पीजो एक्ट्यूएटर्स, वॉयस कॉइल एक्ट्यूएटर्स, लीनियर मोटर स्टेज।

जब हम रैखिक गति के बारे में बात करते हैं, तो हम आम तौर पर उन अनुप्रयोगों पर चर्चा करते हैं जहाँ यात्रा की दूरी कम से कम कुछ सौ मिलीमीटर होती है, और आवश्यक स्थिति मिलीमीटर के कुछ दसवें हिस्से की सीमा में होती है। और इन आवश्यकताओं के लिए, रीसर्क्युलेटिंग बियरिंग वाले गाइड और ड्राइव एक अच्छे फिट हैं। उदाहरण के लिए: एक सामान्य श्रेणी 5 बॉल स्क्रू के लिए लीड विचलन प्रति 300 मिमी यात्रा में 26 माइक्रोन है। लेकिन जब आवेदन में नैनोमीटर रेंज में स्थिति की आवश्यकता होती है - एक मीटर का एक अरबवाँ हिस्सा - तो इंजीनियरों को आवश्यक रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करने के लिए यांत्रिक रोलिंग और रीसर्क्युलेटिंग तत्वों से परे देखना पड़ता है।

नैनोपोजिशनिंग के लिए तीन सबसे आम रैखिक गति समाधान हैं पीजो एक्ट्यूएटर, वॉयस कॉइल एक्ट्यूएटर और रैखिक मोटर स्टेज। इनमें से प्रत्येक समाधान में ड्राइव तंत्र पूरी तरह से यांत्रिक रोलिंग या स्लाइडिंग तत्वों से मुक्त है, और उन्हें उच्च स्थिति सटीकता और संकल्प के लिए एयर बियरिंग के साथ जोड़ा जा सकता है।

पीजो एक्टुएटर्स

पीजो एक्ट्यूएटर (जिसे पीजो मोटर भी कहा जाता है) गति और बल उत्पन्न करने के लिए रिवर्स पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव का लाभ उठाते हैं। पीजो एक्ट्यूएटर की कई शैलियाँ हैं, लेकिन नैनोपोजिशनिंग के लिए दो सामान्य शैलियाँ हैं रैखिक स्टेपर और रैखिक अल्ट्रासोनिक। रैखिक स्टेपर पीजो मोटर एक पंक्ति में लगे कई पीजो तत्वों का उपयोग करते हैं जो "पैरों" के जोड़े के रूप में कार्य करते हैं। जब विद्युत आवेश लगाया जाता है, तो पैरों की एक जोड़ी घर्षण के माध्यम से एक अनुदैर्ध्य छड़ को पकड़ती है और पैरों के विस्तार और झुकने पर इसे आगे बढ़ाती है। जब पैरों की यह जोड़ी रिलीज़ होती है, तो अगली जोड़ी काम संभाल लेती है। अत्यधिक उच्च आवृत्तियों पर चलने से, रैखिक स्टेपर पीजो मोटर 150 मिमी तक के स्ट्रोक और पिकोमीटर-स्तर के रिज़ॉल्यूशन के साथ निरंतर रैखिक गति उत्पन्न करते हैं।

रैखिक अल्ट्रासोनिक पीजो मोटर्स एक पीजोइलेक्ट्रिक प्लेट पर आधारित हैं। जब प्लेट पर विद्युत आवेश लगाया जाता है, तो यह अपनी अनुनाद आवृत्ति पर उत्तेजित हो जाता है, जिससे यह दोलन करता है। ये दोलन प्लेट में अल्ट्रासोनिक तरंगें उत्पन्न करते हैं। एक युग्मन (या पुशर) प्लेट से जुड़ा होता है और एक अनुदैर्ध्य रॉड (जिसे रनर भी कहा जाता है) के खिलाफ प्रीलोड किया जाता है। अल्ट्रासोनिक तरंगें प्लेट को अण्डाकार तरीके से फैलने और सिकुड़ने का कारण बनती हैं, जिससे युग्मन रॉड को आगे बढ़ाता है और रैखिक गति उत्पन्न करता है। रैखिक अल्ट्रासोनिक पीजो मोटर्स 50 से 80 एनएम का रिज़ॉल्यूशन प्राप्त कर सकते हैं, जिसमें रैखिक स्टेपर मोटर्स के समान अधिकतम यात्रा 100 से 150 मिमी है।

वॉयस कॉइल एक्चुएटर्स

नैनोपोजिशनिंग अनुप्रयोगों के लिए एक और समाधान वॉयस कॉइल एक्ट्यूएटर हैं। रैखिक मोटर्स की तरह, वॉयस कॉइल एक्ट्यूएटर एक स्थायी चुंबक क्षेत्र और एक कॉइल वाइंडिंग का उपयोग करते हैं। जब कॉइल पर करंट लगाया जाता है, तो एक बल उत्पन्न होता है (जिसे लोरेंट्ज़ बल के रूप में जाना जाता है)। बल का परिमाण करंट और चुंबकीय प्रवाह के गुणनफल से निर्धारित होता है।

यह बल गतिशील भाग (जो चुंबक या कुंडली हो सकता है) को गति प्रदान करता है, जिसका मार्गदर्शन एयर बियरिंग या क्रॉस्ड रोलर स्लाइड द्वारा प्रदान किया जाता है। वॉयस कॉइल एक्ट्यूएटर 10 एनएम तक का रिज़ॉल्यूशन प्राप्त कर सकते हैं, जिसमें आम तौर पर 30 मिमी तक के स्ट्रोक होते हैं, हालांकि कुछ 100 मिमी तक के स्ट्रोक के साथ उपलब्ध हैं।

रैखिक मोटर चरण

जब लंबे स्ट्रोक पर नैनोमीटर रिज़ॉल्यूशन की आवश्यकता होती है, तो एयर बियरिंग वाले लीनियर मोटर स्टेज आमतौर पर सबसे अच्छा विकल्प होते हैं। जबकि पीज़ो और वॉयस कॉइल एक्ट्यूएटर्स की यात्रा क्षमता सीमित होती है, लीनियर मोटर्स को कई मीटर तक की यात्रा के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है। गाइड सिस्टम के रूप में एयर बियरिंग का उपयोग एक लीनियर मोटर स्टेज को पूरी तरह से गैर-संपर्क बनाता है, जिसमें गति और स्थिति सटीकता को प्रभावित करने के लिए कोई यांत्रिक संचरण तत्व या घर्षण नहीं होता है। वास्तव में, एयर बियरिंग वाले लीनियर मोटर स्टेज सिंगल-नैनोमीटर रिज़ॉल्यूशन प्राप्त कर सकते हैं।

नैनोपोजिशनिंग अनुप्रयोगों के लिए रैखिक मोटर चरणों का नकारात्मक पक्ष उनका पदचिह्न है, जो पीजो या वॉयस कॉइल एक्ट्यूएटर की तुलना में बहुत बड़ा है। जबकि उन्हें छोटे उपकरणों में एकीकृत करना चुनौतीपूर्ण हो सकता है, वे उन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं जिनमें अपेक्षाकृत लंबे स्ट्रोक और उच्च रिज़ॉल्यूशन की आवश्यकता होती है, जैसे कि मेडिकल इमेजिंग।