Конструкции линейных ступеней могут варьироваться от длинноходовых, высоконагруженных гантри до ступеней микропозиционирования и нанопозиционирования с легкими полезными нагрузками. Хотя все линейные ступени спроектированы и сконструированы для обеспечения высокой точности позиционирования и повторяемости, а также для минимизации угловых и планарных ошибок, ступени для приложений микропозиционирования и нанопозиционирования требуют дополнительных соображений при выборе компонентов и проектировании для достижения этих очень малых, точных движений.

Микропозиционирование относится к приложениям, в которых перемещения составляют всего один микрометр или микрометр. (Один микрометр равен одной миллионной части метра или 1,0 x 10-6 м.)
Нанопозиционирование относится к приложениям, в которых перемещения составляют всего один нанометр. (Один нанометр равен одной миллиардной части метра, или 1 x 10-9 м.)

Для достижения позиционирования в микронном или нанометровом диапазоне одним из ключевых принципов проектирования является максимально возможное устранение трения. Вот почему нанопозиционирующие ступени используют исключительно бесконтактные приводные и направляющие технологии. Например, движущая сила для нанопозиционера обычно обеспечивается линейным двигателем, пьезоприводом или двигателем с звуковой катушкой. С другой стороны, микропозиционирование часто может быть достигнуто с помощью более традиционных механических приводов, таких как шариковые и ходовые винты, хотя линейные двигатели также иногда используются для приложений микропозиционирования.

Технологии направляющих без трения, используемые для нанопозиционирования, включают воздушные подшипники, магнитные направляющие и изгибы. Поскольку эти технологии не предполагают контакта качения или скольжения, они также избегают люфта и податливости, которые ухудшают точность позиционирования в традиционных механических трансмиссиях. Для этапов микропозиционирования нерециркуляционные линейные направляющие, как правило, являются наилучшим выбором, поскольку они не испытывают пульсаций и изменяющихся уровней трения от шариков, входящих и выходящих из зоны нагрузки. Однако некоторые высокоточные рециркуляционные линейные направляющие были оптимизированы для уменьшения этих пульсаций и изменений трения, что делает их подходящими для приложений микропозиционирования — особенно тех, которые имеют большую общую длину хода.

Помимо трения и люфта, другие эффекты, такие как гистерезис и ползучесть, могут влиять на способность системы позиционировать на уровне микрона или нанометра. Чтобы справиться с этими эффектами, этапы микропозиционирования и нанопозиционирования обычно работают в замкнутой системе с использованием устройства обратной связи по положению, которое имеет гораздо более высокое разрешение, чем требуемая точность позиционирования. Это часто означает разрешение в один микрон (или лучше) для приложений микропозиционирования и разрешение в один нанометр для требований нанопозиционирования.

Технологии, которые могут обеспечить эти чрезвычайно высокие разрешения, включают оптические энкодеры со стеклянной шкалой, емкостные датчики и энкодеры на основе интерферометра. Однако, поскольку нанопозиционные ступени обычно представляют собой очень маленькие устройства, емкостные энкодеры, которые могут быть сконструированы в очень малом пространстве, обычно являются наилучшим вариантом. Для микропозиционных ступеней иногда также используются магнитные энкодеры высокого разрешения, особенно когда окружающая среда включает колебания температур или высокую влажность.

Несмотря на их особую конструкцию и конструкцию, этапы микропозиционирования и нанопозиционирования относительно легко настраиваются — особенно с точки зрения материалов, отделки и специальной подготовки — и применяются в уникальных приложениях. Показательный пример: этапы, которые сконструированы с использованием компонентов без трения, обычно подходят для чистых помещений и вакуумных приложений, поскольку они не создают твердых частиц из-за трения качения или скольжения и не требуют смазки. А если требуется немагнитная версия, стандартные стальные компоненты можно легко заменить немагнитными альтернативами без опасений относительно снижения грузоподъемности. Во многих приложениях, где используются этапы микропозиционирования и нанопозиционирования, конструкция машины включает такие функции, как демпфирующие механизмы, которые могут противодействовать даже самым незначительным вибрациям, и усовершенствованные алгоритмы управления для компенсации возмущений.