Etap liniowy

Zmotoryzowany stolik liniowy Zaber.

Scena liniowa lub scena translacji jest składnikiem precyzyjnego systemu ruchu używanego do ograniczenia obiektu do pojedynczej osi ruchu. Termin prowadnica liniowa jest często używany zamiennie z terminem „stopień liniowy”, chociaż technicznie „prowadnica liniowa” odnosi się do łożyska o ruchu liniowym , który jest tylko składową etapu liniowego. Wszystkie etapy liniowe składają się z platformy i podstawy, połączonych jakąś formą prowadnicy lub łożyska liniowego w taki sposób, że platforma jest ograniczona do ruchu liniowego względem podstawy. W powszechnym użyciu termin stolik liniowy może, ale nie musi, obejmować również mechanizm, za pomocą którego steruje się położeniem platformy względem podstawy.

Zasada działania

W przestrzeni trójwymiarowej obiekt może obracać się wokół lub przesuwać wzdłuż dowolnej z trzech osi. Zatem mówi się, że obiekt ma sześć stopni swobody (3 obrotowe i 3 translacyjne). Scena liniowa wykazuje tylko jeden stopień swobody (przesunięcie wzdłuż jednej osi). Innymi słowy, etapy liniowe działają poprzez fizyczne ograniczenie 3 osi obrotu i 2 osi translacji, umożliwiając w ten sposób ruch tylko na jednej osi translacji.

Rodzaje przewodników

Etapy liniowe składają się z platformy, która porusza się względem podstawy. Platforma i podstawa są połączone pewną formą prowadnicy, która ogranicza ruch platformy tylko do jednego wymiaru. Stosowanych jest wiele różnych stylów prowadnic, z których każda ma zalety i wady, co sprawia, że ​​każdy typ prowadnicy jest bardziej odpowiedni do niektórych zastosowań niż do innych.

Rolki

Korzyści

Niedrogie.

Wady

mała ładowność, słaba celność, krótka żywotność.

Zastosowania

Stoliki laboratoryjne optyki, prowadnice szuflad.

Recyrkulacyjne łożysko kulkowe

Korzyści

Nieograniczone podróże, relatywnie niedrogie.

Wady

Niska nośność, szybkie zużycie, oscylujące obciążenie pozycjonujące w miarę recyrkulacji łożysk.

Aplikacje

Zgięcie

Korzyści

Doskonała dokładność, brak luzów, brak zużycia (nieskończona żywotność).

Wady

Krótki skok (ograniczony zakresem ugięcia), mała nośność, drogie.

Zastosowania

Wyrównywanie włókien światłowodowych.

Tuleja cylindryczna

Korzyści

Duża ładowność, nieograniczony przejazd, niedrogie.

Wady

Podatne na wiązanie, jeśli występują momenty zginające.

Zastosowania

Piły promieniowe, skanery, drukarki.

Zazębiać

Korzyści

Najwyższa nośność, nieograniczony skok, długa żywotność, niedrogie.

Wady

Wymagana duża siła pozycjonowania, podatność na zakleszczanie przy występowaniu momentów zginających, duży luz.

Zastosowania

Wyposażenie warsztatu mechanicznego (np. stoły frezarskie i tokarskie).

Metody kontroli pozycji

Położenie ruchomej platformy względem nieruchomej podstawy jest zwykle kontrolowane przez liniowy siłownik jakiejś postaci, czy to ręczny, zmotoryzowany, czy hydrauliczno-pneumatyczny. Najbardziej powszechną metodą jest włączenie śruby pociągowej przechodzącej przez nakrętkę prowadzącą w platformie. Obroty takiej śruby pociągowej mogą być sterowane ręcznie lub za pomocą silnika.

podręcznik

W ręcznych stopniach liniowych zwykle stosuje się pokrętło sterujące przymocowane do śruby pociągowej. Pokrętło może być indeksowane, aby wskazać jego położenie kątowe. Liniowe przemieszczenie stolika jest związane z przesunięciem kątowym pokrętła o skok śruby pociągowej. Na przykład, jeśli skok śruby pociągowej wynosi 0,5 mm, to jeden pełny obrót pokrętła przesunie platformę sceny o 0,5 mm względem podstawy sceny. Jeżeli gałka ma na obwodzie 50 indeksów, to każda podziałka indeksu odpowiada 0,01 mm ruchu liniowego platformy scenicznej.

