선형 스테이지 설계는 긴 스트로크, 고하중 갠트리부터 가벼운 페이로드를 갖춘 마이크로포지셔닝 및 나노포지셔닝 스테이지까지 다양합니다. 모든 선형 스테이지는 높은 위치 정확도와 반복성을 제공하고 각도 및 평면 오류를 최소화하도록 설계 및 구성되었지만 마이크로 위치 지정 및 나노 위치 지정 애플리케이션을 위한 스테이지는 매우 작고 정밀한 모션을 달성하기 위해 구성 요소 선택 및 설계에 추가적인 고려 사항이 필요합니다.

마이크로포지셔닝은 움직임이 1미크론 또는 마이크로미터만큼 작은 응용 분야를 의미합니다. (1미크론은 100만분의 1미터, 즉 1.0 x 10-6m입니다.)
나노포지셔닝은 움직임이 1나노미터만큼 작은 응용 분야를 의미합니다. (1나노미터는 10억분의 1미터, 즉 1 x 10-9m입니다.)

마이크론 또는 나노미터 범위의 위치 지정을 달성하기 위한 주요 설계 원칙 중 하나는 가능한 한 많은 마찰을 제거하는 것입니다. 이것이 바로 나노포지셔닝 스테이지가 비접촉 구동 및 가이드 기술을 독점적으로 사용하는 이유입니다. 예를 들어, 나노포지셔너의 구동력은 일반적으로 선형 모터, 압전 액추에이터 또는 음성 코일 모터에 의해 제공됩니다. 반면, 마이크로 위치 지정 응용 분야에는 리니어 모터도 사용되는 경우가 있지만 볼 및 리드 나사와 같은 보다 전통적인 기계식 구동계를 사용하여 마이크로 위치 지정을 수행할 수 있는 경우가 많습니다.

나노포지셔닝에 사용되는 무마찰 가이드 기술에는 에어 베어링, 자기 가이드 및 굴곡이 포함됩니다. 이러한 기술은 롤링 또는 슬라이딩 접촉을 포함하지 않기 때문에 기존 기계식 변속기의 위치 정확도를 저하시키는 백래시 및 컴플라이언스를 방지합니다. 마이크로포지셔닝 단계의 경우 비순환 선형 가이드가 일반적으로 최선의 선택입니다. 왜냐하면 로드 영역에 들어오고 나가는 볼에서 맥동과 다양한 마찰 수준이 발생하지 않기 때문입니다. 그러나 일부 고정밀 재순환 선형 가이드는 이러한 맥동과 마찰 변화를 줄이기 위해 최적화되어 마이크로 위치 지정 응용 분야, 특히 총 스트로크 길이가 더 긴 응용 분야에 적합합니다.

마찰 및 백래시 외에도 히스테리시스 및 크리프와 같은 다른 효과도 마이크론 또는 나노미터 수준에서 위치를 지정하는 시스템의 기능을 방해할 수 있습니다. 이러한 효과를 처리하기 위해 마이크로포지셔닝 및 나노포지셔닝 스테이지는 일반적으로 필요한 포지셔닝 정확도보다 훨씬 높은 분해능을 갖는 위치 피드백 장치를 사용하는 폐쇄 루프 시스템에서 작동됩니다. 이는 종종 마이크로 위치 지정 응용 분야에서는 단일 미크론(또는 그 이상) 해상도를 의미하고 나노 위치 지정 요구 사항에서는 단일 나노미터 해상도를 의미합니다.

이러한 매우 높은 해상도를 제공할 수 있는 기술에는 유리 스케일 광학 인코더, 용량성 센서 및 간섭계 기반 인코더가 포함됩니다. 그러나 나노포지셔닝 스테이지는 일반적으로 매우 작은 장치이므로 매우 작은 설치 공간에 구성할 수 있는 용량성 인코더가 일반적으로 최선의 선택입니다. 마이크로포지셔닝 단계의 경우 고해상도 자기 인코더도 사용되는 경우가 있습니다. 특히 온도 변화나 습도가 높은 환경에서는 더욱 그렇습니다.

특수한 디자인과 구성에도 불구하고 마이크로포지셔닝 및 나노포지셔닝 스테이지는 특히 재료, 마감재 및 특수 준비 측면에서 맞춤화하기가 비교적 쉽고 고유한 응용 분야에 적용됩니다. 적절한 사례: 무마찰 구성 요소로 구성된 스테이지는 롤링 또는 슬라이딩 마찰로 인해 입자상 물질을 생성하지 않고 윤활이 필요하지 않기 때문에 일반적으로 클린룸 및 진공 응용 분야에 적합합니다. 비자성 버전이 필요한 경우 표준 강철 부품을 부하 용량 감소에 대한 걱정 없이 비자성 대체품으로 쉽게 교체할 수 있습니다. 마이크로포지셔닝 및 나노포지셔닝 스테이지가 사용되는 많은 응용 분야에서 기계 설계에는 아주 작은 진동에도 대응할 수 있는 댐핑 메커니즘과 외란을 보상하기 위한 고급 제어 알고리즘과 같은 기능이 포함되어 있습니다.