Piezo aktüatörler, Ses bobini aktüatörleri, Lineer motor aşamaları.

Doğrusal hareketten bahsettiğimizde, genellikle seyahat mesafesinin en az birkaç yüz milimetre olduğu ve gerekli konumlandırmanın birkaç milimetrenin onda biri aralığında olduğu uygulamaları tartışırız. Ve bu gereksinimler için, devridaim yataklarına sahip kılavuzlar ve tahrikler iyi bir uyum sağlar. Örnek olarak: yaygın bir sınıf 5 bilyalı vida için kurşun sapması, 300 mm seyahat başına 26 mikrondur. Ancak uygulama nanometre aralığında (bir metrenin milyarda biri) konumlandırma gerektirdiğinde, mühendisler gerekli çözünürlüğü elde etmek için mekanik yuvarlanan ve devridaim eden elemanların ötesine bakmak zorundadır.

Nano konumlandırma için en yaygın üç doğrusal hareket çözümü piezo aktüatörler, ses bobini aktüatörleri ve doğrusal motor aşamalarıdır. Bu çözümlerin her birindeki tahrik mekanizması mekanik yuvarlanan veya kayan elemanlardan tamamen arındırılmıştır ve yüksek konumlandırma doğruluğu ve çözünürlüğü için hava yataklarıyla eşleştirilebilirler.

Piezo aktüatörler

Piezo aktüatörler (piezo motorlar olarak da bilinir), hareket ve kuvvet üretmek için ters piezoelektrik etkiden yararlanır. Piezo aktüatörlerin birçok stili vardır, ancak nano konumlandırma için iki yaygın olanı doğrusal adımlayıcı ve doğrusal ultrasoniktir. Doğrusal adımlayıcı piezo motorlar, bir sıra halinde monte edilmiş ve "bacak" çiftleri gibi davranan birkaç piezo elemanı kullanır. Elektrik yükü uygulandığında, bir bacak çifti sürtünme yoluyla uzunlamasına bir çubuğu kavrar ve bacaklar uzadıkça ve büküldükçe onu ileri doğru hareket ettirir. Bu bacak çifti serbest kaldığında, bir sonraki çift devralır. Son derece yüksek frekanslarda çalışarak, doğrusal adımlayıcı piezo motorlar 150 mm'ye kadar vuruşlarla ve pikometre düzeyinde çözünürlükle sürekli doğrusal hareket üretir.

Doğrusal ultrasonik piezo motorlar, piezoelektrik bir plakaya dayanır. Plakaya bir elektrik yükü uygulandığında, rezonans frekansında uyarılır ve salınım yapmasına neden olur. Bu salınımlar plakada ultrasonik dalgalar üretir. Plakaya bir kuplaj (veya itici) takılır ve uzunlamasına bir çubuğa (aynı zamanda koşucu olarak da adlandırılır) önceden yüklenir. Ultrasonik dalgalar, plakanın eliptik bir şekilde genişlemesine ve daralmasına neden olur ve kuplajın çubuğu ileri doğru ilerletmesini ve doğrusal hareket üretmesini sağlar. Doğrusal ultrasonik piezo motorlar, 100 ila 150 mm'de doğrusal adım motorlarına benzer maksimum hareketle 50 ila 80 nm çözünürlüğe ulaşabilir.

Ses bobini aktüatörleri

Nano konumlandırma uygulamaları için bir diğer çözüm ses bobini aktüatörleridir. Doğrusal motorlara benzer şekilde, ses bobini aktüatörleri kalıcı bir mıknatıs alanı ve bir bobin sargısı kullanır. Bobine akım uygulandığında bir kuvvet üretilir (Lorentz kuvveti olarak bilinir). Kuvvetin büyüklüğü akım ve manyetik akının çarpımı ile belirlenir.

Bu kuvvet, hareketli parçanın (mıknatıs veya bobin olabilir) hava yatakları veya çapraz silindir kızakları tarafından sağlanan rehberlikle hareket etmesine neden olur. Ses bobini aktüatörleri, tipik olarak 30 mm'ye kadar stroklarla 10 nm'ye kadar çözünürlük elde edebilir, ancak bazıları 100 mm'ye kadar stroklarla mevcuttur.

Doğrusal motor aşamaları

Daha uzun stroklarda nanometre çözünürlüğü gerektiğinde, hava yataklı doğrusal motor aşamaları genellikle en iyi seçimdir. Piezo ve ses bobini aktüatörleri sınırlı hareket kabiliyetlerine sahipken, doğrusal motorlar birkaç metreye kadar hareket için tasarlanabilir. Kılavuz sistem olarak hava yataklarının kullanılması, doğrusal bir motor aşamasını tamamen temassız hale getirir ve hareketi ve konumlandırma doğruluğunu etkileyecek mekanik iletim elemanları veya sürtünme yoktur. Aslında, hava yataklı doğrusal motor aşamaları tek nanometre çözünürlüğe ulaşabilir.

Nano konumlandırma uygulamaları için doğrusal motor aşamalarının dezavantajı, piezo veya ses bobini aktüatörlerinden çok daha büyük olan ayak izleridir. Küçük cihazlara entegre edilmeleri zor olsa da, tıbbi görüntüleme gibi nispeten uzun strok ve yüksek çözünürlük gerektiren uygulamalar için iyi bir uyum sağlarlar.