniersysteme erforderlich sind, die Eigenschaften, wie hohe Positioniergenauigkeit, große Stellwege, mikroskopische Abmessungen, eine hohe Dynamik, keine Hysterese und Drift, hohe Steifigkeit sowie große Stellkräfte, aufweisen müssen, aber durch bisher bekannte Positioniersysteme nicht realisiert werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein inkrementelles Positionier- und Meßsystem zu schaffen, welche mit atomarer Auflösung (0,1 nm) Stellbewegungen sowie Meßvorgänge realisiert, große Stellwege (µm bis mm) ermöglicht, kleine Abmessungen (µm bis mm), keine Hysterese und keine Drift aufweist, sehr steif (N/µm) und dynamisch (MHz bis gHz) ist und große Stellkräfte (N) zu erzeugen vermag.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein inkrementelles Positionier- und Meßsystem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 18 enthalten.
Bei dem erfindungsgemäßen inkrementellen Positionier- und Meßsystem befindet sich zwischen zwei aneinanderliegenden kristallinen Flächen, die Teil eines Stators und eines Translators sind, eine möglichst monomolekulare Zwischenschicht, die die Bedingungen zwischen den beiden Flächen soweit schwächt, daß einerseits ihre gegenseitige Verschiebung in der Ebene der Kristallflächen ohne Zerstörung möglich ist und andererseits die atomare Bindungskräfte den kristallinen Flächen eine möglichst große gegenseitige körperliche Haftung senkrecht zu den Kristallhälften aufprägen.
Die Translationsbewegung erfolgt in Schritten der Gitterkonstanten der aufeinanderliegenden Kristallflächen. Der inkrementelle Schrittvorgang der beiden Kristallflächen gegeneinander wird durch einen geeigneten Stellmechanismus bewirkt, der impulsartig Bewegungsenergie in eine oder in beide Kristallflächen einleitet, deren Größe so bemessen ist, daß genau der Schritt einer Gitterkonstanten der beiden Kristalle gegeneinander pro Impuls ausgeführt wird.
Der Stellweg wird durch Zählung der Impulse und Multiplikation mit der Gitterkonstanten ermittelt.
Dieser inkrementelle Schritt kann statt aus einer auch aus mehreren Gitterkonstanten bestehen.
Der bei Einsatz an Luft erforderliche Schutz überstehender Kristallflächen des Stators und Aktors gegen Kontamination erfolgt entweder durch zusätzliche, leicht verschiebbare Schutzschichten oder eine Kapselung des Positioniersystems in eine Schutzhülle, die z. B. inertes Gas einschließt.
Die atomare Auflösung erfolgt aus der fehlerfreien Gitterstruktur der aneinanderliegenden Stator- und Translatorflächen, dem inkrementellen Stellmechanismus um genau je eine Gitterkonstante und dem gegenseitigen Einrastvermögen der aneinanderliegenden Stator- und Translatorkristallflächen nach jedem Stellschritt, bewirkt durch eine atomare Verzahnung dieser Flächen über die monomolekulare Trennschicht.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltungsform zur Einleitung der Bewegungsenergie über einen Stellmechanismus ist durch die Anordnung eines piezoelektrischen Scherschwingers auf dem Translator gegeben.
Über geeignet angebrachte Elektroden wird dieser Schwinger durch elektrische Spannungsimpulse zu Scherbewegungen angeregt, die auf den Translator übertragen werden und deren Amplitude so bemessen ist, daß sie eine Verschiebung des Translators gegenüber dem Stator um eine Gitterkonstante der kristallinen Flächen bewirkt, da der Stator aufgrund seiner Massenträgheit und der Unfähigkeit der Trennschicht, große Scherkräfte zu übertragen, der Translatorbewegung nicht folgen kann.
Der für diesen Vorgang erforderliche Spannungsimpuls an den Scherschwingerelektroden weist einen steilen Anstieg für eine hohe Beschleunigung zur Realisierung des Translatorschrittes und einen langsamen Abfall zur kraftarmen Wiederherstellung der Ausgangsform des Scherschwingerkristalls in der neuen Translatorposition auf. Eine Umkehrung der Bewegungsrichtung des Translators gegenüber dem Stator erfolgt durch entsprechende Umpolung dieses Ansteuerimpulses für den Scherschwinger. Eine weitere Ausführungsform eines inkrementellen Stellmechanismus unter Verwendung eines piezoelektrischen Kristalls besteht darin, daß der Piezokristall zu ständigen Scherschwingungen konstanter Amplitude angeregt wird, wobei die Amplitude so gehalten wird, daß sie für eine Verlagerung des Translators über eine Gitterkonstante nicht ausreicht.
