Attuatori di piezo, attuatori della bobina vocale, fasi di motore lineari.

Quando parliamo di movimento lineare, in genere discutiamo delle applicazioni in cui la distanza di viaggio è di almeno poche centinaia di millimetri e il posizionamento richiesto è nella gamma di alcuni decimi di millimetro. E per questi requisiti, le guide e le unità con cuscinetti a ricircolo si adattano bene. Caso in questione: la deviazione di piombo per una vite a sfera di classe 5 comune è di 26 micron per 300 mm di viaggio. Ma quando l'applicazione richiede il posizionamento nell'intervallo nanometro, un contenuto di un metro, i motivi devono guardare oltre gli elementi di rotolamento e ricircolo meccanici per ottenere la risoluzione richiesta.

Le tre soluzioni di movimento lineare più comuni per la nanoposition sono attuatori di piezo, attuatori di bobine vocali e fasi di motore lineari. Il meccanismo di trasmissione in ciascuna di queste soluzioni è completamente privo di elementi di rotolamento meccanico o scorrimento e possono essere abbinati a cuscinetti d'aria per una precisione e una risoluzione ad alta posizionamento.

Attuatori di piezo

Gli attuatori di piezo (anche indicato come Piezo Motors) sfruttano l'effetto piezoelettrico inverso per produrre movimento e forza. Ci sono molti stili di attuatori di piezo, ma due comuni per la nanoposition sono un passo graduale lineare e ultrasuoni lineari. I motori piezoelenti di Stepper Linear usano diversi elementi piezoi montati in fila che fungono da coppie di "gambe". Quando viene applicata una carica elettrica, una coppia di gambe afferra un'asta longitudinale tramite attrito e la sposta in avanti mentre le gambe si estendono e si piegano. Quando questa coppia di gambe rilascia, la coppia successiva prende il sopravvento. Funzionando a frequenze estremamente alte, i motori piezoelenti lineari producono un movimento lineare continuo con colpi fino a 150 mm e con risoluzione a livello di picometro.

I motori piezoelenti a ultrasuoni lineari si basano su una piastra piezoelettrica. Quando viene applicata una carica elettrica alla piastra, viene eccitata alla sua frequenza di risonanza, causando oscillare. Queste oscillazioni producono onde ad ultrasuoni nella piastra. Un accoppiamento (o spinta) è attaccato alla piastra e precaricato contro un'asta longitudinale (chiamata anche corridore). Le onde ad ultrasuoni causano l'espansione e il contratto della piastra in modo ellittico, consentendo all'accoppiamento di far avanzare l'asta in avanti e produrre movimento lineare. I motori piezoelesi ad ultrasuoni lineari possono ottenere una risoluzione da 50 a 80 nm, con viaggi massimi simili ai motori a passo di lineare, da 100 a 150 mm.

Attuatori di bobine vocali

Un'altra soluzione per le applicazioni di nanoposition sono gli attuatori della bobina vocale. Analogamente ai motori lineari, gli attuatori della bobina vocale usano un campo a magnete permanente e un avvolgimento della bobina. Quando la corrente viene applicata alla bobina, viene generata una forza (nota come forza di Lorentz). L'entità della forza è determinata dal prodotto della corrente e del flusso magnetico.

Questa forza fa viaggiare la parte in movimento (che può essere il magnete o la bobina), con una guida fornita da cuscinetti d'aria o diapositive a rulli incrociati. Gli attuatori della bobina vocale possono ottenere una risoluzione fino a 10 nm, con colpi in genere fino a 30 mm, sebbene alcuni siano disponibili con colpi fino a 100 mm.

Fase del motore lineari

Quando è richiesta una risoluzione del nanometro su colpi più lunghi, le fasi del motore lineari con cuscinetti dell'aria sono in genere la scelta migliore. Mentre gli attuatori di piezo e bobina vocale hanno capacità di viaggio limitate, i motori lineari possono essere progettati per viaggiare fino a diversi metri. L'uso dei cuscinetti dell'aria come sistema guida rende uno stadio del motore lineare completamente senza contatto, senza elementi di trasmissione meccanica o attrito per influenzare il movimento e l'accuratezza del posizionamento. In effetti, le fasi del motore lineari con cuscinetti d'aria possono ottenere una risoluzione a nanometro a singolo nanometro.

L'aspetto negativo delle fasi motori lineari per le applicazioni di nanoposition è la loro impronta, che è molto più grande di quella degli attuatori di piezo o bobina vocale. Sebbene possano essere difficili da integrare in piccoli dispositivi, si adattano bene alle applicazioni che richiedono un ictus relativamente lungo e un'alta risoluzione, come l'imaging medico.