Piezo aktüatörleri, ses bobini aktüatörleri, doğrusal motor aşamaları.

Doğrusal hareket hakkında konuştuğumuzda, genellikle seyahat mesafesinin en az birkaç yüz milimetre olduğu uygulamaları tartışırız ve gerekli konumlandırma bir milimetrenin onda biri aralığındadır. Ve bu gereksinimler için, devridaim rulmanları olan kılavuzlar ve sürücüler iyi bir uyumdur. Durumda: Ortak Sınıf 5 bilyalı vida için kurşun sapması, 300 mm seyahat başına 26 mikrondur. Ancak uygulama, bir metrenin milyarda biri olan nanometre aralığında konumlandırılmasını gerektirdiğinde, mühendisler gerekli çözünürlüğü elde etmek için mekanik haddeleme ve devridaim elemanlarının ötesine bakmak zorundadır.

Nanopozisyon için en yaygın üç doğrusal hareket çözeltisi piezo aktüatörleri, ses bobini aktüatörleri ve doğrusal motor aşamalarıdır. Bu çözeltilerin her birindeki tahrik mekanizması tamamen mekanik haddeleme veya kayma elemanları içermez ve yüksek konumlandırma doğruluğu ve çözünürlüğü için hava rulmanları ile eşleştirilebilir.

Piezo aktüatörleri

Piezo aktüatörleri (piezo motorları olarak da adlandırılır) hareket ve kuvvet üretmek için ters piezoelektrik etkiden yararlanır. Piezo aktüatörlerinin birçok stili vardır, ancak nanopozisyon için iki yaygın stil doğrusal step ve doğrusal ultrasoniktir. Doğrusal step piezo motorları, üst üste monte edilmiş “bacak” çiftleri olarak işlev gören birkaç piezo elemanı kullanır. Bir elektrik yükü uygulandığında, bir çift bacak sürtünme yoluyla uzunlamasına bir çubuk tutar ve bacaklar uzandığında ve büküldükçe öne doğru hareket eder. Bu bacak çifti serbest bırakıldığında, bir sonraki çift devralır. Son derece yüksek frekanslarda çalışarak, doğrusal step piezo motorları, 150 mm'ye kadar vuruşlarla ve pikometre seviyesi çözünürlük ile sürekli doğrusal hareket üretir.

Doğrusal ultrasonik piezo motorlar bir piezoelektrik plakaya dayanır. Plakaya bir elektrik yükü uygulandığında, rezonans frekansında heyecanlanır ve salınmasına neden olur. Bu salınımlar plakada ultrasonik dalgalar üretir. Bir kuplaj (veya itici) plakaya tutturulur ve uzunlamasına bir çubuğa (koşucu olarak da adlandırılır) karşı önceden yüklenir. Ultrasonik dalgalar, plakanın eliptik bir şekilde genişlemesine ve büzülmesine neden olarak, kuplajın çubuğu ileriye doğru ilerletmesini ve doğrusal hareket üretmesini sağlar. Doğrusal ultrasonik piezo motorları, 100 ila 150 mm'de doğrusal step motorlara benzer maksimum seyahat ile 50 ila 80 nm çözünürlük elde edebilir.

Ses bobini aktüatörleri

Nanopozisyon uygulamaları için bir başka çözüm sesli bobin aktüatörleridir. Doğrusal motorlara benzer şekilde, ses bobini aktüatörleri kalıcı bir mıknatıs alanı ve bobin sargısı kullanır. Bobine akım uygulandığında, bir kuvvet üretilir (Lorentz kuvveti olarak bilinir). Kuvvetin büyüklüğü, akımın ürünü ve manyetik akı tarafından belirlenir.

Bu kuvvet, hava rulmanları veya çapraz silindir slaytları tarafından sağlanan rehberlikle hareketli parçanın (mıknatıs veya bobin olabilen) hareket etmesine neden olur. Ses bobin aktüatörleri, bazıları 100 mm'ye kadar olan vuruşlarla mevcut olmasına rağmen, genellikle 30 mm'ye kadar vuruşlarla 10 nm'ye kadar çözünürlük elde edebilir.

Doğrusal motor aşamaları

Daha uzun vuruşlarda nanometre çözünürlüğü gerektiğinde, hava yatakları olan doğrusal motor aşamaları tipik olarak en iyi seçimdir. Piezo ve ses bobini aktüatörleri sınırlı seyahat özelliklerine sahipken, doğrusal motorlar birkaç metreye kadar seyahat için tasarlanabilir. Kılavuz sistemi olarak hava yataklarının kullanılması, hareketi ve konumlandırma doğruluğunu etkilemek için mekanik iletim elemanları veya sürtünme olmadan doğrusal bir motor aşamasını tamamen temassız hale getirir. Aslında, hava rulmanları ile doğrusal motor aşamaları tek nanometre çözünürlük elde edebilir.

Nanopozisyon uygulamaları için doğrusal motor aşamalarının dezavantajı, piezo veya ses bobin aktüatörlerinden çok daha büyük olan ayak izidir. Küçük cihazlara entegre olmak zor olsa da, tıbbi görüntüleme gibi nispeten uzun bir strok ve yüksek çözünürlük gerektiren uygulamalara uygundur.