Über zusätzliche Elektroden an Translator und Stator wird zwischen deren aneinanderliegenden Kristallflächen impulsförmig eine elektrostatische Abstoßung oder die impulsförmige Unterbrechung einer elektrostatischen Anziehung bewirkt, wodurch die Bindungskräfte zwischen diesen Kristallflächen geschwächt werden und damit die Dämpfung des Scherschwingers so verringert wird, daß dessen Schwingungsamplitude für eine Verlagerung des Translators gegen den Stator um eine Gitterkonstante ausreicht.
Durch entsprechendes Einstellen der Phasenlage dieses Impulses bezüglich der Scherschwingung des Piezokristalls kann die Bewegungsrichtung von Translator relativ zum Stator gesteuert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform für einen inkrementellen Stellmechanismus unter Ausnutzung des piezoelektrischen Effektes besteht darin, die kristalline Fläche des Stators in drei einzelne derartige Flächen aufzuteilen, von denen je eine auf jeweils einem von drei Piezorohren befestigt ist. Diese Statorteilflächen sind entsprechend den anderen Ausführungsformen über eine monomolekulare Trennschicht an die kristalline Translatorfläche gekoppelt.
Die Piezorohre sind fest mit einem Träger, der Statorgrundplatte, verbunden und werden über Elektroden mit elektrischen Spannungsimpulsen zur Realisierung einer Schrittbewegung angesteuert.
Durch das ruckartige Verbiegen der Piezorohre infolge der elektrischen Spannungsimpulse an den Steuerelektroden erfolgt wie bei der ersten Ausführungsform eine Verschiebung der kristallinen Statorteilflächen auf der Translatorfläche um das Weginkrement einer Gitterkonstanten.
Die synchrone Bewegung aller drei Statorteilflächen wird durch Phasensynchronisation der Ansteuerimpulse für die drei Piezorohre erreicht. Die Translatorfläche stellt sich in die neue Position relativ zur Statorgrundplatte bei der langsamen Rückkehr der Piezorohre in ihre Ausgangsform ein, wobei die Statorflächen in ihren Positionen relativ zur Translatorfläche verbleiben. Diese Ausführungsform eines Stellmechanismus ermöglicht über die entsprechende Ansteuerung der Piezorohre eine nahezu freie Wahl der Bewegungsrichtung des Translators relativ zum Stator der Ebene der Statorfläche.
Dabei sind die Weginkremente durch die in der Bewegungsrichtung geltende Gitterkonstante bestimmt.
Bei allen Ausführungsformen sind als inkrementeller Schritt für die Translation statt genau einer auch genau ein ganzzahliges Vielfaches einer Gitterkonstanten möglich.
Für den inkrementellen Stellvorgang des Positionier- und Meßsystems mit Stellschritten von jeweils genau einer Gitterkonstanten kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform die Eigenschaft von molekularen Dipolen, ihre Dipolachsen in einem elektrischen Feld parallel zu den Feldlinien auszurichten, ausgenutzt werden.
Die Dipole befinden sich als monomolekulare Schicht zwischen zwei atomar ebenen Kristallgittern, die als Stator und Translator dienen und die zumindest elektrisch halbleitend sind oder, falls sie nichtleitend sind, eine grenzflächennahe elektrisch leitende Schicht ausweisen. Die Dipolachsen sind parallel zueinander ausgerichtet.
Die Dipolschicht verringert die molekularen Bindungen der Grenzflächen aneinander, so daß einerseits eine gegenseitige Verschiebung von Stator und Translator ohne Zerstörung erfolgen kann, aber andererseits ein gegenseitiges atomares Einrastvermögen der Grenzflächen wirksam ist. Das elektrische Feld, das etwa 10¹⁰ V/m beträgt, wird durch Anlegen einer Spannung von ca. 1 V an Stator und Translator senkrecht zur Dipolschicht erzeugt.
Es führt zu einer Aufrichtung der Dipolachsen senkrecht zu den Grenzflächen und zu einer Relativbewegung des Translators gegen den Stator im molekularen Maßstab.
