Pietso -toimilaitteet, äänikelatoimilaitteet, lineaariset moottorivaiheet.

Kun puhumme lineaarisesta liikkeestä, keskustelemme tyypillisesti sovelluksista, joissa matkaetäisyys on vähintään muutama sata millimetriä, ja vaadittu paikannus on muutaman kymmenesosan millimetriä. Ja näiden vaatimusten osalta oppaat ja asemat, joissa on kierrättäviä laakereita, sopivat hyvin. Tapaus esimerkissä: Yhteisen luokan 5 kuuloruuvin lyijypoikkeama on 26 mikronia 300 mm: n matkaa kohti. Mutta kun sovellus vaatii sijoittamista nanometrin alueella-yhden miljardin mittarin-internoijien on katsottava mekaanisen liikkuvien ja kiertävien elementtien ulkopuolelle vaaditun resoluution saavuttamiseksi.

Kolme yleisintä lineaarista liikkeena nanopositiointia varten ovat piezo -toimilaitteet, äänikelatoimilaitteet ja lineaariset moottorivaiheet. Kummankin näiden ratkaisujen käyttömekanismi ei ole täysin mekaanisia valssaus- tai liukuvia elementtejä, ja ne voidaan yhdistää ilmalaakereihin korkean paikannustarkkuuden ja resoluution saavuttamiseksi.

Pietsotoimilaitteet

Pietsotoimilaitteet (joita kutsutaan myös pietso -moottoreiksi) hyödyntävät käänteistä pietsosähköistä vaikutusta liikkeen ja voiman tuottamiseksi. Pietso -toimilaitteita on monia tyylejä, mutta kaksi yleistä nanoposiointia varten ovat lineaarisia askel ja lineaarisia ultraääniä. Lineaarinen askelpiezo -moottorit käyttävät useita peräkkäin asennettuja pietsoelementtejä, jotka toimivat “jalkojen” parina. Kun sähkövaraus levitetään, yksi jalkopari tarttuu pitkittäisvarjaan kitkan kautta ja liikuttaa sitä eteenpäin jalkojen ulottuessa ja taipuessa. Kun tämä jalkopari vapautuu, seuraava pari ottaa haltuunsa. Juoksemalla erittäin korkeilla taajuuksilla lineaarinen askelpietso-moottorit tuottavat jatkuvaa lineaarista liikettä, jonka iskut ovat jopa 150 mm ja pikometritason resoluutiolla.

Lineaarinen ultraäänipietso -moottorit perustuvat pietsosähköiseen levyyn. Kun levylle levitetään sähkövaraus, se kiihtyy resonanssitaajuudestaan ​​aiheuttaen sen värähtelyn. Nämä värähtelyt tuottavat levylle ultraääniaaltoja. Kytkentä (tai työntäjä) on kiinnitetty levyyn ja esitetään pitkittäistä sauvaan (kutsutaan myös juoksijaksi). Ultraääniaallot aiheuttavat levyn laajentumisen ja supistumisen elliptisellä tavalla, mikä mahdollistaa kytkentä sauvan eteenpäin ja tuottaa lineaarista liikettä. Lineaarinen ultraäänipietsoottorit voivat saavuttaa resoluutiota 50 - 80 nm, maksimaalisella matkalla, joka on samanlainen kuin lineaariset askelmoottorit, 100–150 mm.

Äänikelan toimilaitteet

Toinen ratkaisu nanoposiointisovelluksiin ovat äänikelatoimilaitteet. Samoin kuin lineaariset moottorit, äänikelatoimilaitteet käyttävät pysyvää magneettikenttää ja kelakävelyä. Kun virtaa käytetään kelaan, syntyy voima (tunnetaan nimellä Lorentz Force). Voiman suuruus määritetään virran tuotteen ja magneettisen vuon perusteella.

Tämä voima aiheuttaa liikkuvan osan (joka voi olla joko magneetti tai kela) matkustamiseen, joko ilmalaakerit tai ristit rullatiedot. Äänikelatoimilaitteet voivat saavuttaa resoluution 10 nm: iin, ja iskut ovat tyypillisesti jopa 30 mm, vaikka joitain on saatavana jopa 100 mm: n iskuilla.

Lineaariset moottorivaiheet

Kun nanometrin resoluutio vaaditaan pidempien iskujen aikana, lineaariset moottorivaiheet, joissa on ilmalaakerit, ovat tyypillisesti paras valinta. Vaikka pietso- ja äänikelatoimilaitteilla on rajoitetusti matkaominaisuudet, lineaariset moottorit voidaan suunnitella jopa usean metrin matkustamiseen. Ilmalaakerien käyttö ohjausjärjestelmänä tekee lineaarisen moottorin vaiheen täysin kosketukseen, ilman mekaanisia siirtoelementtejä tai kitkaa liikkeen ja paikannustarkkuuden vaikuttamiseksi. Itse asiassa lineaariset moottorivaiheet, joissa on ilmalaakerit, voivat saavuttaa yhden nanometrin resoluution.

Nanoposiointisovellusten lineaaristen moottorivaiheiden haittapuoli on niiden jalanjälki, joka on paljon suurempi kuin pietso- tai äänikelatoimilaitteiden. Vaikka ne voivat olla haastavia integroida pieniin laitteisiin, ne sopivat hyvin sovelluksiin, jotka vaativat suhteellisen pitkää aivohalvausta ja korkeaa resoluutiota, kuten lääketieteellistä kuvantamista.