线性运动系统——由底座或外壳、导向系统和驱动机构组成——有多种设计和配置,可满足几乎任何应用。由于它们的设计千差万别,它们通常根据关键结构和工作原理进行分类。案例:术语“致动器”通常指带有铝外壳的线性运动系统,铝外壳包围导向和驱动机构;被称为“工作台”或“XY工作台”的系统通常设计有一个平面底板,导轨和驱动部件安装在该底板上;“线性工作台”或“线性平移工作台”通常指的是结构类似于线性工作台的系统,但设计用于最小化定位和行程误差。
线性运动系统可以表现出三种类型的误差:线性误差、角误差和平面误差。
线性误差是指在定位精度和重复性方面的误差,它影响系统到达期望位置的能力。
角误差-通常被称为横摇、俯仰和偏航-分别涉及绕X、Y和Z轴旋转。角误差会导致阿贝误差,角误差被距离放大,如直线导轨(角误差的来源)与测量设备的刀尖之间的距离。需要注意的是,即使在舞台不运动时,角误差也会存在,因此它们会对测量或聚焦等静态操作产生负面影响。
平面误差发生在两个方向上——在水平面上运动的偏差称为直线度,在垂直面上运动的偏差称为平直度。
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虽然没有规则或严格的指导方针来说明什么是线性阶段,但它们被广泛认为是线性运动系统中最精确的一类。当一个系统被称为线性工作台时,一般认为该系统不仅能提供高定位精度和重复性,还能提供低角度和平面误差。为了达到这一性能水平,制造商在舞台设计中使用的结构和组件类型方面通常遵循几个原则。
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首先,与其他通常使用铝挤压或板材作为底座的线性运动系统不同,线性工作台从精确的地面底座开始。为达到最高水平的平整度、平直度和刚度而设计的舞台通常使用钢或花岗岩制成的底座,尽管在某些设计中使用了铝。钢和花岗岩的热膨胀系数也比铝低,因此它们在极端或变化温度的环境中表现出更好的尺寸稳定性。
直线导轨系统也有助于行程的直线度和平整度,因此直线工作台的导轨机构的选择是高精度型材导轨,交叉滚子幻灯片,或空气轴承. 这些导向系统还提供非常坚硬的支撑,以减少角度误差,当误差原点(导向)和关注点(加工点或负载位置)之间存在偏移时,可能导致Abbé误差。
虽然许多类型的直线运动系统使用高精度驱动机构,但直线工作台绝大多数使用两种技术之一:高精度滚珠丝杠或直线电机。直线电机通常提供最高水平的定位精度和可重复性,因为它们消除了机械传动系统中固有的柔顺性和齿隙以及驱动器和电机之间的耦合。对于亚微米定位任务的特殊情况,压电致动器或音圈电机由于其高度精确、可重复的运动,通常是首选的驱动机构。
虽然术语“线性舞台”意味着单轴运动系统,但舞台可以组合成多轴系统,如XY舞台,平面舞台,以及龙门式舞台。
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