Der Aufbau des elektrischen Feldes erfolgt allmählich, so daß Stator und Translator trotz ihrer Massenträgheit der Dipoldrehung folgen können und hierbei 2 Translationsbewegungen senkrecht und parallel zur Dipolschicht ausführen.
Die senkrechte Translation führt zu einer Abstandsvergrößerung der Grenzflächen und Verringerung der Bindungskräfte von Stator und Translator.
Die parallele Translation führt zur gewollten Stellbewegung. Die elektrische Feldstärke wird so gewählt, daß dieser elementare Translatorschritt genau eine Gitterkonstante beträgt.
Durch Bindungsverhältnisse bedingt, vollführen alle Dipole die gleiche Drehbewegung um jeweils den gleichen Drehpunkt, so daß eine geordnete Bewegung aller Dipole zustande kommt. Bei dieser Drehung überwinden die Dipole die zwischen den Grenzflächen stehenden Anziehungskräfte, die durch das elektrische Feld entstehen.
Um zu verhindern, daß Stator und Translator wieder in ihre Ausgangslage zurückgeführt werden, wird das Feld sprungartig gelöscht oder durch ein entgegengesetzt gerichtetes Feld ersetzt, so daß die Dipole so schnell in ihre Ausgangslage zurückgedreht werden, daß der massebehaftete Translator dieser Bewegung auf Grund seiner Trägheit nicht folgen kann und dabei die Bindungen der Dipole zum Translator und/oder Stator aufbrechen.
Nach Annäherung von Stator und Translator in der neuen um eine Gitterkonstante verschobenen Position werden die Bindungen der Dipole wieder hergestellt.
Der erste inkrementelle Schritt um eine Gitterkonstante zwischen Stator und Translator ist ausgeführt, weitere können folgen.
Ein inkrementeller Schritt kann auch mehrere Gitterkonstanten umfassen.
Eine Richtungsumkehr der Stellbewegungen ist durch einen Polaritätswechsel des elektrischen Feldes ausführbar oder durch einen zweiten, um 180° gedrehten Molekularaktor, der auf den ersten angeordnet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Eigenschaft von Elektroden ausgenutzt, sich bei einer Beaufschlagung mit gleichnamigen Ladungsträgern voneinander abzustoßen. Die hierdurch zwischen den Elektroden wirkenden Abstoßungskräfte führen zu ihrer Abstandsvergrößerung, so daß sich die Grenzflächen von Stator und Translator gebundenen Dipole der monomolekularen Zweischicht aufrichten.
Dies führt, wie in der ersten Ausführungsform, zu einer Relativbewegung des Translators gegen den Stator, wobei die Abstoßungskräfte so bemessen sind, daß die Translation parallel zu den Grenzflächen genau eine Gitterkonstante beträgt.
Um zu erreichen, daß die Dipole wieder in ihre Ausgangslage zurück drehen, aber Translator und Stator ihre neue, durch die Verschiebung um eine Gitterkonstante gekennzeichnete Lage beibehalten, wird an den Stator und Translator ein kurzer Spannungsimpuls angelegt, dessen Feldstärke von ca. 10¹⁰ V/m das Rückdrehen der Dipole mit solch einer hohen Beschleunigung bewirkt, daß der Translator auf Grund seiner Massenträgheit nicht zu folgen vermag.
Wie bei der ersten Anordnung, ist der erste inkrementelle Schritt zwischen Stator und Translator in der Größe einer Gitterkonstanten ausgeführt.
Eine Richtungsumkehr ist dadurch möglich, daß die abstoßende Kraft zwischen Stator und Translator durch gegenpolige Ladungsträger verursacht wird, wodurch die Dipole eine entgegengesetzte Drehung bei der Abstandsvergrößerung erfahren oder indem ein zweiter, um 180° gedrehter Molekularaktor, auf den ersten angeordnet ist.
Im folgenden werden Einzelheiten der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Im einzelnen zeigen
Fig. 1 Prinzipskizze des erfindungsgemäßen inkrementellen Positionier- und Meßsystems
Fig. 2 Inkrementelles Positionier- und Meßsystem mit Scherschwinger
Fig. 3 Inkrementelles Positionier- und Meßsystem mit Piezorohr
Fig. 4 Inkrementelles Positionier- und Meßsystem mit monomolekularer Dipolschicht
Fig. 5 Inkrementelles Positionier- und Meßsystem mit monomolekularer Dipolschicht (gleichnamige Ladungsträger).
