पीजो एक्चुएटर्स, वॉयस कॉइल एक्चुएटर्स, लीनियर मोटर स्टेज।

जब हम रैखिक गति के बारे में बात करते हैं, तो हम आम तौर पर उन अनुप्रयोगों पर चर्चा करते हैं जहां यात्रा की दूरी कम से कम कुछ सौ मिलीमीटर होती है, और आवश्यक स्थिति एक मिलीमीटर के कुछ दसवें हिस्से की सीमा में होती है। और इन आवश्यकताओं के लिए, रीसर्क्युलेटिंग बेयरिंग वाले गाइड और ड्राइव उपयुक्त हैं। मामले में मामला: एक सामान्य वर्ग 5 बॉल स्क्रू के लिए लीड विचलन प्रति 300 मिमी यात्रा में 26 माइक्रोन है। लेकिन जब एप्लिकेशन नैनोमीटर रेंज में स्थिति की मांग करता है - मीटर का एक अरबवां हिस्सा - तो आवश्यक रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करने के लिए इंजीनियरों को मैकेनिकल रोलिंग और रीसर्क्युलेटिंग तत्वों से परे देखना पड़ता है।

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

पीजो एक्चुएटर्स

पीजो एक्चुएटर्स (जिन्हें पीजो मोटर्स भी कहा जाता है) गति और बल उत्पन्न करने के लिए रिवर्स पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव का लाभ उठाते हैं। पीज़ो एक्चुएटर्स की कई शैलियाँ हैं, लेकिन नैनोपोज़िशनिंग के लिए दो सामान्य शैलियाँ लीनियर स्टेपर और लीनियर अल्ट्रासोनिक हैं। लीनियर स्टेपर पीजो मोटर्स 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 मोड़ के साथ इसे आगे बढ़ाती है। जब पैरों का यह जोड़ा छूट जाता है, तो अगला जोड़ा कार्यभार संभाल लेता है। अत्यधिक उच्च आवृत्तियों पर चलने से, रैखिक स्टेपर पीजो मोटर्स 150 मिमी तक के स्ट्रोक और पिकोमीटर-स्तर रिज़ॉल्यूशन के साथ निरंतर रैखिक गति उत्पन्न करते हैं।

रैखिक अल्ट्रासोनिक पीजो मोटर्स एक पीजोइलेक्ट्रिक प्लेट पर आधारित होते हैं। जब प्लेट पर विद्युत आवेश लगाया जाता है, तो यह इसकी अनुनाद आवृत्ति पर उत्तेजित हो जाता है, जिससे यह दोलन करने लगता है। ये दोलन प्लेट में अल्ट्रासोनिक तरंगें उत्पन्न करते हैं। एक कपलिंग (या पुशर) प्लेट से जुड़ा होता है और एक अनुदैर्ध्य रॉड (जिसे रनर भी कहा जाता है) पर पहले से लोड किया जाता है। अल्ट्रासोनिक तरंगें प्लेट को अण्डाकार तरीके से विस्तारित और सिकुड़ने का कारण बनती हैं, जिससे युग्मन रॉड को आगे बढ़ाने और रैखिक गति उत्पन्न करने में सक्षम होता है। रैखिक अल्ट्रासोनिक पीजो मोटर्स 50 से 80 एनएम का रिज़ॉल्यूशन प्राप्त कर सकते हैं, अधिकतम यात्रा 100 से 150 मिमी पर रैखिक स्टेपर मोटर्स के समान होती है।

वॉयस कॉइल एक्चुएटर्स

नैनोपोजीशनिंग अनुप्रयोगों के लिए एक अन्य समाधान वॉयस कॉइल एक्चुएटर्स हैं। लीनियर मोटर्स की तरह, वॉयस कॉइल एक्चुएटर्स एक स्थायी चुंबक क्षेत्र और एक कॉइल वाइंडिंग का उपयोग करते हैं। जब कुंडली पर करंट लगाया जाता है, तो एक बल उत्पन्न होता है (जिसे लोरेंत्ज़ बल के रूप में जाना जाता है)। बल का परिमाण धारा और चुंबकीय प्रवाह के उत्पाद द्वारा निर्धारित होता है।

यह बल गतिशील भाग (जो या तो चुंबक या कुंडल हो सकता है) को वायु बीयरिंग या क्रॉस रोलर स्लाइड द्वारा प्रदान किए गए मार्गदर्शन के साथ यात्रा करने का कारण बनता है। वॉयस कॉइल एक्चुएटर्स 10 एनएम तक रिज़ॉल्यूशन प्राप्त कर सकते हैं, आमतौर पर 30 मिमी तक के स्ट्रोक के साथ, 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 बेयरिंग के साथ रैखिक मोटर चरण आमतौर पर सबसे अच्छा विकल्प होते हैं। जबकि पीजो और वॉयस कॉइल एक्चुएटर्स की यात्रा क्षमताएं सीमित हैं, लीनियर मोटर्स को कई मीटर तक की यात्रा के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है। गाइड सिस्टम के रूप में एयर बेयरिंग का उपयोग एक रैखिक मोटर चरण को पूरी तरह से गैर-संपर्क बनाता है, जिसमें गति और स्थिति सटीकता को प्रभावित करने के लिए कोई यांत्रिक ट्रांसमिशन तत्व या घर्षण नहीं होता है। वास्तव में, एयर बेयरिंग के साथ रैखिक मोटर चरण एकल-नैनोमीटर रिज़ॉल्यूशन प्राप्त कर सकते हैं।

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