Конструкции линейных платформ могут варьироваться от длинноходных и высоконагруженных порталов до платформ микропозиционирования и нанопозиционирования с лёгкой полезной нагрузкой. Хотя все линейные платформы спроектированы и изготовлены для обеспечения высокой точности позиционирования и повторяемости, а также минимизации угловых и планарных ошибок, платформы для микропозиционирования и нанопозиционирования требуют дополнительных усилий при выборе компонентов и проектировании для достижения этих очень малых и точных перемещений.
Микропозиционирование относится к приложениям, где перемещения составляют всего один микрометр (микрон). (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 максимальное устранение трения. Именно поэтому в нанопозиционирующих устройствах используются исключительно бесконтактные приводы и направляющие. Например, движущая сила нанопозиционера обычно обеспечивается линейным двигателем, пьезоактюатором или двигателем со звуковой катушкой. С другой стороны, микропозиционирование часто может быть достигнуто с помощью более традиционных механических приводов, таких как шарико-винтовые и ходовые винты, хотя линейные двигатели также иногда используются для микропозиционирования.
Технологии направляющих без трения, используемые для нанопозиционирования, включают воздушные подшипники, магнитные направляющие и гибкие направляющие. Поскольку эти технологии не предполагают контакта качения или скольжения, они также позволяют избежать люфта и податливости, которые снижают точность позиционирования в традиционных механических передачах. Для этапов микропозиционирования, как правило, наилучшим выбором являются нерециркуляционные линейные направляющие, поскольку они не испытывают пульсаций и колебаний трения, возникающих при входе и выходе шариков из зоны нагрузки. Однако некоторые высокоточные рециркуляционные линейные направляющие были оптимизированы для снижения этих пульсаций и колебаний трения, что делает их подходящими для приложений микропозиционирования, особенно с большей общей длиной хода.
Помимо трения и люфта, на способность системы позиционировать на микронном или нанометровом уровне могут влиять и другие эффекты, такие как гистерезис и ползучесть. Для устранения этих эффектов этапы микропозиционирования и нанопозиционирования обычно работают в замкнутой системе с использованием устройства обратной связи по положению, разрешение которого значительно превышает требуемую точность позиционирования. Это часто означает разрешение в один микрон (или выше) для задач микропозиционирования и разрешение в один нанометр для задач нанопозиционирования.
Технологии, обеспечивающие столь высокое разрешение, включают оптические энкодеры со стеклянной шкалой, ёмкостные датчики и энкодеры на основе интерферометра. Однако, поскольку нанопозиционные платформы, как правило, представляют собой очень малые устройства, ёмкостные энкодеры, которые могут быть изготовлены в очень компактном корпусе, обычно являются наилучшим вариантом. Для микропозиционных платформ иногда также используются магнитные энкодеры высокого разрешения, особенно в условиях колебаний температуры или высокой влажности.
Несмотря на особую конструкцию и конструкцию, микропозиционирующие и нанопозиционирующие платформы относительно легко настраиваются, особенно с точки зрения материалов, отделки и специальной подготовки, и применяются в уникальных приложениях. Например, платформы, изготовленные из компонентов, не создающих трения, обычно подходят для применения в чистых помещениях и вакуумных системах, поскольку они не создают твердых частиц из-за трения качения или скольжения и не требуют смазки. Если требуется немагнитная версия, стандартные стальные компоненты можно легко заменить немагнитными аналогами без опасений по поводу снижения грузоподъемности. Во многих приложениях, где используются микропозиционирующие и нанопозиционирующие платформы, конструкция машины включает такие функции, как демпфирующие механизмы, способные компенсировать даже самые незначительные вибрации, и передовые алгоритмы управления для компенсации возмущений.
Время публикации: 05 мая 2022 г.