平台校正：实现亚微米级的精度
12.09.24
无论哪家厂商生产的显微镜平台，都难免存在一些机械误差。鉴于其移动精度达到亚微米级，因此哪怕是微小的误差也会影响检测精度，尤其对于较长移动范围的应用。作为XY平台的领军制造商之一，Prior Scientific在平台精加工和组装方面具备丰富的专业知识，并能可靠校正这些误差，值得全球客户信赖。
本文将阐述显微镜平台中出现机械误差的主要原因，以及如何通过校正误差来保障显微镜应用（如半导体扫描或高内涵筛选）所需的准确、可重复的移动。
显微镜平台设计：为何机械误差不可避免
大多数电动显微镜平台的结构都相似：样本放置在平台的中央，然后通过边上的执行机构来左右（X轴）和前后（Y轴）移动。这意味着电机与观测区域之间存在一定距离：滚珠丝杠精度存在任何固有差异都会因这一距离而被放大。哪怕再精确的机械滚珠丝杠都难免会存在微小的差异，从而影响亚微米级的重复精度。
另外，XY平台使用两个在不同平面上运行的电机，会导致倾斜。对于较长移动范围（比如300 mm）的应用，细微误差都会在累积效应下被放大。平台不会完全沿直线移动，而是以轻微角度的弧线移动。
例如，在安装滚珠丝杠的平台边缘移动100 mm，受倾斜影响，平台中心的物体实际上移动距离为100.003 mm。可幸的是，现在这个3微米的误差可通过校正来修正，以确保平台可实现仅靠机械手段无法达到的精度。
对于平台的用户而言，误差校正过程是无缝进行的，可以确信平台会精确地移动所需的距离。
专家级的精密制造
尽管机械误差不可避免，不过Prior Scientific凭借在平台设计和制造方面的深厚积淀，能在组装期间解决这类局部误差，从而仅需校正影响整个移动范围的误差。在移动范围内进行额外的校正会无谓地延长制造过程，得不偿失。
Prior Scientific的所有平台均在英国工厂加工生产，整个过程完全可控，可确保高质量和精度。
误差校正：Prior Scientific的专长
在上一节，我们概述了所有厂商的标准电动显微镜平台都不可避免地会存在精度和重复性误差。本节我们将介绍Prior Scientific采取了哪些方法来校正这些误差，以实现精确、稳定和可靠的移动。误差校正是控制器和软件用来识别和适应误差的标准方法，从而确保其不会影响实验的精度或重复性。
Prior Scientific根据平台的类型和应用需求提供了两种误差校正方法：
四数校正法
正如字面意思，该方法采用四个生成的数值来校正平台的移动。这四个数值分别是X轴误差、Y轴误差以及两个偏斜误差，并且所有数值基于每个平台通过测试和校准生成。考虑到每个平台机械误差的特殊性，这四个校正数值会在制造过程中以电子方式存储在平台中。
四数校正法提供了X和Y轴的最佳拟合的直线校正。对于移动范围较短的平台，比如Prior Scientific的H101A（移动范围为114 x 75 mm），这种方法足以满足大多数应用要求。
但对于移动范围较长的平台，比如Prior Scientific的H116或H112，则需要采用不同的校正方法。
全平台映射
如上所述，四数校正法的原理是在整个移动路径上应用一个平均最佳拟合校正值。不过对于移动范围较长的应用，全平台映射能实现更高的精度。这种方法同样是提供校正值，区别在于这些值会分段应用，即在整个平台移动范围内的特定间隔点应用，我们将这些点称为映射位置。在不同映射位置的间隔区间，我们会应用不同的平均校正值，并且两个映射位置之间的距离设定得非常小，可确保各区间提供的平均校准值不会影响平台的性能。这样确保了在平台的分辨率范围内进行位置校正，且无需映射每一个可能的位置。
全平台映射的校正值同样基于我们针对每个平台的测试和校准，且期间使用了一个专门制造的网格（即“分划板”）。划分板被分割成更细的交叉点，其中每个交叉点都被映射为一个已知位置，并记录下相应的误差。这些数据成为定义映射位置并设置平均校准值的基础。
这种方法更适合移动范围较长的应用，精度更高，因为它并非沿移动路径进行平均校正，而是在确切的位置上应用对应的校正因子。移动范围更长，局部位置更有可能发生变化，而全平台映射可确保用户不受阿贝误差的影响。半导体晶圆扫描应用可能涉及300毫米以上的长距离和高倍放大，很需要这种更高级别的校正方法。
即插即用
Prior已将该技术专利注册为智能扫描技术（IST），该技术是所有ProScan电动载物台的标准配置。
对于Prior Scientific的ProScan III平台，所有校正数据都存储在平台的EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）中。当平台连接到ProScan III控制器时，控制器会读取EEPROM中的数据并自动应用校正因子。这也意味着即使系统中的Prior Scientific平台升级，比如更换控制器时，其制造过程中确定的校正因子仍会被保留。Prior Scientific平台的使用寿命很长，并且可享受5年质保，而将校正因子与平台一起存储，方便用户根据需求变化来持续改进Prior Scientific系统，且无需重新校准。
精确、可靠的移动——满足不同应用需求
Prior Scientific的电动XY平台兼容市场上大多数品牌的显微镜，具有多种移动范围和载重能力，可满足各种生命科学和工业应用的需求。如有任何应用需求，欢迎联系我们。
