Конструкції лінійних платформ можуть варіюватися від порталів з довгим ходом та високим навантаженням до платформ мікропозиціонування та нанопозиціонування з легким корисним навантаженням. Хоча всі лінійні платформи розроблені та сконструйовані для забезпечення високої точності та повторюваності позиціонування, а також для мінімізації кутових та площинних помилок, платформи для мікропозиціонування та нанопозиціонування потребують додаткових міркувань у виборі та проектуванні компонентів для досягнення цих дуже малих, точних рухів.
Мікропозиціонування стосується застосувань, де переміщення малі, як один мікрон або мікрометр. (Один мікрон дорівнює мільйонній частині метра або 1,0 x 10⁻⁶ м.)
Нанопозиціонування стосується застосувань, де рухи малі, як один нанометр. (Один нанометр дорівнює одній мільярдній частині метра, або 1 x 10⁻⁹ м.)
Для досягнення позиціонування в мікронному або нанометровому діапазоні одним з ключових принципів проектування є максимальне усунення тертя. Саме тому в платформах для нанопозиціонування використовуються виключно безконтактні технології приводу та напрямних. Наприклад, рушійна сила для нанопозиціонера зазвичай забезпечується лінійним двигуном, п'єзоелектричним приводом або двигуном зі звуковою котушкою. З іншого боку, мікропозиціонування часто можна досягти за допомогою більш традиційних механічних приводів, таких як кулькові та ходові гвинти, хоча лінійні двигуни також іноді використовуються для застосувань мікропозиціонування.
Технології напрямних без тертя, що використовуються для нанопозиціонування, включають повітряні підшипники, магнітні напрямні та флексури. Оскільки ці технології не передбачають кочення або ковзання, вони також уникають люфту та податливості, які знижують точність позиціонування в традиційних механічних передачах. Для платформ мікропозиціонування нерециркуляційні лінійні напрямні зазвичай є найкращим вибором, оскільки вони не відчувають пульсацій та змін рівня тертя від кульок, які входять та виходять із зони навантаження. Однак деякі високоточні рециркуляційні лінійні напрямні були оптимізовані для зменшення цих пульсацій та коливань тертя, що робить їх придатними для застосувань мікропозиціонування, особливо тих, що мають більшу загальну довжину ходу.
Окрім тертя та люфту, інші ефекти, такі як гістерезис та повзучість, можуть перешкоджати здатності системи позиціонуватися на мікронному або нанометровому рівні. Щоб впоратися з цими ефектами, етапи мікропозиціонування та нанопозиціонування зазвичай працюють у замкнутій системі з використанням пристрою зворотного зв'язку за положенням, який має набагато вищу роздільну здатність, ніж необхідна точність позиціонування. Це часто означає роздільну здатність в один мікрон (або краще) для застосувань мікропозиціонування та роздільну здатність в один нанометр для вимог нанопозиціонування.
Технології, які можуть забезпечити таку надзвичайно високу роздільну здатність, включають оптичні енкодери зі скляною шкалою, ємнісні датчики та енкодери на основі інтерферометрів. Однак, оскільки нанопозиційні платформи зазвичай є дуже малими пристроями, ємнісні енкодери, які можна сконструювати у дуже компактних розмірах, зазвичай є найкращим варіантом. Для мікропозиційних платформ іноді також використовуються магнітні енкодери з високою роздільною здатністю, особливо коли середовище пов'язане з коливаннями температури або високою вологістю.
Незважаючи на їхню спеціальну конструкцію та дизайн, платформи для мікропозиціонування та нанопозиціонування відносно легко налаштовувати, особливо з точки зору матеріалів, оздоблення та спеціальної підготовки, та застосовувати в унікальних сферах застосування. Показовий приклад: платформи, виготовлені з компонентів, що не утворюють тертя, зазвичай підходять для чистих приміщень та вакуумних застосувань, оскільки вони не утворюють твердих частинок через тертя кочення або ковзання та не потребують змащування. А якщо потрібна немагнітна версія, стандартні сталеві компоненти можна легко замінити немагнітними альтернативами, не турбуючись про зниження вантажопідйомності. У багатьох випадках, коли використовуються платформи для мікропозиціонування та нанопозиціонування, конструкція машини включає такі функції, як демпфіруючі механізми, які можуть протидіяти навіть найменшим вібраціям, та вдосконалені алгоритми керування для компенсації збурень.
Час публікації: 05 травня 2022 р.