Piezo aktüatörler, Ses bobinli aktüatörler, Lineer motor aşamaları.

Doğrusal hareketten bahsettiğimizde, genellikle hareket mesafesinin en az birkaç yüz milimetre olduğu ve gerekli konumlandırmanın milimetrenin onda birkaçı aralığında olduğu uygulamaları tartışırız. Ve bu gereksinimler için, devridaimli yataklara sahip kılavuzlar ve tahrikler çok uygundur. Örnek olarak: Yaygın olarak kullanılan sınıf 5 bilyalı vidanın kurşun sapması 300 mm hareket başına 26 mikrondur. Ancak uygulama nanometre aralığında (metrenin milyarda biri) konumlandırma gerektirdiğinde, mühendislerin gerekli çözünürlüğü elde etmek için mekanik yuvarlanma ve devridaim elemanlarının ötesine bakması gerekir.

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

Piezo aktüatörler

Piezo aktüatörler (piezo motorlar olarak da anılır), hareket ve kuvvet üretmek için ters piezoelektrik etkinin avantajından yararlanır. Piezo aktüatörlerin pek çok stili vardır, ancak nanokonumlandırma için yaygın olarak kullanılan iki tanesi doğrusal adımlayıcı ve doğrusal ultrasoniktir. Doğrusal kademeli piezo motorlar, bir çift "bacak" görevi gören, sıra halinde monte edilmiş birkaç piezo elemanı kullanır. Bir elektrik yükü uygulandığında, bir çift bacak sürtünme yoluyla uzunlamasına bir çubuğu kavrar ve bacaklar uzadıkça ve bükülürken onu ileri doğru hareket ettirir. Bu çift bacak serbest kaldığında bir sonraki çift görevi devralır. Lineer kademeli piezo motorlar, son derece yüksek frekanslarda çalışarak 150 mm'ye kadar stroklarla ve pikometre düzeyinde çözünürlükle sürekli doğrusal hareket üretir.

Doğrusal ultrasonik piezo motorlar bir piezoelektrik plakaya dayanmaktadır. Plakaya bir elektrik yükü uygulandığında, rezonans frekansında uyarılır ve salınmasına neden olur. Bu salınımlar plakada ultrasonik dalgalar üretir. Plakaya bir kaplin (veya itici) bağlanır ve uzunlamasına bir çubuğa (yolcu olarak da adlandırılır) karşı önceden yüklenir. Ultrasonik dalgalar plakanın eliptik bir şekilde genişlemesine ve büzülmesine neden olarak kaplinin çubuğu ileri doğru ilerletmesini ve doğrusal hareket üretmesini sağlar. Doğrusal ultrasonik piezo motorlar, 100 ila 150 mm'de doğrusal adımlı motorlara benzer maksimum hareket ile 50 ila 80 nm çözünürlük elde edebilir.

Ses bobini aktüatörleri

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

Bu kuvvet, hareketli parçanın (mıknatıs veya bobin olabilir) hava yatakları veya çapraz makaralı kızaklar tarafından sağlanan kılavuzlukla hareket etmesine neden olur. Ses bobini aktüatörleri, bazıları 100 mm'ye kadar stroklarla mevcut olmasına rağmen, tipik olarak 30 mm'ye kadar stroklarla 10 nm'ye kadar çözünürlük elde edebilir.

Doğrusal motor aşamaları

Daha uzun stroklarda nanometre çözünürlüğüne ihtiyaç duyulduğunda hava yataklı lineer motor aşamaları genellikle en iyi seçimdir. Piezo ve ses bobinli aktüatörler sınırlı hareket kabiliyetine sahipken, lineer motorlar birkaç metreye kadar hareket edecek şekilde tasarlanabilir. Kılavuz sistemi olarak hava yataklarının kullanılması, hareketi ve konumlandırma doğruluğunu etkileyecek mekanik iletim elemanları veya sürtünme olmaksızın, doğrusal motor kademesini tamamen temassız hale getirir. Aslında hava yataklı lineer motor aşamaları tek nanometrelik çözünürlüğe ulaşabilir.

Nano konumlandırma uygulamaları için lineer motor aşamalarının dezavantajı, piezo veya ses bobinli aktüatörlerinkinden çok daha büyük olan ayak izidir. Küçük cihazlara entegre edilmesi zor olsa da tıbbi görüntüleme gibi nispeten uzun vuruş ve yüksek çözünürlük gerektiren uygulamalar için oldukça uygundurlar.