Piezo -Aktuatoren, Sprachspulenaktuatoren, lineare Motorbühnen.

Wenn wir über lineare Bewegungen sprechen, diskutieren wir normalerweise Anwendungen, bei denen die Reiseentfernung mindestens ein paar hundert Millimeter beträgt, und die erforderliche Positionierung liegt im Bereich einiger Zehntel Millimeter. Und für diese Anforderungen passt Guides und Laufwerke mit Rücklagern gut. Ein typisches Beispiel: Die Bleiabweichung für eine gemeinsame Kugelschraube der Klasse 5 beträgt 26 Mikrometer pro 300 mm Reise. Wenn die Anwendung jedoch eine Positionierung im Nanometerbereich vorsieht-eine Milliarden eines Messgeräts-müssen Ingineer über mechanische Rollen- und Umwälzelemente hinausblicken, um die erforderliche Auflösung zu erreichen.

Die drei häufigsten linearen Bewegungslösungen für die Nanopositionierung sind Piezo -Aktuatoren, Sprachspulenaktuatoren und lineare Motorstufen. Der Antriebsmechanismus in jeder dieser Lösungen ist völlig frei von mechanischen Rollen- oder Gleitelementen und kann mit Luftlagern für die Genauigkeit und Auflösung mit hoher Positionierung kombiniert werden.

Piezo -Aktuatoren

Piezo -Aktuatoren (auch Piezo -Motoren bezeichnet) nutzen den reversen piezoelektrischen Effekt, um Bewegung und Kraft zu erzeugen. Es gibt viele Arten von Piezo -Aktuatoren, aber zwei häufige für die Nanoposition sind linearer Stepper und linearer Ultraschall. Lineare Stepper -Piezo -Motoren verwenden mehrere Piezoelemente, die in einer Reihe montiert sind, die als „Beine“ fungieren. Wenn eine elektrische Ladung aufgetragen wird, greift ein Beinpaar durch Reibung eine Längsrute und bewegt sie nach vorne, wenn sich die Beine erstrecken und sich biegen. Wenn dieses Beinpaar veröffentlicht wird, übernimmt das nächste Paar. Durch das Laufen bei extrem hohen Frequenzen erzeugen lineare Stepper-Piezo-Motoren eine kontinuierliche lineare Bewegung mit Strichen von bis zu 150 mm und mit Auflösung auf Picometerebene.

Lineare Ultraschall -Piezo -Motoren basieren auf einer piezoelektrischen Platte. Wenn eine elektrische Ladung auf die Platte aufgetragen wird, wird sie von seiner Resonanzfrequenz angeregt, wodurch sie schwingt. Diese Oszillationen produzieren Ultraschallwellen in der Platte. Eine Kopplung (oder Drücker) ist an der Platte befestigt und gegen eine Längsrute (auch Läufer bezeichnet) vorinstalliert. Die Ultraschallwellen führen dazu, dass sich die Platte elliptisch ausdehnt und zusammenzieht, sodass die Kopplung den Stab vorwärts vorwärts fördert und eine lineare Bewegung erzeugt. Lineare Ultraschall -Piezo -Motoren können eine Auflösung von 50 bis 80 nm erreichen, wobei maximale Fahrt mit linearen Steppermotoren bei 100 bis 150 mm ähnlich sind.

Sprachspulenaktuatoren

Eine weitere Lösung für Nanopositionierungsanwendungen sind Sprachspulenaktuatoren. Ähnlich wie bei linearen Motoren verwenden Sprachspulenaktuatoren ein dauerhaftes Magnetfeld und eine Spulenwicklung. Wenn der Strom auf die Spule angewendet wird, wird eine Kraft erzeugt (bekannt als Lorentz -Kraft). Die Größe der Kraft wird durch das Produkt des Stroms und des magnetischen Flusses bestimmt.

Diese Kraft bewirkt, dass sich der sich bewegende Teil (der entweder der Magnet oder die Spule sein kann) zu reisen, wobei die Anleitung entweder durch Luftlager oder gekreuzte Rollenrutschen bereitgestellt wird. Sprachspulen -Aktuatoren können eine Auflösung bis auf 10 nm erreichen, wobei Striche in der Regel bis zu 30 mm sind, obwohl einige mit Strichen bis zu 100 mm erhältlich sind.

Lineare Motorstufen

Wenn über längere Striche eine Nanometerauflösung erforderlich ist, sind lineare Motorstufen mit Luftlagern normalerweise die beste Wahl. Während Piezo- und Sprachspulen -Aktuatoren nur begrenzte Reisefunktionen haben, können lineare Motoren für Reisen bis zu mehreren Metern konzipiert werden. Die Verwendung von Luftlöchern als Führungssystem macht eine lineare Motorstufe vollständig nicht kontakt, ohne mechanische Übertragungselemente oder Reibung, um die Bewegung und die Positionierungsgenauigkeit zu beeinflussen. Tatsächlich können lineare Motorstufen mit Luftlagern eine Auflösung von Einzelnanometern erreichen.

Der Nachteil der linearen Motorstufen für Nanopositionierungsanwendungen ist ihr Fußabdruck, der viel größer ist als der von Piezo- oder Sprachspulen -Aktuatoren. Während sie eine Herausforderung sein können, sich in kleine Geräte zu integrieren, passt sie gut zu Anwendungen, die einen relativ langen Schlaganfall und eine hohe Auflösung erfordern, wie z. B. medizinische Bildgebung.