पीजो एक्चुएटर्स, वॉइस कॉइल एक्चुएटर्स, लीनियर मोटर स्टेज।

जब हम रेखीय गति की बात करते हैं, तो आमतौर पर हम उन अनुप्रयोगों पर चर्चा करते हैं जहाँ यात्रा दूरी कम से कम कुछ सौ मिलीमीटर होती है, और आवश्यक स्थिति निर्धारण कुछ मिलीमीटर के दसवें हिस्से की सीमा में होता है। इन आवश्यकताओं के लिए, पुनर्संचारित बियरिंग वाले गाइड और ड्राइव उपयुक्त होते हैं। उदाहरण के लिए: एक सामान्य क्लास 5 बॉल स्क्रू के लिए लीड विचलन 300 मिलीमीटर यात्रा पर 26 माइक्रोन होता है। लेकिन जब अनुप्रयोग में नैनोमीटर सीमा (एक मीटर के एक अरबवें हिस्से) में स्थिति निर्धारण की आवश्यकता होती है, तो इंजीनियरों को आवश्यक सटीकता प्राप्त करने के लिए यांत्रिक रोलिंग और पुनर्संचारित तत्वों से परे देखना पड़ता है।

नैनोपोजिशनिंग के लिए तीन सबसे आम रैखिक गति समाधान पीजो एक्चुएटर, वॉइस कॉइल एक्चुएटर और लीनियर मोटर स्टेज हैं। इन सभी समाधानों में ड्राइव तंत्र पूरी तरह से यांत्रिक रोलिंग या स्लाइडिंग तत्वों से मुक्त होता है, और उच्च पोजिशनिंग सटीकता और रिज़ॉल्यूशन के लिए इन्हें एयर बेयरिंग के साथ जोड़ा जा सकता है।

पीज़ो एक्चुएटर्स

पीज़ो एक्चुएटर्स (जिन्हें पीज़ो मोटर्स भी कहा जाता है) गति और बल उत्पन्न करने के लिए रिवर्स पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव का लाभ उठाते हैं। पीज़ो एक्चुएटर्स कई प्रकार के होते हैं, लेकिन नैनोपोज़िशनिंग के लिए दो सामान्य प्रकार लीनियर स्टेपर और लीनियर अल्ट्रासोनिक हैं। लीनियर स्टेपर पीज़ो मोटर्स में कई पीज़ो तत्व एक पंक्ति में लगे होते हैं जो "पैरों" के जोड़े के रूप में कार्य करते हैं। जब विद्युत आवेश लगाया जाता है, तो पैरों का एक जोड़ा घर्षण के माध्यम से एक अनुदैर्ध्य छड़ को पकड़ लेता है और पैरों के फैलने और मुड़ने से उसे आगे की ओर धकेलता है। जब पैरों का यह जोड़ा छोड़ता है, तो अगला जोड़ा कार्य करना शुरू कर देता है। अत्यंत उच्च आवृत्तियों पर चलने से, लीनियर स्टेपर पीज़ो मोटर्स 150 मिमी तक के स्ट्रोक और पिकोमीटर-स्तर के रिज़ॉल्यूशन के साथ निरंतर रैखिक गति उत्पन्न करते हैं।

लीनियर अल्ट्रासोनिक पीजो मोटर्स पीजोइलेक्ट्रिक प्लेट पर आधारित होती हैं। जब प्लेट पर विद्युत आवेश लगाया जाता है, तो यह अपनी अनुनाद आवृत्ति पर उत्तेजित हो जाती है, जिससे इसमें दोलन उत्पन्न होते हैं। ये दोलन प्लेट में अल्ट्रासोनिक तरंगें उत्पन्न करते हैं। प्लेट से एक कपलिंग (या पुशर) जुड़ा होता है और इसे एक अनुदैर्ध्य रॉड (जिसे रनर भी कहा जाता है) के विरुद्ध पूर्व-भारित किया जाता है। अल्ट्रासोनिक तरंगों के कारण प्लेट अंडाकार रूप से फैलती और सिकुड़ती है, जिससे कपलिंग रॉड को आगे बढ़ाती है और रेखीय गति उत्पन्न करती है। लीनियर अल्ट्रासोनिक पीजो मोटर्स 50 से 80 एनएम का रिज़ॉल्यूशन प्राप्त कर सकती हैं, और इनकी अधिकतम गति लीनियर स्टेपर मोटर्स के समान 100 से 150 मिमी होती है।

वॉइस कॉइल एक्चुएटर्स

नैनोपोजिशनिंग अनुप्रयोगों के लिए एक अन्य समाधान वॉइस कॉइल एक्चुएटर हैं। लीनियर मोटर्स की तरह, वॉइस कॉइल एक्चुएटर भी एक स्थायी चुंबकीय क्षेत्र और एक कॉइल वाइंडिंग का उपयोग करते हैं। जब कॉइल में करंट प्रवाहित किया जाता है, तो एक बल उत्पन्न होता है (जिसे लोरेंत्ज़ बल के नाम से जाना जाता है)। बल का परिमाण करंट और चुंबकीय फ्लक्स के गुणनफल द्वारा निर्धारित होता है।

यह बल गतिमान भाग (जो चुंबक या कुंडल हो सकता है) को गतिमान करता है, जिसे वायु बियरिंग या क्रॉस रोलर स्लाइड द्वारा निर्देशित किया जाता है। वॉइस कॉइल एक्चुएटर्स 10 एनएम तक का रिज़ॉल्यूशन प्राप्त कर सकते हैं, जिनमें स्ट्रोक आमतौर पर 30 मिमी तक होते हैं, हालांकि कुछ 100 मिमी तक के स्ट्रोक के साथ भी उपलब्ध हैं।

रेखीय मोटर चरण

जब लंबी दूरी के लिए नैनोमीटर रिज़ॉल्यूशन की आवश्यकता होती है, तो एयर बेयरिंग वाले लीनियर मोटर स्टेज आमतौर पर सबसे अच्छा विकल्प होते हैं। पीज़ो और वॉइस कॉइल एक्चुएटर्स की यात्रा क्षमता सीमित होती है, जबकि लीनियर मोटर्स को कई मीटर तक की यात्रा के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है। गाइड सिस्टम के रूप में एयर बेयरिंग के उपयोग से लीनियर मोटर स्टेज पूरी तरह से नॉन-कॉन्टैक्ट हो जाता है, जिसमें गति और स्थिति की सटीकता को प्रभावित करने वाले कोई यांत्रिक संचरण तत्व या घर्षण नहीं होते हैं। वास्तव में, एयर बेयरिंग वाले लीनियर मोटर स्टेज सिंगल-नैनोमीटर रिज़ॉल्यूशन प्राप्त कर सकते हैं।

नैनोपोजिशनिंग अनुप्रयोगों के लिए लीनियर मोटर स्टेज की एक कमी यह है कि इनका आकार पीजो या वॉइस कॉइल एक्चुएटर्स की तुलना में काफी बड़ा होता है। हालांकि इन्हें छोटे उपकरणों में एकीकृत करना चुनौतीपूर्ण हो सकता है, लेकिन ये उन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं जिनमें अपेक्षाकृत लंबे स्ट्रोक और उच्च रिज़ॉल्यूशन की आवश्यकता होती है, जैसे कि मेडिकल इमेजिंग।