
تتنوع تصاميم المنصات الخطية من منصات ذات شوط طويل وحمولة عالية إلى منصات تحديد المواقع الدقيقة والنانوية ذات الحمولات الخفيفة. ورغم أن جميع المنصات الخطية مصممة ومبنية لتوفير دقة عالية في تحديد المواقع وقابلية تكرارها، ولتقليل الأخطاء الزاوية والمستوية، فإن منصات تطبيقات تحديد المواقع الدقيقة والنانوية تتطلب اعتبارات إضافية في اختيار المكونات وتصميمها لتحقيق هذه الحركات الدقيقة للغاية.
يشير تحديد المواقع الدقيقة إلى التطبيقات التي تكون فيها الحركات صغيرة جدًا، تصل إلى ميكرون واحد، أو ميكرومتر واحد. (الميكرون الواحد هو جزء من مليون من المتر، أو 1.0 × 10⁻⁶ متر).
يشير مصطلح تحديد المواقع النانوية إلى التطبيقات التي تكون فيها الحركات صغيرة للغاية، تصل إلى نانومتر واحد. (النانومتر الواحد هو جزء من مليار من المتر، أو 1 × 10⁻⁹ متر).
لتحقيق دقة تحديد المواقع في نطاق الميكرون أو النانومتر، يُعدّ تقليل الاحتكاك قدر الإمكان أحد أهم مبادئ التصميم. ولذلك، تعتمد منصات تحديد المواقع النانوية حصريًا على تقنيات القيادة والتوجيه غير التلامسية. فعلى سبيل المثال، تُوفّر القوة الدافعة لمحدد المواقع النانوي عادةً بواسطة محرك خطي أو مشغل كهرضغطية أو محرك ملف صوتي. من ناحية أخرى، يُمكن تحقيق تحديد المواقع الميكروي غالبًا باستخدام أنظمة نقل الحركة الميكانيكية التقليدية، مثل براغي الكرات والبراغي اللولبية، مع العلم أنه في بعض الأحيان تُستخدم المحركات الخطية أيضًا في تطبيقات تحديد المواقع الميكروي.
تشمل تقنيات التوجيه الخالية من الاحتكاك المستخدمة في تحديد المواقع النانوية المحامل الهوائية، والموجهات المغناطيسية، والمفاصل المرنة. ولأن هذه التقنيات لا تتضمن احتكاكًا دوارًا أو انزلاقيًا، فإنها تتجنب أيضًا الارتداد والمرونة اللذين يُقللان من دقة تحديد المواقع في أنظمة النقل الميكانيكية التقليدية. أما بالنسبة لمراحل تحديد المواقع الدقيقة، فإن الموجهات الخطية غير الدائرية تُعد عادةً الخيار الأمثل، نظرًا لعدم تعرضها للنبضات ومستويات الاحتكاك المتغيرة الناتجة عن دخول الكرات وخروجها من منطقة التحميل. مع ذلك، فقد تم تحسين بعض الموجهات الخطية الدائرية عالية الدقة لتقليل هذه النبضات وتغيرات الاحتكاك، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات تحديد المواقع الدقيقة، لا سيما تلك التي تتميز بأطوال شوط إجمالية أطول.
بالإضافة إلى الاحتكاك والارتداد، قد تؤثر عوامل أخرى، مثل التخلف المغناطيسي والزحف، على قدرة النظام على تحديد المواقع بدقة الميكرون أو النانومتر. ولمعالجة هذه العوامل، تُشغَّل مراحل تحديد المواقع الدقيقة والنانوية عادةً في نظام حلقة مغلقة باستخدام جهاز تغذية راجعة للموقع يتمتع بدقة أعلى بكثير من دقة تحديد المواقع المطلوبة. وهذا يعني غالبًا دقة ميكرون واحد (أو أفضل) لتطبيقات تحديد المواقع الدقيقة، ودقة نانومتر واحد لمتطلبات تحديد المواقع النانوية.
تشمل التقنيات التي توفر هذه الدقة العالية للغاية أجهزة التشفير البصرية ذات الحجم الزجاجي، والمستشعرات السعوية، وأجهزة التشفير القائمة على مقياس التداخل. ومع ذلك، نظرًا لأن منصات تحديد المواقع النانوية عادةً ما تكون أجهزة صغيرة جدًا، فإن أجهزة التشفير السعوية - التي يمكن تصنيعها في مساحة صغيرة جدًا - تُعد الخيار الأمثل في أغلب الأحيان. أما بالنسبة لمنصات تحديد المواقع الميكروية، فيُستخدم أحيانًا أجهزة التشفير المغناطيسية عالية الدقة أيضًا، لا سيما في البيئات التي تشهد تقلبات في درجات الحرارة أو رطوبة عالية.
على الرغم من تصميمها وبنيتها الخاصة، تتميز منصات تحديد المواقع الدقيقة والنانوية بسهولة تخصيصها نسبيًا، لا سيما فيما يتعلق بالمواد والتشطيبات والتحضيرات الخاصة، وتُستخدم في تطبيقات فريدة. على سبيل المثال، تُعد المنصات المصنوعة من مكونات عديمة الاحتكاك مناسبة عادةً لغرف الأبحاث النظيفة وتطبيقات الفراغ، لأنها لا تُنتج جزيئات دقيقة نتيجة الاحتكاك الدوراني أو الانزلاقي، ولا تتطلب تزييتًا. وفي حال الحاجة إلى نسخة غير مغناطيسية، يُمكن استبدال المكونات الفولاذية القياسية بسهولة ببدائل غير مغناطيسية دون القلق بشأن انخفاض قدرة التحميل. في العديد من التطبيقات التي تُستخدم فيها منصات تحديد المواقع الدقيقة والنانوية، يتضمن تصميم الآلة ميزات مثل آليات التخميد التي تُقاوم حتى أدنى الاهتزازات، وخوارزميات تحكم متقدمة للتعويض عن الاضطرابات.
تاريخ النشر: 5 مايو 2022