Fig. 1 zeigt die Anordnung einer monomolekularen Zwischenschicht 2 zwischen zwei atomar ebenen und aneinanderliegenden Kristallflächen eines Translators 1 und eines Stators 3. Die monomolekulare Zwischenschicht 2 verringert die molekularen Bindungen zwischen den Grenzflächen von Translator 1 und Stator 3, so daß ihre gegenseitige Verschiebung ohne Zerstörung möglich ist, aber gleichzeitig eine hohe molekulare Haftung und molekulares Einrastvermögen nach jedem Gitterabschnitt 4 gegeben ist.
Ein geeigneter inkrementeller Stellmechanismus 6 führt den Translator 1 impulsförmig Bewegungsenergie in einem Betrag zu, daß der Translator 1 pro Impuls genau das Weginkrement 4 einer Gitterkonstanten GK ausführt.
Nach diesem Weginkrement 4 rasten der Translator 1 und der Stator 3 molekular wieder ein. Eine Richtungsumkehr der Translatorbewegung erfolgt, indem der Impuls der Bewegungsenergie seine Richtung umkehrt.
Der Stellweg wird aus der richtungsbezogenen Anzahl gestellter Impulse und der Gitterkonstanten GK ermittelt.
Die Kristallflächen von Translator 1 und Stator 3 sind gegen eine Kontamination durch eine Membran 5 geschützt, die beispielsweise mit einem inerten Gas gefüllt ist.
Fig. 2 zeigt das inkrementelle Positionier- und Meßsystem mit einem als piezoelektrischen Scherschwinger ausgebildeten Stellmechanismus 6, wobei ebenfalls ersichtlich ist, daß der Translator 1 und der Stator 3 über die monomolekulare Zwischenschicht 2 verbunden sind. Der auf dem Translator 1 befestigte Scherschwinger 6 wird über Elektroden 7 mit elektrischen Spannungsimpulsen U(t) angesteuert.
Durch die steile Anstiegsfläche 8 der Spannungsimpulse U(t) wird der Scherschwinger 6 mit hoher Beschleunigung deformiert und der mit ihm verbundene Translator 1 gegenüber dem Stator 3 um das Weginkrement 4 der Gitterkonstanten GK verschoben.
Der Stator 3 kann aufgrund seiner Massenträgheit und der Unfähigkeit der Zwischenschicht 2, große Scherkräfte zu übertragen, dieser hochbeschleunigten Translatorenbewegung nicht folgen. Das langsame Abklingen des Spannungsimpulses U(t) ermöglicht die Wiederherstellung der Ausgangsform des Scherschwingers 6 ohne eine Translatorverschiebung relativ zum Stator 3.
Bei einem in Fig. 3 ersichtlichen inkrementellen Positionier- und Meßsystem mit Piezorohr 9 ist die Kristallfläche des Stators 3 in drei Teilflächen aufgeteilt, die jeweils an einem von drei Piezorohren 9 befestigt sind, von denen nur eines in Arbeits-Phasen dargestellt ist. Über die monomolekulare Zwischenschicht 2 sind diese Statorteilflächen an den Translator 1 angekoppelt. Die Piezorohre 9 sind an ihrem Ende mit einer Statorgrundplatte 10 verbunden. Durch elektrische Spannungsimpulse an den Steuerelektroden 11 erfolgt ein ruckartiges Verbiegen der Piezorohre 9 und damit ein Verschieben der Statorteilfläche auf der Translatorfläche um das Weginkrement 4 der Gitterkonstanten GK.
Bei langsamer Rückkehr der Piezorohre 9 in ihre Ausgangsform wird die Translatorfläche relativ zur Statorgrundplatte 10 um das Weginkrement 4 verlagert.
Fig. 4 zeigt das inkrementelle Positionier- und Meßsystem, bei welchem die monomolekulare Zwischenschicht 2 zwischen Translator 1 und Stator 3 als Dipolschicht ausgebildet ist. Diese Dipolschicht verringert die molekularen Bindungen zwischen den Grenzflächen von Translator 1 und Stator 3, so daß ihre gegenseitige Verschiebung ohne Zerstörung möglich ist, aber gleichzeitig eine hohe Haftung und molekulares Einrastvermögen nach jedem Weginkrement 4 gegeben ist.