Stopnie precyzyjne, takie jak te używane w optyce , nie wykorzystują śruby pociągowej, ale zamiast tego używają śruby o drobnym skoku lub mikrometru , który naciska na utwardzoną metalową podkładkę na platformie sceny. Obracanie śruby lub mikrometru popycha platformę do przodu. Sprężyna zapewnia siłę przywracającą, aby utrzymać platformę w kontakcie z siłownikiem. Zapewnia to bardziej precyzyjny ruch sceny. Stopnie przeznaczone do montażu w pionie mają nieco inny układ, w którym siłownik jest przymocowany do ruchomej platformy, a jego końcówka spoczywa na metalowej podkładce na nieruchomej podstawie. Pozwala to na utrzymanie ciężaru platformy i jej obciążenia przez siłownik, a nie przez sprężynę.

Silnik krokowy

W niektórych zautomatyzowanych etapach silnik krokowy może być użyty zamiast lub oprócz pokrętła ręcznego. Silnik krokowy porusza się w stałych krokach zwanych krokami. W tym sensie zachowuje się bardzo podobnie do pokrętła indeksowanego. Jeśli skok śruby pociągowej wynosi 0,5 mm, a silnik krokowy ma 200 kroków na obrót (jak zwykle), to każdy obrót silnika spowoduje 0,5 mm ruchu liniowego platformy scenicznej, a każdy krok spowoduje 0,0025 mm ruchu liniowego.

Silnik prądu stałego z enkoderem

W innych zautomatyzowanych stopniach zamiast ręcznego pokrętła sterującego można zastosować silnik prądu stałego. Silnik prądu stałego nie porusza się w stałych krokach. Dlatego do określenia pozycji na scenie wymagane są alternatywne środki. Skala może być przymocowana do elementów wewnętrznych sceny, a enkoder używany do pomiaru położenia sceny względem skali i zgłaszania tego do sterownika silnika, umożliwiając kontrolerowi ruchu niezawodne i powtarzalne przesuwanie sceny do ustawionych pozycji.

Konfiguracje stopni z wieloma osiami

Do sterowania pozycją w więcej niż jednym kierunku można zastosować razem wiele stopni liniowych. Stolik „dwuosiowy” lub „XY” może być złożony z dwóch stopni liniowych, z których jeden jest zamontowany na platformie drugiego, tak że oś ruchu drugiego stopnia jest prostopadła do osi ruchu pierwszego. Stolik dwuosiowy, z którym wiele osób jest zaznajomionych, to stolik mikroskopowy, służący do ustawiania szkiełka pod soczewką. Stolik „trójosiowy” lub „XYZ” składa się z trzech stopni liniowych połączonych ze sobą (często za pomocą dodatkowego wspornika kątowego) w taki sposób, że osie ruchu wszystkich stopni są prostopadłe. Niektóre stoliki dwuosiowe i trójosiowe są projektami zintegrowanymi, a nie składanymi z oddzielnych stolików jednoosiowych. Niektóre stoły wieloosiowe zawierają również elementy obrotowe lub pochylne, takie jak stopnie obrotowe lub goniometry pozycjonujące . Łącząc elementy liniowe i obrotowe na różne sposoby, możliwe są również stopnie czteroosiowe, pięcioosiowe i sześcioosiowe. Stopnie liniowe przybierają zaawansowaną formę wysokowydajnych systemów pozycjonowania w zastosowaniach wymagających połączenia dużej prędkości, wysokiej precyzji i dużej siły.

Aplikacja

Produkcja półprzewodników

Stopnie liniowe są wykorzystywane w procesie produkcji urządzeń półprzewodnikowych do precyzyjnego liniowego pozycjonowania płytek w celu mapowania dielektryka, charakteryzacji i monitorowania warstw epitaksjalnych , gdzie szybkość i precyzja pozycjonowania są krytyczne.

Wariacje

• Slajd liniowy
• Nano liniowy etap
• Liniowy stolik do pozycjonowania nano
• Bardzo precyzyjny stolik liniowy do obróbki