리니어 스테이지 설계는 긴 스트로크, 고하중 갠트리부터 가벼운 페이로드를 가진 마이크로포지셔닝 및 나노포지셔닝 스테이지까지 다양합니다. 모든 리니어 스테이지는 높은 위치 정확도와 반복성을 제공하고 각도 및 평면 오차를 최소화하도록 설계 및 제작되지만, 마이크로포지셔닝 및 나노포지셔닝 애플리케이션용 스테이지는 이러한 매우 미세하고 정밀한 동작을 달성하기 위해 부품 선택 및 설계에 추가적인 고려 사항이 필요합니다.

마이크로포지셔닝은 움직임이 1마이크론 또는 마이크로미터만큼 작은 응용 분야를 말합니다. (1마이크론은 백만 분의 1미터 또는 1.0 x 10-6m입니다.)
나노포지셔닝은 1나노미터만큼 작은 움직임이 발생하는 응용 분야를 말합니다. (1나노미터는 10억 분의 1미터, 즉 1 x 10-9m입니다.)

미크론 또는 나노미터 단위의 위치 결정을 달성하기 위한 핵심 설계 원칙 중 하나는 마찰을 최대한 제거하는 것입니다. 이것이 나노포지셔닝 스테이지가 비접촉 구동 및 가이드 기술만을 사용하는 이유입니다. 예를 들어, 나노포지셔너의 구동력은 일반적으로 선형 모터, 압전 액추에이터 또는 보이스 코일 모터로 제공됩니다. 반면, 마이크로포지셔닝은 볼 스크류나 리드 스크류와 같은 보다 전통적인 기계식 구동계를 사용하여 달성할 수 있지만, 경우에 따라 선형 모터가 마이크로포지셔닝 애플리케이션에 사용되기도 합니다.

나노 위치 결정에 사용되는 무마찰 가이드 기술에는 에어 베어링, 자기 가이드, 플렉셔 등이 있습니다. 이러한 기술은 구름 또는 미끄럼 접촉을 포함하지 않기 때문에 기존 기계식 변속기의 위치 결정 정확도를 저하시키는 백래시와 컴플라이언스를 방지합니다. 마이크로 위치 결정 스테이지의 경우, 비순환 리니어 가이드가 일반적으로 최선의 선택입니다. 볼이 부하 영역에 진입하고 배출될 때 발생하는 맥동과 마찰 수준의 변화가 없기 때문입니다. 그러나 일부 고정밀 재순환 리니어 가이드는 이러한 맥동과 마찰 변화를 줄이도록 최적화되어 마이크로 위치 결정 애플리케이션, 특히 전체 스트로크 길이가 긴 애플리케이션에 적합합니다.

마찰과 백래시 외에도 히스테리시스와 크리프와 같은 다른 영향들이 시스템의 마이크론 또는 나노미터 단위 위치 결정 능력을 저해할 수 있습니다. 이러한 영향을 해결하기 위해 마이크로포지셔닝 및 나노포지셔닝 스테이지는 일반적으로 필요한 위치 결정 정확도보다 훨씬 높은 분해능을 가진 위치 피드백 장치를 사용하는 폐루프 시스템에서 작동합니다. 이는 마이크로포지셔닝 애플리케이션에서는 1마이크론(또는 그 이상)의 분해능을, 나노포지셔닝 애플리케이션에서는 1나노미터의 분해능을 필요로 하는 경우가 많습니다.

이러한 초고분해능을 제공할 수 있는 기술로는 유리 스케일 광학 인코더, 정전용량 센서, 간섭계 기반 인코더 등이 있습니다. 그러나 나노포지셔닝 스테이지는 일반적으로 매우 작은 장치이므로, 매우 작은 면적으로 제작할 수 있는 정전용량 인코더가 일반적으로 최선의 선택입니다. 마이크로포지셔닝 스테이지의 경우, 특히 온도 변화가 심하거나 습도가 높은 환경에서는 고해상도 자기 인코더가 사용되기도 합니다.

특수 설계 및 구조에도 불구하고, 마이크로포지셔닝 및 나노포지셔닝 스테이지는 특히 소재, 마감, 특수 처리 측면에서 맞춤 제작이 비교적 용이하며, 고유한 용도에 적용할 수 있습니다. 예를 들어, 마찰이 없는 부품으로 제작된 스테이지는 일반적으로 클린룸 및 진공 용도에 적합합니다. 롤링 또는 슬라이딩 마찰로 인해 미립자가 생성되지 않고 윤활이 필요하지 않기 때문입니다. 비자성 버전이 필요한 경우, 하중 용량 감소에 대한 걱정 없이 표준 강철 부품을 비자성 부품으로 쉽게 교체할 수 있습니다. 마이크로포지셔닝 및 나노포지셔닝 스테이지가 사용되는 많은 용도에서, 기계 설계에는 미세한 진동도 상쇄할 수 있는 댐핑 메커니즘과 외란을 보상하는 고급 제어 알고리즘과 같은 기능이 포함되어 있습니다.