Die Dipole a, b, c sind an die Translator- und Statorgrenzflächen gebunden (Bild a)).
Durch ein elektrisches Feld E von ca. 10¹⁰ V/m richten sich die Dipole a, b, c parallel zu den Feldlinien im gleichen Drehsinn auf, wie aus Bild b) erkennbar ist. Da der Feldaufbau allmählich erfolgt, bewegen die Dipole a, b, c den Translator 1 trotz seiner Massenträgheit mit. Dieser vollführt hierdurch zwei Translationsbewegungen, einmal senkrecht und einmal parallel, zur Dipolschicht.
Durch einen sprungartigen Wechsel des elektrischen Feldes E klappen die Dipole a, b, c in ihre Ausgangslage zurück. Der Translator 1 kann jedoch aufgrund seiner Massenträgheit dieser Bewegung nicht folgen und rastet um eine Gitterkonstante GK versetzt molekular wieder in den Stator 3 ein.
Der erste inkrementelle Schritt von einer Gitterkonstanten GK zwischen Translator 1 und Stator 3 ist im Bild c) ersichtlich ausgeführt.
Eine Richtungsumkehr der Schrittbewegung erfolgt durch Änderung der Polarität des elektrischen Feldes E. Hierdurch ändern die Dipole a, b, c ihren Drehsinn. Der Stellweg wird aus der richtungsbezogenen Anzahl gestellter Impulse und der Gitterkonstanten GK ermittelt.
Analog zu Fig. 4 ist in Fig. 5 ein inkrementelles Positionier- und Meßsystem mit den Bildern a); b) und c) dargestellt, bei welchem die monomolekulare Zwischenschicht 2 als Dipolschicht zwischen Translator 1 und Stator 2 ausgebildet ist.
Im Unterschied zu Fig. 4 wird in der Ausführungsform in Fig. 5 der Abstand zwischen den Grenzflächen von Translator 1 und Stator 3 vergrößert, indem beide mit gleichnamigen Ladungen beaufschlagt werden, was Abstoßkräfte zur Folge hat.
Durch diese Abstandsvergrößerung in molekularem Maßstab richten sich die an den Grenzflächen gebundenen Dipole a, b, c wie im Bild b) ersichtlich, auf. Die weitere Wirkungsweise erfolgt in Analogie zur Ausführungsform in Fig. 4.

Claims (18)

1. Inkrementelles Positionier- und Meßsystem, besteht aus einem Translator, einem Stator sowie einem Stellmechanismus, dadurch gekennzeichnet, daß Translator (1) und Stator (3) jeweils eine atomar ebene kristalline Fläche aufweisen, die kristallinen Flächen durch atomare Bindungskräfte zwischen Translator (1) und Stator (3) sowie über eine monomolekulare, die atomaren Bindungskräfte schwächende, Zwischenschicht (2) miteinander verbunden sind und der Stellmechanismus (6) so ausgebildet ist, daß dem Translator (1) und/oder dem Stator (3) impulsartig Bewegungsenergie in einem Betrag derart zuführbar ist, daß an aneinanderliegenden kristallinen Flächen eine gegeneinander orientierte Relativbewegung von einer Gitterkonstanten (GK) pro Impuls realisieren.
2. Inkrementelles Positionier- und Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmechanismus (6) aus einem piezoelektrischen Scherschwinger, welcher mit dem Translator (1) gekoppelt ist, besteht.
3. Inkrementelles Positionier- und Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die monomolekulare Zwischenschicht (2) aus parallel zueinander und parallel oder schräg zu den kristallinen Flächen orientierten länglichen Molekülen besteht.
4. Inkrementelles Positionier- und Meßsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die monomolekulare Trennschicht (2) aus kugelförmigen Molekülen besteht.
5. Inkrementelles Positionier- und Meßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Stellmechanismus (6) ausgebildete piezoelektrische Scherschwinger mit elektrischen Spannungsimpulsen (U(t)) mit steiler Anstiegsflanke (8) und langsamem Abfall ansteuerbar ist und die Amplitude der durch die Spannungsimpulse (U(t)) hervorgerufenen Scherbewegungen so bemessen ist, daß eine Verschiebung des Translators (1) gegenüber dem Stator (3) um ein Weginkrement (4) realisierbar ist.
