Piezo Actuator Electrical Fundamentals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-27 Electrical Requirements for Piezo Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-27 Static Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-27Dynamic Operation (Linear) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-28Dynamic Operating Current Coefficient (DOCC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-29 Dynamic Operation (Switched) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-29Heat Generation in a Piezo Actuator in Dynamic Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-30

Piezo actuators Piezo Actuators Nanopositioning & Scanning Systems Nanopositioning &Scanning Systems

Control of Piezo Actuators and Stages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-31

Active Optics / Steering Mirrors Active Optics / Steering Mirrors

Position Servo-Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-31Open- and Closed-Loop Resolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-32 Piezo Calibration Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-32Methods to Improve Piezo Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-33InputShaping

Tutorial: Piezo- electrics in Positioning Tutorium: Nanoposi- tionieren mit Piezos Capacitive Industrial position sensors Capacitive Position Sensors Piezo Drivers & Nano- positioning controllers Piezo Drivers & Nano-positioning Controllers Hexapods / Micropositioning Hexapods /Micropositioning
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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-33Signal Preshaping / Dynamic Digital Linearization (DDL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-34 Dynamic Digital Linearization (DDL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-35

Photonics Alignment Solutions Photonics Alignment Solutions

Environmental Conditions and Influences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-36 Temperature Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-36Linear Thermal Expansion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-36Temperature Dependency of the Piezo Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-36 Piezo Operation in High Humidity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-36Piezo Operation in Inert Gas Atmospheres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-37Vacuum Operation of Piezo Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-37 Lifetime of Piezo Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-38

Motion controllers Motion Controllers Ceramic Linear motors & Stages Ceramic Linear Motors & Stages

Basic Designs of Piezoelectric Positioning Drives/Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-39

Index Index

Stack Design (Translators) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-39 Laminar Design (Contraction-Type Actuators) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-39Tube Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-40Bender Type Actuators (Bimorph and Multimorph Design) . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-41 Shear Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-41Piezo Actuators with Integrated Lever Motion Amplifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-42Piezo Flexure Nanopositioners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-43 Parallel and Serial Kinematics / Metrology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-44 Direct and Indirect Metrology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-44 Parallel and Serial Kinematics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-45 PMN Compared to PZT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-46 Electrostrictive Actuators (PMN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-46 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-47Mounting and Handling Guidelines for Piezo Translators . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-48

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