6. Inkrementelles Positionier- und Meßsystem nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Translator (1) und Stator (3) mit zusätzlichen Elektroden versehen sind, wobei elektrische Ansteuerimpulse die Anziehungskraft zwischen Translator (1) und Stator (3) beeinflussen und in ihrer Phasenlage mit der Dauerschwingung des Scherschwingers (6) gekoppelt sind.
7. Inkrementelles Positionier- und Meßsystem nach Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallfläche des Stators (3) aus drei Teilflächen besteht, von denen je eine, mit einem von drei Piezorohren (9), die auf einer Statorgrundplatte (10) befestigt sind, verbunden ist und die Bewegungsrichtung des Translators (1) in der Ebene der kristallinen Teilflächen des Stators (3) durch eine Ansteuerung der drei Piezorohre (9) mittels elektrischer Spannungsimpulse (U(t)) veränderbar ist.
8. Inkrementelles Positionier- und Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die monomolekulare Zwischenschicht (2) zwischen Translator (1) und Stator (3) als Dipolschicht, bestehend aus länglichen, durch elektrische Felder steuerbaren Dipolmolekülen (a, b, c) ausgebildet ist, wobei die Dipolachsen parallel zueinander geordnet sind.
9. Inkrementelles Positionier- und Meßsystem nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmechanismus (6) aus einem Molekulardipolsteller besteht, wobei die Dipole durch ein zwischen dem Translator (1) und dem Stator (3) anliegendes elektrisches Feld aufrichtbar sind, die Aufrichtung der Dipolachsen parallel zu den Feldlinien im gleichen Drehsinn, unter Realisierung einer Translationsbewegung des Translators (1), deren Größe parallel zur Dipolschicht eine Gitterkonstante (GK) der anliegenden Stator- (3) und Translatorenflächen (1) beträgt, erfolgt und zur Einprägung eines inkrementellen Schrittes parallel zur Dipolschicht (a, b, c) in Verbindung mit einer sprungartigen Zurückbewegung der Dipolachsen in ihre Ausgangslage das elektrische Feld zwischen Stator (3) und Translator (1) sprungartig entgegengesetzt anlegbar ist.
10. Inkrementelles Positionier- und Meßsystem nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein inkrementeller Translationsschritt zwischen Stator (3) und Translator (1) über mehrere Gitterkonstanten (GK) realisierbar ist.
11. Inkrementelles Positionier- und Meßsystem nach Ansprüchen 1, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Translationsrichtung auf dem inkrementellen Positioniermeßsystem ein zweites, um 180 Grad gedrehtes, inkrementelles Positioniermeßsystem angeordnet ist.
12. Inkrementelles Positionier- und Meßsystem nach Ansprüchen 1, 9, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung einer Translationsbewegung im molekularen Bereich, deren Komponente parallel zur Dipolschicht (a, b, c) eine Gitterkonstante (GK) beträgt, Translator (1) und Stator (3) mit gleichnamigen Ladungsträgern beaufschlagt sind.
13. Inkrementelles Positionier- und Meßsystem nach Ansprüchen 1, 9, 10, 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß am Translator (1) und am Stator (3) zur Realisierung einer fortlaufenden Drehung der Dipole (a, b, c) und der Translation zwischen Stator (3) und Translator (1) zusätzliche seitliche, ein elektrisches Drehfeld erzeugende, Hilfselektroden angebracht sind.
14. Inkrementelles Positionier- und Meßsystem nach Ansprüchen 1 und 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei elektrisch nichtleitenden Grenzflächen im Stator (3) und Translator (1) oberflächennahe, elektrisch leitfähige vergrabene Schichten eingelagert sind.
15. Inkrementelles Positionier- und Meßsystem nach Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz überstehender Stator- (3) und Translatorenflächen (1) vor Kontamination das Positioniersystem teilweise oder vollständig durch eine Kapselung geschützt ist.
16. Inkrementelles Positionier- und Meßsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapselung mit einem inerten Gas gefüllt ist.
17. Inkrementelles Positionier- und Meßsystem nach Ansprüchen 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapselung aus einer elastischen vakuumdichten Membran besteht.
18. Inkrementelles Positionier- und Meßsystem nach Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz überstehender Stator- (3) und Translatorenflächen (1) vor Kontamination die überstehenden Flächen mit einer leicht verschiebbaren Schutzschicht versehen sind.
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